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[ 標簽 :標題 ]
篇一：無(wú)機材料物理性能
,2014 年考試必備
< 無(wú)機材料物理性能> 習題與答案
一、填空題（每題1 分，共 20 分）
1、電導具有電解效應，從而可以通過(guò)這兩種效應檢查材料中載流子的類(lèi)型。
2、 電導率的一般表達式為?iniqi?i
i 。其各參數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。
3、離子晶體中的電導主要為?？梢苑譃閮深?lèi)：電導）和雜質(zhì)電導。在高溫下本征
別顯著(zhù)，在低溫下雜質(zhì)電導最為顯著(zhù)。
電導特
4、電子電導時(shí)，載流子的主要散射機構有散射
5、電流吸收現象主要發(fā)生在電導為主的陶瓷材料，
、 晶格振動(dòng)的散射。
因電子遷移率很高，
所以不存在空間電
荷和吸收電流現象。
6、導電材料中載流子是、
固體材料質(zhì)點(diǎn)間結合力越強，熱膨脹系數越
非晶體的導熱率（不考慮光子導熱的貢獻）在所有溫度下都比晶體的在高溫下，二者的導熱率 比較接近 。
固體材料的熱膨脹的本質(zhì)為：
無(wú)機材料的熱容與材料結構的關(guān)系 CaO 和 SiO2 的混合物與 CaSiO3 的熱容 -溫度曲線(xiàn) 基本一致 。
晶體結構愈復雜，晶格振動(dòng)的非線(xiàn)性程度愈。格波受到的
散射大，因此聲子的平均自由程小，熱導率低。
12、和 之間的關(guān)系為色散關(guān)系。
13、對于熱射線(xiàn)高度透明的材料，它們的光子傳導效應較大，但是在有微小氣孔存在時(shí)，
由于氣孔與固體間折射率有很大的差異，使這些微氣孔形成了散射中心，導致透明度強烈降低。
14、大多數燒結陶瓷材料的光子傳導率要比單晶和玻璃小1～3 數量級， 其原因是前者有微
量的氣孔存在，從而顯著(zhù)地降低射線(xiàn)的傳播，導致光子自由程顯著(zhù)減小。
15、當光照射到光滑材料表面時(shí)，發(fā)生；
當光照射到粗糙的材料表面時(shí)，發(fā)生 漫反射 。
16、作為乳濁劑必須滿(mǎn)足：用高反射率、厚釉層和高的散射系數，可以得到良好的乳濁效果。
17、材料的折射隨著(zhù)入射光的頻率的減少（或波長(cháng)的增加）而減少的性質(zhì)，稱(chēng)為色散。
18、壓電功能材料一般利用壓電材料的功
能、電致伸縮功能或電光功能。
19、材料在恒變形的條件下，隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，彈性應力逐漸的現象稱(chēng)為應力松
弛，材料抵抗應力松弛的能力稱(chēng)為松弛穩定性。
20、多組分玻璃中的介質(zhì)損耗主要包括三個(gè)部分：
二、判斷題（每題1 分，共 10 分）：
1、導溫系數反映的是溫度變化過(guò)程中材料各部分溫度趨于一致的能力。
2、只有在高溫且材料透明、半透明時(shí)，才有必要考慮光子熱導的貢獻。
（
（）
）
3、原子磁距不為零的必要條件是存在未排滿(mǎn)的電子層。
（
）
4、量子自由電子理論和能帶理論均認為電子隨能量的分布服從
FD 分布。
（
）
5、由于晶格熱振動(dòng)的加劇，金屬和半導體的電阻率均隨溫度的升高而增大。
6、直流電位差計法和四點(diǎn)探針?lè )y量電阻率均可以消除接觸電阻的影響。
7、 由于嚴格的對應關(guān)系，材料的發(fā)射光譜等于其吸收光譜。
8、 凡是鐵電體一定同時(shí)具備壓電效應和熱釋電效應。
9、 硬度數值的物理意義取決于所采用的硬度實(shí)驗方法。
10、對于高溫力學(xué)性能，所謂溫度高低僅具有相對的意義。
１．正應力正負號規定是拉應力為負，壓應力正。
（
）
２．Ａ l2Ｏ 3 結構簡(jiǎn)單，室溫下易產(chǎn)生滑動(dòng)。
（
）
３． 斷裂表面能比自由表面能大。
（
）
４．一般折射率小，結構緊密的電介質(zhì)材料以電子松弛極化性為主。
（
）
