材料物理性能

1、1根據(jù)受力應(yīng)變特征材料分為：脆性材料，延性材料，彈性材料。2.材料受載荷后形變的三個(gè)階段：彈性形變，塑形形變，斷裂3彈性模量：材料在彈性變形階段內(nèi)正應(yīng)力和對(duì)應(yīng)的正應(yīng)變的比值。意義：反映材料抵抗應(yīng)變的能力，是原子間結(jié)合強(qiáng)度的標(biāo)志。影響因素（鍵合方式，晶體結(jié)構(gòu)，溫度，復(fù)相的彈性模量）。機(jī)理：對(duì)于足夠小的形變應(yīng)力與應(yīng)變成線性關(guān)系，系數(shù)為彈性模量，物理本質(zhì)是原子間結(jié)合力抵抗外力的宏觀表現(xiàn)，彈性系數(shù)和彈性模量是反映原子間結(jié)合強(qiáng)度的標(biāo)志。4. 滯彈性：固體材料的應(yīng)變產(chǎn)生與消除需要有限的時(shí)間，這種與時(shí)間有關(guān)的彈性稱為滯彈性。衡量指標(biāo)：應(yīng)力弛豫和應(yīng)力蠕變。應(yīng)力弛豫：在持續(xù)外力作用下發(fā)生形變的物體在總變形值保持

2、不變的情況下，徐變變形增加使物體的內(nèi)部應(yīng)力隨時(shí)間延續(xù)而逐漸減少的現(xiàn)象。應(yīng)力蠕變：固體材料在恒定荷載下變形隨時(shí)間延續(xù)而緩慢增加的不平衡過(guò)程。5塑性形變指一種在外力移去后不能回復(fù)的形變?；葡到y(tǒng)：滑移方向和滑移面。產(chǎn)生條件：a-（幾何條件）面間距大滑移矢量小b（靜電條件）每個(gè)面上是同種電荷原子，相對(duì)滑移面上的電荷相反。無(wú)機(jī)非材料不產(chǎn)生原因：a滑移系統(tǒng)少；b.（位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)激活能大）位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)需要克服的勢(shì)壘比較大，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)難以實(shí)現(xiàn)。施加應(yīng)力，或者由于滑移系統(tǒng)少無(wú)法達(dá)到臨界剪應(yīng)力，或者在達(dá)到臨界剪應(yīng)力之前就導(dǎo)致斷裂；c伯格斯矢量大。6高溫蠕變定義：材料在高溫下長(zhǎng)時(shí)間受到小應(yīng)力作用出現(xiàn)蠕變現(xiàn)象。影響因素：溫度

3、和應(yīng)力。機(jī)理：a晶格機(jī)理（位錯(cuò)攀移理論，由于熱運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)線處一列原子移去或移入，位錯(cuò)線向上移一個(gè)滑移面。）b擴(kuò)散蠕變理論（空位擴(kuò)散流動(dòng)，應(yīng)力造成濃度差，導(dǎo)致晶粒沿受拉方向伸長(zhǎng)或縮短引起形變）c晶界機(jī)理（多晶體蠕變，高溫下晶界相對(duì)滑動(dòng)，剪應(yīng)力松弛，有利蠕變。低溫下晶界本身是位錯(cuò)源，不利蠕變）7理論斷裂強(qiáng)度：理論下材料所能承受的最大應(yīng)力。實(shí)際強(qiáng)度：實(shí)際情況中材料在外加應(yīng)力作用下，沿垂直外力方向拉斷所需應(yīng)力。8斷裂韌性：是材料的固有性能，由材料的組成和顯微結(jié)構(gòu)所決定，是材料的本征參數(shù)。物理意義：反映了具有裂紋的材料對(duì)外界作用的抵抗能力。9微裂紋能量判據(jù)：彈性應(yīng)變能的變化率等于或大于裂紋擴(kuò)展單位裂紋長(zhǎng)度

4、所需的表面能增量，裂紋失穩(wěn)而擴(kuò)展。脆性斷裂本質(zhì)：微裂紋的快速擴(kuò)展。10. 亞臨界裂紋擴(kuò)展：脆性材料在受到低于其臨界應(yīng)力的使用應(yīng)力作用下裂紋擴(kuò)展取決于溫度，應(yīng)力和環(huán)境介質(zhì)，隨著時(shí)間的推移而緩慢擴(kuò)展。機(jī)理：環(huán)境介質(zhì)的作用引起裂紋的擴(kuò)展；高溫下裂紋尖端的應(yīng)力空腔作用。11. 預(yù)測(cè)材料壽命方法：無(wú)損探傷法和保證試驗(yàn)法12. 材料強(qiáng)度影響因素：a內(nèi)在因素：材料的物性，如彈性模量，熱膨脹系數(shù)，導(dǎo)熱性，斷裂能b顯微結(jié)構(gòu)：相組成、晶界（晶相、玻璃相、微晶相）、晶粒尺寸（尺寸小強(qiáng)度大）、氣孔（有氣孔強(qiáng)度?。?、微裂紋（長(zhǎng)度、尖端的曲率大?。ヽ外在因素：使用溫度（先不大后溫度升高強(qiáng)度降低最后出現(xiàn)塑性形變）、應(yīng)力、氣

