河南理工大学材料物理性能试卷08

1、一、名词解释(每题3分，共7小题)高温蠕变及影响蠕变的因素答：高温蠕变：在高温条件下，借助于外应力和热激活的作用，形变的一些障碍得以克服，材料内部质点发生了不可逆的微观过程影响蠕变的因素：温度、应力、晶体的组成、显微结构磁光效应光属于电磁波，其电场、磁场和传播方向相互垂直，因此在光通过透明的铁 磁性材料时，由于光与自发磁化相互作用，会出现特异的光学现象，称此现象为磁光效应。3顺磁性在外加磁场的作用下，这些磁矩沿磁场方向排列，物质显示积弱的磁性，这种现象叫顺磁性。完全反磁 性：在某些物质中完全不能进入磁通量，称这一性质为完全反磁性。晶态固体热容的经验定律和经典理论元素的热容定律-杜隆-珀替定律：

2、恒压下元素的原子热容等于25J/ (Kmol)。化合物的热容定律-柯普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。蠕变断裂 多晶材料在高温时，在恒定应力作用下由于形变不断增加导致断裂的现象称为蠕变断6.滞弹性弹性模量随时间的现象称为滞弹性铁电性电偶极子由于它们的相互作用而产生的自发平行排列的现象折射定律折射光线在入射面内。入射角和折射角的正弦之比为一常数，用n21表示，即式中n21称为第二介质对第一介质的相对折射率。塑性形变：塑性形变是在超过材料的屈服应力作用下，产生变形，当外力移去后不 能恢复的形变。滑移系统：滑移面和滑移方向组成晶体的滑移系统。静态疲劳：裂纹除了快速失稳外，还会

3、在使用应力下，随着时间的推移而缓慢展， 这种缓慢扩展称为亚临界扩展，或者静态疲劳。抗热震断裂性：在热冲击作用下，材料发生瞬时断裂，对这类破坏的抵抗称抗热震 断裂性。双碱效应：指当玻璃中金属离子浓度较大时，在碱金属离子总浓度相同的情况下， 含有两种碱金属离子比含有一种碱金属离子的玻璃的电导率要小。电化学老化：指在电场作用下，由于化学变化引起材料的电性能不断恶化的现象。折射定律：光从一种透明均匀物质斜射到另一种透明物质中时，传播方向发生改 变，折射角与入射角之比为一常数，这就是折射定律。完全反磁性：在某些物质中完全不能进入磁通量，称这一性质为完全反磁性。介电损耗：电介质在外电场的作用下，在单位时间

4、内因发热而消耗的能量称为电介 质的损耗功率或介电损耗。10松弛极化：当材料中存在着弱联系的电子、离子和偶极子等质点时，热运动使之分布 混乱，电场力图使之按电场规律分布，最后在一定温度下发生极化，称之为松弛极 化。1结合能：把晶体分离为自由原子所需的能量。2滞弹性：弹性模量依赖于时间的现象。3动态疲劳：材料在循环应力作用下的破坏。4抗热震性：材料承受温度的急剧变化而抵抗破坏的能力5双折射：当光束通过各向异性介质的表面时，由于在各方向上的折射程度不同，折射光会分成两束沿着不同方向传播，这种现象称为双折射。6磁致伸缩效应：使消磁状态的铁磁体磁化，一般情况下其尺寸会发生变化，这种现象称为磁致伸缩效应。

5、7磁光效应：光属于电磁波，其电场、磁场和传播方向相互垂直，因此在光通过透明的铁 磁性材料时， 由于光与自发磁化相互作用，会出现特异的光学现象，称此现象为磁光效应。8组分缺陷：非化学计量配比的化合物中，由于晶体化学组成的偏离，形成了离子空位或间隙离子等晶 格缺陷，既组分缺陷。9电子位移极化：在外电场作用下，原子外围的电子云相对于原子核发生相对位移形成的极化叫电子位移 极化。10铁电性：电偶极子由于它们的相互作用而产生的自发平行排列的现象。、填空题（每空1分，共10小题）1.滞弹性的理想流变模型 虎克固体模型、牛顿液体模型、圣维南塑性固体模型。4、裂纹有三种扩展方式或类型有张开型、滑开型、撕开型。

