东南大学-材料物理性能复习题(2008)
《材料物理性能》试卷B.doc
一、是非题（I 分X1O=10分） 得分 评分人1、 非等轴晶系的晶体，在膨胀系数低的方向热导率最大。
（）2、 粉末和纤维材料的导热系数比烧结材料的低得多。
（）3、 第一热应力因子/?是材料允许承受的最大温度差。
（）4、 同一种物质，多晶体的热导率总是比单晶的小。
（）5、 电化学老化的必要条件是介质中的离子至少有一种参加电导。
（）6、 玻璃中的电导基本上是离子电导。
（）7、 薄玻璃杯较厚玻璃杯更易因冲开水而炸裂。
（）8、 压应力使单晶材料的弹性模量变小。
（） 9、 多晶陶瓷材料断裂表面能比单晶大。
（）10、材料的断裂强度取决于裂纹的数量。
（）二、名词解释（2分X 10=20分）得分 评分人题号 -------- -« ---- *四 五 六 七 八 九 总分 合分人得分材料物理性能课程结束B 试卷考试形式 闭卷 考试用时120分钟1、固体电解质:2、表面传热系数：3、P型半导体：4、施主能级：5、声频支：6、稳定传热：7、载流了的迁移率:8、蠕变：9、弛豫：10、滑移系统:三、简答题（5分X4=20分，任选4题）得分评分人1、导温系数。
的物理意义及其量纲?2、显微结构对材料脆性断裂的影响?3、写出两个抗热应力损伤因子的表达式并对其含义及作用加以说明。
4、不同材料在外力作用时有何不同的变形特征?四、问答题（9分X4=36分）得分评分人1、何为裂纹的亚临界生长？试用应力腐蚀理论解释裂纹的亚临界生长?2、请对图1表示的氧化铝单晶的入-丁曲线分析说明。
oIJIO0 200 400 600 800 1000 1200 1400T/K图1氧化铝单晶的热导率随温度的变化3、掺杂固溶体瓷与两相陶瓷的热导率随成分体积分数而变化的规律有何不同？请画图说明。
4、裂纹形成原因有哪些？哪些措施可防止裂纹扩展?五、计算、分析题（14分）得分评分人1、（l）BaTiO3的半导化常通过添加微量的稀土元素形成价控半导体。
《材料物理性能》课后习题答案.doc
1-1 一圆杆的直径为2.5 mm、长度为25cm并受到4500N的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm,且拉伸变形后圆杆的体积不变，求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。
解：真应力OY = — = ―"°。
—=995(MP Q)A 4.524 xlO-6真应变勺=In — = In — = In^v = 0.0816/0 A 2.42名义应力a = — = ―4°°°_ 一= 917(MPa)A) 4.909x1()2名义应变£ =翌=& —1 = 0.0851I。
A由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。
1- 5 一陶瓷含体积百分比为95%的/\12O3(E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa), 试计算其上限和下限弹性模量。
若该陶瓷含有5%的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。
解：令Ei=380GPa, E2=84GPa, V^O. 95, V2=0. 05o则有上限弹性模量=E]% +E2V2 = 380 X 0.95 +84 X 0.05 =365.2(GP Q)下限弹性模量战=(¥ +3)T =(?料+誓尸=323.1(GP Q)E]380 84当该陶瓷含有5%的气孔时，将P二0. 05代入经验计算公式E=E O(1-1. 9P+0. 9P2) 可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa和293. 1 GPa。
1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0, t = oo和t二£时的纵坐标表达式。
解：Maxwell模型可以较好地模拟应力松弛过程：其应力松弛曲线方程为：b⑴=贝0光必则有:<7(0) = b(0);cr(oo) = 0;<7(r)= a(0)/e.Voigt模型可以较好地模拟应变蠕变过程：其蠕变曲线方程为：的)=火(1 -广")=£(00)(1 _g")E则有：£(0)=0； £(OO)= 21;冶)=%1-(尸).以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上山于材料力学性能的复杂性，我们会用到 用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。
