材料性能学知到智慧树章节测试课后答案2024年秋聊城大学

材料性能学知到智慧树章节测试课后答案2024年秋聊城大学第一章单元测试

实际弹性材料存在不同程度的滞弹性，形变依时间而变。（）

A:对B:错

答案:对包申格效应是指金属材料经预先加载产生少量塑性变形（残余应变小于4%），然后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。（）

A:对B:错

答案:对非理想弹性变形：滞弹性和粘弹性存在的原因是什么？包申格效应如何利用和避免？伪弹性用于形状记忆合金的原理是什么？金属和高分子弹性变形产生内耗的机理是什么？

答案:1.非理想弹性变形中，滞弹性的存在原因主要是材料内部微观结构的重新调整需要时间，而粘弹性的原因则是材料同时表现出粘性（流体特性）和弹性（固体特性）。2.包申格效应的利用在于通过预先进行一个方向的加载和卸载，使材料在后续相反方向的加载中展现出增强的力学性能。避免包申格效应主要是通过热处理或选择合适材料及加工工艺来减少或消除内部残余应力。3.伪弹性用于形状记忆合金的原理是基于合金在低温马氏体相变和高温奥氏体相变之间的可逆转换，通过加热或冷却使其在预设形状和变形形状之间切换。4.金属弹性变形产生内耗的机理主要是位错运动时与晶体缺陷的交互作用导致的能量耗散；高分子弹性变形的内耗则源于链段运动时的相互摩擦以及分子间相互作用力造成的能量损失。塑性变形：滑移和孪生对金属塑性变形都有什么贡献？铝合金和钢铁变形强化的机理是什么？汽车车身板材以铝代钢为什么存在问题？

答案:滑移和孪生都是金属塑性变形的重要机制，它们的贡献在于使材料在受力时能够发生形状变化而不破裂。1.**滑移**贡献于塑性变形主要是通过位错在晶体平面（滑移面）上的运动，导致原子层面的相对滑动，从而使得材料整体发生塑性形变。这一过程能够吸收外加的机械能并转化为材料内部的畸变能。2.**孪生**则是另一种塑性变形机制，它涉及到晶体的一部分沿着特定的晶面和晶向相对于另一部分发生均匀的切变，形成镜面对称的结构（孪晶）。孪生通常在滑移难以进行或受到限制时发生，为材料提供了额外的塑性变形能力。**铝合金和钢铁变形强化的机理：**-**铝合金**：主要通过位错的交互作用、缠结和塞积来实现强化。在塑性变形过程中，位错密度增加，相互阻碍进一步移动，这导致材料硬度和强度提高，即加工硬化（变形强化）。-**钢铁**：钢铁的变形强化同样涉及位错的增殖与阻碍，但其机理更加复杂，包括固溶强化、细晶强化以及第二相强化等。其中，固溶强化是指溶质原子干扰位错运动；细晶强化是因为晶粒越小，晶界越多，位错遇到的障碍也越多；第二相强化则是通过在基体中析出硬质相颗粒，这些颗粒能够有效钉扎位错，阻止其滑移。**汽车车身板材以铝代钢存在的问题：**1.**成本**：铝材的成本通常高于钢材，这直接影响了制造成本。2.**加工难度**：铝合金的加工硬化效应比钢材更显著，这意味着需要更高强度的设备和更复杂的工艺来成型。3.**焊接性**：铝合金的焊接比钢材更为复杂，需要特殊技术和工艺，且焊接接头的强度和耐腐蚀性可能不如钢材。4.**连接技术**：由于物理性质的不同，铝板与钢件的连接技术需要重新设计和验证，增加了设计和制造的复杂度。5.**耐撞性**：虽然铝合金可以减轻车身重量，但其能量吸收特性与钢材不同，可能影响汽车的碰撞安全性能，需要特别设计以满足安全标准。断裂：在低碳钢和高碳钢拉伸断裂过程中，晶界所起的作用有何区别？低应力断裂产生的原因有哪些？

