《材料物理性能》课程教学资源（试卷习题）2018-2019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)》坪分细则答案 (A)卷2017-2018 学年第2学期 班级： 姓名： 学号： .订. 线 适用专业材料科学与工程考核性质考试闭卷命题教师 孙海滨 考试时间100分钟 趣号丁 四 六七 总分 得分 评阅 “、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、(√)法向应力导致材料的仲长或缩短，剪应力引起材料的剪切時变。 2、（了》无机村料的弹性酒常比镜 3、(×)弹性模量E是一个重要的材料常数。从原子尺度上看，弹性模量E越大原子间结合强度越低。 4、(×)玻璃的粘度几乎总是随改性阳离子浓度的增加而增加。 5、（)简诺振动，温度升高只增大振幅，不改变平衡位至 6、(√)着色剂对光的选择性吸收而引起的选择性反射或者选择性投射而使得无机材料显现颜色。 7、(×)含两种碱金属离子比一种碱金属离子的玻璃电导率大。 8、(√)电介质极化时，电偶极矩方向与外电场方向（趋于）一致。 9、(√)为了最大限度地减小断裂发生的概率，有必要尽可能地诚小品粒尺寸。 10、（)品粒尺寸对无机村料的起塑性行为有着重要影响，晶结构是无机材斜超塑性的先决条件。 11、(×)无机材料的热膨胀系数与温度无关，是一个常数。 12、(X)加选玻璃内的乳浊剂的折射率应该和玻璃的折射率接近。 13、(√)材料的理论断裂强度与弹性模量、表面能和品格常数等材料性能有关。 14、()对于离子电导，在低温下杂质电导占主委地位，在高温下图有电异占主要地位。 15、()金属村料断裂初性较高的根本原因在于共表面断裂能大。 、填空：（每空1分，共10分） 1、滑动而和清移系统组成品体的滑移系统。 2、材料的理论断裂强度0=E恤2（弹性模量E,表面能Y,品格常数a)。 3、无机材料的热传导是通过品格振动的格波来传递的，根据格波的类型不同，热传导可分为声子热和光子热 导两种美型。 所谓极化，就是介质内质点（分子、原子、离子）正负电荷重心的分离，从而转变成偶极子一。 5、物质的性主要不是由电子的轨道磁矩引起的，而是由自益一磁矩引起的。 6、蠕变的最终结果大多都将是断裂，品格蠕变引起的断裂主要表现为_穿品断裂一，品界孀变引起的断裂主要表现 为沿晶断裂。 7、无机材料中的载流子可以是电子和离子，产生电解效应的是离子申导一，产生霍尔效应的是电子电导 三、选择趣（每题2分，共20分） 、应力是材斜单位面积所受的(A) A内力B外力C内力与外力的共同作用 页第1页

山东理工大学《材料物理性能 (A)》评分细则答案 （A）卷 2017-2018 学年 第 2 学期 班级： 姓名： 学号： .装.订.线. 适用专业 材料科学与工程 考核性质 考试 闭卷 命题教师 孙海滨 王鹏 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、（√）法向应力导致材料的伸长或缩短，剪应力引起材料的剪切畸变。 2、（√）无机材料的弹性通常比较小。 3、（× ）弹性模量 E 是一个重要的材料常数。从原子尺度上看，弹性模量 E 越大原子间结合强度越低。 4、（× ）玻璃的粘度几乎总是随改性阳离子浓度的增加而增加。 5、（√）简谐振动，温度升高只增大振幅，不改变平衡位置。 6、（√）着色剂对光的选择性吸收而引起的选择性反射或者选择性投射而使得无机材料显现颜色。 7、（× ）含两种碱金属离子比一种碱金属离子的玻璃电导率大。 8、（√）电介质极化时，电偶极矩方向与外电场方向（趋于）一致。 9、（√）为了最大限度地减小断裂发生的概率，有必要尽可能地减小晶粒尺寸。 