５．金紅石瓷是離子位移極化為主的電介質(zhì)材料。
（
）
６．自發(fā)磁化是鐵磁物質(zhì)的基本特征，是鐵磁物質(zhì)和順磁物質(zhì)的區別之處。
（
７．隨著(zhù)頻率的升高，擊穿電壓也升高。
（
）
８．磁滯回線(xiàn)可以說(shuō)明晶體磁學(xué)各向異性。
（
）
９．材料彈性模量越大越不易發(fā)生應變松弛。
（
）
１０．大多數陶瓷材料的強度和彈性模量都隨氣孔率的減小而增加。
（
）
三、單項選擇（每題 1 分，共 30 分）：
1、關(guān)于材料熱容的影響因素，下列說(shuō)法中不正確的是
熱容是一個(gè)與溫度相關(guān)的物理量，因此需要用微分來(lái)精確定義。
實(shí)驗證明，高溫下化合物的熱容可由柯普定律描述。
德拜熱容模型已經(jīng)能夠精確描述材料熱容隨溫度的變化。
材料熱容與溫度的精確關(guān)系一般由實(shí)驗來(lái)確定。
2、 關(guān)于熱膨脹，下列說(shuō)法中不正確的是
各向同性材料的體膨脹系數是線(xiàn)膨脹系數的三倍。
各向異性材料的體膨脹系數等于三個(gè)晶軸方向熱膨脹系數的加和。
熱膨脹的微觀(guān)機理是由于溫度升高，點(diǎn)缺陷密度增高引起晶格膨脹。
（（（（（（ （（） ） ）））） ）））
由于本質(zhì)相同，熱膨脹與熱容隨溫度變化的趨勢相同。
3、下面列舉的磁性中屬于強磁性的是（）
A 順磁性 B 亞鐵磁性C 反鐵磁性D 抗磁性
4、關(guān)于影響材料鐵磁性的因素，下列說(shuō)法中正確的是（）
A 溫度升高使得MS 、 BR 、 HC 均降低。B 溫度升高使得MS 、 BR 降低， HC
C 冷塑性變形使得?和 HC 均升高。
D 冷塑性變形使得?和 HC 均降低。
5、下面哪種效應不屬于半導體敏感效應。（）
A 磁敏效應B 熱敏效應C 巴克豪森效應D 壓敏效應
升高。
6、關(guān)于影響材料導電性的因素，下列說(shuō)法中正確的是（）
由于晶格振動(dòng)加劇散射增大，金屬和半導體電阻率均隨溫度上升而升高。
冷塑性變形對金屬電阻率的影響沒(méi)有一定規律。
“熱塑性變形＋退火態(tài)的電阻率”的電阻率高于“熱塑性變形＋淬火態(tài)”
一般情況下，固溶體的電阻率高于組元的電阻率。
7、下面哪種器件利用了壓電材料的熱釋電功能（）
A 電控光閘 B 紅外探測器 C 鐵電顯示器件
D 晶體振蕩器
8、下關(guān)于鐵磁性和鐵電性，下面說(shuō)法中不正確的是（
）
A 都以存在疇結構為必要條件
B 都存在矯頑場(chǎng)
C 都以存在疇結構為充分條件
D 都存在居里點(diǎn)
9、下列硬度實(shí)驗方法中不屬于靜載壓入法的是
（
）
A 布氏硬度 B 肖氏硬度 C 洛氏硬度
D 顯微硬度
10、關(guān)于高溫蠕變性能，下列說(shuō)法中不正確的是（
）
A 蠕變發(fā)生的機理與應力水平無(wú)關(guān)。
B 粗化晶粒是提高鋼持久強度的途徑之一。
D 蠕變的熱激活能與材料的化學(xué)成分有關(guān)。
二、 問(wèn)答題（每題 8 分，共 48 分）
1、簡(jiǎn)述以下概念：熱應力、柯普定律、光的雙折射。
答：
1）由于材料熱膨脹或收縮引起的內應力稱(chēng)為熱應力。
2 化合物分子熱容等于構成該化合物各元素原子熱容之和。理論解釋?zhuān)?/p>
Cnici 。
3）光進(jìn)入非均質(zhì)介質(zhì)時(shí)，一般要分為振動(dòng)方向相互垂直、傳播速度不等的兩個(gè)波，它們構成兩條折射光線(xiàn)，這個(gè)現象稱(chēng)為雙折射。
2、影響材料透光性的主要因素是什么？提高無(wú)機材料透光性的措施有哪些？
答：影響透光性的因素：1）吸收系數可見(jiàn)光范圍內，吸收系數低（1 分）
2）反射系數材料對周?chē)?a target="_blank" class="keylink">環(huán)境的相對折射率大，反射損失也大。（ 1 分）
3）散射系數材料宏觀(guān)及微觀(guān)缺陷；
晶體排列方向；
氣孔。（1 分）
