《材料物理性能》课程教学资源（试卷习题）2017-2018第2学期无机材料物理性能——试卷A及参考答案

山东理工大学《材料物理性能(A)》试卷纸 (A)卷2017-2018 学年第2学期 班级： 姓名： 学号： 装 订 线 适用专业 材本15级 考核性质考试 王鹏 闭卷 命题教师 孙海滨 考试时间100分钟 题号 四 五 六 七 八 总分 得分 评阅 复核 一、判断题：（在每小题题首的括号里填“√或×”表示“对或错”，每题1分，共15分） 1、(√)共价键、离子键结合的晶体结合力强，弹性模量E较大。分子键结合力弱，这样键合的物体E较小。 2、(×)晶粒尺寸对无机材料的超塑性行为有着极为重要的影响，粗晶结构是无机材料实现超塑性的先决条件。 3、(√)多晶无机材料中非立方晶相的热膨胀及弹性各向异性是导致本征裂纹的根源之一。 4、(X)利用三点弯曲方法测量无机材料的断裂强度时，对试样的长度、宽度和厚度没有要求，只需将断裂时的临界载 荷、试样的宽度和高度、跨距代入对应的计算公式进行计算即可得到材料的断裂强度。 5、(X)抗磁性物质的原子的磁矩应不等于零，即不存在永久磁矩。 6、(义)光进入介质时，都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。 7、(X)对于离子电导的晶体，低温下固有电导起主要作用，高温下杂质电导占主要地位。 8、(X)无机材料的断裂强度和断裂韧性一样都是由原子或离子的理论结合强度决定的。 9、(√)磁畴结构的形成是由于这种磁体为了保持磁化的稳定性，必须使强磁体的能量达最低值，因而就分裂成无数 微小的磁畴。 10、(√)不仅离子电导，电子电导为主的瓷介材料也可能发生电化学老化现象。 11、(√)陶瓷材科的介质损耗是不能只按照瓷料成分中纯化合物的性能来推测的。 12、(X)金属材料与无机材料相比具有更高的断裂强度，这主要是因为金属材料具有更高的断裂表面能。 13、(√)顺磁性物质不论外加磁场是否存在，原子内部存在永久磁矩。 14、(√)具有离子电导的图体物质称为固体电解质。 15、(√)加入玻璃内的乳浊剂必须具有与玻璃的折射率显著不同的折射率。 二、填空：（每题1分，共10分） 1、晶粒尺寸越小，材料的强度越高 2、断裂韧性是材料的本征参数，反应了含有裂纹的材料对外界作用的一种抵抗能力，也可以说是阻止裂纹扩展的能力。 3、无机材料的硬度较多地采用雏氏硬度法在很低的载荷下测试，这样测的的硬度一般称为显微硬度 4、熔点越高，质点间结合力越大，则材料的热膨胀系数就越小。 5、色散是指材料的折射率随入射光频率的减小而减小的性质。 6、电子电导的特征是具有霍尔效应：离子电导的特征是存在电解效应。 7、裂纹扩展阻力曲线是指裂纹扩展阻力R或KR随裂纹尺寸C而变化的关系曲线。 8、一个导体载流子浓度为，每个载流子的电量为q,移动速度为V,在电场强度为E的作用下，其电导率的表达式为 6=nav/E。 9、晶体和非晶体材料的热导率在高温时比较接近，这主要是因为当升高到一定温度时，晶体的声子平均自由程已减小到 下限值，其大小像非晶体中那样，等于几个晶格间距的大小。 10、物质的磁性主要不是由电子的轨道磁矩引起的，而是由单电子的自旋磁矩引起的。 共3页第1页