10、（√）晶粒尺寸对无机材料的超塑性行为有着重要影响，细晶结构是无机材料超塑性的先决条件。 11、（×）无机材料的热膨胀系数与温度无关，是一个常数。 12、（×）加进玻璃内的乳浊剂的折射率应该和玻璃的折射率接近。 13、(√)材料的理论断裂强度与弹性模量、表面能和晶格常数等材料性能有关。 14、（√）对于离子电导，在低温下杂质电导占主要地位，在高温下固有电导占主要地位。 15、（X）金属材料断裂韧性较高的根本原因在于其表面断裂能大。 二、填空：（每空 1 分，共 10 分） 1、滑动面和 滑移系统 组成晶体的滑移系统。 2、 材料的理论断裂强度 σth= (Eγ/a) 1/2 （弹性模量 E，表面能 γ，晶格常数 a）。 3、无机材料的热传导是通过晶格振动的格波来传递的，根据格波的类型不同，热传导可分为 声子热导 和 光子热 导 两种类型。 4、 所谓极化，就是介质内质点（分子、原子、离子）正负电荷重心的分离，从而转变成 偶极子 。 5、物质的磁性主要不是由电子的轨道磁矩引起的，而是由 自旋 磁矩引起的。 6、蠕变的最终结果大多都将是断裂，晶格蠕变引起的断裂主要表现为 穿晶断裂 ，晶界蠕变引起的断裂主要表现 为 沿晶断裂 。 7、无机材料中的载流子可以是电子和离子，产生电解效应的是 离子电导 ，产生霍尔效应的是 电子电导 。 三、选择题（每题 2 分，共 20 分） 1、应力是材料单位面积所受的（A） A 内力 B 外力 C 内力与外力的共同作用 共 3 页 第 1 页

山东理工大学《材料物理性能()》评分细则答案 (B)卷2017-2018学年第2学期 班级： 姓名： 学号： 装 线 2、材料以(G)键组成，其弹性形变通常比较大 A共价键B离子键C金属缺 3、实际品体的滑移在绝大多数情况下都是(B)的结果。 A李晶 B位错运动 C塑性变形 4、根据Griffith微裂纹理论，推出的临界条件下的实际断裂强度为（C): A=2后 。 。层 5、固体热膨张是由于质点(A)随温度升高而增大。 A平均距离B振动幅度C.内能 6、为了减小表面光泽，可以采用低折射率玻璃相或(B)。 A减小表面粗糙度B增加表面粗糙度C去除表面吸附膜 7、杂质半导体分为P型半导体和n型半导体，载流子主要为(C) A电子空穴B电子C电子空穴和电子 8、下面哪种极化形式是弹性的、群间完成的、不消耗能量的极化。(A) A位移极化B松弛极化C转向极化 9、下列物质中，(C)的磁性最强。 A反铁磁性B顺碳性 C亚铁磁性 10、无机材料的热容与温度的关系，在低温时遵循(A)。 A德拜TP定律B杜降-珀替定律C何普定律 四、简答思：（每题5分，共25分） 1、简还Griffith微裂纹理论 答：实际材补中总是存在许多细小的裂纹或缺格，在外力作用下，这些裂块陷附近产生应力集中现象，当应力达 -定程度时。裂纹的扩展导致了材料的断裂 2、简速园体材科的热嘭胀机理。 答：由品格的非简谐振动引起的，导致两个原子问的平衡位置偏移。温度越高，相邻质点问的平均距离增加得越多，予 致品胞参数增大，宏观上表现为热膨胀。 3、釉斜中乳浊剂应具备什么条件？ 答：(1)和釉料中的硅酸盐玻璃基体具有显著不同的析射率：(2)能够在硅酸盐玻璃基体中形成小颗粒 4、根据半导体陶瓷的表面物理效应，说明半导体表面吸附气体时电导率的变化。 答：型半导体负电吸册（吸册分子从半导体中捕获电子），口型半导体正电吸附（吸附分子从半导体中捕获空穴）时， 表面均形威耗尽层，表面电导率减小。型半导体正电吸附（吸附分子向半导体供给电子），P型半导体负电吸册（吸阳 分子向半导体供给空穴)时，表面均形成积累层，表而电导单增加。 共3页

