材料物理性能期末复习题 2.doc

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期末复习题
一、填空（20）
2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量 介电常数 与微观量 极化率 之间的关系。
3．固体材料的热膨胀本质是 点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大 。
4．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈 小
，热导率也就愈 低 。
5．电介质材料中的压电性、铁电性与热释电性是由于相应压电体、铁电体和热释电体都是 不具有对称中心 的晶体。
6．复介电常数由实部和虚部这两部分组成，实部与通常应用的 介电常数 一致，虚部表示了电介质中 能量损耗 的大小。
77777667．当磁化强度M为 负 值时，固体表现为抗磁性。
8．电子磁矩由电子的 轨道磁矩 和 自旋磁矩 组成。
9．无机非金属材料中的载流子主要是 电子 和 离子 。
10．广义虎克定律适用于 各向异性的非均匀 材料。
11．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为 I0•（1-m）2x 。
12．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子Y= 。
13．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l， 则此偶极矩为 ql 。
14．裂纹扩展的动力是物体内储存的 弹性应变能 的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的 表面能 。
15.Griffith微裂纹理论认为，断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是 裂纹扩展 的结果。
16．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用 第二 热应力因子表示。
17．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是 声子热导 。
18．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示 应力作用 的方向。
19． 电滞回线 的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。
20．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由 电子的自旋磁矩 引起。
21. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的 数量 ，而是决定于裂纹的 大小 ，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的 断裂强度。
22. 复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。
23.晶体发生塑性变形的方式主要有 滑移 和 孪生 。
24.铁电体是具有 自发极化 且在外电场作用下具有 电滞回线 的晶体。
25.自发磁化的本质是 电子间的静电交换相互作用 。
二、名词解释(20)
自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。

