昆明理工大學(xué)材料性能學(xué)

1、1、低溫脆性體心立方金屬或合金：實驗溫度低于Tk 時，韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)；斷裂機理由微孔聚集變?yōu)榇┚Ы怆x；斷口特征由纖維狀變?yōu)榻Y(jié)晶狀。面心立方金屬無低溫脆性。2、包申格效應(yīng)是指，金屬材料經(jīng)預(yù)先加載產(chǎn)生少量塑性變形，而后再同向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力增加，反向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低的現(xiàn)象。3、沖擊韌性表示單位面積吸收沖擊功的平均值，由于缺口處應(yīng)力分布不均，因此ak無明確的物理意義；ak 可表示材料的脆性傾向，但不能真正反映材料的韌脆程度。4、接觸疲勞兩接觸材料作滾動或滾動加滑動摩擦?xí)r，交變接觸壓應(yīng)力長期作用使材料表面疲勞損傷，局部區(qū)域出現(xiàn)小片或小塊狀材料剝落，而使材料磨損的現(xiàn)象。5、蠕變材

2、料在長時間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。6、 斷裂韌度KIC<KC,KIC 是材料本身的力學(xué)性能指標(biāo)，只與材料成分、組織結(jié)構(gòu)有關(guān)。7、次載鍛煉材料特別是金屬材料在低于疲勞強度的應(yīng)力條件下運轉(zhuǎn)一定周次，即為經(jīng)過次載鍛煉，可以提高材料的疲勞強度或壽命，次載應(yīng)力越接近材料的疲勞強度，循環(huán)周期越長ak 越高。8、循環(huán)韌性表示材料在交變載荷下，吸收不可逆變形功的能力，又稱消振性。9、流變應(yīng)力材料在一定變形溫度、應(yīng)變和應(yīng)變速率下的屈服極限稱為其流變應(yīng)力.10、 滯彈性材料在加速加載或卸載后，隨時間的延長而產(chǎn)生的附加彈性應(yīng)變的性能。組織越不均勻，溫度越高，切應(yīng)力分量越大，滯彈性就越明顯

3、。11、 磨損磨損是在摩擦作用下物體相對運動時，表面逐漸分離出磨屑，使接觸表面不斷發(fā)生尺寸變化與重量損失的現(xiàn)象。12、 應(yīng)力腐蝕由拉伸應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用而引起的低應(yīng)力脆性斷裂稱為應(yīng)力腐蝕。13、 約比溫度蠕變現(xiàn)象產(chǎn)生的條件是約比溫度T/Tm>0.3 ， T 為實驗溫度，Tm 為材料熔點，都采用熱力學(xué)溫度表示。當(dāng)T/Tm>0.40.5 時為高溫，反之為低溫。14、 粘著磨損粘著磨損是因兩材料表面某些接觸點局部壓應(yīng)力超過該處材料屈服強度發(fā)生粘合并拽開而產(chǎn)生的一種表面損傷磨損。15、等強溫度晶界和晶內(nèi)強度相等的溫度稱為等溫強度。16、解理斷裂在正應(yīng)力作用力，由于原子間結(jié)合鍵破壞引起沿

4、特定晶面發(fā)生脆性穿晶斷裂稱為解理斷裂。17、過載持久值金屬材料在高于疲勞極限的應(yīng)力下運行時，發(fā)生疲勞斷裂的應(yīng)力循環(huán)周次稱為材料的過載持久值，也稱有限疲勞壽命。對應(yīng)的應(yīng)力稱為耐久強度過載持久值表征材料對過載荷的抗力。18、粘彈性材料在外力作用下，彈性和粘性兩種變形機理同時存在的力學(xué)行為。其特征是應(yīng)變對應(yīng)力的響應(yīng)不是瞬時完成的，需要通過一個弛豫過程。19、內(nèi)耗 內(nèi)耗是材料的一種重要的力學(xué)和物理性能，在力學(xué)上，內(nèi)耗也稱為材料的循環(huán)韌性，表示材料在交變載荷下吸收不可逆變形功的能力。20、過載損傷金屬機件預(yù)先經(jīng)受短期過載，但應(yīng)力循環(huán)周次未達到持久值，而后再在整成應(yīng)力下工作，倘若金屬在高于疲勞極限的應(yīng)力水