山东理工大学《材料物理性能 (A)》评分细则答案 （B）卷 2017-2018 学年第 2 学期 班级： 姓名： 学号： .装.订.线. 2、材料以（C）键组成，其弹性形变通常比较大。 A 共价键 B 离子键 C 金属键 3、实际晶体的滑移在绝大多数情况下都是（B）的结果。 A 孪晶 B 位错运动 C 塑性变形 4、根据 Griffith 微裂纹理论，推出的临界条件下的实际断裂强度为（ C）： A B C 5、固体热膨胀是由于质点（A）随温度升高而增大。 A 平均距离 B 振动幅度 C. 内能 6、为了减小表面光泽，可以采用低折射率玻璃相或（B）。 A 减小表面粗糙度 B 增加表面粗糙度 C 去除表面吸附膜 7、杂质半导体分为 p 型半导体和 n 型半导体，载流子主要为（C） A 电子空穴 B 电子 C 电子空穴和电子 8、下面哪种极化形式是弹性的、瞬间完成的、不消耗能量的极化。（A） A 位移极化 B 松弛极化 C 转向极化 9、下列物质中，（C ）的磁性最强。 A 反铁磁性 B 顺磁性 C 亚铁磁性 10、无机材料的热容与温度的关系，在低温时遵循（A）。 A 德拜 T 3定律 B 杜隆-珀替定律 C 柯普定律 四、简答题：（每题 5 分，共 25 分） 1、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。 2、简述固体材料的热膨胀机理。 答：由晶格的非简谐振动引起的，导致两个原子间的平衡位置偏移。温度越高，相邻质点间的平均距离增加得越多，导 致晶胞参数增大，宏观上表现为热膨胀。 3、釉料中乳浊剂应具备什么条件？ 答：（1）和釉料中的硅酸盐玻璃基体具有显著不同的折射率；（2）能够在硅酸盐玻璃基体中形成小颗粒。 4、根据半导体陶瓷的表面物理效应，说明半导体表面吸附气体时电导率的变化。 答：n 型半导体负电吸附（吸附分子从半导体中捕获电子），p 型半导体正电吸附（吸附分子从半导体中捕获空穴）时， 表面均形成耗尽层，表面电导率减小。n 型半导体正电吸附（吸附分子向半导体供给电子），p 型半导体负电吸附（吸附 分子向半导体供给空穴）时，表面均形成积累层，表面电导率增加。 共 3 页

第2页 山东理工大学《材料物理性能()》评分细则答案 5、简述蠕变的影响因素。 1、温度：温度升高，蠕变速率增大。2、应力：应力增大，蝙变速率增大。3、品体结构：结合力越大，越不易发生蝴 变，所以共价键结构的材料具有好的抗蠕变性。4、组成：组成不同的材料，其蠕变行为不同。5。显微结构：(1)气孔 气孔率增加，婿变率增加：(2)品粒：晶粒越小，蜡变率越大。(3)玻璃相：玻璃相粘度越小，蠕变率增加。 五、分析、论述题：（每题10分。共30分） 1、无机材料中裂纹的起源，及其产生裂纹的原因。 根据裂纹形成机制不同，可以把无机材料中的裂纹大致分为本征裂纹和非本征裂纹 (1)本征裂纹： 、气孔（起源于烧结过程）气孔端部因为应力集中而产生的局部应力克服品界间的结合力，导致品界松动，产生裂 纹。 b、夹杂（起源于粉体制备过程和成型过程、烧结过程的炉膛污染） ①在材料制备过程中，由于夹杂物与基体间热膨胀及弹性形变的失配，夹杂物/基体界面附近产生显菩的残余内应力 如果失配程度较大，就可能导致微开裂现象。 ②在材料工作过程中，夹杂物/基体界面附近的残余内应力对外加应力起到一个补充作用，从而诱发微开裂。 (2)非本征裂纹 a、表面接触损伤 脆性无机材料在与环境中存在的微颗粒之间的发生接触和撞击的过程中，表面通常会产生局部的不可逆变形或微开裂 b、工艺缺路 行类大孔大。物形于材过中，与的度、原尺、度的分、形 2、提高陶瓷材补抗热冲击断裂性能的措施有哪些？ 答：(1)提高材料强度，减小弹性模量E,使可E提高：(2)提高材料的热导率，使第二热应力断裂抵抗国子R”提高： (3)减小材朴的热膨胀系数：(4)减小表面热传导系数：(5)减小产品的有效厚度。（每条2分） 3,根据 ,如SisN:瓷的Kc测得为5.0MPam5。