《電子材料》期末復習試題及答案

電子材料課程期末考試題—?—四五六七八九十合計一、填空題（共10分，每空0.5分）影響固溶度的因素有—、—、—、—以及—等。23456BaTiCh陶瓷的半導化方法有：—、23456Ca?+取代BaTiCh中的Ba?+所形成的缺陷可標記為 ,Nb',取代TF?所形成的缺陷標記為. 旋磁張量磁導率的對角分量 所對應的兩個 之差稱為鐵磁共振線寬。磁化曲線隨晶軸方向的不同而有所差別，即磁性隨晶軸方向顯示各向異性，這種現(xiàn)象稱為 -一般來講，技術磁化過程存在兩種磁化機制，分別為 和 。設尖晶石鐵氧體的分子式為Ax^By^Cz0^其中A、B、C、為金屬元素，x、y、z為相應的金屬離子數(shù)，nA、nB、nC為相應的金屬離子化學價。則該多元鐵氧體的離子數(shù)總合與化學價總合應滿足： 和 的條件。鐵氧體材料按其晶體結構分為—、—和 鐵氧體。二、名詞解釋（共12分,每小題3分）鐵電陶瓷正壓電效應旋磁性磁性織構三、問答題（共50分，每小題5分）鈣鈦礦結構的形成條件及其特點是什么？含鈦陶瓷常常出現(xiàn)瓷體“黑心”現(xiàn)象，試提出解決方案？何為鐵電老化與鐵電疲勞？壓電陶瓷為什么要進行預極化？展寬效應、移峰效應定義？簡述金屬軟磁材料磁化機制以及影響其起始磁導率的因素。請簡述晶粒大小對常規(guī)磁性材料和納米晶磁性材料性能的影響，并說明為什么。如何提高永磁材料的矯頑力？請簡要描述鐵磁共振的物理圖像請闡述Si的加入對Fe-Si合金磁性的影響主要有哪些方面？四、 辯析題（共8分，每小題4分）磁晶各向異性常數(shù)K1為材料的內稟磁特性，只與材料的成分有關?故對Fe-Ni合金，只要其成分相同，共KI值都相同。四方BaTiO3中存在的180。和90。疇均會在晶體中產生應力。五、 計算分析題（20分，每小題10分）1應用鮑林規(guī)則判斷SiO?晶體中硅氧多面體的連接方式，其中sh35pm,o：140pm（10分）2已知一種Ni-Zn鐵氣體軟磁材料，其配方為：Fe2O3=50mol%.NiO=30mol%,CoO=5mol%,ZnO=15mol%。請計算及分析：1） 制備IKg材料需各種原料分別為多少？【4分】2） 寫出該材料的化學分子式與占位結構分布式；【4分】3） 并說明Co?+含量對Ni-Zn鐵氣體截止頻率的影響？【1分】4） Snoek定理是一個描述磁性材料高頻磁性能的基本定理，請簡要解釋該定理?！?分】注：分子量：Feg=159.7,NiO=74.7CoO=75,ZnO=81.4電子材料課程期末考試題答案一、 填空題1、 晶體結構、離子大小（或離子半徑）、電負性、溫度、離子電價。2、 強制還原法、施主摻雜法（或原子價控制法）、AST法。3、 Casox, o4、 虛部極大值的一半、磁場5、 磁晶各向異性6、 疇壁位移、磁疇轉動7^x+y+z=3、x*nA+y*nB+z*nC=88、尖晶石、石榴石、磁鉛石（或六角晶系）二、 名詞解釋1、 在一定溫度范圍內具有自發(fā)極化，且自發(fā)極化能為外電場所轉向的陶瓷稱為鐵電陶瓷。2、 在沒有對稱中心的晶體上施加機械作用時，發(fā)生與機械應力成比例的介質極化，同時在晶體的兩端面出現(xiàn)正負電荷，稱為正壓電效應。