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下面是小編為大家整理的2022年度無機學習材料物理性能【優秀范文】,供大家參考。
[ 標簽 :標題 ]
篇一：無機材料物理性能
,2014 年考試必備
< 無機材料物理性能> 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，從而可以通過這兩種效應檢查材料中載流子的類型。
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?？梢苑譃閮深悾弘妼В┖碗s質電導。在高溫下本征
別顯著，在低溫下雜質電導最為顯著。
電導特
4、電子電導時，載流子的主要散射機構有散射
5、電流吸收現象主要發生在電導為主的陶瓷材料，
、 晶格振動的散射。
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、
固體材料質點間結合力越強，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為：
無機材料的熱容與材料結構的關系 CaO 和 SiO2 的混合物與 CaSiO3 的熱容 -溫度曲線 基本一致 。
晶體結構愈復雜，晶格振動的非線性程度愈。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 之間的關系為色散關系。
13、對于熱射線高度透明的材料，它們的光子傳導效應較大，但是在有微小氣孔存在時，
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，從而顯著地降低射線的傳播，導致光子自由程顯著減小。
15、當光照射到光滑材料表面時，發生；
當光照射到粗糙的材料表面時，發生 漫反射 。
16、作為乳濁劑必須滿足：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、材料的折射隨著入射光的頻率的減少（或波長的增加）而減少的性質，稱為色散。
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，隨著時間的延長，彈性應力逐漸的現象稱為應力松
弛，材料抵抗應力松弛的能力稱為松弛穩定性。
20、多組分玻璃中的介質損耗主要包括三個部分：
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，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探針法測量電阻率均可以消除接觸電阻的影響。
7、 由于嚴格的對應關系，材料的發射光譜等于其吸收光譜。
8、 凡是鐵電體一定同時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驗方法。
10、對于高溫力學性能，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 結構簡單，室溫下易產生滑動。
（
）
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材料。
（
）
６．自發磁化是鐵磁物質的基本特征，是鐵磁物質和順磁物質的區別之處。
（
７．隨著頻率的升高，擊穿電壓也升高。
（
）
８．磁滯回線可以說明晶體磁學各向異性。
（
）
９．材料彈性模量越大越不易發生應變松弛。
（
）
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、關于材料熱容的影響因素，下列說法中不正確的是
熱容是一個與溫度相關的物理量，因此需要用微分來精確定義。
實驗證明，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系一般由實驗來確定。
2、 關于熱膨脹，下列說法中不正確的是
各向同性材料的體膨脹系數是線膨脹系數的三倍。
各向異性材料的體膨脹系數等于三個晶軸方向熱膨脹系數的加和。
熱膨脹的微觀機理是由于溫度升高，點缺陷密度增高引起晶格膨脹。
（（（（（（ （（） ） ）））） ）））
由于本質相同，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、關于影響材料鐵磁性的因素，下列說法中正確的是（）
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、關于影響材料導電性的因素，下列說法中正確的是（）
由于晶格振動加劇散射增大，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有一定規律。
“熱塑性變形＋退火態的電阻率”的電阻率高于“熱塑性變形＋淬火態”
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、下關于鐵磁性和鐵電性，下面說法中不正確的是（
）
A 都以存在疇結構為必要條件
B 都存在矯頑場
C 都以存在疇結構為充分條件
D 都存在居里點
9、下列硬度實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、關于高溫蠕變性能，下列說法中不正確的是（
）
A 蠕變發生的機理與應力水平無關。
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成分有關。
二、 問答題（每題 8 分，共 48 分）
1、簡述以下概念：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：
Cnici 。
3）光進入非均質介質時，一般要分為振動方向相互垂直、傳播速度不等的兩個波，它們構成兩條折射光線，這個現象稱為雙折射。
2、影響材料透光性的主要因素是什么？提高無機材料透光性的措施有哪些？
答：影響透光性的因素：1）吸收系數可見光范圍內，吸收系數低（1 分）
2）反射系數材料對周圍環境的相對折射率大，反射損失也大。（ 1 分）
3）散射系數材料宏觀及微觀缺陷；
晶體排列方向；
氣孔。（1 分）
提高無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。
陶瓷材料只有個別滑移系統才能
滿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，滿足條件愈困難?；撇惶赡軐崿F，
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，既是個別晶粒達到臨界剪應力發生滑移，也會受到周圍晶粒的制約，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 的相變來進行增韌補強；
6）. 制備復合材料。制備復合材料進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，從價帶激發至導帶的電子和價帶產生的空穴參與電導。激發的電子數n
可近似表示為：n?Nexp(?Eg/2kT) ，式中 N 為狀態密度，k 為波爾茲曼常數，T 為絕對溫度。
試回答以下問題：