大学《材料物理性能》复习核心知识点、习题库及期末考试试题答案解析
大学《材料物理性能》复习核心知识点、习题库及期末考试试题答案解析目录《材料物理性能》习题库（填空、判断、选择、简答计算题） (1)《材料物理性能》复习核心知识点 (15)清华大学《材料物理性能》期末考试试题及答案解析 (25)上海交通大学《材料物理性能》期末考试试题 (31)《材料物理性能》习题库（填空、判断、选择、简答计算题）一、填空1．相对无序的固溶体合金，有序化后，固溶体合金的电阻率将。
2．马基申定则指出，金属材料的电阻来源于两个部分，其中一个部分对应于声子散射与电子散射，此部分是与温度的金属基本电阻，另一部分来源于与化学缺陷和物理缺陷而与温度的残余电阻。
3．某材料的能带结构是允带内的能级未被填满，则该材料属于。
4．离子晶体的导电性主要是离子电导，离子电导可分为两大类，其中第一类源于离子点阵中基本离子的运动，称为或，第二类是结合力比较弱的离子运动造成的，这些离子主要是，因而称为。
在低温下，离子晶体的电导主要由决定。
5．绝缘体又叫电介质，按其内部正负电荷的分布状况又可分为，，与。
6．半导体的导电性随温度变化的规律与金属，。
在讨论时要考虑两种散射机制，即与。
7．超导体的三个基本特性包括、与。
金属的电阻8．在弹性范围内，单向拉应力会使金属的电阻率；单向压应力会使率。
9．某合金是等轴晶粒组成的两相机械混合物，并且两相的电导率相近。
其中一相电导率为σ1，所占体积分数为φ，另一相电导率为σ2，则该合金的电导率σ = 。
10．用双臂电桥法测定金属电阻率时，测量精度不仅与电阻的测量有关，还与试样的的测量精度有关，因而必须考虑的影响所造成的误差。
11．适合测量绝缘体电阻的方法是。
12．适合测量半导体电阻的方法是。
13．原子磁矩包括、与三个部分。
14．材料的顺磁性来源于。
15．抗磁体和顺磁体都属于弱磁体，可以使用测量磁化率。
16．随着温度的增加，铁磁体的饱和磁化强度。
17．弹性的铁磁性反常是由于铁磁体中的存在引起所造成的。
无机材料物理性能考试复习题
无机材料物理性能考试复习题无机材料物理性能考试复习题（含答案）一、名词解释（选做5个，每个3分，共15分）1. K IC ：平面应变断裂韧度，表示材料在平面应变条件下抵抗裂纹失稳扩展的能力。
2.偶极子（电偶极子）：正负电荷的平均中心不相重合的带电系统。
3.电偶极矩：偶极子的电荷量与位移矢量的乘积，ql =μ。
（P288）4.格波：原子热振动的一种描述。
从整体上看，处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称为格波。
格波的一个特点是，其传播介质并非连续介质，而是由原子、离子等形成的晶格，即晶格的振动模。
晶格具有周期性，因而，晶格的振动模具有波的形式。
格波和一般连续介质波有共同的波的特性，但也有它不同的特点。
5.光频支：格波中频率很高的振动波，质点间的相位差很大，邻近的质点运动几乎相反时，频率往往在红外光区，称为“光频支振动”。
（P109）6.声频支：如果振动着的质点中包含频率很低的格波，质点之间的相位差不大，则格波类似于弹性体中的应变波，称为“.声频支振动”。
（P109）7.色散：材料的折射率随入射光频率的减小（或波长的增加）而减小的性质，称为折射率的色散。
8.光的散射：物质中存在的不均匀团块使进入物质的光偏离入射方向而向四面八方散开，这种现象称为光的散射，向四面八方散开的光，就是散射光。
与光的吸收一样，光的散射也会使通过物质的光的强度减弱。
9.双折射：光进入非均匀介质时，一般要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别构成两条折射光线，这个现象就称为双折射。
（P172）10.本征半导体（intrinsic semiconductor)：完全不含杂质且无晶格缺陷的、导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体称为本征半导体。
N 型半导体：在半导体中掺入施主杂质，就得到N 型半导体；在半导体中掺入受主杂质，就得到P 型半导体。
