材料物理性能重点

1、材料物理性能思考题第一章 热学性能1.1 概述1、材料的热学性能包括 热容 、热膨胀、 热传导 和 热稳定性 等。2、什么是格波？答：由于晶体中的原子间存在着很强的相互作用，原子的微振动不是孤立的，原子的运动状态（或晶格振动）会在晶体中以波的形式传播，形成“格波”。3、若三维晶体由N个晶胞组成，每个晶胞中含有S个原子，则晶体中格波数为 3NS 个，格波支数为 3S 个。4、受热晶体的温度升高，实质是晶体中热激发出的声子 数目 的增加。5、举例说明某一材料热学性能的具体应用。1.2 热容1、什么是比热容和摩尔热容（区分：定压摩尔热容和定容摩尔热容）？答：比热容(c):质量为1kg的物质在没有相变

2、和化学反应条件下温度升高1K所需要的热量答：摩尔热容(Cm)：1mol物质在没有相变和化学反应条件下温度升高1K所需要的热量3、固体热容的经验定律和经典理论只适用于高温，对低温不适用！ 4、由德拜模型可知，温度很低时，固体的定容摩尔热容与温度的三次方成正比（德拜T3定律）。5、金属热容由晶格振动和自由电子两部分贡献组成6、自由电子对热容的贡献在极高温和极低温度下不可忽视，在常温时与晶格振动热容相比微不足道！7、一级相变对热容的影响特征是什么？答：在相变温度下，热焓发生突变，热容不连续变化。8、影响无机材料热容的因素有哪些？答：温度，键强，弹性模量，熔点9、对于隔热材料，需使用低热容（如轻质多孔

3、）隔热砖，便于炉体迅速升温，同时降低热量损耗。10、什么是热分析法？DTA、DSA和TG分别是哪三种热分析方法的简称？举例说明热分析法的应用。答：热分析法：在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。 DTA：差热分析 （1.测量系统（示差热电偶）2. 加热炉3. 温度程序控制器4. 记录仪）1.3 热膨胀1、什么是线或体膨胀系数？答：温度升高1 K时，物体的长度（体积）的相对增加量。2、固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中 质点间平均距离 随温度升高而增大。3、材料的热膨胀来自原子的非简谐振动。4、材料热膨胀的物理本质可用 原子间的作用力 曲线或 势能曲线 曲线来解释。5、熔

4、点较高的金属具有较低的膨胀系数。6、结构对称性较低的单晶体，其膨胀系数具有各向异性，不同的晶向有不同的线膨胀系数。一般来说，弹性模量高的方向将有较小的膨胀系数，反之亦然。（如石墨：平行于C轴方向的热膨胀系数大于垂直于C轴方向的热膨胀系数。）7、举例说明一级相变对材料膨胀性能的影响。8、钢的不同组织比容从大到小的顺序为：马氏体、渗碳体、铁素体、珠光体、奥氏体。9、通常陶瓷制品表面釉层与坯体热膨胀系数的大小关系如何？为什么？1.4 热传导1、什么是热导率？ 2、固体材料热传导主要有 、 和 三种微观机制，不同材料导热机制有何区别？3、对于声子热导而言，热阻来源于声子扩散过程中的各种 （如声子的碰撞

5、、点缺陷的散射、晶界的散射和位错的散射等）。4、对于同一种物质，多晶体、单晶体和非晶体的热导率的大小关系如何？5、请综合分析非晶体的热导率与温度的关系。6、综合分析影响无机材料热导率的因素。1.5 热稳定性1、什么是材料的热稳定性？。2、材料抗热冲击损坏的两大类型为 和 。3、什么是热应力？材料的热应力主要来源于哪三个方面？4、抗热应力损伤性正比于断裂表面能，反比于应变能的释放率。5、写出第一、第二和第三热应力断裂抵抗因子的表达式，并指出其中各参数的物理意义。6、对于密实性陶瓷、玻璃等脆性材料，提高其抗热冲击断裂性能的措施有哪些？材料物理性能思考题第二章 电学性能2.1 电导的物理现象1、材料

6、的导电现象，其微观本质是 其微观本质是载流子在电场作用下的定向迁移。2、无机材料与金属导体中的载流子种类有什么区别?答：金属导体中的载流子是自由电子；无机材料中的载流子可以是电子(负电子，空穴)、离 子(正、负离子，空位)。3、什么是电子电导和离子电导?答：离子电导：载流子为离子的电导。 电子电导：载流子为电子的电导。4、电子电导与离子电导的特征有何区别？答：电子电导的特征是具有霍尔效应；离子电导的特征是存在电解效应。5、什么是载流子的迁移率？答：载流子在单位电场强度中的迁移速度。6、写出电导率的基本表达式，并指出其中各参数分别代表什么意义。答： （单位体积内载流子数为n；每个载流子的荷电量为

