材料物理習(xí)題和思考題.pdf

材料物理習(xí)題和思考題 第一章 材料的電子理論 1 重要名詞 重要名詞 自由電子近似 波函數(shù)的歸一化條件 波恩 卡曼邊界條件 允許波長 K 空間 狀態(tài)密度 費米能 電子的費米 狄拉克統(tǒng)計分布 布洛赫定理 近自由電子近似 能帶 允帶 禁帶 緊束縛近似 布 拉格定律 布里淵區(qū) 等能面 費米面 費米球 電子密度泛函 2 說明自由電子近似的基本假設(shè) 在該假設(shè)下 自由電子在一維金屬晶體中如何分布 電子的波長 能 量各如何分布 3 何謂 K 空間 K 空間中的 2 2 2 和 1 1 3 兩點那個代表的能級能量高 4 何謂狀態(tài)密度 狀態(tài)密度與電子能量是何種關(guān)系 5 用公式 1 k exp 1 F T E E f E 解釋左圖的自由電子在 0K 和 TK 時的能量分布 并說明 T 改變時該能量分布如何變化 6 說明的物理意義 并簡要說明為什么在討論左圖的電子能量 分布時不考慮和的區(qū)別 0 F E 0 F E F E 7 近自由電子假設(shè)和自由電子假設(shè)中電子所處的勢場有何區(qū)別 前者的主要假設(shè)是什么 8 畫出自由電子近似和近自由電子近似下的 E K 曲線 并說明他們的區(qū)別 解釋能帶的概念 9 從左圖說明能帶產(chǎn)生的原因 1 10 什么是布里淵區(qū) 給出一維 K 空間前三個布里淵 區(qū)的范圍 注意其特點 將一維布里淵區(qū)的特點推廣到 二維 三維的情形 他們的第一 第二 第 n 布里淵區(qū) 有何種關(guān)系 11 解釋左下圖的二維晶體布里淵區(qū)的等能線 并說明 能隙和能量交疊出現(xiàn)的原因 12 畫圖說明自由電子近似和近自由電子近似下的狀態(tài) 密度的異同 13 畫圖說明導(dǎo)體 半導(dǎo)體 絕緣體能帶結(jié)構(gòu)的異同 14 簡要說明用現(xiàn)代電子理論進行合金設(shè)計的主要 思想 15 簡要說明電子密度泛函方法的主要思想 第二章 材料的晶態(tài)結(jié)構(gòu)與缺陷 1 重要名詞 重要名詞 晶體 非晶態(tài) 準(zhǔn)晶體 點陣 晶格 晶胞 點陣常數(shù) 晶格常數(shù) 晶格參數(shù) 晶系 布拉菲點陣 晶向指數(shù) 晶面指數(shù) 面心立方 體心立方 密排六方 同素異構(gòu)現(xiàn)象 合金 固溶體 間 隙式固溶體 置換式固溶體 中間相 正常價化合物 電子化合物 間隙相和間隙化合物 拓?fù)涿芏严?超結(jié)構(gòu) 超點陣 有序固溶體 徑向分布函數(shù) 位置矢徑分布函數(shù) 陶瓷 特種陶瓷 硅氧四面體 島 狀結(jié)構(gòu) 組群狀結(jié)構(gòu) 鏈狀結(jié)構(gòu) 層狀結(jié)構(gòu) 架狀結(jié)構(gòu) 低維材料 吸附 物理吸附 化學(xué)吸附 解吸 凝結(jié) 臨界晶核 穩(wěn)定晶核 多晶體 外延生長 同質(zhì)外延 異質(zhì)外延 錯配度 晶體缺陷 化學(xué)缺陷 點陣缺陷 點缺陷 線缺陷 面缺陷 空位和間隙原子 空位形成能 輻照損傷 位錯 柏氏矢量 刃型 位錯 螺型位錯 混合型位錯 晶界 小角度晶界 大角度晶界 過冷液體模型 小島模型 重合位置點 陣模型 重合位置密度 孿晶 孿晶界 共格界面 非共格界面 外表面 清潔表面 實際表面 表面弛 豫 表面重構(gòu) 相界 2 晶體為何有各向異性 3 在晶胞中畫出下列晶面和晶向 111 110 111 011 120 111 110 225 101 210 4 在圖上標(biāo)出下列晶向和晶面的指數(shù) 2 5 計算面心立方和體心立方結(jié)構(gòu)的致密度 畫出其任意原子的配位原子 比較兩種結(jié)構(gòu)的區(qū)別 6 置換式固溶體和間隙式固溶體引起的點陣畸變有何不同 7 從非晶體和晶體的 X 射線衍射特征的區(qū)別解釋其結(jié)構(gòu)的區(qū)別 8 鈉鈣玻璃與石英玻璃在結(jié)構(gòu)上有何不同 