答案:低碳钢：晶界作用较小，主要为韧性断裂。高碳钢：晶界作用较大，容易发生脆性断裂。低应力断裂产生原因：环境介质腐蚀、材料内部缺陷、高循环疲劳、氢脆、加工硬化等。

第二章单元测试

热膨胀的实质是原子的非简谐振动。（）

A:错B:对

答案:对声子的速度仅与晶体密度和弹性力学性质有关，与频率无关。（）

A:错B:对

答案:对热电制冷是可逆的热力学过程。（）

A:错B:对

答案:错简述热传导的微观机理和影响因素。

答案:热传导的微观机理主要是通过物质内部粒子（如原子、分子）的热运动和相互碰撞来传递能量。当物质内部存在温差时，高温区的粒子动能高于低温区，高能粒子与相邻低能粒子碰撞时会传递部分能量，导致能量从高温区域向低温区域转移，从而实现热量的传导。影响热传导的因素主要包括：1.材料性质：导热系数是表征材料导热能力的物理量，不同材料的导热系数差异大，如金属通常具有较高的导热系数，而绝缘体则较低。2.温度差：温差越大，热量传递的动力越强，导热速率越快。3.材料的结构和密度：材料的微观结构（如晶体结构、缺陷）、密度等也会影响热传导效率。4.物质的状态：固体、液体和气体的导热性能不同，一般而言，固体>液体>气体。5.尺寸和形状：导热物体的几何尺寸及形状影响热流路径，进而影响热传导过程。解释为什么玻璃的热导率常低于晶态固体几个数量级。

答案:玻璃的热导率低于晶态固体几个数量级主要是因为其非晶质结构。在晶体中，原子或分子按照有序的周期性排列，形成了明确的晶格结构，这有利于声子（晶格振动的能量量子）的传播，从而高效传递热量。而玻璃是一种无定形固体，其内部原子或分子排列混乱无序，导致声子的散射增加，声子传播路径受阻，热传导效率大大降低。因此，相比于晶态固体，玻璃的热导率要低几个数量级。

第三章单元测试

因为尺寸越大磁弹性能就越高，因此封闭磁畴结构还要分成更小的封闭畴使得磁弹性能更低。（）

A:对B:错

答案:对在未加磁场时，材料是自发磁化形成的两个磁畴，磁畴壁通过夹杂相。（）

A:对B:错

答案:对铁磁性材料会什么会形成磁畴？

答案:铁磁性材料会形成磁畴是因为在其内部存在微观尺度上的磁化区域，这些区域内的原子磁矩（即电子的自旋和轨道磁矩）自发地排列成一致的方向，形成小范围的磁化区域，即磁畴。这种自发磁化现象是由于铁磁性材料中的电子能级结构和交换作用力共同作用的结果。简述铁磁材料的磁化过程。

答案:0简要归纳铁磁性在金属研究中的应用。

答案:铁磁性在金属研究中的应用主要包括以下几点：1.**磁性材料开发**：用于制造永磁体、软磁材料和磁记录介质等，广泛应用于电子、电力、通信和数据存储等领域。2.**电机与发电机**：利用铁磁材料的磁化特性，提高电磁转换效率，是电动机、发电机等设备的核心部件。3.**传感器技术**：基于铁磁材料的磁敏效应，开发各种传感器，如速度传感器、位置传感器、电流传感器等，用于自动化控制、监测和测量系统。4.**磁性存储器**：如硬盘驱动器，利用铁磁薄膜的可逆磁化特性进行高密度数据存储。5.**磁性分离技术**：在矿石处理、废弃物回收及生物医学领域中，利用不同物质磁性差异进行高效分离和提纯。6.**磁性轴承**：提供无接触支撑，减少摩擦和磨损，提高系统精度和可靠性。7.**磁共振成像（MRI）**：医疗领域中，利用铁磁性物质在强磁场中的行为进行人体内部结构成像。8.**磁性纳米技术**：在药物传递、细胞分离、催化等领域有重要应用，利用纳米尺度铁磁颗粒的独特性质。这些应用展示了铁磁性在现代科技和工业中的基础性和广泛性作用。