12.超导体：超导材料（superconductor ），又称为超导体，指可以在特定温度以下，呈现电阻为零的导体。
材料物理性能复习题
一、名词解释光矢量：即是光波的电场强度矢量。
双折射：当光束通过各向异性介质外表时，折射光会分成两束沿着不同的方向传播，这种由一束入射光折射后分成两束光的现象。
光轴：通过改变入射光的方向，可以发现，在晶体中存在一些特殊的方向，沿着这些方向传播的光不会发生双折射，这些特殊的方向称为晶体的光轴。
热膨胀：物质在加热或冷却时的热胀冷缩现象称为热膨胀。
朗伯特定律：l e I I α-=0，在介质中光强随传播距离呈指数形式衰减的规律即称为朗伯特定律。
热稳定性：指材料承受高温的急剧变化而不致破坏的能力，也称为抗热震性。
滞弹性：指材料在交变载荷的情况下表现为应变对应力的滞后特性即称为滞弹性。
应力感生有序：溶解在固溶体中孤立的间隙原子，置换原子，在外加应力时，这些原子所处的位置的能量即出现差异，因而原子要发生重新分布，即产生有序排列，这种由于应力引起的原子偏离无序状态分布叫应力感生有序。
穆斯堡耳效应：固体中的无反冲核共振吸收即为穆斯堡尔效应。
高分子的分子结构：指除具有低分子化合物所具有的，如同分异构、几何异构、旋光异构等结构特征之外，还有高分子量，通常由103~105个结构单元组成的众多结构特点。
高分子的聚集态结构：是指大分子堆砌、排列的形式和结构。
均方末端距：是描述高分子链的形状和大小时采用末端距的2次方的平均值，用r 2表示，称为均方末端距。
二、填空题1、以下图为聚合物的蠕变和回复曲线，可见一个聚合物材料的总形变是三种形变之和，其中 ε1为普弹形变、 ε2为高弹形变、 ε3为粘性流动。
2、从微观上分析，光子与固体材料相互作用的两种重要结果是：电子极化和电子能态转变3、在光的非弹性散射光谱中，出现在瑞利线低频侧的散射线统称为斯托克斯线，而在瑞利线高频侧的散射线统称为反斯托克斯线。
4、掺杂在各种基质中的三价稀土离子，它们产生光学跃迁的是4f 电子。
5、红宝石是历史上首先获得的激光材料，它的发光中心是C r 3+ 离子。
材料物理性能 考试题.doc
材料物理性能试题2014.5.一、阐述下列概念(每题6分，共30分)(1)电介质的极化在外电场作用下，电介质的表面上出现束缚电荷的现象叫做电介质极化。
(2)声子声子就是''晶格振动的简正模能量量子。
"英文是phonon(3)软磁材料和硬磁材料硬磁材料是指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种铁氧体材料，也称为永磁材料或恒磁材料。
软磁材料是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。
(4)晶体的特征(1)晶体拥有整齐规则的几何外形，即晶体的自范性。
(2)晶体拥有固定的熔点，在熔化过程中，温度始终保持不变。
(3)晶体有各向异性的特点。
(4)晶体可以使X光发生有规律的衍射。
宏观上能否产生X光衍射现象，是实验上判定某物质是不是晶体的主要方法。
[1](5)晶体相对应的晶面角相等，称为晶面角守恒。
[2](5)画出体心立方晶体结构，原胞，并写出基矢体心立方结构(右)M W ■其体积为；配位原胞（右）晶胞基矢a \ R I并且&£■』；芭■我，其惯用原胞基矢由从一顶点指向另外三个体心点的矢量构成，二、解答题（共70分）1.影响无机非金属材料（晶体）导热率的因素有哪些？（10分）%1晶体中热量传递速度很迟缓，因为晶格热振动并非线性的，格波间有着一定的耦合作用，？^子间会产生碰撞，使声子的平均自由程减小。
格波间相互作用愈强，也即声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈低。
因此，声子间碰撞引起的散射是晶体中热阻的主要来源。
%1晶体中的各种缺陷、杂质以及晶界都会引起格波的散射，等效于声子平均自由程的减小，从而降低X.O %1平均自由程还与声子的振动频率V有关。
振动V不同，波长不同。
波长长的格波易绕过缺陷，使自由程加大，散射小，因此热导率入大。
%1平均自由程1还与温度T有关。
温度升高，振动能量加大，振动频率v加快，声子间的碰撞增多，故平均自由1减小。
但其减小有一定的限度，在高温下，最小的平均自由程等于几个晶格间距；反之，在低温时，最长的平均自由程长达晶粒的尺度。
《材料物理性能》 习题解答
