材料物理性能总的问答题09级
(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

即消失,而是先消
失一部分,另一部
分逐渐消失,这
材
考料 试物
科理 目性
能
材
试 学料
卷 类
A
生 班
09
型 级级
1-4
注意:1、答案 一律写在答题 纸;
2、不抄 题,写清题号;
3、考试 结束后交回试 题!
三、名词解释
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———
(每题3分,共15 分): 1、费米能: 2、顺磁体: 3、魏得曼-弗兰 兹定律: 4、因瓦效应: 5、弛豫模量: 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。 2、简述温度对金 属电阻影响的一 般规律及原因。 3、何谓材料的热 膨胀?其物理本 质是什么? 4、物质的铁磁性 产生的充要条件 是什么? 5、内耗法测定 α-Fe中碳的扩散 (迁移)激活能H 的方法和原理。 五、论述题(每 题10分,共10 分): 1、铁磁性材料的 技术磁化过程分 为哪几个阶段, 请用简图表示, 在图中标出自发
的。 ( ) 10、宏观
上,弹性 模量E代表 材料对弹 性正应变 的抗力; 微观上E表 征原子间 的结合 力。( )
1.命题时请尽量采 用计算机录入,手 写稿必须字迹工 整、清晰可辩。审 批由系主任负责; 2.考试科目应与教 学计划保持一致, 不能用简写或别 称。考试性质为“考 试”或“考查”; 3.试卷类型注明 A\B\C\D等字样,考 试地点注明“雁 塔”或“临潼”; 4.试题(卷)内容 不要超出线格范 围,以免影响试题 印制和教师评分。
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。
09级工程材料a卷答案(最终版)

华侨大学09级?工程材料?试卷〔A〕院别考试日期2021 年12 月20 日姓名班级学号一、填空〔20分,每空1分〕1.许多机械零件如弹簧、轴、齿轮等,在工作时承受交变载荷,其应力低于屈服强度,但经过一定循环周期后,即发生断裂,这就是疲劳断裂现象。
2.刚度是指零〔构〕件在受力时抵抗弹性变形的才能,它等于材料的弹性模量与零构件的横截面积或者面积的乘积。
3.金属中的晶格缺陷,按照几何形式分为_点缺陷__、线缺陷和__面缺陷____三种。
4.金属的塑性变形量在临界变形范围以内,其随后的再结晶晶粒将〔异常〕长大。
5.Fe—Fe3C相图中的P点表示__碳在a-Fe中的最大溶解度___;其对应含碳量为__%,温度为_727_℃。
6.铁碳合金相图表述了在平衡条件下,温度,_碳的质量分数或含碳量和相或组织之间的关系。
7.滚动轴承钢中参加合金元素Cr,主要是为了进步__钢的淬透性_,并在热处理后形成细小均匀分布的碳化物,以进步钢的__耐磨性__、_硬度〔或弹性极限〕和接触疲劳极限。
8.进步铝及铝合金强度的主要途径有:变质处理〔细晶强化〕、冷变形〔加工硬化〕和热处理〔时效强化〕。
二、指出左列牌号各属于右列哪一类材料〔连线并标出右列序号〕〔10分,每个1分〕40CrMnMo ⑽⑴普通黄铜H59 ⑴⑵合金弹簧钢Q235 ⑺⑶硬质合金YW2 ⑶⑷合金渗碳钢W12Cr4V5Co5 ⑿⑸马氏体型不锈钢1Cr13 ⑸⑹高碳低合金工具钢20MnTiB ⑷⑺普通碳素构造钢CrWMn ⑹⑻高铬轴承钢60Si2CrA ⑵⑼球墨铸铁QT400-18 ⑼⑽合金调质钢⑾灰铸铁⑿高速钢三、选择及判断题〔15分,每个1分〕1、用40Cr钢和40钢制造一样尺寸的零件,要求一样硬度时,淬火后两者的回火温度是:〔C〕A、一样;B、40Cr钢的较低;C、40Cr钢的较高;2、从一个固相中同时析出成分和晶体构造不同的两种新固相的转变过程,称为:〔 C 〕A、共晶转变;B、包晶转变;C、共析转变;D、匀晶转变;3、溶质原子的溶入,进步了固溶体塑性变形的:〔B 〕A、才能;B、抗力;C、速度;4、用于制造凿子宜选用以下钢号中的:〔B 〕A、45钢;B、T7;C、T12;D、08F5、高锰钢ZGMn13 具有高耐磨性的原因是:〔 C 〕A、热处理进步了硬度和耐磨性;B、因有较多的Fe3C存在;C、外表产生强烈的加工硬化,并有马氏体相变发生。
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:—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: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。
