材料物理性能及测试作业.docx

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材料物理性能及测试作业

第一章无机材料的受力形变

1简述正应力与剪切应力的定义

2各向异性虎克定律的物理意义

3影响弹性模量的因素有哪些？

4试以两相串并联为模型推导复相材料弹性模量的上限与下限值。

5什么是应力松弛与应变松弛？

6应力松弛时间与应变松弛时间的物理意义是什么？

7产生晶面滑移的条件是什么？

并简述其原因。

8什么是滑移系统？

并举例说明。

9比较金属与非金属晶体滑移的难易程度。

10晶体塑性形变的机理是什么？

11试从晶体的势能曲线分析在外力作用下塑性形变的位错运动理论。

12影响晶体应变速率的因素有哪些？

13玻璃是无序网络结构，不可能有滑移系统，呈脆性，但在高温时又能变形，为什么？

14影响塑性形变的因素有哪些？

并对其进行说明。

15为什么常温下大多数陶瓷材料不能产生塑性变形、而呈现脆性断裂？

16高温蠕变的机理有哪些？

17影响蠕变的因素有哪些？

为什么？

18粘滞流动的模型有几种？

19影响粘度的因素有哪些？

第二章无机材料的脆性断裂与强度

1试比较材料的理论强度、从应力集中观点出发和能量观点出发的微裂纹强度。

2断裂能包括哪些内容？

3举例说明裂纹的形成？

4位错运动对材料有哪两方面的作用？

5影响强度的因素有哪些？

6Griffith关于裂纹扩展的能量判据是什么？

7试比较应力与应力强度因子。

8有一构件，实际使用应力为1.30GPa有下列两种钢供选：

甲钢：

sf=1.95GPa,K1c=45Mpam1\2

乙钢：

sf=1.56GPa,K1c=75Mpam1\2

试根据经典强度理论与断裂强度理论进行选择，并对结果进行说明。

9结构不连续区域有哪些特点？

10什么是亚临界裂纹扩展？

其机理有哪几种？

11介质的作用（应力腐蚀）引起裂纹的扩展、塑性效应引起裂纹的扩展、扩散过程、热激活键撕裂作用引起裂纹扩展。

12什么是裂纹的快速扩展？

13影响断裂韧性的因素有哪些？

14材料的脆性有哪些特点？

通过哪些数据可以判断材料的脆性？

15克服材料脆性和改善其强度的关键是什么？

16克服材料的脆性途径有哪些？

17影响氧化锆相变的因素有哪些？

18氧化锆颗粒粒度大小及分布对增韧材料有哪些影响？

19.比较测定静抗折强度的三点弯曲法和四点弯曲法，哪一种方法更

可靠，为什么？

20.有下列一组抗折强度测定结果，计算它的weibull模数，并对该

测定数据的精度做出评价。

21•何谓断裂韧性？

何谓应力强度因子？

二者区别与联系是什么？

22.A陶瓷材料的强度为450MPa,B陶瓷材料的强度为320MPa，可否据此判断两陶瓷材料哪种具有相对较高的断裂韧性？

为什么？

23.为什么复合材料内部总存在微应力？

24.热压AI2O3（晶粒尺寸小于仆m,气孔率约为0）、烧结AI2O3（晶粒尺寸约15」m，气孔率约为1.3%）以及AI2O3单晶（气孔率为

0）等三种材料中，哪一种强度最高？

哪一种强度最低？

为什么？

25.某陶瓷试样进行强度测试时采用三点弯曲法，已知试样断裂时的

力P=50kg，试样尺寸为bhL=2.5525mm3，跨距l=20mm，求强

度为多少MPa?

（见材料工艺实验）

26.某种AI2O3瓷晶相体积比为95%（弹性模量为E=380GPa），玻璃相为5%，（E=84GPa），两相泊松比相同，计算上限和下限弹性模量：

如果该瓷含有5%气孔（体积比），估计其上限和下限的弹性模量。

27.为什么大多数陶瓷材料室温下不能产生塑性形变？

（见陶瓷材料在室温下为脆性）

28.陶瓷材料中裂纹产生和快速扩展的原因是什么？

有哪些防止裂

纹扩展的措施？

29.如何提高陶瓷材料的强度和韧性？

30.陶瓷材料的弹性模量与化学键的性质、应力状态、温度变化、相

组成等有何关系，为什么？

31.裂纹扩展有几种类型，哪种类型是材料断裂的主要原因？

影响裂纹扩展的主要因素是什么？

32.显微结构对陶瓷材料的脆性断裂有何影响?

