无机材料物理性能试题及答案

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无机材料物理性能考试复习题

无机材料物理性能考试复习题（含答案）一、名词解释（选做5个，每个3分，共15分）1. K IC ：平面应变断裂韧度，表示材料在平面应变条件下抵抗裂纹失稳扩展的能力。

2.偶极子（电偶极子）：正负电荷的平均中心不相重合的带电系统。

3.电偶极矩：偶极子的电荷量与位移矢量的乘积，ql =μ。

（P288）4.格波：原子热振动的一种描述。

从整体上看，处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称为格波。

格波的一个特点是，其传播介质并非连续介质，而是由原子、离子等形成的晶格，即晶格的振动模。

晶格具有周期性，因而，晶格的振动模具有波的形式。

格波和一般连续介质波有共同的波的特性，但也有它不同的特点。

5.光频支：格波中频率很高的振动波，质点间的相位差很大，邻近的质点运动几乎相反时，频率往往在红外光区，称为“光频支振动”。

（P109）6.声频支：如果振动着的质点中包含频率很低的格波，质点之间的相位差不大，则格波类似于弹性体中的应变波，称为“.声频支振动”。

（P109）7.色散：材料的折射率随入射光频率的减小（或波长的增加）而减小的性质，称为折射率的色散。

8.光的散射：物质中存在的不均匀团块使进入物质的光偏离入射方向而向四面八方散开，这种现象称为光的散射，向四面八方散开的光，就是散射光。

与光的吸收一样，光的散射也会使通过物质的光的强度减弱。

9.双折射：光进入非均匀介质时，一般要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别构成两条折射光线，这个现象就称为双折射。

（P172）10.本征半导体（intrinsic semiconductor)：完全不含杂质且无晶格缺陷的、导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体称为本征半导体。

