無機材料物理效能複習題
一、填空題
1、晶體中的塑性變形有兩種基本方式：滑移和孿晶 。
2、一各向異性材料，彈性模量e=109pa，泊松比u=0.2，則其剪下模量g=45.4 pa。
3、影響彈性模量的因素有晶體結構、溫度、復相。
4、 彈性模量e是乙個只依賴於材料基本成份的參量，是原子間結合強度的乙個標誌，在工程中表徵材料對彈性變形的抗力，即材料的剛度。
5、無機材料的熱衝擊損壞有兩種型別：抗熱衝擊斷裂性和抗熱衝擊損傷性。
6、根據材料在彈性變形過程中應力和應變的響應特點,彈性可以分為理想彈性和非理想彈性兩類。
7、裂紋有三種擴充套件方式或型別：掰開型，錯開型和撕開型。其中掰開型是低應力斷裂的主要原因。
8、從對材料的形變及斷裂的分析可知，在晶體結構穩定的情況下，控制強度的主要引數有三個：彈性模量，裂紋尺寸和表面能 。
9、griffith微裂紋理論從能量的角度來研究裂紋擴充套件的條件, 這個條件是物體內儲存的彈性應變能的降低大於等於由於開裂形成兩個新表面所需的表面能 。
10、按照格里菲斯微裂紋理論，材料的斷裂強度不是取決於裂紋的數量，而是決定於裂紋的大小 ，即是由最危險的裂紋尺寸或臨界裂紋尺寸決定材料的斷裂強度。
11、廣義虎克定律適用於各向異性的非均勻材料。
12、對於中心穿透裂紋的大而薄的板，其幾何形狀因子y=。
13、當溫度不太高時，固體材料中的熱導形式主要是聲子熱導 。
14、杜隆—伯替定律的內容是：恆壓下元素的原子熱容為25j/kmol 。
15、熱量是依晶格振動的格波來傳遞的, 格波分為聲頻支和光頻支兩類。
16、固體材料的熱膨脹本質是點陣結構中質點間平均距離隨溫度公升高而增大 。
17、金屬材料電導的載流子是自由電子，而無機非金屬材料電導的載流子可以是電子、電子空穴，或離子、離子空位。
18、晶體的離子電導可以分為離子固有電導／或本徵電導和雜質電導兩大類。
19、電導率的一般表示式為，其各引數ni、qi和i的含義分別是載流子的濃度、載流子的電荷量、載流子的遷移率。
20、下兩圖(a)與(b)中，(a)圖是 n型半導體的能帶結構圖，(b)圖是p型半導體的能帶結構圖。
21、電介質材料中的壓電性、鐵電性與熱釋電性是由於相應壓電體、鐵電體和熱釋電體都是不具有對稱中心的晶體。
22、材料磁性的本源是材料內部電子的循軌和自旋運動 。
23、在垂直入射的情況下，光在介面上的反射的多少取決於兩種介質的相對折射率 。
24、導電材料中載流子是離子、電子和空位。
25、電子電導的特徵是具有霍爾效應效應，離子電導的特徵是具有電解效應。
26、格波間相互作用力愈強，也就是聲子間碰撞機率愈大，相應的平均自由程愈小
，熱導率也就愈低 。
27、pn結的特性有：單向導電性、擊穿特性、電容特性。
28、熱擊穿的本質是介質在電場中極化，介質損耗發熱，當熱量在材料內積累,材料溫度公升高，當出現永久性損壞。
29、磁性分為：抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性。
二、名詞解釋
1、塑性——材料的微觀結構的相鄰部分產生永久性位移，並不引起材料破裂的現象。
2、硬度——材料表面上不大體積內抵抗變形或破裂的能力，是材料的一種重要力學效能。
3、蠕變——當對粘彈性體施加恆定應力，其應變隨時間而增加，彈性模量也隨時間而減小。
4、壓電性——某些晶體材料按所施加的機械應力成比例地產生電荷的能力。