5、氛環(huán)境、試樣的形狀大?。ㄔ酱髲?qiáng)度越低）、表面（例如：無(wú)機(jī)材料的形變滖溫度升高而變化的情況）d工藝因素：原料的純度粒度形狀、成型方法、升溫制度、降溫速率、保溫時(shí)間、氣氛及壓力等。13. 提高強(qiáng)度改善韌性原則：在一定條件下，晶體中的滑移系統(tǒng)數(shù)目及可動(dòng)程度都是物質(zhì)本質(zhì)結(jié)構(gòu)所決定，脆性本質(zhì)難以改變，要從脆性的根源和量度入手。關(guān)鍵是：提高材料的斷裂能，便于提高抵抗裂紋擴(kuò)展的能力；減小材料內(nèi)部所含裂紋缺陷尺寸，以減緩裂紋尖端的應(yīng)力集中效應(yīng)。具體途徑：彌散增韌，相變?cè)鲰g，微晶高密度高均勻度高純度，預(yù)加應(yīng)力，化學(xué)強(qiáng)化。14熱容本質(zhì)：各個(gè)頻率聲子數(shù)目隨溫度的升高而增加，在宏觀上表現(xiàn)為吸熱。15. 德拜溫度：是晶

6、體中能量最大聲子被激發(fā)出來(lái)的特征溫度。物理意義：反映了原子間結(jié)合力的又一重要物理量，與鍵的強(qiáng)度，彈性模量，熔點(diǎn)有關(guān)。16. 聲子平均自由程：聲子在不斷的相互碰撞中，兩次聲子間碰撞之間聲子經(jīng)過(guò)的平均距離。因素：缺陷雜質(zhì)及晶格界面，聲子振動(dòng)頻率，溫度17. 電導(dǎo)微觀本質(zhì)：載流子在電場(chǎng)作用下的定向遷移。載流子：具有電荷的自由粒子在電場(chǎng)作用下可產(chǎn)生電流，即晶體中載荷電流或傳導(dǎo)電流的粒子。載流子分類：電子（電子和電子空位）離子（正負(fù)離子和離子空位）18. n型半導(dǎo)體：參與導(dǎo)電的主要是帶負(fù)電的電子。這種半導(dǎo)體中電子載流子的數(shù)目多主要靠電子導(dǎo)電，叫做電子半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體：參與導(dǎo)電的主要是帶正電的空穴。這種

7、半導(dǎo)體中幾乎沒(méi)有自由電子，叫做空穴半導(dǎo)體。19. 雙堿效應(yīng)：當(dāng)玻璃中堿金屬離子總濃度較大時(shí)，在堿金屬離子總濃度相同的情況下，含兩種堿金屬離子比含一種堿金屬離子的玻璃導(dǎo)電率要小，當(dāng)兩種比例適中時(shí)電導(dǎo)可降到最低。原因：電導(dǎo)率主要由載流子濃度和載流子遷移率所決定?？倽舛认嗤疾爝w移率。在有兩種堿金屬離子時(shí)由于自身性質(zhì)結(jié)構(gòu)環(huán)境的差異，遷移相互干擾，大離子不能進(jìn)入小空位，小離子進(jìn)大空位不穩(wěn)定。20. 壓堿效應(yīng).：含堿玻璃中加入二價(jià)金屬氧化物，可使玻璃電導(dǎo)率降低。相應(yīng)陽(yáng)離子半徑越大效應(yīng)越強(qiáng)。原因：二價(jià)離子與氧離子結(jié)合較牢固，能嵌入玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，堵住離子的遷移通道，使堿金屬離子移動(dòng)困難。半徑越大堵塞越明顯。

