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SiO

2的混合物与CaSiO

3

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着，在低温下杂质电导最为显着。

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?

i

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，从而显着地降低射线的传播，导致光子自由程显着减小。

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：具有与基体显着不同的折射率，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小是决定离子电导的关键。（2分）

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）（3）2?m ，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 4.203

10262.1=-I ??=ππσ＝ (2分) MPa c c K 5.6466

10262.1=-I ??=ππσ＝ (2分)

(3) ?c =（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 、? (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=，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）