性能又有何不同 9 比較晶體 非晶體和準(zhǔn)晶體在結(jié)構(gòu)上的異同 10 簡述薄膜形核的過程和長大的過程 11 為何從球冠形晶核模型推導(dǎo)出的臨界晶核半徑與實際偏差很大 更符合實際的模型是什么樣的 12 薄膜的組織結(jié)構(gòu)有幾種形態(tài) 各有何特點 13 薄膜的晶體結(jié)構(gòu)與體材料有區(qū)別嗎 如果有 是怎樣的區(qū)別 14 簡述薄膜的表面結(jié)構(gòu)與溫度的關(guān)系 15 說明晶體缺陷的概念和分類方法 就你所知簡述各種晶體缺陷的概念 特征及其對性能的影響 16 解釋空位濃度與自由能的關(guān)系曲線 并以之說明點缺陷的特征 17 空位形成濃度依據(jù)什么原理測定 用什么方法測定 18 點缺陷對性能有何影響 19 比較刃型位錯 螺型位錯和混合型位錯的滑移異同 20 小角度晶界和大角度晶界是如何劃分的 為什么要那樣劃分 其晶界能有何不同 21 小角度晶界和大角度晶界的結(jié)構(gòu)模型各是什么樣的 Z Y X Z Y X Z Y X Z Y X 第三章 固態(tài)擴散 1 重要名詞 重要名詞 擴散 擴散通量 擴散系數(shù) 菲克 擴散 第一定律 菲克 擴散 第二定律 誤差函數(shù) 滲碳 擴散激活能 間隙擴散 置換擴散 原子跳動頻率 原子振動頻率 柯肯達爾效應(yīng) 短路擴散 2 說明擴散第一定律的適用條件并舉例說明其應(yīng)用 3 推導(dǎo)擴散第二定律 4 給出無限長棒擴散偶的初始條件和邊界條件 用通解 B2erf 2 A DtxC解出 C x t 并以之 說明擴散偶焊接面的濃度 C 0 t 有何規(guī)律 5 給出滲碳過程的初始條件和邊界條件 用通解 B2erf 2 A DtxC解出 C x t 6 間隙擴散和置換擴散都有擴散系數(shù)D a2P 但兩者的擴散系數(shù)為何有明顯差別 兩者的 各由什么因素 決定 7 為什么置換擴散的機制不是直接換位和環(huán)形換位 8 為什么晶界擴散速度一般比體擴散快 這一規(guī)律在什么情況下才成立 9 簡述溫度 固溶體類型 晶體結(jié)構(gòu) 晶體學(xué)各向異性 濃度 晶體缺陷 第三組元對擴散系數(shù)的影響 及其原因 10 C 在 Fe 中的 C 的擴散系數(shù)大還是在 Fe 中的擴散系數(shù)大 滲碳是在 Fe 中進行還是在 Fe 中進行 為什么 3 4 第四章 材料的固態(tài)相變 1 重要名詞 重要名詞 相 相變 一級相變 二級相變 擴散型相變 非擴散型相變 半擴散型相變 位向關(guān)系 慣習(xí)面 共析轉(zhuǎn)變 C曲線 馬氏體 切變共格 表面浮凸 T0 Ms Mf 等溫馬氏體 形變誘發(fā)馬氏體 Md As Ad Af K S關(guān)系 西山關(guān)系 板條馬氏體 片狀馬氏體 熱彈性馬氏體 非熱彈性馬氏體 形狀 記憶效應(yīng) 單程形狀記憶效應(yīng) 雙程形狀記憶效應(yīng) 形狀記憶合金 SMA 貝氏體 上貝氏體 下貝氏體 玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 Tg 非晶形成的臨界冷速 2 一級相變 二級相變各有什么特點 3 說明固態(tài)相變的一般特征 4 說明界面能和彈性應(yīng)變能對第二相形狀的影響 如果新舊相之間的界面為共格 半共格 非共格界面 新相易于生成什么形狀 5 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的生核部位一般在什么地方 為什么 6 以珠光體為例描述共析轉(zhuǎn)變的過程 7 珠光體轉(zhuǎn)變的動力學(xué)曲線是什么形狀 為什么 8 描述馬氏體轉(zhuǎn)變的一般特征 9 馬氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)的四種形式各是什么 10 從熱力學(xué)解釋形變誘發(fā)馬氏體出現(xiàn)的原因 11 描述板條馬氏體和片狀馬氏體的形態(tài) 亞結(jié)構(gòu) 