無機材料物理性能試題及答案

1、無機材料物理性能試題及答案無機材料物理性能試題及答案一、 填空題（每題2分，共36分）1、電子電導(dǎo)時，載流子的主要散射機構(gòu)有 中性雜質(zhì)的散射 、 位錯散射、 電離雜質(zhì)的散射 、 晶格振動的散射。2、無機材料的熱容與材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系 不大 ，CaO和SiO2的混合物與CaSiO3 的熱容-溫度曲線 基本一致 。3、離子晶體中的電導(dǎo)主要為離子電導(dǎo) 。可以分為兩類：固有離子電導(dǎo)（本征電導(dǎo)）和雜質(zhì)電導(dǎo)。在高溫下本征 電導(dǎo)特別顯著，在低溫下 雜質(zhì) 電導(dǎo)最為顯著。4、固體材料質(zhì)點間結(jié)合力越強，熱膨脹系數(shù)越 小 。5、電流吸收現(xiàn)象主要發(fā)生在離子電導(dǎo)為主的陶瓷材料中。電子電導(dǎo)為主的陶瓷材料，因電子遷移率很高，所

2、以不存在空間電荷和吸收電流現(xiàn)象。6、導(dǎo)電材料中載流子是 離子 、 電子 和空位。7. 電子電導(dǎo)具有霍爾效應(yīng)，離子電導(dǎo)具有電解效應(yīng)，從而可以通過這兩種效應(yīng)檢查材料中載流子的類型。8. 非晶體的導(dǎo)熱率（不考慮光子導(dǎo)熱的貢獻）在所有溫度下都比晶體的 小 。在高溫下，二者的導(dǎo)熱率 比較接近 。 9. 固體材料的熱膨脹的本質(zhì)為： 點陣結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點間平均距離隨著溫度升高而增大 。10. 電導(dǎo)率的一般表達式為。其各參數(shù)ni、qi和mi的含義分別是 載流子的濃度 、 載流子的電荷量 、 載流子的遷移率 。 11. 晶體結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，晶格振動的非線性程度愈 大 。格波受到的散射 大 ， 因此聲子的平均自由程 小

3、，熱導(dǎo)率 低 。12、 波矢 和 頻率 之間的關(guān)系為色散關(guān)系。13、對于熱射線高度透明的材料，它們的光子傳導(dǎo)效應(yīng)較大，但是在有微小氣孔存在時，由于氣孔與固體間折射率有很大的差異，使這些微氣孔形成了散射中心，導(dǎo)致透明度強烈降低。14、大多數(shù)燒結(jié)陶瓷材料的光子傳導(dǎo)率要比單晶和玻璃小13數(shù)量級，其原因是前者有微量的氣孔存在，從而顯著地降低射線的傳播，導(dǎo)致光子自由程顯著減小。15、當光照射到光滑材料表面時，發(fā)生鏡面反射 ；當光照射到粗糙的材料表面時，發(fā)生 漫反射 。16、作為乳濁劑必須滿足：具有與基體顯著不同的折射率，能夠形成小顆粒。用高反射率，厚釉層和高的散射系數(shù)，可以得到良好的乳濁效果。17、材料

4、的折射隨著入射光的頻率的減少（或波長的增加）而減少的性質(zhì)，稱為折射率的色散。二、 問答題（每題8分，共48分）1、簡述以下概念：順磁體、鐵磁體、軟磁材料。答：（1）順磁體：原子內(nèi)部存在永久磁矩，無外磁場，材料無規(guī)則的熱運動使得材料沒有磁性。當外磁場作用，每個原子的磁矩比較規(guī)則取向，物質(zhì)顯示弱磁場。（2）鐵磁體：在較弱的磁場內(nèi)，材料也能夠獲得強的磁化強度，而且在外磁場移去，材料保留強的磁性。（3）軟磁材料：容易退磁和磁化(磁滯回線瘦長)，具有磁導(dǎo)率高，飽和磁感應(yīng)強度大，矯頑力小，穩(wěn)定型好等特性。2、簡述以下概念：亞鐵磁體、反磁體、磁致伸縮效應(yīng)答：（1）亞鐵磁體：鐵氧體：含鐵酸鹽的陶瓷磁性材料。它

5、和鐵磁體的相同是有自發(fā)磁化強度和磁疇，不同是：鐵氧體包含多種金屬氧化物，有二種不同的磁矩，自發(fā)磁化，也稱亞鐵磁體。（2）反磁體：由于“交換能”是負值，電子自旋反向平行。（3）磁致伸縮效應(yīng)：使消磁狀態(tài)的鐵磁體磁化，一般情況下其尺寸、形狀會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)。3、簡述以下概念：熱應(yīng)力、柯普定律、光的雙折射。答：1）由于材料熱膨脹或收縮引起的內(nèi)應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。2）柯普定律：化合物分子熱容等于構(gòu)成該化合物各元素原子熱容之和。理論解釋：。3）光進入非均質(zhì)介質(zhì)時，一般要分為振動方向相互垂直、傳播速度不等的兩個波，它們構(gòu)成兩條折射光線，這個現(xiàn)象稱為雙折射。4、什么是鐵氧體？鐵氧體按結(jié)構(gòu)分有哪

