无机材料物理性能_完美版
无机材料物理性能
⽆机材料物理性能⼀、填空题1、形变的弹性常数：弹性模量E、弹性常数K、2、塑性形变类型：滑移和孪晶。
3、位错运动的类型：滑移和位错攀移、混合位错。
4、弹性模量测定纵波，剪切模量测定横波。
5、材料的强度取决于裂纹的尺⼨，其依据是格⾥菲斯微裂纹理论。
6、同⼀种材料：抗压强度⼤于抗弯强度抗拉强度。
7、引起裂纹的原因：①晶体微观结构中存在缺陷；②材料表⾯的机械损伤与化学腐蚀；③热应⼒形成裂纹；④⽓体逸出形成裂纹，⑤内部和表⾯的温差引起热应⼒，导致裂纹；⑥温度变化时有晶形转变和材料会因体积变化⽽引起裂纹。
8、影响强度的外界因素：使⽤温度、应⼒、⽓氛、式样的形状⼤⼩；内在因素（本质因素或性能因素）弹性模量、热膨胀系数、导热性、断裂能。
9、对同⼀种材料颗粒越⼩，强度越⾼，其原因是尺⼨效应。
10、增韧材料的理论：裂纹尖端的应⼒再分配，延缓裂纹扩展速率，增加裂纹扩展阻⼒；采取措施：①增韧相；②形变增韧；③纤维增韧。
11、两种振动：简谐和⾮简谐振动；解释热膨胀：⾮简谐振动。
12、热导率组成、结构越复杂，热导率越低。
⽐较三氧化⼆铝、镁铝尖晶⽯、莫来⽯、氧化铝的热导率：氧化镁>三氧化⼆铝>尖晶⽯>莫来⽯、纯净物>含杂质的、⽯英玻璃>软玻璃。
13、⾦刚⽯热导率⾼的原因：原⼦量⼩、密度⼩、化学键是共价键，结合⼒⼤，弹性模量⼤，故声⼦的平均⾃由程⼤和运动速率快，根据λ=Cv×V×1/3可知热导率极⾼。
14、热传导：光⼦、声⼦、电⼦导热。
声⼦在运动中受到散射的机制：声⼦和声⼦间碰撞，声⼦声⼦-晶界，声⼦-位错，声⼦-点缺陷。
导热率：⾦属>冰>有机物。
15、热膨胀系数：有机物>⾦属>冰。
热膨胀系数⽤⾮简谐振动解释。
16、导电的载流⼦:（电⼦，离⼦）/（电⼦、正负离⼦、空⽳）。
17、⽆机⾮⾦属材料考虑表⾯电阻的原因：其体积⼩，表⾯积⼤，表⾯电阻占优势。
18、薄膜为什么考虑表⾯电阻：体积⼩，表⾯积⼤。
无机材料物理性能第一章
无机非金属材料2010级
材料学
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正在发展中的几类材料：
•高温超导材料：高临界温度低（零）电阻材料
•中间化合物：两种或两种以上金属或类金属所形成的化合物 。
•功能陶瓷：光纤维，介电，光电，磁性材料 •特种高温结构材料：高温陶瓷，高分子材料
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围绕材料内部的一点P取一体积单元，体积元的六个面均垂直 于坐标轴x,y,z。在这六个面上的作用应力可分解为法向应力σxx， σyy，σzz和剪应力τxyτyz，τzx等，如图1.2。
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每个面上都有一个法向应力σ和两个剪应力τ。应力分量σ和τ 的下标第一个字母表示应力作用面的法线方向，第二个字母表示应 力作用的方向。
法向应力若为拉应力，则规定为正；若为压应力，则规定为负
。 剪应力分量的正负规定如下： 如果体积元任一面上的法向应力与坐标轴的正方向相同，则该 面上的剪应力指向坐标轴的正方向者为正；如果该面上的法向应力 指向坐标轴的负方向，则剪应力指向坐标轴的负方向者为正。根据 上述规定，图1.2上所表示的所有应力分量都是正的。 根据平衡条件，体积元上相对的两个平行面上的法向应力应该 是大小相等、正负号一样。 作用在体积元上任一平面上的两个剪应力应该互相垂直。根据 剪应力互等定理，τ xy=τ yx，余类推。故一点的应力状态由六个应力 分量决定，即σ xx,σ yy,σ zz和τ xy，τ yz，τ zx。
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无机材料物理性能无机材料是指不含有碳元素的材料，包括金属、陶瓷、玻璃等。
这些材料在工程和科学领域中具有广泛的应用，其物理性能对于材料的选择和设计具有重要意义。
本文将就无机材料的物理性能进行探讨。
首先，无机材料的物理性能包括密度、硬度、熔点、导热性、电性能等多个方面。
其中密度是指单位体积内的质量，硬度是材料抵抗外力的能力，熔点是材料从固态到液态的转变温度，导热性是材料传导热量的能力，电性能是材料导电、绝缘的特性。
这些性能直接影响着材料的使用性能和加工工艺。
其次，金属材料通常具有较高的密度和硬度，良好的导热性和电性能。
这使得金属材料在结构件、导电元件等方面有着广泛的应用。
而陶瓷材料则具有较高的硬度和熔点，优异的绝缘性能，因此在耐磨、绝缘等方面有着重要的作用。
玻璃材料则具有较低的密度和熔点，优良的透光性和化学稳定性，被广泛应用于光学器件和化学容器等领域。
再次，无机材料的物理性能受其晶体结构、化学成分等因素的影响。
例如，金属材料的晶体结构多为紧密排列的金属原子，因此具有良好的导热性和电性能；陶瓷材料的晶体结构多为离子键或共价键，因此具有较高的硬度和熔点；玻璃材料则是非晶态结构，因此具有较好的透光性和化学稳定性。
最后，随着科学技术的不断发展，人们对无机材料物理性能的研究也在不断深入。
通过调控材料的晶体结构、化学成分等手段，人们可以改善材料的物理性能，拓展其应用领域。
例如，通过合金化、热处理等工艺手段，可以提高金属材料的硬度和强度；通过掺杂、烧结等工艺手段，可以改善陶瓷材料的导电性能；通过控制成分、制备工艺等手段，可以改善玻璃材料的光学性能。
综上所述，无机材料的物理性能对于材料的选择和设计具有重要意义，其性能受晶体结构、化学成分等因素的影响，通过工艺手段可以改善和拓展其应用领域。
希望本文的内容能够对无机材料的物理性能有所了解，并对相关领域的研究和应用提供一定的参考。
无机材料物理性能知识归纳总结（超详细）（精华版）
第一章物理基础学问与理论物理性能本质：外界因素（作用物理量）作用于某一物体，如：外力，温度梯度，外加电场磁场，光照等，引起原子，分子或离子及电子的微观运动，在宏观上表现为感应物理量，感应物理量与作用物理量呈肯定的关系，其中有一与材料本质有关的常数——材料的性能；晶体结构：原子规章排列，主要表达是原子排列具有周期性，或者称长程有序；非晶体结构：不具有长程有序；点阵：晶体内部结构概括为是由一些相同点子在空间有规章作周期性无限分布，这些点子的总体称为点阵；晶体由（基元）沿空间三个不同方向，各按肯定的距离（周期性）地平移而构成，（基元）每一平移距离称为周期；晶格的共同特点是具有周期性，可以用（原胞）和（基失）来描述；分别求立方晶胞，面心晶胞和体心晶胞的原胞基失和原胞体积？（1）立方晶胞：（2）面心晶胞（3）体心晶胞晶体格子（简称晶格）：晶体中原子排列的详细形式；晶列的特点：（1）一族平行晶列把全部点包括无遗；（2）在一平面中，同族的相邻晶列之间的距离相等；多个晶列，其中每一晶列都有一族平行的晶列与（3）通过一格点可以有无限之对应；（4 ）有无限多族平行晶列；晶面的特点：（1）通过任一格点，可以作全同的晶面与一晶面平行，构成一族平行晶面. （2）全部的格点都在一族平行的晶面上而无遗漏；（3）一族晶面平行且等距，各晶面上格点分布情形相同；（4）晶格中有无限多族的平行晶面；格波：晶体中的原子在平稳位置邻近的微振动具有波的形式；色散关系：晶格振动谱，即频率和波矢的关系；声子：晶格振动的能量是量子化的，晶格振动的量子单元称作声子，声子具有能量. ，与光子的区分是不具有真正的动量，这是由格波的特性打算的；声学波与光学波的区分：前者是相邻原子的振动方向相同，波长很长时，格波为晶胞中心在振动，可以看作连续介质的弹性波；后者是相邻原子的振动方向相反，波长很长时，晶胞中心不动，晶胞中的原子作相对振动；德布罗意假设:一切微观粒子都具有波粒二象性；其次章无机材料的受力形变简述正应力与剪切应力的定义.