3、 鐵磁材料在恒磁場和交變磁場聯(lián)合作用下，某方向的交變磁感應不但與同方向的交變磁場有關，而且與垂直方向的交變磁場有關，交變磁感應強度與交變磁場強度之間的聯(lián)系由一張量磁導率表征，這種性質稱為旋磁性。4、 在材料結構一定的情況下，其磁疇在一個方向上成規(guī)則排列的狀態(tài)，稱為磁性織構。三、 簡答題1、答：形成條件：RA+R0=j2（RB+R0）t（1） 離子半徑匹配應滿足 ，t為容忍因子，t=0.71~l.l；（2） 正、負離子電價加和滿足電中性原則；特點：（1） 氧八面體共頂點連接，組成三維網(wǎng)絡。（2） 共頂連接使氧八面體網(wǎng)絡之間的空隙比共棱、共面連接時要大，允許較大尺寸離子填入，即使產生大量晶體缺陷，或者各組成離子的尺寸與幾何學要求有較大出入時，仍然能夠保持結構穏定，并有利于氧及缺陷的擴散遷移。<3）由于容差因子t范圍很寬及A、B離子電價加和為（+6）便可，使結構有很強的適應性，可用多種不同半徑及化合價的正離子取代A位或B位離子，可開發(fā)出許多自然界沒有的鐵電或壓電材料。2、 含鈦陶瓷常常出現(xiàn)瓷體“黑心”現(xiàn)象，試提出解決方案？答：解決方案：（1）釆用氧化氣氛燒結，抑制還原；（2） 降低燒結溫度，抑制高溫失氧；（3） 在低于燒結溫度20~4（TC,在強氧化氣氛中回爐；（4） 摻入低價雜質，抑制高價雜質；（5） 加入La2O3等稀土氧化物：改善電化學老化特性。（6） 加入ZrO2：阻擋電子定向移動，阻礙IT4+變價。3、 何為鐵電老化與鐵電疲勞？初生產出來的鐵電陶瓷，其某些介質參數(shù)會隨儲存時間逐漸變化，尤其是鐵電特性變弱，這種現(xiàn)象就稱為鐵電老化。初生產出來的鐵電材料，在長時間的交變電場作用下，其鐵電性隨著電場交變次數(shù)的增加而削弱，并且這種變弱的鐵電特性又可為熱處理或強電場的作用而部分或全部恢復，故稱為鐵電疲勞。4、 壓電陶瓷為什么要進行預極化？對于鐵電陶瓷來說，各個晶粒都有較強的壓電效應。但由于晶粒和電疇分布無一定規(guī)則，各方向幾率相同，使宏觀極化強度￡P=0,因而不顯示壓電效應，故必須經(jīng)過人工預極化處理，使EPWO,才能對外顯示壓電效應。5、 展寬效應、移峰效應定義？展寬效應：指鐵電陶澆的￡與溫度關系中的峰值擴張得盡可能的寬曠，平坦，即不僅使居里峰壓低，而且要使峰的肩部上舉，從而使材料既具有較小的溫度系數(shù)又具有較大的￡值。移動效應：鐵電體居里點及其他轉變點，隨著組成成分的變化，作有規(guī)律地移動現(xiàn)象。6、 簡述金屬軟磁材料磁化機制以及影響其起始磁導率的因素。磁化機制包括磁疇轉動和疇壁位移。磁疇轉動主要受到各向異性場的影響；疇壁位移主要受到各種形式的釘扎作用，如內應力的釘扎，非磁性第二相的阻礙，晶界對疇壁位移的阻礙（也即晶粒大小對軟磁性能的影響）。提高其起始磁導率的方法和措施：提高飽和磁化強度Ms；有效方法，使K1-0,入s-0；高溫退火、真空熱處理、氫氣熱處理；使材料雜質相對集中；真空熔煉、精煉；?進行織構。7、 請簡述晶粒大小對常規(guī)磁性材料和納米晶磁性材料性能的影響，并說明為什么。對于常規(guī)磁性材料而言，晶粒直徑越小，矯頑力越大，一般成HeX1/D的關系（D為晶粒直徑）。這是因為晶粒越小，相同體積內的材料含有的晶界數(shù)目越多。而晶界是疇壁位移所受阻力來源之一，晶界越多，疇壁位移過程將受到更多的阻力，從而導致矯頑力增大：

