材料物理

选择题

1.下列缺陷属于线缺陷的是位错属于面缺陷的是堆垛层错

2在特定应力循环次数时不发生断裂的前提下，材料所能承受的最大应力称为疲劳强度

3固溶强化对材料性质的影响描述错误的是合金的电导率高于纯金属

4制约超导技术获得应用的关键性能指标是临界温度

5下列电子器件中，半导体热电仪不是利用半导体p-n节制成的6在交变电场的作用下，实际电介质电容器的电流超前电压的相位小于90度

7不具备亚铁磁性的是ZnO·Fe2O3

8马氏体相变不属于扩散型相变9过共析钢中奥氏体降温时析出的渗碳体属于重构型相变

10具有统计性和球对称性的是径向分布函数

11表面存在裂纹的脆性材料可以采用弯曲试验来测定材料的力学性能

12下列说法中对冷加工的优点描述错误的是冷加工会增加电导率与耐腐蚀性

13半导体最大用途是制成p-n结14下列物性参数中，不是用来描述电介质材料的介电性能的是压电系数

15热释电材料不具备的物理性能是铁电性

16原子磁矩的空间有序分布使磁矩互相抵消，宏观自发磁化强度为零，描述的是反铁磁体

17一定是二级相变的是铁磁相变

18描述非晶态金属和合金的结构模型中，较好的是无序密堆硬球模型。

19属于强磁性的是亚铁磁性

20关于材料影响铁磁性的因素，说法正确的是温度升高使得Ms Br Hc均降低

21不属于半导体的敏感效应的是巴克豪森效应

22关于影像材料到典型的因素正确的是一般情况下固溶体的电阻率高于组元的电阻率

23下面利用压电材料热释电性能的是红外探测器

24关于铁磁性和铁电性，不正确的是都以存在畴结构为充分条件

25不属于静载压入法的是肖氏硬度

26关于高温蠕变性能，不正确的是蠕变发生机理与应力水平无关

填空题

1共晶体系具有最低共同熔点

2复合材料通常有颗粒增强纤维增强层片增强三种形式

3解释金属材料导电现象的理论经历了经典自由电子论量子自由电子论能带理论三个发展阶段

4外电场作用下，电介质内部产生的感应偶极距的现象，称为电介质的极化，介电常数反映了电介质材料在电场中极化的特性。

5电介质的漏导电流包含两部分体积电流和表面电流

6对固体进行击穿试验时，总是在气体或液体环境媒质中，击穿往往发生在击穿强度比较低的气体或液体环境媒质中，这种现象称为边缘效应

7铁电畴在外电场的作用下，总是趋向与外电场方向一致，称为畴转向

8在磁场中磁化时，铁磁体的尺寸或者体积发生变化的现象称为磁致伸缩

9序参量在高对称相等于零，在低对称相不等于零。

10对于发生扩散的相变，新相的

长大过程可以粗分为界面控制

和扩散控制两类

11根据杂质原子在晶体中占据

方式可以将杂质缺陷分为两

类：替位式杂质缺陷和填隙杂

质缺陷

12材料在低温下发生塑性形变

的主要原因是位错的滑移，在

高温下发生的蠕变主要原因

是位错的攀移。

13置于外磁场中的超导体会表

现出完全的抗磁性，如果将

放在磁性材料的上方，超导

体就会悬浮起来，这种现象

称为迈斯纳效应。

14P-n结具有单向导电性，正偏

时呈导通状态；反偏时呈截止状

态

15材料的电极化强度时电介质

单位体积内的电偶极距的矢

量和，它反映了电介质在电

场作用下的极化强度

16铁电材料或者压电材料中是

否存在对称中心？否

17物质的磁性材料来源于材料

的电子结构。电子磁矩的相互

作用，决定了磁性材料的类型

和磁性能

18非晶态固体的基本特征是长

程无序短程有序

19利用异质结制备太阳能电池

时，朝向太阳光一侧的半导体的

禁带宽度大一些。

20大多数警惕的自发极化随着

温度的增加而下降，热释电常数

为负值

21矫顽场强与温度和频率有关，

通常温度增加，矫顽场强下降，

频率增加，矫顽场强增大

22设立方磁晶各向异性常数为

K1=-5.48，K2=-2.47，则

[100],[110],[111]轴中的易磁化

轴是[111]，难磁化轴是[100]