5、平下運轉(zhuǎn)異性周次后，其疲勞極限或疲勞壽命減小，就造成了過載損傷。21、應(yīng)力軟性系數(shù)o=Tmax/ omax; a大表示切應(yīng)力分量大，應(yīng)力狀態(tài)軟，易塑性變形； a小表示正應(yīng)力分量大，應(yīng)力狀態(tài)硬，易脆性斷裂。22、頸縮 是一些金屬材料和高分子材料在拉伸試驗時，變形集中于局部區(qū)域的特殊狀態(tài)， 它是在應(yīng)變硬化與截面減小的共同作用下，因應(yīng)變硬化跟不上塑性變形的發(fā)展，使變形集中于試樣局部區(qū)域而產(chǎn)生的。23、屈服現(xiàn)象在變形過程中，外力不斷增加，試樣仍然繼續(xù)伸長；或外力增加到一定值時突然下降，隨后在外力不增加或上下波動的情況下試樣可以繼續(xù)深長變形的現(xiàn)象。24、缺口效應(yīng)缺口外造成應(yīng)力應(yīng)變集中（效應(yīng)一）；缺口的存

6、在改變與缺口前方的應(yīng)力狀態(tài)，使平板中材料所受的應(yīng)力由單向拉伸改變?yōu)閮上嗬旎蛉嗬欤ㄐ?yīng)二）；再有缺口的條件下，試樣的屈服應(yīng)力比單項拉伸時的要高，差生了缺口強化效應(yīng)（效應(yīng)三）25、準(zhǔn)解理常見于淬火回火鋼中的一種類似于解理斷裂的斷裂形式，宏觀上屬于脆性斷裂。由于回火后碳化物質(zhì)點的作用，當(dāng)裂紋在晶內(nèi)擴展時，難以嚴(yán)格的沿一定晶面擴展，私解理河流又非解理河流，故稱為準(zhǔn)解理。26、熱膨脹材料在加熱或冷卻時物質(zhì)尺寸或體積要發(fā)生變化，這種由于溫度改變導(dǎo)致體積尺寸才發(fā)生的現(xiàn)象為熱膨脹。27、熱導(dǎo)率 指在一定溫度梯度下，單位時間內(nèi)通過單位垂直面積的熱量。28、光子熱導(dǎo)率固體具有能量一輻射出電磁波一（熱輻射）光

7、子的導(dǎo)熱?？梢园褵嵘渚€的導(dǎo)熱過程看作是光子在介質(zhì)中傳播的導(dǎo)熱過程。29、聲子熱導(dǎo)率聲子從高濃度到低濃度區(qū)域的擴散過程。30、極化 介質(zhì)內(nèi)質(zhì)點（原子、分子、離子）正負電荷重心的分離，從而轉(zhuǎn)變成偶極子31、鐵電體在一定溫度范圍內(nèi)存在自發(fā)極化， 且自發(fā)極化方向可隨外電場作可逆轉(zhuǎn)動的晶體。鐵電晶體一定是極性晶體，但并非所有極性晶體都是鐵電體； 只有某些特殊晶體結(jié)構(gòu)的極性晶體， 在 自發(fā)極化改變方向時，晶體構(gòu)造不發(fā)生大的畸變，具有自發(fā)極化隨外電場轉(zhuǎn)動的性質(zhì)。32、霍爾效應(yīng)置于磁場中靜止載流導(dǎo)體，當(dāng)它的電流方向與磁場方向不一致時，載流導(dǎo)體上平行于電流和磁場方向上的兩個面之間產(chǎn)生電動勢差，這種現(xiàn)象稱霍爾效應(yīng)

8、。33、自發(fā)極化這種極化狀態(tài)并未有外電場引起，而是晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。34、交換能和交換積分常數(shù)因交換作用所產(chǎn)生的附加能量稱為交換能。Eex = -2AS1*S2 = -2AS2 cos*，其中A為交換積分常數(shù)。35、鐵氧體由以三價鐵離子作為主要正離子成分的若干種氧化物組成，并呈現(xiàn)亞鐵磁性或反鐵磁性材料36、彈性模量彈性模量是材料發(fā)單位應(yīng)變時的應(yīng)力，是原子間結(jié)合強度的一個標(biāo)志。它表征材料抵抗形變的能力，是一個重要的材料常數(shù)。37、載流子 具有電荷的自由粒子，在電場作用下可產(chǎn)生電流。38、電解效應(yīng)離子的遷移伴隨著質(zhì)量的變化，離子在電極附近發(fā)生電子得失，產(chǎn)生新物質(zhì)，這就是電解效應(yīng)。離子電導(dǎo)的特征就

9、是具有電解效應(yīng)。39、固體電解質(zhì)同電解質(zhì)溶液一樣，有離子導(dǎo)體電流出現(xiàn)即固體電解質(zhì)40、PTC效應(yīng) 采用陽離子半徑同 Ba2+、Ti4+相近，原子價不同的元素去置換固溶 Ba2+、 Ti4+位置：在氧化氣氛中燒結(jié)形成 n型半導(dǎo)體，其最大特征是存在正方相和立方相， 相變的 相變點，在其附近，電阻率隨溫度升高而發(fā)生突變，增大34數(shù)目級。41、電介質(zhì) 在電場作用下，能建立極化的物質(zhì)42、極化強度電介質(zhì)單位體積內(nèi)的點偶極距總和，與面電荷密度單位一樣，C/m21、從極化的質(zhì)點類型看，電介質(zhì)的總極化一般包括三部分電子極化、離子極化、偶極干轉(zhuǎn)向極化，從是否消耗能量的角度看，電介質(zhì)的極化分為位移極化，和松弛極化