N 型半导体：在半导体中掺入施主杂质，就得到N 型半导体；在半导体中掺入受主杂质，就得到P 型半导体。

12.超导体：超导材料（superconductor ），又称为超导体，指可以在特定温度以下，呈现电阻为零的导体。

无机材料物理性能试题及答案

无机材料物理性能试题及答案Happy First, written on the morning of August 16, 2022无机材料物理性能试题及答案无机材料物理性能试题及答案一、填空题每题2分;共36分1、电子电导时;载流子的主要散射机构有中性杂质的散射、位错散射、电离杂质的散射、晶格振动的散射..2、无机材料的热容与材料结构的关系不大 ;CaO和SiO2的混合物与CaSiO3的热容-温度曲线基本一致 ..3、离子晶体中的电导主要为离子电导 ..可以分为两类：固有离子电导本征电导和杂质电导..在高温下本征电导特别显着;在低温下杂质电导最为显着..4、固体材料质点间结合力越强;热膨胀系数越小 ..5、电流吸收现象主要发生在离子电导为主的陶瓷材料中..电子电导为主的陶瓷材料;因电子迁移率很高;所以不存在空间电荷和吸收电流现象..6、导电材料中载流子是离子、电子和空位..7. 电子电导具有霍尔效应;离子电导具有电解效应;从而可以通过这两种效应检查材料中载流子的类型..8. 非晶体的导热率不考虑光子导热的贡献在所有温度下都比晶体的小 ..在高温下;二者的导热率比较接近 ..9. 固体材料的热膨胀的本质为：点阵结构中的质点间平均距离随着温度升高而增大 ..10. 电导率的一般表达式为∑=∑=iiiiiqnμσσ..其各参数ni、qi和i的含义分别是载流子的浓度、载流子的电荷量、载流子的迁移率 ..11. 晶体结构愈复杂;晶格振动的非线性程度愈大 ..格波受到的散射大 ; 因此声子的平均自由程小 ;热导率低 ..12、波矢和频率之间的关系为色散关系..13、对于热射线高度透明的材料;它们的光子传导效应较大;但是在有微小气孔存在时;由于气孔与固体间折射率有很大的差异;使这些微气孔形成了散射中心;导致透明度强烈降低..14、大多数烧结陶瓷材料的光子传导率要比单晶和玻璃小1～3数量级;其原因是前者有微量的气孔存在;从而显着地降低射线的传播;导致光子自由程显着减小..15、当光照射到光滑材料表面时;发生镜面反射；当光照射到粗糙的材料表面时;发生漫反射 ..16、作为乳浊剂必须满足：具有与基体显着不同的折射率;能够形成小颗粒..用高反射率;厚釉层和高的散射系数;可以得到良好的乳浊效果..17、材料的折射随着入射光的频率的减少或波长的增加而减少的性质;称为折射率的色散..二、问答题每题8分;共48分1、简述以下概念：顺磁体、铁磁体、软磁材料..答：1顺磁体：原子内部存在永久磁矩;无外磁场;材料无规则的热运动使得材料没有磁性..当外磁场作用;每个原子的磁矩比较规则取向;物质显示弱磁场..2铁磁体：在较弱的磁场内;材料也能够获得强的磁化强度;而且在外磁场移去;材料保留强的磁性..3软磁材料：容易退磁和磁化磁滞回线瘦长;具有磁导率高;饱和磁感应强度大;矫顽力小;稳定型好等特性..2、简述以下概念：亚铁磁体、反磁体、磁致伸缩效应答：1亚铁磁体：铁氧体：含铁酸盐的陶瓷磁性材料..它和铁磁体的相同是有自发磁化强度和磁畴;不同是：铁氧体包含多种金属氧化物;有二种不同的磁矩;自发磁化;也称亚铁磁体..2反磁体：由于“交换能”是负值;电子自旋反向平行..3磁致伸缩效应：使消磁状态的铁磁体磁化;一般情况下其尺寸、形状会发生变化;这种现象称为磁致伸缩效应..3、简述以下概念：热应力、柯普定律、光的双折射..答：1由于材料热膨胀或收缩引起的内应力称为热应力..2柯普定律：化合物分子热容等于构成该化合物各元素原子热容之和..理论解释：i i c n C ∑=..3光进入非均质介质时;一般要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波;它们构成两条折射光线;这个现象称为双折射..4、什么是铁氧体铁氧体按结构分有哪六种主要结构答：以氧化铁Fe3+2O3为主要成分的强磁性氧化物叫做铁氧体..