材料物理性能复习思考题汇总
材料物理性能部分课后习题
材料物理性能部分课后习题课后习题第⼀章1.德拜热容的成功之处是什么？答：德拜热容的成功之处是在低温下，德拜热容理论很好的描述了晶体热容，CV.M∝T的三次⽅2.何为德拜温度？有什么物理意义？答：HD=hνMAX/k 德拜温度是反映晶体点阵内原⼦间结合⼒的⼀个物理量德拜温度反映了原⼦间结合⼒，德拜温度越⾼，原⼦间结合⼒越强3.试⽤双原⼦模型说明固体热膨胀的物理本质答：如图，U1（T1）、U2（T2）、U3(T3）为不同温度时的能量，当原⼦热振动通过平衡位置r0时，全部能量转化为动能，偏离平衡位置时，动能⼜逐渐转化为势能；到达振幅最⼤值时动能降为零，势能打到最⼤。
由势能曲线的不对称可以看到，随温度升⾼，势能由U1(T1）、U2（T2）向U3（T3）变化，振幅增加，振动中⼼就由r0'，r0''向r0'''右移，导致双原⼦间距增⼤，产⽣热膨胀第⼆章1.300K1×10-6Ω·m4000K时电阻率增加5%由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率。
解：按题意:p(300k) = 10∧-6 则: p(400k) = (10∧-6)* (1+0.05) ----(1)在400K温度下马西森法则成⽴，则: p(400k) = p(镍400k) + p(杂400k) ----(2) ⼜: p(镍400k) = p(镍300k) * [1+ α* 100] ----(3) 其中参数: α为镍的温度系数约= 0.007 ; p(镍300k)(室温) = 7*10∧-6 Ω.cm) 将(1)和(3)代⼊(2)可算出杂质引起的电阻率p(杂400k)。
2.为什么⾦属的电阻因温度升⾼⽽增⼤，⽽半导体的电阻却因温度的升⾼⽽减⼩？对⾦属材料，尽管温度对有效电⼦数和电⼦平均速率⼏乎没有影响，然⽽温度升⾼会使离⼦振动加剧，热振动振幅加⼤，原⼦的⽆序度增加，周期势场的涨落也加⼤。
材料物理性能测试思考题答案
有用【2 】电子数：不是所有的自由电子都能参与导电,在外电场的感化下,只有能量接近费密能的少部分电子,方有可能被激发到空能级上去而参与导电.这种真正参加导电的自由电子数被称为有用电子数.K状况：一般与纯金属一样,冷加工使固溶体电阻升高,退火则降低.但对某些成分中含有过渡族金属的合金,尽管金相剖析和Ｘ射线剖析的成果以为其组织仍是单相的,但在回火中发明合金电阻有反常升高,而在冷加工时发明合金的电阻明显降低,这种合金组织消失的反常状况称为K状况.X射线剖析发明,组元原子在晶体中不平均散布,使原子间距的大小明显波动,所以也把K状况称为“不平均固溶体”.能带：晶体中大量的原子聚集在一路,并且原子之间距离很近,致使离原子核较远的壳层产生交叠,壳层交叠使电子不再局限于某个原子上,有可能转移到相邻原子的类似壳层上去,也可能从相邻原子活动到更远的原子壳层上去,从而使本来处于统一能量状况的电子产生渺小的能量差异,与此相对应的能级扩大为能带.禁带：许可被电子占领的能带称为许可带,许可带之间的规模是不许可电子占领的,此规模称为禁带.价带：原子中最外层的电子称为价电子,与价电子能级相对应的能带称为价带.导带：价带以上能量最低的许可带称为导带.金属材料的根本电阻：幻想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关,可以算作为根本电阻,根本电阻在绝对零度时为零.残余电阻(残剩电阻)：电子在杂质和缺点上的散射产生在出缺点的晶体中,绝对零度下金属呈现残剩电阻.这个电阻反应了金属纯度和不完全性.相对电阻率：ρ (300K)／ρ (4.2K)是权衡金属纯度的重要指标.残剩电阻率ρ’：金属在绝对零度时的电阻率.实用中常把液氦温度(4.2K)下的电阻率视为残剩电阻率.相对电导率：工程顶用相对电导率( IACS%) 表征导体材料的导电机能.把国际标准软纯铜(在室温20 ℃下电阻率ρ=0 .017 24Ω·mm2/ m)的电导率作为100% , 其他导体材料的电导率与之比拟的百分数即为该导体材料的相对电导率.马基申定章(马西森定章)：ρ＝ρ’＋ρ(T)在一级近似下,不同散射机制对电阻率的进献可以加法乞降.ρ’：决议于化学缺点和物理缺点而与温度无关的残剩电阻率.ρ(T)：取决于晶格热振动的电阻率(声子电阻率),反应了电子对热振动原子的碰撞.晶格热振动：点阵中的质点(原子.离子)环绕其均衡地位邻近的渺小振动.格波：晶格振动以弹性波的情势在晶格中传播,这种波称为格波,它是多频率振动的组合波.热容：物体温度升高1K时所须要的热量(J/K)表征物体在变温进程中与外界热量交流特点的物理量,直接与物资内部原子和电子无规矩热活动相接洽.比定压热容：压力不变时求出的比热容.比定容热容：体积不变时求出的比热容.热导率：表征物资热传导才能的物理量为热导率.热阻率：界说热导率的倒数为热阻率ω,它可以分化为两部分,晶格热振动形成的热阻(ωp)和杂质缺点形成的热阻(ω0).导温系数或热集中率：它表示在单位温度梯度下.单位时光内经由过程单位横截面积的热量.热导率的单位：W/(m·K)热剖析：经由过程热效应来研讨物资内部物理和化学进程的试验技巧.道理是金属材料产生相变时,伴随热函的突变.反常膨胀：对于铁磁性金属和合金如铁.钴.镍及其某些合金,在正常的膨胀曲线上消失附加的膨胀峰,这些变化称为反常膨胀.个中镍和钴的热膨胀峰向上为正,称为正反常;而铁和铁镍合金具有负反常的膨胀特点.交流能：交流能E ex =－2A σ1σ2cos φ A —交流积分常数.当A ＞0,φ＝0时,E ex 最小,自旋磁矩自觉分列统一偏向,即产生自觉磁化.当A ＜0,φ＝180°时,E ex 也最小,自旋磁矩呈反向平行分列,即产生反铁磁性.交流能是近邻原子间静电互相感化能,各向同性,比其它各项磁自由能大102～104数目级.它使强磁性物资相邻原子磁矩有序分列,即自觉磁化.磁滞损耗：铁磁体在交变磁场感化下,磁场交变一周,B-H 曲线所描写的曲线称磁滞回线.磁滞回线所围成的面积为铁磁体所消费的能量,称为磁滞损耗,平日以热的情势而释放.磁滞损耗Q HdB =⎰ 技巧磁化：技巧磁化的本质是外加磁场对磁畴的感化进程即外加磁场把各个磁畴的磁矩偏向转到外磁场偏向(和)或近似外磁场偏向的进程.技巧磁化的两种实现方法是的磁畴壁迁徙和磁矩的迁移转变.请画出纯金属无相变时电阻率—温度关系曲线,它们分为几个阶段,各阶段电阻产生的机制是什么？为什么高温下电阻率与温度成正比？1—ρ电-声∝T( T > 2/ 3ΘD ) ;2—ρ电-声∝T 5 ( T< <ΘD );3—ρ电-电∝T 2 ( T ≈2K ) 分为三个阶段：(1)温度T > (2/ 3)ΘD 阶段, 电阻率正比于温度,即ρ(T) =αT .电阻产生的机制是电子—声子(离子)散射.(2)温度T< <ΘD 阶段,电阻率与温度成五次方关系, 即ρ∝T 5.电阻产生的机制是电子—声子(离子)散射,(3)在极低温度(T ≈2K)阶段,电阻率与温度成2 次方关系, 即ρ∝T 2 , 电阻产生的机制是电子—电子之间的散射.根据公式***2*2212ρμ==m v m v n e L n e ,1μ=L (称为散射系数).对金属来说,温度升高离子热振动的振幅愈大,电子就愈易受到散射,故可以以为μ与温度成正比,则ρ也就与温度成正比(因为式子中其他的量均与温度无关),这就是高温下电阻率与温度成正比的原因.用电阻法研讨金属冷加工时为什么要在低温？根据马西森定律, 冷加工金属的电阻率可写成ρ= ρ′+ρM式中：ρM 表示与温度有关的退火金属电阻率;ρ′是残剩电阻率.试验证实,ρ′与温度无关,换言之,dρ/ dT 与冷加工程度无关.总电阻率ρ愈小,ρ′/ ρ比值愈大,所以ρ′/ ρ的比值随温度降低而增高.显然,低温时用电阻法研讨金属冷加工更为适合. 从导体.半导体.绝缘体材料能带构造剖析其导电机能不同的原因.导体：价带与导带重叠,无禁带.或价带未被电子填满,这种价带本身即为导带.这两种情形下价电子都是自由的, 就像金属具有大量的如许的自由电子,所以具有很强的导电才能.半导体和绝缘体：满价带和空导带之间具有禁带.半导体：禁带宽度小,在热.光等外界前提感化下,价带中的部分电子有可能获得足够的能量而超出禁带到达其上面的空带,形成导带.并且价带中消失了电子留下的空穴.导带中的电子和价带中的空穴在电场的感化下沿相反的偏向定向移动,产生电流.导带中的电子导电和价带中的空穴导电同时消失的导电方法称为本征导电,其特点是参加导带的电子和空穴浓度相等,这种半导体称为本征半导体.绝缘体：禁带宽度很大,电子很难超出禁带到达其上面的空带,外电场的感化下几乎不产生电流.金属材料电阻产生的本质.当电子波经由过程一个幻想晶体点阵时(0K) , 它将不受散射;只有在晶体点阵完全性遭到损坏的地方, 电子波才受到散射(不相关散射) , 这就是金属产生电阻的根本原因.因为温度引起的离子活动(热振动) 振幅的变化(平日用振幅的均方值表示),以及晶体中异类原子.位错.点缺点等都邑使幻想晶体点阵的周期性遭到损坏.如许,电子波在这些地方产生散射而产生电阻,降低导电性.为什么金属材料的导电性随温度的升高而降低,而非金属材料的导电性随温度的升高而升高？对于金属材料：温度升高,晶格热振动加剧,声子电阻率升高,而残剩电阻率不变,故金属材料的导电性随温度的升高而降低.对于非金属材料：温度升高,材料的电子或载流子活动才能加强,数目也增长,传递电荷的才能加强,导电性加强. 金属材料受力后电阻率的变化.(1)拉力在弹性规模内单向拉伸或扭转应力能进步金属的ρ,并有(2)压力对大多半金属来说,在受压力情形下电阻率降低.0(1)p ρρϕ=+ϕ—压力系数,为负.几乎所有纯元素随温度变化电阻压力系数几乎不变.正常金属元素：电阻率随压力增大而降低;(铁.钴.镍.钯.铂.铱.铜.银.金.锆.铪等)反常金属元素：碱金属.碱土金属.稀土金属和第V 族的半金属,它们有正的电阻压力系数,但随压力升高必定值后系数变号,研讨表明,这种反常现象和压力感化下的相变有关.高压力还能导致物资的金属化,引起导电类型的变化,并且有助于从绝缘体—半导体—金属—超导体的某种改变.固溶.冷加工对金属材料电阻率的影响及原因.形成固溶体时,导电机能降低.即使是在低导电性的金属中溶入高导电性的金属溶质也是如斯,但电阻随成分持续变化而无突变.对于持续固溶体,当组元A 溶入组元B 时,电阻由B 组元的电阻值逐渐增大至极大值后再逐渐减小到A 组元的电阻值.原因：(1)引起晶体点阵畸变,增长了电子的散射,原子半径差越大,固溶体的电阻也越大;0(1)γρρασ=+(2)杂质对幻想晶体的局部损坏;(3)合金化引起能带构造变化,移动费米面(0K时电子最高能级)并改变了电子能态的密度和有用导电电子数;(4)合金化影响弹性常数,使点阵振动的声子谱改变.一般,冷加工引起电阻率增大.室温下测得经相当大的冷加工变形后纯金属(如铁.铜.银.铝)的电阻率, 比未经变形的总共只增长2%～6%.只有金属钨.钼破例, 当冷变形量很大时, 钨电阻可增长30%～60% , 钼增长15%～20%.一般单相固溶体经冷加工后, 电阻可增长10%～20%.