8、當(dāng)超過(guò)一定限度時(shí)結(jié)構(gòu)破壞，電導(dǎo)率上升21. 電極化：在電場(chǎng)作用下電介質(zhì)內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)發(fā)生正負(fù)電荷重心的分離產(chǎn)生感應(yīng)電荷的現(xiàn)象。位移式極化（彈性的，瞬間完成的，不耗能的）松弛極化（非彈性，需時(shí)間，耗能）22. 介電損耗：介質(zhì)損耗，指電介質(zhì)在交變電場(chǎng)作用下的能量損耗，即由電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪?。形式：極化損耗（常溫高頻）電導(dǎo)損耗（高溫低頻）23. 壓電陶瓷的預(yù)極化參數(shù):極化電場(chǎng)、溫度、時(shí)間。24. 磁化：在外磁場(chǎng)的作用下物質(zhì)中形成了成對(duì)的NS磁極，各磁極有規(guī)則的取向，使磁介質(zhì)宏觀顯示磁性的現(xiàn)象。原子磁矩：原子核磁矩和電子磁矩。25. 磁化過(guò)程：即磁疇壁的移動(dòng)和磁疇內(nèi)磁矩的轉(zhuǎn)向26. 色散：材料的折射率隨

9、入射光的頻率減小而減小的性質(zhì)稱為折射率的色散。27. 散射：光波遇到不均勻結(jié)構(gòu)產(chǎn)生次級(jí)波，與主波方向不同使光偏離原來(lái)的方向從而引起光束強(qiáng)度減弱的現(xiàn)象28. 透光性影響因素：吸收系數(shù)、反射系數(shù)、散射系數(shù)29. 影響折射率因素：構(gòu)成材料元素的離子半徑、材料的結(jié)構(gòu)，晶型和非晶態(tài)、材料所受的內(nèi)應(yīng)力、同質(zhì)異構(gòu)體1.隨溫度升高，材料熱導(dǎo)率變化趨勢(shì)：a. 低溫下C與T3成正比，隨著溫度升高，丨由于溫度還不高，保持在上限無(wú)多大變化，故熱導(dǎo)率入近似與T3成比例增大。b. 隨著溫度進(jìn)一步升高，自由程丨降低，而且C也不再與T3成正比并在德拜溫度以后趨于一定值，丨的減小成主要因素，因此入隨溫度升高迅速減小。c. 再升

10、高溫度，丨達(dá)到下限，入也不再減小，由于高溫時(shí)的熱輻射，入有一定程度的增加。2. 同種組成的晶體和非晶體他們的聲子熱導(dǎo)率隨溫度的變化趨勢(shì)：聲子熱導(dǎo)率主要由熱容所決定，高溫時(shí)考慮光子導(dǎo)熱。晶體與非晶體的比較：a. 不考慮光子導(dǎo)熱時(shí)，非晶體的聲子導(dǎo)熱系數(shù)在所有溫度下都比晶體??；b. 兩者在較高溫度下比較接近：晶體的聲子平均自由程減小至下限，也即幾個(gè)晶格間距的大??；而晶體與非晶體的聲子熱容也都接近于3R；c. 兩者曲線的重大區(qū)別在于晶體有一峰值。由于非晶體材料特有的無(wú)序結(jié)構(gòu)，聲子平均自由程都被限制在幾個(gè)晶胞間距的量級(jí)，因而組分對(duì)其影響小。晶相和非晶相同時(shí)存在,一般情況下，介于兩者曲線之間，可能出現(xiàn)三種

11、情況：a. 當(dāng)材料中所含有晶相比非晶相多時(shí)，在一般溫度以上，熱導(dǎo)率隨溫度上升而有所下降。在高溫下熱導(dǎo)率基本上不隨溫度變化；b. 當(dāng)材料中所含的非晶相比晶相多時(shí)，熱導(dǎo)率隨溫度升高而增大；c. 如果調(diào)節(jié)非晶相和晶相為合適比例，熱導(dǎo)率可以在某溫度范圍內(nèi)保持常數(shù)。3. 電解質(zhì)、壓電體、熱釋電體、鐵電體區(qū)別聯(lián)系：鐵電體、熱釋電體和壓電體之間的關(guān)系：鐵電體是一種極性晶體，屬于熱電體。它的結(jié)構(gòu)是非中心對(duì)稱的，因而也一定是壓電體。壓電體又必須是介電體。所以：電介質(zhì)、壓電體、熱電體、鐵電體有如下關(guān)系：一般電介質(zhì)、壓電體、熱釋電體和鐵電體存在的宏觀條件：一般電介質(zhì)壓電體熱釋電體鐵電體電場(chǎng)極化電場(chǎng)極化電場(chǎng)極化電場(chǎng)極