對納米晶而言，晶粒越小，矯頑力越小。根據(jù)隨機各向異性理論，納米晶材料的等效磁晶各向異性常數(shù)＜K＞可以表述如下：＜孩＞=,其中Kc為常規(guī)晶粒尺度下的磁晶各向異性常數(shù)，N為晶粒臨界尺度（小于該尺度矯頑力不再遵循上述規(guī)律）內納米晶的數(shù)目。晶粒越小，臨界尺度內的納米晶數(shù)目越多，N值越大，從而使矯頑力越小，從而使得矯頑力一般遵循HeD6的關系。8、 如何提高永磁材料的矯頑力？永磁材料的矯頑力是磁感應強度B=0所需的磁場值稱為bHc；使磁感應強度M=0所需的磁場值稱為mHc。如果He是由壁移機制決定的，可在合金內增加應力梯度及非磁性相來增加He；若He是由疇轉過程決定的，則磁疇在不可逆轉動過程中受到的阻力就是He值的度量。這時依賴于造成單疇粒子或彌散的單疇脫溶相及其三種各向異性（磁晶、應力及形狀）來增加疇轉的阻力，從而獲得高的He值9、 請簡要描述鐵磁共振的物理圖像當只有穩(wěn)恒磁場H作用時，磁矩M繞H方向進動，進動頻率為30=YH,進動由于受到阻尼作用張角逐漸減小。當M在恒磁場H和與之垂直的交變磁場h作用下，交變磁場會對做拉莫爾的M給予能量補充，使M以交變場的頻率3繼續(xù)進動下去做受迫運動。當3=30時，發(fā)生能量的共振吸收，進動維持在一定的張角，發(fā)生鐵磁共振。1（）、請闡述Si的加入對Fe-Si合金磁性的影響主要有哪些方面？硅的加入可以降低磁滯損耗，提高磁導率；這主要是由于硅的加入使鐵硅合金的磁晶各向異性常數(shù)、飽和磁致伸縮系數(shù)下降；飽和磁感應強度和居里溫度均隨含硅量的増加而下降；這主要是由于Si為非磁性離子。四、 辨析題1、 不對。內稟磁特性除與材料的成分有關以外，還和材料的結構有關。Fe-Ni合金成分相同，但不同的熱處理工藝會對其結構造成影響，有序相的比例不一樣，其K1值也不相同。2、 不對。18()。疇在晶體中不會產生應力，90。疇在晶體中會產生應力。五、 計算題1、解：①Rsi4^/ro2-=35pm/140pm=0.25,Si。+的配位氧離子數(shù)為4,故S=4/4。假設每個氧離子周圍有k個Si"：Z-=^Z+/N="4/4=|—2|.,故k=2,即每個-與2Si’+組成靜電鍵。i所以一個氧與二個硅連結成二個［SiO4］八面體，共用一個氧頂點。2、解：1)W總=0.5x159.7+0.3x74.7+0.05x75+0.15x81.4=118.22制備IKg材料需Fe?O3為:lx(0.5x159.7/118.22)=0.675(Kg);需NiO為:lx(0.3X74.7/118.22)=0.190(Kg);需CoO為:1x(0.05x75/118.22)=0.032(Kg);需ZnO為:lx(0.15x81.4/118.22)=0.103(Kg);2)設化學式為：ZnaNipCoYFe2*sFe3+2O4則a+|3w+0+2)=3①a：p：y：(8+2)=15：30：5：100②a=0.3P=0.6y=0.18=0化學式：ZnojNio.bCoo.iFe2O4占位結構分布式：(Zn2+o.3Fe3+0.7)[Ni2+o.6