铁氧体按结构：尖晶石型、石榴石型、磁铅石型、钙钛矿型、钛铁矿型和钨青铜型..5、影响材料透光性的主要因素是什么提高无机材料透光性的措施有哪些答：影响透光性的因素：1吸收系数可见光范围内;吸收系数低1分2反射系数材料对周围环境的相对折射率大;反射损失也大..1分3散射系数材料宏观及微观缺陷；晶体排列方向；气孔..1分提高无机材料透光性的措施： 1提高原材料纯度减少反射和散射损失2分.. 2掺外加剂降低材料的气孔率2分..3采用热压法便于排除气孔2分6、影响离子电导率的因素有哪些并简述之..答：1温度..随着温度的升高;离子电导按指数规律增加..低温下杂质电导占主要地位..这是由于杂质活化能比基本点阵离子的活化能小许多的缘故..高温下;固有电导起主要作用..2分2晶体结构..电导率随活化能按指数规律变化;而活化能反映离子的固定程度;它与晶体结构有关..熔点高的晶体;晶体结合力大;相应活化能也高;电导率就低..2分结构紧密的离子晶体;由于可供移动的间隙小;则间隙离子迁移困难;即活化能高;因而可获得较低的电导率..2分3晶格缺陷..离子晶格缺陷浓度大并参与电导..因此离子性晶格缺陷的生成及其浓度大小是决定离子电导的关键..2分7、比较爱因斯坦模型和德拜比热模型的热容理论;并说明哪种模型更符合实际..答：1爱因斯坦模型Einstein model他提出的假设是：每个原子都是一个独立的振子;原子之间彼此无关;并且都是以相同的角频w振动2分;即在高温时;爱因斯坦的简化模型与杜隆—珀替公式相一致..但在低温时;说明CV值按指数规律随温度T而变化;而不是从实验中得出的按T 3变化的规律..这样在低温区域;爱斯斯坦模型与实验值相差较大;这是因为原子振动间有耦合作用的结果2分..2德拜比热模型德拜考虑了晶体中原子的相互作用;把晶体近似为连续介质2分..当温度较高时;与实验值相符合;当温度很低时;这表明当T →0时;C V 与T 3成正比并趋于0;这就是德拜T 3定律;它与实验结果十分吻合;温度越低;近似越好2分..8、晶态固体热容的量子理论有哪两个模型它们分别说明了什么问题答：爱因斯坦模型在高温时;爱因斯坦的简化模型与杜隆—珀替公式相一致..2分但在低温时;V C 值按指数规律随温度T 而变化;而不是从实验中得出的按T 3变化的规律..这样在低温区域;爱斯斯坦模型与实验值相差较大;这是因为原子振动间有耦合作用的结果..2分德拜比热模型1）当温度较高时;即D T θ>>;R Nk C V 33==;即杜隆—珀替定律..2分2）当温度很低时;表明当T →0时;C V 与T 3成正比并趋于0;这就是德拜T 3定律;它与实验结果十分吻合;温度越低;近似越好..2分9、如何判断材料的电导是离子电导或是电子电导试说明其理论依据..答：1材料的电子电导和离子电导具有不同的物理效应;由此可以确定材料的电导性质..2分利用霍尔效应可检验材料是否存在电子电导；1分利用电解效应可检验材料是否存在离子电导..1分2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得多;磁场作用力不足以使它产生横向位移;因而纯离子电导不呈现霍尔效应..2分3电解效应离子电导特征离子的迁移伴随着一定的物质变化;离子在电极附近发生电子得失;产生新的物质..由此可以检验材料是否存在离子电导..2分三、计算题共16分1、一陶瓷零件上有一垂直于拉应力的边裂;如边裂长度为：12 mm20.049mm32 m ;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162Mpa·m 1/2; 讨论诸结果.. c K c c πσ=I 2分MPa c c K 4.20310262.1=-I ⨯⨯=ππσ＝ 2分 MPa c c K 5.646610262.1=-I ⨯⨯=ππσ＝ 2分3 c =577.19Gpa2分2c 为4mm 的陶瓷零件容易断裂；说明裂纹尺寸越大;材料的断裂强度越低..2分2、光通过厚度为X 厘米的透明陶瓷片;入射光的强度为I 0;该陶瓷片的反射系数和散射系数分别为m 、 cm -1和scm -1..请在如下图示中用以上参数表达各种光能的损失..当X=1;m=0.04;透光率I/I 0=50%;计算吸收系数和散射系数之和..图中标识每个1分;计算5分。