山东理工大学《材料物理性能 (A)》试卷纸 （A）卷 2017-2018 学年 第 2 学期 班级： 姓名： 学号： .装.订.线. 适用专业 材本 15 级 考核性质 考试 闭卷 命题教师 王鹏 孙海滨 考试时间 100 分钟 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 总分 得分 评 阅 人 复 核 人 一、判断题：（在每小题题首的括号里填“√或×”表示“对或错”，每题 1 分，共 15 分） 1、（ √ ）共价键、离子键结合的晶体结合力强，弹性模量 E 较大。分子键结合力弱，这样键合的物体 E 较小。 2、（ × ）晶粒尺寸对无机材料的超塑性行为有着极为重要的影响，粗晶结构是无机材料实现超塑性的先决条件。 3、（ √ ）多晶无机材料中非立方晶相的热膨胀及弹性各向异性是导致本征裂纹的根源之一。 4、（ ×）利用三点弯曲方法测量无机材料的断裂强度时，对试样的长度、宽度和厚度没有要求，只需将断裂时的临界载 荷、试样的宽度和高度、跨距代入对应的计算公式进行计算即可得到材料的断裂强度。 5、（ ×）抗磁性物质的原子的磁矩应不等于零，即不存在永久磁矩。 6、（ × ）光进入介质时，都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。 7、(× ) 对于离子电导的晶体，低温下固有电导起主要作用，高温下杂质电导占主要地位。 8、（ × ）无机材料的断裂强度和断裂韧性一样都是由原子或离子的理论结合强度决定的。 9、（ √ ）磁畴结构的形成是由于这种磁体为了保持磁化的稳定性，必须使强磁体的能量达最低值，因而就分裂成无数 微小的磁畴。 10、（ √ ）不仅离子电导，电子电导为主的瓷介材料也可能发生电化学老化现象。 11、（ √）陶瓷材料的介质损耗是不能只按照瓷料成分中纯化合物的性能来推测的。 12、（ × ）金属材料与无机材料相比具有更高的断裂强度，这主要是因为金属材料具有更高的断裂表面能。 13、（ √ ）顺磁性物质不论外加磁场是否存在，原子内部存在永久磁矩。 14、（ √ ）具有离子电导的固体物质称为固体电解质 。 15、（ √ ）加入玻璃内的乳浊剂必须具有与玻璃的折射率显著不同的折射率。 二、填空：（每题 1 分，共 10 分） 1、晶粒尺寸越小，材料的强度 越高 。 2、断裂韧性是材料的本征参数，反应了含有裂纹的材料对外界作用的一种抵抗能力，也可以说是阻止裂纹扩展的能力。 3、无机材料的硬度较多地采用维氏硬度法在很低的载荷下测试，这样测的的硬度一般称为显微硬度。 4、熔点越高，质点间结合力越大，则材料的热膨胀系数就越小。 5、色散是指材料的折射率随入射光频率的 减小 而减小的性质。 6、电子电导的特征是具有霍尔效应；离子电导的特征是存在电解效应。 7、裂纹扩展阻力曲线是指裂纹扩展阻力 R 或 KR 随裂纹 尺寸 c 而变化的关系曲线。 8、一个导体载流子浓度为 n，每个载流子的电量为 q，移动速度为 v，在电场强度为 E 的作用下，其电导率的表达式为 δ=nqv/E 。 9、晶体和非晶体材料的热导率在高温时比较接近，这主要是因为当升高到一定温度时，晶体的声子平均自由程已减小到 下限值，其大小像非晶体中那样，等于几个晶格间距的大小。 10、物质的磁性主要不是由电子的轨道磁矩引起的，而是由单电子的 自旋 磁矩引起的。 共 3 页 第 1 页

山东理工大学《材料物理性能(A)》试卷纸 (A)卷2017-2018 年第2字明 班级： 姓名： 学号 线 三、名词解释：（每题4分，共20分） 1、延展性 答：塑性变形是指一种外力移去后不能恢复的形变，材料经受塑性形变而不破坏的能力称为材科的延 展性。 2、烤变： 答：当对钻弹性体施加位定应力时，其应变随时间而增加。这种现象叫微蠕变 3、声子的平均自由程上： 答：声子n两次碰撞建的距离为自由程，自由程有大有小，总白由程与声子数之比为平均声子数。 4、铁电体 答：铁电体是指在一定温度范国内含有能自发极化，并且自发板化方向可随外电场可逆转动的品体 5、极化强度 答：介质单位体积中的电偶极矩的总和为介质的极化强度。 