滞弹性：当应力作用于实际固体时，固体形变的产生与消除需要一定的时间，这种与时间有关的弹性称为滞弹性。
格波：处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称为格波，格波的一个特点是，其传播介质并非连接介质，而是由原子、离子等形成的晶格。
电介质：指在电场作用下能建立极化的一切物质。
电偶极子：是指相距很近但有一距离的两个符号相反而量值相等的电荷。
蠕变（creep）(缓慢变形)：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。
压电效应：不具有对称中心的晶体在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当对不具有对称中心晶体的极化方向上施加电场，晶体也会发生变形，电场去掉后，晶体的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。
电致伸缩：当在不具有对称中心晶体的极化方向上施加电场时，晶体会发生变形，电场去掉后，晶体的变形随之消失，这种现象称为电致伸缩现象，或称为逆压电效应。
铁电体：具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。
三问答题（每题5分，共20分）
2.简述位移极化和松驰极化的特点。
答：位移式极化是一种弹性的、瞬时完成的极化，不消耗能量；
松弛极化与热运动有关，完成这种极化需要一定的时间，并且是非弹性的，因而消耗一定的能量。
3.铁磁性与铁电性的本质差别是什么？
答：⑴ 铁电性由离子位移引起，铁磁性由原子取向引起。
⑵ 铁电性在非对称性的晶体中发生，铁磁性发生在次价电子的非平衡自旋中。
⑶ 铁电体的居里点是由于晶体相变引起的，铁磁性的居里点是原子的无规则振动破坏了原子间的“交换”作用，从而使自发磁化消失引起的。
4.为什么金属材料有较大的热导率，而非金属材料的导热不如金属材料好？
答：固体中导热主要是由晶格振动的格波和自由电子运动来实现的。在金属中由于有大量的自由电子，而且电子的质量很轻，所以能迅速地实现热量的传递。虽然晶格振动对金属导热也有贡献，但只是很次要的。在非金属晶体，如一般离子晶体的晶格中，自由电子是很少的，晶格振动是它们的主要导热机构。因此，金属一般都具有较非金属材料更大的热导率。
6．如果要减少由多块玻璃组成的透镜系统的光反射损失，通常可以采取什么方法？为什么？
答：有多块玻璃组成的透镜系统，常常用折射率和玻璃相近的胶粘起来，这样除了最外和最内的两个表面是玻璃和空气的相对折射率外，内部各界面均是玻璃和胶的较小的相对折射率，从而大大减少了界面的反射损失。
7．阐述大多数无机晶态固体的热容随温度的变化规律。
答：根据德拜热容理论，在高于德拜温度θD时，热容趋于常数(25J／(K·mo1)，低于θD时与T3成正比。因此，不同材料的θD是不同的。无机材料的热容与材料结构的关系是不大的，绝大多数氧化物、碳化物，热容都是从低温时的一个低的数值增加到1273K左右的近似于25J／K·mol的数值。温度进一步增加，热容基本上没有什么变化。
8.有关介质损耗描述的方法有哪些？其本质是否一致？
答：损耗角正切、损耗因子、损耗角正切倒数、损耗功率、等效电导率、复介电常数的复项。多种方法对材料来说都涉及同一现象。即实际电介质的电流位相滞后理想电介质的电流位相。因此它们的本质是一致的。
9.简述提高陶瓷材料抗热冲击断裂性能的措施。
答：(1) 提高材料的强度sf，减小弹性模量E。(2) 提高材料的热导率。(3) 减小材料的热膨胀系数。(4) 减小表面热传递系数h。(5) 减小产品的有效厚度rm。
10.为什么含有未满壳层的原子组成的物质中只有一部分具有铁磁性？
含有未满壳层原子组成的物质包括顺磁性物质和有序磁性物质。由于顺磁性物质中原子做无规则热振动，原子磁矩排列杂乱无章，宏观上不表现磁性；有序磁性物质包括反铁磁性、亚铁磁性和铁磁性物质，由于在反铁磁性或亚铁磁性物质中磁性有序的原子排列形成的磁矩平行和反平行相间排列，其磁矩完全或部分抵消，故只有部分磁矩（或自旋电子）方向相同的有序磁性物质具有铁磁性。
四、论述题：（本题共两题，共20分）
2．说明下图中各个参量，数字及曲线所代表的含义。
答：Bs——饱和磁感应强度，当外加磁场H增加到一定程度时，B值就不再上升，也就是这块材料磁化的极限。
Br——剩余磁感应强度，当外加磁场降为0时，材料依然保留着磁性，其强度为Br。
Hc——矫顽力（矫顽磁场强度），表示材料保持磁化、反抗退磁的能力。据此大小可以区分软磁和硬磁。
µ——磁导率（=B/H），表示材料能够传导和通过磁力线的能力。
Oabc段表示材料从宏观无磁性到有磁性的磁化过程；cdefghc段表示物质在外加磁场中磁化、退磁再磁化的过程，因为退磁的过程滞后于磁化曲线，故又称此曲线为磁滞回线。由该曲线围成的空间有明确的物理意义，即曲线围起的面积越大，矫顽力（Hc）越大，要求的矫顽场强越大，磁化所需的能量越大，磁性材料就越“硬”；反之，曲线围起的面积越小，磁性材料就越“软”。
µ
d
e
f
g
h

2.用固体能带理论说明什么是导体、半导体、绝缘体，并予以图示。
答：根据能带理论，晶体中并非所有电子，也并非所有的价电子都参与导电，只有导带中的电子或价带顶部的空穴才能参与导电。从下图可以看出，导体中导带和价带之间没有禁区，电子进入导带不需要能量，因而导电电子的浓度很大。在绝缘体中价带和导期隔着一个宽的禁带Eg，电子由价带到导带需要外界供给能量，使电子激发，实现电子由价带到导带的跃迁，因而通常导带中导电电子浓度很小。

半导体和绝缘体有相类似的能带结构，只是半导体的禁带较窄(Eg小)，电子跃迁比较容易。
五、计算题（每题5分，共20分）
8．康宁1723玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：λ=0.021J/( cm﹒s﹒℃)；α=4.6×10-6/℃；σp=7.0Kg/mm2，E=6700Kg/mm2，μ=0.25。求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。
第一冲击断裂抵抗因子：
=
=170℃
第二冲击断裂抵抗因子：
=170×0.021=3.57 J/(cm﹒s)
9.一热机部件由反应烧结氮化硅制成，其热导率λ=0.184J/(cm.s.℃)，最大厚度=120mm.如果表面热传递系数h=0.05 J/(cm2.s.℃),假定形状因子S=1，估算可兹应用的热冲击最大允许温差。
解： =226×0.184 =447℃
10.光通过一块厚度为1mm的透明Al2O3板后强度降低了15%，试计算其吸收和散射系数的总和。
解:

11.一截面为0.6cm2，长为1cm的n型GaAs样品，设，，试求该样品的电阻。