《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=-=∆=A A 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)(1.323)8405.038095.0()(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F ，若其临界抗剪强度τf 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 = τ时的纵坐标表达式。

解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程：V oigt 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》课后习题答案（2）

《⽆机材料物理性能》课后习题答案（2）《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=-=?=A A 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)(1.323)8405.038095.0()(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F ，若其临界抗剪强度τf 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 = τ时的纵坐标表达式。

解：Maxwell 模型可以较好地模拟应⼒松弛过程：V oigt 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。

无机材料物理性能考试试题及答案

无机材料物理性能考试试题及答案一、填空（18）1. 声子的准粒子性表现在声子的动量不确定、系统中声子的数目不守恒。

2. 在外加电场E的作用下，一个具有电偶极矩为p的点电偶极子的位能U=-p·E，该式表明当电偶极矩的取向与外电场同向时，能量为最低而反向时能量为最高。

3. TC为正的温度补偿材料具有敞旷结构，并且内部结构单位能发生较大的转动。

4. 钙钛矿型结构由 5 个简立方格子套购而成，它们分别是1个Ti 、1个Ca 和3个氧简立方格子5. 弹性系数ks的大小实质上反映了原子间势能曲线极小值尖峭度的大小。

6. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。

7. 制备微晶、高密度与高纯度材料的依据是材料脆性断裂的影响因素有晶粒尺寸、气孔率、杂质等。

8. 粒子强化材料的机理在于粒子可以防止基体内的位错运动，或通过粒子的塑性形变而吸收一部分能量，达从而到强化的目的。

9. 复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。

10.裂纹有三种扩展方式：张开型、滑开型、撕开型11. 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二、名词解释(12)自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。

断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。

包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性能等。

电子的共有化运动：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子的某一电子壳层转移到相邻原子的相似壳层上去，因而电子可以在整个晶体中运动。

无机材料物理性能试题及答案

无机材料物理性能试题及答案It was last revised on January 2, 2021无机材料物理性能试题及答案无机材料物理性能试题及答案一、填空题（每题2分，共36分）1、电子电导时，载流子的主要散射机构有中性杂质的散射、位错散射、电离杂质的散射、晶格振动的散射。

2、无机材料的热容与材料结构的关系不大，CaO和SiO2的混合物与CaSiO3的热容-温度曲线基本一致。

3、离子晶体中的电导主要为离子电导。

可以分为两类：固有离子电导（本征电导）和杂质电导。

在高温下本征电导特别显着，在低温下杂质电导最为显着。

4、固体材料质点间结合力越强，热膨胀系数越小。

5、电流吸收现象主要发生在离子电导为主的陶瓷材料中。

电子电导为主的陶瓷材料，因电子迁移率很高，所以不存在空间电荷和吸收电流现象。

6、导电材料中载流子是离子、电子和空位。

7. 电子电导具有霍尔效应，离子电导具有电解效应，从而可以通过这两种效应检查材料中载流子的类型。

8. 非晶体的导热率（不考虑光子导热的贡献）在所有温度下都比晶体的小。

在高温下，二者的导热率比较接近。

9. 固体材料的热膨胀的本质为：点阵结构中的质点间平均距离随着温度升高而增大。

10. 电导率的一般表达式为∑=∑=iiiiiqnμσσ。

其各参数n i、q i和i的含义分别是载流子的浓度、载流子的电荷量、载流子的迁移率。

11. 晶体结构愈复杂，晶格振动的非线性程度愈大。

格波受到的散射大，因此声子的平均自由程小，热导率低。

12、波矢和频率之间的关系为色散关系。

13、对于热射线高度透明的材料，它们的光子传导效应较大，但是在有微小气孔存在时，由于气孔与固体间折射率有很大的差异，使这些微气孔形成了散射中心，导致透明度强烈降低。

14、大多数烧结陶瓷材料的光子传导率要比单晶和玻璃小1～3数量级，其原因是前者有微量的气孔存在，从而显着地降低射线的传播，导致光子自由程显着减小。

15、当光照射到光滑材料表面时，发生镜面反射；当光照射到粗糙的材料表面时，发生漫反射。

无机材料物理性能学习题和答案

无机材料物理性能学习题和答案力学的习题1、阐述以下概念：弹性弹性模量切变模量体积模量滞弹性未弛豫模量弛豫模量断裂强度应力强度因子断裂韧性断裂功塑性蠕变相变增韧弥散增韧2、试用图示比较典型的无机材料、金属材料和高分子材料在常温常条件下的变形行为有何异同？3、材料的3种弹性模量E 、G 和K 之间有何数值关系。

4、结合原子结合力示意图分析说明弹性模量随原子间距变化的规律。

5、弹性模量与熔点和原子体积之间存在何种关系？为什么？.6、如何解释弹性模量随温度的变化关系？7、一含有球形封闭气孔的陶瓷材料，气孔率为多少时，其弹性模量会降至其完全致密状态时的一半？8、采用Si 3N 4和h-BN 粉体为原料，热压烧结制备出层厚均匀致密的三明治结构的复合陶瓷材料。