6、其中扩展是低应力断裂的主要原因，也是数年来实验和理论研究的主要对象。2.铁磁体在夕卜磁场中的磁化过程主要为磁畴的移动和磁畴内磁矩的移动。3-磁畴形成的原因有交换作用和超交换作用。控制强度的三个参数分别为弹性模量、断裂能、裂纹半长度。韧化的主要机理应力诱导相变增韧、相变诱发微裂纹增韧、残余应力增韧。漏导电流由两部分组成分别为表面电流、体积电流。 非晶态玻璃材料的电导分为离子电导、电子电导介质材料在外电场作用下发生击穿分为两种方式为热击穿、电击穿。原子磁矩的来源 电子轨道运动产生、电子自旋产生、原子核自旋所伴随的角 动量。无机材料磁学中的四种理论 外斯分子场、双次气阵理论、超交换理论、交 换作用。

7、1、声子的准粒子性表现在声子的动量不确定、系统中声子的数目不守恒。2、影响蠕变的因素有：温度、应力、晶体的组成、显微结构。3、裂纹扩展方式有：张开型、滑开型和撕开型。4、影响电导率的因素有：温度、晶体结构、晶格缺陷。5磁畴形成的原因有交换作用和超交换作用。6、材料的折射率随入射光频率的减少而减少的性质，成为折射率的色散。7、介质材料在外电场作用下发生击穿分为两种方式：电子击穿和热击穿。8、非晶态玻璃材料的电导有离子电导和电子电导。9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。位错运动速度、位错密度、位错增殖系数。山形切

8、口技术三点弯曲梁法细、密、匀、纯掺杂组分缺陷电子的轨道运动产生的磁矩、电子自旋产生的磁矩申击穿热击穿碰撞理论“雪崩”电击穿理论爱因斯坦模型德拜模型德拜模型小压应力微裂纹闭合色散散射。压敏效压电效应三、简述题（每题5分，共6小题）无机材料的透光性（定义、公式、图）2、绘出体积单元应力分量图（9个分量标注）晶面的特点:（1）通过任一格点，可以作全同的晶面与一晶面平行，构成一族平行晶面（2）所有的格点都在一族平行的晶面上而无遗漏；（3）一族晶面平行且等距，各晶面上格点分布情况相同；（4）晶格中有无限多族的平行晶面。提高陶瓷强度及改善脆性的途径微晶、高密度与高纯度预加应力里化学强化相变增韧弥散增韧简述

9、抗热震性的因素强度a弹性模量膨胀系数热导率入抗热应力损伤因子RR 微观结构热膨胀系数和热导率。简述电化学老化的常见的几种情况晶相和玻璃相中的一价正离子活动能力强，迁移率大，；同时电极的银离子也能参与漏导参加电导的载流子为阳离子和电子参加电导的载流子有正离子也有负离子。参加电导的载流子为阴离子和电子试说明弹性位移极化和松弛极化的区别弹性位移极化：瞬时完成完全弹性能量不消失不会使介质发热松弛极化：完成需要时间非弹性需要吸收能量会使介质发热1、简述热击穿的本质答：热击穿的本质是出于电场中的介质，由于其中的介质损耗而发热，当外加电压足够高时，可能从 散热与发热的热平衡状态转入不平衡状态，若发热量比散去

10、的热量多，热量就在介质内部积聚，使介质温 度升高。而温度的升高又导致电导率和损耗的进一步增加。如此恶性循环，最终引起材料损失绝缘性能， 出现永久性损坏，这就是热击穿。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f，减小弹性模量E。 （2）提高材料的热导率c。 （3）减小材料的热 膨胀系数a。（4）减小表面热传递系数h。（5）减小产品的有效厚度rm。3、多晶多相无机材料中裂纹产生的原因是什么？（1 ）由于晶体微观结构中存在缺陷，当受到外力作用时，在这些缺陷处就引起应力集中，导致裂纹 成核，例如位错在材料中运动会受到各种阻碍：（2）材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面型纹，一这

11、种表面裂纹最危险，裂纹的扩展常常由表面 裂纹开始。（3）由于热应力而形成裂纹。大多数陶瓷是多晶多相体，晶粒在材料内部取向不同，不同相的热膨膨系数也不同，这样就会因各方向膨胀（或收缩）不同而在晶界或相界出现应力集中，导致裂纹生成。（4）由于晶体的各向异性引起，如弹性模量的各向异性导致晶粒间存在一应力，如果该应力超过材料的 强度则出现微裂纹。晶体材料屈服强度的理论计算与实测值之间相差悬殊，说明误差产生的主要原因。 答：对于纯净单晶体，其理论切变强度Tm表达式为G/2n,也就是其理论屈服强度，而对 于实际晶体材料中，存在各种微观缺陷，如位错等，位错大量滑移标志塑性变形开始， 屈服强度是位错滑移的阻力