5、電介質——在外電場作用下，能產生極化的物質。
6、光伏效應——指光照使不均勻半導體或半導體與金屬組合的不同部位之間產生電位差的現象。
7、應變硬化——材料在應力作用下進入塑性變形階段後，隨著變形量的增大，形變應力不斷提高的現象。
8、弛豫——施加恆定應變，則應力將隨時間而減小，彈性模量也隨時間而降低。
9、壓敏效應——指對電壓變化敏感的非線性電阻效應，即在某一臨界電壓以下，電阻值非常高，幾乎無電流通過；超過該臨界電壓(敏壓電壓)，電阻迅速降低，讓電流通過。
10、電介質極化——在外電場作用下，電介質中帶電質點的彈性位移引起正負電荷中心分離或極性分子按電場方向轉動的現象。
11、熱釋電效應——晶體因溫度均勻變化而發生極化強度改變的現象。
12、磁阻效應——半導體中，在與電流垂直的方向施加磁場後，使電流密度降低，即由於磁場的存在使半導體的電阻增大的現象。
三、簡答題
1、試述韌性斷裂與脆性斷裂的區別，為什麼說脆性斷裂最危險？（8分）
答：韌性斷裂和脆性斷裂的區別在於：前者在斷裂前及斷裂過程中產生明顯巨集觀塑性變形，後者無巨集觀塑性變形；前者斷裂過程緩慢，而後者為快速斷裂過程；前者斷口呈暗灰色，纖維狀，後者齊平光亮，呈放射狀或結晶狀。
（6分）
脆性斷裂的危險性在於斷裂前不產生明顯的巨集觀塑性變形，無明顯前兆。（2分）
2、影響塑性形變的因素有哪些？並對其進行說明。
答：晶體結構和鍵型
本徵因素：晶粒內部的滑移系統相互交截、晶界處的應力集中、晶粒大小和分布；
外來因素：晶界作為點缺陷的源和阱，易於富積雜質，沉澱有第二相。特別當含有低熔點物質時，多晶材料的高溫塑性滑移首先發生在晶界。（雜質在晶界的瀰散、晶界處的第二相、晶界處的氣孔。
3、為什麼金屬的滑移效能要優於無機非金屬材料？
答：主要從金屬材料的滑移系要多於無機非金屬材料方面來回答。此外，金屬材料中的金屬鍵不具有飽和性和方向性，有利於位錯的運動；而無機非金屬材料中多為離子鍵或共價鍵（一般為兩者組成的混合建），共價鍵具有明顯的方向性，並且同號離子相互排斥，只有個別滑移系統能滿足位錯運動的幾何條件和靜電作用。
4、斷裂能包括哪些內容？
答：熱力學表面能：固體內部新生單位原子面所吸收的能量。
塑性形變能：發生塑變所需的能量。相變彈性能：
晶粒彈性各向異性、第二瀰散質點的可逆相變等特性，在一定的溫度下，引起體內應變和相應的內應力。結果在材料內部儲存了彈性應變能。微裂紋形成能：
在非立方結構的多晶材料中，由於彈性和熱膨脹各向異性，產生失配應變，在晶界處引起內應力。當應變能大於微裂紋形成所需的表面能，在晶粒邊界處形成微裂紋。
5、簡述提高無機材料強度，改進材料韌性的措施。
答：1、微晶、高密度與高純度
2、提高抗裂能力與預加應力
3、化學強化
4、相變增韌
5、瀰散增韌
6、提高無機材料透光性的措施有哪些？
答: (1)提高原料的純度
(2)新增外加劑:一方面這些質點將降低材料的透光率,但由於新增這些外加劑將可以降低材料的氣孔,從而提高材料的透光率
(3)工藝措施:採用熱壓法比普通燒結法更容易排除氣孔,即降低氣孔,將晶粒定向排列將可以提高材料的透光率
7、什麼是相變增韌?利用zro2由四方轉變成單斜相的相變過程可以改善陶瓷材料的斷裂韌性，簡述其機理。
答：相變增韌是利用多晶多相陶瓷中某些相在不同溫度下發生相變從而增韌的效果。