7、q） （单位时间内通过单位截面S的电荷量（电流密度）为: J=nqv）2.2 离子电导1、离子电导有 本征电导 和 杂质电导 两种类型。2、什么是本征离子电导和杂质离子电导?答：本征离子电导-以热缺陷（空位、离子）作为载流子。 杂质离子电导-以杂质离子作为载流子。3、杂质离子电导载流子的浓度决定于杂质的种类和数量。4、对于本征离子电导而言，电导活化能包括缺陷形成能和迁移能两部分。5、通常熔点高的晶体，结合力大，相应活化能高，电导率低。6、区别迁移数与迁移率。答：迁移数：指定种类载流子所运载电流与总电流之比。 迁移率：7、固体电解质：具有离子电导的固体物质称为固体电解质。8、试举例说明固体电解质

8、在储能和传感器方面的应用。答： 储能：固体氧化物燃料电池，质子交换膜燃料电池，氧敏感元件（氧浓差电池）2.3 电子电导1、电子电导的载流子是 电子 或 空穴 。2、在电子电导的材料中，电子的非弹性碰撞引起 电子波的散射 是电子运动受阻的原因。3、电子载流子两大主要的散射机制是 晶格散射 和 电离杂质散射 。4、在孤立的原子中，电子占据一定的能级，这些能级由主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数等四个量子数确定。5、电子的共有化，使得单个原子的电子能级分裂成一系列相互之间能量差极微的能级，即形成了 能带 。6、结合晶体的能带理论区别导体、半导体和绝缘体。答：根据能带理论，晶体中并非所有电子或价

9、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。因此，在晶体能带图上物质的导电性反映为它的价带是否被填满，是否存在禁带以及禁带宽度的大小等因素。7、根据能带理论，晶体中并非所有电子或价电子都参与导电，只有 导带 中的电子或 价带 顶部的空穴才能参与导电。8、区别本征电子电导和杂质电子电导。答：本征电导：这种空带中的电子导电和价带中的空穴导电同时存在9、区别n型半导体和p型半导体。答：n型半导体的载流子主要为导带中的电子；p型半导体的载流子主要为空穴。10、分别画出n型和p型半导体的能带结构图，并以Si为例说明n型和p型半导体的形成过程。答： n型半导体的能带结构 p型半导体的能带

10、结构 12、区别不同类型的组分缺陷（或非化学计量）所形成局部能级的类型（施主能级还是受主能级）。2.4 半导体陶瓷的物理效应1、哪些效应属于半导体陶瓷的物理效应?答：晶界效应（压敏和PTC效应）表面效应（气敏效应）西贝克效应p-n结（光电效应）2、什么是压敏电阻效应?（ZnO压敏电阻应用）答：对电压变化敏感的非线性电阻效应 ZnO压敏电阻已广泛应用于半导体和电子仪器的稳压和过压保护以及设备的避雷器。3、区别PTC热敏电阻效应和NTC热敏电阻效应。答：PTC效应：具有电阻值随着温度升高而增大的特性 。 NTC效应：具有电阻值随着温度升高而减小的特性。4、什么是光生伏特效应？答：半导体受光照时产生

11、电动势（或电位差）的现象，称为光生伏特效应。第三章 介电性能3.1 介质的极化1、什么是电介质？答：电介质：在电场作用下，能建立极化的一切物质。2、什么是电介质的极化？答：电极化：在外电场作用下，介质内的质点（原子、分子、离子）正负电荷重心的分离，使其转变成偶极子的过程。3、介质的极化有哪六种基本类型？ 答：1、位移极化 2、松弛极化 3、电子极化 4、离子极化 5、偶极子转向极化 6、空间电荷极化3.2 介质损耗和介电强度1、什么是介质损耗？答：由于导电或交变场中极化弛豫过程在电介质中引起的能量损耗，由电能转变为其它形式的能（如热、光能等），统称为介质损耗。2、介质损耗主要有 极化损耗 损耗

