材料物理性能期末復(fù)習(xí)題2

1、期末復(fù)習(xí)題一、填空（2）0克勞修斯一莫索蒂方程建立了宏觀量介電常數(shù)與微觀量極化率之間的關(guān)系。3固體材料的熱膨脹本質(zhì)是點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)間平均距離隨溫度升高而增大。4格波間相互作用力愈強(qiáng)，也就是聲子間碰撞幾率愈大，相應(yīng)的平均自由程愈小，熱導(dǎo)率也就愈5電介質(zhì)材料中的壓電性、鐵電性與熱釋電性是由于相應(yīng)壓電體、鐵電體和熱釋電體都是不具有對(duì)稱中心的晶體。6復(fù)介電常數(shù)由實(shí)部和虛部這兩部分組成，實(shí)部與通常應(yīng)用的介電常一致，虛部表示了電介質(zhì)中能量損耗的大小。7當(dāng)磁化強(qiáng)度為負(fù)值時(shí),固體表現(xiàn)為抗磁性。.電子磁矩由電子的軌道磁矩和自旋磁矩組成。9無(wú)機(jī)非金屬材料中的載流子主要是電子和離子。廣義虎克定律適用于各向異性的非均

2、勻材料。1設(shè)某一玻璃的光反射損失為，如果連續(xù)透過塊平板玻璃，則透過部分應(yīng)為（-。對(duì)于中心穿透裂紋的大而薄的板，其幾何形狀因子伍_。設(shè)電介質(zhì)中帶電質(zhì)點(diǎn)的電荷量，在電場(chǎng)作用下極化后，乖電荷與負(fù)電荷的位移矢量為l則此偶極矩為。4裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力是物體內(nèi)儲(chǔ)存的彈性應(yīng)變能的降低大于等于由于開裂形成兩個(gè)新表面所需的表面能。微裂紋理論認(rèn)為，斷裂并不是兩部分晶體同時(shí)沿整個(gè)界面拉斷，而是裂紋擴(kuò)展的結(jié)果?？紤]散熱的影響，材料允許承受的最大溫度差可用第二熱應(yīng)力因子表示。當(dāng)溫度不太高時(shí)，固體材料中的熱導(dǎo)形式主要是聲子熱導(dǎo)。在應(yīng)力分量的表示方法中，應(yīng)力分量OT的下標(biāo)第一個(gè)字母表示方向，第二個(gè)字母表示應(yīng)力作用的方向。9電滯

3、回線的存在是判定晶體為鐵電體的重要根據(jù)。O原子磁矩的來(lái)源是電子的軌道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物質(zhì)的磁性主要由_電子的自旋磁矩引起。按照格里菲斯微裂紋理論,材料的斷裂強(qiáng)度不是取決于裂紋的遨量,而是決定于裂紋的大小，即是由最危險(xiǎn)的裂紋尺寸或臨界裂紋尺寸決定材料的斷裂強(qiáng)度。復(fù)合體中熱膨脹滯后現(xiàn)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(shù)差別很大，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力,使坯體產(chǎn)生微裂紋。晶體發(fā)生塑性變形的方式主要有滑移和孿生。鐵電體是具有自發(fā)極化且在外電場(chǎng)作用下具有電滯回線的晶體。自發(fā)磁化的本質(zhì)是電子間的靜電交換相互作用。二、名詞解釋自發(fā)極化：極化并非由外電場(chǎng)所引起，而是由極性晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)

4、特點(diǎn)所引起，使晶體中的每個(gè)晶胞內(nèi)存在固有電偶極矩，這種極化機(jī)制為自發(fā)極化。滯彈性：當(dāng)應(yīng)力作用于實(shí)際固體時(shí)，固體形變的產(chǎn)生與消除需要一定的時(shí)間，這種與時(shí)間有關(guān)的彈性稱為滯彈性。格波：處于格點(diǎn)上的原子的熱振動(dòng)可描述成類似于機(jī)械波傳播的結(jié)果，這種波稱為格波，格波的一個(gè)特點(diǎn)是，其傳播介質(zhì)并非連接介質(zhì)，而是由原子、離子等形成的晶格。電介質(zhì)：指在電場(chǎng)作用下能建立極化的一切物質(zhì)。電偶極子：是指相距很近但有一距離的兩個(gè)符號(hào)相反而量值相等的電荷。蠕變（）（緩慢變形）：固體材料在保持應(yīng)力不變的條件下，應(yīng)變隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象。它與塑性變形不同，塑性變形通常在應(yīng)力超過彈性極限之后才出現(xiàn)，而蠕變只要應(yīng)力的作用時(shí)間相