提高無(wú)機材料透光性的措施：（ 1）提高原材料純度減少反射和散射損失（
（ 2）摻外加劑降低材料的氣孔率（2 分）。（ 3）采用熱壓法便于排除氣孔（
2 分）。
2 分）
3、為什么陶瓷晶體常溫下不容易塑性變形？
答：（ 1）陶瓷是由離子鍵或共價(jià)鍵組成的，離子鍵結合的晶體，同號離子相遇靜電斥力極
大，而共價(jià)鍵具有明顯的方向性， 也不是任何方向都可以滑移。
陶瓷材料只有個(gè)別滑移系統才能
滿(mǎn)足幾何條件與靜電條件。
2）陶瓷材料往往是二元以上系統，結構越復雜，滿(mǎn)足條件愈困難?；撇惶赡軐?shí)現，
滑
移系統少，塑性差。
3）陶瓷材料多為多晶材料， 其晶粒在空間隨機分布， 不同方向上的剪應力差別很大，既是個(gè)別晶粒達到臨界剪應力發(fā)生滑移，也會(huì )受到周?chē)Я５闹萍s，使滑移收到阻礙而終止，
所
以多晶材料更不容易滑移。晶界的存在也會(huì )阻礙位錯的滑移，增大位錯滑移的阻力。所以塑
性差。
4、為什么采用鉛釉可以提高陶瓷釉面的光澤？
答：
1.鉛離子屬于18+2 電子構型，極化率大，折射率高，反射率大，反射強度高；
2.鉛離子可以降低釉面的高溫粘度，表面張力小，提高表面光潔度，鏡面反射比例增加。
5、詳述脆性材料增韌補強的途徑
答：（ 1） . 盡可能消除材料內部的缺陷。高強度材料要求顯微結構：細、密、勻、純；
（ 2） . 消除表面缺陷－如拋光，化學(xué)處理等；
（ 3）. 在材料表面引入殘余壓應力層。
如淬火、 離子交換法 （或化學(xué)強化） 、表面涂層 （陶瓷表面施釉）；
（ 4） .
（ 5） .
制造微裂紋增韌；
相變韌化。所謂相變韌化就是利用ZrO2 的相變來(lái)進(jìn)行增韌補強；
6）. 制備復合材料。制備復合材料進(jìn)行增韌補強是指在基體材料中引入粉狀或纖維狀的
材
料，把它們構成復合材料，制備成復合材料后，材料的性能就提高了。如顆粒彌散增韌補強、纖維增韌補強等。
三、計算題（共16 分）
1、本征半導體中，從價(jià)帶激發(fā)至導帶的電子和價(jià)帶產(chǎn)生的空穴參與電導。激發(fā)的電子數n
可近似表示為：n?Nexp(?Eg/2kT) ，式中 N 為狀態(tài)密度，k 為波爾茲曼常數，T 為絕對溫度。
試回答以下問(wèn)題：
1）設 N=1023cm-3,k=8.6 ” *10-5eV .K-1 時(shí) , Si(Eg=1.1eV),TiO2(Eg=3.0eV) 在室溫（ 20℃）和 500℃時(shí)所激發(fā)的電子數（ cm-3 ）各是多少：
（ 2）半導體的電導率σ （ Ω -1.cm-1 ）可表示為 ne?，式中 n 為載流子濃度（cm-3），
e 為載流子電荷（電荷1.6*10-19C ） ,μ 為遷移率（ cm2.V-1.s-1 ）當電子（ e）和空穴（ h）
同時(shí)
為載流子時(shí)，假定 Si 的遷移率 μ e=1450（ cm2.V-1.s-1 ），μ h=500（cm2.V-1.s-1 ），nee?e?nhe?h。且不隨溫度變化。求 Si 在室溫（ 20℃）和 500℃時(shí)的電導率
解：（ 1） Si
20℃ n?1023exp(?1.1/(2*8.6*10?5*298)=1023*e-21.83=3.32*1013cm-3
500℃ n?1023exp(?1.1/(2*8.6*10?5*773)=1023*e-8=2.55*1019 cm-3
TiO2
20℃ n?1023exp(?3.0/(2*8.6*10?5*298)
=1.4*10 cm
500℃ n?1023exp(?3.0/(2*8.6*10?5*773)
=1.6*1013 cm-3
20 ℃ nee?e?nhe?h =3.32*1013*1.6*10-19(1450+500) =1.03*10-2 （Ω -1.cm-1 ）
500℃ nee?e?nhe?h
=2.55*1019*1.6*10-19(1450+500)
=7956 （ Ω-1.cm-1 ）
2、光通過(guò)厚度為X 厘米的透明陶瓷片，入射光的強度為I0，該陶瓷片的反射系數和散射