10、 兩類,其中位移極化是彈性的、 瞬時完成的極化，不消耗能量；而松弛極化的完成需要一定的時間， 是非彈性的，消耗一定的能量。2、電介質(zhì)在電場作用下產(chǎn)生損耗的形式主要有極化損舜和由導(dǎo)損群兩種；當(dāng)外界條件一定時，介質(zhì)損耗只與ftanS有關(guān)，而*anS僅由 介質(zhì)本身 決定,稱為損耗因素 。3、電介質(zhì)材料在電場強度超過某一臨界值時會發(fā)生介質(zhì)的擊穿，通常擊穿類型可分為擊穿、電擊穿、局部放電擊穿三類。4、鐵電體可分為 有序一無序型和位移型 兩大類。5、材料磁性的本源是材料內(nèi)部電子的 遁軌和自旋運動一 。6、固體點陣中的質(zhì)點總是圍繞其平衡位置作微小震動，震動著的質(zhì)點中飽含頻率低的格波。質(zhì)點彼此間相位差不大，

11、該格波稱為聲頻支振動，格波中頻率高的振動波， 質(zhì)點間的位相差很大，稱為光頻支振動。7、材料被磁化后，磁化矢量與外加磁場向相反的稱為抗磁 性,磁化矢量與外加磁場方向相同的稱為順磁 性,材料的抗磁性來源于電子循軌運動時受外加磁場作用所產(chǎn)生的抗磁矩。8、在鐵磁物質(zhì)中，存在著 許多微小自發(fā)磁化區(qū)域,稱為磁疇。9、鐵磁物質(zhì)磁化時，沿磁化方向發(fā)生長度的伸長或縮短的現(xiàn)象 稱為磁致伸縮。1、磁滯回線它是鐵電體的一個標(biāo)志。（錯）2、利用霍爾效應(yīng)可以檢驗材料是否存在電子電導(dǎo)。（對）3、弗倫克爾缺陷是同時生成一個填隙離子和一個陰離子。（錯）4、雙堿效應(yīng)和壓堿效應(yīng)，一個是增加，一個是減少玻璃的電導(dǎo)。（對）5、位移式極

12、化是消耗能量的極化，而松弛式極化是不消耗能量的極化。（錯）6、N型和P型半導(dǎo)體的區(qū)別是 N型的載流子是電子， P型的載流子是空穴。（對）五、簡答題1、說明多晶體塑性變形的主要特點？主要特點：（1）各晶粒變形的不同時性和不均勻性；（2）各晶粒變形的相互協(xié)調(diào)性。2、金屬接觸疲勞的三種破換形式：麻點剝落、淺層剝落和深層剝落。說明其中一種破壞形 式機理（三選一作答）？（1）麻點剝落：深度為 0.1 0.2mm,痘狀或 V形針狀凹坑；（過程：滾動+滑動、最大綜 合切應(yīng)力移至表層、裂紋萌生、裂紋擴展、表層材料斷裂、麻點剝落；影響因素：摩擦力的 大小，表面質(zhì)量）；（2）淺層剝落：深度為 0.20.4mm,裂

13、紋擴展方向與表面成銳角或直角；（純滾動，次表層切應(yīng)力最大， 塑性變形，形成位錯塞積和空位， 裂紋形成，平行平面擴展， 垂直表面擴展，斷裂，形成盆狀剝落凹坑） ；（3）深層剝落：深度大于 0.4mm,裂紋擴展方 向與表面垂直。3、金屬的斷裂類型按斷裂機理可以分為幾類，說明其微觀端口特征？（1）分為解理斷裂和剪切斷裂；（2）剪切斷裂是材料在切應(yīng)力作用下沿滑移面分離而造成的斷裂。單晶體：斷口上有很多直線狀的滑移痕跡；多晶體：微觀斷口上的花樣由“蛇形滑 動”變?yōu)椤皾i波”花樣，進而變?yōu)椤把由靺^(qū)” 。剪切斷裂的另一種形式為微孔聚集型斷裂。 斷裂過程包括形核、長大、聚合和斷裂。（3）解理斷裂是在正應(yīng)力的作用