5、當(dāng)長(zhǎng)，它在應(yīng)力小于彈性極限時(shí)也能出現(xiàn)。壓電效應(yīng)：不具有對(duì)稱中心的晶體在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)表面上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷。當(dāng)外力去掉后，它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。當(dāng)作用力的方向改變時(shí)，電荷的極性也隨之改變。相反，當(dāng)對(duì)不具有對(duì)稱中心晶體的極化方向上施加電場(chǎng)，晶體也會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，晶體的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)，或稱為電致伸縮現(xiàn)象。電致伸縮：當(dāng)在不具有對(duì)稱中心晶體的極化方向上施加電場(chǎng)時(shí)，晶體會(huì)發(fā)生變形，電場(chǎng)去掉后，晶體的變形隨之消失，這種現(xiàn)象稱為電致伸縮現(xiàn)象，或稱為逆壓電效應(yīng)。鐵電體：具有自發(fā)極化且在外電

6、場(chǎng)作用下具有電滯回線的晶體。三、問答題（每題5分，共20分）簡(jiǎn)述位移極化和松馳極化的特點(diǎn)。答：位移式極化是一種彈性的、瞬時(shí)完成的極化，不消耗能量；松弛極化與熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)，完成這種極化需要一定的時(shí)間，并且是非彈性的，因而消耗一定的能量。鐵磁性與鐵電性的本質(zhì)差別是什么？答：鐵電性由離子位移引起，鐵磁性由原子取向引起。鐵電性在非對(duì)稱性的晶體中發(fā)生，鐵磁性發(fā)生在次價(jià)電子的非平衡自旋中。鐵電體的居里點(diǎn)是由于晶體相變引起的，鐵磁性的居里點(diǎn)是原子的無(wú)規(guī)則振動(dòng)破壞了原子間的“交換”作用，從而使自發(fā)磁化消失引起的。為什么金屬材料有較大的熱導(dǎo)率，而非金屬材料的導(dǎo)熱不如金屬材料好？答：固體中導(dǎo)熱主要是由晶格振動(dòng)的格波

7、和自由電子運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在金屬中由于有大量的自由電子，而且電子的質(zhì)量很輕，所以能迅速地實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。雖然晶格振動(dòng)對(duì)金屬導(dǎo)熱也有貢獻(xiàn)，但只是很次要的。在非金屬晶體，如一般離子晶體的晶格中，自由電子是很少的，晶格振動(dòng)是它們的主要導(dǎo)熱機(jī)構(gòu)。因此，金屬一般都具有較非金屬材料更大的熱導(dǎo)率。6如果要減少由多塊玻璃組成的透鏡系統(tǒng)的光反射損失，通?？梢圆扇∈裁捶椒?？為什么？答：有多塊玻璃組成的透鏡系統(tǒng)，常常用折射率和玻璃相近的膠粘起來(lái)，這樣除了最外和最內(nèi)的兩個(gè)表面是玻璃和空氣的相對(duì)折射率外，內(nèi)部各界面均是玻璃和膠的較小的相對(duì)折射率，從而大大減少了界面的反射損失。7闡述大多數(shù)無(wú)機(jī)晶態(tài)固體的熱容隨溫度的變化規(guī)律

8、。答：根據(jù)德拜熱容理論，在高于德拜溫度0時(shí)，熱容趨于常數(shù)（/（Kmol）,低于0時(shí)與成正比。因此，不同材料的0是不同的。無(wú)機(jī)材料的熱容與材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系是不大的，絕大多數(shù)氧化物、碳化物,熱容都是從低溫時(shí)的一個(gè)低的數(shù)值增加到1左右的近似于/Kmol的數(shù)值。溫度進(jìn)一步增加，熱容基本上沒有什么變化。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(shù)、損耗功率、等效電導(dǎo)率、復(fù)介電常數(shù)的復(fù)項(xiàng)。多種方法對(duì)材料來(lái)說(shuō)都涉及同一現(xiàn)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。9簡(jiǎn).述提高陶瓷材料抗熱沖擊斷裂性能的措施。答：提高材料的強(qiáng)度，減小彈性模