12、，所以实际晶体的屈服强度远低于理论屈服强度简述提高陶瓷材料强度及改善脆性的途径有哪些？答：微晶、高密度与高纯度；预加应力；化学强化；相变增韧；弥散增韧。提高乳浊剂的乳浊型有哪些要求？答：为了达到最大的散射效果，颗粒及基体材料的折射率相差要大，颗粒尺寸应当与入 射波波长约略相等，并且颗粒体积分数要高。同时要求乳浊剂在介质中的溶解度要小， 在介质中容易析出，且不能受烧成温度和气氛的影响。简述气孔对无机材料力学性能、热学性能以影响。答：气孔的存在会使材料的弹性模量减小，力学性能变坏；一般情况下，温度不是很 高，气孔较小且均匀分布时，随气孔率的增大，热导率按比例减小，当气孔尺寸增大 时，随温度升高，气

13、体会因对流而加强了传热，从而使材料热导率增大，等体积热容减 小，热膨胀减小，。简述位移极化和松弛极化的特点。答：弹性位移极化的特点：1）瞬时完成，2）完全弹性，3）能量不消失，4）不会使介 质发热；松弛极化的特点：1）完成需要时间，2）非弹性，3）需要吸收能量，4）会使 介质发热。为什么金属有较大的热导率，而非金属的导热不如金属材料好？答：这和金属与非金属的内部结构有关，金属具有规则的晶格结构，金属内部的电子一 直在做无规则的运动，在产生温度梯度或施加电场后，电子运动的取向近似一致。从而 传导热和电流。四、计算题（每题10分，共2题）1.某种AI2O3瓷晶相体积比为95% （弹性模量E=380

14、GPa），玻璃 相为5%（E=84GPa），两相的泊松比相同，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解：(1)上限模量：EV 二 E1V1+E2V2=380 X 95%+84 X 5%=365.2GPa下限模量：1/EL 二 V2/E2+V1/E1=5%/84+95%/380=0.003095EL=323.1GPa如含有5%的气孔，贝y上限模量：(p=5%)EV ,= EV(1-1.9P+0.9P2)=365.2(1-1.9 X 0.05+0.9 X 0.052)=331.3GPa下限模量：EL = EL (1-1.9P+0.9P2) =293.1GPa

15、2.有一种构件，实际使用应力为1.30GPa，有两种钢待选：甲钢：(T ys=1 95Gpa Klc=45MPa m1/2乙钢：(T ys=1 56Gpa KIc=75Mpa m1/2试问应选那种钢材较为安全。解：根据断裂力学观点，构件的脆性断裂是裂纹扩展的结果，应该计算K1是否会超过KIC，根据Y =1.5,设最大裂纹尺寸为1mm，贝V由KIC/( 丫 )可计算出匚c；甲钢 ；P=45 106 (1.5.0.001) =1.0GPa乙钢=75 1 06 -(1.5.0.001) =1.67GPa对甲钢匚c1.30GPa因而是安全可靠的。1、求焰融石英的理论结合强度，设表面能力为X 10-8

16、cm;弹性模量从60到75GPa。21.75J/m； Si - O的平衡原子间距为1.6解：材料的理论强度为 二山EV其中 y =1.75j/ ma=1.6 x 10 cm=-106 x 10 m因此匕当弹性模量E=60GPa时,当弹性模量E=75GPa时,熔融石英的理论结合强度为60 109 1.75:1.610)二 25.62GPa75 灯 0*1.75;.1.6 10 川25.6GPa28.6GPa-28.64GPa2、一透明陶瓷板厚度为降低了 15%2、一透明陶瓷板厚度为降低了 15%，计算吸收和散射系数的总和。（10 分）解：光通过介质之后的强度为I =1。（1 - m）2eY*因为透过之后强度降低了 15%,即I=0.85I0因此 0.85 = (1-m)2e( s)x,.I =e s)x. 0.85 =e