第四章单元测试

临界磁场就是能破坏超导态的最小磁场，它与超导材料的性质无关。（）

A:错B:对

答案:错请描述半导体导电性敏感效应的种类及其原理，并谈谈各自的应用现状。

答案:半导体导电性敏感效应主要包括以下几种：1.**热敏效应**：半导体的电阻会随温度变化而显著改变。这种效应被用于制造热敏电阻，广泛应用于温度测量、温度控制以及电路中的过热保护。2.**光敏效应**：当半导体材料受到光照时，其导电性能会发生变化。这一特性使得光敏电阻、光电池（光伏效应）和光电二极管等器件得以应用，广泛用于太阳能转换、自动控制、光学传感器等领域。3.**磁敏效应**：某些半导体的电阻会随外加磁场的变化而变化，这称为磁阻效应。基于此原理的磁敏元件如磁敏电阻、霍尔元件等，被用于磁场检测、位置传感、速度测量及无触点开关等。4.**压阻效应**：半导体的电阻率会随所受机械应力的变化而变化，即压阻效应。利用该效应制造的压阻传感器被广泛应用于压力测量、重量感应、惯性导航等领域。5.**气敏效应**：某些半导体材料在接触到特定气体时，其电导率会发生改变。基于此原理的气敏传感器被用于气体成分分析、环境监测、安全报警系统等。这些效应及其原理在现代电子技术、自动化控制、信息处理、能源转换等多个领域有着极其广泛的应用，是信息技术发展的重要基础。电介质极化的类型及其原理。

答案:电介质极化的类型包括：1.电子式极化2.离子式极化3.偶极子取向极化4.空间电荷极化5.转向极化原理简述：-电子式极化：外电场作用下，介质中正负电荷中心不重合，电子云微小位移产生净偶极矩。-离子式极化：离子晶体中正负离子相对位移，但不跨越晶格位置，形成宏观偶极矩。-偶极子取向极化：极性分子的固有偶极矩在外电场作用下重新排列取向，整体呈现极化。-空间电荷极化：在非对称或有缺陷的介质中，电场使自由电荷分离，形成空间上的电荷分布。-转向极化：某些介电材料中的大分子链或自由偶极子在外电场作用下旋转，其固有偶极矩转向电场方向，导致极化。简述介电常数以及影响介电常数的因素。

答案:介电常数（DielectricConstant，符号为ε）是表征电介质极化程度的物理量，反映材料在电场作用下储存电能的能力，相对介电常数（相对真空的介电常数）通常用于衡量绝缘材料的电性能。它定义为材料中电场强度与该材料外施加的电势差比值与真空中相同比值的比值。影响介电常数的因素主要包括：1.**分子极性**：极性分子材料的介电常数高于非极性分子材料，因为极性分子更容易在电场作用下取向极化。2.**温度**：对于大多数材料，介电常数随温度升高而降低，但某些含有水合物的材料可能表现出相反的趋势。3.**频率**：在交变电场中，介电常数可能随电场频率变化，这种现象称为介电弛豫，不同材料在不同频率下的介电响应各异。4.**湿度**：由于水的介电常数很高，材料的含水量增加通常会导致其介电常数增大。5.**机械应力**：材料受到的机械应力可以改变其分子结构和排列，从而影响介电常数。6.**杂质和缺陷**：材料中的杂质和晶体缺陷可以干扰电荷的分布，影响介电性能。7.**厚度和几何形状**：在特定条件下，如薄膜或多层结构中，介电常数可能会受到材料厚度和几何形状的影响。简述电介质损耗的形式及其原理。

