无机材料物理性能试题及答案

无机材料物理性能试题及答案
无机材料物理性能试题及答案
一、填空题（每题2分，共36分）
1、电子电导时，载流子的主要散射机构有中性杂质的散射、位错散射、电离杂质的散射、晶格振动的散射。

2、无机材料的热容与材料结构的关系不大，CaO和SiO2的混合物与CaSiO3 的
热容-温度曲线基本一致。

3、离子晶体中的电导主要为离子电导。

可以分为两类：固有离子电导（本征
电导）和杂质电导。

在高温下本征电导特别显著，在低温下杂质电导最为显著。

4、固体材料质点间结合力越强，热膨胀系数越小。

5、电流吸收现象主要发生在离子电导为主的陶瓷材料中。

电子电导为主的陶瓷材料，因
电子迁移率很高，所以不存在空间电荷和吸收电流现象。

6、导电材料中载流子是离子、电子和空位。

7. 电子电导具有霍尔效应，离子电导具有电解效应，从而可以通过这两种效应检查材料
中载流子的类型。

8. 非晶体的导热率（不考虑光子导热的贡献）在所有温度下都比晶体的
小。

在高温下，二者的导热率比较接近。

9. 固体材料的热膨胀的本质为：点阵结构中的质点间平均距离随着温度升高而增
大。

10. 电导率的一般表达式为
∑
=
∑
=
i
i
i
i
i
q
nμ
σ
σ。

其各参数n i、q i和μi的含义分别
是载流子的浓度、载流子的电荷量、载流子的迁移率。

11. 晶体结构愈复杂，晶格振动的非线性程度愈大。

格波受到的
散射大，因此声子的平均自由程小，热导率低。

12、波矢和频率之间的关系为色散关系。

13、对于热射线高度透明的材料，它们的光子传导效应较大，但是在有微小气孔存在时，由于气孔与固体间折射率有很大的差异，使这些微气孔形成了散射中心，导致透明度强烈降低。

14、大多数烧结陶瓷材料的光子传导率要比单晶和玻璃小1～3数量级，其原因是前者有微量的气孔存在，从而显著地降低射线的传播，导致光子自由程显著减小。

15、当光照射到光滑材料表面时，发生镜面反射；当光照射到粗糙的材料表面时，发生漫反射。

16、作为乳浊剂必须满足：具有与基体显著不同的折射率，能够形成小颗粒。

用高反射率，厚釉层和高的散射系数，可以得到良好的乳浊效果。

17、材料的折射随着入射光的频率的减少（或波长的增加）而减少的性质，称为折射率的色散。

二、 问答题（每题8分，共48分）
1、简述以下概念：顺磁体、铁磁体、软磁材料。

答：（1）顺磁体：原子内部存在永久磁矩，无外磁场，材料无规则的热运动使得材料没
有磁性。

当外磁场作用，每个原子的磁矩比较规则取向，物质显示弱磁场。

（2）铁磁体：在较弱的磁场内，材料也能够获得强的磁化强度，而且在外磁场移去，材料保留强的磁性。

（3）软磁材料：容易退磁和磁化(磁滞回线瘦长)，具有磁导率高，饱和磁感应强度大，矫顽力小，稳定型好等特性。

2、简述以下概念：亚铁磁体、反磁体、磁致伸缩效应
答：（1）亚铁磁体：铁氧体：含铁酸盐的陶瓷磁性材料。

它和铁磁体的相同是有自发
磁化强度和磁畴，不同是：铁氧体包含多种金属氧化物，有二种不同的磁矩，自发磁化，也
称亚铁磁体。

（2）反磁体：由于“交换能”是负值，电子自旋反向平行。

（3）磁致伸缩效应：使消磁状态的铁磁体磁化，一般情况下其尺寸、形状会发生变化，这种现象称为磁致伸缩效
应。

3、简述以下概念：热应力、柯普定律、光的双折射。

答：1）由于材料热膨胀或收缩引起的内应力称为热应力。

2）柯普定律：化合物分子热容等
于构成该化合物各元素原子热容之和。

理论解释：i i c n C ∑=。

3）光进入非均质介质时，一般要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们构成两条折射光线，这个现象称为
双折射。

4、什么是铁氧体？铁氧体按结构分有哪六种主要结构?
答：以氧化铁（Fe 3+2O 3）为主要成分的强磁性氧化物叫做铁氧体。

铁氧体按结构：尖晶石型、石榴石型、磁铅石型、钙钛矿型、钛铁矿型和钨青铜型。

5、影响材料透光性的主要因素是什么？提高无机材料透光性的措施有哪些？
答：影响透光性的因素：1）吸收系数 可见光范围内，吸收系数低（1分）
2）反射系数 材料对周围环境的相对折射率大，反射损失也大。

