材料物理性能大作业
《材料物理性能》期末考试试卷A卷及参考答案A,2019年12月
第 1 页#############材料科学与工程专业 《材料物理性能》期末考试试卷（A) （后附参考答案及评分标准）考试时间：120分钟 考试日期：2019年12月一、单项选择题。
（请将正确答案填入对应题号处，共 20 分，每题 2 分） 1. 关于材料热容的影响因素，下列说法中不正确的是 。
A ．热熔是一个与温度相关的物理量，因此需要用微分来精确定义B ．实验证明，高温下化合物的热容可由柯普定律描述C ．德拜热容模型已经能够精确描述材料热容随温度的变化D ．材料热容与温度的精确关系一般由实验来确定2. 晶格的热传导必须用声子的（1） 近似来解释，此时的声子（2）理想气体， 因为声子之间 （3） 碰撞。
A ．（1）简谐 （2） 是 （3）不发生B ．（1）非简谐 （2）是 （3）发生C ．（1）近自由电子 （2）不是 （3）发生D ．（1）紧束缚 （2）不是 （3）不发生3. 在评价电介质的主要电学性能指标中，属于导电性性能指标的是_________。
A ．介电常数B ．耐电强度C ．损耗因素D ．体电阻率与表面电阻率年级 专业 姓名 学号装订线4. 附图是导体、半导体、绝缘体在热力学温度T = 0 K时的能带结构图。
其中属于绝缘体的能带结构是。
A. (1)B. (2)C. (1)、(3)D. (3)5. 如果(1)锗用锑(五价元素)掺杂，(2)硅用铝(三价元素)掺杂，则获得的半导体分别属于下述类型：。
A．(1)、(2)均为n型半导体B．(1)为n型半导体，(2)为p型半导体C. (1)为p型半导体，(2)为n型半导体D．(1)、(2)均为p型半导体6. 根据电介质的分类，H2O属于。
A．非极性电介质B．极性电介质C．铁电体D．铁磁体7. 对于顺磁体与抗磁体，下面表述正确的是__________。
A．正常顺磁体的磁化率随温度变化而变化，反常顺磁体的磁化率与温度无关B．不论是正常顺磁体，还是反常顺磁体，其磁化率都随温度变化而变化C．正常抗磁体的磁化率随温度变化而变化，反常抗磁体的磁化率与温度无关D．不论是正常抗磁体，还是反常抗磁体，其磁化率都与温度无关8. 下面列举的磁性中属于强磁性的是。
材料物理性能及测试-作业
第一章无机材料的受力形变1 简述正应力与剪切应力的定义2 各向异性虎克定律的物理意义3 影响弹性模量的因素有哪些？4 试以两相串并联为模型推导复相材料弹性模量的上限与下限值。
5 什么是应力松弛与应变松弛？6 应力松弛时间与应变松弛时间的物理意义是什么？7 产生晶面滑移的条件是什么？并简述其原因。
8 什么是滑移系统？并举例说明。
9 比较金属与非金属晶体滑移的难易程度。
10 晶体塑性形变的机理是什么？11 试从晶体的势能曲线分析在外力作用下塑性形变的位错运动理论。
12 影响晶体应变速率的因素有哪些？13 玻璃是无序网络结构，不可能有滑移系统，呈脆性，但在高温时又能变形，为什么？14 影响塑性形变的因素有哪些？并对其进行说明。
15 为什么常温下大多数陶瓷材料不能产生塑性变形、而呈现脆性断裂？16 高温蠕变的机理有哪些？17 影响蠕变的因素有哪些？为什么？18 粘滞流动的模型有几种？19 影响粘度的因素有哪些？第二章无机材料的脆性断裂与强度1 试比较材料的理论强度、从应力集中观点出发和能量观点出发的微裂纹强度。
2 断裂能包括哪些内容？3 举例说明裂纹的形成？4 位错运动对材料有哪两方面的作用？5 影响强度的因素有哪些？6 Griffith关于裂纹扩展的能量判据是什么？7 试比较应力与应力强度因子。
8 有一构件，实际使用应力为1.30GPa,有下列两种钢供选：甲钢：sf =1.95GPa, K1c =45Mpa·m 1\2乙钢：sf =1.56GPa, K1c =75Mpa·m 1\2试根据经典强度理论与断裂强度理论进行选择，并对结果进行说明。
9 结构不连续区域有哪些特点？10 什么是亚临界裂纹扩展？其机理有哪几种？11 介质的作用(应力腐蚀)引起裂纹的扩展、塑性效应引起裂纹的扩展、扩散过程、热激活键撕裂作用引起裂纹扩展。