其中，h-BN 层的体积含量为30%，试分别计算该复合陶瓷材料沿平行方向和垂直于层面方向的弹性模量（Si 3N 4和h-BN 陶瓷的弹性模量分别为300GPa 和80GPa ）9、分析滞弹性产生的机制及其影响因素。

10、解释陶瓷材料的实际强度为何只有其理论强度的1/100~1/10？13、分析材料的组织结构因素如何影响陶瓷材料的断裂强度。

14、根据联合强度理论，举列说明在设计和使用陶瓷材料时，应该怎样使用才能杨长避短？15、从显微组织结构角度分析改善陶瓷材料断裂韧性的可行措施。

16、说明ZrO2相变增韧陶瓷的原理，并指出该种韧化措施的利弊。

17、给出常见的材料的裂纹起源种类，并说明在无机材料构件的使用过程中需要注意的问题。

18、动用塑性变形的位错运动理论来解释无机材料的脆性特征。

19、分析影响无机材料塑性变形能力的影响因素。

21、给出陶瓷材料典型的蠕变曲线，并阐述其特征。

22、说出无机材料的蠕变机制，并分析陶瓷材料蠕变的影响因素。

23、分析亚临界裂纹扩展的几种机制。

24、对Si 3N 4陶瓷，其弹性模量E 为300GPa ，断裂表面能γs 为1J/m2，若其中存在有长度为2μm的微裂纹，计算其临界断裂应力。

无机材料物理性能考试试题及答案 2

无机材料物理性能考试试题及答案一、填空(1８)１、声子的准粒子性表现在声子的动量不确定、系统中声子的数目不守恒。

2、在外加电场E的作用下,一个具有电偶极矩为p的点电偶极子的位能Ｕ=-p·E,该式表明当电偶极矩的取向与外电场同向时,能量为最低而反向时能量为最高。

3. ＴC为正的温度补偿材料具有敞旷结构,并且内部结构单位能发生较大的转动。

４、钙钛矿型结构由 5 个简立方格子套购而成,它们分别就是1个Ti、1个C ａ与３个氧简立方格子5、弹性系数ks的大小实质上反映了原子间势能曲线极小值尖峭度的大小。

6、按照格里菲斯微裂纹理论,材料的断裂强度不就是取决于裂纹的数量,而就是决定于裂纹的大小,即就是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。

7、制备微晶、高密度与高纯度材料的依据就是材料脆性断裂的影响因素有晶粒尺寸、气孔率、杂质等。

8. 粒子强化材料的机理在于粒子可以防止基体内的位错运动,或通过粒子的塑性形变而吸收一部分能量,达从而到强化的目的。

9、复合体中热膨胀滞后现象产生的原因就是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大,产生很大的内应力,使坯体产生微裂纹。

1０、裂纹有三种扩展方式:张开型、滑开型、撕开型１1、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就是以波的形式在晶体中传播形成的波二、名词解释(12)自发极化:极化并非由外电场所引起,而就是由极性晶体内部结构特点所引起,使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩,这种极化机制为自发极化。

断裂能:就是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用,不仅取决于组分、结构,在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。

包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性能等。

电子的共有化运动:原子组成晶体后,由于电子壳层的交叠,电子不再完全局限在某一个原子上,可以由一个原子的某一电子壳层转移到相邻原子的相似壳层上去,因而电子可以在整个晶体中运动。

无机材料物理性能习题答案

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。

1-4一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 。

1-5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 = τ时的纵坐标表达式。

解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程：V oigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程：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1227.22.44.5240816.04.25.2ln 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 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)(1.323)8405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量//0--t t σττ./)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为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。