答:①导体中含有未满带,在外场的作用下,未满带上的电子分布发生偏移,从而改变了原来的中心堆成状态,占据不同状态的电子所形成的运动电流不能完全抵消,未抵消的部分就形成了宏观电流;②绝缘体不含未满带,满带中的电子不会受外场的作用而产生偏离平衡态的分布,而一些含有空带的绝缘体,也因为禁带间隙过大,下层满带的电子无法跃迁到空带上来形成可以导电的未满带,所以绝缘体不能导电;③本征半导体的情况和绝缘体类似,区别是其禁带能隙比较小,当受到热激发或外场作用时,满带中的电子比较容易越过能隙,进入上方空的允带,从而使材料具有一定的导电能力;④掺杂半导体则是通过掺入异质元素,从而提供额外的自由电子或者额外的空穴以供下层电子向上跨越,使得跨越禁带的能量变低,电子更加容易进入上层的空带中,从而具有导电能力。
材料物理性能总的问答题

1材料四要素?组成、结构、工艺、性能2马基申定则及表达式?固溶体电阻率看成由金属基本电阻率ρ(T)和残余电阻率ρ残组成。
不同散射机制对电阻率的贡献可以加法求和。
这一导电规律称为马基申定律,3化学缺陷物理缺陷:化学缺陷:偶然存在的杂质原子及人工加入的合金元素的原子;物理缺陷:指空位、间隙原子、位错以及它们的复合体。
4材料产生电阻的本质?当电子波在绝对零度下通过一个理想的晶体点阵时,它将不会受到散射而无阻碍地传播,这时ρ=0,而σ为无穷大,即此时的材料是一个理想的导体。
只有在晶体点阵的完整性以及由于晶体点阵离子的热振动,晶体中的异类原子、位错和点缺陷等使晶体点阵的周期性遭到破坏的地方,电子波才会受到散射,从而产生了阻碍作用,降低了导电性,这就是材料产生电阻的本质所在。
5 三种散射机制?声子散射和电子散射电子在杂质和缺陷上的散射6 影响导电性的因素?温度:低温下“电子-电子”散射对电阻的贡献可能是显著的,但除低温以外几乎所有温度下大多数金属的电阻都取决于“电子-声子”散射。
受力情况:金属在压力的作用下,其原子间距缩小,内部缺陷的形态、电子结构、费米面和能带结构以及电子散射机制等都将发生变化,这必然会影响金属的导电性能。
冷加工:由于冷加工使晶体点阵发生畸变和缺陷,从而增加了电子散射的几率。
晶体缺陷、热处理、几何尺寸效应7固溶体的分类?按溶质原子在晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体按溶质元素在固溶体中的溶解度,可分为有限固溶体和无限固溶体。
但只有置换固溶体有可能成为无限固溶体。
8。
固溶体的电阻与组元浓度的关系在形成固溶体时,与纯组元相比,合金的导电性能降低了原因:纯组元间原子半径差所引起的晶体点阵畸变,增加了电子的散射,且原子半径差越大,固溶体的电阻也越大。
这种合金化对电阻的影响还有如下几方面:一是杂质对理想晶体的局部破坏;二是合金化对能带结构起了作用,移动费米面并改变了电子能态的密度和有效导电电子数;三是合金化也影响弹性常数,因此点阵振动的声子谱要改变。
材料物理性能复习题汇总

一、名词解释光矢量:即是光波的电场强度矢量。
双折射:当光束通过各向异性介质表面时,折射光会分成两束沿着不同的方向传播,这种由一束入射光折射后分成两束光的现象。
光轴:通过改变入射光的方向,可以发现,在晶体中存在一些特殊的方向,沿着这些方向传播的光不会发生双折射,这些特殊的方向称为晶体的光轴。
热膨胀:物质在加热或冷却时的热胀冷缩现象称为热膨胀。
朗伯特定律:l e I I α-=0,在介质中光强随传播距离呈指数形式衰减的规律即称为朗伯特定律。
热稳定性:指材料承受高温的急剧变化而不致破坏的能力,也称为抗热震性。
滞弹性:指材料在交变载荷的情况下表现为应变对应力的滞后特性即称为滞弹性。
应力感生有序:溶解在固溶体中孤立的间隙原子,置换原子,在外加应力时,这些原子所处的位置的能量即出现差异,因而原子要发生重新分布,即产生有序排列,这种由于应力引起的原子偏离无序状态分布叫应力感生有序。
穆斯堡耳效应:固体中的无反冲核共振吸收即为穆斯堡尔效应。
高分子的分子结构:指除具有低分子化合物所具有的,如同分异构、几何异构、旋光异构等结构特征之外,还有高分子量,通常由103~105个结构单元组成的众多结构特点。
高分子的聚集态结构:是指大分子堆砌、排列的形式和结构。
均方末端距:是描述高分子链的形状和大小时采用末端距的2次方的平均值,用r 2表示,称为均方末端距。
二、填空题1、下图为聚合物的蠕变和回复曲线,可见一个聚合物材料的总形变是三种形变之和,其中 ε1为普弹形变、 ε2为高弹形变、 ε3为粘性流动。