12 什么是裂纹的快速扩展？13 影响断裂韧性的因素有哪些？14 材料的脆性有哪些特点？通过哪些数据可以判断材料的脆性？15 克服材料脆性和改善其强度的关键是什么？16 克服材料的脆性途径有哪些？17 影响氧化锆相变的因素有哪些？18 氧化锆颗粒粒度大小及分布对增韧材料有哪些影响？19. 比较测定静抗折强度的三点弯曲法和四点弯曲法，哪一种方法更可靠，为什么？20. 有下列一组抗折强度测定结果，计算它的weibull模数，并对该测定数据的精度做出评价。
陕西师范大学材料物理性能习题作业
1.为什么ε23=ε4,ε31=ε5/2和ε12=ε6/2?2.为什么单晶体中独立弹性常数只有三个，C11，C12和C44？3为什么在P作用下的体积相对变化ΔV/V=3Δε答：ΔV/V=（1+ε）+（1+ε）+（1+ε）-1 ，只是把三次方项和二次方项省略了。
4.为什么立方晶系的多数金属单晶体最大切变模量G沿[100]晶向，最小切变模量沿[111]晶向？答：这和其弹性模量的关系相反，在[111]晶向弹性模量值最大，因为在[111]晶向上原子密度答，原子间距小，原子间作用力大。
但关于其切边模量，不知道为什么结果相反。
5.什么是织构？多晶体在其形成过程中，由于受到外界的力、热、电、磁等各种不同条件的影响，或在形成后受到不同的加工工艺的影响，多晶集合体中的各晶粒就会沿着某些方向排列，呈现出或多或少的统计不均匀分布，即出现在某些方向上聚集排列，因而在这些方向上取向几率增大的现象，这种现象叫做择优取向。
这种组织结构及规则聚集排列状态类似于天然纤维或织物的结构和纹理，故称之为织构。
近似平行于轴向，这种织构称为丝织构或纤维织构。
理想的丝织构往往沿材料流变方向对称排列。
其织构常用与其平行的晶向指数<UVW>表示。
某些锻压、压缩多晶材料中，晶体往往以某一晶面法线平行于压缩力轴向，此类择优取向称为面织构，常以{HKL}表示。
轧制板材的晶体分类：轴向拉拔或压缩的金属或多晶体中，往往以一个或几个结晶学方向平行或，既受拉力又受压力，因此除以某些晶体学方向平行轧向外，还以某些晶面平行于轧面，此类织构称为板织构，常以{HKL}<UVW>表示。
生长，即出现织构。
图示6.弹性波横向传播速度？7.什么是定向凝固？答：在熔模铸造型壳中建立特定方向的温度梯度，使熔融合金沿着与热流相反的方向按照要求的结晶取向凝固的一种铸造工艺(合金凝固时晶粒沿热流相反方向生长)。
定向凝固技术最突出的成就是在航空工业中的应用。
采用定向凝固技术可以生产具有优良的抗热冲击性能较长的疲劳寿命较好的蠕变抗力和中温塑性的薄壁空心涡轮叶片。
(完整)材料物理性能答案
)（E k →第一章：材料电学性能1 如何评价材料的导电能力？如何界定超导、导体、半导体和绝缘体材料？用电阻率ρ或电阻率σ评价材料的导电能力.按材料的导电能力（电阻率）,人们通常将材料划分为：）（）超导体（）（）导体（）（）半导体（）（）绝缘体（m .104m .10103m .10102m .1012728-828Ω〈Ω〈〈Ω〈〈Ω〈---ρρρρ2、经典导电理论的主要内容是什么？它如何解释欧姆定律？它有哪些局限性？金属导体中，其原子的所有价电子均脱离原子核的束缚成为自由电子，而原子核及内层束缚电子作为一个整体形成离子实。
所有离子实的库仑场构成一个平均值的等势电场，自由电子就像理想气体一样在这个等势电场中运动.如果没有外部电场或磁场的影响,一定温度下其中的离子实只能在定域作热振动，形成格波,自由电子则可以在较大范围内作随机运动,并不时与离子实发生碰撞或散射，此时定域的离子实不能定向运动，方向随机的自由电子也不能形成电流。
施加外电场后,自由电子的运动就会在随机热运动基础上叠加一个与电场反方向的平均分量，形成定向漂移，形成电流。
自由电子在定向漂移的过程中不断与离子实或其它缺陷碰撞或散射，从而产生电阻。