（1分）
3）散射系数 材料宏观及微观缺陷；晶体排列方向；气孔。

（1分）
提高无机材料透光性的措施： （1）提高原材料纯度 减少反射和散射损失（2分）。

（2）掺外加剂 降低材料的气孔率（2分）。

（3）采用热压法 便于排除气孔（2分）
6、影响离子电导率的因素有哪些？并简述之。

答：1）温度。

随着温度的升高，离子电导按指数规律增加。

低温下杂质电导占主要地位。

这
是由于杂质活化能比基本点阵离子的活化能小许多的缘故。

高温下，固有电导起主要作用。

（2分）
2）晶体结构。

电导率随活化能按指数规律变化，而活化能反映离子的固定程度，它与晶
体结构有关。

熔点高的晶体，晶体结合力大，相应活化能也高，电导率就低。

（2分）
结构紧密的离子晶体，由于可供移动的间隙小，则间隙离子迁移困难，即活化能高，因
而可获得较低的电导率。

（2分）
3）晶格缺陷。

离子晶格缺陷浓度大并参与电导。

因此离子性晶格缺陷的生成及其浓度大
7、比较爱因斯坦模型和德拜比热模型的热容理论，并说明哪种模型更符合实际。

答：1）爱因斯坦模型（Einstein model ）他提出的假设是：每个原子都是一个独立的振子，原子之间彼此无关，并且都是以相同的角频w 振动（2分），即在高温时，爱因斯坦的简化模型与杜隆—珀替公式相一致。

但在低温时，说明C V 值按指数规律随温度T 而变化，而不是从实验中得出的按T 3变化的规律。

这样在低温区域，爱斯斯坦模型与实验值相差较大，这是因为原子振动间有耦合作用的结果（2分）。

2）德拜比热模型德拜考虑了晶体中原子的相互作用，把晶体近似为连续介质（2分）。

当温度较高时，与实验值相符合，当温度很低时，这表明当T →0时，C V 与T 3成正比并趋于0，这就是德拜T 3定律，它与实验结果十分吻合，温度越低，近似越好（2分）。

8、晶态固体热容的量子理论有哪两个模型？它们分别说明了什么问题？
答：爱因斯坦模型
在高温时，爱因斯坦的简化模型与杜隆—珀替公式相一致。

（2分）
但在低温时，V C 值按指数规律随温度T 而变化，而不是从实验中得出的按T 3变化的规
律。

这样在低温区域，爱斯斯坦模型与实验值相差较大，这是因为原子振动间有耦合作用
的结果。

（2分）
德拜比热模型
1） 当温度较高时，即D T θ>>，R Nk C V 33==，即杜隆—珀替定律。

（2分）
2） 当温度很低时，表明当T →0时，C V 与T 3成正比并趋于0，这就是德拜T 3定律，它与实验结果十分
吻合，温度越低，近似越好。

（2分）
9、如何判断材料的电导是离子电导或是电子电导？试说明其理论依据。

答：1）材料的电子电导和离子电导具有不同的物理效应，由此可以确定材料的电导性质。

（2分） 利用霍尔效应可检验材料是否存在电子电导；（1分）
利用电解效应可检验材料是否存在离子电导。

（1分）
2）霍尔效应的产生是由于电子在磁场作用下，产生横向移动的结果，离子的质量比电子大得多，磁场作用力不足以使它产生横向位移，因而纯离子电导不呈现霍尔效应。

（2分）
3）电解效应（离子电导特征）离子的迁移伴随着一定的物质变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新的物质。

由此可以检验材料是否存在离子电导。

（2分）
三、 计算题（共16分）
1、一陶瓷零件上有一垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：（1）2 mm （2）0.049mm （3）2μm ，分别求上述三种情况下的临界应力。

设此材料的断裂韧性为162Mpa·m 1/2， 讨论诸结果。

c K c c πσ=I (2分)
MPa c c K 4.20310262.1=-I ⨯⨯=ππσ＝
(2分)
MPa c c K 5.646610262.1=-I ⨯⨯=ππσ＝ (2分)
(3) σc =577.19Gpa （2分）
2c 为4mm 的陶瓷零件容易断裂；说明裂纹尺寸越大，材料的断裂强度越低。

（2分）
2、光通过厚度为X 厘米的透明陶瓷片，入射光的强度为I 0，该陶瓷片的反射系数和散射系数分别为m 、α (cm -1)和s(cm -1)。

请在如下图示中用以上参数表达各种光能的损失。

当X=1，m=0.04，透光率I/I 0=50%，计算吸收系数和散射系数之和。

（图中标识每个1分，计算5分）
1
2
02)()(2020612.08432.1)(8432.15
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