物理性能最终版

第一章一、名词解释1、滞弹性：材料在加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的能力。2、弹性比功：材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力。3、蠕变：施加恒定应力时，应变随时间而增加的现象。4、弛豫：施加恒定应变时，应力将随时间而减小的现象。二、填空1、塑性变形两种基本方式：滑移&孪晶2、高温蠕变四个阶段：瞬时弹性形变&蠕变减速阶段&稳态蠕变阶段&加速蠕变阶段三、简答1、金属和无机非金属相比，为何更易实现滑移？答：滑移是产生塑性形变的基本方式，是在剪应力的作用下，在一定滑移系统上进行的。滑移系统越多，产生滑移的机会就越多。金属易于滑移产生塑性形变就是因为金属键无方向性，滑移系统很多；而无机材料的离子键或共价键具有明显的方向性，同号离子相遇，斥力极大，只有个别滑移系统才能满足几何条件与静电作用条件。晶体结构越复杂，满足这种条件就越困难。因此，只有为数不多的无机材料在室温下具有塑性。2、三种典型材料的应力应变特征。答：（1）脆性材料的特征：在弹性变形后没有塑性形变(或塑性形变很小)，接着就是断裂，总弹性应变能非常小，绝大多数无机材料发生此类变形行为。（2）延性材料的特征：开始为弹性形变，接着有一段弹塑性形变，然后才断裂，总变形能很大。如低碳钢，延性陶瓷材料。（3）弹性材料的特征：具有极大的弹性形变，没有残余形变。橡皮这类高分子材料发生此类形变。四、论述1、影响弹性模量的因素答：（1）键合方式和原子结构：共价键离子键金属键分子键。（2）晶体结构：①单晶：各向异性，沿原子排列最密的晶向上弹性模量较大。②多晶：伪各向同性。③非晶：各向同性。（3）化学成分：引起原子间距或键合方式的变化。（4）微观组织：①金属材料：对组织不敏感。②工程陶瓷：相的种类、粒度、分布、气孔率。③高分子聚合物：添加增强性材料来提高。（5）温度：一般，温度升高，原子振动加剧，体积增大，原子距离增大，结合力下降，弹性模量下降。（6）加载条件和负荷持续时间：①金属：无影响。②陶瓷：压缩E拉伸E。③高分子聚合物：一般，随负荷时间的延长，弹性模量减小。第三章热一、名解1、晶格热振动：晶体点阵中的质点总是围绕着平衡位置做微小振动，称为晶格热振动。2、热容：在没有相变或化学反应的条件下，物体温度升高1K时所需要增加的能量。3、热膨胀系数：温度升高1K时，物体的相对伸长。4、热应力：由于材料热膨胀或收缩引起的内应力。二、填空1、热分析方法：差热分析DTA、差示扫描分析DSC、热重分析TG2、热膨胀的本质：点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。3、格波：声频支、光频支4、材料中内应力为张应力时，才会使杆件断裂。5、晶格振动以弹性波传播6、固体材料热传导的载体：光子、电子、声子7、热冲击损坏：抗热冲击断裂性，抗热冲击损伤性8、抗热冲击断裂性：应力-强度判据；抗热冲击损伤性：应变能-断裂能判据三、简答1、简述德拜模型答：（1）温度较高时，即TD,Cv≈3Nk,满足杜隆珀替定律；（2）温度较低时，TD，符合德拜T3定律。2、固体材料热传导的微观机理。答：固体材料中的导热主要是由晶格热振动的格波和自由电子的运动来实现的。在金属材料中，存在大量的自由电子，且质量轻，运动速度快，能迅速实现热量传递。在无机材料中，晶格振动是它的导热机构。由于质点间存在相互作用力，振动较弱的质点在振动较强质点的影响下，振动加剧，热运动能量增加。热量通过转移或传递使整个晶体中热量从恩度较高处传向温度较低处，产生热传导现象。2、膨胀系数的应用：答：（1）封装工艺（2）多晶多相无机材料及复合材料选材（3）热稳定性8、影响热膨胀的因素。答：（1）化学键型：离子键势能曲线的不对称性比共价键型的高，膨胀系数大。另一方面，化学键的键强越大，热膨胀系数越小。（2）晶体结构：结构紧密的晶体，膨胀系数大；反之，膨胀系数小。（3）晶体的各向异性膨胀：各层间的结合力不同引起热膨胀不同。（4）多晶转变引起体积变化，导致热膨胀。