12、和 电导损耗 损耗两种基本形式。3、什么是介电强度？答：当电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态。这种现象称介电强度的破坏，或叫介质的击穿。相应的临界电场强度称为介电强度，或称为击穿电场强度。3.3 压电性及压电材料1、什么是压电效应和逆压电效应/答：由机械效应转换成电效应的现象称为压电效应（或正压电效应） 由电效应转换成机械效应的过程称为逆压电效应。2、区分压电材料的主要性能指标（压电常数、频率常数、机电耦合系数和机械品质因素）。（1）、d压电常数（单位C/N），是反映力学量（应力或应变）与电学量（电位移或电场）间相互耦合的线性响应系数。（2）、对某一压电振子（具有一定形状、大

13、小和被覆工作电极的压电陶瓷体），其谐振频率和振子振动方向长度的乘积为一个常数，即频率常数（3）、机电耦合系数K是一个综合反映压电材料的机械能与电能之间耦合关系的物理量，是压电材料进行机电能量转换能力的反映。（4）、压电振子在谐振时储存的（机械）能量与在一个周期内损耗的（机械）能量之比称为机械品质因数Qm。它反映了压电振子在振动时因克服内摩擦而消耗能量的大小。机械品质因数越高，损耗的能量越少。3、 机电耦合系数 是一个综合反映压电材料的机械能与电能之间耦合关系的物理量，是压电材料进行机电能量转换能力的反映。4、为什么要对压电陶瓷进行预极化处理，预极化有哪三个需要控制的工艺参数？答：只有经过极化工

14、艺处理的陶瓷，才能够显示压电效应； 极化电场，极化时间，极化温度3.4 铁电性和铁电体1、什么是自发极化？答：自发极化：在没有外电场作用时，晶体中存在着由于电偶极子的有序排列而产生的极化。2、什么是铁电性？答：铁电性：在一定温度范围内具有自发极化，且自发极化的方向可因外电场的作用而反向，晶体的这种特性称为铁电性。3、什么是铁电体？铁电体的两个特点：一是 具有电滞回线 ，另一个是 具有许多电畴 。 铁电体：具有铁电性的晶体称为铁电体。4、什么是铁电居里温度？答：铁电居里温度：铁电陶瓷只在某一温度范围内才具有铁电性，它有一临界温度Tc，当温度高于Tc时，铁电相转变为顺电相，自发极化消失。晶体顺电相

15、铁电相的临界转变温度Tc称为铁电居里温度（或居里温度、居里点）。5、什么是铁电畴？答：晶体中出现了一个个由许多晶胞组成的自发极化方向相同的小区域，晶体中这种自发极化方向一致的小区域称为铁电畴（或电畴）6、画出铁电体典型的电滞回线，解释什么是饱和极化强度、剩余极化强度和矫顽电场强度？并在图中标出这三个参数。答：ABCDFGHK(1) 饱和极化强度Ps。是指在指定温度下，用足够大的电场强度极化物质时，极化曲线达到接近水平时（即不再随外电场增大而明显增大）对于的P值。(2) 剩余极化强度Pr。铁电物质极化到饱和后，又将电场强度下降到零时，铁电物质中残留的极化强度称为剩余极化强度。(3) 矫顽电场强度

16、Ec。铁电物质极化到饱和后，由于电滞现象，要使电介质中极化强度P为零，必须有一定的反向电场强度-E，该电场强度称为矫顽电场强度Ec。 第四章 磁学性能1、什么是磁介质？答：能够被磁化的物质叫做磁性物质或磁介质2、 磁化强度（M） 是单位体积的总磁矩，表征物质的磁化状态（强度和方向）。3、 磁化率（） 是反映材料磁化难易程度的一个物理量。4、原子的磁距主要由电子的磁距组成，而电子的磁距又是其 轨道磁矩 和 自旋磁矩 的矢量和。原子是否具有磁矩，取决于其具体的 电子壳层结构 。5、根据物质磁性的强弱和磁化率的正负性质，可将物质的磁性分为 抗磁性 、 顺磁性 、 铁磁性、 亚铁磁性 和 反铁磁性。6、抗磁性物质的原子(离子)磁矩为零。7、顺磁体的原子或离子有原子固有磁矩。8、 自发磁化 是铁磁物质的基本待征，也是铁磁物质和顺磁物质的区别所在。9、铁磁性产生的充分条件：(1) 原子内部要有未填满的电子壳层 ；(2) Rab/r3使A0。10、在居里点以上，铁磁体表现为顺磁性。11、什么是磁畴？答：未加磁场时铁磁体内部已经磁化到饱和状态的小区域称为磁畴12、什么是技术磁化？答：技术磁化：在外磁场作用下，铁磁体从完全退磁状态磁化到饱和的内部变化过程。13、铁磁体在外磁场中的磁化过程主要为 畴壁的移动 和磁畴内 磁矩的转