23磁各向异性一般包括应力的

各向异性形状各向异性磁晶

各向异性等

24压电功能材料一般利用压电

材料的压电功能，热释电功

能，铁电功能，电致伸缩功能

或电光功能

判断题

1螺型位错的特点是其滑移方向

和伯格斯矢量都与位错线垂直

错

2激光实质上就是一种自发辐射

所产生的相干光源，具有单色

性、相干性、方向性和高亮度的

特点。错

3电介质的介电常数越大，极化

能力越强对

4对于介质损耗较高的固体电介

质材料，在高频下的主要击穿形

式就是电击穿错

5在有序-无序相变中，短程有序

度越高。长程有序度就越高错

6带负电的负离子空位和被它束

缚的价电子所形成的色心就是F

心错

7固溶体合金中，溶剂原子和溶

质原子的尺寸差别越大，固溶强

化的效果越差错

8如果处于高能级上的电子数小

于处于低能级上的电子数，受激

辐射就会超过光吸收所产生的

自发辐射，产生激光错

9任何电介质在外电场作用下都

会发生尺寸变化，即产生应变。

应变大小与所加电压成正比，这

种现象叫做电致伸缩错

10马氏体相变中普遍存在热滞

现象对

11位错攀移要比滑移困难得多

对

12离子晶体中，成为正电中心的

点缺陷有负离子空位和正填隙

离子对

13离子晶体中，成为负点中心的

点缺陷有正离子空位和负填隙

离子对

14离子晶体中的消脱基缺陷有

数目相同的正负离子空位对

15肖脱基缺陷存在的可能性要

比福伦科尔缺陷的可能性大得

多对

16时效强化的合金可以在高温

下使用错

17共晶反应的一个特征是具有

很低的熔点对

18二氧化硅氧化钠玻璃可以再

远低于二氧化硅熔点的温度下

制造是利用了共晶反应对

19共析反应是指从一个液相转

变成两个固相的反应错

20共晶反应是指从一个液相转

变成两个固相的反应对

21由于掺杂数量很少，所以非本

征半导体中由于掺杂原子而形

成的载流子称为少数载流子错

22光致发光现象可以在金属中

产生错

23余晖时间短的荧光材料适合

做夜光材料错

24.180°畴壁比90°畴壁要厚

错

25钛酸钡晶体在120°，0°，

-90°都具有发生铁电相变，因此

它的居里温度有三个错

26电致伸缩效应在任何电介质

中都存在对

27压电体在外电场作用下只有

压电效应而无电致伸缩错

28计算院子的总自旋磁矩时，需

考虑原子中所有的电子贡献错

次化工小的方向是易磁化方向，

磁化功大的方向是难磁化方向

对

29在特定的外界条件下，一个体

系的演化方向应符合该体系的

特定热力学函数的自发变化趋

势对

30马氏体相变只能发生钢铁材

料中错

31晶界是马氏体形核的有利位

置错

32序参量在高对称相等于0，在

低对称相则不等于0 对

33选参量不连续变化的相变称

为一级相变对

34一般，非均匀形核的形核功低

于均匀形核的形核功对

35对于发生扩散的相变，长大过

程可粗分为界面控制盒扩散控

制两类对

36扩散控制的长大速率取决于

靠近界面的原子迁移过程对

37非晶模型可以用来描述非晶

锗或硅膜的结构错

38非晶态金属和合金的结构适

合用于无序密堆积硬球模型来

描述对

39无规则网络结构模型用于描

述非晶硅和非晶锗对

40原子磁矩不为零的必要条件

是存在未排满的电子层对

41量子自由电子理论和能带理

论均认为电子随能量的分布服

从FD分布对

42由于晶格热震动的加剧，金属

盒半导体的电阻率均随温度的

升高而增大错

43直流电位差计法和四点探针

法测量电阻率均可以消除接触