而有序固溶体电阻增长100% , 甚至更高.也有相反的情形, 如Ni-Cr,Ni-Cu-Zn,Fe-Cr-Al 等中形成K状况, 则冷加工变形将使合金电阻率降低.原因：冷加工引起金属晶格畸变,增长电子散射几率;同时也会引起金属晶体原子联合键的改变,导致原子间距变化.固溶体的有序化对其电阻率有何影响？为什么？固溶体产生有序时,其电阻率明显降低.固溶体产生有序化时对导电性的影响：(1)使点阵纪律性加强,削减了对电子的散射而使电阻率降低(2)使组元间的互相化学感化加强,使有用电子数削减,从而引起电阻率的升高.上述两种相反的感化中,第一种感化占主导地位,是以有序化一般表现为电阻率降低.有序化程度越高,电阻率就越低.将下列物资按热导率大小排序,并解释来由：(1)铬(2)银(3)Ni-Cr合金(4)石英(5)铁(2)银＞(5)铁＞(3) Ni-Cr合金＞(1)铬＞(4)石英银在五种物资中导电机能最佳,铁次之.合金热导率平日小于纯金属.铬的性质比较接近半导体.石英是绝缘体.导电率：(2)银＞(5)铁＞(3) Ni-Cr合金＞(1)铬＞(4)石英.根据魏德曼—弗兰兹定律,热导率与电导率之间消失如下关系：/LTλσ=.所以,(2)银＞(5)铁＞(3) Ni-Cr合金＞(1)铬＞(4)石英.为什么说材料热学机能的物理本质都与晶格热振动有关?固体材料的各类热学机能就其物理本质而言,均与构成材料的质点(原子.离子)热振动有关.固体材料由晶体或非晶体构成,点阵中的质点（原子.离子）老是环绕其均衡地位作渺小振动,这种振动称为晶格热振动.材估中质点之间的振动消失的关系和感化.材料内能的本质.热容的物理本质.C p与C v的物理意义是什么？可否经由过程试验测量？C p与C v哪个大,为什么？若温度升高时物体的体积不变,物体接收的热量只用来知足温度升高物体内能的增长,此种前提下的热容称为定容热容(C v).若温度升高时物体的压力不变,物体接收的热量除了用来知足温度升高物体内能的增长外,还对外做功,此种前提下的热容称为定压热容(C p).对于金属,C v不能直接经由过程试验测量,需由试验测得C p,再换算得到C v.C p大于C v,这是因为定压比热容中含有体积膨胀功,2mα-=VP VV Tc cK.故在雷同质量的前提下,Cp更大.材料热容随温度的变化纪律.Ⅰ区：T：0～5K,C v∝TⅡ区： c v∝T3,T达到时,C v＝3R.Ⅲ区： c v＞3R,增长部分主如果自由电子热容的进献.热容经验定律的内容及其与现实相符的情形.若晶体有N个原子,则有3N个自由度.金属原子的热振动既具有动能,又具有位能,两者不断地互相转换,且平均动能与平均位能统计地相等(每个振动自由度平均动能和平均位能都为1/2kT) .所以一摩尔金属的总内能应为U m＝3NkT＝3RT.金属的定容摩尔热容为：热容经验定律杜隆－珀替定律(Dulong-Petit rule)的内容是所有金属的摩尔热容是一个与温度无关的常数,其数值接近于3R.与现实相符的情形是：(1)以为热容与温度无关,与事实不符.(2)以为所有元素热容雷同,构成化合物时,分子热容等于各原子热容之和,与事实不完全相符.(3)低温时.轻元素与事实差别很大.(4)除轻元素外,大部分元素与固体物资在非低温时,与事实十分接近.与现实不相符的原因：假设与前提问题,原子(各类元素.任何温度)平均动能.位能相等,模子过于简化.把原子的振动能量看作是持续的,不相符能量不持续性的量子化前提.热容爱因斯坦模子.德拜模子的前说起其与事实相符情形,不完全相符的原因.爱因斯坦模子(1)前提：晶格中每个原子(离子)都在其格点作振动,各个原子的振动是自力而互不依附,每个原子都具有雷同的四周情形,因而其振动频率v都是雷同的,原子振动的能量是不持续的.量子化的.可把原子的振动看作是谐振子的振动.(2)事实相符情形：在高温时热容和杜隆—珀替定律一致,并和热容曲线相符得较好.值一般在100～300K规模.(3)不完全相符的原因：在低温时,热容与温度之间的关系中消失指数项,不相符试验的C v=T3 关系,即跟着温度的降低,爱因斯坦热容理论值比试验值要更快地降低而趋近于零.原因在于把原子的振动算作是孤立的,并疏忽了振子振动频率的差别.德拜模子(1)前提：在爱因斯坦量子热容理论基本上加以完美的.以为：晶体中各原子间消失着弹性的斥力和吸力,这种力使原子热振动互相受连累而达到相邻原子间调和地振动.波长较长,属于声频波规模(相当于弹性振动波).因为弹性波波长弘远于晶格常数,可近似地把晶体视为持续介质,把弹性波的振动也可近似地视为持续的,其振动频率可持续散布在零到v m之间.(2)事实相符情形：在高温下原子都几乎以最大频率振动,因而使热容接近于一个常数.此时德拜热容理论与经典热容理论.爱因斯坦热容理论一致.在低温时,金属温度升高所接收的热量主如果用来加强晶格的振动,即使得具有高频振动的振子数急剧地增多,C v与T3 成正比.当T=0K时,C v=0.这也完全相符试验纪律.(3)不完全相符的原因：在很接近0K的温度规模,德拜热容理论与试验纪律消失着误差.原因在于德拜理论只斟酌了晶格振动对热容的进献,而未斟酌自由电子对热容的进献.在极低的温度下,因为晶格振动的能量已趋近于零,自由电子的动能便不可被疏忽,它成为对热容的重要进献者.材料热容与温度关系的经验公式.剖析材料热膨胀特点的工程意义.会使釉层脱材料热膨胀系数随温度的变化情形.材料热膨胀的机理.格律乃森定律的内容及原因.格律乃森(Gr üneisen)从晶格振动理论导出金属体膨胀系数与热容间消失的关系式： V r C KV β=式中：γ是格律乃森常数,是表示原子非线性振动的物理量,一般物资γ在1 .5 - 2 .5 间变化;K 是体积模量; V 是体积;C V 是等容热容.从热容理论知, 低温下C V 随温度T 3 变化, 则膨胀系数在低温下也按T 3 纪律变化, 即膨胀系数和热容随温度变化的特点根本一致.体膨胀系数与定容热容成正比,它们有类似的温度依附关系,在低温下随温度升高急剧增大,而到高温则趋势平缓. 固溶和冷加工对材料的λ(热导率)有何影响？为什么？程减小,热哪些身分会影响材料的热导率？若何影响？(1)对于纯金属,影响其电导率身分有：温度.晶粒大小.晶向.杂质.具体地来说：根据导热机制可以推论高电导率的金属就有高的热导率. ①热导率与温度关系：在低温时, 热导率随温度升高而不断增大,并达到最大值.随后,热导率在一小段温度规模内根本保持不变;当温度升高到某一温度后,热导率开端急剧降低,并在熔点处达到最低值.但像铋和锑这类金属融化时, 它们的热导率增长一倍,这可能是过渡至液态时,共价键合削弱,而金属键合加强的成果.在德拜温度以上略成直线关系,0(1)r T λλα=+.在德拜温度以下,某些金属的热导率遵守格留涅申定律而变化,-3T λα=铁磁性金属或合金的热导率与温度曲线在居里点时有转折.②晶粒大小的影响：一般情形是晶粒粗大,热导率高;晶粒愈细,热导率愈低.③立方晶系的热导率与晶向无关.非立方晶系晶体热导率表现出各向异性.④所含杂质强烈影响热导率.当参加少量杂质时,组元的热导率降低很激烈,但跟着浓度的增长对热导率的影响要小得多.(2)对于合金两种金属构成持续无序固溶体时, 溶质组元浓度愈高, 热导率降低愈多, 并且热导率最小值接近原子浓度50%处.当组元为铁及过渡族金属时,热导率最小值比50%处有较大的偏离.当为有序固溶体时,热导率进步,最大值对应于有序固溶体化学组分.(3)对于无机非金属材料比较而言, 金属材料热导率的影响身分比较单一,而无机非金属材料就庞杂一点.是以,金属材料热导率的影响身分对无机非金属材料都同样的有感化,只是因为陶瓷材料相构造庞杂一点,包括玻璃相和必定孔隙率.①化学构成的影响：对于无机非金属材料来说,材料构造的相对原子质量愈小,密度愈小,弹性模量愈大, 德拜温度愈高, 则热导率愈大, 所以轻元素的固体和联合能大的固体热导率较大,固溶体的情形与金属固溶体的变化趋势类似,和金属固溶体类似,杂质浓度很低时, 杂质降低热导率效应十分明显;杂质浓度增高时,杂质效应削弱,在低温下杂质效应将会更明显. ②晶体构造的影响：晶体构造愈庞杂,晶格振动的非线性程度愈大,其散射程度愈大,是以声子平均自由程较小,所以热导率便低了.③晶粒大小和各向异性的影响：与对金属的热导率影响雷同.同样化学构成的多晶体的热导率总比单晶小.④非晶体的热导率：非晶体的热导率在所有温度下都比晶体小.玻璃是无机的非晶体材料,其热导率变化有其特别性. ⑤疏散相的影响：常见复相陶瓷的典范微不雅构造是疏散相平均地疏散在持续相中.热导率可以按下式盘算：式中：κc .κd 分离为持续相和疏散相的热导率;φd 为疏散相的体积分数.⑥气孔率的影响：无机材料常含有气孔,气孔对热导率的影响较庞杂.假如温度不是很高,且气孔率不大,尺寸很小,散布又平均,可以以为此时的气孔是复相陶瓷的疏散相, 此时热导率可以按上式处理.只是因为与固相比拟,其热导率很小,可以近似以为零, 且κc /κd 很大,此时κ≈κs ( 1-φ气孔).式中：κs 为陶瓷固相热导率;φ气孔为气孔的体积分数.斟酌气孔的辐射传热时,按下式盘算：式中：P 为气孔面积分数;PL 是气孔的长度分数;ε为辐射面的热发射率;G 是几何因子;纵向长条气孔G=1,横向圆柱形气孔G =π/4, 球形气孔G = 2/ 3;d 是气孔最大尺寸.(5)对于本征半导体在本征半导体中,导带中电子和价带中的空穴随温度升高而增长,这导致热导率随温度升高而升高.可以采取哪些措施进步材料的磁导率？其理论根据是什么？(1)清除材估中的杂质;(2)把晶粒培养到足够大并呈等轴状;(3)形成再结晶织构;(4)采用磁场中退火.(1)的理论根据是如当杂质固溶在材估中会造成点阵扭曲,当杂质呈搀杂物消失时则使畴壁穿孔,这都邑给畴壁迁徙造成阻力,导致磁导率降低,矫顽力上升.(2)的理论根据是晶粒足够大,使得晶界削减,畴壁迁徙变得加倍轻易.(3)的理论根据是再结晶织构具有偏向性,在该偏向的磁导率会明显增大.(4)的理论根据是在沿轴向的磁场中迟缓冷却时,磁畴将在室温磁化时沿应伸长(在正磁致伸缩情形下)的偏向预先伸长,如许经由磁场中退火的样品,其磁致伸缩将不妨害磁化,样品的磁化将变得加倍轻易,从而在该偏向会有高的磁导率.铁磁性物资中的互相感化能有哪些？各有什么特色？个中哪种能量最大？铁磁性物资中的互相感化能有：磁晶各向异机能.磁弹机能.交流感化能.退磁能.磁晶各向异机能是指沿不同晶轴偏向的能量差.其特色是在易磁化轴上,磁晶各向异机能最小.物体在磁化时要伸长(或压缩),假如受到限制,不能伸长(或缩短),则在物体内部产生压应力(或拉应力),物体内部将产生的磁弹机能.其特色是物体内部缺点.杂质等都可能增长其磁弹机能.交流感化能是指近邻原子间静电互相感化能,其特色是各向同性,比其它各项磁自由能大102～104数目级.它使强磁性物资相邻原子磁矩有序分列,即自觉磁化.而其它各项磁自由能退磁能是指退磁场与铁磁体的互相感化能.其特色是退磁能与材料的退磁因子N,磁化强度M的平方成正比.N值.M2越大,退磁能越大.总的来说,磁晶各向异机能.磁弹机能.退磁能不改变其自觉磁化的本质,而仅改变其磁畴构造.个中,交流感化能的能量最大.物资抗磁性产生的本源是什么？为什么任何物资在磁场中都产生抗磁性？理论研讨证实, 抗磁性起源于电子轨道活动, 故可以说任何物资在外磁场感化下均应有抗磁性效应.但只有原子的电子壳层完全填满了电子的物资, 抗磁性才能表现出来, 不然抗磁性就被别的磁性掩饰了.无外H的时刻：电子壳层已填满的原子总磁矩为0.有外H感化时：即使总磁矩为0的原子,也会产生磁矩.不管循轨活动的偏向是绕H轴向顺时针照样逆时针,电子的循轨活动在外H感化下都邑产生抗磁矩,即产生的附加磁矩老是与外H偏向相反,这就是物资产生抗磁性的原因.物资顺磁性产生的本源是什么？物资的顺磁性是若何产生的？物资顺磁性产生的本源是：原子(离子)的固有磁矩.无外H的时刻：因为热活动的影响,固有磁矩的取向为无序的,宏不雅上无磁性.外H感化下：固有磁矩与H感化,有较高的静磁能,为降低静磁能,固有磁矩改变与H的夹角,趋于排向外H偏向,表现为正向磁化.在常平和H不是很高的情形下,M与H成正比,磁化要战胜热活动的干扰,磁矩难以有序分列,故顺磁化进行十分艰苦,磁化率较小.。
