一、填空（18）
1. 聲子的準粒子性表現在聲子的動量不確定、系統中聲子的數目不守恆。
2. 在外加電場e的作用下，乙個具有電偶極矩為p的點電偶極子的位能u=-p·e，該式表明當電偶極矩的取向與外電場同向時，能量為最低而反向時能量為最高。
3. tc為正的溫度補償材料具有敞曠結構，並且內部結構單位能發生較大的轉動 。
4. 鈣鈦礦型結構由 5 個簡立方格仔套購而成，它們分別是 1個ti 、 1個ca 和 3個氧簡立方格仔
5. 彈性係數ks的大小實質上反映了原子間勢能曲線極小值尖峭度的大小。
6. 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。
7. 製備微晶、高密度與高純度材料的依據是材料脆性斷裂的影響因素有晶粒尺寸、氣孔率、雜質等。
8. 粒子強化材料的機理在於粒子可以防止基體內的位錯運動，或通過粒子的塑性形變而吸收一部分能量，從而達到強化的目的。
9. 複合體中熱膨脹滯後現象產生的原因是由於不同相間或晶粒的不同方向上膨脹係數差別很大，產生很大的內應力，使坯體產生微裂紋。
二、名詞解釋(12)
自發極化：極化並非由外電場所引起，而是由極性晶體內部結構特點所引起，使晶體中的每個晶胞內存在固有電偶極矩，這種極化機制為自發極化。
斷裂能：是一種織構敏感引數,起著斷裂過程的阻力作用，不僅取決於組分、結構，在很大程度上受到微觀缺陷、顯微結構的影響。包括熱力學表面能、塑性形變能、微裂紋形成能、相變彈性能等。
電子的共有化運動：原子組成晶體後，由於電子殼層的交疊，電子不再完全侷限在某乙個原子上，可以由乙個原子的某一電子殼層轉移到相鄰原子的相似殼層上去，因而電子可以在整個晶體中運動。這種運動稱為電子的共有化運動。
平衡載流子和非平衡載流子：在一定溫度下，半導體中由於熱激發產生的載流子成為平衡載流子。由於施加外界條件(外加電壓、光照)，人為地增加載流子數目，比熱平衡載流子數目多的載流子稱為非平衡載流子。
三、簡答題（13）
1. 玻璃是無序網路結構，不可能有滑移系統，呈脆性，但在高溫時又能變形，為什麼？
答：正是因為非長程有序，許多原子並不在勢能曲線低谷；在高溫下，有一些原子鍵比較弱，只需較小的應力就能使這些原子間的鍵斷裂；原子躍遷附近的空隙位置，引起原子位移和重排。不需初始的屈服應力就能變形-----粘性流動。
因此玻璃在高溫時能變形。
2. 有關介質損耗描述的方法有哪些？其本質是否一致？
答：損耗角正切、損耗因子、損耗角正切倒數、損耗功率、等效電導率、復介電常數的復項。多種方法對材料來說都涉及同一現象。
即實際電介質的電流位相滯後理想電介質的電流位相。因此它們的本質是一致的。
3. 簡述提高陶瓷材料抗熱衝擊斷裂效能的措施。
答：(1) 提高材料的強度f，減小彈性模量e。(2) 提高材料的熱導率 。
(3) 減小材料的熱膨脹係數 。(4) 減小表面熱傳遞係數h。(5) 減小產品的有效厚度rm。
四、分析題(30)
1. 多晶多相無機材料中裂紋產生和快速擴充套件的原因是什麼？有哪些防止裂紋擴充套件的措施？
答：裂紋產生的原因（1）由於晶體微觀結構中存在缺陷，當受到外力作用時，在這些缺陷處就引起應力集中，導致裂紋成核，例如位錯在材料中運動會受到各種阻礙：（2）材料表面的機械損傷與化學腐蝕形成表面型紋，—這種表面裂紋最危險，裂紋的擴充套件常常由表面裂紋開始。
（3）由於熱應力而形成裂紋。大多數陶瓷是多晶多相體，晶粒在材料內部取向不同，不同相的熱膨膨係數也不同，這樣就會因各方向膨脹(或收縮)不同而在晶界或相界出現應力集中，導致裂紋生成。（4）由於晶體的各向異性引起，如彈性模量的各向異性導致晶粒間存在一應力，如果該應力超過材料的強度則出現微裂紋。
快速擴充套件的原因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(臨界裂紋尺寸)決定材料的斷裂強度，一旦裂紋超過臨界尺寸，裂紋就迅速擴充套件而斷裂。因為裂紋擴充套件的動力 ，當c增加時，g也變大，而是常數，因此，斷裂一旦達到臨界尺寸而起始擴充套件，g就愈來愈大於4γ，直到破壞。所以對於脆性材料，裂紋的起始擴充套件就是破壞過程的臨界階段，因為脆性材料基本上沒有吸收大量能量的塑性形變。
防止裂紋擴充套件的措施微晶、高密度與高純度、預加應力、化學強化、相變增韌、韌性相（如金屬粒子）瀰散於材料中增韌、纖維增強複合材料等
2. 比較同一組成的單晶、多晶、非晶態無機材料的熱導率隨溫度的變化。
答：無機材料的熱導主要為低溫下的聲子傳導和高溫下的光子傳導.(1)影響熱傳導性質的聲子散射主要機構有：
聲子間的碰撞過程；點缺陷的散射；晶界散射；位錯的散射。（2）對於晶體，在低溫下，僅考慮聲子間的碰撞，碰撞的機率正比於exp(-d/2t)，而聲子平均自由程正比exp(d/2t)，即溫度越高，平均自由程越小，同時熱容又與溫度的三次方呈正比，因此晶體的熱導率於溫度在低溫時有一峰值，隨著溫度的公升高，平均自由程小到原子的大小數量級，不能再小，而熱容在高溫為一常數，因此在高溫晶體的熱導率不隨溫度發生變化。但隨著溫度繼續公升高，光子傳熱不可忽略，而光子的熱導率與溫度的三次方呈正比，因此熱導率隨溫度提高而增大。