第三章无机材料的热学性能

1热容的本质是什么？

2影响德拜温度的因素是什么？

3影响热容的因素有哪些？

4什么是非简谐振动？

由于非简谐振动，引起声子发生怎样的变

化？

5声子产生热阻的本质是什么？

6影响热导率的因素有哪些？

7解释热膨胀的机理。

8影响热膨胀的因素有哪些？

9影响材料散热的因素有哪些？

10比较同一组成的单晶、多晶、非晶态物质的热导率。

11.固体材料声子热导机理及其对晶体结构影响热导的解释。

12.简述影响抗热震损伤性的因素。

13.热应力裂纹安定因子Rst=[2G/G2Eo）]。

请分别给出式中的物理量•、：

•、G及Eo的定义及其常用计量单位，并导出Rst的常用计量单位。

什么叫抗热震性？

陶瓷材料在热冲击下的损坏有哪几种类型？

14.举例说明如何提高陶瓷材料的抗热冲击断裂性能？

15.如何表示陶瓷材料的抗热震性，影响其抗热震性的因素是什么？

第四章无机材料的光学性能

1.CO2激光器（10.6微米）及CO激光器（5微米）的窗口材料要求低吸收值但高强度并易于制造。

试对比氧化物和卤化物的性能及要

求。

2•试解释为什么碳化硅的介电常数和其折射率的平方相同。

对KBr，

你会预期有=n2吗？

为什么？

所有物质在足够高的频率下，折射率等于1。

试解释之。

3.红外传输光学愈益重要。

三硫化砷玻璃适用于此目的。

试根据它

们的吸收特性结实为什么不用硅酸盐玻璃。

你认为在As2S3中何种

常见的杂质是有害的？

为什么？

4.你预料在LiF及PbS之间的折射率及色散有什么不同？

说出理由。

5.在瓷器生产上希望有高的半透明性，但这常常做不到。

做为一种可测量的特性，你如何定义半透明性？

讨论对瓷器的半透明性起作用的因素，并解释在组成选择；制造方法；烧成制度上所采用的增强半透明性的技术。

6.硫化锌是一种重要的荧光物质，对于立方结构（闪锌矿）其禁带宽度是3.64eV。

在适当的激发下，掺杂Cu2+（0.01原子%）的闪锌矿发射6700?

的辐射。

在闪锌矿晶格中由于掺入Cl-离子而产生锌空位时，所发射的辐射中心在4400?