14、下，由于院子間結(jié)合鍵的破壞引起的沿特定晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂稱為解理斷裂。微觀特征：解理臺階、河流花樣、舌狀花樣。4、說明屈服現(xiàn)象的特征及其產(chǎn)生原因？當(dāng)退火低碳鋼試樣的拉伸力達到 Fs后，材料開始產(chǎn)生不均勻的塑性變形，力，伸長曲線上 出現(xiàn)平臺或鋸齒。在此過程中， 外力不斷增加，試樣仍然繼續(xù)伸長；或外力增加到一定數(shù)值 時突然下降，隨后在外力不增加或上下波動的情況下試樣可以繼續(xù)深長變形的現(xiàn)象。其本質(zhì)是金屬在塑性變形時C（N）原子與位錯交互作用形成柯氏氣團，對位錯形成釘扎作用，需要使用更大的外力克服柯氏氣團才能使位錯繼續(xù)移動，而一旦克服了柯氏氣團，位錯運動所需要的外力降低，宏觀上就表現(xiàn)為屈服現(xiàn)象。5

15、、說明包申格現(xiàn)象及其原因？（1）金屬材料經(jīng)預(yù)先記載產(chǎn)生少量塑性變形（殘余應(yīng)變小于4%）,而后再同向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力增加，反向加載，規(guī)定殘余伸長應(yīng)力降低的現(xiàn)象。（2）因為其與金屬材料中位錯運動所受的阻力變化有關(guān)。金屬受載產(chǎn)生少量塑性變形時，運 動位錯遇鄰位錯而彎曲受阻，并形成位錯纏結(jié)或胞狀組織。6、說明蠕變變形和斷裂的機理？蠕變： 材料在長時間恒溫、恒載荷作用下緩慢的產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。變形機理：（ 1） 位錯滑移蠕變機理：材料的塑性變形主要是由于為錯的滑移引起的，在一定的載荷作用下，滑移面上的位錯運動到一定程度后，位錯運動受阻發(fā)生塞積，就不能繼續(xù)滑移，就只能產(chǎn)生一定的塑性變形。（ 2）擴

16、散蠕變機理：空位的擴散引起原子像相反的方向擴散，從而引起晶粒沿拉伸軸方向伸長，垂直于拉伸軸方向收縮，致使晶體產(chǎn)生蠕變。（ 3）晶界滑動蠕變機理：晶界在外力的作用下，會發(fā)生相對滑動變形，在常溫下，可忽略不計，但在高溫時，晶界的相對滑動可以引起明顯的塑性變形，產(chǎn)生蠕變。（ 4）粘彈性機理：高分子材料在恒定應(yīng)力的作用下，分子鏈由卷曲狀態(tài)逐漸伸展，發(fā)生蠕變變形。外力減小或除去后，體系自發(fā)去想熵值增大的狀態(tài)，分子鏈恢復(fù)，表現(xiàn)為高分子材料的蠕變恢復(fù)特性。斷裂機理：（ 1） 對于不含裂紋的高溫機件，在高溫長期服役過程中，由于蠕變裂紋相對均勻地再機件內(nèi)部萌生和擴展，顯微結(jié)構(gòu)變化引起的蠕變抗力的降低以及環(huán)境損傷

17、導(dǎo)致的斷裂；（ 2） 高溫工程機件中，原來就存在裂紋或類似裂紋的缺陷，其斷裂由于主裂紋的擴展引起。7、說明脆性轉(zhuǎn)變溫度tk 的確定方法有幾種？（ 1 ） NDT 當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟炔牧衔盏臎_擊能量基本不隨溫度變化，形成平臺，該能量稱為“低階能”。以此開始上升的溫度定義為 tk,稱無塑性轉(zhuǎn)變溫度；（2） FTP高于某一溫 度材料吸收的能量基本不變，稱為“高階能” 。以此對應(yīng)的溫度為tk。高于FTP的溫度將得 到100%的纖維狀斷口。 （3） FTE,以低階能和高階能的平均值對應(yīng)的溫度定義。（4） V15TT,低碳鋼鋼板服役時，如果沖擊韌性大于15尺磅或在V15TT以上工作就不至于發(fā)生脆性斷裂。（5

18、） 50%FATT,溫度下降，纖維面積忽然減少，結(jié)晶區(qū)面積忽然增大，才 才聊由韌變脆。通常取結(jié)晶區(qū)面積占整個斷口面積的50%時的溫度為tk。8、說明圓柱拉伸試樣斷口宏觀特征及成因？特征： （ 1 ）纖維區(qū): 平面垂直于拉應(yīng)力；微觀特征為韌窩；擴展速度較慢；（ 2）放射區(qū)：平面垂直于拉應(yīng)力；微觀特征為撕裂韌窩；擴展速度較快；（ 3）剪切唇：與拉應(yīng)力呈45 度；微觀特征為漣波花樣；擴展速度較快。（ 4）影響三要素尺寸大小的因素：材料強度、塑性，試樣尺寸，試驗溫度，加載速率等。當(dāng)試樣的拉伸力達到力伸長曲線的最高點時，試樣局部區(qū)域產(chǎn)生縮頸，同時試樣縮頸部分中心的應(yīng)力狀態(tài)也由單向變?yōu)槿蚯抑行妮S向應(yīng)力最