12 比較 Bain 模型 K S 模型 G T 模型在描述馬氏體轉(zhuǎn)變機制的成功和不足之處 13 敘述熱彈性馬氏體和非熱彈性馬氏體在相界面 長大方式 逆轉(zhuǎn)變等方面的區(qū)別 14 說名形狀記憶效應(yīng)出現(xiàn)的機理 15 簡要說明上貝氏體和下貝氏體的形態(tài)和亞結(jié)構(gòu) 16 說明貝氏體轉(zhuǎn)變的動力學(xué)特征 17 說明貝氏體轉(zhuǎn)變的一般特征 18 貝氏體是如何定義的 19 畫圖說明玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度的意義 為什么這一溫度不易測定 實際上它是如何規(guī)定的 20 說明合金獲得非晶態(tài)的條件和方法 第五章 材料的電學(xué)性能 1 重要名詞 重要名詞 電子導(dǎo)電的弛豫時間 平均自由程 有效電子數(shù) 聲子 德拜溫度 馬西森定律 剩余電 阻率 剩余電阻比 電阻溫度系數(shù) 霍爾效應(yīng) 霍爾系數(shù) 超導(dǎo)現(xiàn)象 超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度 超導(dǎo)體 邁斯納效 應(yīng) 第一類超導(dǎo)體 臨界磁場強度 第二類超導(dǎo)體 上 下臨界磁場強度 臨界電流密度 約瑟夫森效應(yīng) BCS 理論 熱電勢 絕對塞貝克系數(shù) 塞貝克效應(yīng) 塞貝克系數(shù) 珀耳帖效應(yīng) 電介質(zhì) 極化 感生電荷 束縛電荷 相對介電常數(shù) 介電常數(shù) 極性分子電介質(zhì) 非極性分子電介質(zhì) 極化強度 電極化率 電子位移極化 粒子位移極化 取向極化 介電體擊穿 介電擊穿強度 2 用能帶理論解釋 1 5 價元素和離子晶體的導(dǎo)電性 3 敘述馬西森定律的內(nèi)容并說明為什么電阻分為與溫度有關(guān)和無關(guān)的兩項 4 敘述剩余電阻率的概念 存在原因及其應(yīng)用 5 說明霍爾效應(yīng)的現(xiàn)象 原因及其應(yīng)用 6 舉出電導(dǎo)功能材料的三個實例 7 畫圖說明超導(dǎo)的臨界磁場強度的概念以及在不同的磁場強度下超導(dǎo)狀態(tài)的變化 8 說明約瑟夫森效應(yīng)的現(xiàn)象和應(yīng)用 真實電介質(zhì)平板電容器總電流的矢量圖 9 說明 BCS 理論的基本觀點及其成功和局限 10 舉例說明超導(dǎo)現(xiàn)象的應(yīng)用及其應(yīng)用中的問題 11 說明熱電勢的概念及其產(chǎn)生的原因和影響因素 12 說明塞貝克效應(yīng)的現(xiàn)象并舉出其應(yīng)用的實例 可否用該 效應(yīng)發(fā)電 13 說明珀耳帖效應(yīng)的現(xiàn)象及其與焦耳熱的區(qū)別 并舉出其 應(yīng)用實例 14 說明極性分子電介質(zhì)和非極性分子電介質(zhì)的概念及其極 化機理的不同 15 說明極化的三種機理 16 分析右圖解釋介電損耗出現(xiàn)的原因 5 6 第六章 材料的磁性 1 重要名詞 重要名詞 磁場強度 磁偶極子 磁偶極矩 磁動量 靜磁能 磁化 磁矩 磁化強度 磁化率 相 對磁導(dǎo)率 抗磁體 順磁體 鐵磁體 亞鐵磁體 反鐵磁體 強磁體 弱磁體 電子軌道磁矩 電子自旋 磁矩 原子核磁矩 原子的磁矩 居里溫度 退磁狀態(tài) 飽和磁化強度 飽和磁感應(yīng)強度 退磁 剩余磁 化強度 剩余磁感應(yīng)強度 剩磁 矯頑力 磁滯現(xiàn)象 磁滯回線 磁化功 磁晶各向異性 磁晶各向異性 能 磁晶各向異性常數(shù) 磁疇 疇壁 180 和 90 疇壁 磁疇的結(jié)構(gòu) 硬磁材料 軟磁材料 磁記錄材料 磁致伸縮 2 理解表征材料磁性的常用參數(shù)的概念 意義及他們之間的關(guān)系 3 理解根據(jù)磁化率對材料所分的五類及其特征 4 簡要闡述電子軌道磁矩和自旋磁矩的來源和大小 5 簡述原子磁矩在不同情況下的來源 