E J →→=σ，电导率σ= （其中μ= ，为电子的漂移迁移率，表示单位场强下电子的漂移速度）,它将外加电场强度和导体内的电流密度联系起来,表示了欧姆定律的微观形式.缺陷:该理论高估了自由电子对金属导电能力的贡献值，实际上并不是所有价电子都参与了导电。
（？把适用于宏观物体的牛顿定律应用到微观的电子运动中，并且承认能量的连续性)3、自由电子近似下的量子导电理论如何看待自由电子的能量和运动行为？自由电子近似下，电子的本证波函数是一种等幅平面行波，即振幅保持为常数;电子本证能量E 随波矢量的变化曲线 是一条连续的抛物线.4、根据自由电子近似下的量子导电理论解释：准连续能级、能级的简并状态、简并度、能态密度、k 空间、等幅平面波和能级密度函数.n 决定，并且其能量值也是不连续的，能级差与材料线度L ²成反比,材料的尺寸越大，其能级差越小，作为宏观尺度的材料,其能级差几乎趋于零，电子能量可以看成是准连续的。
材料物理性能试题及其答案
西 安 科 技 大 学 2011—2012学 年 第 2 学 期 考 试 试 题（卷）学院：材料科学与工程学院 班级： 姓名： 学号：———装 订 线————————装 订 线 以 内 不 准 作 任 何 标 记————————装 订 线———西 安 科 技 大 学 2011—2012 学 年 第 2 学 期 考 试 试 题（卷）学院：材料科学与工程学院 班级： 姓名： 学号：———装 订 线————————装 订 线 以 内 不 准 作 任 何 标 记————————装 订 线———材料物理性能 A卷答案一、填空题（每空1分，共25分）：1、电子运动服从量子力学原理周期性势场2、导电性能介电性能3、电子极化原子（离子）极化取向极化4、完全导电性（零电阻）完全抗磁性5、电子轨道磁矩电子自旋磁矩原子核自旋磁矩6、越大越小7、电子导热声子导热声子导热8、示差热分析仪（DTA）、示差扫描热分析（DSC）、热重分析（TG）9、弹性后效降低（减小）10、机械能频率静滞后型内耗二、是非题（每题2分，共20分）：1、√2、×3、×4、√5、×6、√7、×8、×9、×10、√三、名词解释（每题3分，共15分）：1、费米能：按自由电子近似，电子的等能面在k空间是关于原点对称的球面。
特别有意义的是E=E F的等能面，它被称为费米面，相应的能量成为费米能。
2、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，这样的磁体称顺磁体。
3、魏得曼-弗兰兹定律：在室温下许多金属的热导率与电导率之比几乎相同，而不随金属的不同而改变。
4、因瓦效应：材料在一定温度范围内所产生的膨胀系数值低于正常规律的膨胀系数值的现象。
5、弛豫模量：教材P200四、简答题（每题6分，共30分）：1、阐述导体、半导体和绝缘体的能带结构特点。
《材料物理性能》课后习题答案.doc
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：真应力OY = — = ―"°。
—=995(MP Q)A 4.524 xlO-6真应变勺=In — = In — = In^v = 0.0816/0 A 2.42名义应力a = — = ―4°°°_ 一= 917(MPa)A) 4.909x1()2名义应变£ =翌=& —1 = 0.0851I。
A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/\12O3(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, V^O. 95, V2=0. 05o则有上限弹性模量=E]% +E2V2 = 380 X 0.95 +84 X 0.05 =365.2(GP Q)下限弹性模量战=(¥ +3)T =(?料+誓尸=323.1(GP Q)E]380 84当该陶瓷含有5%的气孔时，将P二0. 05代入经验计算公式E=E O(1-1. 9P+0. 9P2) 可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa和293. 1 GPa。