正应力是作用于单位面积上的力；剪切应力是作用于平面内的力；正应力引起材料的伸长或缩短，剪应力引起材料的畸变，并使材料发生转动；塑性：使固体产生变形的力，在超过该固体的屈服应力后，显现能使该固体长期保持其变形后的外形或尺寸，即非可逆性能；晶体塑性形变的机理是什么？原子尺度变化说明塑性形变：当构成晶体的一部分原子相对于另一部分原子转移到新平稳位置时，晶体显现永久形变，晶体体积没有变化，仅是外形发生变化；影响塑性形变的因素有哪些？并对其进行说明；影响塑性形变的因素主要有晶体结构和键型；（1）本征因素：晶粒内部的滑移系统相互交截，晶界处的应力集中，晶粒大小和分布；（2）外来因素：杂质在晶界的弥散，晶界处的其次相，晶界处 的气孔；屈服应力： 当外力超过物体弹性极限， 达到某一点后， 在外力几乎不增加的情形 下，变形突然加快，此点为屈服点，达到屈服点的应力；滑移： 晶体的一部分相对另一部分平移滑动；产生滑移的条件：（1）面间距大；（2）每个面上是同一种电荷的原子，相对滑动 面上的电荷相反；（3）滑移矢量（柏格斯矢量）小；滑移系统包括（ 滑移方向 ）和（ 滑移面 ），即滑移按肯定的晶面和方向进行； 滑移方向与原子最密积累的方向一样，滑移面是（ 原子最密积累面）； 蠕变机理分为两大类 ：（1）（晶界机理 ）---多晶体的蠕变；（2）（ 晶格机理 ）--- 单晶蠕变，但也可能掌握着多晶的蠕变过程；影响蠕变的因素：外界环境中的 温度和应力， 晶体的组成 ，显微结构中的 气孔 ， 晶粒 和玻璃相；键结合的材料中， 哪一种材料的弹性模量大？为什么？ 共价键，离子键结合的材 料中，结合力很强，故弹性模量就较大；而分子键结合力弱，由此键和的材料弹 性模量就很低；2-1. 一圆杆的直径为 2.5 mm ，长度为 25cm 并受到 4500N 的轴向拉力，如直径 拉细至 ，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，并比较争论这些运算结果；解：依据题意可得下表 拉伸前后圆杆相关参数表体积 V/mm 直径 d/mm 圆面积S/mm 3 2拉伸前 拉伸后 F Al 1 ln l 0 F A 0 l l 0 4500 4.524 10 真应力 995(MPa )T 6 2A 0 A ln 真应变 lnT 24500名义应力 917( MPa)610 A 0A 名义应变 1由运算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变；2-2. 一试样长 40cm,宽 10cm,厚 1cm ，受到应力为 1000N 拉力，其杨氏模量为 9 2 ，能伸长多少厘米 .×10 N/m 解： 40cm1cmLoad10cm Load FA 0 l 0E 1000 40l l l 0.0114(cm)0 0 4 9 E 1 10 10 10 第三章 无机材料的脆性断裂强度 ：材料的强度是抗击外加负荷的才能；屈服极限 ：在外力作用下，材料发生弹性形变；当应力足够大，材料便开头发生 塑性形变，产生塑性形变的最小应力称为屈服应力（屈服极限） ；脆性断裂 ：材料受力后， 将在低于其本身结合强度的情形下作应力再安排； 当外 加应力的速度超过应力再安排的速率时，发生断裂；解决材料强度的理论： 1. 位错理论：微观上抓住位错缺陷，阐明塑性形变的微 观机理； 2. 断裂力学：宏观上抓住微裂纹缺陷（脆性断裂的主要根源） ；位错运动对材料有哪两方面的作用？ 引起塑性形变，导致应力放松和抑制裂纹扩 展；位错运动受阻，导致应力集中和裂纹成核；理论断裂强度的推导过程？格里菲斯微裂纹理论： 格里菲斯认为实际材料中总存在很多细小的裂纹或缺陷， 在外力作用下， 这些裂纹和缺陷邻近就产生应力集中现象， 当应力达到肯定程度 时，裂纹就开头扩展而导致断裂；影响强度的因素有哪些？内在因素：材料的物性，如：弹性模量，热膨胀系数，导热性，断裂能；显微结构：相组成，气孔，晶界（晶相，玻璃相，微晶相） ，微裂纹（长度，尖 端的曲率大小）；外界因素：温度，应力，气氛环境，式样的外形大小，表面；工艺因素：原料的纯度，降温速率；晶体微观结构中存在缺陷： （ a ） 位错组合 ；（ b ） 晶界障碍 ；（c ）位错交截 ； 蠕变断裂： 多晶材料在高温顺恒定应力作用下，由于形变不断增加而导致断裂； 蠕变断裂的理论： 1. 黏性流淌理论：高温下晶界发生粘性流淌，在晶界交界处 产生应力集中，并且使晶界交界处产生裂纹，导致断裂； 2. 空位聚积理论：在 应力及热波动作用下，晶界上空位浓度增加，空位大量聚积，形成裂纹，导致断 裂；裂纹有三种扩展方式： (I) 张开型 ，(II) 错开型 ，(III) 撕开型 ；什么是亚临界裂纹扩展？ 在使用应力的作用下， 不是发生快速失稳扩展， 而是随 着时间的推移缓慢扩展；材料的脆性有哪些特点？ 脆性是无机材料的特点； 它间接地反映材料较低的抗机 械冲击强度和较差的抗温度聚变性； 脆性直接表现在 :一旦受到临界的外加负荷， 材料的断裂就具有爆发性的特点和灾难性的后果； 脆性的本质是缺少五个独立的 滑移系统， 在受力状态下难于发生滑移使应力放松； 显微结构的脆性根源是材料 内部存在裂纹，易于导致高度的应力集中；维氏硬度：（公式及各个物理量的含义）？（自己总结）2 1，求融熔石英的理论结合强度，设估量的表面才能为 ; Si-O 的平稳原 -8 子间距为 1.6*10 cm; 弹性模量从 60 到 75Gpa ？9 E a (60 ~ 75) * 10 *= 25.62 ~th 10 * 10 2 2，融熔石英玻璃的性能参数为： E=73 Gpa ；γ J/m ；理论强度 σth=28 Gp a ； 如材料中存在最大长度为 2μm 的内裂，且此内裂垂直于作用力方向，运算由此 导致的临界断裂强度；2c=2μm c=1*10 m-6 9 2 * 73*10 *2 E c =c 6 3.14* 1* 10 3，有一构件，实际使用应力为 ，有两种钢待选：甲钢 σys a ， K IC =45MP a · m1/2σys a ，K IC =75MP a · m1/2乙钢待选钢的几何外形因子，最大裂纹尺寸为1mm；试依据经典强度理论(安n=σys/σ与)断裂强度理论K IC =Yσc C-1/2 进行挑选，并对结果进行说明；（书全系数上例题自己总结）4，一陶瓷零件上有一垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：（1）2mm;(2)0.049mm;(3)2 μm,分别求上述三种情况下的临界应力；设此材料的断裂韧性为2；争论讲结果；已知此情形下零件的几何外形因子为；解：KIK I Y c1 / 2=c3(1) c=2mm, 2 * 10c3(2) c=0.049mm, 0.049* 10c6(3) c=2μm, / 2* 10c第四章无机材料的热性能如原子在高能级和低能级间满意辐射跃迁挑选定就，就对于大量的这种原子来说，将同时存在光的自发辐射，受激吸取和受激辐射；热振动：实际上晶体点阵中的质点（离子，原子）总是环围着各自的平稳位置附近作微小振动；热容：物体在温度上升1K 时所吸取的热量称作该物体的热容；杜隆-珀替定律：恒压下元素的原子热容等于25J/(K ·mol)；杜隆-珀替定律在高温时与试验结果符合得很好，但在低温时，热容的试验值并不是一个恒量，随温度降低而减小，在接近肯定零度时，热容值按T3 的规律趋于零；徳拜定律：说明当温度T 趋于0K 时，热容C V 与T3 成比例地趋于零；在低温下，德拜模型与试验结果符合很好；热膨胀：物体的体积或长度随着温度的上升而增大的现象；6，线膨胀系数α与体膨胀系数β有何关系？