材料性能学复习 ncu 材料科学与工程

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1、测试试卷1. 关于固体材料的热容，爱因斯坦模型认为：晶体中每一个原子都是一个独立的振子，原子之间彼此无关， 原子以（）的频率振动；德拜模型考虑到晶体中原子的相互作用，认为晶体中对热容的主要贡献是（）， 把晶体近似视为连续介质，声频支的振动也近似看作是（）。低温脆性常发生在具有（）结构的金属及合金 中，而在（ ）结构的金属及合金中很少发现。参考答案体心立方或密排六方面心立方2. Griffith微裂纹理论从能量的角度来研究裂纹扩展的条件，这个条件是（）。参考答案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3. 滑移是在 作用下，在一定滑移系统上进行的。参考答案切应力4.

2、 裂纹扩展的基本方式有三种，分别为（）、（）和（），其中以（）裂纹扩展最危险，最容易引起脆性断裂。参考答案张开型滑开型撕开型张开型5. 描述材料的蠕变性能的力学性能指标有：（）、（）、（）等。参考答案蠕变极限持久强度松弛稳定性6. 屈服是材料由（）向（）过渡的明显标志。答案：弹性变形弹-塑性变形材料7. 磁性的本源是材料内部电子的 和。8. 晶体中热阻的主要来源是 间碰撞引起的散射。8. 对介质损耗的主要影响因素是 和。9. 在垂直入射的情况下，光在界面上的反射的多少取决于两种介质的。10. 电场周期破坏的来源是：、等。11. 由于恒压加热物体除温度升高外，还要对外界做功，所以等压热容 等容热

3、容。12. BaTiO3电介质在居里点以下存在、和 四种极化机制。13.断口特征三要素是指、和。金属材料中的塑性变形有两种基本方式和_。14. 解理断裂断口的基本微观特征是、。15. 25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受4500N的轴向拉力。如直径拉伸成2.4mm，问：设拉伸变形后， 圆杆的体积维持不变，拉伸后的长度为；在此拉力下的真应力为、真应变为； 在此拉力下的名义应力为、名义应变为。15. 介质的极化有两种基本形式 和。超导体的两个基本特性是 和16. 当一根金属导线两端温度不同时，若通以电流，则在导线中除产生焦耳热外，还要产生额外的吸放热现象，这种热电现象称为 效应。17. 无机材料

4、的热冲击损坏有两种类型：和。18. 决定乳浊度的主要因素是、和。19. 热量是依晶格振动的格波来传递的，格波分为 和 两类。20. 从对材料的形变及断裂的分析可知，在晶体结构稳定的情况下，控制强度的主要参数有三个：，和。21. 金属材料电导的载流子是，而无机非金属材料电导的载流子可以是、或22. 在低碳钢的单向静拉伸试验中，整个拉伸过程中的变形可分为、以及 四个阶段。23. 电介质的击穿形式有,和 三种形式。二.名词解释试题铁磁体:主要特点:在较弱的磁场内，铁磁体也能够获得强的磁化强度，而且在外磁场移去，材料保留强的磁性. 原因:强的内部交换作用，材料内部有强的内部交换场,原子的磁矩平行取向，

5、在物质内部形成磁畴粘着磨损:因两种材料表面某些接触点局部压应力超过该处材料屈服强度发生粘合并拽开而产生的一种表 面磨损色散:材料折射率随入射光频率的减小（或波长增加）而减小的性质，称为折射率的色散。汤姆逊效应:当一根金属导线两端温度不同时，若通以电流，则在导线中除产生焦尔热外，还要产生额外的 吸放热现象.这种热电现象硬度:材料表面上不大体积内抵抗变形或破裂的能力，是材料的一种重要力学性能。缺口敏感度：衡量在硬性应力状态30.和应力集中条件下材料的脆化倾向，试样的抗拉强度与等截面尺 寸光滑试样的抗拉强度的比值。内耗：在非理想弹性的情况下，由于应力和应变不同步，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回