系數分別為m、 ? (cm-1) 和 s(cm-1)。請在如下圖示中用以上參數表達各種光能的損失。當
X=1 ， m=0.04，透光率I/I0=50% ，計算吸收系數和散射系數之和。
（圖中標識每個(gè)1 分，計算5 分）
-3-3
I?I0(1?m)2e
I?(s)x
I
e?(1?m)2e0?(s)x
?(s)x(1?m)2(1?0.04)2
1.8432II00.5
(s)?Ln1.8432?0.612cm?1
篇二：無(wú)機材料物理性能試題及答案
無(wú)機材料物理性能試題及答案
無(wú)機材料物理性能試題及答案
一、填空題（每題
2 分，共
36 分）
1、電子電導時(shí)，載流子的主要散射機構有晶格振動(dòng)的散射。
2、無(wú)機材料的熱容與材料結構的關(guān)系，CaO 和 SiO2 的混合物與
熱容 -溫度曲線(xiàn)基本一致。
3 電導）和雜質(zhì)電導。在高溫下本征電導特別顯著(zhù)，在低溫下
CaSiO3 的
雜質(zhì)電導最為顯著(zhù)。
4、固體材料質(zhì)點(diǎn)間結合力越強，熱膨脹系數越。
電子遷移率很高，所以不存在空間電荷和吸收電流現象。
6、導電材料中載流子是、和空位。
中載流子的類(lèi)型。
非晶體的導熱率（不考慮光子導熱的貢獻）在所有溫度下都比晶體的
小。在高溫下，二者的導熱率比較接近。
9. 固體材料的熱膨脹的本質(zhì)為：大。
10. 電導率的一般表達式為?iniqi?i
i 。其各參數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。
晶體結構愈復雜，晶格振動(dòng)的非線(xiàn)性程度愈
散射大，因此聲子的平均自由程小，熱導率低。
12、 和 之間的關(guān)系為色散關(guān)系。
13、對于熱射線(xiàn)高度透明的材料，它們的光子傳導效應較大，但是在有微小氣孔存在時(shí)，
由于氣孔與固體間折射率有很大的差異， 使這些微氣孔形成了散射中心， 導致透明度強烈降低。
14、～ 3 數量級，其原因是前者有微量的氣孔存在，從而顯著(zhù)地降低射線(xiàn)的傳播，導致光子自由程顯著(zhù)減小。
15 生 漫反射。
用高反射率，厚釉層和高的散射系數，可以得到良好的乳濁效果。
色散。
二、問(wèn)答題（每題8 分，共 48 分）
1、簡(jiǎn)述以下概念：順磁體、鐵磁體、軟磁材料。
答：（ 1）順磁體：原子內部存在永久磁矩，無(wú)外磁場(chǎng)，材料無(wú)規則的熱運動(dòng)使得材料沒(méi)
有磁性。當外磁場(chǎng)作用，每個(gè)原子的磁矩比較規則取向，物質(zhì)顯示弱磁場(chǎng)。（ 2）鐵磁體：
在較弱的磁場(chǎng)內，材料也能夠獲得強的磁化強度，而且在外磁場(chǎng)移去，材料保留強的磁性。
3）軟磁材料：容易退磁和磁化 ( 磁滯回線(xiàn)瘦長(cháng) )，具有磁導率高，飽和磁感應強度大，矯頑力小，穩定型好等特性。
2、簡(jiǎn)述以下概念：亞鐵磁體、反磁體、磁致伸縮效應
答：（ 1）亞鐵磁體：鐵氧體：含鐵酸鹽的陶瓷磁性材料。它和鐵磁體的相同是有自發(fā)
磁化強度和磁疇，不同是：鐵氧體包含多種金屬氧化物，有二種不同的磁矩，自發(fā)磁化，
也
稱(chēng)亞鐵磁體。（ 2）反磁體：由于“交換能”是負值，電子自旋反向平行。
?。?3）磁致伸縮效應：使消磁狀態(tài)的鐵磁體磁化， 一般情況下其尺寸、形狀會(huì )發(fā)生變化， 這種現象稱(chēng)為磁致伸縮效
應。
3、簡(jiǎn)述以下概念：熱應力、柯普定律、光的雙折射。
答：
1）由于材料熱膨脹或收縮引起的內應力稱(chēng)為熱應力。
等
2）柯普定律：化合物分子熱容
于構成該化合物各元素原子熱容之和。理論解釋?zhuān)?/p>
般要分為振動(dòng)方向相互垂直、傳播速度不等的兩個(gè)波，
為雙折射。
Cnici 。
3）光進(jìn)入非均質(zhì)介質(zhì)時(shí)，一
它們構成兩條折射光線(xiàn)，這個(gè)現象稱(chēng)
4、什么是鐵氧體？鐵氧體按結構分有哪六種主要結構?