材料力学性能课后思考题答案
第一章 单向静拉伸力学性能一、 解释下列名词。
1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。
2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。
3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。
4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。
6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。
韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b 的台阶。
8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。
是解理台阶的一种标志。
9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。
10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。
沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。
11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。
13.比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。
14.解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。
晶体学平面－－解理面，一般是低指数、表面能低的晶面。
15.解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。
16.静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。
大学《材料物理性能》复习核心知识点、习题库及期末考试试题答案解析
大学《材料物理性能》复习核心知识点、习题库及期末考试试题答案解析目录《材料物理性能》习题库（填空、判断、选择、简答计算题） (1)《材料物理性能》复习核心知识点 (15)清华大学《材料物理性能》期末考试试题及答案解析 (25)上海交通大学《材料物理性能》期末考试试题 (31)《材料物理性能》习题库（填空、判断、选择、简答计算题）一、填空1．相对无序的固溶体合金，有序化后，固溶体合金的电阻率将。
2．马基申定则指出，金属材料的电阻来源于两个部分，其中一个部分对应于声子散射与电子散射，此部分是与温度的金属基本电阻，另一部分来源于与化学缺陷和物理缺陷而与温度的残余电阻。
3．某材料的能带结构是允带内的能级未被填满，则该材料属于。
4．离子晶体的导电性主要是离子电导，离子电导可分为两大类，其中第一类源于离子点阵中基本离子的运动，称为或，第二类是结合力比较弱的离子运动造成的，这些离子主要是，因而称为。
在低温下，离子晶体的电导主要由决定。
5．绝缘体又叫电介质，按其内部正负电荷的分布状况又可分为，，与。
6．半导体的导电性随温度变化的规律与金属，。
在讨论时要考虑两种散射机制，即与。
7．超导体的三个基本特性包括、与。
金属的电阻8．在弹性范围内，单向拉应力会使金属的电阻率；单向压应力会使率。
9．某合金是等轴晶粒组成的两相机械混合物，并且两相的电导率相近。
其中一相电导率为σ1，所占体积分数为φ，另一相电导率为σ2，则该合金的电导率σ = 。
10．用双臂电桥法测定金属电阻率时，测量精度不仅与电阻的测量有关，还与试样的的测量精度有关，因而必须考虑的影响所造成的误差。
11．适合测量绝缘体电阻的方法是。
12．适合测量半导体电阻的方法是。
13．原子磁矩包括、与三个部分。
14．材料的顺磁性来源于。
15．抗磁体和顺磁体都属于弱磁体，可以使用测量磁化率。
16．随着温度的增加，铁磁体的饱和磁化强度。
17．弹性的铁磁性反常是由于铁磁体中的存在引起所造成的。
材料物理性能
材料物理性能第一章考点1. 电子理论的发展经历了三个阶段，即古典电子理论、量子自由电子理论和能带理论。
古典电子理论假设金属中的价电子完全自由，并且服从经典力学规律；量子自由电子理论也认为金属中的价电子是自由的，但认为它们服从量子力学规律；能带理论则考虑到点阵周期场的作用。
考点2. 费米电子在T = 0K时，大块金属中的自由电子从低能级排起，直到全部价电子均占据了相应的能级为止。
具有能量为EF(0)以下的所有能级都被占满，而在EF(0)之上的能级都空着，EF(0)称为费米能，是由费米提出的，相应的能级称为费米能级。
考点3. 四个量子数1、主量子数n2、角量子数l3、磁量子数m4、自旋量子数ms考点4. 思考题1、过渡族金属物理性能的特殊性与电子能带结构有何联系？过渡族金属的 d 带不满，且能级低而密，可容纳较多的电子，夺取较高的 s 带中的电子，降低费米能级。
第二章考点5. 载流子载流子可以是电子、空穴，也可以是离子、离子空位。
材料所具有的载流子种类不同，其导电性能也有较大的差异，金属与合金的载流子为电子，半导体的载流子为电子和空穴，离子类导电的载流子为离子、离子空位。
而超导体的导电性能则来自于库柏电子对的贡献。
考点6. 杂质可以分为两类一种是作为电子供体提供导带电子的发射杂质，称为“施主”；另一种是作为电子受体提供价带空穴的收集杂质，称为“受主”。
掺入施主杂质后在热激发下半导体中电子浓度增加(n>p)，电子为多数载流子，简称“多子”，空穴为少数载流子，简称“少子”。
这时以电子导电为主，故称为n型半导体。
施主杂质有时也就称为n型杂质。
在掺入受主的半导体中由于受主电离(p>n)，空穴为多子，电子为少子，因而以空穴导电为主，故称为p型半导体。
受主杂质也称为p型杂质。
考点7. 我们把只有本征激发过程的半导体称为本征半导体。
考点8. 在同一种半导体材料中往往同时存在两种类型的杂质，这时半导体的导电类型主要取决于掺杂浓度高的杂质。
材料物理性能的第一章思考题20110925
《材料物理性能》思考题第一章热学性能1.1 概述1、材料的热学性能包括、、和等。
2、什么是格波？3、若三维晶体由N个晶胞组成，每个晶胞中含有S个原子，则晶体中格波数为个，格波支数为个。
4、受热晶体的温度升高，实质是晶体中热激发出的声子的增加。
5、举例说明某一材料热学性能的具体应用。
1.2 热容1、什么是比热容和摩尔热容（区分：定压摩尔热容和定容摩尔热容）？3、固体热容的经验定律和经典理论只适用于高温，对低温不适用！4、由德拜模型可知，温度很低时，固体的定容摩尔热容与温度的三次方成正比（德拜T3定律）。
5、金属热容由热容和热容两部分组成。
6、自由电子对热容的贡献在极高温和极低温度下不可忽视，在常温时与晶格振动热容相比微不足道！7、一级相变对热容的影响特征是什么？8、影响无机材料热容的因素有哪些？9、对于隔热材料，需使用低热容（如轻质多孔）隔热砖，便于炉体迅速升温，同时降低热量损耗。
10、什么是热分析法？DTA、DSA和TG分别是哪三种热分析方法的简称？举例说明热分析方法的应用。
1.3 热膨胀1、什么是线或体膨胀系数？2、固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中随温度升高而增大。
3、材料的热膨胀来自原子的非简谐振动。
4、材料热膨胀的物理本质可用曲线或曲线来解释。
5、熔点较高的金属具有较低的膨胀系数。
6、结构对称性较低的单晶体，其膨胀系数具有各向异性，不同的晶向有不同的线膨胀系数。
一般来说，弹性模量高的方向将有较小的膨胀系数，反之亦然。
（如石墨：平行于C轴方向的热膨胀系数大于垂直于C轴方向的热膨胀系数。
）7、举例说明一级相变对材料膨胀性能的影响。
8、钢的不同组织比容从大到小的顺序为：马氏体、渗碳体、铁素体、珠光体、奥氏体。
9、通常陶瓷制品表面釉层与坯体热膨胀系数的大小关系如何？为什么？1.4 热传导1、什么是热导率？2、固体材料热传导主要有、和三种微观机制。
3、对于声子热导而言，热阻来源于声子扩散过程中的各种（如声子的碰撞、点缺陷的散射、晶界的散射和位错的散射等）。
材料物理性能考试重点、复习题
材料物理性能考试重点、复习题1.格波：在晶格中存在着角频率为ω的平面波，是晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的波，或某一个原子在平衡附近的振动以波的形式在晶体中传播形成的波2.色散关系：频率和波矢的关系3.声子：晶格振动中的独立简谐振子的能量量子4.热容：是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1K所需要增加的能量。
5.两个关于晶体热容的经验定律：一是元素的热容定律----杜隆-珀替定律：恒压下元素的原子热容为25J/(K*mol);另一个是化合物的热容定律-----奈曼-柯普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。
6.热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀7.固体材料热膨胀机理：材料的热膨胀是由于原子间距增大的结果，而原子间距是指晶格结点上原子振动的平衡位置间的距离。
材料温度一定时，原子虽然振动，但它平衡位置保持不变，材料就不会因温度升高而发生膨胀；而温度升高时，会导致原子间距增大。
8.温度对热导率的影响：在温度不太高时，材料中主要以声子热导为主,决定热导率的因素有材料的热容C、声子的平均速度V和声子的平均自由程L,其中v 通常可以看作常数,只有在温度较高时,介质的弹性模量下降导致V减小。