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 = oo和t二£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：其应力松弛曲线方程为：b⑴=贝0光必则有:<7(0) = b(0);cr(oo) = 0;<7(r)= a(0)/e.Voigt模型可以较好地模拟应变蠕变过程：其蠕变曲线方程为：的)=火(1 -广")=£(00)(1 _g")E则有：£(0)=0； £(OO)= 21;冶)=%1-(尸).以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上山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。
材料物理性能试卷及答案B
材料物理通用B（答案）姓名：单位：级别：准考证号：装订线﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉﹉材料物理检验各专业通用试卷B注意事项：1、请填写您的姓名、工作单位、申报类别、等级及准考证号2、请按题目要求在规定的位置填写答案：3、本试卷满分100分。
一、填空（共25分，每空1分）1、金属拉伸的比例试样系按公式L0=kS01/2计算而得出试样原始标距长度的试样，k通常为 5.65 或11..3 。
2、规定非比例延伸强度测定方法有图解法和逐级施力法两种，也可以使用自动装置或自动测试系统测定。
3、影响拉伸测试结果的主观因素有人为因素和试样制作的因素两个方面；而客观因素主要指仪器设备条件和环境条件。
4、常用的引伸计有机械式、光学式和电子式三类。
5、弯曲试验常使用两种加载方法，即三点弯曲法和四点弯曲法，一般工厂试验室中常使用三点弯曲法。
6、弯曲弹性模量是指弯曲应力和弯曲应变呈线性比例关系范围内的弯曲应力和弯曲应变之比。
7、交变应力是指应力的大小、方向或大小和方向都随时间发生周期性变化的应力。
8、高温强度持久试验的试验室温度一般保持在10——35℃之间；实验室应远离或隔离震源，室内严防震动。
二、选择正确答案（共10分，每题2分）1、带凸耳板状试样用作（ A ）。
54A 金属材料无约束型压缩试样B金属材料约束型压缩试样C高分子非金属材料压缩试样2、铁碳合金基本组织中，（ B ）是单相组织。
A 珠光体B 奥氏体C莱氏体3、连续冷却转变时，共析碳钢不形成（ A ）。
A 贝氏体B 珠光体和索氏体C索氏体和屈氏体4、金属蠕变曲线的（ B ）段是恒速蠕变阶段。
A abB bcC cd5*、硬度测定时，图（ C ）所示为试样正确放置方法。
A B C5#、塑性材料扭转试样的断口为（ C ）。
A 切断断口B正断断口 C 木质纤维状断口三、名词解释（共15分，每题3分）1、弹性和弹性变形2、塑性和塑性变形3、断裂4*、奥氏体2435*、铁素体2434#、珠光体存在于727℃以下温度，是铁素体与渗碳体两相层片相间的机械混合物，平均含碳量为0.77%。
材料物理性能试题(研究生)
材料物理性能试题
1从物理本质上叙述晶体中电子能量结构的导带、价带和禁带产生的原因，并利用能带理论的初步知识说明材料的一些物理性质(举一例即可)
2 表征超导体性能的三个主要指标是什么?目前氧化物超导体应用的主要弱点是什么?
3 铂线300 K时电阻率为1×10-7Ω·m，假设铂线成分为理想纯。
试求1000 K 时的电阻率。
4 试说明压电体、热释电体、铁电体各自在晶体结构上的特点。
5 工厂中发生“混料”现象。
假如某钢的淬火试样，又经不同回火后混在一起了。
可用何法将每个不同温度回火、淬火试样区分开来（不能损伤试样）。
6 试分析材料导热机理。
金属、陶瓷和透明材料导热机制有什么区别?
7表征金属原子间结合力强弱的常用物理参数由哪些？并说明这些参数间的关系。
8 已知某三元状态图的一角(如下图)，需要测定固解体的溶解度曲线。
(1)可用哪几种物性测试方法测量?