无机材料物理性能考试题

1. 五天任何一点的应力状态可由六个应力分量(σ1σ2σ3τ1τ2τ3)表示，请一立方体积为单位为例，在图中分别表示出这几种作用力。

2. 在工程力学中讨论无机材料的弹性变形的时候，常涉及到一个重要的定律---虎克定律，它表示了应力、应变之间的线性关系。

对一各向同性体来说，假如它只在x 方向受到拉伸应力σ，写出在这个方向上应力σ、应变ε的关系。

答：Ex x σ=ε 3. 什么是材料的弹性变形、塑性变形？简单说明晶体材料产生塑性变形的原因（机理）。

答：（1）材料的弹性变形是指材料在受力作用下发生形变，清除应力后又能恢复原状。

塑性变形就是变形后不能恢复到原状态。

（2）塑性变形机理：在剪应力作用下引起位错运动，导致晶体晶格的滑移，产生塑性变形。

4. 解释Griffith 微裂纹理论，并说明其重要意义。

已知晶格常数a 、裂纹长度C 、弹性模量E 、断裂表面能λ，如何求理论结合强度、临界断裂应力？答：实际材料总是存在许多细小的裂纹或缺陷，在外力作用下这些裂纹或缺陷会产生应力集中现象，当应力大到一定程度，裂纹开始扩展而导致材料断裂，即物体内储存的弹性应变能降低大于或等于由于裂开形成两个新表面所需要的表面能，就会造成裂纹的扩展，反之，则裂纹不会扩展。

重要意义：建立工作应力、裂纹长度和材料性能常数之间的关系，并解释了脆性材料强度远低于其理论强度的现象。

th σ= c σ= 5. 材料强度的本质是什么？裂纹扩展的动力和阻力是什么?由此可以看出，影响无机材料强度的主要参数有哪三个？答：材料强度的本质是内部质点间的结合力；裂纹扩展的动力是由裂纹扩展单位面积所降低的弹性应变能。

三个参数是 C ：裂纹大小、γ：断裂表面能、E ：弹性模量。

6. 什么是材料的断裂韧性KIC ？假设有一材料，为了确保其使用的安全性，从断裂强度理论出发，那么其应力场强度因子KI 与断裂韧性KIC 之间应满足何种关系？答：K IC 是反映材料具有抵抗裂纹扩展的能力；K I <K IC7. 举出两种增强无机材料强度（或韧性）的方法，并简单说明其中的原因。

无机材料物理性能复习题

1.影响无机材料强度的因素有哪些？答：在晶体结构既定的情况下,影响材料强度的主要因素有三个:弹性模量E,断裂功γ和裂纹尺寸C。

还与其他因素有关，如：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、式样的形状大小、表面；工艺因素：原料的纯度、降温速率。

2.请对氧化铝单晶的λ-T曲线分析说明。

答：在很低温度时，主要是热容Cv对热导率λ的贡献，Cv与T^3成正比，因而λ也近似随T^3而变化。

随温度升高热导率迅速增大，然而温度继续升高，平均自由程l要减小，这时热导率随温度T升高而缓慢增大，并在德拜温度θd左右趋于一定值，这时平均自由程l成了影响热容的主要因素，因而，热导率λ随温度T升高而迅速减小。

在低温（40K），热导率出现极大值，在高温区，变化趋于缓和，在1600K，由于光子热导的贡献是热导率有所回升。

3.试比较石英玻璃、石英多晶体和石英单晶热导率的大小，并解释产生差异的原因。

答：石英单晶体热导率最大，其次是石英多晶体，最后是石英玻璃。

原因：多晶体中晶粒尺寸小，晶界多，缺陷多，晶界处杂质也多，声子更易受到散射，因而它的平均自由程度小的多，所以多晶体的热导率比单晶体小。

玻璃属于非晶体，在不考虑光子导热的温度下，非晶体声子的平均自由程度比晶体的平均自由程度小的多，所以非晶体的热导率小于晶体的热导率。

4..裂纹形成原因有哪些？裂纹扩展的方式有哪些？哪些措施可防止裂纹扩展？答：裂纹形成的原因：1晶体微观结构中的缺陷受外力引起应力集中会形成裂纹2.材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹3.热应力形成裂纹4.由于晶体的各向异性引起扩展方式：张开型，划开型，撕开型阻止裂纹的扩展：1.作用力不超过临界应力2.加入吸收能量的机构3.在材料中造成大量极细微的裂纹。