运算：⑴假如是立方体；⑵各项异性的晶体；略去线膨胀系数α与体膨胀系数β的高次项；（自己总结）固体材料热膨胀机理：晶格振动中质点间的作用力，是非线性的；即作用力并不简洁的与位移成正比；温度越高，平稳位置向右移动越多，晶体膨胀；热传导 ：当固体材料一端的温度比另一端高时， 热量就会从热端自动地传向冷端 的现象；固体的传热机理： 固体中质点只在平稳位置邻近做微振动， 固体的导热主要是晶 格振动的格波和自由电子的运动实现的； ⑴金属主要靠自由电子来传热； ⑵非金 属材料，自由电子很少， 主要靠晶格振动来传递热量； 将声频波的量子称为声子； 把格波的传播看成是质点 -声子的运动；格波与物质的相互作用，就懂得为声子 和物质的碰撞； 格波在晶体中传播时遇到的散射， 就懂得为声子同晶体质点的碰 撞；抱负晶体中的热阻，就懂得为声子与声子的碰撞；影响热导率的因素： 温度 ，晶体机构 ， 气孔；热稳固性（抗热震性） ：是指材料承担温度的急剧变化而抗击破坏的才能；包括 抗热震断裂性 和抗热震损耗性 两种类型： 材料在热冲击下发生瞬时断裂， 抗击这 类破坏的性能为抗热震断裂性；在热冲击循环作用下，材料表面开裂，剥落，并 不断进展，以致最终碎裂或变质而损坏， 抗击这类破坏的性能称为抗热震损耗性； 试比较石英玻璃， 石英多晶体和石英单晶热导率的大小， 说明产生差异的缘由？ ① 单 晶 多 晶 玻 璃②与单晶相比，多晶体中晶粒尺寸小，晶界多，晶界处杂质多，声子简洁受到散 射，其平均自由程小得多，故其热导率比单晶的小；与晶体相比，玻璃中声子平 均自由程由于玻璃远程无序使之较小，因而，玻璃的热导率比晶体的小；4-1，康宁 1723 玻璃（硅酸铝玻璃）具有以下性能参数： λ =0.021J/(cm .℃s . ); 第一及其次热冲击断 -6 2 2 α =4.6*10 /℃ ; 裂抗击因子；；E=6700Kg/mm ; μ 5求. σp (1 E)f 第一冲击断裂抗击因子： R 6 7 * * 10 *= 6 64.6 * 10 * 6700 * 9.8 * 10 =170℃(1 E)f 其次冲击断裂抗击因子： R J/(cm.s)o o 4-2，一根 1m 长的 Al2O3 炉管从室温 (25 C)加热到 1000 C 时，假使在此过程 10-6 o 中，材料的热膨胀系数为 mm/(mm. C) ，运算管的膨胀量是多少？ 解：依据公式，有：l l 0 T6 o o 10 mm/(mm C)) (1m) (1000 25) C第五章 无机材料的光性能可见光是电磁辐射波谱的波长在 400nm 到 700nm 范畴的一个波段； 光从材料 1 传入材料 2 时的折射定律？折射率的色散： 材料的折射率 n 随入射光频率 v 的减小（或波长的增加） 而减小 的性质；玻璃，陶瓷，非均相高聚物等电介质材料，对可见光具有良好的 透过性 ；其原 因是它们的 价电子 所处的价带是 填满 的，除非电子吸取 光子跃迁到导带，否 就不能自由运动；5，设有一块厚度为 x 的平板材料 ( 如图 ) ，入射光的强度为 I 0 ，通过此材 料后光强度为 I ’； 试分析其光的吸取规律？6，例：已知 NaCl 的 Eg ＝ 9.6eV ，试求其吸取峰波长？10-34J h 为普朗克常数 s,=3 108 m / sc 为光速 10-19 J8一个电子伏特为 1.602 34 hc E g 10 3 10 71.29 10 m19 9.6 10 m7，光通过一个透亮陶瓷片时，其发生在左侧和右侧界面时间强的变化？设反射 系数为 m ，吸取系数为 α与散射系数为 S ；入射光为 I 0 ,2n 21 n 21 11 陶瓷左侧表面的反射光缺失为 L mI I 1 0 0透进材料中的光强度为 I 0 1-m光穿过厚度为 x 的陶瓷后， x Sx消耗了吸取缺失 和散射缺失 I 0e I 0 e +S x 光到达材料右侧表面时，光强度剩下 再经表面，一部分反射进材料中： ；I 0 1-m e + S xI 0m 1-m e2 I I 0 1-m e +S x另一部分传至右侧空间，光强为： Al 2O 3 板后强度降低了 15% ，试运算其吸取 8，光通过一块厚度为 和散射系数的总和；1mm 的透亮 解:( s) xI I 0 eI( s) x ( s)e e I 01s 10 ln 9，一入射光以较小的入射角 i 和折射角 r 通过一透亮明玻璃板 ,如玻璃对光的衰 减可忽视不计 ,试证明明透过后的光强为 (1-m)2；sin isin r解： n 21 2W ' W = W ’ + W ’’W W"W n 21 n 21 1 1W 'W m1 1 m其折射光又从玻璃与空气的另一界面射入空气就 W" ' W" W" 'W 21 m 1 m 影响材料透光性的因素主要有： 反射系数，吸取系数，散射系数；无机材料的颜色着色剂有： 分子着色剂，胶态着色剂，着色化合物；配制陶瓷乳浊釉时，需要挑选乳浊剂，有 PbO ，TiO 2 和 ZrSiO 4 三种氧化物可供 挑选，它们的折射率 n 依次分别为 ，2.50 和 ，你将挑选哪一种？为什么？挑选硅酸锆作乳浊剂；由于氧化铅会熔解，氧化钛因膨胀系数太大与陶瓷釉不适应，故只能选硅酸锆；第六章无机材料的电导载流子：具有电荷的自由粒子，在电场作用下可产生电流；金属导体中的载流子是无机材料载流子可以是自由电子；电子( 负电子，空穴) ，称为电子电导；也可以是离子( 正，负离子，空位) ，称为离子电导；离子电导分类和玻璃导电机理？离子电导可分为两类：本征电导和杂质电导；玻璃的离子电导是由于某些离子在结构中的可动性所至；霍尔效应：电子电导的特点是具有霍尔效应；沿试样x 轴方向通入电流，Z 轴方向加一磁场，那么在y 轴方向将产生一电场，这一现象称为霍尔效应；利用霍尔效应可检查材料是否存在电子电导；为什么利用霍尔效应可以检验材料是否是存在电子电导？霍尔效应的产生是由于电子在磁场作用下，产生横向移动的结果，离子的质量比电子大的多，磁场作用力不足以使离子产生横向位移，因而纯离子电导不呈霍尔效应；利用霍尔效应可检验材料是否存在电子电导；试述随温度的上升，玻璃电导率快速增加的缘由；答：（1）玻璃体的结构比晶体疏松，碱金属离子能够穿过大于其原子大小的距离而迁移，同时克服一些势垒；（2）玻璃与晶体不同，玻璃中碱金属离子的能阱不是单一的数值，通常有一些相邻的低能位置，其间只有小的能垒，而大的势垒就发生在偶然显现的相邻位置之间，这与玻璃的结构的随机性质是一样的，故有高有低：这些位垒的体积平均值就是载流子的活化能；电解效应：离子电导的特点是存在电解效应；离子的迁移相伴着肯定的质量变化，离子在电极邻近发生电子得失，产生新的物质，这就是电解现象；可以检验陶瓷材料是否存在离子电导，并且可以判定载流子是正离子仍是负离子；影响电导率的因素：（1）温度；（2）晶体结构；（3）晶体缺陷；固体电解质：具有离子电导的固体物质称为固体电解质；电子电导的导电机制是：电子和空穴；本征电导：导带中的电子导电和价带中的空穴导电同时存在，载流子电子和空穴的浓度是相等的；它们是由半导体晶格本身供应，是由热激发产生的，其浓度与温度呈指数关系；本征半导体是具有本征电导特性的半导体；在Na2O-SiO 2 玻璃中，实行什么方法降低其电导率？答：（1）通过添加另外碱金属，并调剂外加碱金属和氧化钠的比例（2）通过添加二价金属氧化物，特殊是重金属氧化物；掺入施主杂质的半导体称为n 型半导体；掺入受主杂质的半导体称为p 型半导体；说明pn 结中的空间电荷区的形成过程？当p 型半导体与n 型半导体形成p-n 结时，由于n 型半导体的多数载流子是电子，少数载流子为空穴，相反p 型半导体的多数载流子是空穴，少数载流子为电子，因此在p-n 结处存在载流子空穴或电子的浓度梯度，导致了空穴从p 区到n 区，电子从n 区到p 区的扩散运动；对于p 区：没有电离的中性原子，空穴离开后，留下了不行动的带负电的电离受主，没有正电荷与之保持电中性，因此在p-n 结邻近p 区一侧显现了一个负电荷区（负离子阻挡n 区电子靠近）；同理，由于n 区电子走后，留下带正电的电离施主，电离的正离子阻挡p 区空穴靠近，所以集合p-n 结近n 区一侧，在p-n 结邻近n 区的一侧显现了一个正电荷区，把在p-n 结邻近的这些电离施主和电离受主所带电荷称为空间电荷；它们所在的区域称为空间电荷区；半导体中杂质能级和能带中的能级的区分？