6、线，这 个封闭回线称为弹性滞后环。存在弹性滞后环的现象说明加载时材料吸收的变形功大于卸载时材料释放的 变形功，有一部分加载变形功被材料所吸收。这部分在变形过程中被吸收的功称为材料的内耗。低周疲劳:断裂寿命较短，N=102105，断裂应力水平较高，往往伴有塑性应变发生，亦称为高应力疲劳或 应变疲劳。电介质：柯普定律磁阻效应光生伏特效应磁致伸缩机电耦合系数弛豫滞弹性压电效应热释电效应磁各向异性蠕变光电导三问答题试题1. 何谓空间电荷？陶瓷中产生空间电荷的原因有哪些？参考答案在电场作用下，不均匀介质的正负间隙离子分别向负正极移动，引起瓷体内各点离子密度变化， 即出现电偶极矩，在电极附近积聚的离子电荷

7、就是空间电荷。实际上，除了介质的不均匀性以外，晶界、 相界、晶格畸变、杂质等缺陷区都可成为自由电荷（间隙离子、空位、引入电子等）运动的障碍。在这些 障碍处，自由电荷积聚形成空间电荷，同理，宏观不均匀性，如夹层、气泡等部位也能形成空间电荷。2. 简述热膨胀的机理可从两方面加以解释。（1）、从位能曲线的非对称性进行解释；（2）、从引力、斥力曲线加以解释。3. 影响塑性形变的因素有哪些?参考答案晶体结构和键型本征因素：晶粒内部的滑移系统相互交截、晶界处的应力集中、晶粒大小和分 布；外来因素：晶界作为点缺陷的源和阱，易于富积杂质，沉淀有第二相。特别当含有低熔点物质时，多 晶材料的高温塑性滑移首先发生在

8、晶界。（杂质在晶界的弥散、晶界处的第二相、晶界处的气孔）4. 断裂能包括哪些内容？参考答案热力学表面能：固体内部新生单位原子面所吸收的能量。塑性形变能：发生塑变所需的能量。相变弹性能：晶粒弹性各向异性、第二弥散质点的可逆相变等特性，在一定的温度下，引起体内应变和相 应的内应力。结果在材料内部储存了弹性应变能。微裂纹形成能：在非立方结构的多晶材料中，由于弹性 和热膨胀各向异性，产生失配应变，在晶界处引起内应力。当应变能大于微裂纹形成所需的表面能，在晶 粒边界处形成微裂纹。5. 克服材料脆性和改善其强度的关键是什么？参考答案提高材料的断裂能，便于提高抵抗裂纹扩展的能力；减小材料内部所含裂纹缺陷的尺

9、寸，以减 缓裂纹尖端的应力集中效应。6. 试题:晶体材料屈服强度的理论计算值与实测值之间相关悬殊，请说明误差产生的主要原因。产生误差原因：（1）理论计算式的推导是建立在势能-原子位移的变化曲线为正弦波形曲线基础上，而晶体 的真实势能-原子位移的变化曲线形式尚不清楚。（2）真实晶体并非完整晶体。材料的实际强度就是实验测 得的临界分剪应力；理论强度则是按完整晶体刚性滑移模型计算的强度。7. 试解释下列力学性能指标的意义（1）HBS（2）HBW（3）HV（4）HK（5）HS（6）KI（7）KIC（8）tan5答案：（1）HBS：布氏硬度，压头为淬火钢球（2）HBW:布氏硬度，压头为硬质合金钢球（3）

10、HV:维 氏硬度（4）HK:努氏硬度（5）HS：肖氏硬度（6）KI:应力场强度应子（7）KIC：平面应变断裂韧度（8） tan5 :内耗8. 一般陶瓷用品，为什么选择釉的膨胀系数适当地小于坯体的膨胀系数？9. 什么是铁电体？铁电体具有哪些共同特性？10. 将两种不同金属联成回路，如果两接点处温度不同，在回路中会产生哪些热电效应？其基本原理如何？11. TiO2广泛应用于不透明搪瓷釉。其中的光散射颗粒是什么？颗粒的什么特性使这些釉获得高度不透明的 品质？12. 铁磁性材料中为什么会形成磁畴？四计算题试题1. 一透明Al2O3板厚度为1mm，用以测定光的吸收系数。如果光通过板厚之后，其强度降低了1

11、5%，计算 吸收散射系数的总和。（a-A12O3晶体:n=1.760）参考答案T=I/I0=1-15%=85%,x=1mm=0.1 cm 根据透光度公式：T=I/I0=（1-R）2e-（p+S）x （2 分）则有：85% = （1-R）2e-（P+S）0.1 （2分）如果考虑反射损失，则（2分）R很小，可忽略，即：1RW.有0.85 = e一 （p+S）0.10.85 = e-（p+S）0.1 解得：p+S = （Ln0.85/0.1）=1.65cm 12.试题:一陶瓷含体积百分比为95%的Al2O3 （E=380GPa） 和 5%的玻璃相（E=84GPa），计算上限及下限弹 性模数。3. 多