（5）温度：温度升高，热膨胀系数增大。2、热应力产生的原因答：（1）温度升高时，若杆件两端是刚性约束的，则热膨胀不能实现，杆件与支撑体间产生很大的压应力。（2）具有不同膨胀系数的多晶复合材料，由于结构中各相膨胀收缩的相互牵制产生热应力。（3）即使是各向同性材料，当材料中存在温度梯度时也会产生热应力。3、声子导热过程中的影响因素有哪些？答：（1）散射：声子间的碰撞、杂质、缺陷以及晶粒界面都会引起格波的散射，使声子的平均自由程减小，热导率降低。（2）声子的振动频率：频率低，波长长的格波容易绕过缺陷，使自由程加大，散射小，热导率大。（3）温度：温度升高，声子的振动能量加大，频率加快，碰撞增多，平均自由程减小，热导率降低。四、论述1、热膨胀的三种机理答：热膨胀本质为点阵结构中的质点间平均距离随温度升高而增大。可以从不同方面解释其膨胀机理。（1）作用力曲线不对称：从质点间引力-斥力曲线可知，质点在平衡位置两侧时受力不对称，合力曲线的斜率是不等的，当rr0时，曲线斜率较大，斥力随位移增大得很快；当rr0时，曲线斜率较小，引力随位移增大得慢一些。因此，质点振动时的平衡位置就要向右移，相邻质点间平均距离增加。温度越高，振幅越大，质点在r0两侧受力不对称情况越显著，平衡位置向右移动越多，相邻质点间平均距离增加得越多，晶胞参数增大，晶体膨胀。（2）点阵能曲线不对称：在点阵能曲线中，作平行横轴的直线，与曲线相交于a、b两点，ab的非对称性使平均位置不在r0处，而是向右移动了，当温度升高时，平衡位置继续右移。所以，温度越高，平衡位置移得越远，引起晶体的膨胀。（3）晶格振动非线性：双原子模型。...3121)()(3'20rVrV1、影响热导率的因素有哪些？答：（1）温度：一般，温度越高热导率减小；（2）显微结构：结晶构造的影响：晶体结构越复杂，格波受到的散射越大，声子平均自由程较小，热导率较低；各向异性晶体的热导率：在膨胀系数低的方向热导率最大，温度升高，不同方向热导率减小；多晶与单晶：对于同一物质，由于多晶体晶粒尺寸小，晶界多，缺陷多，杂质多，易受到散射，热导率小。（3）化学组成：一般，质点的原子量越小，密度越小，杨氏模量越大，德百温度越高，额热导率越大；晶体中存在的各种缺陷和杂质会导致声子的散射，降低声子的平均自由程，使热导率变小。（4）气孔：在不改变结构状态的情况下，气孔率的增大总是使热导率降低。2、提高抗热冲击断裂性能的措施有哪些。答：（1）提高材料强度σ，减小弹性模量E，使σ／E提高。即提高材料的柔韧性，吸收较多的弹性应变能，提高材料的热稳定性。（2）提高材料的热导率λ，使R′提高。λ大的材料传热快，使材料的内外温差较快地得到缓解、平衡，降低了短时期内热应力的聚集。（3）减小材料的热膨胀系数α，α小的材料，在同样的温差下，产生的热应力小。（4）减小表面热传递系数h，使材料内外温差小，热引力小。（5）减小产品的有效厚度，材料越薄，温度很快均匀。（6）有意引入裂纹，是避免灾难性热震破坏的途径。第四章光一、名解1、折射：光从一种介质进入另一种介质。传播方向发生变化的现象。1、双折射：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，它们分别构成两条折射光线的现象。2、散射：光在通过气体、液体、固体等介质时，遇到烟尘、微粒、悬浮液或者结构不均匀的微小区域，都会有一部分能量偏离原来的传播方向而向四面八方弥散开来,这种现象称为散射。3、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。二、填空1、光学现像：折射，反射，吸收，散射2、平行于入射面：常光折射率；垂直：非常光折射率3、光在界面反射的多少取决于：相对折射率4、连续透过x块玻璃，透过部分（1-m）2x5、吸收：选择吸收、均匀吸收6、波长等于散射质点的直径，散射出现峰值。7、反射：镜反射、漫反射8、影响两相乳浊度的因素：颗粒尺寸、相对折射率、第二相颗粒的体积百分比9、单相氧化物陶瓷的质量标志：半透明性，只取决于气孔含量10、荧光：光致发光；激光器：激发态原子受激辐射；光导纤维：全反射三、简答1、简述显色原因答：显色的原因是由于着色剂对光的选择性吸收而引起选择性反射或选择性透射，从而显现颜色。