19、大。10、簡述縮頸及其產(chǎn)生原因？縮頸 是一些金屬材料和高分子材料在拉伸試驗時，變形集中于局部區(qū)域的特殊狀態(tài)，它使在應(yīng)變硬化與截面減小的共同作用下，因應(yīng)變硬化跟不上塑性變形的發(fā)展，是變形集中于試樣局部區(qū)域而產(chǎn)生的。產(chǎn)生原因：縮頸是一些金屬材料和高分子材料在拉伸試驗時，變形集中于局部區(qū)域的特殊狀態(tài)， 它使在應(yīng)變硬化與截面減小的共同作用下，因應(yīng)變硬化跟不上塑性變形的發(fā)展，是變形集中于試樣局部區(qū)域而產(chǎn)生的。12、具有鐵磁性的物質(zhì)需要滿足的條件？（ 1 ）內(nèi)層電子未填滿；（ 2）未填滿的電子層必須具有較小的軌道半徑；（ 3）未填滿的電子層的電子能帶必須很窄13、簡述熱傳導(dǎo)的機理？熱量能夠通過兩種機制在物

20、質(zhì)中進行傳導(dǎo)：晶格振動（聲子）和自由電子移動。這兩種機制的相對重要性主要依賴于材料電子能帶結(jié)構(gòu)的特征。一種材料，如果其價帶只是部分的被填滿， 其熱導(dǎo)率收到自由電子運動的支配；能帶間隙較小的材料中，兩種機制的貢獻狗很顯著；而能帶間隙較大的材料中，來自于聲子機制的熱傳導(dǎo)占主導(dǎo)地位。14、影響熱導(dǎo)率的因素？（ 1 ） 熱載流子數(shù)量N ； （ 2） 載流子平均速度（ 2） 在被晶格散射之前，載流子平均移動距離。15、敘述金屬接觸疲勞破壞的特征和形成機理？接觸疲勞的宏觀形態(tài)特征接觸表面出現(xiàn)許多痘狀， 貝殼狀或不規(guī)則形狀的凹坑，類型一麻點剝落：深度為 0.10.2mm,痘狀或V形針狀凹坑；淺層剝落：深度為

21、 0.20.4mm ,裂 紋擴展方向與表面成銳角或直角；深層剝落：深度 >0.4mm,裂紋擴展方向與表面垂直。產(chǎn)生原因接觸疲勞裂紋的形成和擴展是切應(yīng)力和材料切變強度交相作用的結(jié)果。 一方面 合成的切應(yīng)力大小和分布隨著外界條件以及接觸物體尺寸而變化；另一方面從材料強度來說， 實際上的材料不可能是絕對均質(zhì)的，而且零件表面也不是完全平滑和連續(xù)的。表面缺陷以及材料本身存在的夾雜物、孔隙和第二相質(zhì)點都會影響材料強度而使疲勞裂紋形成位置改變。滲碳淬火試件的試驗表明，當(dāng)切應(yīng)力/材料切變強度的比值小于0.55 時，就出現(xiàn)淺層剝落和點蝕，或者只出現(xiàn)點蝕。可見， 這一比值的高低在一定程度上決定了疲勞裂紋源的

22、位置與擴展方向，也決定了其破壞類型。16、軟磁性物質(zhì)與鐵磁性物質(zhì)之間的根本區(qū)別是什么？是相鄰院子的磁偶極子之間交互作用強度的區(qū)別在順磁性物質(zhì)中偶極子之間實際上是相互獨立的，而在鐵磁性物質(zhì)中它們存在強烈的交互作用。17、疲勞斷口的宏觀，微觀特征及形成機理？宏觀特性：三個特征區(qū)：疲勞源，疲勞裂紋擴展區(qū)，瞬斷區(qū)。疲勞源 ：形成位置多在表面，其特點是光亮且硬度高，數(shù)量可以是一個或多個，它的形成與機件的應(yīng)力狀態(tài)及過載程度有關(guān)，應(yīng)力水平越高，疲勞源越多。疲勞裂紋擴展區(qū)：光滑、有貝紋線還有裂紋擴展臺階。貝裂紋是疲勞區(qū)的最典型的特征。一般是因載荷變動引起的，貝紋線的特征是一簇以疲勞源為圓心的平行弧線貝紋線的范