12、化無(wú)對(duì)稱中心無(wú)對(duì)稱中心無(wú)對(duì)稱中心自發(fā)極化自發(fā)極化極性軸極性軸電滯回線佚*有學(xué)者認(rèn)為：鐵電體不一定有完整的電滯回線，只要在外電場(chǎng)作用下自發(fā)偶極矩可改變方向即可。1. 一圓桿的直徑為2.5mm,長(zhǎng)度為25cm,并受到4500N的軸向拉力，若直徑拉細(xì)至2.4mm,且拉伸變形后圓桿的體積不變，求在此拉力下的真應(yīng)力、真應(yīng)變、名義應(yīng)力和名義應(yīng)變，并比較討論這些計(jì)算結(jié)果？2. 試樣長(zhǎng)40cm、寬10cm、厚1cm，受到1000N的拉力，E=3.5X109N/m2,問(wèn)能伸長(zhǎng)多少厘米？3. 畫兩個(gè)曲線圖，分別表示應(yīng)力弛豫時(shí)間的關(guān)系和應(yīng)變?nèi)渥儠r(shí)間的關(guān)系，并注出：t=0、t=無(wú)窮大以及t=T£或TO時(shí)的縱

13、坐標(biāo)。4圓柱形晶體受軸向拉力F,臨界抗剪強(qiáng)度Tf=135MPa，求沿圖所示方向的滑移系統(tǒng)產(chǎn)生滑解：d=3mm；移時(shí)需要的最小拉力值，并求滑移面的法向應(yīng)力。法線方向與F夾角U=60°；滑移方向與F夾角入=53°5. 求熔融石英的結(jié)合強(qiáng)度，設(shè)估計(jì)的表面能為1.75J/m2；Si-O的平均原子間距為1.6*10-8cm,彈性模量值從6075GPa。6. 熔融石英玻璃的性能參數(shù)為：E=73GPa,=1.56J/m2,理論強(qiáng)度th=28GPa，如材料中存在最大長(zhǎng)度為2m的內(nèi)裂，且此內(nèi)裂垂直于作用力的方向，計(jì)算由此而導(dǎo)致的強(qiáng)度折減系數(shù)。7. 陶瓷零件上有一垂直于拉應(yīng)力的邊裂，長(zhǎng)度為(1

14、)2mm；(2)0.049mm；(3)2m。分別求上述三種情況下的臨界應(yīng)力。K1C=1.62MPam1/2，Y=1.1()%。并討論此結(jié)果。8. 計(jì)算莫來(lái)石瓷在室溫(25°C)及高溫(1000r)時(shí)的摩爾熱容值，并與按杜隆-珀替定律計(jì)算的結(jié)果比較。經(jīng)驗(yàn)公式：C=a+bT+cT-2+J/(Kmol)，對(duì)于莫來(lái)石3AI2O32SiO2,a=365.96；b=62.53X10-3；c=111.52X105，溫度范圍2981100K部分輕元素的摩爾熱容：O：16.7J/(Kmol)；Si：15.9J/(Kmol)杜隆-珀替定律：所有元素的摩爾熱容值均為25J/(Kmol)計(jì)算結(jié)果：9.康寧1

15、723玻璃(硅酸鋁玻璃)具有下列性能參數(shù)：入=0.021J/(cmsK)，a=4.6X106K1，f=0.069GPa,E=66GPa，p=0.25。求第一及第二熱應(yīng)力斷裂抵抗因子。10.一熱機(jī)部件由燒結(jié)氮化硅制成，其熱導(dǎo)率A=0.184J/(cmsK)，最大厚度為120mm。如果表面熱傳遞系數(shù)h=0.05J/(cm2sK),假設(shè)形狀因子S=1,估算可應(yīng)用的熱沖擊最大溫差。已知：對(duì)于燒結(jié)氮化硅：a=2.5X106K1，f=310MPa，E=172GPa，p=0.24。11實(shí)驗(yàn)測(cè)出離子型半導(dǎo)體的電導(dǎo)率與溫度的相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)學(xué)回歸分析得出關(guān)系式為:lgO=AB/T(1)試求在測(cè)量溫度范圍內(nèi)的電導(dǎo)活化能表達(dá)式;若給出T1=500K時(shí),電導(dǎo)率O1=10-9(Qcm)1;T2=1000K時(shí)，電導(dǎo)率O2=10-6(Qcm)1，計(jì)算電導(dǎo)活化能的值。提示：離子電導(dǎo)率：寫成對(duì)數(shù)形式：_Wlgb=lgcr0+lg(etr)=lg<r0-(lge)WkT玻爾茲曼常數(shù)k=1.38X10-23J/K；自然對(duì)數(shù)的底e=2.71812.本征半導(dǎo)體中，從價(jià)帶激發(fā)至導(dǎo)帶的電子電導(dǎo)和價(jià)帶產(chǎn)生的空穴電導(dǎo)同時(shí)存在。激發(fā)的式中，N為狀態(tài)密度，k為玻爾茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度(K)。試回答：b=neqle+nkqflh(1)設(shè)N=1023cm-3,k=8.6X10-5eV/K時(shí)，Si(Eg=1.1