材料声子热容C在低温下与温度T3成正比。
声子平均自由程V随温度的变化类似于气体分子运动中的情况，随温度升高而降低。
实验表明在低温下L值的变化不大，其上限为晶粒的线度，下限为晶格间距。
在极低温度时，声子平均自由程接近或达到其上限值—晶粒的直径；声子的热容C则与T3成正比；在此范围内光子热导可以忽略不计，因此晶体的热导率与温度的三次方成正比例关系。
在较低温度时，声子的平均自由程L随温度升高而减小，声子的热容C 仍与T3成正比，光子热导仍然极小，可以忽略不计，此时与L相比C对声子热导率的影响更大,因此在此范围内热导率仍然随温度升高而增大,但变化率减小。
材料物理思考题2016最终版(北京化工大学四位男生吐血整理)
1、 重要名词：晶体缺陷：将晶体中偏离理想的完整结构的区域称为晶体缺陷。 化学缺陷：是指由局部的成分与基体不同导致的缺陷。 点阵缺陷：是指原子排列处于几何上的混乱状态，而与构成晶体的元素无关的晶体缺陷。 点缺陷：是指在 x、y、z 方向的尺寸都很小（相当于原子尺寸）的点阵缺陷，也称为零维缺陷。 线缺陷：是指在两个方向上尺寸都很小，另一个方向上相对很长的点阵缺陷，也称一维缺陷。 面缺陷：是指在两个方向上尺寸很大，另一个方向上尺寸很小的点阵缺陷，也称二维缺陷。 空位：空位是指由于原子迁移到点阵中其他位置形成的空结点。 间隙原子：是指处于点阵中间隙位置的原子。 空位形成能：单个空位形成所需的能量，通常用 Ef 表示。 辐照损伤：是点缺陷影响晶体性能ห้องสมุดไป่ตู้另一种形式，其含义为电子、中子、质子、α粒子等高能粒子照射 材料，在材料中导入大量空位和间隙原子，引起的材料损伤。
电子化合物：是在特定电子浓度下形成的化合物。电子浓度定义为合金中价电子数目 e 与原子数目 a 的比
值。
e A(100 x) Bx
a
100
间隙相和间隙化合物：是指过渡金属与 H、B、C、N 等非金属小原子形成的化合物。 超结构（超点阵，有序固溶体）：是指在一定温度下，成分接近于一定原子比的短程有序的固溶体可能转
材料物理思考题 2016
(考试范围不限于此思考题)
第 1 章 材料的晶态结构
1、 重要名词：晶体:原子（或分子）在三维空间作有规则的周期性重复排列的材料称为晶体。 非晶体：如果材料中的原子（或分子）不规则地排列则称为非晶体。 准晶体：准晶体是一种介于晶体和非晶体之间的有序结构。 （晶体、非晶体、准晶体结构的区别可从其原子排列的旋转对称性来说明。晶体可看成是相同的单胞按 同样的规则堆垛形成；非晶体是长程无序的无单胞，也没有原子排列的对称性；准晶体是不同的单胞或 形状相同取向不同的单胞按一定的规则周期性地重复堆垛形成，是介于晶体和非晶体之间的长程有序结 构。） 点阵（晶格）：将周围环境相同，彼此等同的原子、分子或原子群、分子群的中心抽象为规则排列于空间 的无数个几何点，这种几何点的空间排列称为空间点阵，简称点阵。 晶胞：在点阵中取出一个具有代表性的基本单元作为点阵的组成单元，称为晶胞。 点阵常数（晶格常数，晶格参数）：a,b,c;α，β，γ。 晶系：晶体根据其在晶体理想外形或综合宏观物理性质中呈现的特征对称元素可划分为立方、六方、三 方、四方、正交、单斜、三斜等 7 类，是为 7 个晶系。 布拉菲点阵：按“每个阵点周围环境相同”的要求，空间点阵只能有 14 种形式，称为布拉菲点阵，它们 分别是：简单三斜、简单单斜、底心单斜、简单正交、底心正交、体心正交、面心正交、简单六方、菱 形（三角）、简单四方、体心四方、简单立方、体心立方、面心立方。 晶向指数：[uvw] 晶面指数：（hkl）或{hkl} 面心立方：（1）晶胞内原子数：4；（2）点阵常数：a；（3）配位数和致密度：12、74%。 体心立方：（1）晶胞内原子数：2；（2）点阵常数：a；（3）配位数和致密度：8、68%。 密排六方：（1）晶胞内原子数：6；（2）点阵常数：a、c、c/a=1.633；（3）配位数和致密度：6（6+6）、 74%。 同素异构现象（多晶型性）： 合金：由两种或两种以上的金属或金属与非金属，经熔炼、烧结或其他方法组合而成的具有金属特性的 物质。 固溶体：两种或多种元素混合所形成的单一结构的结晶相，其结构与某一组成元素相同。 间隙式固溶体：也称为填隙固溶体，是指溶质原子处于溶剂结构中的间隙位置形成的固溶体。
《材料物理性能》习题解答
《材料物理性能》习题解答材料物理性能习题与解答吴其胜盐城工学院材料工程学院2007，3目录1 材料的力学性能 (2)2 材料的热学性能 (12)3 材料的光学性能 (17)4 材料的电导性能 (20)5 材料的磁学性能 (29)6 材料的功能转换性能 (37)1材料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。
解：根据题意可得下表由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。
1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm ，受到应力为1000N 拉力，其杨氏模量为3.5×109 N/m 2，能伸长多少厘米?解：拉伸前后圆杆相关参数表体积V/mm 3 直径d/mm 圆面积S/mm 2 拉伸前1227.2 2.5 4.909 拉伸后1227.22.44.524 1cm 10cm40cmLoad Load)(0114.0105.310101401000940000cm E A l F l El l ==??===?-σε0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =?==-σ名义应力0851.0100=-=?=A A l lε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =?==-σ真应力1-3一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。
解：根据可知：1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。
证：1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。
材料物理性能测试思考题答案
灵验电子数：没有是所有的自由电子皆能介进导电，正在中电场的效率下，惟有能量靠近费稀能的少部分电子，圆有大概被激励到空能级上去而介进导电.那种真真介进导电的自由电子数被称为灵验电子数.之阳早格格创做K状态：普遍与杂金属一般，热加工使固溶体电阻降下，退火则落矮.但是对付某些身分中含有过度族金属的合金，纵然金相领会战Ｘ射线领会的截止认为其构制仍是单相的，但是正在回火中创制合金电阻有反常降下，而正在热加工时创制合金的电阻明隐落矮，那种合金构制出现的反常状态称为K状态.X射线领会创制，组元本子正在晶体中没有匀称分集，使本子间距的大小隐著动摇，所以也把K状态称为“没有匀称固溶体”.能戴：晶体中洪量的本子集中正在所有，而且本子之间距离很近，以致离本子核较近的壳层爆收接叠，壳层接叠使电子没有再限制于某个本子上，有大概变化到相邻本子的相似壳层上去，也大概从相邻本子疏通到更近的本子壳层上去，进而使本本处于共一能量状态的电子爆收微强的能量好别，与此相对付应的能级扩展为能戴.禁戴：允许被电子吞噬的能戴称为允许戴，允许戴之间的范畴是没有允许电子吞噬的，此范畴称为禁戴.价戴：本子中最中层的电子称为价电子，与价电子能级相对付应的能戴称为价戴.导戴：价戴以上能量最矮的允许戴称为导戴.金属资料的基础电阻：理念金属的电阻只与电子集射战声子集射二种体制有关，不妨瞅成为基础电阻，基础电阻正在千万于整度时为整.残存电阻(结余电阻)：电子正在杂量战缺陷上的集射爆收正在有缺陷的晶体中，千万于整度下金属浮现结余电阻.那个电阻反映了金属杂度战没有完备性.相对付电阻率：ρ (300K)／ρ (4.2K)是衡量金属杂度的要害指标.结余电阻率ρ’：金属正在千万于整度时的电阻率.真用中常把液氦温度(4.2K)下的电阻率视为结余电阻率.相对付电导率：工程中用相对付电导率( IACS%) 表征导体资料的导电本能.把国际尺度硬杂铜(正在室温20 ℃下电阻率ρ= 0 .017 24Ω·mm2/ m)的电导率动做100% , 其余导体资料的电导率与之相比的百分数即为该导体资料的相对付电导率.马基申定则(马西森定则)：ρ＝ρ’＋ρ(T)正在一级近似下，分歧集射体制对付电阻率的孝敬不妨加法供战.ρ’：决断于化教缺陷战物理缺陷而与温度无关的结余电阻率.ρ(T)：与决于晶格热振荡的电阻率(声子电阻率)，反映了电子对付热振荡本子的碰碰.晶格热振荡：面阵中的量面(本子、离子)盘绕其仄稳位子附近的微强振荡.格波：晶格振荡以弹性波的形式正在晶格中传播，那种波称为格波，它是多频次振荡的推拢波.热容：物体温度降下1K时所需要的热量(J/K)表征物体正在变温历程中与中界热量接换个性的物理量，间接与物量里里本子战电子无准则热疏通相通联.比定压热容：压力没有变时供出的比热容.比定容热容：体积没有变时供出的比热容.热导率：表征物量热传导本领的物理量为热导率.热阻率：定义热导率的倒数为热阻率ω，它不妨领会为二部分，晶格热振荡产死的热阻(ωp)战杂量缺陷产死的热阻(ω0).导温系数或者热扩集率：它表示正在单位温度梯度下、单位时间内通过单位横截里积的热量.热导率的单位：W/(m·K)热领会：通过热效力去钻研物量里里物理战化教历程的真验技能.本理是金属资料爆收相变时，伴伴热函的突变.反常伸展：对付于铁磁性金属战合金如铁、钴、镍及其某些合金，正在仄常的伸展直线上出现附加的伸展峰，那些变更称为反常伸展.其中镍战钴的热伸展峰进与为正，称为正反常；而铁战铁镍合金具备背反常的伸展个性.接换能：接换能E ex=－2Aσ1σ2cosφ A—接换积分常数.当A＞0，φ＝0时，E ex最小，自旋磁矩自收排列共一目标，即爆收自收磁化.当A＜0，φ＝180°时，E ex也最小，自旋磁矩呈反背仄止排列，即爆收反铁磁性.接换能是近邻本子间静电相互效率能，各背共性，比其余各项磁自由能大102～104数量级.它使强磁性物量相邻本子磁矩有序排列，即自收磁化.磁滞耗费：铁磁体正在接变磁场效率下，磁场接变一周，B-H直线所描画的直线称磁滞回线.费，常常以热的形式而释搁.技能磁化：技能磁化的真量是中加磁场对付磁畴的效率历程即中加磁场把各个磁畴的磁矩目标转到中磁场目标(战)或者近似中磁场目标的历程.技能磁化的二种真止办法是的磁畴壁迁移战磁矩的转化.请画出杂金属无相变时电阻率—温度关系直线，它们分为几个阶段，各阶段电阻爆收的体制是什么？为什么下温下电阻率与温度成正比？1—ρ电-声∝T( T > 2/ 3ΘD ) ；2—ρ电-声∝T 5 ( T< <ΘD )；3—ρ电-电∝T 2 ( T ≈2K )分为三个阶段：(1)温度T > (2/ 3)ΘD 阶段, 电阻率正比于温度，即ρ(T) =αT .电阻爆收的体制是电子—声子(离子)集射.(2)温度T< <ΘD 阶段，电阻率与温度成五次圆关系, 即ρ∝T 5.