电阻的影响对

44凡是铁电体一定同时具具备

压电效应和热释电效应对

45硬度数值的物理意义取决于

所采用的硬度试验方法对

46对于高温力学性能，所需温度

高低仅具有相对的意义对

概念题

1弗伦科尔缺陷：原子脱离正常

格点位置后，形成填隙原子，这

样的热缺陷称为弗伦科尔缺陷

2弥散强化：是指将多相组织混

合在一起所获得的材料强化效

应。

3热击穿：当固体电介质在电场

作用下，由电导和介质损耗产生

的热量超过试样通过传导，对流

和辐射散发的热量时，试样中的

热平衡就被破坏，试样温度不断

上升，最终造成永久性的热破

坏，这就是热击穿。

4电畴：由自发极化方向形同的

晶胞所组成的小区域被称为电

畴

5铁磁性：有些物质放入外磁场

时：感应出和磁场方向相同的磁

化强度，磁化率大于零，但其数

值很大，约为10的一次方到10

的六次方，这些物质的磁化曲线

M-H时非线性的复杂函数，反复

磁化时出现磁滞现象，这就是物

质的铁磁性。

6点缺陷：在一个或几个院子的

微观区域内，原子的排列偏离理

想周期结构而形成空位，填隙原

子，杂质原子等的缺陷。

7超导现象：某些金属合金或者

化合物，在冷却到绝对零度附近

某一特定温度时，材料的电阻变

为零，电流可以在材料中无限地

流动，这种现象称为超导现象。

8压电效应：由于机械力的作用

而使介质发生极化的现象称为

正压电效应。如果把外电场加载

这种晶体上，改变其极化状态，

在晶体的某些方向上也将产生

形变，这就是逆压电效应。二者

统称压电效应。

9磁致伸缩：在磁场中磁化时，

铁磁体的尺寸或者体积发生变

化的现象称为磁致伸缩。

10对称残缺：在结构相变时，晶

体的对称性发生变化。高对称相

的某些对称元素在低对称相时

不再存在，即失去了某些对称元

素，这成为对称性残缺。

11极化：沿电场方向产生电偶极

距或者电偶极矩改变，是材料对

外电场的响应。

12蠕变：一定应力下随时间演唱

产生的缓慢变形，一般在高温下

进行。

简答题

1，简述本征半导体的导电机理

答：本征半导体的禁带宽度较

小，具有足够热能的电子能够越

过禁带，从价带被激发到导带，

成为自由电子。被激发的电子原

来占据的价带能级上则留下一

个空位，称为空穴。电子和空穴

都是携带电荷的载流子。在半导

体材料上加上电压，导带上的电

子朝正极移动，价带上的空穴则

向负极移动，电子和空穴两种载

流子丁香移动形成电流。

3，比较铁磁体和亚铁磁体两种

磁性材料的异同

相同点：都具有长程磁有序结

构，都属于强磁性物质，具有自

发极化，有磁畴和磁滞现象，存

在居里点，在居里点以上顺磁

性。

不同点：磁性不同，铁磁体强于

亚铁磁体。磁有序结构不同，铁

磁体的相邻原子磁矩平行排列，

而亚铁磁体的相邻原子磁矩反

平行排列，但磁矩大小不等。

4，说明非晶态固体与晶态固体

的最基本区别并指出非晶态固

体的结构特征

非晶态固体与晶态固体的本质

区别：①非晶态固体中原子的取

向和位置不具有长程有序而是

短程有序②非晶态固体属于热

力学亚稳态。

非晶态结构特征：有序的缺乏和

亚稳定性。

5，什么是加工硬化，简述加工

硬化的原理

通过使金属发生塑形变形的方

式，可以使其屈服强度增加，这

就是加工硬化。

加工樱花是由位增殖引起的。材

料在塑性形变时，位错的密度大大增加，位错密度越大，位错之间的相互作用也就越大，对位错进行的滑移阻力也越大，使位错的滑移变得困难。从而使材料得到强化，这就是加工硬化的原理。