(2)它们共同的原理是什么？
(3)以一个具体性能指标为例说明其测量方法(简要说明并绘图)。
9 使用双原子模型说明材料热膨胀的物理本质。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
非晶态固体的导电性能
能带论是目前研究晶态固体中电子运动的重要理论,能带论的出发点是:固体中的电子不再束缚于个别的原子,而是在整个固体中做共有化运动。
它是所谓“单电子理论”,就是说,各电子的运动基本上看做是相互独立的, 每个电子是在一个具有晶格周期性的势场中运动,这个周
期性势场包括了原子实以及其它电子的平均势场。
能带论虽然是一个近似理论,但实际的发展证明,它对于晶态半导体是比较好的,近似可以作为分析其中电子运动规律的基础。
这段文字引自韩汝琦教授在1979年所写的《非晶态半导体的导电性》研究。
由于非晶态材料的非周期性，及从理论上讲其导电性能不好，所以没有具体阐述，通过对文献的查找我发现对于这一方面研究的学者也少之又少。
所以在学习了材料物理性能对于固体晶态金属、半导体、离子结构导电性的基础上对非晶态的固体导电性做一些了解。
以下为我在阅读相关文献后的一点总结及感触。
非晶态半导体中电子运动的问题,仍可以用单电子理论,即把各电子的运动看成是相互独立的。
差别在于这时的势场不再具有周期性,本征态波函数不再具有布洛赫波函数的形式, 与晶体势场周期性相联系的量子数k不再存在了。
则无法通过k空间建立能带能级的关系。
非晶态半导体中也存在有导带和价带,它们之间也有禁带,能带的存在是不依赖于晶体的周期性的.差别在于能态密度函数存在有尾部。
在晶态半导体中能带中的状态是共有化运动状态, 而在非晶态半导体能带中的状态分为两类:一类叫扩展态;一类叫定域态。
在导带中, E > Ec 的状态( Ec为临界状态)是扩展态,它的波函数延伸在整个空间,相当于电子可以通过隧道效应从一个势井穿透到另一个势井,它类似于晶态半导体中的共有化运动状态。
在导带E < Ec的
状态是定域态,它的波函数只是局限在一些中心点附近,随着远离这个中心点的距离增大而
指数衰减。
电子不能通过隧道效应在整个材料中做共有化运动,而是在比较小的范围内做定
域运动,所以叫做定域态。
隧道效应：是一种有微观粒子波动性所确定的微观效应。
按照量子理论，可以解出除了在势垒处的反射外，还有透过势垒的波函数，表明在势垒的另一边，粒子有一定概率贯穿势垒。
对于非晶态半导体,扩展态中载流子导电的机理和晶态中载流子的导电机理相似;而在定域态中载流子只能通过和晶格振动的相互作用,交换能量,才能从一个定域态跳到另一个定域态。
综上所述,为了分析非晶态半导体的导电性,就需要着重分析定域态的导电机理。
先可以从晶态半导体的杂质开始讨论，在简单的半导体的导电理论中,施主杂质(或受主杂质)在低温下
可以束缚电子(或空穴) ,这些电子(或空穴)围绕着杂质原子运动。
假定有一N型样品,施主和
受主杂质浓度分别是N D和NA。
在足够低的温度下,导带中的电子可以忽略不计。
这时受主接受施主提供的电子成为负离子,而施主一部分失去电子成为正离子,一部分仍是中性的.
在这些中性的施主杂质周围束缚有电子,杂质导电就是靠这些电子从一个施主态到另一个
不占有电子的施主态之间的跳跃.在晶体中实际存在的电离施主和电离受主杂质,它们的库
仑场会影响这些施主态的能级位置。
由于电离杂质分布是无规则的,使得这些施主态的能量值是不完全一样的。
这样,电子从一个施主态转移到另一个施主态就必须具备两个条件。
( A )是两个施主态之间的波函数要有交叠,也就是说,一般来说只有相互靠近的一些杂质态之间
才能实现转移; ( B )是由于这些相邻施主态能级的能量之间一般来说是不一样的,这样在转
移过程中就需要依赖于电子一晶格的相互作用,电子与晶格交换能量吸收一个或多个声子,
这是一个激活过程,称为跳跃式导电。
根据这个导电机构可以说明上述实验事实,其中,反映跳跃导电的激活能;当掺杂浓度增高,杂质态波函数的交叠增大,从而使几变大.从杂质导电的例子,可以看出定域态的几个特点: ( A )定域态的波函数是局限在某一中心附近的范围内,就象
施主态的电子是局限在施主杂质中心附近一样。
( B )由于存在有无规则的势场分布(在杂质
导电中就是无规则分布的电离杂质的库仑势场) ,使得这些定域态的能级可能是不相同的, 形成连续分布的能带。
( c )定域态之间的电子导电是跳跃式的。
当然,这种跳跃式的杂质导电
只是在很低温度下( < 1 0 K ) 才能观察到,当温度升高时,施主态上的电子逐步激发到导带,使导带中电子的导电能力增强,直到全部电离。
到了非晶态半导体的电导，可以从禁带中定域态的电导、导带扩展态的电导率、以及导带尾部定域态的电导率来讨论。
在禁带遵循跳跃电导，即在近邻定域态之间跳跃，在导带扩展态中当存在禁带中缺陷定域态时，费米能被禁锢在禁带中，基本不随温度变化，这时扩展态电导率与温度变化关系为简单指数关系，在导带尾部定域态中电导率随温度变化明显。