答：以氧化鐵（Fe3+2O3）為主要成分的強磁性氧化物叫做鐵氧體。鐵氧體按結構：尖晶
石型、石榴石型、磁鉛石型、鈣鈦礦型、鈦鐵礦型和鎢青銅型。
5、影響材料透光性的主要因素是什么？提高無(wú)機材料透光性的措施有哪些？
答：影響透光性的因素：1）吸收系數可見(jiàn)光范圍內，吸收系數低（1 分）
2）反射系數材料對周?chē)h(huán)境的相對折射率大，反射損失也大。（ 1 分）
3）散射系數材料宏觀(guān)及微觀(guān)缺陷；
晶體排列方向；
氣孔。（1 分）
提高無(wú)機材料透光性的措施：（ 1）提高原材料純度減少反射和散射損失（
（ 2）摻外加劑降低材料的氣孔率（2 分）。（ 3）采用熱壓法便于排除氣孔（
2 分）。
2 分）
6、影響離子電導率的因素有哪些？并簡(jiǎn)述之。
答：
1）溫度。隨著(zhù)溫度的升高，離子電導按指數規律增加。低溫下雜質(zhì)電導占主要地位。
這
是由于雜質(zhì)活化能比基本點(diǎn)陣離子的活化能小許多的緣故。
（2 分）
高溫下， 固有電導起主要作用。
2）晶體結構。電導率隨活化能按指數規律變化，而活化能反映離子的固定程度，它與晶
體結構有關(guān)。熔點(diǎn)高的晶體，晶體結合力大，相應活化能也高，電導率就低。（ 2 分）
結構緊密的離子晶體，由于可供移動(dòng)的間隙小，則間隙離子遷移困難，即活化能高，因
而可獲得較低的電導率。（ 2 分）
3）晶格缺陷。離子晶格缺陷濃度大并參與電導。因此離子性晶格缺陷的生成及其濃度大
7、比較愛(ài)因斯坦模型和德拜比熱模型的熱容理論，并說(shuō)明哪種模型更符合實(shí)際。
答：
1）愛(ài)因斯坦模型（Einstein model ）他提出的假設是：每個(gè)原子都是一個(gè)獨立的振子，
原子之間彼此無(wú)關(guān)，并且都是以相同的角頻 w 振動(dòng)（ 2 分），即在高溫時(shí)，愛(ài)因斯坦的簡(jiǎn)化模型與杜隆—珀替公式相一致。
但在低溫時(shí)， 說(shuō)明 CV 值按指數規律隨溫度 T 而變化， 而不是從實(shí)驗中得出的按 T3 變化的規律。這樣在低溫區域，愛(ài)斯斯坦模型與實(shí)驗值相差較大，這是因為原子振動(dòng)間有耦合作用的結果（ 2 分）。
2）德拜比熱模型德拜考慮了晶體中原子的相互作用，把晶體近似為連續介質(zhì)（溫度較高時(shí)，與實(shí)驗值相符合，當溫度很低時(shí)，這表明當 T→ 0 時(shí)， CV 與
T3
2 分）。當成正比并趨于
0，這就是德拜T3 定律，它與實(shí)驗結果十分吻合，溫度越低，近似越好（
8、晶態(tài)固體熱容的量子理論有哪兩個(gè)模型？它們分別說(shuō)明了什么問(wèn)題？
2 分）。
答：愛(ài)因斯坦模型
在高溫時(shí)，愛(ài)因斯坦的簡(jiǎn)化模型與杜隆—珀替公式相一致。（ 2 分）
但在低溫時(shí)，CV 值按指數規律隨溫度T 而變化，而不是從實(shí)驗中得出的按T3 變化的規
律。這樣在低溫區域，愛(ài)斯斯坦模型與實(shí)驗值相差較大，這是因為原子振動(dòng)間有耦合作用
的結果。（2 分）
德拜比熱模型
1） 當溫度較高時(shí)，即TD， CV?3Nk?3R ，即杜隆—珀替定律。
?。?2 分）
2） 當溫度很低時(shí)，表明當 T → 0 時(shí)， CV 與 T3 成正比并趨于 0，這就是德拜 T3 定律，它與實(shí)驗結果十分
吻合，溫度越低，近似越好。（ 2 分）
9、如何判斷材料的電導是離子電導或是電子電導？試說(shuō)明其理論依據。
答：
1）材料的電子電導和離子電導具有不同的物理效應，由此可以確定材料的電導性質(zhì)。
（2 分）利用霍爾效應可檢驗材料是否存在電子電導；
（1 分）
利用電解效應可檢驗材料是否存在離子電導。（1 分）
2）霍爾效應的產(chǎn)生是由于電子在磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生橫向移動(dòng)的結果，離子的質(zhì)量比電子大
得多，磁場(chǎng)作用力不足以使它產(chǎn)生橫向位移，因而純離子電導不呈現霍爾效應。（ 2 分）
3）電解效應（離子電導特征）離子的遷移伴隨著(zhù)一定的物質(zhì)變化，離子在電極附近發(fā)生電
子得失，產(chǎn)生新的物質(zhì)。由此可以檢驗材料是否存在離子電導。（ 2 分）
三、計算題（共16 分）
1、一陶瓷零件上有一垂直于拉應力的邊裂，如邊裂長(cháng)度為：
2?m ，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
諸結果。
Kc (2 分 ) ?cc
（ 1） 2 mm（ 2）0.049mm（ 3）
162Mpa ·m1/2 ，討論
?cK?1.62?c?2?10?3?20.4MPa
(2 分 )
c?c?2?10?6?646.5MPa(2 分 )