6，为什么锗半导体材料最先得到应用，而现在却大多材料采用硅半导体

锗比硅容易提纯，所以最初发明的半导体三极管是锗制成的。但是，锗的禁带宽度只有硅的一半，所以硅电阻率比锗大，而且在较宽禁带中能够更加有效地设置杂质能级，所以硅取代了锗。而且硅能够在表面形成二氧化硅绝缘膜，从而制备MOS三极管。

7，铁磁体自发磁化的物理本质是什么？材料具有铁磁性的充要条件是什么

铁磁体自发磁化的本质是电子间的静电交换积分作用。

材料具有铁磁性的充要条件是：材料原子中具有未充满的电子壳层，即原子磁矩不为零；交换积分常数A大于0

8，为什么形成一个消脱机缺陷比形成一个弗伦科尔缺陷所需能量低

形成一个消脱机缺陷时候，晶体内留下一个空位，晶体表面多一个电子，因此形成一个消脱机缺陷所需的能量，可以看成晶体表面一个原子与其他原子的相互作用能，和晶体内部一个原子与其他原子相互作用能的差值。形成一个弗伦科尔缺陷时，晶体内留下一个空位，多一个填隙原子。因此形成一个弗伦科尔缺陷的能量，可以看成晶体内部一个填隙原子与其他原子相互作用能和晶体内部一个原子与其他原子相互作用能的差值。填隙原子与相邻原子距离非常小，它与其他原子的排斥能远比正常原子间的相互作用能要大的多，由于排斥能是正值，包括吸引能和排斥能的相互作用能是负值，所以填隙原子与其他原子相互作用能的绝对值，比晶体表面一个原子与其他相互作用能的绝对值要小。也就是说，形成一个消脱机缺陷比形成一个弗伦科尔缺陷所需的能量低。

9，什么事铁电体，铁电体中电畴结构受什么因素制约。

在某温度范围具有自发极化，而且极化强度可以随外电场反向而反向的一类晶体。

晶体中的电畴结构取决于一系列因素，晶体的对称性，缺陷，电导率，弹性和自发极化等，此外畴结构还受到晶体制备过程中的热处理，机械加工以及样品的几何形状等因素的影响。10，什么是压电效应？具有压电效应的条件是什么。

当晶体收到外力作用时，除了发生形变之外，还会在一定方向产生束缚电荷，其电荷密度大小与所加的应力大小成线性关系。这种由于机械力的作用而使介质发生极化的现象称为正压电效应，如果把外电场加在这种晶体上，在晶体的某些方向也会产生形变，这叫逆压电效应。二者统称压电效应。

晶体构造上不存在中心对称是产生压电效应的必要条件。11、某一晶体原片，两面涂有电极，两电极与一电流表相串联，热脉冲辐照其上，发现有电流从电流表流过，能否判定这一晶体为热释电晶体？简单说明原因。答：不能据此判定这一晶体是热释电晶体。如果实验发现，有热脉冲辐照其上，发现有电流从电流表流过，而无热脉冲辐照其上时，没有电流从电流表流过，则