2、从微观上分析,光子与固体材料相互作用的两种重要结果是:电子极化和电子能态转变3、在光的非弹性散射光谱中,出现在瑞利线低频侧的散射线统称为斯托克斯线,而在瑞利线高频侧的散射线统称为反斯托克斯线。
4、掺杂在各种基质中的三价稀土离子,它们产生光学跃迁的是4f 电子。
5、红宝石是历史上首先获得的激光材料,它的发光中心是C r 3+ 离子。
材料性能学历年真题及答案

材料性能学历年真题及答案(总7页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--一、名词解释低温脆性:材料随着温度下降,脆性增加,当其低于某一温度时,材料由韧性状态变为脆性状态,这种现象为低温脆性。
疲劳条带:每个应力周期内疲劳裂纹扩展过程中在疲劳断口上留下相互平行的沟槽状花样。
韧性:材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。
缺口强化:缺口的存在使得其呈现屈服应力比单向拉伸时高的现象。
50%FATT:冲击试验中采用结晶区面积占整个断口面积 50%时所应的温度表征的韧脆转变温度。
破损安全:构件内部即使存在裂纹也不导致断裂的情况。
应力疲劳:疲劳寿命N>105 的高周疲劳称为低应力疲劳,又称应力疲劳。
韧脆转化温度:在一定的加载方式下,当温度冷却到某一温度或温度范围时,出现韧性断裂向脆性断裂的转变,该温度称为韧脆转化温度。
应力状态软性系数:在各种加载条件下最大切应力与最大当量正应力的比值,通常用α表示。
疲劳强度:通常指规定的应力循环周次下试件不发生疲劳破坏所承受的上限应力值。
内耗:材料在弹性范围内加载时由于一部分变形功被材料吸收,则这部份能量称为内耗。
滞弹性: 在快速加载、卸载后,随着时间的延长产生附加弹性应变的现象。
缺口敏感度:常用缺口试样的抗拉强度与等截面尺寸的光滑试样的抗拉强度的比值表征材料缺口敏感性的指标,往往又称为缺口强度比。
断裂功:裂纹产生、扩展所消耗的能量。
比强度::按单位质量计算的材料的强度,其值等于材料强度与其密度之比,是衡量材料轻质高强性能的重要指标。
.缺口效应:构件由于存在缺口(广义缺口)引起外形突变处应力急剧上升,应力分布和塑性变形行为出现变化的现象。
解理断裂:材料在拉应力的作用下原于间结合破坏,沿一定的结晶学平面(即所谓“解理面”)劈开的断裂过程。
应力集中系数:构件中最大应力与名义应力(或者平均应力)的比值,写为KT。
高周疲劳:在较低的应力水平下经过很高的循环次数后(通常N>105)试件发生的疲劳现象。
大学《材料物理性能》习题解答

1材料的力学性能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: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—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.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.)(0114.0105.310101401000940000cm E A l F l E l l =⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⋅=∆-σε)21(3)1(2μμ-=+=B G E )(130)(103.1)35.01(2105.3)1(288MPa Pa E G ≈⨯=+⨯=+=μ剪切模量)(390)(109.3)7.01(3105.3)21(388MPa Pa E B ≈⨯=-⨯=-=μ体积模量)(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 =+=+=--下限弹性模量解:1-17 求融熔石英的结合强度,设估计的表面能力为1。
75J/m 2; Si —O 的平衡原子间距为1。
材料物理性能简介09

<<材料物理性能>>基本要求一,基本概念:1. 摩尔热容: 使1摩尔物质在没有相变和化学反应的条件下,温度升高1K 所需要的能量,它反映材料从周围环境吸收热量的能力,它与温度、质量、过程有关。
用C m 表示,单位为J/(mol·K)。
2. 晶格热振动: 晶体点阵中的质点(原子,离子)总是围绕着平衡位置作微小振动.3. 声子(Phonon ): 声子是晶体中晶格集体激发的准粒子,就是“晶格振动的简正模能量量子。
聲子與光子(光的量子)相似,可視為具有粒子性的波包。
化学势为零,属于玻色子。