5.热压Al2O3（晶粒尺寸小于1μm，气孔率约为0）、烧结Al2O3（晶粒尺寸约15μm，气孔率约为1.3%）以及Al2O3单晶（气孔率为0）等三种材料中，哪一种强度最高？哪一种强度最低？为什么？答：强度最高的是Al2O3单晶，强度最低的是烧结Al2O3。

无机材料物理性能考试试题及答案(供参考)

无机材料物理性能考试试题及答案一、填空（18）1. 声子的准粒子性表现在声子的动量不确定、系统中声子的数目不守恒。

3. TC为正的温度补偿材料具有敞旷结构，并且内部结构单位能发生较大的转动。

7. 制备微晶、高密度与高纯度材料的依据是材料脆性断裂的影响因素有晶粒尺寸、气孔率、杂质等。

8. 粒子强化材料的机理在于粒子可以防止基体内的位错运动，或通过粒子的塑性形变而吸收一部分能量，达从而到强化的目的。

9. 复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。

断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。

包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性能等。

无机材料物理性能试题及参考答案

无机材料物理性能试题及参考答案无机材料物理性能这本书在无机材料的断裂力学及缺陷电导的应用方面的阐述均有特色,这些是当前无机非金属材料研究中的重要方向。

以下是由阳光网关于无机材料物理性能试题的内容，希望大家喜欢!一、填空题(每题2分，共36分)1、电子电导时，载流子的主要散射机构有晶格振动的散射。

2、无机材料的热容与材料结构的关系，CaO和SiO2的混合物与CaSiO3的热容-温度曲线基本一致。

3、电导)和杂质电导。

在高温下本征电导特别显著，在低温下杂质电导最为显著。

4、固体材料质点间结合力越强，热膨胀系数越。

5、电子迁移率很高，所以不存在空间电荷和吸收电流现象。

6、导电材料中载流子是、和空位。

7、中载流子的类型。

8、非晶体的导热率(不考虑光子导热的贡献)在所有温度下都比晶体的小。

在高温下，二者的导热率比较接近。

9、固体材料的热膨胀的本质为：大。

10、电导率的一般表达式为iniqiii。

其各参数ni、qi和i的含义分别是载流子的浓度、载流子的电荷量、载流子的迁移率。

11、晶体结构愈复杂，晶格振动的非线性程度愈散射大，因此声子的平均自由程小，热导率低。

12、和之间的关系为色散关系。

14、～3数量级，其原因是前者有微量的气孔存在，从而显著地降低射线的传播，导致光子自由程显著减小。

15、生漫反射。

16、用高反射率，厚釉层和高的散射系数，可以得到良好的乳浊效果。

17、色散。

二、问答题(每题8分，共48分)1、简述以下概念：顺磁体、铁磁体、软磁材料。

答：(1)顺磁体：原子内部存在永久磁矩，无外磁场，材料无规则的热运动使得材料没有磁性。

当外磁场作用，每个原子的磁矩比较规则取向，物质显示弱磁场。

(2)铁磁体：在较弱的磁场内，材料也能够获得强的磁化强度，而且在外磁场移去，材料保留强的磁性。

无机材料物理性能期末复习题

期末复习题参考答案一、填空1.一长30cm的圆杆，直径4mm，承受5000N的轴向拉力。

如直径拉成3.8 mm，且体积保持不变，在此拉力下名义应力值为，名义应变值为。

2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。

3．固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。

4．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈低。

5．电介质材料中的压电性、铁电性与热释电性是由于相应压电体、铁电体和热释电体都是不具有对称中心的晶体。

6．复介电常数由实部和虚部这两部分组成，实部与通常应用的介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。

7．无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。

8．广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。

•（1-m）2x。

9．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为 I10．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子Y= 。