(3)?c=577.19Gpa （ 2 分）
2c 為 4mm 的陶瓷零件容易斷裂；
說(shuō)明裂紋尺寸越大，材料的斷裂強度越低。（ 2 分）
2、光通過(guò)厚度為X 厘米的透明陶瓷片，入射光的強度為I0，該陶瓷片的反射系數和散射
系數分別為m、 ? (cm-1) 和 s(cm-1)。請在如下圖示中用以上參數表達各種光能的損失。當
X=1 ， m=0.04，透光率I/I0=50% ，計算吸收系數和散射系數之和。
（圖中標識每個(gè)1 分，計算5 分）
篇三：無(wú)機材料物理性能考試試題及答案
無(wú)機材料物理性能考試試題及答案
一、填空（ 18）
聲子的準粒子性表現在聲子的動(dòng)量不確定、系統中聲子的數目不守恒。
2. 在外加電場(chǎng) E 的作用下，一個(gè)具有電偶極矩為 p 的點(diǎn)電偶極子的位能明 當電偶極矩的取向與外電場(chǎng)同向時(shí)，能量為最低而反向時(shí)能量為最高。
U=-p · E，該式表
3. TC 為正的溫度補償材料具有敞曠結構，并且內部結構單位能發(fā)生較大的
4. 鈣鈦礦型結構由5 個(gè)簡(jiǎn)立方格子套購而成，它們分別是1 個(gè) Ti
、
1
轉動(dòng)。
個(gè) Ca 和
3
個(gè)氧簡(jiǎn)立方格子
彈性系數 ks 的大小實(shí)質(zhì)上反映了原子間勢能曲線(xiàn)極小值尖峭度的大小。
按照格里菲斯微裂紋理論，材料的斷裂強度不是取決于裂紋的數量，而是決定于裂紋的
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. 制備微晶、 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(zhì)等。
8. 粒子強化材料的機理在于粒子可以防止基體內的位錯運動(dòng)，
或通過(guò)粒子的塑性形變而吸
收一部分能量，達從而到強化的目的。
復合體中熱膨脹滯后現象產(chǎn)生的原因是由于不同相間或晶粒的不同方向上膨脹系數差別很大，產(chǎn)生很大的內應力，使坯體產(chǎn)生微裂紋。
10.裂紋有三種擴展方式：張開(kāi)型、滑開(kāi)型、撕開(kāi)型
格波：晶格中的所有原子以相同頻率振動(dòng)而形成的波，或某一個(gè)原子在平衡位置附近的振動(dòng)是以波的形式在晶體中傳播形成的波
二、名詞解釋 (12)
自發(fā)極化：極化并非由外電場(chǎng)所引起，而是由極性晶體內部結構特點(diǎn)所引起，使晶體中的每個(gè)晶胞內存在固有電偶極矩，這種極化機制為自發(fā)極化。
斷裂能：是一種織構敏感參數 ,起著(zhù)斷裂過(guò)程的阻力作用，不僅取決于組分、結構，在很大程度上受到
微觀(guān)缺陷、顯微結構的影響。包括熱力學(xué)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(dòng)：原子組成晶體后，由于電子殼層的交疊，電子不再完全局限在某一個(gè)原子上，可
以由一個(gè)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(gè)晶體中
運動(dòng)。這種運動(dòng)稱(chēng)為電子的共有化運動(dòng)。
平衡載流子和非平衡載流子：在一定溫度下，半導體中由于熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子成為平衡
載流子。由于施加外界條件 (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(chēng)為非平衡載流子。
三、簡(jiǎn)答題（13）
玻璃是無(wú)序網(wǎng)絡(luò )結構，不可能有滑移系統，呈脆性，但在高溫時(shí)又能變形，為什么？答：正是因為非長(cháng)程有序，許多原子并不在勢能曲線(xiàn)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(dòng)。因此玻璃在高溫時(shí)能變形。
有關(guān)介質(zhì)損耗描述的方法有哪些？其本質(zhì)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(lái)說(shuō)都涉及同一現象。
即實(shí)際電介質(zhì)的電流位相滯后理想電介質(zhì)的電流位相。因此它們的本質(zhì)是一致的。
3. 簡(jiǎn)述提高陶瓷材料抗熱沖擊斷裂性能的措施。
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
熱膨脹系數a 。
(4) 減小表面熱傳遞系數h。
(5) 減小產(chǎn)品的有效厚度
4. 產(chǎn)生晶面滑移的條件是什么？并簡(jiǎn)述其原因。
c 。
(3)
rm。
減小材料的
答：產(chǎn)生滑移的條件：面間距大；
（面間作用力弱） ·每個(gè)面上是同一種電荷的原子，相對