4. 德拜温度:德拜模型认为,晶体对热容的贡献主要是低频弹性波的振动,声频支的频率具有0~ωmax 分布,其中,最大频率所对应的温度即为德拜温度:kD max ωθ =称为德拜特征温度。
5. 示差热分析法(Differential Thermal Analysis, DTA ): 利用在相同条件下加热或冷却时,试样和标准样的温度差与温度或时间关系,对组织结构进行分析的一种技术。
6. 差动扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry, DSC ): 用差动方法测量加热或冷却过程中,将试样和标准样的温度差保持为零时,所需要补充的热量与温度或时间的关系。
7. 禁带:能隙所对应的能带,或允带间电子禁止的能级所对应的能带。
8. 导带:具有空能级允带中的电子(未满带的电子),在外电场作用下可参与导电。
这种未满的允带称为导带。
9. 固体电解质:具有离子电导的固体物质.离子晶体要具有离子电导的特性,必须:电子载流子的浓度小;离子晶格缺陷浓度大,并参与电导。
10. 本征电导:源于晶体点阵的基本离子的运动。
固有电导中,载流子由晶体本身的热缺陷提供。
11. 杂质电导:由固定较弱的杂质离子的定向运动。
填隙杂质或置换杂质(溶质)。
12. 霍尔效应: 沿x 轴通入电流,z 方向上加磁场,y 方向上将产生电场。
材料物理性能 考试题.doc

材料物理性能试题2014.5.一、阐述下列概念(每题6分,共30分)(1)电介质的极化在外电场作用下,电介质的表面上出现束缚电荷的现象叫做电介质极化。
(2)声子声子就是''晶格振动的简正模能量量子。
"英文是phonon(3)软磁材料和硬磁材料硬磁材料是指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种铁氧体材料,也称为永磁材料或恒磁材料。
软磁材料是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。
(4)晶体的特征(1)晶体拥有整齐规则的几何外形,即晶体的自范性。
(2)晶体拥有固定的熔点,在熔化过程中,温度始终保持不变。
(3)晶体有各向异性的特点。
(4)晶体可以使X光发生有规律的衍射。
宏观上能否产生X光衍射现象,是实验上判定某物质是不是晶体的主要方法。
[1](5)晶体相对应的晶面角相等,称为晶面角守恒。
[2](5)画出体心立方晶体结构,原胞,并写出基矢体心立方结构(右)M W ■其体积为;配位原胞(右)晶胞基矢a \ R I并且&£■』;芭■我,其惯用原胞基矢由从一顶点指向另外三个体心点的矢量构成,二、解答题(共70分)1.影响无机非金属材料(晶体)导热率的因素有哪些?(10分)%1晶体中热量传递速度很迟缓,因为晶格热振动并非线性的,格波间有着一定的耦合作用,?^子间会产生碰撞,使声子的平均自由程减小。
格波间相互作用愈强,也即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。
因此,声子间碰撞引起的散射是晶体中热阻的主要来源。
%1晶体中的各种缺陷、杂质以及晶界都会引起格波的散射,等效于声子平均自由程的减小,从而降低X.O %1平均自由程还与声子的振动频率V有关。
振动V不同,波长不同。
波长长的格波易绕过缺陷,使自由程加大,散射小,因此热导率入大。
%1平均自由程1还与温度T有关。
温度升高,振动能量加大,振动频率v加快,声子间的碰撞增多,故平均自由1减小。
但其减小有一定的限度,在高温下,最小的平均自由程等于几个晶格间距;反之,在低温时,最长的平均自由程长达晶粒的尺度。
《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。
09级工程材料学试题B参考答案

2012-2013学年第一学期《工程材料学》试题B参考答案及评分标准一、简答题:(30分,每题5分)1.试分析材料的化学成分、组织结构、加工工艺与使用性能之间的关系。
答:化学成分和组织结构是性能的内在依据,是基础,性能是一定化学成分和组织结构的外部表现。
金属材料的组成元素与含量从内部、热处理工艺从外部实现对组织结构的改变,从而使材料具有不同的使用性能。
2.按形成碳化物的倾向性大小写出主要的碳化物形成元素。
答: Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe (写出6个元素以上3 分,写对顺序2分)3.说明细化晶粒对钢的强度、塑性和韧性的影响及其作用机制。