原子核磁矩對原子磁矩的影響如何 6 所有的材料均有抗磁性 的說法對否 所有的材料都是抗磁體 的說法對否 說明原因 7 簡述順磁性的來源及其磁化率與溫度的關(guān)系 8 原子磁矩如何從實驗得出 簡述其理論依據(jù) 9 簡述鐵磁性的來源 居里溫度存在的原因及材料具有鐵磁性的條件 10 簡述反鐵磁性和亞鐵磁性的來源 11 簡述鐵磁性材料的磁化過程和磁致回線概念 12 簡述磁疇的概念 成因和疇壁厚度的影響因素 13 簡述實際磁疇的結(jié)構(gòu)及其成因 14 簡述硬磁材料 軟磁材料的性能要求及其常用的體系 7 第七章 材料的熱學(xué)性質(zhì) 1 重要名詞 重要名詞 能量按自由度均分原則 杜隆 珀替定律 狄拉克常數(shù) 愛因斯坦溫度 德拜溫度 奈曼 考普定律 傅里葉定律 熱流密度 導(dǎo)熱系數(shù) 導(dǎo)溫系數(shù) 魏德曼 弗蘭茲 洛倫茲定律 平均線膨脹 系數(shù)和平均體膨脹系數(shù) 線膨脹系數(shù)和體膨脹系數(shù) 因瓦合金 可伐合金 熱雙金屬 2 推導(dǎo)杜隆 珀替定律并說明其適用范圍 3 簡述經(jīng)典熱容模型 愛因斯坦熱容模型和德拜熱容模型的基本假設(shè) 結(jié)果 適用范圍的區(qū)別和聯(lián)系 4 德拜溫度可用何種方法確定 5 在不同溫度下金屬的熱容各有什么構(gòu)成 有何特點 6 固溶體 化合物 復(fù)相材料的熱容與其組份各有何種關(guān)系 7 材料的導(dǎo)熱有幾種機制 簡述對不同材料和溫度何種機制起主要作用 8 金屬 陶瓷 高分子材料的導(dǎo)熱各有何特點 為什么 9 金屬的電導(dǎo)率和熱導(dǎo)率有何關(guān)系 該關(guān)系在什么條件下適用 10 固溶體的熱導(dǎo)率與其組份有何關(guān)系 復(fù)相材料呢 11 用公式說明多孔材料作隔熱材料的原因 12 材料的線膨脹系數(shù)和體膨脹系數(shù)有何關(guān)系 13 簡述材料熱膨脹的微觀機理 14 熱膨脹系數(shù)與熱容有何關(guān)系 為什么 15 熱膨脹系數(shù)與熔點 德拜溫度各有何種關(guān)系 為什么 16 簡述固溶體和多相材料的熱膨脹系數(shù)與其組份的關(guān)系 第八章 材料的力學(xué)性質(zhì) 1 重要名詞 重要名詞 彈性變形 塑性變形 蠕變 應(yīng)力 名義應(yīng)力 真實應(yīng)力 應(yīng)變 拉伸應(yīng)變 真應(yīng)變 剪 切應(yīng)變 壓縮應(yīng)變 Hook 定律 正彈性模量 切彈性模量 體積彈性模量 泊松比 固溶強化 細晶強 化 第二相強化 析出強化 彌散強化 加工硬化 形變強化 應(yīng)力松弛 理論結(jié)合強度 應(yīng)力集中 材料強度的尺寸效應(yīng) 斷裂韌性 沖擊韌性 塑性材料 脆性材料 粘性形變 粘彈性 2 說明 Hook 定律的意義及其不同表達式以及不同彈性模量的關(guān)系 3 從原子間結(jié)合力與距離的關(guān)系解釋晶體彈性變形的特點 4 為什么塑性變形的實際應(yīng)力總是小于理論切變強度 簡述位錯運動的阻力來源 5 簡述晶體蠕變和應(yīng)力松弛的主要機制 6 解釋左面的鎢多晶體的變形機制圖 8 7 推導(dǎo)晶體材料的理論斷裂強度 8 用 Griffith 理論說明材料的斷裂強度低于理論斷 裂強度的原因 9 Griffith 理論適用于什么材料 對塑性材料應(yīng)如 何修正 10 脆性材料總是脆性斷裂嗎 塑性材料又如何 11 從下圖的非晶 Cu57Zn43 黃銅的應(yīng)力 溫度關(guān) 系說明非晶態(tài)金屬的力學(xué)性能特點及其變形機制 9 第九章 材料的光學(xué)性質(zhì) 1 重要名詞 重要名詞 透射率 吸收率 反射率 透明材料 半透明材料 不透明材料 吸收系數(shù) 2 試述光與固體材料作用的兩種微觀機制 3 為什么金屬對可見光不透明 4 已知金剛石的相對介電常數(shù) r 5 5 磁化率 2 17 10 5 試求其中的光速 5 已知碲化鋅的E