材料物理性能期中2010试卷参考答案

材料物理性能期中试卷
姓名成绩
本试卷共四大题（33小题）
一、概念题（15分）
1、比热容
答：（在保持体积或压力恒定的条件下，测得的物体的热容值，）即单位质量物体，温度升高1度，需要吸收的热量。

2、德拜特征温度
答：德拜特征温度是德拜热容理论中的一个特征物理量，其大小与固体的原子结合能（力）有关。

一般来说，当温度高于德拜特征温度后，固体的热容趋于一恒定值。

3、第一热电效应
答：第一热电效应亦称塞贝克效应，是指将两根不同金属的导线连接在一起形成闭合回路，如果两节点处存在温差，则将在回路中产生电流的现象。

4、电解质的本征电导
答：离子型电解质，由于热力学稳定缺陷，如间隙离子或离子空位的存在，当在其两端加上电压后，离子缺陷将在电场和热运动的作用下作定向运动，形成电导。

由于形成的热力学稳定的缺陷的类型与数量只与物质本身和温度有关，与外界条件无关，故称之为电解质的本证电导。

4、K状态
答：K状态即不均匀固溶体，在固溶体中由于原子偏聚形成成分的不均匀分布，偏聚区尺寸约为纳米数量级，与电子波的波长在同一数量级，造成电阻显著增加。

K 状态表现为：1)退火态的电阻高于淬火态；2)冷加工后的电阻低于冷加工前的电阻；3)冷加工后退火导致电阻提高。

二、 判断题（请在序号后的括号内打∨或×）（12分）
1、（ ×）对于金属材料，其价电子数越高，则参与导电的电子数越多，电阻率越低；
2、（ ×）对于陶瓷材料导热性能越好，则其导电性越好，；
3、（ ∨）厚度大于10微米的金属薄膜均不能透光；
4、（ ∨）杂质的进入将破坏电解质的绝缘性能，甚至可能使其变为导体；
5、（ ∨）相同厚度下能透过可见光光的材料不一定能够透过紫外线，而能透过紫外线的材料则一定透得过可见光；
6、（ ∨）世界上没有绝对绝缘的物质。

三、 公式题（写出公式，并注明每个物理量的意义与单位）（15分）
1、线膨胀系数表达式 答：。

或温度，。

或原始长度，。

，或膨胀系数，或C K T mm m L C K 11o o 1----⋅=⋅∆∆=
-αααL
dT dL L T L 2、马西森定律
答：。

电阻率，。

系数，；杂质浓度，；杂质引起的电阻率，‘；纯元素的电阻率，m m %C m -m '')(00⋅Ω-⋅Ω---⋅Ω⋅Ω-⋅=+=ρξρρξρρρρC
T
3、固体电介质导电率表达式
ln σ=lnA-B/T 物质。

也适用于液体和玻璃态晶体中离子电导的公式成直线关系。

与表明：电导率对数通式为：T
kT
U
A e A kT U
-=⋅=-1ln ln ln ;σσσ
四、 简述分析题（58分）
1、用能带理论分析碱金属元素Li 的导电性与金属Mg 导电性的差别。

（10分）
答：Li 和Mg 均为导电金属，其价带和导带之间没有禁带，导带和价带重叠。

对于一价的碱金属Li ，S 价带和P 导带重叠，一价电子只占据价带的一半，因此自由电子的活动空间和能力强，因此导电性好；而二价的Mg ，虽然S 价带和P 导带也重叠，但自由电子占据所有的S 能带，导致电子活动空间和能力下降，因此其导电性低于Li 。

（可画图解释）
2008-7-833
•(3)
导体
2、分别画出下列情况的热分析曲线与差热分析曲线，并进行合理的解释： （a ） 纯铁从0K~1000K ；（b ）纯铜0K~600K ；（c ）45#钢0K~1273K 。

（12分）
答：：（a）
只有磁性转变这一二级相变，无一级相变，热效应不明显。

(b) 无相变。

(C) 存在共析转变和先共析转变。

3、画出下列材料的热膨胀曲线，并标出相变点。

（10分）
（a）共析碳钢室温~1000C；（b）过共析钢（T12）室温~1000C。

答：
（a）
(b)
4、某一离子晶体材料的电导率(lgσ)和温度(1/T)关系曲线如下图所示，请分析两
条曲线形成的原因，并写出该电解质的的电导率与温度关系式。

（10分）
答:曲线1是电解质的本征电导-温度关系曲线(电导率的对数~绝对温度倒数),它们之间呈现线形变化,表明温度上升,电解质的缺陷数量(间隙离子\离子空位数量上升,导电率升高),符合关系式:
曲线2与曲线1的差别是直线出现拐折,这是由于杂质离子的作用引起的,在高温下本征电导离子数量很低,导电主要由杂质离子引起,因此电导率与温度关系不大,党温度升高后,本征电导离子数量上升,并在达到一定温度后起主要作用,但杂质离子的作用一直存在,并且数量不变,因此,高温直线段在相同温度下,均高于无杂质离子(曲线1),符合关系式:。

这里或上式也可写成：物质。

也适用于液体和玻璃态晶体中离子电导的公式成直线关系。

与表明：电导率对数k
U B Ae T B A T kT U A e A T B kT U ==-=-=⋅=--,,ln ln 1ln ln ln ;σσσσσT
B i i i e A -⋅=∑σ
5、现有合金钢40Cr，欲测定其奥氏体在连续冷却过程中转变为铁素体的相变开
始温度和终了温度，请问有哪些物理性能测试方法可以运用（举例三种方法），画出其测试曲线示意图。

并说明各方法的原理。

（12分）
答：膨胀法；热分析法；差热分析法，电阻法。

如果测定其马氏体相变，则还有热磁仪测定法（磁性法）。

基本原理：相变导致物理性能的突变或异常效应。

具体单独说明.
6、根据材料的膨胀匹配原则，说明日用陶瓷的釉层与陶胎的膨胀系数的合理搭
配。

（6分）
答：日用陶瓷要求表面光洁，釉层结合牢固，无裂纹。

由于陶瓷的制备是先制备好坯体，然后上釉再在较高温度使釉料熔化铺平整个坯体表面，然后冷却。

为了防止表面釉层脱落或开裂，应该使釉层的膨胀系数略小于坯体，这样在冷却时，釉层的收缩小于坯体，结果在釉层形成压应力。

7、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。