答:晶粒越细小,晶界面积越大,对位错运动的阻力越大,据霍尔-配奇公式,强度越高;晶粒细小塑性变形更均匀,提高均匀塑变能力,晶界多,阻碍裂纹扩展,提高韧性。
4.给出高速工具钢常用热处理工艺,为什么淬火后要采用三次高温回火?答:如图,亦可文字说明。
淬Array火后要采用高温回火的目的是使奥氏体化时溶入基体的碳和合金元素析出,形成二次硬化;高速钢淬火后残余奥氏体量很大,高温回火冷却时可形成二次淬火,降低残余奥氏体量,三次回火后可降至1%左右。
5.说明材料电化学腐蚀机理,给出提高耐蚀性能的方法及依据。
答:电化学腐蚀过程为同一钢板中不同物相电极电位不同,天然构成许多微小原电池,引起钢板腐蚀。
提高耐腐途径:1)减少微电池数量:限制C、S量,减少第二相;2)提高基体电极电位:加入Cr、Ni、i;3)钝化效应—表面形成氧化膜;4)形成单相组织。
6.为什么γ-Fe基热强钢比α-Fe基热强钢的热强性要高?答:1) γ-Fe为面心立方结构,α-Fe为体心立方结构,面心立方致密度高,原子间结合力强,高温稳定性好;2) γ-Fe再结晶温度高,组织稳定。
二、试述下面各类钢的服役条件、可能失效形式和主要性能要求,并分别举出两种典型钢号:(15分,每题5分)1.低合金构件用钢答:服役条件:无相对运动、长期受静载,有时有温度要求,有腐蚀环境;主要失效形式:弹性变形、低温脆断、环境腐蚀、锅炉和压力容器的爆裂等。
材料物理性能习题

一、名词解释:
牛顿流体比热容粘性系数静态疲劳动态疲劳声子格波介电强度
电导率载流子迁移率色散离子电导和电子电导本征电导和杂质电导光电效应介质损耗
二、简答题(每题6分,共30分):
1、以杜隆-珀替定律为例,简要回答热容模型的推导步骤。
2、直接交换作用是如何解释自发磁化现象
3、什么是霍耳效应,简要回答其在电学性能中的应用。
4、如何理解反射系数和折射率的关系?
5、以BaTiO
晶体为例,简要说明热运动引起的自发极化。
3
6. 什么是滑移系统?举例说明
7. 影响粘度的因素有哪些?
8. 假定硬度特征和塑性及键强度有关,你预期SiC的六边形立体比立方变体硬还是软?为什么?
9. 试用弹簧加粘壶的模型解释高分子的松弛时间(画出模型图、写出表达式)
1. 简述固体材料热膨胀的物理本质
2. 简述导热系数与导温系数的物理含义
3. 试分析材料导热机理。
金属、陶瓷和透明材料的导热机制有何区别?
4. 试述频率、温度、湿度等因素对介质损耗的影响
5. 影响材料击穿强度的因素有哪些?
1.介质结构不均匀;
2.材料中有气泡;
3.材料表面状态及边缘电场;
4.固体表面击穿电压常低于没有固体介质时的空气击穿电压。
6. 为什么金属的电阻温度系数为正的?
7. 讨论动态磁化过程中,磁损耗与频率的关系。
材料09-3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.名词解释(4×4分 =16分)1.电解效应2.热膨胀3.塑性形变4.磁畴三.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。
四,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,开型、滑开型、撕开型10,霍尔效应二.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。
材料物理性能期末复习题2

材料物理性能期末复习题2期末复习题一、填空(20)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,热导率也就愈介电常数一致,虚部表示了电介质中能量损耗的大小。
7.当磁化强度M为负值时,固体表现为抗磁性。
8.电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。
9.无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。
10.广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。
11.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 I(1-m)2x。
12.对于中心穿透裂纹的大而薄的板,其几何形状因子。
13.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 。
14.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。