在能带中的能级可以容纳自旋方向相反的两个电子；而对于施主杂质能级只能是被一个有任一自旋方向的电子所占据，或者不接受电子；载流子的散射：电子与晶体中的声子，杂质离子，缺陷等发生碰撞的过程；载流子发生散射的缘由是周期性势场被破坏；在低掺杂半导体中，载流子迁移率随温度上升而大幅度下降的缘由？由于晶格振动引起的散射叫晶格散射，温度越高，晶格振动越强，对载流子的晶格散射也将增强；双碱效应： 当玻璃中碱金属离子总浓度较大时（占玻璃组成25—30%），总浓度 当比例适当时， 电 不变，含两种碱金属离子比一种碱金属离子的玻璃电导率小， 导率可降低很低；位错增殖 是在剪应力作用下，晶体中位错数量大量增加的现象；１．运算铜的电子迁移率，假定全部价电子都对电流有奉献；提示：铜的点阵 常数为 ×10-8 cm ，铜属于面心立方晶体；解：铜的价数为 1，因此价电子数等于材料中的铜原子数；铜的点阵常数为 -8 ×10 cm ；由于铜属于面心立方晶体，单位晶胞中有四个电子（切开后单元 体所包含的原子数）；金 属 载 流 子 浓 度 ： n=(4 个 电 子 / 晶 胞 ) （ 1 个 电 子 / 原 子 ） -8 3 22 3电子 /cm /(3.615 1×0 cm) ×10 ×10 cm-19 -6 22 -19 μ=σ/nq=1/ ρ7)(8×.41607 1×0 / Ω· c = c /m V ·S 1×0 )2 22，本征半导体中，从价带激发至导带的电子和价带产生的空穴参加电导；激发 的电子数 n 可近似表示为：n N exp( E g / 2kT )式中 N 为状态密度， k 为波尔兹曼常数， T 为肯定温度； 试回答以下问题：（1）设 N=1023 -3 -5 -1 k=8.6*10 eV.K 时 , Si (Eg=1.1eV), TiO 2 cm , (Eg=3.0eV) -3 在室温（ 25℃）和 500℃时所激发的电子数（ cm ）各是多少？-1 -1 （2）半导体的电导率 neσ（ Ω ）可表示为.cm 式中 n 为载流子浓度（ cm -3），e 为载流子电荷（电荷 1.6*10-19 C ） , μ为迁移率（ cm 2 -1 -1 ）当电子（ e ）和空穴（ h ）同时为载流子时， .V .s n e e n h e e h2 -1 -1 2 -1 -1 假定 Si 的迁移率 μe =1450（cm .V .s ），μh =500（ cm .V .s ），且不随温 度变化；求 Si 在室温（ 25℃）和 500℃时的电导率？解：（1） Si23 10 5 20℃ n exp( /( 2 * * 10 * 298)23 13 -3=10 *e =3.32*10 cm 1023 5 500℃ n exp( /(2 * * 10 * 773)23 -8 19 -3=10 *e =2.55*10 cm TiO 220℃ n 1023 5exp( /( 2 * * 10 * 298)-3 -3=1.4*10 cm 23 10 5 500℃ n exp( /(2 * * 10 * 773)13 -3=1.6*10 cm (2) 20℃ n e e n h e e h13 -19 =3.32*10 *1.6*10 (1450+500)-2 -1 -1 （Ω ）=1.03*10 .cm 500℃ n e e n h e e h19 -19 =2.55*10 *1.6*10 (1450+500)=7956 （Ω-1.cm -1）3，300K 时，锗的本征电阻率为 47Ω .cm ，如电子和空穴的载流子迁移率分别为 3900cm 2 / V .s 和 解：1i i1900cm 2 / V .s .求本征锗的载流子浓度？n i q( p )n 1 113 3n i10 / cm 19 i q( ) 4710 (3900 1900) n p 4，当每 1000000 个硅原子中有一个原子为锑原子所置换时，试运算 n-型半导体 中每立方厘米所含的非本证电荷载流子数？金刚石立方晶型硅的点阵常数是 ×10 -3-8 -8 3 解： n d =(1 电子 /S b 原子)(10 S b 原子 /Si 原子)( Si 原子 /晶胞 )/( 1×0 )6 3电子 /cm =5×10 σ=nq μe=(5 ×1016 -19 )(1.6 1×0 )(1900)-1 -1Ω .cm 试述光生伏特效应产生电流的过程？答：用能量等于或大于禁带宽度的光子照耀 p -n 结；p ，n 区都产生电子空穴对，产生非平稳载流子，非平稳载流于破坏原先的热平稳；非平稳载流子在内建电场作用下，n 区空穴向p 区扩散（同号相斥，异号相吸的缘由），p 区电子向n 区扩散；如p-n 结开路，在p-n 结的两边积存电子-空穴对，产生开路电压；第七章无机材料的介电性能何谓电介质：凡是能在电场作用下产生极化的物质称为电介质，俗称绝缘材料；极化强度：单位体积内的电偶极矩总和称为极化强度；极化类型包括：（1）电子位移极化，（2）离子式极化，（3）放松极化，（4）转向极化，（5）空间电荷极化，（6）自发极化；电子位移极化：没有受电场作用时，组成电介质的分子或原子所带正负电荷中心重合，对外呈中性；受电场作用时，正，负电荷中心产生相对位移(电子云发生了变化而使正，负电荷中心分别的物理过程)，中性分子就转化为偶极子，从而产生了电子位移极化；离子式极化：离子晶体中，无电场作用时，离子处在正常结点位置并对外保持电中性，但在电场作用下，正，负离子产生相对位移，破坏了原先呈电中性分布的状态，电荷重新分布，相当于从中性分子转变为偶极子产生离子位移极化；离子位移极化与电子位移极化有何异同？共同点：它们都属于弹性位移极化(无损耗)；不同点：（a）离子位移极化是整个离子的相对位移，极化结果——使正负离子间平稳距离缩短；（b）电子位移极化是电子云变形，电子云偏离原子核，而原子核不动；（c）离子位移极化中包含有电子位移极化，离子位移极化只产生在离子晶体中；而电子位移极化就存在于一切介质中；介质损耗：在电场的作用下，单位时间内电介质因发热而损耗的电能称为介质损耗功率，简称介质损耗；介质损耗产生的缘由：主要来自二个方面——电导和极化（慢极化）；击穿：电介质在强电场中工作时，当所承担的电压超过某一临界值时而丢失绝缘性能（由介电状态变为导电状态）的现象；电击穿理论（雪崩理论）：在强电场的作用下，少数电子被加速从负极向正极运动；在运动中电子不断撞击介质中的离子或原子，同时将其部分能量传给离子或原子，使之激发打出电子（次级电子）；这些次级电子也会从电场中猎取能量，而加速运动，撞击其他原子或离子从而又激发第三级电子，如此下去产生连锁反应；造成介质中存在有大量自由电子，形成“电子潮”或“电子崩”，使介质中瞬时通过的电流增大，使绝缘体成为导体；这种现象也叫“雪崩”；热击穿及其产生的缘由：因介质发热而导致烧裂，熔融的现象；缘由：由于电导和极化损耗，使部分电能转换成热能而使介质本身的温度上升；当外电场很高而且在单位时间内的发热量大于散热量时，介质中有热量的积蓄，使元器件的温度不断上升，最终使局部显现烧裂显现熔洞，导致破坏；铁电体的概念：指在肯定的温度范畴内具有自发极化，而且极化强度可因外电场反向而可逆转向的晶体，或者说存在电滞回线的晶体称之为铁电体；自发极化：晶体在无外电场作用下，当T＜Tc 即在某一临界温度以下，晶胞中自发产生正，负电荷中心不重合而存在偶极矩的现象；电滞回线：它是铁电体的自发极化强度P 随外电场强度 E 的变化轨迹（说明极化强度滞后于电场强度的变化）；电滞回线是铁电性的宏观反映，是铁电体的一个特点（它反映了铁电体中的电畴随外电场而转向的特点）；电畴：晶体中自发极化方向相同的小区域；之所以有不同方向电畴的存在，是由于晶体中有不同的自发极化轴（极化方向），因而存在不同的电畴；畴壁：不同极化方向的相邻电畴的交界处称之畴壁；压电效应：当在某些各向异性的晶体材料上施加机械应力时，在晶体的两端表面上会显现数量相等，符号相反的束缚电荷；作用力反向时，表面荷电性质亦反号，而且在肯定范畴内电荷密度与作用力成正比；陶瓷材料的损耗主要来源于哪些方面？如何降低陶瓷材料的介质损耗？陶瓷材料的损耗主要来源于电导损耗，放松质点的极化损耗及结构损耗；降低材料的损耗应从降低材料的电导损耗和极化损耗着手：挑选结构紧密的晶体作为主晶相；在改善主晶相性能时，最好形成连续固熔体；尽量削减玻璃相；防止产生多晶转变；掌握好最终烧成温度，防止过烧与生烧；第八章无机材料的磁性能磁化现象：在磁场中，由于受到磁场作用而出现肯定磁性的现象；。