答案:电介质损耗主要有以下几种形式：1.电导损耗：在电场作用下，电介质中不可避免地存在少量自由电荷（离子、电子等），这些自由电荷的移动形成电流，从而造成能量损耗。其原理类似于导体中的电流引起的焦耳热损失。2.极化损耗：当电介质置于电场中时，介质中的分子或原子会发生极化，即正负电荷中心分离，形成偶极子。在交变电场作用下，这些偶极子的转向跟不上电场的快速变化，导致能量转换为热能而损耗。这种损耗与介质的极化机制（如电子位移极化、离子位移极化、偶极子取向极化等）密切相关。3.游离损耗：在强电场作用下，电介质中可能产生局部放电或电离现象，形成游离区。这些游离过程消耗电能并转化为热能和光能等，导致电介质性能下降。4.弛豫损耗：在某些电介质中，极化过程不是瞬时完成的，而是需要一定时间（弛豫时间）。当外加电场频率与介质的固有弛豫时间匹配时，极化过程跟不上电场的变化，产生额外的能量损耗，称为弛豫损耗。这主要与介质内部的结构和分子运动特性有关。

第五章单元测试

金属断口微观特征主要是韧窝。（）

A:错B:对

答案:对脆性断裂的断口一般与正应力垂直，比较齐平光亮，呈放射状或结晶状。（）

A:错B:对

答案:对材料压电性能的主要参数及其意义。

答案:材料压电性能的主要参数包括：1.**介电常数**（DielectricConstant）：衡量材料在电场作用下极化程度的物理量，反映材料存储电能的能力。介电常数越大，材料的电容效应越强。2.**压电常数**（PiezoelectricCoefficient）：描述材料在机械应力作用下产生电荷的能力，以及在电场作用下产生形变的能力。它分为横向和纵向压电常数，分别对应不同的应力/应变方向与电场方向的关系，是评价材料压电性能好坏的关键参数。3.**弹性常数**（ElasticConstant）：描述材料抵抗形变的能力，包括杨氏模量、剪切模量等，影响材料将电能转换为机械振动（或反之）的效率。4.**机电耦合系数**（ElectromechanicalCouplingCoefficient）：表示压电材料中机械能与电能转换效率的度量，值范围在0到1之间，越接近1表示能量转换效率越高。5.**居里点**（CuriePoint）：材料失去压电性的温度，超过此温度，由于相变，压电效应消失。6.**谐振频率**（ResonantFrequency）：材料在特定条件下振动的自然频率，对设计传感器和执行器的工作频率范围有重要影响。这些参数共同决定了材料在压电应用中的适用性和性能，如传感器、执行器、换能器等设备的设计与优化。什么是自发极化？讨论自发极化的原因。

答案:自发极化是某些电介质材料在无外加电场条件下内部自发形成的电偶极矩现象。这种现象源自于材料内部的微观结构不对称性，导致正负电荷中心不重合，从而在晶体中产生永久性的电偶极子排列。什么是铁电体？铁电体具有哪些特性？

答案:铁电体是一种具有自发极化特性的晶体材料，即使在没有外加电场的情况下，其内部仍能保持一定的极化状态。铁电体的主要特性包括：1.自发极化：铁电体中的正负电荷中心不重合，导致在晶体内部产生永久的电偶极矩。2.电滞回线：当铁电体受到外加电场作用时，其极化强度与电场的关系呈现出典型的电滞回线特征。3.可逆极化切换：通过改变外加电场的方向，可以改变铁电体内部的极化方向。4.居里点：铁电体的铁电性在达到一定温度（居里温度）时会消失，转变为顺电相。5.压电效应：铁电体在机械应力作用下会产生电荷，反之施加电场也能引起形变，具有压电性能。6.介电常数高：铁电体在电场作用下的介电响应较强，显示出较高的介电常数。7.拓扑结构：铁电体中可能存在畴结构，即极化方向不同的微区域，它们的排列和变化对铁电体的性质有重要影响。

第六章单元测试

压电式传感器中的压电元件材料一般有三类：单晶体、多晶体、高分子压电材料。（）

A:对B:错

答案:对铁电体需要极化处理才能显示热释电和压电效应。（）

A:错B:对

答案:对压电体、热释电体和铁电体在晶体结构上有什么区别？

答案:压电体：具有非中心对称的晶体结构，可以将机械能转换为电能，也可以将电能转换为机械能。热释电体：具有