12、晶多相无机材料中裂纹产生和快速扩展的原因是什么？有哪些防止裂纹扩展的措施？参考答案裂纹产生的原因（1）由于晶体微观结构中存在缺陷，当受到外力作用时，在这些缺陷处就引起 应力集中，导致裂纹成核，例如位错在材料中运动会受到各种阻碍：（2）材料表面的机械损伤与化学腐蚀 形成表面型纹，-这种表面裂纹最危险，裂纹的扩展常常由表面裂纹开始。（3）由于热应力而形成裂纹。大 多数陶瓷是多晶多相体，晶粒在材料内部取向不同，不同相的热膨膨系数也不同，这样就会因各方向膨胀（或 收缩）不同而在晶界或相界出现应力集中，导致裂纹生成。（4）由于晶体的各向异性引起，如弹性模量的各 向异性导致晶粒间存在一应力，如果该应力超过

13、材料的强度则出现微裂纹。快速扩展的原因按照格里菲斯 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（临 界裂纹尺寸）决定材料的断裂强度，一旦裂纹超过临界尺寸，裂纹就迅速扩展而断裂。因为裂纹扩展的动力， 当C增加时，G也变大，而是常数，因此，断裂一旦达到临界尺寸而起始扩展，G就愈来愈大于4y，直到 破坏。所以对于脆性材料，裂纹的起始扩展就是破坏过程的临界阶段，因为脆性材料基本上没有吸收大量 能量的塑性形变。防止裂纹扩展的措施微晶、高密度与高纯度、预加应力、化学强化、相变增韧、韧性相 （如金属粒子）弥散于材料中增韧、纤维增强复合材料等。4. 论述大多数

14、无机非金属材料在常温下不能产生塑性形变的原因无机非金属材料滑移系统少，不易产生塑性形变，主要原因有：（1）离子键或共价键，具有明显的方向性。 （2）同号离子相遇，斥力极大，只有个别滑移系统能满足位错运动的几何条件和静电作用条件。（3）晶体 结构愈复杂，满足这种条件就愈困难。陶瓷材料一般呈多晶状态，而且还存在气孔、微裂纹、玻璃相等。 其晶粒在空间随机分布，不同方向的晶粒，其滑移面上的剪应力差别很大。即使个别晶粒已达到临界剪应 力而发生滑移，也会受到周围晶粒的制约，使滑移受到阻碍而终止，所以多晶材料更不容易产生滑移。无 机材料中不易形成位错，位错运动也很困难，当滑移面上的分剪应力尚未达到使位错以足

15、够速度运动时， 此应力已超过了微裂纹扩展所需的临界应力而使材料脆性断裂，所以无机非金属材料难以产生塑性形变。材料性能学作业部分电性能1. 试说明量子自由导电理论与经典导电理论的异同。（1）经典电子理论：经典理论认为，在金属晶体中，离子构成了晶格点阵，并形成一个均匀的电场，价电 子是完全自由的，称为自由电子，他们弥散分布于整个点阵之中，就像气体分子充满整个容器一样，因此 称为“电子气”。自由电子的运动遵循经典力学气体分子的运动规律，自由电子之间及它们与正离子之间的 相互作用仅仅是类似于机械碰撞而已。在没有外加电场作用时，金属中的自由电子沿各个方向运动的几率相同，因此不产生电流。当对金属施加 外电场时，自由电子沿电场方向作加速运动，从而形成电流。在自由电子定向运动过程中，要不断地与正离子发生碰撞，使电子受阻，这就是产生电阻的原因。（2）量子自由电子理论：和经典电子理论一样，量子自由电子理论同样认为金属中正离子形成的电场是均 匀的，价电子与离子间没有相互作用，且为整个金属所有，可以在整个金属中自由运动。但这一理论认为， 金属中每个原子的内层电子基本保持着单个原子时的能量状态，而所有价电子却按量子化规律具有不同的 能量状态，即具有不同的能级。该理论认为，电子具有波粒二象性。2、为