电阻爆收的体制是电子—声子(离子)集射，(3)正在极矮温度(T ≈2K)ρ∝T 2 , 电阻爆收的体制是电子—电子之间的集射.*2=L n e 称为集射系数).对付金属去道，温度降下离子热振荡的振幅愈大，电子便愈易受到集射，故不妨认也便与温度成正比(果为式子中其余的量均与温度无关)，那便是下温下电阻率与温度成正比的本果.用电阻法钻研金属热加工时为什么要正在矮温？根据马西森定律, 热加工金属的电阻率可写成ρ= ρ′+ρM式中：ρM 表示与温度有关的退火金属电阻率；ρ′是结余电阻率.真验道明，ρ′与温度无关，换止之，dρ/ dT 与热加工程度无关.总电阻率ρ愈小，ρ′/ ρ比值愈大，所以ρ′/ ρ的比值随温度落矮而删下.隐然，矮温时用电阻法钻研金属热加工更为符合.从导体、半导体、绝缘体资料能戴结构领会其导电本能分歧的本果.导体：价戴与导戴沉叠，无禁戴.或者价戴已被电子挖谦，那种价戴自己即为导戴.那二种情况下价电子皆是自由的，便像金属具备洪量的那样的自由电子，所以具备很强的导电本领.半导体战绝缘体：谦价戴战空导戴之间具备禁戴.半导体：禁戴宽度小，正在热、光等中界条件效率下，价戴中的部分电子有大概赢得脚够的能量而越过禁戴到达其上头的空戴，产死导戴.而且价戴中出现了电子留住的空穴.导戴中的电子战价戴中的空穴正在电场的效率下沿好同的目标定背移动，爆收电流.导戴中的电子导电战价戴中的空穴导电共时存留的导电办法称为本征导电，其个性是介进导戴的电子战空穴浓度相等，那种半导体称为本征半导体.绝缘体：禁戴宽度很大，电子很易越过禁戴到达其上头的空戴，中电场的效率下险些没有爆收电流.金属资料电阻爆收的真量.当电子波通过一个理念晶体面阵时(0K) , 它将没有受集射；惟有正在晶体面阵完备性受到益害的场合, 电子波才受到集射(没有相搞集射) , 那便是金属爆收电阻的基本础基本果.由于温度引起的离子疏通(热振荡) 振幅的变更(通时常使用振幅的均圆值表示)，以及晶体中同类本子、位错、面缺陷等皆市使理念晶体面阵的周期性受到益害.那样，电子波正在那些场合爆收集射而爆收电阻，落矮导电性.为什么金属资料的导电性随温度的降下而落矮，而非金属资料的导电性随温度的降下而降下？对付于金属资料：温度降下，晶格热振荡加剧，声子电阻率降下，而结余电阻率没有变，故金属资料的导电性随温度的降下而落矮.对付于非金属资料：温度降下，资料的电子或者载流子疏通本领巩固，数量也减少，传播电荷的本领巩固，导电性巩固.金属资料受力后电阻率的变更.(1)推力 正在弹性范畴内单背推伸或者扭转应力能普及金属的ρ，并有(2)压力对付大普遍金属去道，正在受压力情况下电阻率落矮压力系数，为背.险些所有杂元素随温度变更电阻压力系数险些没有变.仄常金属元素：电阻率随压力删大而下落；(铁、钴、镍、钯、铂、铱、铜、银、金、锆、铪等)反常金属元素：碱金属、碱土金属、稀土金属战第V 族的半金属，它们有正的电阻压力系数，但是随压力降下一定值后系数变号，钻研标明，那种反常局里战压力效率下的相变有关.下压力还能引导物量的金属化，引起导电典型的变更，而且有帮于从绝缘体—半导体—金属—超导体的某种转化.固溶、热加工对付金属资料电阻率的效率及本果.产死固溶体时，导电本能落矮.纵然是正在矮导电性的金属中溶进下导电性的金属溶量也是如许，但是电阻随身分连绝变更而无突变.对付于连绝固溶体，当组元A 溶进组元B 时，电阻由B 组元的电阻值渐渐删大至极大值后再渐渐减小到A 组元的电阻值.本果：(1)引起晶体面阵畸变，减少了电子的集射，本子半径好越大，固溶体的电阻也越大；(2)杂量对付理念晶体的局部益害；(3)合金化引起能戴结构变更，移动费米里(0K 时电子最下能级)并改变了电子0(1)γρρασ=+能态的稀度战灵验导电电子数；(4)合金化效率弹性常数，使面阵振荡的声子谱改变.普遍，热加工引起电阻率删大.室温下测得经相称大的热加工变形后杂金属(如铁、铜、银、铝)的电阻率, 比已经变形的总合只减少2%～6%.惟有金属钨、钼例中, 当热变形量很大时, 钨电阻可减少30%～60% , 钼减少15%～20%.普遍单相固溶体经热加工后, 电阻可减少10%～20%.而有序固溶体电阻减少100% , 以至更下.也有好同的情况, 如Ni-Cr，Ni-Cu-Zn，Fe-Cr-Al等中产死K状态, 则热加工变形将使合金电阻率落矮.本果：热加工引起金属晶格畸变，减少电子集射几率；共时也会引起金属晶体本子分离键的改变，引导本子间距变更.固溶体的有序化对付其电阻率有何效率？为什么？固溶体爆收有序时，其电阻率明隐落矮.固溶体爆收有序化时对付导电性的效率：(1)使面阵顺序性加强，缩小了对付电子的集射而使电阻率落矮(2)使组元间的相互化教效率加强，使灵验电子数缩小，进而引起电阻率的降下.上述二种好同的效率中，第一种效率占主宰职位，果此有序化普遍表示为电阻率落矮.有序化程度越下，电阻率便越矮.将下列物量按热导率大小排序，并道明缘由：(1)铬(2)银(3)Ni-Cr合金(4)石英(5)铁(2)银＞(5)铁＞(3) Ni-Cr合金＞(1)铬＞(4)石英银正在五种物量中导电本能最好，铁次之.合金热导率常常小于杂金属.铬的本量比较靠近半导体.石英是绝缘体.导电率：(2)银＞(5)铁＞(3) Ni-Cr合金＞(1)铬＞(4)石英.根据魏德曼—弗兰兹定律，热导率与电导率之间存留如下关系：所以，(2)银＞(5)铁＞(3) Ni-Cr合金＞(1)铬＞(4)石英.为什么道资料热教本能的物理真量皆与晶格热振荡有关?固体资料的百般热教本能便其物理真量而止，均与形成资料的量面(本子、离子)热振荡有关.固体资料由晶体或者非晶体组成，面阵中的量面（本子、离子）经常盘绕其仄稳位子做微强振荡，那种振荡称为晶格热振荡.资料中量面之间的振荡存留的关系战效率.资料内能的真量、热容的物理真量.C p与C v的物理意思是什么？是可通过真验丈量？C p与C v哪个大，为什么？若温度降下时物体的体积没有变，物体吸支的热量只用去谦脚温度降下物体内能的减少，此种条件下的热容称为定容热容(C v).若温度降下时物体的压力没有变，物体吸支的热量除了用去谦脚温度降下物体内能的减少中，还对付中搞功，此种条件下的热容称为定压热容(C p).对付于金属，C v没有克没有及间接通过真验丈量，需由真验测得C p，再换算得到C v.C p大于C v，那是果为定压比热容中含有体积伸展功，2mα-=VP VV Tc cK.故正在相共品量的条件下，C p更大.资料热容随温度的变更顺序.Ⅰ区：T：0～5K，C v∝TⅡ区： c v∝T3，T达到时，C v＝3R.Ⅲ区： c v＞3R，减少部分主假如自由电子热容的孝敬.热容体味定律的真量及其与本量切合的情况.若晶体有N个本子，则有3N个自由度.金属本子的热振荡既具备动能，又具备位能，二者没有竭天相互变换，且仄稳动能与仄稳位能统计天相等(每个振荡自由度仄稳动能战仄稳位能皆为U m＝3NkT＝3RT.金属的定容摩我热容为：热容体味定律杜隆－珀替定律(Dulong-Petit rule)的真量是所有金属的摩我热容是一个与温度无关的常数，其数值靠近于3R.与本量切合的情况是：(1)认为热容与温度无关，与究竟没有符.(2)认为所有元素热容相共，形成化合物时，分子热容等于各本子热容之战，与究竟没有真足相符.(3)矮温时、沉元素与究竟没有共很大.(4)除沉元素中，大部分元素与固体物量正在非矮温时，与究竟格中靠近.与本量没有切合的本果：假设与前提问题，本子(百般元素、所有温度)仄稳动能、位能相等，模型过于简化.把本子的振荡能量瞅做是连绝的，没有切合能量没有连绝性的量子化条件.热容爱果斯坦模型、德拜模型的前提及其与究竟切合情况，没有真足相符的本果.爱果斯坦模型(1)前提：晶格中每个本子(离子)皆正在其格面做振荡，各个本子的振荡是独力而互没有依好，每个本子皆具备相共的周围环境，果而其振荡频次v皆是相共的，本子振荡的能量是没有连绝的、量子化的.可把本子的振荡瞅做是谐振子的振荡. (2)究竟切合情况：正在下温时热容战杜隆—珀替定律普遍，并战热容直线切合得较好.值普遍正在100～300K范畴.(3)没有真足相符的本果：正在矮温时，热容与温度之间的关系中存留指数项，没有切合真验的C v=T3 关系，即随着温度的落矮，爱果斯坦热容表里值比真验值要更快天下落而趋近于整.本果正在于把本子的振荡瞅成是孤坐的，并忽略了振子振荡频次的没有共.德拜模型(1)前提：正在爱果斯坦量子热容表里前提上加以完备的.认为：晶体中各本子间存留着弹性的斥力战吸力，那种力使本子热振荡相互受牵连而达到相邻本子间协做天振荡.波少较少，属于声频波范畴(相称于弹性振荡波).由于弹性波波深刻大于晶格常数，可近似天把晶体视为连绝介量，把弹性波的振荡也可近似天视为连绝的，其振荡频次可连绝分集正在整到v m之间.(2)究竟切合情况：正在下温下本子皆险些以最大频次振荡，果而使热容靠近于一个常数.此时德拜热容表里与典范热容表里、爱果斯坦热容表里普遍.正在矮温时，金属温度降下所吸支的热量主假如用去加强晶格的振荡，纵然得具备下频振荡的振子数慢遽天删加，C v与T3 成正比.当T=0K时，C v=0.那也真足切合真验顺序. (3)没有真足相符的本果：正在很靠近0K的温度范畴，德拜热容表里与真验顺序存留着偏偏好.本果正在于德拜表里只思量了晶格振荡对付热容的孝敬，而已思量自由电子对付热容的孝敬.正在极矮的温度下，由于晶格振荡的能量已趋近于整，自由电子的动能便没有成被忽略，它成为对付热容的主要孝敬者.资料热容与温度关系的体味公式.会使釉层脱资料热伸展系数随温度的变更情况.资料热伸展的机理.格律乃森定律的真量及本果.格律乃森(Grüneisen)从晶格振荡表里导出金属体伸展系数与热容间存留的关系式：式中：γ是格律乃森常数，是表示本子非线性振荡的物理量，普遍物量γ正在1 .5 - 2 .5 间变更；K 是体积模量； V 是体积；C V 是等容热容.从热容表里知, 矮温下C V 随温度T 3 变更, 则伸展系数正在矮温下也按T 3 顺序变更, 即伸展系数战热容随温度变更的个性基础普遍.体伸展系数与定容热容成正比，它们有相似的温度依好关系，正在矮温下随温度降下慢遽删大，而到下温则趋背仄缓.固溶战热加工对付资料的λ(热导率)有何效率？为什么？程减小，热哪些果素会效率资料的热导率？怎么样效率？(1)对付于杂金属，效率其电导率果素有：温度、晶粒大小、晶背、杂量.简直天去道：根据导热体制不妨推论下电导率的金属便有下的热导率.①热导率与温度关系：正在矮温时, 热导率随温度降下而没有竭删大，并达到最大值.随后，热导率正在一小段温度范畴内基础脆持没有变；当温度降下到某一温度后，热导率启初慢遽下落，并正在熔面处达到最矮值.但是像铋战锑那类金属熔化时, 它们的热导率减少一倍，那大概是过度至液态时，共价键合减强，而金属键合加强的截止.正在德拜温度以上略成直线关系， 0(1)r T λλα=+.正在德拜温度以下，某些金属的热导率按照格留涅申定律而变更，-3T λα=铁磁性金属或者合金的热导率与温度直线正在居里面时有转合.②晶粒大小的效率：普遍情况是晶粒细大，热导率下；晶粒愈细，热导率愈矮. ③坐圆晶系的热导率与晶背无关.