可判定这一晶体为热释电晶体。

12、什么是电致伸缩，电致伸缩

与压电效应的区别在于

任何电介质在外电场E的作用下

都会出现盈利，这种应力的大小

与E的二次项呈线性关系，这种

效应称为电致伸缩。

电致伸缩与压电效应的区别在

于：电致伸缩的效应是二次效

应，在任何电介质中均存在，压

电效应是一次效应，只可能出现

在没有中心对称的电介质中

13、分子场的本质是什么？为

什么引进了分子场就使得铁磁

体内出现了自发极化？

分子场来源于相邻原子间电子

自旋的交换作用，这种相邻原子

的电子交换效应，其本质是静电

力迫使电子自旋磁矩平行排列，

作用的效果好像是强磁场一样

原子相互接近形成分子时，电子

云相互重叠，电子要相互交换位

置，对于过渡族金属，院子的3d

态与4s态能量相差不大，因此

它们的电子云也将重叠，引起sd

态电子的再分配，这种交换产生

一种交换能，Eex=-2ASa·Sb，

根据能量最小原理，当A为正值

时，铁磁物质内部相邻磁矩要同

向平行排列，这就是自发极化的

原因。

14、解释亚铁磁体是强磁性物

质的原因

两种次晶格的原子磁矩取向相

反，但此举并不相等，此举未被

抵消，而且磁矩相当大，表现出

强磁性

15、用能量的观点说明铁磁体

内形成磁畴额原因。

根据热力学定律，稳定的磁状态

一定是对应于铁磁材料内总自

由能极小值的状态。磁畴的形成

和稳定的结构状态，也是对应于

满足总的自由能为极小值的条

件。对于铁材料来说，分厂磁畴

后比分成磁畴前能量缩小，故铁

磁材料自发磁化后必然分成小

区域的磁畴，使总自由能为最

低，从而满足能量最低原理，可

见，退磁场能是形成磁畴的原

因。

16、什么是硬球模型？对于非

晶体，表征其特征的微观分析手

段是什么？

全称为无序密堆积硬球模型，把

原子看做是具有一定直径的不

可压缩的刚性球，无序，在这种

堆积中不存在晶格那样的长程

有序，密堆则是指这样一种排列

中不存在足以容纳一个硬球那

样大的空隙。

17、什么是一级铁电相变？什

么是二级铁电相变？

根据热力学理论，铁电相变可分

为一级和二级相变。一级铁电相

变时体积发生突变，有相变潜热

释放，自发极化强度出现突变。

一般认为一级相变时可以出现

两相共存，具有热滞现象，例如

BaTiO3

二级铁电相变时只出现比热容

突变，并无相变潜热释放，自发

极化强度随温度连续变化。二级

相变时不出现两相共存，也无热

滞现象，例如RS和KDP。

18、试述马氏体相变的概念及

其特征

概念：由母相通过无扩散的协同

切变机制变成新相的相变方式。

特征：A、切变共格和表面浮凸，

由母相到新相是以均匀切变方

式进行的，母相与新相宫格，在

抛光的表面引起浮凸。B、具有

一定的相位相关性和惯习面，切

变共格的结果。C、无扩散型，

相变过程中无原子扩散。D、造

成大量的晶体缺陷，如错位和孪

晶。E、可逆性，有逆转变，即

结构和位向在一定条件下又可

恢复母相的状态。F、不完全性，

一般不能获得完全的新相，总有

母相残留。

19、画图说明什么是超导，迈斯

纳效应有何现象。

某些导体在温度降到某一临界

温度以下，电阻突然降到0的现

象

迈斯纳效应：在超导状态下施加

磁场，磁场不能进入超导体中的

现象。

20、简要阐述电子轨道磁矩和

自旋磁矩的来源和大小。

电子轨道磁矩来源于电子的轨

道运动。假设电子沿圆形轨道以

一定角速度运动时，电子的运动

形成一电流回路，同时产生一磁

场，根据右手法则可确定磁矩的

方向。其大小根据量子力学可推

知与角量子数和磁量子数有关，