无机材料性能
无机材料性能无机材料是指由无机元素构成的物质，其性能直接影响着材料在各个领域的应用。
本文将重点讨论无机材料的性能特点，包括物理性能、化学性能和热性能，并探讨其在不同领域的应用。
一、物理性能无机材料的物理性能是指其在物质内部结构及外部表现方面的特点。
首先，无机材料具有高硬度。
例如，金刚石是目前最硬的材料之一，其硬度高达10级。
高硬度使得无机材料在磨擦、切割和抛光等方面有广泛的应用。
其次，无机材料具有高熔点和高热稳定性。
许多无机材料在高温下仍可保持其形状和性能，例如陶瓷材料常被应用于高温炉具和发动机部件等领域。
此外，无机材料还具有良好的导电性和导热性。
金属材料是最常见的导电材料，而导热材料如铜和铝则常用于传热领域。
二、化学性能无机材料的化学性能主要包括抗腐蚀性、化学稳定性和化学反应活性。
首先，无机材料常具有良好的抗腐蚀性，能够在恶劣的化学环境下保持其性能稳定。
例如，不锈钢由铁、铬和镍等金属元素构成，具有耐酸性和耐热性，在化学工业中得到广泛应用。
其次，无机材料的化学稳定性使其能够长期稳定地存在于各种介质中。
例如，玻璃材料由无机氧化物构成，具有优异的化学稳定性，广泛用于光学、建筑和化学实验仪器等领域。
此外，无机材料也可以表现出一定的化学反应活性。
例如，氧化锌是一种多功能无机材料，具有光催化、抗菌和药物传递等特性，可应用于环境治理和医疗领域。
三、热性能无机材料的热性能是指在温度变化下其物理和化学性质的变化。
一方面，无机材料具有较低的热膨胀系数，即在温度变化下体积的变化较小。
这使得无机材料在高温下仍能维持其形状和尺寸的稳定性。
另一方面，无机材料的热导率较高，即能够快速传导热量。
这在热管理领域中非常重要，例如散热器和热交换器等设备常用金属和陶瓷材料。
四、应用领域无机材料的良好性能使其在各个领域均有广泛应用。
在结构材料方面，陶瓷材料常用于建筑、航空航天和电子器件中。
在电子材料方面，半导体材料如硅和氮化硼被广泛用于电子元器件的制造。
无机材料物理性能
第一章塑性形变及形式：塑性形变是指一种在外力移去后不能恢复的形变。
有两种基本方式，滑移和孪晶。
弛豫：当对粘弹性体施加恒定的应变ε0时，则应力将随时间而减小，这种现象叫弛豫。
滞弹性：对于理想的弹性固体，作用力会立即引起弹性应变，一旦应力消除，应变也会随之立刻消除。
但对于实际固体这种弹性应变的产生与消除需要有限时间。
无机固体和金属这种与时间有关的弹性称为滞弹性。
粘弹性：一些非晶体，有时甚至多晶体在比较小的应力时可以同时表现出弹性和粘性，称为粘弹性。
金属材料和无机材料塑性变形机理：金属易于滑移而产生塑性形变，金属键没有方向性，滑移系统很多实际晶体是位错运动的结果。
（1）无机非金属材料中的离子键、共价键具有方向性，所以室温下无机材料中位错运动十分困难。
（2）位错运动只能在滑移面上运动，只有滑移面上的分剪应力才能是H（τ）降低。
无机材料中滑移系统只有有限几个，因此滑移面上分剪应力往往很小。
不同晶粒的滑移系统的方向不用，在晶粒中的位错运动遇到晶界就会塞积下来，形不成宏观滑移。
（3）温度升高事，位错运动的速度加快，某些脆性材料在高温下也有一定塑性形变。
高温蠕变的三个理论：（1）高温蠕变的位错运动理论无机材料中晶相的位错在低温下受到障碍难以放生运动，在高温下原子热运动加剧，可以使位错从障碍中解放出来，引起蠕变。
常温高应力下的金属蠕变，多半由于位错运动所致。
（2）扩散蠕变理论高温下的蠕变现象和晶体中的扩散现象类似，并且把蠕变过程看成是外力作用下沿应力作用方向扩散的一种形式。
在晶粒内部，各点的应力状态不可能产生集中的位错塞积，而是产生高温下短程的位错运动的叠加。
每次位错运动均选择最优的滑移系统。
呈宏观塑性形变。
第二章裂纹的亚临界生长：裂纹除快速失稳扩展外，还会在使用应力下，随着时间的推移而慢慢扩展。
这种缓慢扩展也叫亚临界生长。
相变增韧：利用多晶多相陶瓷中某些成分在不用温度的相变，从而增韧的效果，统称为相变增韧。
应力场强度因子：与外加应力σ、裂纹长度c、裂纹种类和受力状态有关的系数，称为应力场强度因子。
无机材料物理性能
无机材料物理性能无机材料是指在自然界中存在的，或者是人工合成的，不含有碳的材料。
它们的物理性能对于材料的应用具有重要意义。
无机材料的物理性能主要包括热性能、电性能、光学性能和力学性能等方面。
首先，热性能是无机材料的重要性能之一。
热导率是评价材料导热性能的重要指标，无机材料中的金属和陶瓷材料通常具有较高的热导率，而聚合物材料的热导率较低。
此外，无机材料的热膨胀系数也是其热性能的重要表征之一，它决定了材料在温度变化时的尺寸变化程度。
这些热性能参数对于材料在高温或者低温环境下的应用具有重要意义。
其次，电性能是无机材料的另一个重要性能。
导电性和绝缘性是评价材料电性能的重要指标。
金属材料通常具有良好的导电性，而绝缘材料则具有较高的电阻率。
此外，半导体材料的导电性介于金属和绝缘材料之间，其电性能的调控对于电子器件的制备具有重要意义。
光学性能是无机材料的另一个重要性能。
透明度、折射率、反射率和光学吸收等是评价材料光学性能的重要指标。
无机材料中的玻璃、晶体和光学薄膜等材料通常具有良好的光学性能，它们在光学器件、光学仪器和光学通信等领域具有重要应用。
最后，力学性能是无机材料的另一个重要性能。
强度、硬度、韧性和蠕变等是评价材料力学性能的重要指标。
金属材料通常具有较高的强度和硬度，而聚合物材料则具有较高的韧性。
这些力学性能参数对于材料在受力状态下的性能表现具有重要意义。
总之，无机材料的物理性能对于材料的应用具有重要意义。
热性能、电性能、光学性能和力学性能是无机材料的重要性能之一，它们的表征和调控对于材料的设计、制备和应用具有重要意义。
希望本文对无机材料的物理性能有所帮助，谢谢阅读。
无机材料物理性能
无机材料物理性能
无机材料在当今社会发挥着重要作用，比如它们被广泛应用于建筑材料、家用电器、汽车零部件等重要产品的制造中。
它们的特性决定了它们在不同产品中的重要性，而它们的物理性能是决定这些特性的核心因素。
本文旨在介绍无机材料的物理性能，并讨论它们在不同产品中的应用情况。
无机材料的物理性能主要包括热导率、密度、弹性模量、抗拉强度、塑性、热稳定性等。
无机材料的热导率决定了它们在热学设计中的重要性，无机材料的密度决定了它们的重量，无机材料的弹性模量用来衡量材料的抗弯强度，抗拉强度是材料的抗拉性能，塑性是材料的变形能力，热稳定性决定了材料在高温下的稳定性。
无机材料被广泛用于各种产品，如建筑材料、电子产品、汽车零部件等。
建筑材料是一种普遍使用的无机材料，它们的物理性能决定了其在建设中的重要性。
由于其耐热性能好，无机材料也被广泛用于制造电子产品，例如内存条和处理器。
此外，无机材料的弹性模量、体积密度和抗拉强度等特性使其成为汽车零部件的重要材料。
无机材料的物理性能对于制作高质量的产品具有重要意义，它们的特性决定了它们在不同产品中的应用情况。
例如，无机材料的耐热性能使其成为电子产品的优质材料；无机材料的弹性模量和抗拉强度使其成为汽车零部件的宝贵材料。
因此，了解无机材料的物理性能对提高产品质量具有重要意义。
总之，无机材料是当今社会中普遍使用的材料，它们的物理性能
是制作各种产品的核心因素之一。
无机材料的热导率、密度、弹性模量、抗拉强度、塑性和热稳定性等特性使其在建筑材料、电子产品、汽车零部件等产品的应用十分广泛。