非坐圆晶系晶体热导率表示出各背同性. ④所含杂量热烈效率热导率.当加进少量杂量时，组元的热导率落矮很剧烈，但是随着浓度的减少对付热导率的效率要小得多.(2)对付于合金二种金属形成连绝无序固溶体时, 溶量组元浓度愈下, 热导率落矮愈多, 而且热导率最小值靠拢本子浓度50%处.当组元为铁及过度族金属时，热导率最小值比50%处有较大的偏偏离.当为有序固溶体时，热导率普及，最大值对付应于有序固溶体化教组分.(3)对付于无机非金属资料比较而止, 金属资料热导率的效率果素比较简朴，而无机非金属资料便搀杂一面.果此，金属资料热导率的效率果素对付无机非金属资料皆共样的灵验率，不过由于陶瓷资料相结构搀杂一面，包罗玻璃相战一定孔隙率.①化教组成的效率：对付于无机非金属资料去道，资料结构的相对付本子品量愈小，稀度愈小，弹性模量愈大, 德拜温度愈下, 则热导率愈大, 所以沉元素的固体战分离能大的固体热导率较大，固溶体的情况与金属固溶体的变更趋势相似，战金属固溶体类似，杂量浓度很矮时，杂量落矮热导率效力格中明隐；杂量浓度删下时，杂量效力减强，正在矮温下杂量效力将会更隐著.②晶体结构的效率：晶体结构愈搀杂，晶格振荡的非线性程度愈大，其集射程度愈大，果此声子仄稳自由程较小，所以热导率便矮了.③晶粒大小战各背同性的效率：与对付金属的热导率效率相共.共样化教组成的多晶体的热导率总比单晶小.④非晶体的热导率：非晶体的热导率正在所有温度下皆比晶体小.玻璃是无机的非晶体资料，其热导率变更有其特殊性.相中.热导率不妨按下式估计：式中：κc、κd分别为连绝相战分别相的热导率；φd为分别相的体积分数.⑥气孔率的效率：无机资料常含有气孔，气孔对付热导率的效率较搀杂.如果温度没有是很下，且气孔率没有大，尺寸很小，分集又匀称，不妨认为此时的气孔是复相陶瓷的分别相, 此时热导率不妨按上式处理.不过由于与固相相比，其热导率很小，不妨近似认为整, 且κc/κd很大，此时κ≈κs ( 1-φ气孔).式中：κs为陶瓷固相热导率；φ气孔为气孔的体积分数.思量气孔的辐射传热时，按下式估计：式中：P 为气孔里积分数；PL 是气孔的少度分数；ε为辐射里的热收射率；G 是几许果子；纵背少条气孔G=1，横背圆柱形气孔G =π/4, 球形气孔G = 2/ 3；d 是气孔最大尺寸.(5)对付于本征半导体正在本征半导体中，导戴中电子战价戴中的空穴随温度降下而减少，那引导热导率随温度降下而降下.不妨采与哪些步伐普及资料的磁导率？其表里依据是什么？(1)与消资料中的杂量；(2)把晶粒培植到脚够大并呈等轴状；(3)产死再结晶织构；(4)采与磁场中退火.(1)的表里依据是如当杂量固溶正在资料中会制成面阵扭直，当杂量呈夹杂物存留时则使畴壁脱孔，那皆市给畴壁迁移制成阻力，引导磁导率下落，矫顽力降下.(2)的表里依据是晶粒脚够大，使得晶界缩小，畴壁迁移变得越收简单.(3)的表里依据是再结晶织构具备目标性，正在该目标的磁导率会明隐删大.(4)的表里依据是正在沿轴背的磁场中缓缓热却时，磁畴将正在室温磁化时沿应伸少(正在正磁致伸缩情况下)的目标预先伸少，那样通过磁场中退火的样品，其磁致伸缩将无妨碍磁化，样品的磁化将变得越收简单，进而正在该目标会有下的磁导率.铁磁性物量中的相互效率能有哪些？各有什么个性？其中哪种能量最大？铁磁性物量中的相互效率能有：磁晶各背同本能、磁弹本能、接换效率能、退磁能.磁晶各背同本能是指沿分歧晶轴目标的能量好.其个性是正在易磁化轴上，磁晶各背同本能最小.物体正在磁化时要伸少(或者中断)，如果受到节制，没有克没有及伸少(或者支缩)，则正在物体里里爆收压应力(或者推应力)，物体里里将爆收的磁弹本能.其个性是物体里里缺陷、杂量等皆大概减少其磁弹本能.接换效率能是指近邻本子间静电相互效率能，其个性是各背共性，比其余各项磁自由能大102～104数量级.它使强磁性物量相邻本子磁矩有序排列，即自收磁化.而其余各项磁自由能退磁能是指退磁场与铁磁体的相互效率能.其个性是退磁能与资料的退磁果子N，磁化强度M的仄圆成正比.N值、M2越大，退磁能越大.总的去道，磁晶各背同本能、磁弹本能、退磁能没有改变其自收磁化的真量，而仅改变其磁畴结构.其中，接换效率能的能量最大.物量抗磁性爆收的基础是什么？为什么所有物量正在磁场中皆爆收抗磁性？表里钻研道明, 抗磁性基础于电子轨讲疏通, 故不妨道所有物量正在中磁场效率下均应有抗磁性效力.但是惟有本子的电子壳层真足挖谦了电子的物量, 抗磁性才搞表示出去, 可则抗磁性便被别的磁性掩盖了.无中H的时间：电子壳层已挖谦的本子总磁矩为0.有中H效率时：纵然总磁矩为0的本子，也会爆收磁矩.没有管循轨疏通的目标是绕H轴背顺时针仍旧顺时针，电子的循轨疏通正在中H效率下皆市爆收抗磁矩,即爆收的附加磁矩经常与中H目标好同，那便是物量爆收抗磁性的本果.物量顺磁性爆收的基础是什么？物量的顺磁性是怎么样爆收的？物量顺磁性爆收的基础是：本子(离子)的固有磁矩.无中H的时间：由于热疏通的效率，固有磁矩的与背为无序的，宏瞅上无磁性.中H效率下：固有磁矩与H效率，有较下的静磁能，为落矮静磁能，固有磁。
材料物理性能部分课后习题..
课后习题第一章1.德拜热容的成功之处是什么？答：德拜热容的成功之处是在低温下，德拜热容理论很好的描述了晶体热容，CV.M∝T的三次方2.何为德拜温度？有什么物理意义？答：HD=hνMAX/k 德拜温度是反映晶体点阵内原子间结合力的一个物理量德拜温度反映了原子间结合力，德拜温度越高，原子间结合力越强3.试用双原子模型说明固体热膨胀的物理本质答：如图，U1（T1）、U2（T2）、U3(T3）为不同温度时的能量，当原子热振动通过平衡位置r0时，全部能量转化为动能，偏离平衡位置时，动能又逐渐转化为势能；到达振幅最大值时动能降为零，势能打到最大。
由势能曲线的不对称可以看到，随温度升高，势能由U1(T1）、U2（T2）向U3（T3）变化，振幅增加，振动中心就由r0'，r0''向r0'''右移，导致双原子间距增大，产生热膨胀第二章1.300K1×10-6Ω·m4000K时电阻率增加5%由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率。
解：按题意:p(300k) = 10∧-6 则: p(400k) = (10∧-6)* (1+0.05) ----(1)在400K温度下马西森法则成立，则: p(400k) = p(镍400k) + p(杂400k) ----(2) 又: p(镍400k) = p(镍300k) * [1+ α* 100] ----(3) 其中参数: α为镍的温度系数约= 0.007 ; p(镍300k)(室温) = 7*10∧-6 Ω.cm) 将(1)和(3)代入(2)可算出杂质引起的电阻率p(杂400k)。
2.为什么金属的电阻因温度升高而增大，而半导体的电阻却因温度的升高而减小？对金属材料，尽管温度对有效电子数和电子平均速率几乎没有影响，然而温度升高会使离子振动加剧，热振动振幅加大，原子的无序度增加，周期势场的涨落也加大。
这些因素都使电子运动的自由称减小，散射几率增加而导致电阻率增大而对半导体当温度升高时，满带中有少量电子有可能被激发到上面的空带中去，在外电场作用下，这些电子将参与导电。
工程材料复习思考题(全)
工程材料复习思考题（全）《机械工程材料》复习思考题陈永泰第一章材料的性能1材料的力学性能主要存有哪些？强度，塑性，硬度，韧性及疲劳强度。
2详述低碳钢的形变－快速反应曲线（分成几个阶段，各特征点则表示什么含义）。
弹性变形阶段，屈服阶段，塑性变形阶段，颈变小阶段。
（画图）第二章材料的结构1体心立方晶格的墨排面和YCl方向各存有那些？面心立方晶格呢？{110}，<111>；{111}，<110>2与理想的晶体相比较，实际晶体在结构上有何特征？①多晶体结构；②具备晶体缺陷。
3为何晶粒越细，金属的强度、硬度越高，塑性、韧性越好？金属的晶粒越细，晶界的总面积越大，势能制约越多，必须协同的具备相同李昭道的晶粒越多，金属塑性变形的抗力越高，从而引致金属强度和硬度越高。
金属晶粒越细，单位体积内晶粒数目越多，同时参与变形的晶粒数目也越多，变形越均匀，推迟了裂纹的形成和扩展，使得在断裂前发生较大的塑性变形，在强度和硬度同时增加的情况下，金属在断裂前消耗的功增大，因而其韧性也较好，因此，金属的晶粒越细，其塑性和韧性也越好。
4名词解释：二者固溶体金属化合物固溶加强云气加强二者：金属或合金中，凡成分相同，结构相同，并与其它成分存有界面分离的光滑组成部分。
固溶体：合金中，其晶体结构与共同组成元素之一的晶体结构相同的固相称作固溶体。
金属化合物：合金中，其晶体结构与共同组成元素之一的晶体结构均不相同的固相称作金属化合物。
固溶强化：随溶质质量增加，固溶体的强度，硬度增加，塑性，韧性下降，这种现象称为固溶强化。
云气加强：即为结晶加强。
若合金中的第二相以细小云气的微粒均匀分布在基体上，则可以明显提升合金的强度，称作云气加强。
5固态合金中的相分为几类？它们是如何定义的？（提示：晶格类型）1固溶体：合金中，其晶体结构与组成元素之一的晶体结构相同的固相称为固溶体。
金属化合物：合金中，其晶体结构与组成元素之一的晶体结构均不相同的固相称为金属化合物。
(完整word版)材料物理性能复习题库
材料物理性能习题与解答材料的热学性能2-1 计算室温(298K ）及高温(1273K)时莫来石瓷的摩尔热容值，并请和按杜龙-伯蒂规律计算的结果比较。
（1） 当T=298K ，Cp=a+bT+cT —2=87。
55+14.96*10-3*298—26.68*105/2982=87.55+4.46-30。
04=61.97 *4。
18J/mol.K（2） 当T=1273K,Cp=a+bT+cT -2=87。
55+14.96＊10-3*1293—26.68＊105/12732=87.55+19。
34-1。
65=105.24*4。
18J/mol 。
K=438.9 J/mol 。
K据杜隆—珀替定律：（3Al 2O 3.2SiO 4)Cp=21*24。
94=523。
74 J/mol.K2—2 康宁1723玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：λ=0.021J/(cm.s.℃）； α=4。
6＊10-6/℃;σp=7.0Kg/mm 2.E=6700Kg/mm 2，μ=0.25。
求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。
第一冲击断裂抵抗因子：E R f αμσ)1(-= =66610*8.9*6700*10*6.475.0*10*8.9*7-=170℃ 第二冲击断裂抵抗因子：E R f αμλσ)1(-='=170＊0.021=3.57 J/(cm 。
s)2-6 NaCl 和KCl 具有相同的晶体结构,它们在低温下的Debye 温度θD 分别为310K 和230K ，KCl 在5K 的定容摩尔热容为3。
8＊10-2J/(K 。
mol ）,试计算NaCl 在5K 和KCl 在2K 的定容摩尔热容。