15.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。
16.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。
17.当温度不太高时,固体材料中的热导形式主要是声子热导。
18.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。
19.电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。
20.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。
21. 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。
22.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。
23.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。
00级材料物性A试卷答案3页

材料物理性能A 试卷答案及评分标准一、是非题(1分×10=10分)1√;2×;3×;4√;5×;6√;7√;8√;9√;10×。
二、名词说明(3分×6=18分,任选6个名词。
注意:请在所选题前打“√”)一、磁后效应:处于外电场为H0的磁性材料,突然受到外磁场的跃迁转变到H1,那么磁性材料的磁感应强度并非是当即全数达到稳固值,而是一部份瞬时抵达,另一部份缓慢趋近稳固值,这种现象称为磁后效应。
二、塑性形变:是指在超过材料的屈服应力作用下产生形变,外应力移去后不能恢复的形变。
无机材料的塑性形变,远不如金属塑性变形容易。
3、未弛豫模量:测定滞弹性材料的形变时,若是测量时刻小于τε、τσ,那么由于随时刻的形变尚未机遇发生,测得的是应力和初始应变的关系,这时的弹性模量叫未驰豫模量。
4、介质损耗:由于导电或交变场中极化弛豫进程在电介质中引发的能量损耗,由电能转变成其他形式的能,统称为介质损耗。
五、光频支振动:光频支振动:格波中频率甚高的振动波,质点间的位相差专门大,临近质点的运动几乎相反时,频率往往在红外光区,称为“光频支振动”。
六、弹性散射:散射前后,光的波长(或光子能量)不发生转变的散射。
7、德拜T3定律:当温度很低时,即T<<θD,c v=(T/θD)3,即当T→0 K时,c v∝T3→0。
八、BaTiO3半导体的PTC现象:价控型BaTiO3半导体在晶型转变点周围,电阻率随温度上升发生突变,增大了3~4个数量级的现象。
三、简答题(5分×5=25分,任选5题。
注意:请在所选题前打“√”)一、(1)组成材料元素的离子半径;(2)材料的结构、晶型;(3)材料存在的内应力;(4)同质异构体。
二、(1)透过介质表面镀增透膜;(2)将多次透过的玻璃用折射率与之相近的胶将它们黏起来,以减少空气界面造成的损失。
3、(1)形成极化所需时刻极短,约为10-15s,故其ε不随频率转变;(2)具有弹性,当外电场去掉时,作用中心又马上会重合而整个呈现非极性,故电子位移极化没有能量损耗;(3)温度对电子位移极化阻碍不大。
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1材料四要素?组成、结构、工艺、性能2马基申定则及表达式?固溶体电阻率看成由金属基本电阻率ρ(T)和残余电阻率ρ残组成。
不同散射机制对电阻率的贡献可以加法求和。
这一导电规律称为马基申定律,3化学缺陷物理缺陷:化学缺陷:偶然存在的杂质原子及人工加入的合金元素的原子;物理缺陷:指空位、间隙原子、位错以及它们的复合体。
4材料产生电阻的本质?当电子波在绝对零度下通过一个理想的晶体点阵时,它将不会受到散射而无阻碍地传播,这时ρ=0,而σ为无穷大,即此时的材料是一个理想的导体。
只有在晶体点阵的完整性以及由于晶体点阵离子的热振动,晶体中的异类原子、位错和点缺陷等使晶体点阵的周期性遭到破坏的地方,电子波才会受到散射,从而产生了阻碍作用,降低了导电性,这就是材料产生电阻的本质所在。
5 三种散射机制?声子散射和电子散射电子在杂质和缺陷上的散射6 影响导电性的因素?温度:低温下“电子-电子”散射对电阻的贡献可能是显著的,但除低温以外几乎所有温度下大多数金属的电阻都取决于“电子-声子”散射。
受力情况:金属在压力的作用下,其原子间距缩小,内部缺陷的形态、电子结构、费米面和能带结构以及电子散射机制等都将发生变化,这必然会影响金属的导电性能。
冷加工:由于冷加工使晶体点阵发生畸变和缺陷,从而增加了电子散射的几率。