左右。

假设激发与杂质能级无关，计算能够产生荧光的最长波长；确定在禁带中杂质能级相对于价带的位置（用图说明）。

7.论文：

举例说明材料的组成、结构和性能对材料应用的影响？

（注：

按合肥学院学报形式）

第五章无机材料的电导

1.用图说明表面电流和体积电流

2.载流子的迁移率的物理意义是什么？

3.电导率的微观本质是什么？

4.什么叫晶体的热缺陷？

有几种类型？

写出其浓度表达式？

晶体中离子电导分为哪几类？

5.晶体的缺陷有几种？

写出各缺陷的浓度表达式及式中各量的物理意义？

6.什么是快离子相？

7.快离子导体的判据是什么？

8.固体电解质有哪些特性？

9.举例说明固体电解质的应用。

10.载流子的散射有哪几种机构？

11.举例说明陶瓷半导化的机理

12.简述p-n结能带图的形成过程

13.外加电压如何影响p-n结的能带图？

14.举例说明陶瓷的表面效应和晶界效应。

第六章无机材料的介电性能

1电极化、偶极子、电偶极矩、质点的极化率、局部电场、极化强度等的概念。

2电介质提高电容量的原因是什么？

3电介质的电极化率ce

4克劳修斯-莫索蒂方程的意义、使用范围及如何设计高介电常数材料

5电介质的极化机制有哪些？

6金红石和钙钛矿型等晶体E3很大，使其具有高的介电性，为什么

7介电常数大的晶体所具备的条件是什么？

8介电损耗的形式有哪些？

9复电导率、复介电常数、损耗角、损耗因子的定义是什么？

10比较应力松弛与介电松弛或弛豫。

11有关介质损耗描述方法有哪些？

其本质是否一致？

12影响介电损耗的因素有哪些？

举出三种常用降低陶瓷介质tg「・的

方法？

13什么是晶体的介电性：

正压电效应：

逆压电效应：

电致伸缩效应：

热释电效应：

铁电性：

14热运动引起自发极化的机理是什么？

15描述电畴的形成过程

16铁电体有哪些特性？

17举例说明铁电体的应用

18比较各种极化机制、并画出模型。

19你如何理解局部电场。

20比较两种自发极化的机制

21说明铁电体形成电滞回线的过程

22比较压电、铁电、热释电、电致伸缩的区别与联系。

23写出几种与介电材料性能有关的表达式。

24举例说明驻波在材料中的作用

24简述弯曲振动的过程

26压电滤波器的原理

27边长10mm、厚度1mm的方形平板电容器的电介质相对介电常数为2000,计算相应的电容。

若在平板上外加200V电压，计算

（1）电介质中的电场

（2）每个平板上的总电量（3）电介质的极化强度。

28示意画出测量陶瓷介质绝缘电阻试样的结构，并标明各部分的名称，实验测出试样的体积电阻为Rv，表面电阻为Rs，求该材料的h及?

s值。

29已知某陶瓷介质试样在1100Hz时，测得电容量为2600PF,D为6.510-4，试样厚2mm，瓷片直径为24mm，电极直径为20mm，求该介质材料的；和tg。

30示意画出陶瓷介质在直流电场作用下电流与时间的关系，并注明各部分电流的名称及形成的原因？

写出交流电场作用时，通过陶瓷介

质的全电流表达式，并说明个部分的物理意义。

31金红石陶瓷介质在烧成时应维持何种气氛？

为什么？

32写出热击穿与本征击穿的三种区别？

什么条件下发生本征击穿？

示意画出热击穿与本征击穿时击穿场强与厚度的关系。

33已知TiO2陶瓷介质的体积密度为4.24g/cm3,分子量为79.9,该介质的化学分子式表达为AB2，:

eA=0.27210-24cm3，

eB=2.7610-24cm3,试用克一一莫方程计算该介质在可见光频率下的介电系数，实测:

=7.1，请对计算结果进行讨论。

34何谓空间电荷？

产生的原因是什么？

35损耗的基本形式是什么？

试举出三种常用的降低陶瓷介质的tg「・

方法。

36何谓陶瓷介质的内电离？

如何判断陶瓷介质是否发生了电离击穿？

37可谓漏导电流？

示意画出介质在电场作用下全电流与时间的关系图，并标明该曲线各部分电流的名称？

38已知金红石瓷介质的体积密度为4.24g/cm3,分子量为79.9,

eTi4+=0.27210-24cm3,eO2-=2.7610-24cm3,试用克——莫方程计算该介质在光频下的介电系数，实测；：

：

=7.3，请对计算结果进行讨论。

39某铁电陶瓷试样需测量；及tg「应采用何类原理的仪器测量？

测量频率及范围应多大？

测量出试样的电容量为2600PF,损耗因数为6.510-4，试样尺寸如下图所示，求试样的；和tg。

（试样的上下电极的直径分别为20mm，30mm,高2mm）

40什么叫极化强度？

写出它的几种表达式及其物理意义？

41损耗的基本形式是什么？

常采用哪些方法降低陶瓷材料的tg？

（举出5种）

42定性画出发生电击穿时，击穿电场强度与试样厚度的关系？

什么

条件下发生本征击穿？

43介质击穿电压的严格定义是什么？

击穿时常伴随什么现象发生？

44为什么说“凡是具有对称中心的晶体都不具有压电效应”？

如何测量陶瓷介质的体积电阻率和表面电阻率？

取哪些数据，写出相应的

计算公式？

45何谓离子松弛极化和离子位移极化？

46写出某陶瓷中只有电子位移极化时的克莫方程表达式？

并说

明该式的应用范围？

47写出交流电场作用下通过介质的全电流密度表达式，并说明各部

分的物理意义？

48实验测出某铁电陶瓷介质试样的电容量为2600PF，损耗因数为0.0041，求该介质的；和tg-：

。

（试样的直径为26mm,电极直径为20mm，高3mm，测试频率为10kHz）

49什么叫介质的击穿？

示意画出热击穿与本征击穿电场强度与温

度、厚度、时间的关系？

50写出电导率分别为ri与a的双层介质在电场作用下，电场强度的分配规律？

并说明可能由此造成陶瓷介质击穿电压下降的原因？

（该

双层介质的厚度分别为di与d2，面积分别为Si与S2）

51测量高频陶瓷介质的；及tg「・的原理及条件是什么？

测量哪些数据，写出计算的；及tg「.的公式及式中各量的物理意义？

52试说明烧成气氛对金红石陶瓷介质性能的影响？

53已知某金红石陶瓷介质的体积密度为4.3g/cm3,分子量为79.9,钛离子的电子位移极化率为0.27210-24cm3,氧离子的电子位移极化率为:

e为2.7610-24cm3，求该介质在可见光频率作用下的介电系数，实测该介电常数为7.1，试对计算结果进行讨论。

54介质损耗的基本形式是什么？

试举出5种降低陶瓷材料介质损耗

的常用方法？

55何谓空间电荷？

陶瓷中产生空间电荷的原因有哪些？

56定性画出介质发生电击穿与热击穿时电场强度与试样厚度的关

系？

什么条件下发生本征击穿？

第七章无机材料的磁学性能

1.列出确定下列各项的主要因素

（a）布洛赫畴壁（180）能的大小

（b）畴壁的尺寸

（c）亚铁磁性材料的居里温度

（d）铁电材料的居里温度

（e）磁滞回线上最大磁能积BH,Br、矫顽力

2.磁重晶石（常称为钡铁氧体）是一种硬磁材料，具有六角结构和很高的磁各向异性，其磁化轴与基面垂直。

列出烧结的钡铁氧体，获得高磁能积（BXH）的两种不同方法。

并阐明有关过程中应控制哪些因素。

3.当正型尖晶石CdFe2O4掺入反型尖晶石如磁铁矿F63O4时，Cd离子仍保持正型分布。

试计算下列组成的磁矩：

CdxF03-xO4,（x=0,x=0.1,x=0.5）。

4•试述气孔和晶粒尺寸对MgFe2O4这类软磁铁氧体性能的影响，并与BaFeizOe这类硬磁铁氧体作比较。

晶粒尺寸和气孔是在烧结过程形成，硬磁铁氧体与软磁铁氧体相比，生产中哪些因素是重要的参数？

5.试述下列反型尖晶石结构的单位体积饱和磁矩，以玻尔磁子数表

示：

MgFe?

O4CoFe2O4Zn°.2Mn°$Fe2O4LiFesOsf/-Fe2O3

如各组成物在1200C淬火急冷，对」B有什么影响？

6.磁畴的研究对理解磁性有兴趣的人们是极其有益的。

（a）即使在运动中也可观察到的布洛赫畴壁的本质是什么？

（b）杂质，特别是气孔是如何改变布洛赫壁运动？

7.已知测得Li0.5Fe2.5O4铁氧体的磁矩为每个化学式单元2.6玻尔磁子数。

如何从有关离子的已知净自旋磁矩证明这一结果的正确性？

在晶体晶格中，Li+Fe+3各占什么位置？

9.铁磁性和亚铁磁性特性只在含过渡族和稀土类离子的化合物中才能观察到。

关于导致这种类型磁特性的离子结构唯一性是什么？

为什么这些离子的化合物中只有某些是铁磁性或亚铁磁性的？

而其他一些却不是？

10.MnF2晶体是反铁磁性，居里点为92K，在150K时，每摩尔磁化率为1.8>10-2。

如温度下降至150K以下，磁化率将怎样变化？

磁化率达最大值是什么温度？

磁化率达最小值是什么温度？

11.镁铁氧体的组成为（Mg0.8Fe3+0.2）（Mg0.1Fe3+0.9）2O4晶格常数为8.40?

Fe3+离子的磁矩为5个玻尔磁子。

试计算这种材料具有的饱和磁化强度。

12.如将上述铁氧体用作固体器件，要有高起始磁导率和低矫顽力。

在制造材料时，应以怎样的显微结构特征为目标？