23、圍與過載程度及材料的性質(zhì)有關(guān)。貝紋線的形狀由裂紋前沿線各點的擴展速度、載荷類型、過載程度及應(yīng)力集中等決定。瞬斷區(qū) ：脆性材料斷口呈結(jié)晶狀，韌性材料斷口呈放射狀，有剪切唇區(qū)存在，瞬斷區(qū)一般在疲勞源對側(cè)，面積與應(yīng)力水平和材料韌性有關(guān)。在疲勞亞臨界擴展階段，裂紋隨循環(huán)增加不斷增加，當(dāng)增加到臨界尺寸Ac 時應(yīng)力尖端的應(yīng)力場強度因子KI 達到材料斷裂韌性KIC 時，裂紋就失穩(wěn)快速擴展，導(dǎo)致機件瞬時斷裂。微觀特征： 韌性或脆性疲勞條帶是略呈彎曲并相互平行的溝槽狀花樣，與裂紋擴展方向垂直，是裂紋擴展時留下的微觀痕跡。形成機制： （1）韌性疲勞條帶形成過程：在變動循環(huán)應(yīng)力作用下，裂紋尖端的塑性張開鈍化和閉合銳

24、化，使裂紋向前延續(xù)擴展。（2）脆性疲勞條帶形成過程：疲勞裂紋的擴展是斷續(xù)的，通過主裂紋的前方萌生新裂核，長大并與主裂紋連接來實現(xiàn)。18、簡述超導(dǎo)體的特性和性能指標(biāo)（包括臨界磁場、臨界電流密度、臨界溫度以及它們之間的關(guān)系）（ 1） 完全抗磁性：當(dāng)超導(dǎo)體冷卻到臨界溫度以下而轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)以后，只要周圍的外加磁場沒有強到破壞超導(dǎo)性的程度，超導(dǎo)體就會把穿透到體內(nèi)的磁力線完全排斥到體外，在超導(dǎo)體內(nèi)永遠保持磁感應(yīng)強度為零，超導(dǎo)體這種特殊性質(zhì)稱為邁斯納效應(yīng)。（ 2）零電阻現(xiàn)象：當(dāng)溫度低于臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc 時，超導(dǎo)體的電阻為零。超導(dǎo)性能指標(biāo)與它們之間的關(guān)系：a） TC:超導(dǎo)體必須冷卻到某一臨界溫度以下才能保持其

25、超導(dǎo)性；b） JC:通過超導(dǎo)體的電流密度必須小于某一臨界電流密度才能保持超導(dǎo)體的超導(dǎo)性；c） HC:施加給超導(dǎo)體的磁場必須小于某一臨界磁場才能保持超導(dǎo)體的超導(dǎo)性。以上三個參數(shù)彼此關(guān)聯(lián)，只有在他們所圍的空間區(qū)域才能保持超導(dǎo)性。19、對于價控半導(dǎo)體，可以通過改變雜質(zhì)的組成，獲得不同的電性能，須考慮以下三點：（ 1 ） 被取代離子幾乎相同尺寸（ 2） 雜質(zhì)離子本身具有固定價數(shù)；（ 3） 具有較高離子化勢能。20、為什么金屬對光的吸收很強烈？這是因為金屬的價電子處于未滿帶，吸收光子后即呈現(xiàn)激發(fā)態(tài)，用不著躍遷導(dǎo)帶即能發(fā)生碰撞而發(fā)熱，所以吸收很強烈。21 、具有離子電導(dǎo)的特征，必須具備哪兩個條件？（ 1

26、）電子載流子的濃度??；（ 2）離子晶格缺陷濃度大并參與電導(dǎo)。22、試論述電介質(zhì)、壓電體、熱電體、鐵電體之間的關(guān)系。 壓電體、熱電體、鐵電體都屬于電介質(zhì)， 當(dāng)溫度升高到某一臨界值 Tc時，鐵電疇互解， 鐵電性消失，鐵電體轉(zhuǎn)變?yōu)槠胀橂娦噪娊橘|(zhì)， Tc稱為鐵電居里溫度。鐵電體具有很高的電容率。 鐵電體必定同時具有壓電性和熱電性。23、根據(jù)你的知識，試敘述壓電材料當(dāng)今的發(fā)展趨勢和應(yīng)用。趨勢：人們?yōu)檠芯砍鼍哂袃?yōu)異壓電性新壓電材料，做了大量工作，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)并研制出Pb(A1/3B2/3)PbTiO3 單晶。這類單晶d33最高可達 2600pc/N,k33可高達0.95,其應(yīng)變>1.7% , 幾乎比壓

27、電陶瓷應(yīng)變高一個數(shù)量級。儲能密度高達 130J/kg,而壓電陶瓷儲能密度在10J/kg以內(nèi)。應(yīng)用：即振動能和超聲振動能-電能換能器應(yīng)用，包括電聲換能器，水聲換能器和超聲換能器等，以及其它傳感器和驅(qū)動器應(yīng)用。24、敘述BaTiO3自發(fā)極化的微觀機理。離子位移理論：自發(fā)極化主要是由晶體中某些離子偏離了平衡位置造成的；由于離子偏移了平衡位置，使單位晶胞中出現(xiàn)了電偶極矩；電偶極矩之間的相互作用使偏離平衡位置的離子在新的位置上穩(wěn)定下來，與此同時晶體的結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變。鈦酸鋼由順電相到鐵電相的轉(zhuǎn)變伴隨著晶體結(jié)構(gòu)的改變，從立方晶系轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄?，晶體的對稱性降低；其自發(fā)極化由鈦、氧離子之間的強耦合作用引起。(1