晶体缺陷、热处理、几何尺寸效应7固溶体的分类?按溶质原子在晶格中的位置不同可分为置换固溶体和间隙固溶体按溶质元素在固溶体中的溶解度,可分为有限固溶体和无限固溶体。
但只有置换固溶体有可能成为无限固溶体。
8。
固溶体的电阻与组元浓度的关系在形成固溶体时,与纯组元相比,合金的导电性能降低了原因:纯组元间原子半径差所引起的晶体点阵畸变,增加了电子的散射,且原子半径差越大,固溶体的电阻也越大。
这种合金化对电阻的影响还有如下几方面:一是杂质对理想晶体的局部破坏;二是合金化对能带结构起了作用,移动费米面并改变了电子能态的密度和有效导电电子数;三是合金化也影响弹性常数,因此点阵振动的声子谱要改变。
9 半导体测量的四探针法测量原理?设有一均匀的半导体试样,其尺寸与探针间距相比可视为无限大,探针引入点电流源的电流强度为I。
因均匀导体内恒定电场的等位面为球面,故在半径为r处等位面的面积为2πr2,则电流密度为j=I/2πr2。
电场强度E=j/σ=jρ=I ρ/2πr2,因此,距点电荷r处的电位为V=Iρ/2πr。
10半导体的分类?分为晶体半导体、非晶半导体及有机半导体。
晶体半导体:又分为元素(单质)半导体、化合物半导体、固溶体半导体;11价电子共有化运动:在半导体晶体中,由于原子之间的距离很小,使得每一个原子中的价电子除受本身原子核及内层电子的作用外,还受到其他原子的作用。
在本身原子和相邻原子的共同作用下,价电子不再是属于各个原子,而成为晶体中原子所共有12 四大量子数每一量子数表示什么?主量子数n、它可以取非零的即1,2,3…n。
它决定电子在核外空间出现概率最大的区域离核的远近,并且是决定电子能量高低的主要因素。
角量子数l(也称轨道角动量量子数)轨道角动量量子数决定原子轨道的形状。
磁量子数m l磁量子数决定原子轨道在空间的伸展方向,但它与电子的能量无关。
第四个量子数-自旋角动量量子数用符号s i表示。
它与n、l、m无关。
电子本身还有自旋运动。
自旋运动有两种相反方向13本征半导体本征半导体:纯净的无结构缺陷的半导体单晶14 本征半导体的导电机制、迁移率?在绝对零度和无外界影响的条件下,半导体的空带中无电子,即无运动的电子,当温度升高或受光照射时,也就是半导体受到热激发时,共价键中的价电子由于从外界获得了能量,其中部分获得了足够大能量的价电子就可以挣脱束缚,离开原子而成为自由电子。
在能带图中,即一部分满带中的价电子获得了大于E g的能量,跃迁到空带中去。
这时空带中有了一部分能导电的电子,称为导带。
而满带中由于部分价电子的迁出出现了空位置,称价带。
(满带→价带,空带→导带,同时产生了自由电子和空穴)但在外电场的作用下,电子将逆电场方向运动,空穴将顺电场方向运动,从而导电成为载流子。
载流子定向漂移运动的平均速度为一个恒定值,并与电场强度成正比。
这个比值即为迁移率。
15 本征半导体的电学特性? (1) 本征激发成对地产生自由电子和空穴,所以自由电子浓度和空穴浓度相等,都是等于本征载流子的浓度n i。
(2)n i和E g有近似反比关系,硅(1.11 eV)比锗(0.67eV)的E g大,故硅比锗的n i小。
(3)n i与温度成近似正比,故温度升高时,n i就增大。
(4)n i与原子密度相比时极小的,所以本征半导体的导电能力很微弱。
16 N\P型半导体的导电机制及示意图?N型在本征半导体中掺入五价元素的杂质时,它的四个价电子与周围的四个硅(或锗)原子以共价键结合后,还余下一个价电子。
这个价电子能级E D( D: donor) 非常靠近导带底,(E C-E D)比E g小得多。
在常温下,每个掺入的五价元素原子的多余价电子都具有大于(E C-E D)的能量,都可以进入导带成为自由电子,因而导带中的自由电子数比本征半导体显著地增多。
把这种五价元素称为施主杂质(即能提供多余价电子),E D为施主能级,(E C-E D)称为施主电离能。
图(书本p75)P型在本征半导体中,掺入三价元素的杂质,就可以使晶体中空穴浓度大大增加。
三价元素形成的允许价电子占有的能级E A 非常靠近价带顶,即(E A-E V)远小于E g。
在常温下,处于价带中的价电子都具有大于(E A-E V)的能量,都可以进入E A能级。
所以每个三价杂质元素的原子都能接受一个价电子,而在价带中产生一个空穴。
这种三价元素称为受主杂质,E A称为受主能级,(E A-E V)称为受主电离能。
图(书本P76)17 N P型半导体的导电机制?(1)掺杂浓度与原子密度相比虽很微小,但是却能使载流子浓度极大地提高,导电能力因而也显著地增强。
掺杂浓度愈大,其导电能力也愈强。