11．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l，则此偶极矩为 ql 。

12．裂纹扩展的动力是物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。

13.Griffith微裂纹理论认为，断裂并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。

14．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。

15．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。

16．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示应力作用的方向。

17．电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。

18．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。

而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。

19. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。

无机材料物理性能试卷及答案

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。

《无机材料物理性能》课后习题答案

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 。

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 = τ时的纵坐标表达式。

无机材料物理性能(新)

一、计算( 每题参考分值5分)1、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 um, 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1.62MPa.m2。

讨论讲结果。

解： Y=1.12=1.98=c=2mm,c=0.049mm,c=2um,2、某一电解质材料的透光率曲线如下图所示，请分析曲线峰谷形成的原因，并计算该电解质的禁带宽度。

（8分）（普朗克常数h=4.13×10-15eV.s=6.63×10-34J.s; 光速c=3×108m/s）答：当光子的能量达到或超过晶体的禁带宽度时，光子将被强烈吸收。

因此，吸收峰对应晶体的禁带能级。

Eg=hc/λ=(4.13×10-15×3×108)/0.4×10-6=3.0975eV该电解质的禁带宽度为3.0975eV。

3、有一材料，，试计算在的拉应力作用下，该材料的临界裂纹长度。

答：则该临界裂纹长度为0.416mm.4、光通过一块厚度为1mm的透明Al2O3板后强度降低了15%，试计算其吸收和散射系数的总和。

5、有一构件，实际使用应力σ为1.30Gpa，有以下两种钢待选：甲钢：σys=1.95GPa，K IC=45MPa m1/2乙钢：σys=1.56GPa，K IC=75MPa m1/2试根据传统设计及断裂力学观点分析哪种钢更安全, 并说明原因.(已知: Y=1.5, 最大裂纹尺寸为1mm)。

答：根据传统设计观点：σ*安全系数≤屈服强度甲钢的安全系数：n=σys/σ=1.95/1.30=1.5乙钢的安全系数：n=σys/σ=1.56/1.30=1.2可见，选择甲钢比乙钢安全。

（2分）但是，根据，构件的脆性断裂是裂纹扩展的结果，所以应该计算KI是否超过KIC。

据计算，Y=1.5，设最大裂纹尺寸为1mm，则由算出：甲钢的断裂应力：σc=乙钢的断裂应力：σc=可见，甲钢不安全，会导致低应力脆性断裂；乙钢安全可靠。

《无机材料物理性能》课后习题答案.doc

解:&) 4.909x10 《材料物理馅能》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。

F 4500 、—= ---------------- =995( MPa)A 4.524x1()2真应变勺=In上=In色=In 7 = 0.0816 1° A 2.42名义应力a = — = —- =917 (MP。

) —o名义应变 ^ = - = —-1=0.0851/。

A山计算结果町知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。

1- 5 —陶瓷含体积百分比为95%的A12O3(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Ei=380GPa,E2=84GPa,Vi=0.95,V2=0.05。

则有上限弹性模量=E}V{ +E2V2 = 380 X 0.95 +84 X 0.05 =365.2(GF Q)下限弹性模量曲=(4 +生尸=(性 + 些广=323.1(。

「。

)E] E2 380 84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 o(l-1.9P+O. 9P2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa和293. 1 GPa。

1-11 一圆柱形MO]晶体受轴向拉力F,若其临界抗剪强度弓为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：由题意得图示方向滑移系统的剪切强度可表示为:Feos 53。

T = -------- ；— x cos 600.00152〃r f xO.00152^- 2nFmin = ---------------- = 3.17 x 103 (N)m,n cos 53° X cos 60°此拉力下的法向应力为：(7 =317xI0_xcos60° = L12xl08(P€/) = 112(A/P6Z) 0.00152^/cos 60°0.0 应变蠕变曲线 =25.62 〜28.64GF“ 1-6试分别画出应力松弛利应变蠕变与时间的关系示意图,并算出t 二0, t=g 和L 二T 时的纵坐标表达式。