28、)鈦酸鋼為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(等軸晶系a=4.01?),鈦離子位于氧八面體中心；氧八面體的空 腔(1.37?)尺寸大于Ti4+(1.28?)的尺寸，Ti4+在氧八面體內(nèi)有位移的余地；(2)在居里溫度以上時，離子的熱振動能比較大，Ti4+不可能在偏離中心的某一位置固定下來，它接近周圍6個O2-的幾率相等，晶體結(jié)構(gòu)保持高的對稱性，晶胞內(nèi)不會產(chǎn)生電偶極矩，自發(fā)極化 為零；(3)當(dāng)溫度降低時，Ti4+的平均熱振動能降低，那些熱振動能量特別低的Ti4+不足以克服Ti4+和O2-之間的電場作用，而發(fā)生自發(fā)位移，向某個O2-靠近并在新的平衡位置上固定下來，晶體順此方向延長，并使此O2-出現(xiàn)強烈的電子位移極化，因此出

29、現(xiàn)電偶極矩，并且晶胞發(fā)生輕微畸變。(4)自發(fā)極化包括兩部分：一部分直接由于離子位移，另一部分由于電子云的形變；其中離子位移極化占總極化的39%。25、BaTiO3的半導(dǎo)體化是通過添加La在空氣中燒成，其反應(yīng)式如下：Ba2+Ti4+O32-+xLa3+=Bai-xLaK3+ ( Tii-x4+Tix3+) O32+XBS2+ LazO3=2LaBa+2e ' +2O+1/2 02(g)試解釋。 答：La3+占據(jù)晶格中Ba2+位置，但每添加一個 La3+離子，晶體中多余一個正電荷，為了保 持電中性，Ti4+俘獲了一個電子，形成 Ti3+O這個被俘獲的電子只處于半束縛狀態(tài)，容易 激發(fā)，參與導(dǎo)

30、電。此過程提供施主能級，因而 BaTiO3變成n型半導(dǎo)體。26、BaTiO3的半導(dǎo)體化是通過添加 Nb5+的在空氣中燒成，其反應(yīng)式如下：Ba2+Ti4+O32-+yNb5+>Ba2+Nby5+ (Tiy3+Ti1-2y4+) O32-+yTi4+ Nb2O5=2NbTi.+2e +400 +1/2 02(g)試解釋之。上式表明，Nb5+占據(jù)了 Ti4+的位置，但每添加一個Nb5+離子，晶體中多出了一個正電荷，為 了保持電中性，Ti4+俘獲了一個電子，形成 Ti3+O這個被俘獲的電子只處于半束縛狀態(tài)，容 易激發(fā)，參與導(dǎo)電。此過程提供施主能級，因而 BaTiO3變成n型半導(dǎo)體。27、簡述Ti

31、02具有高的介電常數(shù)的原因。此類晶體結(jié)構(gòu)比較特殊，其附加內(nèi)電場特別大，在金紅石和鈣鈦礦型晶體中，E內(nèi)不但不為零，而且有很大的數(shù)值；在外電場的作用下，由于離子之間的相互作用，引起了極其強烈的局部內(nèi)電場。在此內(nèi)電場的作用下，離子的電子殼層發(fā)生強烈的變形，離子本身也發(fā)生了強烈的位移，使材料具有很高的介電常數(shù)。28、已知尺寸為 2cm*3cm*0.4cm的陶瓷介質(zhì)，其電容為 1.8*10-5 F,損耗子tg 8 =0.03。試求：(1)相對介電常數(shù)和損耗因素。(已知真空中介電常數(shù)e 0=8.8*10-12F/m)(2)若此材料由均勻分布的兩相組成，其中一相的相對介電常數(shù)為6.22,體積分數(shù)為0.35,

32、另一相的介電常數(shù)應(yīng)為多少？解：.陶瓷介質(zhì)的電容：！,、得相對電介質(zhì) = =-= (1.8*10-5*10-6 F*0.4*10 -2) / (2*3*10-4*8.85*10-12F/m)=13.559F損耗因素= %4=8.85*10-12F/m*13.559F*0.03=3.6*10 -12 (m1)1he=X hi 6+X3 111 則：In8.85*10-12*13.559=0.35In8.85*10 -12*6.22+0.65In8.85*10-12*解得：=29、一式樣，我們在室溫下用四探針法測它的電導(dǎo)率，在表頭上顯示電流為50mA,電壓為2v,已知探針間距為 2cm,求此式樣的電