因此，了解无机材料的物理性能对于制作高品质的产品至关重要。
无机材料物理性能第1讲
第1节 应力与应变 第2节 无机材料的弹性形变 第3节 无机材料中晶相的塑性形变 第4节 高温下玻璃相的黏性流动 第5节 无机材料的高温蠕变 第6节 无机材料的超塑性
第1节 应力与应变
形变：材料在外力作用下发生形状和大小的变化。
图1.1 钢筋拉伸试验试样
图1.2 不同材料的拉伸应力-应变曲线
应力分量：
材料内一点的应力状 态如何？？？
。
。
图1.4 应力分量
二、应变
定义：外力作用下物体内部各质点之间的相对位移。
1. 名义应变和真实应变
一根长度为L0的杆，在单向拉应力作用下被拉长 到 L1 ，则：
(L1 L0 ) L0 L L0
称为名义应变（或工程应变）。
如果上式中分母不是L0 ，而是随拉伸而变化的真 实长度 L，则真实应变为
F
A
工程应力（名义应力）： 0 F A0
真实应力（真应力）:（2-1） F
A
也可分为：正应力和剪应力。
正应力（或法向应力）：外力方向与作用面垂直的应
力，以σ表示。
S0 S
正应力的作用结果？
想想看：力（载荷）如何作用和传递到材料内部？
外力方向与作用面方向平行时的应力为剪应力。
图1.3 剪切应变
剪应力作用结果？
压应力使原子间距变小，曲线上该点的斜率增大， 因而E将增大；张应力使原子间距离增加，因而E下降。 （实际上，压缩模量通常大于拉伸模量。）
图1.9 一些无机材料的弹性模量随温度的变化情况
（a）一些典型陶瓷材料；（b）用碳毡增强的C/C复合材料
知识拓展：弹性模量和熔点及原子体积的关系
✓ 一般地，弹性模量与熔点成正比。如，在300K下，两者 之间满足如下关系：
(完整版)《无机材料物理性能》课后习题答案
《材料物理性能》第一章材料的力学性能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：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。
1-5一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。
解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。
则有当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。
0816.04.25.2ln 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)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =⨯+⨯=+=上限弹性模量)(1.3238405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量1-11一圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉力Ff 为135 MPa,求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。
解：1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞和t = 时的纵坐标表达式。
τ解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程：Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程：以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料力学性能的复杂性，我们会用到用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。
无机材料物理性能总结
第二章 无机材料的受力变形名义应力应力：单位面积所受的力。
σ=F/S真实应力应变：用来描述物体内部各质点之间的相对位移。
弹性形变：各向同性广义胡克定律： 体积模量弹性系数k s ：大小反映了原子间的作用力曲线在r = r 0处斜率的大小。
弹性刚度系数 大小实质上反映了原子间势能曲线极小值尖峭度的大小。
弹性系数k s 测定式架状结构石英和石英玻璃的架状结构是三维空间网络，几乎各向同性；晶体结构 双链结构、环状结构（岛状结构）、层状结构为各向异性，因材料方向不 同而差别很大。
温度：弹性常数随温度升高而降低。
并联模型：E u =V 2E 2+(1－V 2)E 1（上限）复相的弹性模量串联模型：1/E L =V 2/E 2+(1－V 2)/E 1（下限）应变松弛（或蠕变或徐变）：固体材料在恒定荷载下，变形随时间延续而缓慢增加的不平衡过程，或材料受力后内部原子由不平衡到平衡的过程。
当外力除去 后，徐变变形不能立即消失。
应力松弛（或应力弛豫）：在持续外力作用下，发生变形着的物体，在总的变形值保持不变的情况下，由于徐变变形渐增，弹性变形相应的减小，由此使物体的内部应力随时间延续而逐渐减少。
或一个体系因外界原因引起的不平衡状态逐应力和应变正应变剪切应变弹性形变机理弹性模量影响因素因为大部分固体随温度升高而发生热膨胀现象，原子间结合力减弱 因此温度对弹性刚度系数的影响，通常用弹性刚度系数的温度系数T C 表示。
应用：温度补偿材料，即一种异常的弹性性质材料（Tc 是正的)，补偿一般材料的负Tc值。
例如：低温石英有一个方向Tc 是正值，低温石英在570o C 通过四面体旋转，进行位移式相转变，变成充分膨胀的敞旷高温型石英结构。
原因：对高温石英和低温石英施加拉伸应力，前者由于Si －O －Si 键是直的，仅发生拉伸，后者除拉伸外，还有键角改变，即发生转动运动。
随着温度的增加，其刚度增加，温度系数为正值。
温度补偿材料具有敞旷结构，内部结构单位能发生较大转动的物质，这种敞旷式结构具有小的配位数。
无机材料物理性能
弹性模量：使物体产生伸长一倍变形量所需的应力上限弹性模量：两相通过并联组合得到混合系统的E 值称之~~下限弹性模量：两相通过串联组合得到混合系统的E 值称之~~粘弹性：某些非晶体或多晶体在应力较小时间时表现粘性弹性滞弹性：无机固体和金属的弹性模量依赖于时间的现象蠕变：当对粘弹性体施加恒定应力σ0时，其应变随时间而增加的现象弛豫：当施加恒定应变ε0在粘弹性体上，应力随时间而减小的现象。
影响蠕变的因素：1.温度2.应力3.显微结构的影响4.组成5.晶体结构塑性形变：指在一中外力移去后不能恢复的形变。
塑性形变的两种基本方式：滑移和孪晶声频支：相邻原子具有相同的振动方向光频支：相邻原子振动方向相反，形成了一个范围很小，频率很高的振动热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象热传导：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量会从热端自动的传向冷端，这个现象就称~~。
声子热导的机理：声子与声子的碰撞产生能量转移(声子：声频波的量子)介质损耗：电场作用下，单位时间内电介质因发热而损耗的电能抗热震断裂性：材料发生瞬时断裂，抵抗这种破坏的性能。
抗热震损伤性：在热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落并不断发展，最终碎裂或变质，抵抗这类破坏的性能。
热应力因子：由于材料热膨胀或收缩引起的内应力双碱效应（中和效应）：当玻璃中碱金属离子总浓度较大时，碱离子总浓度相同的情况下，含两种碱金属离子比含一种碱金属离子的玻璃电导率要小。
当两种碱金属浓度比适当时，电导率可以降到很低。