滑動(dòng)面上的電荷相反；
（滑移時(shí)，沒(méi)有靜電斥力的作用）·滑移矢量（柏格斯矢量）小。（消
耗能量小，容易滑動(dòng)）
為什么常溫下大多數陶瓷材料不能產(chǎn)生塑性變形、而呈現脆性斷裂？
答：陶瓷多晶體的塑性形變不僅取決于構成材料的晶體本身，而且在很大程度上受晶界物
質(zhì)的控制。
因此多晶塑性形變包括以下內容：
晶體中的位錯運動(dòng)引起塑變；
晶粒與晶粒間晶界的相對滑動(dòng)；
空位的擴散；
粘性流動(dòng)。在常溫下，由于非金屬晶體及晶界的結構特點(diǎn)，使
塑性形變難以實(shí)現。
又由于在材料中往往存在微裂紋， 當外應力尚未使塑變以足夠的速度運動(dòng)時(shí)，此應力可能已超過(guò)微裂紋擴展所需的臨界應力，最終導致材料的脆斷。
四、分析題 (30)
多晶多相無(wú)機材料中裂紋產(chǎn)生和快速擴展的原因是什么？有哪些防止裂紋擴展的措
施？
答：裂紋產(chǎn)生的原因（1）由于晶體微觀(guān)結構中存在缺陷，當受到外力作用時(shí)，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(dòng)會(huì )受到各種阻礙：（ 2）材料表面
的機械損傷與化學(xué)腐蝕形成表面型紋，—這種表面裂紋最危險，裂紋的擴展常常由表面裂紋
開(kāi)始。（ 3）由于熱應力而形成裂紋。大多數陶瓷是多晶多相體，晶粒在材料內部取向不同，
不同相的熱膨膨系數也不同，這樣就會(huì )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）由于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(guò)材料的強度則出現微裂紋?？焖贁U展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于裂紋的數量，而是決定于裂紋的大小，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(guò)臨界尺寸，裂紋就迅速擴展而斷裂。因為裂紋
擴展的動(dòng)力
而起始擴展，G 就愈來(lái)愈大于4γ ，直到破壞。所以對于脆性材料，裂紋的起始擴展就是
破壞過(guò)程的臨界階段， 因為脆性材料基本上沒(méi)有吸收大量能量的塑性形變。
防止裂紋擴展的措施微晶、高密度與高純度、預加應力、化學(xué)強化、相變增韌、韌性相（如金屬粒子）彌散
于材料中增韌、纖維增強復合材料等
比較同一組成的單晶、多晶、非晶態(tài)無(wú)機材料的熱導率隨溫度的變化。
答：無(wú)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(zhì)的聲
子散射主要機構有：聲子間的碰撞過(guò)程；
點(diǎn)缺陷的散射；
晶界散射；
位錯的散射。
（ 2）對于
晶體，在低溫下，僅考慮聲子間的碰撞，碰撞的幾率正比于
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(shí)熱容又與溫度的三次方呈正比，因
此晶體的熱導率于溫度在低溫時(shí)有一峰值，
隨著(zhù)溫度的升高， 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(fā)生變化。但
隨著(zhù)溫度繼續升高， 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。對于同組成的多晶體由于晶粒尺寸小、
晶界多、 缺陷多、晶界處雜質(zhì)
多，對聲子散射大， 因此多晶體與單晶體同一種物質(zhì)多晶體的熱導率總比單晶小。
對于非晶
態(tài)相，可以把其看作直徑為幾個(gè)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(fā)生變化，因此熱導率僅隨熱容發(fā)生變化。（3）單晶和非晶態(tài)的熱導率隨
溫度變化的關(guān)系如圖所示 （圖略） 非晶體的聲子導熱系數在所有溫度下都比晶體??；
兩者在高溫下比較接近；
兩者曲線(xiàn)的重大區別在于晶體有一峰值。
由于非晶體材料特有的無(wú)序結構，聲子平均自由程都被限制在幾個(gè)晶胞間距的量級，因而組分對其影響小。
分析各種電極化微觀(guān)機制對介電常數的影響。
答：組成物質(zhì)的帶正、負電的粒子，如電子、離子等都會(huì )在外電場(chǎng)的作用下，發(fā)生位移，
形成偶極矩，或通過(guò)轉向表現出宏觀(guān)極化強度，這些過(guò)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(dòng)有關(guān)，其完成需要一定的
時(shí)間， 且是非彈性的， 需要消耗一定能量的的松弛極化。
因此電極化微觀(guān)機制有電子位移極