为μB的整数倍。电子的自旋磁

矩来源于电子的自旋，其大小是

一个固定值，为μB。

21、介电损耗与哪些因素有关

介电损耗由外界条件和材料内

部因素共同决定

材料内部因素主要是指其损耗

角，损耗角取决于复介电常数的

实部和虚部比。

外界条件有其电场频率，温度，

湿度等。例如当外加电场频率很

低，不存在介电损耗。当外加电

场频率逐渐升高时，介电损耗随

电场频率升高而增大，当电场频

率很高时，介电损耗趋于零。

22、请罗列出材料中缺陷类型

和特征。

晶体缺陷大致分为两类：化学缺

陷和点阵缺陷。

化学缺陷：A点缺陷：原子空位，

间隙原子

B位错：刃型位错，

螺型位错，混合位错

C 面缺陷：层错，相

界，晶界

D 体缺陷：空腔气

泡

点缺陷的特征：点缺陷是晶体在

热平衡状态下的唯一点阵缺陷。

能量越小点阵缺陷存在的越多。

位错的特征：为措施晶体中存在

的唯一线缺陷，对晶体塑性变形

起重要作用。位错周围喊声长程

应变场，应变能非常大，在晶体

内部位错位置移动，晶体的外形

才变化。

23、简述热力学相变的分类

按热力学分类分为一级相变二

级相变

安相变方式分为成核长大型和

连续型相变。

按质点迁移特征分为扩散型和

非扩散型。非扩散相变中具有代

表性的是马氏体相变，它是院原

子相互之间不改变其位置关系，

而是由协调运动发生的相变。相

反，扩散相变是原子被热激活离

开原来的阵点位置，向邻接的位

置移动，即把扩散过程作媒介发

生的相变。共析反应，此贴分解

等各种析出反应和有序无序转

变都是这种相变的例子。其他的

转变如同素异构的转变，许多情

况下可以是扩散转变。

24、叙述一级相变与二级相变

在物理图像特征及差异。

一次相变自由能一阶导数不连

续，有潜热放出，体积变化，为

非连续相变，新相产生明显。

二次相变自由能一阶导数连续，

二阶导数不连续，比热容，可压

缩性，热膨胀系数等发生变化，

为动态变化趋势，一种趋势掩盖

另一种趋势。

25、有序-无序转变与相分离说

明了什么？

不同原子无规则地占有晶格，两

种原子或离子相互之间呈随机

分布，没有一定秩序，称为无序；

占据方式有规则的，各种原子或

者离子都有使其周围为异种原

子或者离子排列的趋势，称为有

序。温度变化引起有序相转变到

无序相的相变现象，称为有序-

无序转变。而相分离是由单一相

分为两个或以上的相的现象。在

公式Tc=-ZV/2k中，如果V>0，

说明会出现分离倾向，即同类原

子作用时更稳定，出现同类相

吸，异类相斥的现象，而当V<0，

会出现有序化倾向，即异类作用

时更稳定，出现异类相吸，同类

相斥现象。

论述题

铁磁性材料的技术磁化过程分

为哪几个阶段，请用简图表示并

用文字简单说明各阶段的含义，

指出如何从该图求得自发极化

强度。

（1）可逆壁移阶段：OA部分，

磁场减少到零时B沿原曲线减小

到0，不出现剩磁。

（2）不可逆壁移阶段：AB部分，

B随磁场而急剧增加，磁场减小

到0将出现剩磁，即出现磁滞效

应。巴克豪森的研究表明，该过

程是由畴壁的跳跃性不可逆移

动引起的。移动的结果是易磁化

方向与外磁场夹角大的磁畴消

失。

（3）磁矩转动阶段：BC部分，

畴壁已经消失，磁体称为一个单

畴体，但它的磁化强度方向，也

即易磁化方向与外磁场方向不

一致，因此随外

H

发生可逆转

动。可逆的原因：壁移的结果使

得Ms已经择优取向。

获取Ms的方法：磁矩转动阶段

完成后，B只随外

H

直线变化，

将直线变化部分外推到外

H

=0

的情形，截距即为Ms，根据：

B=外

H

+Ms