33、導(dǎo)率。解：:- = =005 =0.199A/VCM ： 0.2A/VCM2 二 IV2 3.14 0.02 2答：該式樣的電導(dǎo)率為 0.2A/VCM。30、請闡述和比較兩個熱容的量子模型：愛因斯坦模型和德拜模型，絕對零度、低溫和高 溫下的結(jié)果。TE-.E 2 eE(1)愛因斯坦模型：CV，m =3R(*)=3RfE( j)I2(eT -1)9e為愛因斯坦特征溫度；fE( )為愛因斯坦比熱函數(shù)。T里r c eT工1)當(dāng)溫度較高時，T>>斗，CV,m =3R()2=3ReT 杜隆一珀替定律的形式T (eT -1)22)當(dāng)T趨于零時，Cv, m逐漸變小，當(dāng)T=0時，Cv, m=0,與實

34、驗相符；在低溫下，Cv,mCv,m依指數(shù)規(guī)律而變化不是實驗中得出的T3的規(guī)律，該模型計算出的Cv,m比實驗值小。實際晶體中個原子的振動不是獨立地以單一頻率振動，原子振動間有耦合作用，尤其是溫度很低時。(2)德拜模型：晶體中原子是相互作用的.對熱容的主要貢獻是彈性波的振動，即聲頻支,在低溫下占主導(dǎo)地位；由于聲頻支的波長遠大于晶體的晶格常數(shù)，把晶體近似視為連續(xù)介質(zhì)，聲頻支的振動近似地看彳是連續(xù)的，具有0丫 max的譜帶，高于y max的振動不在聲頻支范圍，對熱容的貢獻很小，可忽略;熱容為:y max由分子密度和聲速決定，由此導(dǎo)出:a)當(dāng)溫度較高時，為杜隆一珀替定律；b)當(dāng)溫度很低時,Cv，m與T3

35、成比例地趨于零，溫度越低，近似越好。31、簡述格里菲斯微裂紋理論及其裂紋擴展的條件。格里菲斯認為實際材料中總是存在許多細小的裂紋或者缺陷。在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，當(dāng)應(yīng)力達到一定程度時，裂紋開始擴散，導(dǎo)致斷裂，所以斷裂并不是晶體兩部分同時沿整個截面被拉斷，而是裂紋擴散的結(jié)果。 格里菲斯從能量平衡觀點出發(fā)，認為裂紋擴展的條件是，物體你儲存的彈性應(yīng)變的減小大于或等于開裂成兩個新表面所需增加的表面能，即認為物體內(nèi)儲存的彈性應(yīng)變能降低(或釋放)就是裂紋擴散的動力，否則，裂紋不會擴散。32、裂紋形成原因有哪些？哪些措施可以防止裂紋擴散？(1)裂紋形成原因：由于晶體微觀結(jié)構(gòu)中存在缺陷，當(dāng)受到外力作用時

36、，在這些缺陷處就 會引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋的成核，引起初始裂紋。材料表面的機械損傷與化學(xué)腐蝕形成表 面裂紋一一最危險的裂紋。熱應(yīng)力形成裂紋，多晶多相材料，各相膨脹收縮不同而在晶界或 相界出現(xiàn)應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生，材料內(nèi)部和表面存在溫差時，產(chǎn)生熱應(yīng)力，導(dǎo)致表面裂紋產(chǎn)生，溫度變化發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變時，因體積變化產(chǎn)生裂紋。(2)防止措施：使用應(yīng)力不超過臨界應(yīng)力；在材料中設(shè)置吸收能量的機構(gòu)，阻止裂紋擴散；人為地在材料中造成大量極微細的小于臨界尺寸的裂紋，也可以吸收能量，阻止裂紋的擴展。33、熱膨脹的機理是什么？ 質(zhì)點在平衡位置兩側(cè)時受力情況并不對稱，在質(zhì)點平衡位置ro的兩側(cè)，合力曲線斜率是不等的，當(dāng)r v ro時，曲線斜率較大，r> ro時，斜率較小，質(zhì)點振動時的平均位置就不在 ro處而要向右移 動.因此相鄰質(zhì)點間平均距離增加，溫度越高，振幅越大，質(zhì)點在 ro兩側(cè) 受力不對稱情況越顯著，平衡位置向右移動得越多，相鄰質(zhì)點間平均距離也就增加得越多， 以致晶胞參數(shù)增大，晶體膨脹。溫度升高，質(zhì)點平均位置移動愈遠，晶體就愈膨脹。晶體中熱缺陷的形成將造成局部晶格的畸變和膨脹，這是次要的；但隨溫度升高熱缺陷濃度呈指數(shù)關(guān)系增加，所以在高溫下該因素的影響變變得重要。晶格振動中相鄰質(zhì)點間的作用力實際是非線性的，即作用力不是簡單地與位移成正比，材料的熱膨脹是由于非