化、離子位移極化、 電子、離子松弛極化、 空間電荷極化、 轉向極化等。
通過(guò)材料的極化率
?、
極化強度 P 和介電常數 ?r 間的關(guān)系：
P=?0(?r-1)E ，P=?0?E 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(huì )提高其介電常數。
但是由于各種極化現象所需的時(shí)間不同，
是否能發(fā)生極化與該極化機制和外加電場(chǎng)的頻率有關(guān)，
電子位移激化時(shí)間短， 其極化范圍在
直流與光頻間， 即高于光頻的電場(chǎng)不能使電子發(fā)生位移極化，
小于光頻的電場(chǎng)可以使電子發(fā)
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、松弛極
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。
其影響位移極化小于松弛極化。
分析固體材料熱膨脹本質(zhì)
答：源于材料內部的質(zhì)點(diǎn)之間相互作用關(guān)于質(zhì)點(diǎn)平衡位置不對稱(chēng)性。五、計算題 (27)
根據標準線(xiàn)性固體模型，推導應力?和應變 ? 的關(guān)系式：
GC?2dWs?4?dC，當 C 增加
時(shí)， G 也變大，而是常數，因此，斷裂一旦達到臨界尺寸
?(E1?E2)
E1E2
?E1E2?E2。
其中：?答案：d?d= dt， ?= dt
由串并聯(lián)條件得：
1） ?= 1 + ?= 2?
2） ?3=? ?3
3） 12
4） ?=?1+?2
5） ?1=E1?1
6） ?1=?3
7） ?2=E2?2
?（ 8） ?2=E2× 2=E2 × ?
9） ?1=E1 ?
解方程1
d?d?1d?2d?d?2d?1?E1?E1?dtdtdtdtdtdt
d?d?2d?E2d?d?1d?1EE?d3dt?dtE2?22dt?dt
dtE1?E1?E1?E1??(E1?E2)E2d?d?dE2E1E1E2E1E1E1dtdtdt得
ddtd?13?d?1E2(E1?E2)
E1E2E1E2?E2
2.有一構件，實(shí)際使用應力為1.30GPa,有下列兩種鋼供選：甲鋼：?f =1.95GPa,K1c
=45Mpa ·m 1\2 乙鋼：?f =1.56GPa,K1c =75Mpa ·m 1\2 試根據經(jīng)典強度理論與斷裂強度理
論進(jìn)行選擇，并對結果進(jìn)行說(shuō)明。（設：最大裂紋尺寸為1mm，幾何形狀因子Y=1.5 ）
答：經(jīng)典強度理論斷裂準則：f/n 運用經(jīng)典強度理論的傳統設計：得：甲鋼的安全系數:
1.5，乙鋼的安全系數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)1/2?KIC 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(huì )導致低應力斷裂， 而乙鋼是安全可靠的。
通過(guò)上述分析，兩種設計方法得到截然相反的結果。
由于斷裂力學(xué)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(xué)觀(guān)點(diǎn)設計材料即安全可靠，又能充分發(fā)揮材料的強度，合理使用材料。
而傳統材料的設計觀(guān)點(diǎn)是一味的片面追求高強度， 其結果不但不安全， 而且還埋沒(méi)了非常合適的材料。
已 知 金 紅 石 瓷 介 質(zhì) 的 體 積 密 度 為 4.24g/cm3 ， 分 子 量 為
79.9， ?eTi4+=0.272?10-24cm3 ， ?eO2-=2.76?10-24cm3 ，試用克——莫方程計算該介質(zhì)在光頻下的介電系數，實(shí)測 =7.3，請對計算結果進(jìn)行討論。
答：克——莫方程為：(?r-1)/(?r+2)=?ni?I/3?0 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，其中一個(gè)鈦原子、兩個(gè)氧原子， 并由國際單位制換算成厘米克
秒 制 單 位 ， 此 時(shí) 克 — — 莫 方 程 可 寫(xiě) 為 ：
(-1)/(??+2)=4? （ n? eTi4++2n?eO2- ）
/3n=(?/M)6.02?1023 通過(guò)計算可得：
=11.3 與實(shí)測 =7.3 進(jìn)行比較， 有較大的差別， 其原因
主要是在推導克——莫方程時(shí)，忽略了影響局部電場(chǎng)中的 E3，而 E3=0，僅適用于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(chēng)性的立方型結構固體。而金紅石為四方型結構，由于其結構與組成的特點(diǎn)，其 E3 對局部電場(chǎng)的貢獻不能被忽略。