压碱效应：含碱玻璃中加入二价金属氧化物，尤其是重金属氧化物，可使玻璃电导率降低热稳定性：材料在温度急剧变化而不被破坏的能力，也被称为抗热震性。
铁电体:能够自己极化的非线性介电材料，其电滞回路和铁磁体的磁滞回路形状相近似。
稳定传热：物体内温度分布不随时间改变。
载流子的迁移率：载流子在单位电场中的迁移速率。
移峰效应：在铁电体中引入某种添加物生成固溶体，改变原来的晶胞参数和离子间的相互关系，使居里点向低温或高温方向移动。
无机材料物理性能
实际固体中弹性应变的产 生与消除需要有限时间。 固体和金属这种与时间有 关的弹性称为滞弹性。聚 合物的粘弹性可以认为仅 仅是严重发展的滞弹性。
粘弹性材料的力学性质与时间有关
蠕变：在恒定的应力时，材料的应变随时 间增长而增加的现象。 Ec(t)= 0 / (t)
无机材料物理性能
芶 立
教学方式与内容
教师讲授+课堂讨论+课后作业
Final exam(60%)+Practice(15%)+ Attendance(15%) + Discussion(10%)
考
核
:
教学内容: 突出基本概念、原理和关键点
重点：力学（塑性形变、微裂纹)/热学/光学/电学（介电） /磁学
•弹性模量E实际上和 原子间结合力曲线上 任一受力点的曲线斜 率有关。在不变外力 的情况下，tgα就反映 了弹性模量E的大小。 原子间结合力弱，如 图中曲 线 1，α1 较小， tgα1 较小，E1也就小； 原子问结合力强，如 图中曲线2，α2和tgα2 都较大，E2也就大。
两相系统中弹性模量的估算
先修课程：大学物理、理论力学、材料力学、材料科学基础
第一章 无机材料的受力形变
无机材料的应力、应变及弹性形变
应力 应变 无机材料的弹性变形行为 课堂讨论题: Al2O3片/Al片/硅橡胶受到 压力时,会有哪些现象?产生这些现象的原 因是什么?
无机材料的应力、应变及弹性形变
各种材料在外力作用下，发生形状和大小的变化， 称为形变。 应力: 单位面积上所受的内力
无机材料物理性能 完美版
/register.php?invitecode=7db8407acaii1hHt名词解释【力学】牛顿流体：受力后极易变形，剪切力跟速度梯度成正比符合牛顿定律的的流体；粘性系数：粘性：液体在流动时，在其分子间产生摩擦的性质，粘性大小用粘度表示，是用来表征液体性质相关的阻力因子；热稳定系数：材料承受温度急剧变化而不致破坏的能力，又称抗热震性；热冲击断裂性：材料发生瞬间断裂，抵抗这类破坏的性能；抗热冲击损伤性：热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落并不断扩展，最终破裂或变质，抵抗这类破坏的性能；静态疲劳(亚临界生长)：裂纹在使用应力下，随着时间的推移而缓慢扩展，这种缓慢扩展也称亚临界生长或静态疲劳；动态疲劳：材料在循环应力或渐增应力作用下的延时破坏；Griffith微裂纹理论：实际材料中总存在许多的细小裂纹或缺陷，在外力作用下这些裂纹和缺陷附近产生应力集中现象，当应力达到一定程度时，裂纹就开始扩展而导致断裂，故断裂不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是裂纹扩展的结果；【热学】声子：晶格振动能量的量子化单元hw称为声子，h为普朗克常数，w 为晶格振动的角频率，对应每一次晶格热振动，晶体内部产生或吸收一个声子，声子是虚拟粒子，是原子激发的形态之一；格波：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位置附近的振动是以波的形式在晶体中传播形成的波；晶格热振动：晶体中原子以平衡位置为中心不停地振动，是产生热容、热膨胀等现象的物理基础；热膨胀系数：物体由于温度改变而有胀缩现象，其变化能力以等压下，单位温度所导致的体积变化来表示；能流密度：在一定空间范围内，单位面积所取得的或单位重量能源所产生的某种能源的能量或功率，是评价能源的主要指标；热导率(热导系数)：是指单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量，单位是w/m2.k；【电学】电流密度：描述电路中某点电流强弱和流动方向的物理量，矢量，大小等于单位时间内通过垂直于电流方向单位面积的电量，正电荷流动方向为正方向；电导率：介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度；即电阻率的倒数，物理意义表示物质导电性能；载流子迁移率：载流子在单位电场作用下的平均漂移速率，即载流子在电场作用下运动速度的快慢量度，运动越快迁移率越大；半导体施主能级：一个能级被电子占用时成中性，不被电子占据时带正电；受主能级：一个能级不被电子占据时成中性，被电子占据时带负电；西贝克效应(温差电动势效应)：由于两种不同的电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间电压差的热电现象，具体说：半导体材料的两端如果有温度差，则在较高温度区有更多的电子被激发到导带中去，但热电子趋向于扩散到较冷的区域，当这两种效应引起的化学势梯度和电场梯度相等其方向相反时，就达到稳定状态，多数载流子扩散到冷端，产生△V/△T，结果在半导体两端就产生温差电动势；【介介电性质】正温度系数效应PTC：价控型BaTiO3半导体在居里点(正方相↔立方相相变点)附近，电阻率随温度而发生突变的现象，机理是几何半导体陶瓷晶界上具有表面能级，此表面能级可捕获载流子，从而在两边晶粒内产生一层电子损耗层，形成肖特基势垒，该势垒与介电常数有关，当温度高于居里点，介电常数剧减，势垒增加，电阻率增加；压敏效应：a.指对电压变化敏感的非线性电阻效应，即在某一临界电压以下，电阻值非常之高，几乎无电流通过，超过该临界电压，电阻迅速降低，让电流流过。
无机材料物理性能总结
关于氧化锆的总结一氧化锆(ZrO2)自然界的氧化锆矿物原料，主要有斜锆石和锆英石。
锆英石系火成岩深层矿物，颜色有淡黄、棕黄、黄绿等，比重4．6—4．7，硬度7．5，具有强烈的金属光泽，可为陶瓷釉用原料。
相对分子质量123.22二氧化锆的物理性质白色重质无定形粉末或单斜结晶。
无臭。
无味。
在1100℃以上形成四方晶体，在1900℃以上形成立方晶体。
一般常含有少量二氧化铪，与碳酸钠共熔生成锆酸钠，锆酸钠遇水能水解成氢氧化钠和几乎不溶于水的氢氧化锆。
溶于2份硫酸和1份水的混合液中，微溶于盐酸和硝酸，慢溶于氢氟酸，几乎不溶于水。
相对密度5.85。
熔点2680℃，耐火度为2200℃。
沸点4300℃。
折光率2.2。
有刺激性。
储存桶装密封保存。
二氧化锆具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优良性质。
二氧化锆有3种晶型，属于多晶相转化物。
稳定的低温相为单斜相；高于1000°时，四方相逐渐形成；高于2370°时，转变为立方晶相。
氧化锆熔点2700℃，莫氏硬度7，有两种变体，1000℃以下为单斜晶系(密度5．68g/cm3)，1000℃时生成四方晶系(密度6．10g/cm3)，此晶型转变为可逆转变，冷却过程中晶型转化时伴有7%的体积膨胀，可导致制品开裂。
加入稳定剂与Zr02生成立方晶系固溶体，可消除由上述晶型转化带来的体积膨胀。
氧化锆热导率低(1000℃，2．09W/(m·K))，线膨胀系数大(25～1500℃9．4×10-6/℃)，高温结构强度高，1000℃时耐压强度可达1200～1400MPa。
导电性好，具有负的电阻温度系数，电阻率1000℃时104Ω·cm，1700℃时6～7Ω·cm。
三氧化锆的化学性质氧化锆的化学性质十分稳定。
不溶于水、盐酸和稀硫酸，溶于热浓氢氟酸、硝酸和硫酸。
与碱共熔可生成相应的锆酸盐。
具有良好的热化学稳定性,高温导电性和较高的高温强度和韧性,也具有良好的机械、热学、电学、光学性质。
无机材料物理性能
无机材料物理性能无机材料是指由无机物质构成的材料，通常是由金属、非金属元素或其化合物组成的材料。