材料物理性能习题与解答吴其胜盐城工学院材料工程学院2007，3目录1 材料的力学性能 (2)2 材料的热学性能 (12)3 材料的光学性能 (17)4 材料的电导性能 (20)5 材料的磁学性能 (29)6 材料的功能转换性能 (37)1材料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。
解：根据题意可得下表由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。
1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm ，受到应力为1000N 拉力，其杨氏模量为3.5×109 N/m 2，能伸长多少厘米?解：拉伸前后圆杆相关参数表体积V/mm 3 直径d/mm 圆面积S/mm 2 拉伸前 1227.2 2.5 4.909 拉伸后1227.22.44.524 1cm 10cm40cmLoad Load)(0114.0105.310101401000940000cm E A l F l El l =⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⋅=∆-σε0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =⨯==-σ名义应力0851.0100=-=∆=A A l lε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =⨯==-σ真应力1-3一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。
解：根据可知：1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。
证：1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。
材料物理性能复习题
材料物理性能复习题1.材料科学核⼼四要素：组成、结构、⼯艺、性能⽐较导体﹑半导体﹑绝缘体的能带的特征？与其电阻率范围。
（1）⾦属导体的能带分布：⼀是价带和导带重叠，⽽⽆禁带；⼆是价带未被价电⼦填满，所以这种价带本⾝就是导带。
这两种情况下的价电⼦就是⾃由电⼦，所以⾦属导体即使在温度较低的情况下仍有⼤量的⾃由电⼦，具有很强的导电能⼒。
（2）⾮导体（包括半导体和绝缘体）在绝对零度时，其能带情况是满价带和空导带且有禁带，故基本⽆导电能⼒。
（3）半导体和绝缘体的能带图的区别仅是禁带宽度的⼤⼩。
（绝缘体：3ev~6ev, 半导体: 0.1 ev~2ev) 电阻率范围：导体：半导体：ρ值为10-3～109 绝缘体： 2.马基申定则:固溶体电阻率看成由⾦属基本电阻率ρ(T)和残余电阻率ρ残组成。
不同散射机制对电阻率的贡献可以加法求和。
这⼀导电规律称为马基申定律即： 3.材料产⽣电阻的本质：当电⼦波在绝对零度下通过⼀个理想的晶体点阵时，它将不会受到散射⽽⽆阻碍地传播，这时ρ＝0，⽽σ为⽆穷⼤，即此时的材料是⼀个理想的导体。
只有在晶体点阵的完整性以及由于晶体点阵离⼦的热振动，晶体中的异类原⼦、位错和点缺陷等使晶体点阵的周期性遭到破坏的地⽅，电⼦波才会受到散射，从⽽产⽣了阻碍作⽤，降低了导电性，这就是材料产⽣电阻的本质所在。
4.化学缺陷：偶然存在的杂质原⼦及⼈⼯加⼊的合⾦元素的原⼦；物理缺陷：指空位、间隙原⼦、位错以及它们的复合体。
5.三种散射机制？声⼦散射、电⼦散射、电⼦在杂质和缺陷上的散射6.影响⾦属导电性的因素？（⼀般规律，并通过散射机制进⾏解释）温度：(1)绝对零度下，纯净⼜⽆缺陷的⾦属，其电阻率等于零。
(2)随温度的升⾼⾦属的电阻率也增加。
低温下“电⼦－电⼦”散射对电阻的贡献可能是显著的，但除低温以外⼏乎所有温度下⼤多数⾦属的电阻都取决于“电⼦－声⼦”散射。
受⼒情况：1）拉⼒的影响:在弹性范围内单向拉伸或扭转应⼒能提⾼⾦属的ρ 2）压⼒的影响:对⼤多数⾦属⽽⾔，在受压⼒情况下电阻率降低⾦属在压⼒的作⽤下，其原⼦间距缩⼩，内部缺陷的形态、电⼦结构、费⽶⾯和能带结构以及电⼦散射机制等都将发⽣变化，这必然会影响⾦属的导电性能。
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材料物理性能复习题
第一章
1、C v 、C p 和c 的定义。
C pm 和C vm 的关系，实际测量得到的是何种量？Cvm 与温度（包括ΘD ）的关系。
自由电子对金属热容的贡献。