求用这种材料测得共强度分别为500、400及250MPa时，共相 应的最大裂纹尺寸是多少？如将SiN瓷的Kc提高到6.0MPam5,其50OMPa强度的相应的最大裂纹尺寸为何？由此分 析增韧的意义，并简述无机材料常见的增韧方式。 答(1)：将各个数值带入公式，可得：Cm-33.2(微米)、Cw=52(微米)、Ca=132.8(微米) 说明：当K相同时，材料承受强度越小，其临界裂纹尺寸越大。 (2)同理，K=6.0MPa·m,C=36(微米) 增韧的意义：随若K的升高，在相同强度下，临界裂纹尺寸增大。 无机材料常见的增韧方式：裂纹偏转增韧（裂扩展过中扩展方向发生变化而导致的材料断裂初性提高）、梨纹桥接 韧（通过引入大品粒、品须、纤维等第二相抑制裂纹扩展）、微裂纹增韧与相变增韧（使得裂纹尖端的应力集中程度降低， 撰高裂纹扩展阻力)

第 2 页 山东理工大学《材料物理性能 (A)》评分细则答案 5、简述蠕变的影响因素。 1、温度：温度升高，蠕变速率增大。2、应力：应力增大，蠕变速率增大。3、晶体结构：结合力越大，越不易发生蠕 变，所以共价键结构的材料具有好的抗蠕变性。4、组成：组成不同的材料，其蠕变行为不同。5. 显微结构：（1）气孔： 气孔率增加，蠕变率增加；（2）晶粒：晶粒越小，蠕变率越大。（3） 玻璃相：玻璃相粘度越小，蠕变率增加。 五、分析、论述题：（每题 10 分。共 30 分） 1、无机材料中裂纹的起源，及其产生裂纹的原因。 根据裂纹形成机制不同，可以把无机材料中的裂纹大致分为本征裂纹和非本征裂纹。 （1）本征裂纹： a、气孔（起源于烧结过程）气孔端部因为应力集中而产生的局部应力克服晶界间的结合力，导致晶界松动，产生裂 纹。 b、夹杂（起源于粉体制备过程和成型过程、烧结过程的炉膛污染） ①在材料制备过程中，由于夹杂物与基体间热膨胀及弹性形变的失配，夹杂物/基体界面附近产生显著的残余内应力， 如果失配程度较大，就可能导致微开裂现象。 ②在材料工作过程中，夹杂物/基体界面附近的残余内应力对外加应力起到一个补充作用，从而诱发微开裂。 （2）非本征裂纹 a、表面接触损伤 脆性无机材料在与环境中存在的微颗粒之间的发生接触和撞击的过程中，表面通常会产生局部的不可逆变形或微开裂 b、工艺缺陷 工艺缺陷包括大孔洞、大晶粒、夹杂物等，形成于材料制备过程中。与原料的纯度、颗粒尺寸、粒度的分布、颗粒形貌 等有关。 2、提高陶瓷材料抗热冲击断裂性能的措施有哪些？ 答：（1）提高材料强度 σf，减小弹性模量 E，使 σf/E 提高；（2）提高材料的热导率，使第二热应力断裂抵抗因子 R’提高； （3）减小材料的热膨胀系数；（4）减小表面热传导系数；（5）减小产品的有效厚度。（每条 2 分） 3、根据 ，如 Si3N4 瓷的 KIC 测得为 5.0 MPa·m0.5。求用这种材料测得其强度分别为 500、400 及 250MPa 时，其相 应的最大裂纹尺寸是多少？如将 Si3N4 瓷的 KIC提高到 6.0 MPa·m0.5，其 500MPa 强度的相应的最大裂纹尺寸为何？由此分 析增韧的意义，并简述无机材料常见的增韧方式。 答（1）：将各个数值带入公式，可得：C500=33.2(微米)、 C400=52(微米)、 C250=132.8(微米) 说明：当 KIC相同时，材料承受强度越小，其临界裂纹尺寸越大。 （2） 同理，Kic=6.0 MPa·m 0.5，C500=36（微米） 增韧的意义：随着 KIC的升高，在相同强度下，临界裂纹尺寸增大。 无机材料常见的增韧方式：裂纹偏转增韧（裂纹扩展过程中扩展方向发生变化而导致的材料断裂韧性提高）、裂纹桥接增 韧（通过引入大晶粒、晶须、纤维等第二相抑制裂纹扩展）、微裂纹增韧与相变增韧（使得裂纹尖端的应力集中程度降低， 提高裂纹扩展阻力）