對於同組成的多晶體由於晶粒尺寸小、晶界多、缺陷多、晶界處雜質多，對聲子散射大，因此多晶體與單晶體同一種物質多晶體的熱導率總比單晶小。對於非晶態相，可以把其看作直徑為幾個晶格間距的極細晶粒組成的多晶體。因此其平均自由程很小，而且幾乎不隨溫度發生變化，因此熱導率僅隨熱容發生變化。
（3）單晶和非晶態的熱導率隨溫度變化的關係如圖所示（圖略）非晶體的聲子導熱係數在所有溫度下都比晶體小；兩者在高溫下比較接近；兩者曲線的重大區別在於晶體有一峰值。由於非晶體材料特有的無序結構，聲子平均自由程都被限制在幾個晶胞間距的量級，因而組分對其影響小。
3. 分析各種電極化微觀機制對介電常數的影響。
答：組成物質的帶正、負電的粒子，如電子、離子等都會在外電場的作用下，發生位移，形成偶極矩，或通過轉向表現出巨集觀極化強度，這些過程的完成可以分為兩種：第一種，彈性的、瞬間完成的、不消耗能量的位移式極化；第二種，與熱運動有關，其完成需要一定的時間，且是非彈性的，需要消耗一定能量的的鬆弛極化。
因此電極化微觀機制有電子位移極化、離子位移極化、電子、離子鬆弛極化、空間電荷極化、轉向極化等。通過材料的極化率、極化強度p和介電常數r間的關係：p=0(r-1)e，p=0e分析可知，容易極化的材料其介電常數也大，因此材料的極化都會提高其介電常數。
但是由於各種極化現象所需的時間不同，是否能發生極化與該極化機制和外加電場的頻率有關，電子位移激化時間短，其極化範圍在直流與光頻間，即高於光頻的電場不能使電子發生位移極化，小於光頻的電場可以使電子發生位移極化，因此其對介電常數的影響主要在直流與光頻間。同樣，離子位移極化、鬆弛極化、空間電荷極化分別在直流和紅外間、直流和超高頻間、直流和高頻間對介電常數影響。其影響位移極化小於鬆弛極化。
五、計算題(27)
1. 根據標準線性固體模型，推導應力和應變的關係式：
。其中： = ， =
答案：由串並聯條件得：
（1）= + =
（2） 3=
（3）（4） =1+2
（5） 1=e11
（6） 1=3
（7） 2=e22
（8）=e2×=e2×
（9）=e1
解方程得
2.有一構件，實際使用應力為1.30gpa,有下列兩種鋼供選甲鋼：
f =1.95gpak1c =45mpa·m 1\2乙鋼： f =1.
56gpak1c =75mpa·m 1\2 試根據經典強度理論與斷裂強度理論進行選擇，並對結果進行說明。（設：最大裂紋尺寸為1mm，幾何形狀因子y=1.
5）答：經典強度理論斷裂準則：f/n運用經典強度理論的傳統設計：
得： 甲鋼的安全係數: 1.
5，乙鋼的安全係數 1.2<1.5。
因此選擇甲鋼比乙鋼安全。斷裂強度理論的斷裂準則：ki=(c)1/2kic 得：
甲鋼的斷裂應力為：1.0gpa<1.
30gpa；乙鋼的斷裂應力為：1.57gpa>1.
30gpa因此甲鋼不安全會導致低應力斷裂，而乙鋼是安全可靠的。通過上述分析，兩種設計方法得到截然相反的結果。由於斷裂力學考慮了材料中裂紋尖端引起的應力集中，因此按照斷裂力學觀點設計材料即安全可靠，又能充分發揮材料的強度，合理使用材料。
而傳統材料的設計觀點是一味的片面追求高強度，其結果不但不安全，而且還埋沒了非常合適的材料。
3.已知金紅石瓷介質的體積密度為4.24g/cm3，分子量為79.
9，eti4+=0.27210-24cm3，eo2-=2.7610-24cm3，試用克——莫方程計算該介質在光頻下的介電係數，實測=7.
3，請對計算結果進行討論。
答：克——莫方程為：(r-1)/(r+2)=nii/30在光頻下，僅有電子位移對介電常數有影響，在金紅石晶體中有兩種原子，其中乙個鈦原子、兩個氧原子，並由國際單位制換算成厘公尺克秒制單位，此時克——莫方程可寫為：
(-1)/( +2)= 4（n eti4++2neo2-）/3n=(/m)6.021023通過計算可得：=11.
3與實測=7.3進行比較，有較大的差別，其原因主要是在推導克——莫方程時，忽略了影響區域性電場中的e3，而e3=0，僅適用於分子間作用很弱的氣體、非極性液體、非極性固體、具有適當對稱性的立方型結構固體。而金紅石為四方型結構，由於其結構與組成的特點，其e3對區域性電場的貢獻不能被忽略。
無機材料物理效能考試試題及答案
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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...
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...