合金热容的计算。
2、哪些相变属于一级相变和二级相变？其热容等的变化有何特点？
3、撒克斯法测量热容的原理。
何谓DTA 和DSC ？DTA 测量对标样有何要求？如何根据DTA 曲线及热容变化曲线判断相变的发生及热效应（吸热或放热）？
4、线膨胀系数和体膨胀系数的表达式及两者的关系。
证明c b a v αααα++=（采用与教材不同的方法）
5、金属热膨胀的物理本质。
热膨胀和热容与温度（包括ΘD ）的关系有何类似之处？为何金属熔点越高其膨胀系数越小？为何化合物和有序固溶体的膨胀系数比固溶体低？奥氏体转变为铁素体时体积的变化及机理。
膨胀测量时对标样有何要求？
6、比容的定义（单位重量的体积，为密度的倒数）。
奥氏体、珠光体、马氏体和渗碳体的比容相对大小。
7、钢在共析转变时热膨胀曲线的特点及机理。
如何根据冷却膨胀曲线计算转变产物的相对量？
8、傅里叶定律和热导率、热量迁移率。
导温系数的表达式及物理意义。
9、金属、半导体和绝缘体导热的物理机制。
魏德曼－弗兰兹定律。
10、何谓抗热冲击断裂性和抗热冲击损伤性？热应力是如何产生的，与哪些因素有关？提高材料的抗热冲击断裂性可采取哪些措施？
第二章
1、电阻、电阻率、电导率及电阻温度系数的定义及相互关系。
2、电阻的物理意义。
为何温度升高、冷塑性变形和形成固溶体使金属的电阻率增加，形成有序固溶体使电阻率下降？马基申定律的表达式及各项意义。
为何纯金属的电阻温度系数较其合金大？如何获得电阻温度系数很低的精密电阻合金？
3、对层片状组织，证明教材中的关系式（2.25）和（2.26）。
4、双电桥较单电桥有何优点？用电位差计测量电阻的原理。
用电阻分析法测定铝铜合金时效和固溶体的溶解度的原理。
5、何谓本征半导体？其载流子为何？证明关系式J=qnv 和ρ＝E/J （J 和E 分别为电流密度和电场强度）。
6、为何掺杂后半导体的导电性大大增强？为何有电子型和空穴型两种半导体。
N 型和P 型半导体中的多子和少子。
为何PN 结有单向导电性？
7、温差电势和接触电势的物理本质，热电偶的原理。
8、何谓压电效应？电偶极矩的概念。
压电性产生的机理。
9、何谓霍尔效应和霍尔系数？推导出教材中的关系式（2.83）～（2.85）。
如何根据霍尔效应判断半导体中载流子是电子还是空穴？
第三章
1、M 、P m 的关系。
M 、H 的关系。
μ0，μ，χ的概念。
B 、H 的关系。
磁化曲线
中Mr、Hc的概念。
2、原子的轨道磁矩和自旋磁矩。
何种条件下原子对外显示磁矩？物质的抗磁性是如何产生的？物质在外磁场作用下是否都产生抗磁性？在何时物质才成为抗磁体？
3、何谓原子的固有磁矩？物质的顺磁性如何产生的？哪些因素决定金属的顺磁性和抗磁性？列举说明属于抗磁性和顺磁性的物质。
铁在不同温度时磁性如何变化？磁化率测量原理。
4、铁磁质的自发磁化的充分必要条件。
何时产生反铁磁性？何谓居里温度？磁致伸缩的概念。
5、磁壁的结构。
磁畴是如何形成的？技术磁化的三个阶段和机制。
Ms的概念。
巴克豪森跳跃。
哪些磁性参数是组织敏感的？哪些是组织不敏感的？影响μ、Mr和Hc的组织因素有哪些？
6、说出钢铁组织中（残余奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体、铁素体）哪些属于顺磁体、弱铁磁体或强铁磁体。
7、用于高频范围的铁磁体如何才能降低铁耗？静态磁性的测量原理－冲击法和抛脱法。
8、测定钢中残余奥氏体的原理。
如何用磁性法测量过冷奥氏体的等温转变？
9、对软磁材料和硬磁材料，对其μ、Mr、Hc各有何要求？
第四章
1、光子的能量。
2、光的反射、折射和全反射。
光导纤维的原理。
3、光的吸收与透射。
材料的发光性能。
4、绝缘体的禁带宽度Eg与透过的光线波长λ的关系。
5、发光材料（半导体、掺杂半导体）所发光的波长与Eg、Ed的关系。
磷光与荧光。
第五章
1、弹性模量的物理本质及各向异性。
弹性模量与原子结构和温度的关系；铁磁性反常。
弹性模量的测试方法。
2、滞弹性现象及其物理本质。
滞弹性内耗的产生及定义。
Q－1和δ的关系。
模量亏损的表达式及其中各项的物理意义。
ω、τ的意义及ωτ与Q－1的关系；内耗峰何时发生？滞弹性内耗与频率、振幅的关系。
3、静滞后内耗的机制及其与频率和振幅的关系。
4、体心立方晶体中间隙原子引起的内耗、位错钉扎内耗、晶界内耗产生的机制。
各属于何种内耗？内耗的测量方法。
5、用内耗法测量扩散激活能H、扩散系数D及相图中溶质元素固溶极限的原理。