1）設 N=1023cm-3,k=8.6 ” *10-5eV .K-1 時 , Si(Eg=1.1eV),TiO2(Eg=3.0eV) 在室溫（ 20℃）和 500℃時所激發的電子數（ 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
為載流子時，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：無機材料物理性能試題及答案
無機材料物理性能試題及答案
無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，載流子的主要散射機構有晶格振動的散射。
2、無機材料的熱容與材料結構的關系，CaO 和 SiO2 的混合物與
熱容 -溫度曲線基本一致。
3 電導）和雜質電導。在高溫下本征電導特別顯著，在低溫下
CaSiO3 的
雜質電導最為顯著。
4、固體材料質點間結合力越強，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，晶格振動的非線性程度愈
散射大，因此聲子的平均自由程小，熱導率低。
12、 和 之間的關系為色散關系。
13、對于熱射線高度透明的材料，它們的光子傳導效應較大，但是在有微小氣孔存在時，
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，從而顯著地降低射線的傳播，導致光子自由程顯著減小。
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、問答題（每題8 分，共 48 分）
1、簡述以下概念：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，無外磁場，材料無規則的熱運動使得材料沒
有磁性。當外磁場作用，每個原子的磁矩比較規則取向，物質顯示弱磁場。（ 2）鐵磁體：
在較弱的磁場內，材料也能夠獲得強的磁化強度，而且在外磁場移去，材料保留強的磁性。
3）軟磁材料：容易退磁和磁化 ( 磁滯回線瘦長 )，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
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，自發磁化，
也
稱亞鐵磁體。（ 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：使消磁狀態的鐵磁體磁化， 一般情況下其尺寸、形狀會發生變化， 這種現象稱為磁致伸縮效
應。
3、簡述以下概念：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：
般要分為振動方向相互垂直、傳播速度不等的兩個波，
為雙折射。
Cnici 。
3）光進入非均質介質時，一
它們構成兩條折射光線，這個現象稱
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）吸收系數可見光范圍內，吸收系數低（1 分）
2）反射系數材料對周圍環境的相對折射率大，反射損失也大。（ 1 分）
3）散射系數材料宏觀及微觀缺陷；
晶體排列方向；
氣孔。（1 分）
提高無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？并簡述之。
答：
1）溫度。隨著溫度的升高，離子電導按指數規律增加。低溫下雜質電導占主要地位。
這
是由于雜質活化能比基本點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。熔點高的晶體，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、比較愛因斯坦模型和德拜比熱模型的熱容理論，并說明哪種模型更符合實際。
答：
1）愛因斯坦模型（Einstein model ）他提出的假設是：每個原子都是一個獨立的振子，
原子之間彼此無關，并且都是以相同的角頻 w 振動（ 2 分），即在高溫時，愛因斯坦的簡化模型與杜隆—珀替公式相一致。
但在低溫時， 說明 CV 值按指數規律隨溫度 T 而變化， 而不是從實驗中得出的按 T3 變化的規律。這樣在低溫區域，愛斯斯坦模型與實驗值相差較大，這是因為原子振動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（溫度較高時，與實驗值相符合，當溫度很低時，這表明當 T→ 0 時， CV 與
T3
2 分）。當成正比并趨于
0，這就是德拜T3 定律，它與實驗結果十分吻合，溫度越低，近似越好（
8、晶態固體熱容的量子理論有哪兩個模型？它們分別說明了什么問題？
2 分）。
答：愛因斯坦模型
在高溫時，愛因斯坦的簡化模型與杜隆—珀替公式相一致。（ 2 分）
但在低溫時，CV 值按指數規律隨溫度T 而變化，而不是從實驗中得出的按T3 變化的規
律。這樣在低溫區域，愛斯斯坦模型與實驗值相差較大，這是因為原子振動間有耦合作用
的結果。（2 分）
德拜比熱模型
1） 當溫度較高時，即TD， CV?3Nk?3R ，即杜隆—珀替定律。
?。?2 分）
2） 當溫度很低時，表明當 T → 0 時， CV 與 T3 成正比并趨于 0，這就是德拜 T3 定律，它與實驗結果十分
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。
（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）霍爾效應的產生是由于電子在磁場作用下，產生橫向移動的結果，離子的質量比電子大
得多，磁場作用力不足以使它產生橫向位移，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）離子的遷移伴隨著一定的物質變化，離子在電極附近發生電
子得失，產生新的物質。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；
說明裂紋尺寸越大，材料的斷裂強度越低。（ 2 分）
2、光通過厚度為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1 分，計算5 分）
篇三：無機材料物理性能考試試題及答案
無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量不確定、系統中聲子的數目不守恒。
2. 在外加電場 E 的作用下，一個具有電偶極矩為 p 的點電偶極子的位能明 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。
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生較大的
4. 鈣鈦礦型結構由5 個簡立方格子套購而成，它們分別是1 個 Ti
、
1
轉動。
個 Ca 和
3
個氧簡立方格子
彈性系數 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。
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，
或通過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，產生很大的內應力，使坯體產生微裂紋。