6、六種主要結(jié)構(gòu)?答：以氧化鐵（Fe3+2O3）為主要成分的強磁性氧化物叫做鐵氧體。鐵氧體按結(jié)構(gòu)：尖晶石型、石榴石型、磁鉛石型、鈣鈦礦型、鈦鐵礦型和鎢青銅型。5、影響材料透光性的主要因素是什么？提高無機材料透光性的措施有哪些？答：影響透光性的因素：1）吸收系數(shù) 可見光范圍內(nèi)，吸收系數(shù)低（1分） 2）反射系數(shù) 材料對周圍環(huán)境的相對折射率大，反射損失也大。（1分） 3）散射系數(shù) 材料宏觀及微觀缺陷；晶體排列方向；氣孔。（1分） 提高無機材料透光性的措施： （1）提高原材料純度 減少反射和散射損失（2分）。 （2）摻外加劑 降低材料的氣孔率（2分）。（3）采用熱壓法 便于排除氣孔（2分）6、影響離子電導(dǎo)

7、率的因素有哪些？并簡述之。答：1）溫度。隨著溫度的升高，離子電導(dǎo)按指數(shù)規(guī)律增加。低溫下雜質(zhì)電導(dǎo)占主要地位。這是由于雜質(zhì)活化能比基本點陣離子的活化能小許多的緣故。高溫下，固有電導(dǎo)起主要作用。（2分）2）晶體結(jié)構(gòu)。電導(dǎo)率隨活化能按指數(shù)規(guī)律變化，而活化能反映離子的固定程度，它與晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)。熔點高的晶體，晶體結(jié)合力大，相應(yīng)活化能也高，電導(dǎo)率就低。（2分）結(jié)構(gòu)緊密的離子晶體，由于可供移動的間隙小，則間隙離子遷移困難，即活化能高，因而可獲得較低的電導(dǎo)率。（2分）3）晶格缺陷。離子晶格缺陷濃度大并參與電導(dǎo)。因此離子性晶格缺陷的生成及其濃度大小是決定離子電導(dǎo)的關(guān)鍵。（2分）7、比較愛因斯坦模型和德拜比熱模型

8、的熱容理論，并說明哪種模型更符合實際。答：1）愛因斯坦模型（Einstein model）他提出的假設(shè)是：每個原子都是一個獨立的振子，原子之間彼此無關(guān)，并且都是以相同的角頻w振動（2分），即在高溫時，愛因斯坦的簡化模型與杜隆珀替公式相一致。但在低溫時，說明CV值按指數(shù)規(guī)律隨溫度T而變化，而不是從實驗中得出的按T3變化的規(guī)律。這樣在低溫區(qū)域，愛斯斯坦模型與實驗值相差較大，這是因為原子振動間有耦合作用的結(jié)果（2分）。2）德拜比熱模型德拜考慮了晶體中原子的相互作用，把晶體近似為連續(xù)介質(zhì)（2分）。當溫度較高時，與實驗值相符合，當溫度很低時，這表明當T0時，CV與T3成正比并趨于0，這就是德拜T3定律，

9、它與實驗結(jié)果十分吻合，溫度越低，近似越好（2分）。8、晶態(tài)固體熱容的量子理論有哪兩個模型？它們分別說明了什么問題？答：愛因斯坦模型 在高溫時，愛因斯坦的簡化模型與杜隆珀替公式相一致。（2分） 但在低溫時，值按指數(shù)規(guī)律隨溫度T而變化，而不是從實驗中得出的按T3變化的規(guī) 律。這樣在低溫區(qū)域，愛斯斯坦模型與實驗值相差較大，這是因為原子振動間有耦合作用 的結(jié)果。（2分） 德拜比熱模型1） 當溫度較高時，即，即杜隆珀替定律。（2分）2） 當溫度很低時，表明當T0時，CV與T3成正比并趨于0，這就是德拜T3定律，它與實驗結(jié)果十分吻合，溫度越低，近似越好。（2分）9、如何判斷材料的電導(dǎo)是離子電導(dǎo)或是電子電導(dǎo)

10、？試說明其理論依據(jù)。答：1）材料的電子電導(dǎo)和離子電導(dǎo)具有不同的物理效應(yīng)，由此可以確定材料的電導(dǎo)性質(zhì)。（2分） 利用霍爾效應(yīng)可檢驗材料是否存在電子電導(dǎo)；（1分） 利用電解效應(yīng)可檢驗材料是否存在離子電導(dǎo)。（1分）2）霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是由于電子在磁場作用下，產(chǎn)生橫向移動的結(jié)果，離子的質(zhì)量比電子大得多，磁場作用力不足以使它產(chǎn)生橫向位移，因而純離子電導(dǎo)不呈現(xiàn)霍爾效應(yīng)。（2分）3）電解效應(yīng)（離子電導(dǎo)特征）離子的遷移伴隨著一定的物質(zhì)變化，離子在電極附近發(fā)生電子得失，產(chǎn)生新的物質(zhì)。由此可以檢驗材料是否存在離子電導(dǎo)。（2分）三、 計算題（共16分）1、一陶瓷零件上有一垂直于拉應(yīng)力的邊裂，如邊裂長度為：（1）2 mm（2）0.049mm（3）2mm ，分別求上述三種情況下的臨界應(yīng)力。設(shè)此材料的斷裂韌性為162Mpa·m1/2， 討論諸結(jié)果。 (2分) (2分) (2分) (3) sc=577.19Gpa（2分）2c為4mm的陶瓷零件容易斷裂；