(2) 掺杂只是使一种载流子的浓度增加,因此杂质半导体主要靠多子导电。
当掺入五价元素(施主杂质)时,主要靠自由电子导电;当掺入三价元素(受主杂质)时,主要靠空穴导电18 PN结阻挡层的形成过程?(1)载流子的浓度差引起载流子的扩散运动在PN结的两边,由于存在着载流子分布的浓度差,这就必然会引起载流子的扩散运动。
P区中的空穴将向N区扩散,N区中的电子将向P区扩散。
(2)扩散运动形成空间电荷区(阻挡层)P区中的空穴扩散到了N区,故在交界面附近的P区中就只留下了带负电荷的受主杂质离子。
同样,由于N区中的电子扩散到了P 区,在交界面附近的N区就只留下了带正电荷的施主杂质离子。
这些离子被束缚在晶格结构中,不能自由移动,于是在交界面处形成了一层很薄的空间电荷区。
(3)内电场使扩散与漂移达动态平衡19 PN结特性单向导电性加正向电压多子扩散正向电流较大加反向电压少子漂移电流几乎不变化20 绝缘体的定义?对绝缘体的性能要求?电介质的四大性能和四大基本参数?指电阻率大于109 用来限制电流使它按一定的途径流动的材料,另外还有利用其“介电”特性建立电场以贮存电能的材料。
绝缘体的性能要求:(1)具有足够高的耐电强度,以经受住导体间的高电场。
(2)具有足够高的绝缘电阻,以防止跨越导体的漏泄电流。
具有良好的耐电弧性,以防发生飞弧损坏。
(4)必须能在环境危害的条件下(度、湿度、辐射)保持其完整性。
(5)必须具有足够的机械强度,以抗振动和冲击。
绝缘体主要的电性能:(电介质的四大基本常数)(1)介电常数;(电极化)(2)耐电强度;(击穿)(3)损耗因数;(介电损耗)(4)体积和表面的电阻率(电导)21电介质的定义及基本属性?电介质和金属导体对电场的影响有何不同?电介质的分类?电介质:在电场作用下具有极化能力并在其中长期存在电场的一种物质。
基本属性:具有极化能力;其中能够长期存在电场金属以传导的方式来传递电的作用和影响。
电介质以电极化方式来传递和记录电的影响。
电介质按其分子中正负电荷的分布状况可分为:中性电介质:偶极电介质:离子型电介质从电学性质看电介质的分子可分为两类:无极分子和有极分子22电介质极化的定义?简述介质极化的四种基本形式?四种极化形式极化时间的大小关系?电介质在电场的作用下,其内部的束缚电荷所发生的弹性位移现象和偶极子的取向(正端转向电场负极、负端转向电场正极)现象。
电子位移极化在电场作用下,构成介质原子的电子云中心与原子核发生相对位移,形成感应电矩而使介质极化的现象。
离子位移极化在离子晶体中,处于晶格结点上的正负离子也要在电场作用下发生相对位移而引起极化,这就是离子式极化,又称离子位移极化固有电矩转向极化有外电场时,由于偶极子要受到转矩的作用,有沿外电场方向排列的趋势,而呈现宏观电矩,形成极化。
空间电荷极化在一部分电介质中存在着可移动的离子。
在外电场作用下,正离子将向负电极侧移动并积累,而负离子将向正电极侧移动被积累,这种正、负离子分离所形成的极化23什么是电介质的击穿?与气体和液体电介质相比,固体电介质击穿的特点?固体电介质击穿的类型?简述多孔陶瓷材料的局部放电击穿过程。
固体电介质的击穿就是在电场作用下伴随着热、化学、力等等的作用而丧失其绝缘性能的现象。
与气体和液体电介质相比,固体电介质击穿有以下几个特点:(1) 固体介质的击穿强度比气体和液体介质高,约比气体高两个数量级,比液体高一个数量级左右;(2)固体通常总是在气体或液体环境媒质中,因此对固体进行击穿试验时,击穿往往发生在击穿强度比较低的气体或液体媒质中,这种现象称为边缘效应。
(试验时必须尽可能排除)(3)固体电介质的击穿一般是破坏性的,击穿后在试样中留下贯穿的孔道、裂纹等不可恢复的伤痕。
固体电介质击穿的类型:电击穿、热击穿、局部放电击穿、其他击穿机制(树枝化击穿、电-机械击穿、沿面击穿等)大部分陶瓷材料中存在着相当大的气孔,其直径可达几个微米。
这些气孔在电场作用下,特别是高频电场作用下,将发生强烈的游离,而且气孔的直径愈大,游离电压愈低。
在高频电压下,由于气孔中的强烈游离,产生大量的热量,使得气孔附近局部区域过热,在材料中产生相当高的内应力。
当热应力超过一定限度时,材料因丧失机械强度发生破坏,以致失去抗电能力,造成“击穿”。
24什么是介电损耗?引起电介质介电损耗的两大因素是?电介质在外电场作用下,其内部会有发热现象,这说明有部分电能已转化为热能损耗掉,这种介质内的能量损耗称为介质损耗。
这种损耗是由电导作用和极化作用引起的。
25超导电性、超导体、超导态的定义?超导体的分类?请简单描述两类超导体的性质?超导电性:在一定条件下(温度、磁场、压力)材料的电阻突然消失的现象。