四、简答题：（每题5分，共25分） 1、原子的磁矩包括哪三个部分？ 答：电子自旋磁矩、电子轨道磁矩、原子核磁矩。 2、请简述Griffith微裂纹理论 答：实际材料中总是存在许多细小的裂纹或缺陷，在外力作用下，这些裂纹或缺陷附近产生应力集中现象，当应力达 到一定程度时，裂纹的扩展导致了材料的断裂， 3、请简述品态固体热容随温度的变化关系。 性的。结合铁磁体的磁滞回线，简述磁感强度与外磁场强度的变化关系 答：无外磁场时 样品处于退磁状态，样品对外不显磁性，日=0。随外感场强度增大，壁发生移动，与外磁场方 狗一致的 范 1方向排 场，H称为矫场强度，也叫矫顽力。力 c后磁体内=0 5简述因体材料热传的微观机理。 的格 中有大 晶体的品格中。自由电子很少，品格振动是主要导热机制。品格中处于较高温度下的质点的热振动较孩烈。平均振幅也 较大，而临近质点所处的温度较低，热振动较弱。由于质点间存在相互作用力，振动较肠的魔点在振动较强质点的影响 下，振动加刷，热运动能量增加。这样，热量就从品体中温度较高处传向温度较低处，产生热传导现象。 共3页第2页

山东理工大学《材料物理性能 (A)》试卷纸 （A）卷 2017-2018 学年第 2 学期 班级： 姓名： 学号： .装.订.线. 三、名词解释：（每题 4 分，共 20 分） 1、延展性； 答：塑性变形是指一种外力移去后不能恢复的形变，材料经受塑性形变而不破坏的能力称为材料的延 展性。 2、蠕变： 答：当对黏弹性体施加恒定应力时，其应变随时间而增加。这种现象叫做蠕变。 3、声子的平均自由程 l； 答：声子 n 两次碰撞建的距离为自由程 l，自由程有大有小，总自由程与声子数之比为平均声子数。 4、铁电体 答：铁电体是指在一定温度范围内含有能自发极化，并且自发极化方向可随外电场可逆转动的晶体。 5、极化强度 答：介质单位体积中的电偶极矩的总和为介质的极化强度。 四、简答题：（每题 5 分，共 25 分） 1、原子的磁矩包括哪三个部分？ 答：电子自旋磁矩、电子轨道磁矩、原子核磁矩。 2、请简述 Griffith 微裂纹理论 答：实际材料中总是存在许多细小的裂纹或缺陷，在外力作用下，这些裂纹或缺陷附近产生应力集中现象，当应力达 到一定程度时，裂纹的扩展导致了材料的断裂。 3、请简述晶态固体热容随温度的变化关系。 答：在接近绝对零度的低温时，热容与 T3近似呈线性变化；随温度升高，热容增大；高温时热容趋于稳定。 4、将以未经磁化的或退磁状态的铁磁体，放入外磁场 H 中，其磁体内部的磁感应强度 B 随外磁场 H 的变化是非线 性的。结合铁磁体的磁滞回线，简述磁感强度与外磁场强度的变化关系。 答：无外磁场时，样品处于退磁状态，样品对外不显磁性，B=0。随外磁场强度增大，畴壁发生移动，与外磁场方 向一致的磁畴范围增大，B 增大，直至所有磁矩都向外磁场 H 方向排列，处于饱和状态，此时达到饱和磁感强度 Bs。此 后，H 再增加，B 增加极其缓慢。当 H 变小时,B 减小。H 为零时，对应的 Br 为生于磁感应强度。为消除剩磁，需加反向 磁场-Hc，Hc 称为矫顽磁场强度，也叫矫顽力。加-Hc 后磁体内 B=0。 5、简述固体材料热传导的微观机理。 答：固体材料的导热主要是由晶格振动的格波和自由电子的运动来实现的。金属中有大量的自由电子，而且电子的 质量很轻，能迅速实现热量传递，因此金属一般具有较大热导率。晶格振动对于金属热导率的贡献是很次要的。非金属 晶体的晶格中，自由电子很少，晶格振动是主要导热机制。晶格中处于较高温度下的质点的热振动较强烈，平均振幅也 较大，而临近质点所处的温度较低，热振动较弱。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。这样，热量就从晶体中温度较高处传向温度较低处，产生热传导现象。 共 3 页 第 2 页