zro2由四方轉變成單斜相的相變過程中,體積增加3-5%，（2分）這體積效應使得材料內部產生應力或者微裂紋。（2分）當材料受到外力作用時，材料內部因為應力集中或者微裂紋可以部分或者全部抵抗外力作用，從而改善材料的斷裂韌性。
8、根據抗熱衝擊斷裂因子對熱穩定性的影響，分析提高抗熱衝擊斷裂效能的措施。
答：提高抗熱衝擊斷裂效能的措施：
（1）、提高材料強度σ，減小彈性模量e，使σ/e提高------提高材料的柔韌性，能吸收較多的彈性應變能而不致開裂，提高了熱穩定性。
（2）、提高材料的熱導率λ；
（3）、減小材料的熱膨脹係數α；
（4）、減小材料的表面熱傳遞係數h；
（5）、減小產品的有效厚度。
四、計算題
1、一陶瓷含體積百分比為95%的al2o3 (e = 380 gpa)和5%的玻璃相(e = 84 gpa)，試計算其上限和下限彈性模量。若該陶瓷含有5 %的氣孔，再估算其上限和下限彈性模量。
解：令e1=380gpa,e2=84gpa,v1=0.95,v2=0.05。則有
當該陶瓷含有5%的氣孔時，將p=0.05代入經驗計算公式e=e0(1-1.9p+0.9p2)可得，其上、下限彈性模量分別變為331.3 gpa和293.1 gpa。
2、一陶瓷零件上有一垂直於拉應力的邊裂，如邊裂長度為：（1）2mm;(2)0.049mm;(3)2 um, 分別求上述三種情況下的臨界應力。
設此材料的斷裂韌性為1.62mpa.m2。
討論講結果。
解： y=1.12=1.98
=(1) c=2mm,
(2) c=0.049mm,
(3) c=2um,
3、一陶瓷三點彎曲試件，在受拉面上於跨度中間有一豎向切口如圖。如果e=380 gpa，μ=0.24，求kic值，設極限荷載達50kg。計算此材料的斷裂表面能。
解 c/w=0.1, pc=50*9.8n ,b=10, w=10，s=40 代入下式：
= =
62*（0.917-0.145+0.069-0.012+0.0012）=1.96*0.83==1.6**am1/2
j/m2
4、一圓杆的直徑為2.5 mm、長度為25cm並受到4500n的軸向拉力，若直徑拉細至2.4mm，且拉伸變形後圓杆的體積不變,求在此拉力下的真應力、真應變、名義應力和名義應變，並比較討論這些計算結果。
解：由計算結果可知：真應力大於名義應力，真應變小於名義應變。
無機材料物理效能複習
第二個熱電效應 玻爾貼效應 當有電流通過兩個不同導體組成的迴路時，除產生焦耳熱外，在兩接頭處還分別出現吸收或放出熱量q的現象，q稱為玻爾帖熱，此現象稱為玻爾帖效應，第三個熱電效應 湯姆遜效應 當電流通過具有一定溫度梯度的導體時，除產生焦耳熱外，另有一橫向熱流流入或流出導體 即吸熱或放熱 此種熱電現象...
無機材料物理效能實驗
實驗一測定無機非金屬材料的介電常數 一 實驗目的 1 掌握測定無機非金屬材料介電常數的操作過程 二 實驗原理 相對介電常數通常是通過測量試樣與電極組成的電容 試樣厚度和電極尺寸求得。相對介電常數 r 測試可用三電極或二電極系統。對於二電極試樣，由於方形電容cx的計算公式是 1 因此，待測材料的介電常...
材料物理效能複習
1 固體無機材料的物理效能主要包括力 可用機械效能代替 熱 光 電 磁 輻照 或寫成輻射 介電 聲等方面的效能。2 超導體的三個效能指標分別是指 臨界轉變溫度 臨界磁場強度 臨界電流密度 3 導熱的微觀機制有 電子熱導和聲子熱導 也可寫作電子導熱和聲子導熱 4 光子通過固體會發生反射 折射 透過 吸...