2-7 证明固体材料的热膨胀系数不因为含均匀分散的气孔而改变.3 材料的光学性能3—1．一入射光以较小的入射角i 和折射角r 通过一透明明玻璃板,若玻璃对光的衰减可忽略不计，试证明明透过后的光强为（1-m)2解：ri n sin sin 21=W = W’ + W'’ m WW W W m n n W W -=-=∴=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=1'1"11'22121其折射光又从玻璃与空气的另一界面射入空气则()21'"1"'"m W W m W W -=∴-= 3-2 光通过一块厚度为1mm 的透明Al 2O 3板后强度降低了15％,试计算其吸收和散射系数的总和。
材料物理思考题
材料物理思考题1、表面张力的定义。
答：表面张力也可以理解为系统增加单位面积时所需做的可逆功。
2、简述影响聚合物表面张力的因素，举例说明减少聚合物表面张力的方法。
答：（1）①温度:Guggenheim 自低分子出发 ，提出了可用于聚合物表面张力与温度关系的公式： 9/110)/1(C T T -=γγ γ0—温度为0K 时的表面张力 TC —临界温度 ②化学结构:表面张力大小主要取决于聚合物分子中的链节单元结构。
通常，非极性聚合物较极性聚合物的表面张力值低。
③分子量及其分布:聚合物分子量分布对其表面张力也有一定的影响。
聚合物中分子量小的部分会使其表面张力减小，尤其是它们有浓集于聚合物表面的趋势，从而引起表面张力γ值下降。
④高分子物态转变的影响:当聚合物从玻璃态转变为橡胶态时，其表面张力出现转折的连续性变化，而结晶－熔融转变过程中的表面张力变化具有非连续性。
在两力学状态下的聚合物表面张力随温度变化之系数也有不同数值。
⑤共混:共混物的表面张力大小往往受其体系的相容性影响。
通常，共混物的表面张力随其相容性的减小而增加。
⑥添加剂:低表面能添加剂具有降低聚合物表面张力的作用。
（2）3、解释聚合物表面组成、形态与内部不同的原因。
答：因为材料内部原子受到周围原子的相互作用是相同的，而处在材料表面的原子所受到的力场却是不平衡的因此材料的表面与其内部本体，无论在结构上还是化学组成上都有明显的差别。
5、什么是粉体活性。
答：粉体的活性是指组成粉体颗粒的各种质点（分子、原子、离子）的活动性。
即指质点脱离粉体颗粒中各种结合键的束缚，进入“自由”空间的能力。
6、粉体的尺寸是怎样划分的，决定它大小的因素是什么？答：通常将颗粒尺寸为150~500μm 的粉体称为粗粉体；40~150μm 的称为中等粉体；10~40μm 的称细粉体；0.5~10μm 的称为极细粉体；0.5μm 以下的则是超细粉体。
7、粉体具有什么样的聚集态特征。
材料物理性能课后习题答案汇总
材料物理性能习题与解答目录1 材料的力学性能 (2)2 材料的热学性能 (12)3 材料的光学性能 (17)4 材料的电导性能 (20)5 材料的磁学性能 (29)6 材料的功能转换性能 (37)1材料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。
解：根据题意可得下表由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。
1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm ，受到应力为1000N 拉力，其杨氏模量为3.5×109 N/m 2，能伸长多少厘米?解：拉伸前后圆杆相关参数表体积V/mm 3直径d/mm圆面积S/mm 2拉伸前 1227.2 2.5 4.909 拉伸后 1227.2 2.4 4.524 1cm 10cm40cmLoad Load)(0114.0105.310101401000940000cm E A l F l El l =⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⋅=∆-σε0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =⨯==-σ名义应力0851.0100=-=∆=AA l l ε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =⨯==-σ真应力1-3一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。
解：根据 可知：1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。
证：1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。
若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。
材料物理性能习题与思考题-引言与电学性能概述部分
材料物理性能习题与思考题——课程引言与电学性能概述部分1、处理材料性能问题，从材料专业技术人员角度出发，可以遵循的共性思路或方法包含那几个步骤或者组成部分？各自的内容要点是什么？2、材料电学性能如何界定其涵盖范围的？3、按照材料对于外部作用的响应过程中状态发生的变化出发，材料电学性能粗略分成哪些类型？4、材料电学性能目前包含哪些内容(或者说可以细分为哪些具体的性能)？请对这些性能按照材料性能定义中作用因素和响应(响应的状态变化)的对应关系进行归纳总结(确定各自的涵盖面)。
5、材料电学性能与传感技术有何关系？说明其原因。
6、举例说明双作用因素下材料的电学性能表现。
能说明其具体应用吗？7、归纳总结固体材料的Hall效应。
请注意条理性和完整性。
8、请就材料电学性能的某个方面(除导电性和介电性外)，查阅文献资料，对其进行总结。
要求包含性能的现象、重要规律、所涉及的材料和应用，在此基础上分析讨论微观机理，并展开对材料制备方面的分析讨论。
(综合型大作业题目。
第五周前提交。
)9、传感技术是自动控制的基础。
非电量的电测技术是传感技术的重要组成部分。
为此，需要特殊的材料将非电量转变成电量，也就是具有特殊电学性能的材料是实现这种转变的关键材料。
目前，人们能够将哪些非电量转变成电量？将力、电磁辐射、磁场、温度等物理量转变成电量应当分别是哪些特殊电学性能的材料？查阅资料(以教科书和学术专著为主)，找出一些代表性的材料。
10、能够将电磁辐射转变成电信号进行检测的材料，按照材料性能分类有哪些类别？这些材料用于探测、记录电磁辐射有哪些实际应用？11、能够探测红外线并利用红外线成像，依赖什么特殊性能的材料？这种成像具有哪些特殊应用？12、数码技术记录图像，几乎完全替代了胶片记录。
这项技术目前主要分成CCD和CMOS两类。
请查阅资料，了解这两类技术的基本历史和目前的水平。
关注其中传感材料的情况。
13、请就数码相机的像素情况，对其中成像芯片部件的尺寸要求进行分析。
材料热学性能复习思考题
材料热学性能复习思考题一．名词解释与比较：声子，等压摩尔热容与等容摩尔热容，热应力，稳态传热与非稳态传热，抗热冲击损伤性与抗热冲击破坏性二．思考题1.材料热容随温度变化的基本规律。
见书本69页2.德拜的比热模型的基本内容。
3.材料线膨胀系数与晶体结构的关系。
对于相同组成的物质，结构紧密的晶体，膨胀系数较大。
空位引起晶体附加体积，引起膨胀系数增加。
晶体在临近熔化前，热缺陷增多，引起膨胀系数增加。
晶体各向异性引起膨胀系数各向异性，弹性模量小的方向有大的热膨胀系数。
4.材料的热膨胀性与材料的熔点的关系有何一般规律？熔点高的热膨胀系数小5.提高陶瓷材料抗热冲击断裂性的措施有哪些？1）提高材料强度σ，减小弹性模量E,使σ/E提高。
2）提高材料的热导率。
在无机材料中BeO瓷的热导率与金属相当。
3）减小材料的热膨胀系数4）降低表面散热速率5）减小产品的有效厚度。
6.釉面砖的坯体及其表面釉层的热膨胀系数要怎样设计才能改善材料的抗拉强度，说明原因。
釉的膨胀系数适当地小于坯体，制品的力学强度提高。
因为降温时产生的压应力可提高力学强度。
7.为什么金属的导热性比无机非金属材料好？固体材料在低温和常温时的热传导主要是声子传导，但对金属材料，则还有自由电子传导，且金属中自由电子传导的热传导率远大于声子，所以金属中声子的热传导可以忽略。
8.无机非金属材料在低温与高温时热传导机理的差别。
入=1/3CV v LCV:热容... v：声子运动的平均速度，L为气体分子平均自由程.温度不太高时，热传导主要靠声子，CV随温度升高增大,v变化不大，则热导率随温度升高增大；当温度升到较高时，CV随温度升高不再增大，而L随温度升高急剧减小，所以热导率将随温度升高而降低。
声子：晶格波的能量是量子化的。
对于晶格波中频率很小的波，其能量称为声子，声子是点阵波能量的最小单位。
晶格波的能量必然是单个声子能量的整数倍。
声子能量与晶格波频率ν有关，SHENG《热应力》：材料因热膨胀或收缩引起的内应力称为热应力。
材料物理习题和思考题
材料物理习题和思考题第一章 材料的电子理论1、 重要名词：自由电子近似 波函数的归一化条件 波恩－卡曼边界条件 允许波长 K 空间 状态密度 费米能 电子的费米－狄拉克统计分布 布洛赫定理 近自由电子近似 能带 允带 禁带 紧束缚近似 布拉格定律 布里渊区 等能面 费米面 费米球 电子密度泛函2、说明自由电子近似的基本假设。
在该假设下，自由电子在一维金属晶体中如何分布？电子的波长、能量各如何分布？3、何谓K 空间? K 空间中的（2，2，2）和（1，1，3）两点那个代表的能级能量高？4、何谓状态密度？状态密度与电子能量是何种关系？5、用公式1k exp 1F +⎟⎠⎞⎜⎝⎛=T E-E f(E)解释左图的自由电子在0K 和T K时的能量分布，并说明T 改变时该能量分布如何变化。
6、说明的物理意义，并简要说明为什么在讨论左图的电子能量分布时不考虑和的区别？F E 0F E F E 7、近自由电子假设和自由电子假设中电子所处的势场有何区别？前者的主要假设是什么？8、画出自由电子近似和近自由电子近似下的E-K 曲线，并说明他们的区别，解释能带的概念。
9、从左图说明能带产生的原因。
10、什么是布里渊区？给出一维K 空间前三个布里渊区的范围，注意其特点。
将一维布里渊区的特点推广到二维、三维的情形，他们的第一、第二、第n 布里渊区有何种关系？11、解释左下图的二维晶体布里渊区的等能线，并说明能隙和能量交叠出现的原因。
12、画图说明自由电子近似和近自由电子近似下的状态密度的异同。
13、画图说明导体、半导体、绝缘体能带结构的异同。
14、简要说明用现代电子理论进行合金设计的主要思想。
15、简要说明电子密度泛函方法的主要思想。