山东理工大学《材料物理性能(A)》试卷纸 (A)卷2017-2018学年第2学期 班级： 姓名： 学号： 装 订. 线 五、分析、论述题：（每题10分。共30分） 西之层的形成原国。根据表能饭所获的电和数量大小，可以将空间电层分为三类，分别 半体表面存在各种表面能级，诸知品格原子周期排列终止处所产生的达能级、品格缺陷表而暖附原子形成 的电子能级等。这些表面能级将作为施主或受主和半导体内部产生电子授受关系。当表面能级低于半子体费来能级即为 续药素雷整餐中电分南平绮肉新是药华子东两等岛免来经夜华奇人西附近形成表西空间电荷层，这种电于的特移特特 内 相分为积累层、耗尽层和反型层。 积累层：空问电荷层中的多数载流子的浓度比内部大】 少鼓载流子浓度比内部小 耗尽层：空问电荷层中的多教载流子的浓度比内部小，少数载流子浓度比内部大。 反型层：空间电荷层中少数载流子变为多数载流子， 写出第力新彩我用于分方断过性能影向回末，并指出如何提高材补抗热冲击新装性能？0分 ③根括上速分析指出提高提高抗热冲击断裂性能方法。 3、分析说明铁磁性材料与铁电性材料的本质区别。(10分) 铁磁性与铁电性的本质差别：铁磁性是由原子取向引起的，而铁电性剥是由离子位移引起的：铁磁性发生在次价电子 的非平衡自旋中，而铁电性在非对称的品体中发生：铁电体的居里点是由于熵的增加（品体相变），而铁磁体的居里点是 原子的无规则振动破坏了原子问的“交换”作用，从而使自发磁化消失引起的。 共3页第3页

山东理工大学《材料物理性能 (A)》试卷纸 （A）卷 2017-2018 学年第 2 学期 班级： 姓名： 学号： .装.订.线. 共 3 页 第 3 页 五、分析、论述题：（每题 10 分。共 30 分） 1、简述半导体表面空间电荷层的形成原因。根据表面能级所捕获的电荷和数量大小，可以将空间电荷层分为三类，分别 是什么，并简要说明。（10 分） 半导体表面存在各种表面能级，诸如晶格原子周期排列终止处所产生的达姆能级、晶格缺陷或表面吸附原子锁形成 的电子能级等。这些表面能级将作为施主或受主和半导体内部产生电子授受关系。当表面能级低于半导体费米能级即为 受主表面能级时，从半导体内部复活电子而带负电，内层带正电在表面附近形成表面空间电荷层，这种电子的转移将持 续到表面能级中电子的平均自由能与半导体内部的费米能级相等为止。 根据表面能级所捕获的电荷和数量大小，可以将空间电荷层分为积累层、耗尽层和反型层。 积累层：空间电荷层中的多数载流子的浓度比内部大，少数载流子浓度比内部小。 耗尽层：空间电荷层中的多数载流子的浓度比内部小，少数载流子浓度比内部大。 反型层：空间电荷层中少数载流子变为多数载流子。 2、结合热应力断裂抵抗因子分析材料的抗热冲击断裂性能影响因素，并指出如何提高材料抗热冲击断裂性能？（10 分） ①写出第一、第二、第三热应力断裂抵抗因子定义式； ②结合三个热应力断裂抵抗因子定义式分析影响因素； ③根据上述分析指出提高提高抗热冲击断裂性能方法。 3、分析说明铁磁性材料与铁电性材料的本质区别。（10 分） 铁磁性与铁电性的本质差别:铁磁性是由原子取向引起的，而铁电性则是由离子位移引起的；铁磁性发生在次价电子 的非平衡自旋中，而铁电性在非对称的晶体中发生；铁电体的居里点是由于熵的增加（晶体相变），而铁磁体的居里点是 原子的无规则振动破坏了原子间的“交换”作用，从而使自发磁化消失引起的