9、量。提高材料的熱導(dǎo)率。減小材料的熱膨脹系數(shù)。減小表面熱傳遞系數(shù)h減小產(chǎn)品的有效厚度。為什么含有未滿殼層的原子組成的物質(zhì)中只有一部分具有鐵磁性？含有未滿殼層原子組成的物質(zhì)包括順磁性物質(zhì)和有序磁性物質(zhì)。由于順磁性物質(zhì)中原子做無(wú)規(guī)則熱振動(dòng)，原子磁矩排列雜亂無(wú)章，宏觀上不表現(xiàn)磁性；有序磁性物質(zhì)包括反鐵磁性、亞鐵磁性和鐵磁性物質(zhì)，由于在反鐵磁性或亞鐵磁性物質(zhì)中磁性有序的原子排列形成的磁矩平行和反平行相間排列，其磁矩完全或部分抵消，故只有部分磁矩（或自旋電子）方向相同的有序磁性物質(zhì)具有鐵磁性。四、論述題：（本題共兩題，共20分）2說(shuō)明下圖中各個(gè)參量，數(shù)字及曲線所代表的含義。答：一一飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，當(dāng)外加磁

10、場(chǎng)增加到一定程度時(shí)，值就不再上升，也就是這塊材料磁化的極限。剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，當(dāng)外加磁場(chǎng)降為時(shí)，材料依然保留著磁性，其強(qiáng)度為。矯頑力（矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度），表示材料保持磁化、反抗退磁的能力。據(jù)此大小可以區(qū)分軟磁和硬磁。卩磁導(dǎo)率（），表示材料能夠傳導(dǎo)和通過磁力線的能力。段表示材料從宏觀無(wú)磁性到有磁性的磁化過程；段表示物質(zhì)在外加磁場(chǎng)中磁化、退磁再磁化的過程，因?yàn)橥舜诺倪^程滯后于磁化曲線，故又稱此曲線為磁滯回線。由該曲線圍成的空間有明確的物理意義，即曲線圍起的面積越大，矯頑力（）越大，要求的矯頑場(chǎng)強(qiáng)越大，磁化所需的能量越大，磁性材料就越“硬”反之，曲線圍起的面積越小，磁性材料就越“軟”。3用固體能帶理論說(shuō)明

11、什么是導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體，并予以圖示。答：根據(jù)能帶理論，晶體中并非所有電子，也并非所有的價(jià)電子都參與導(dǎo)電，只有導(dǎo)帶中的電子或價(jià)帶頂部的空穴才能參與導(dǎo)電。從下圖可以看出，導(dǎo)體中導(dǎo)帶和價(jià)帶之間沒有禁區(qū)，電子進(jìn)入導(dǎo)帶不需要能量，因而導(dǎo)電電子的濃度很大。在絕緣體中價(jià)帶和導(dǎo)期隔著一個(gè)寬的禁帶，電子由價(jià)帶到導(dǎo)帶需要外界供給能量，使電子激發(fā)，實(shí)現(xiàn)電子由價(jià)帶到導(dǎo)帶的躍遷，因而通常導(dǎo)帶中導(dǎo)電電子濃度很小。導(dǎo)帯全半導(dǎo)悴導(dǎo)帯全半導(dǎo)悴半導(dǎo)體和絕緣體有相類似的能帶結(jié)構(gòu)，只是半導(dǎo)體的禁帶較窄小，電子躍遷比較容易。五、計(jì)算題(每題分，共分)8康寧玻璃(硅酸鋁玻璃)具有下列性能參數(shù)：入.C,aXC；OK,Mm求第一及第二熱沖擊斷裂抵抗因子。,(1-U)第一沖擊斷裂抵抗因子：R/H丿EC7X,(1-a)第二沖擊斷裂抵抗因子：RfE一熱機(jī)部件由反應(yīng)燒結(jié)氮化硅制成，其熱導(dǎo)率入Cc最大厚度如果表面熱傳遞系數(shù)C假定形犬因子，1估算可茲應(yīng)用的熱沖擊最大允許溫差。解：一熱機(jī)部件由反應(yīng)燒結(jié)氮化硅制成，其熱導(dǎo)率入Cc最大厚度如果表面熱傳遞系數(shù)C假定形犬因子，1估算可茲應(yīng)用的熱沖擊最