无机材料在工业生产和科学研究中具有重要的地位，其物理性能直接影响着材料的应用范围和性能表现。
本文将从晶体结构、热力学性质、电磁性能等方面探讨无机材料的物理性能。
首先，晶体结构是无机材料的重要物理性能之一。
晶体结构的稳定性和排列方式直接决定了材料的物理性质。
无机材料的晶体结构可以分为离子晶体、共价晶体和金属晶体等不同类型。
离子晶体由正负离子通过离子键相互结合而成，具有高熔点、脆性和导电性等特点；共价晶体由共价键相互连接而成，具有硬度大、熔点高和绝缘性能好等特点；金属晶体由金属原子通过金属键结合而成，具有良好的导电性和延展性等特点。
不同类型的晶体结构决定了无机材料的物理性能表现。
其次，热力学性质是无机材料的重要物理性能之一。
热力学性质包括热膨胀、热导率、热容等参数。
热膨胀是指材料在温度变化时长度、体积发生的变化。
热导率是指材料在温度梯度下传导热量的能力。
热容是指材料吸收热量时温度的变化。
这些热力学性质直接影响着无机材料在高温、低温环境下的稳定性和性能表现。
另外，电磁性能是无机材料的重要物理性能之一。
电磁性能包括介电常数、磁导率、电阻率等参数。
介电常数是指材料在电场中的极化能力，影响着材料的绝缘性能和电容性能。
磁导率是指材料在磁场中的磁化能力，影响着材料的磁性能和电感性能。
电阻率是指材料对电流的阻碍能力，影响着材料的导电性能和热释放能力。
这些电磁性能直接影响着无机材料在电子器件、电磁设备等领域的应用性能。
总之，无机材料的物理性能是多方面的，包括晶体结构、热力学性质、电磁性能等多个方面。
这些物理性能直接影响着无机材料在工业生产和科学研究中的应用范围和性能表现。
因此，对无机材料的物理性能进行深入研究，对于提高材料的性能和拓展应用领域具有重要意义。
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无机材料物理性能试卷
一．填空（１×２０＝２０分）
1．CsCl结构中，Ｃs+与Cl-分别构成＿＿＿＿格子。
２．影响黏度的因素有＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿.
３.影响蠕变的因素有温度、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿.
４．在＿＿＿＿、＿＿＿＿的情况下，室温时绝缘体转化为半导体。
５．一般材料的＿＿＿＿远大于＿＿＿＿。
６．裂纹尖端出高度的＿＿＿＿导致了较大的裂纹扩展力。
７．多组分玻璃中的介质损耗主要包括三个部分：＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿。
８．介电常数显著变化是在＿＿＿＿处。
９．裂纹有三种扩展方式：＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿。
１０．电子电导的特征是具有＿＿＿＿。
二．判断正误。
（２×１０=２０分）
１．正应力正负号规定是拉应力为负，压应力正。
（）
２．Ａl2Ｏ3结构简单，室温下易产生滑动。
（）
３．断裂表面能比自由表面能大。
（）
４．一般折射率小，结构紧密的电介质材料以电子松弛极化性为主。
（）５．金红石瓷是离子位移极化为主的电介质材料。
（）
６．自发磁化是铁磁物质的基本特征，是铁磁物质和顺磁物质的区别之处。
（）
７．随着频率的升高，击穿电压也升高。
（）
８．磁滞回线可以说明晶体磁学各向异性。
（）
９．材料弹性模量越大越不易发生应变松弛。
（）
１０．大多数陶瓷材料的强度和弹性模量都随气孔率的减小而增加。
（）
三.名词解释（4×4分=16分）
1.电解效应
2.热膨胀
3.塑性形变
4.磁畴
四.问答题（3×8分=24分）
1.简述晶体的结合类型和主要特征：
2.什么叫晶体的热缺陷？有几种类型？写出其浓度表达式?晶体中
离子电导分为哪几类？
3.无机材料的蠕变曲线分为哪几个阶段，分析各阶段的特点。
4.下图为氧化铝单晶的热导率与温度的关系图，试解释图像先增后减的原因。
五，计算题（共20分）
1.求熔融石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平
衡原子间距为1.6×10-8cm，弹性模量值从60到75GPa。
（10分）
2.康宁1273玻璃(硅酸铝玻璃)具有下列性能参数： =0.021J/(cm ·s ·℃)；a=4.6×10-6℃-1；σp=7.0kg/mm2，E=6700kg/mm2，v=0.25。
求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。
（10分）
无机材料物理性能试卷答案
一．填空。
（１×２０＝２０分）
１，简立方、
２，温度、时间、熔体的结构与组成
３，应力、晶体的组成、显微结构
４，掺杂、组分缺陷
５，抗压强度、抗张强度
６，应力集中
７，电导损耗、松弛损耗、结构损耗、
８，居里点
９，张开型、滑开型、撕开型
１０，霍尔效应
二．判断正误。
（２×１０=２０分）
１．错误２。
错误３。
对４．错误５．错误
６．对７．错误８．对９．对１０．对
三，名词解释
1.电解效应：离子电导的特征是存在电解效应，离子的前一伴随着
一定的质量变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新的物质，这就是电解现象。
2.热膨胀：物体的体积或长度随着温度升高而增长的现象称为热膨
胀。
3.塑性形变：塑性形变是在超过材料的屈服应力作用下，产生性变，
外力移去后不能恢复的形变。
4.磁畴：由于磁铁体具有很强的内部交换作用，铁磁物质的交换能
为正值，而且较大，使得相邻原子的磁矩平行取向，发生自磁化，在物质内部形成许多小区域，即磁畴。
四．问答题
1.
2. 答：热缺陷是由于晶体中的原子(或离子)的热运动而造成的缺陷。
从几何图形上看是一种点缺陷。
热缺陷的数量与温度有关，温度愈高，造成缺陷的机会愈多。
晶体中热缺陷有两种形态，一种是肖脱基(Schotty)缺陷，另一种是弗仑克尔(Frenkel)缺陷。
弗仑克尔缺陷，空位或填隙离子的浓度：
Nf=Nexp(－Ef/2kT)
N------单位体积内离子的格点数。
肖特基缺陷，空位的浓度：
Ns=Nexp(－Es/2kT)
N------单位体积内正负离子对数
本征电导；弗伦克尔缺陷；肖特基缺陷；杂质导电；填隙杂质或置换杂质（溶质）
3.答：共分为四个阶段：
①.起始阶段，在外力作用下发生瞬时弹性形变。
②.蠕变减速阶段，应变速率随时间递减，持续时间较短，应变速率满足：
U=At -n
③.稳定态蠕变，形变与时间呈线性关系：
ε=Kt
④.加速蠕变阶段，该阶段是断裂之前的最后一个阶段，曲线较陡，蠕变
速率随时间的增加而快速增加。
4.答：如图，在很低的温度下，晶体的热容Ｃｖ与温度的三次方成正比，因此随
着温度的增加，λ也近似与Ｔ３成比例变化，图像快速上升。
当温度继续增加到不再与Ｔ３成比例，而是趋于常数，分子平均自由程ｌ随温度的增加徳拜时，Ｃ
ｖ
而减小，因此λ随温度的升高而迅速减小。
更高的温度后Ｃ
基本不变化，自由
ｖ
程也趋于晶格常数，所以图像变得缓和。
在高温辐射的影响下，１６００ｋ后λ又有少许回升。
五．计算题
1.解：E=60~75GPa=6.0~7.5×1010Pa，γ=1.75J/m2，
a= 1.6×10-8cm = 1.6×10-10m 。
代入公式可得：
当E=60GPa 时， σth =25.62GPa
当E=75GPa 时，σth=28.64GPa
答：熔融石英的结合强度介于25.62 GPa~28.64 GPa 之间
2. 解：
= 7.0× (1-0.25)/(4.6×10-6 ×6700) =170.3 ℃
= 2.1 ×170.3 ℃
=358 J/m ·s
R R λ='。