第二章 材料的晶态结构与缺陷1、 重要名词：晶体，非晶态，准晶体，点阵（晶格），晶胞，点阵常数（晶格常数，晶格参数），晶系，布拉菲点阵，晶向指数，晶面指数，面心立方，体心立方，密排六方，同素异构现象，合金，固溶体，间隙式固溶体，置换式固溶体，中间相，正常价化合物，电子化合物，间隙相和间隙化合物，拓扑密堆相，超结构（超点阵，有序固溶体），径向分布函数，位置矢径分布函数，陶瓷，特种陶瓷，硅氧四面体，岛状结构，组群状结构，链状结构，层状结构，架状结构，低维材料，吸附，物理吸附，化学吸附，解吸，凝结，临界晶核，稳定晶核，多晶体，外延生长，同质外延，异质外延，错配度，晶体缺陷，化学缺陷，点阵缺陷，点缺陷，线缺陷，面缺陷，空位和间隙原子，空位形成能，辐照损伤，位错，柏氏矢量，刃型位错，螺型位错，混合型位错，晶界，小角度晶界，大角度晶界，过冷液体模型，小岛模型，重合位置点阵模型，重合位置密度，孪晶，孪晶界，共格界面，非共格界面，外表面，清洁表面，实际表面，表面弛豫，表面重构，相界，2、晶体为何有各向异性？3、在晶胞中画出下列晶面和晶向：[111],[110], [111], [011], [120];(111), (110), (225), (101), (210)4、在图上标出下列晶向和晶面的指数5、计算面心立方和体心立方结构的致密度，画出其任意原子的配位原子，比较两种结构的区别。
材料物理性能测试思考题答案之欧阳理创编
有效电子数：不是所有的自由电子都能参与导电，在外电场的作用下，只有能量接近费密能的少部分电子，方有可能被激发到空能级上去而参与导电。
这种真正参加导电的自由电子数被称为有效电子数。
K状态：一般与纯金属一样，冷加工使固溶体电阻升高，退火则降低。
但对某些成分中含有过渡族金属的合金，尽管金相分析和Ｘ射线分析的结果认为其组织仍是单相的，但在回火中发现合金电阻有反常升高，而在冷加工时发现合金的电阻明显降低，这种合金组织出现的反常状态称为K状态。
X射线分析发现，组元原子在晶体中不均匀分布，使原子间距的大小显著波动，所以也把K状态称为“不均匀固溶体”。
能带：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩展为能带。
禁带：允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。
价带：原子中最外层的电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带。
导带：价带以上能量最低的允许带称为导带。
金属材料的基本电阻：理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关，可以看成为基本电阻，基本电阻在绝对零度时为零。
残余电阻(剩余电阻)：电子在杂质和缺陷上的散射发生在有缺陷的晶体中，绝对零度下金属呈现剩余电阻。
这个电阻反映了金属纯度和不完整性。
相对电阻率：ρ (300K)／ρ (4.2K)是衡量金属纯度的重要指标。
剩余电阻率ρ’：金属在绝对零度时的电阻率。
实用中常把液氦温度(4.2K)下的电阻率视为剩余电阻率。
相对电导率：工程中用相对电导率( IACS%) 表征导体材料的导电性能。
把国际标准软纯铜(在室温20 ℃下电阻率ρ= 0 .017 24Ω·mm2/ m)的电导率作为100% , 其他导体材料的电导率与之相比的百分数即为该导体材料的相对电导率。
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材料物理性能复习思考题汇总
第一章绪论及材料力学性能
一．名词解释与比较
名义应力:材料受力前面积为A,则δ。
=F/A,称为名义应力
工程应力：材料受力后面积为A。
，则δT =F/A。
，称为工程应力
拉伸应变：材料受到垂直于截面积方向大小相等，方向相反并作用在同一条直线上的两个拉伸应力时发生的形变。
剪切应变：材料受到平行于截面积大小相等，方向相反的两个剪切应力时发生的形变。
结构材料：以力学性能为基础，以制造受力构件所用材料
功能材料：具有除力学性能以外的其他物理性能的材料。
晶须：无缺陷的单晶材料
弹性模量：材料发生单位应变时的应力
刚性模量：反映材料抵抗切应变的能力
泊松比：反映材料横向正应变与受力方向线应变的比值。
（横向收缩率与轴向收缩率的比值）
形状因子：塑性变形过程中与变形体尺寸，工模具尺寸及变形量相关参数。
平面应变断裂韧性：一个考虑了裂纹尺寸并表征材料特征的常数
弹性蠕变：对于金属这样的实际弹性体，当对它施加一定的应力时，它除了产生一个瞬时应变以外，还会产生一个随时间而变化的附加应变（或称为弛豫应变），这一现象称为弹性蠕变。
蠕变：在恒定的应力δ作用下材料的应变随时间增加而逐渐增大的现象
材料的疲劳：裂纹在使用应力下，随着时间的推移而缓慢扩展。
应力腐蚀理论：在一定环境温度和应力场强度因子作用下，材料中关键裂纹尖端处，裂纹扩展动力与裂纹扩展阻力的比较，构成裂纹开裂和止裂的条件。
滑移系统：滑移面族和滑移方向为滑移系统
相变增韧：利用多晶多相陶瓷中某些相成分在不同温度的相变，从而增韧的效果，统称相变增韧
弥散强化：在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细粉料，达到增韧效果，这称为弥散增韧
屈服强度：屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力
法向应力：导致材料伸长或缩短的应力
切向应力：引起材料切向畸变的应力
应力集中：受力构件由于外界因素或自身因素导致几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。
二．思考题
结晶学基础综合思考题：
1.底心格子有几个基本质点？各质点的坐标是什么？
10个基本质点，坐标（0,0,0)(0,0,1)(0,1,0)(1,0,0)(1,0,1)(1,1,0)(0,1,1）（1/2，1/2，0)(1/2，1/2，1)(1，1，1)
2.如何理解材料的疲劳？试利用应力腐蚀理论解释之。
材料裂纹在使用应力下，随着时间的推移而缓慢扩展，这种缓慢扩展的结果是裂纹尺寸逐渐增大，一旦达到临界尺寸就会失稳而破坏，也就是说材料的断裂强度取决于时间。
应力腐蚀理论解释：
3.提高陶瓷材料抗热冲击断裂性的措施有哪些？
相变增韧，微裂纹增韧，弥散增韧
4.提高无机非金属材料的强度与韧性的方法有哪些？
5.阐述固体材料发生塑性形变的一般机理与影响因素。
6.论述为什么无机材料的延展性不如金属材料？
7.何谓脆性材料断裂强度的体积效应？解释原因。
8.晶体的各向异性性质有否例外，举例说明。
9.脆性材料破坏的临界应力公式有哪些？它们说明什么问题。
第二章材料热学性能
一．名词解释与比较：
声子，等压摩尔热容与等容摩尔热容，热应力，稳态传热与非稳态传热，抗热冲击损伤性与抗热冲击破坏性
二．思考题
10.材料热容随温度变化的基本规律。
11.德拜的比热模型的基本内容。
12.材料线膨胀系数与晶体结构的关系。
13.材料的热膨胀性与材料的熔点的关系有何一般规律？
14.提高陶瓷材料抗热冲击断裂性的措施有哪些？
15.釉面砖的坯体及其表面釉层的热膨胀系数要怎样设计才能改善材料的抗拉强度，说明原
因。
16.为什么金属的导热性比无机非金属材料好？
17.无机非金属材料在低温与高温时热传导机理的差别。
18.论述材料热应力的几种来源。
第三章材料的光学性能
一．名词解释与比较：
瑞利散射与喇曼散射，色散，折射与双折射，反射、漫反射与全反射，散射，偏振光与线偏振光,弹性散射与非弹性散射
二．思考题
19.如何理解乳浊？气孔、晶粒度如何影响材料对光波的散射？论述时需解释原因。
20.制备白色颜料时如何选材？
21.什么是双折射？晶体产生双折射的条件是什么？
22.元素离子半径，原子或离子排列的紧密程度及外加应力如何影响材料的折射率？
23.有色散的材料的折射率随入射光波长变化的一般规律是什么？
24.当光线以很小的入射角达到介质界面时，反射系数（即反射能量与入射能量之比）遵
循什么规律？
25.制备透明陶瓷的材料的折射率与双折射率有什么基本要求？为什么？
26.无机非金属材料与金属材料在吸光性上有何区别，为什么?
第四章材料电导性能
一．名词解释与比较：
载流子，电光效应，载流子迁移率，双碱效应与压碱效应，固体电解质与快离子导体，霍尔效应，电解效应，超导体，金属电阻的马西森定律（公式），空位与空穴，压敏效应，热电效应，
二．思考题
27.典型金属、无机非金属材料及半导体材料电导的载流子各是什么？论述温度的高低，杂
质的有无对三者电导性能的影响规律有何不同？试解释原因。
28.什么是热电效应？其主要应用有哪些？
29.快离子导体的电导的载流子是什么？试述温度对其电导的影响规律。
30.推导出材料电导σ与载流子数量n,载流子荷电量q及载流子迁移率μ的关系式。
31.电属电阻的产生机制及离子导体电导的产生机制各是什么？
32.论述离子类载流子电导中本质导电与杂质导电的含义，二者随温度升高的变化规律有何
不同？为什么？
33.P型半导体是杂质半导体还是本征半导体，其导电时的载流子主要是什么？
34.超导体的三大指标是什么？
35.为什么绝缘陶瓷在烧制过程中要保持还原气氛？
36.热电效应有哪些主要应用，试举例说明。
第五章材料的磁学性能
一．名词解释与比较：
顺磁性与抗磁性，超顺磁性，铁氧体，磁畴，技术磁化与自发极化，巨磁电阻效应，磁滞回线，剩余磁化，饱和磁化强度，反铁磁性，正尖晶石型结构与反尖晶石型结构，铁氧体的居里点（温度）
二．思考题
37.抗磁性与顺磁性的物理本质各是什么？材料具有抗（顺）磁性的条件如何？
38.顺磁性材料的磁化率与温度有何关系，试用热力学规律进行解释。
39.为什么铁磁性材料有剩余磁化而顺磁性材料没有？试从磁化机理角度加以解释。
40.铁芯损耗包括哪些？涡流损耗的机理和减失涡流损耗的一般措施。
41.为什么铁氧体适合用作软磁材料？铁磁性材料的晶体定向、晶内杂质及晶粒度如何影响
软磁材料的磁学性能？
42.指出电子轨道磁矩，电子自旋磁矩和原子核磁矩的差异，其中哪种磁矩最重要？
43.描述技术磁化过程，并与磁化曲线的特征相关联。
44.分别指出软磁材料与硬磁材料的性能特点及应用特点。
45.为什么铁氧体通常是亚铁磁性材料而非铁磁性材料？
46.超顺磁性及其产生的原因。
第六章材料的功能转换性能
一．名词解释与比较：
铁电体与铁氧体，热电性与热释电性，电畴与磁畴，（电）介质损耗，压电效应与压敏效应，电光效应与光电效应，自发磁化、技术磁化与自发极化，铁电性与反铁电性，巨磁电阻效应，
磁滞回线与电滞回线，剩余极化与剩余磁化，饱和极化强度与饱和磁化强度，反铁电性与反铁磁性，正尖晶石型结构与反尖晶石型结构，空间电荷极化，取向极化，驰豫极化，位移极化，介电强度，形状记忆合金，居里区与居里点，铁电体与铁氧体的居里点（温度）二．思考题
47.电介质在电场中的极化的微观机制及其分类与特点。
48.介电常数随负载的交流电频率变化有何规律，为什么？
49.碱金属离子、双碱效应及压碱效应对材料介电性能的影响如何，试述原因。
50.普通电介质、压电体，热释电体和铁电体的相互包含关系是怎么样的？其中压电性，热
释性和铁电性的产生对晶体结构有何要求？
51.为何压电陶瓷需要预极化而压电晶体不需要？
52.压电性与热释电性比较。