10.裂紋有三種擴展方式：張開型、滑開型、撕開型
格波：晶格中的所有原子以相同頻率振動而形成的波，或某一個原子在平衡位置附近的振動是以波的形式在晶體中傳播形成的波
二、名詞解釋 (12)
自發極化：極化并非由外電場所引起，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：是一種織構敏感參數 ,起著斷裂過程的阻力作用，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：原子組成晶體后，由于電子殼層的交疊，電子不再完全局限在某一個原子上，可
以由一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，半導體中由于熱激發產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為非平衡載流子。
三、簡答題（13）
玻璃是無序網絡結構，不可能有滑移系統，呈脆性，但在高溫時又能變形，為什么？答：正是因為非長程有序，許多原子并不在勢能曲線低谷；
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。
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后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) 減小產品的有效厚度
4. 產生晶面滑移的條件是什么？并簡述其原因。
c 。
(3)
rm。
減小材料的
答：產生滑移的條件：面間距大；
（面間作用力弱） ·每個面上是同一種電荷的原子，相對
滑動面上的電荷相反；
（滑移時，沒有靜電斥力的作用）·滑移矢量（柏格斯矢量）小。（消
耗能量小，容易滑動）
為什么常溫下大多數陶瓷材料不能產生塑性變形、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：
晶體中的位錯運動引起塑變；
晶粒與晶粒間晶界的相對滑動；
空位的擴散；
粘性流動。在常溫下，由于非金屬晶體及晶界的結構特點，使
塑性形變難以實現。
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時，此應力可能已超過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)
多晶多相無機材料中裂紋產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：裂紋產生的原因（1）由于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，裂紋的擴展常常由表面裂紋
開始。（ 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，一旦裂紋超過臨界尺寸，裂紋就迅速擴展而斷裂。因為裂紋
擴展的動力
而起始擴展，G 就愈來愈大于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。
防止裂紋擴展的措施微晶、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）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有一峰值，
隨著溫度的升高， 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生變化。但
隨著溫度繼續升高， 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
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。
對于非晶
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；
兩者曲線的重大區別在于晶體有一峰值。
由于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。
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，或通過轉向表現出宏觀極化強度，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松弛極化。
因此電極化微觀機制有電子位移極
化、離子位移極化、 電子、離子松弛極化、 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提高其介電常數。
但是由于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， 其極化范圍在
直流與光頻間， 即高于光頻的電場不能使電子發生位移極化，
小于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、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
答：源于材料內部的質點之間相互作用關于質點平衡位置不對稱性。五、計算題 (27)
根據標準線性固體模型，推導應力?和應變 ? 的關系式：
GC?2dWs?4?dC，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
?(E1?E2)
E1E2
?E1E2?E2。
其中：?答案：d?d= dt， ?= dt
由串并聯條件得：
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 試根據經典強度理論與斷裂強度理
論進行選擇，并對結果進行說明。（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。
由于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。
已 知 金 紅 石 瓷 介 質 的 體 積 密 度 為 4.24g/cm3 ， 分 子 量 為
79.9， ?eTi4+=0.272?10-24cm3 ， ?eO2-=2.76?10-24cm3 ，試用克——莫方程計算該介質在光頻下的介電系數，實測 =7.3，請對計算結果進行討論。
答：克——莫方程為：(?r-1)/(?r+2)=?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，其中一個鈦原子、兩個氧原子， 并由國際單位制換算成厘米克
秒 制 單 位 ， 此 時 克 — — 莫 方 程 可 寫 為 ：
(-1)/(??+2)=4? （ n? eTi4++2n?eO2- ）
/3n=(?/M)6.02?1023 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，忽略了影響局部電場中的 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，其 E3 對局部電場的貢獻不能被忽略。
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