从本质上说某种物质对光的选择性吸收，是吸收了连续光谱中特定波长的光量子，以激发吸收物质本身原子的电子跃迁。四、论述1、光的强度（1）mI0(2)I0(1-m)(3)xsemI)(0)1((4)xsemmI)(0)1((5)xsemI)(20)1(2、光与材料作用的物理基础（1）极化—折射的本质；（2）激发—可见光吸收的本质；（3）共振—红外光吸收本质。答：（1）发生折射的本质是材料的电磁结构在光波电磁场作用下的极化性质或介电性质。介质的极化，拖住了电磁波的传播，使光传播速度变得比真空慢。（2）光在穿过介质时引起介质的价电子跃迁或使原子振动而消耗能量。介质中的价电子吸收光子能量而激发，当尚未退激而发出光子时，在运动中与其他分子碰撞，电子的能量转变为分子的动能亦即热能，从而构成光能的衰减。（3）在红外区的吸收峰是因为离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。3、折射率的影响因素有哪些？答：（1）构成材料元素的离子半径：r↑，介电常数增大，折射率随之增大。（2）材料的结构、晶型、非晶态：对于各向同性晶体，材料只有一个折射率；对各向异性晶体，材料发生双折射。（3）材料所受的内应力：垂直于受拉主应力方向的折射率大，平行于受拉主应力方向的折射率小。（4）同质异构体：高温晶型，折射率低；低温晶型，折射率高。（5）入射光的频率：折射率随入射光频率的减小而减小（色散）。17、在可见光区，金属的吸收系数很大，而电介质材料的吸收系数很小的原因。（P179）答：金属的价电子处于未满状态，吸收光子后即呈激发态，用不着跃迁到导带就能碰撞发热，因此，金属对光的吸收很强烈。但是对于电介质材料，其价电子所处的能带是填满了的，它不能吸收光子而自由运动，光子的能量又不足以跃迁到导带，所以在一定范围内，吸收系数很小。18、简述电介质材料在紫外和红外出现吸收峰的原因。答：在紫外区出现紫外吸收端是因为波长越短，光子能量越大，当能量达到禁带宽度时，电子会吸收光子能量从满带跃迁到导带，吸收系数骤然增大。在红外区的吸收峰是因为离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。19、分析影响材料透光性的因素。答：（1）吸收系数（2）反射系数（3）散射系数（max）：缺陷&晶粒排列方向&气孔20、提高无机材料透光性：提高原料纯度、掺外加剂、工艺措施21、第五章电导一、名解1、霍尔效应：沿试样x轴方向通入电流I，z轴方向添加磁场Hz，那么，在y轴方向会产生电场Ey，这一现象称为霍尔效应。9、电解效应：离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附近发生电子的得失，产生新的物质，这就是....4、晶界效应：晶界产生能级，使半导体材料电阻率变化的现象。5、西贝克效应：半导体材料的两端如果有温度差，多数载流子会扩散到冷端，在半导体两端产生温差电动势，称为温差电动势效应，即西贝克效应。6、双碱效应：当玻璃中碱金属离子总浓度较大时，碱金属离子总浓度相同的情况下，含两种碱金属离子的玻璃电导率比含一种碱金属离子的玻璃电导率小。7、压碱效应：含碱玻璃中，加入二价金属氧化物，特别是重金属氧化物，使玻璃的电导率降低。8、压敏效应：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，电阻值非常高，几乎无电流通过；超过该临界电压，电阻迅速降低，让电流通过。9、迈斯纳效应：不仅是外加磁场不能进入超导体内部，原来处于磁场中的正常态样品，当温度下降到临界温度以下使其变为超导体时，也会把原来试样中的磁场完全排出去，这种完全抗磁性称为迈斯纳效应。10、约瑟夫森效应：超导电子能在极薄的绝缘体阻挡层中通过的现象（隧道效应）10、电化学老化：在电场作用下，由于化学变化引起材料电性能不可逆的恶化。11、PTC效应：在相变居里点附近，电阻率随温度上升发生突变。12、超