无机材料物理性能习题与答案2013年考试必备
习题与答案
一、 填空题(每题2分,共36分)
1、载流子的类型。
2、 电导率的一般表达式为σ=∑σi =∑n q μi i
i i 。其各参数n i 、q i 和μi 的含义分别
是 载流子的浓度 、 载流子的电荷量 、 载流子的迁移率 。
3电导)和杂质电导。在高温下本征 电导特别显著,在低温下 杂质 电导最为显著。
4、电子电导时,载流子的主要散射机构有散射 、 晶格振动的散射。
5、因电子迁移率很高,所以不存在空间电荷和吸收电流现象。
6、导电材料中载流子是和空位。
7. 固体材料质点间结合力越强,热膨胀系数越
8. 非晶体的导热率(不考虑光子导热的贡献)在所有温度下都比晶体的
小 。在高温下,二者的导热率 比较接近 。
9. 固体材料的热膨胀的本质为:大 。
10. 无机材料的热容与材料结构的关系CaO 和SiO 2的混
合物与CaSiO 3 的热容-温度曲线 基本一致 。
11. 晶体结构愈复杂,晶格振动的非线性程度愈
散射 大 , 因此声子的平均自由程 小 ,热导率 低 。
12、 和
13、对于热射线高度透明的材料,它们的光子传导效应较大,但是在有微小气孔存在时,由于气孔与固体间折射率有很大的差异,使这些微气孔形成了散射中心,导致透明度强烈降低。
14、1~3数量级,其原因是前者有微量的气孔存在,从而显著地降低射线的传播,导致光子自由程显著减小。
15;当光照射到粗糙的材料表面时,发
生 漫反射 。
16用高反射率,厚釉层和高的散射系数,可以得到良好的乳浊效果。
17色散。
二、 问答题(每题8分,共48分)
1、简述以下概念:顺磁体、铁磁体、软磁材料。
答:(1)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。(2)铁磁体:在较弱的磁场内,材料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。(3)软磁材料:容易退磁和磁化(磁滞回线瘦长) ,具有磁导率高,饱和磁感应强度大,矫顽力小,稳定型好等特性。
2、简述以下概念:亚铁磁体、反磁体、磁致伸缩效应
答:(1)亚铁磁体:铁氧体:含铁酸盐的陶瓷磁性材料。它和铁磁体的相同是有自发
磁化强度和磁畴,不同是:铁氧体包含多种金属氧化物,有二种不同的磁矩,自发磁化,也称亚铁磁体。(2)反磁体:由于“交换能”是负值,电子自旋反向平行。(3)磁致伸缩效应:使消磁状态的铁磁体磁化,一般情况下其尺寸、形状会发生变化,这种现象称为磁致伸缩效应。
3、简述以下概念:热应力、柯普定律、光的双折射。
答:1)由于材料热膨胀或收缩引起的内应力称为热应力。2)柯普定律:化合物分子热容等于构成该化合物各元素原子热容之和。理论解释:C =∑n i c i 。3)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,它们构成两条折射光线,这个现象称为双折射。
4、什么是铁氧体?铁氧体按结构分有哪六种主要结构?
答:以氧化铁(Fe 3+2O 3)为主要成分的强磁性氧化物叫做铁氧体。铁氧体按结构:尖晶石型、石榴石型、磁铅石型、钙钛矿型、钛铁矿型和钨青铜型。
5、影响材料透光性的主要因素是什么?提高无机材料透光性的措施有哪些?
答:影响透光性的因素:1)吸收系数 可见光范围内,吸收系数低(1分)
2)反射系数 材料对周围环境的相对折射率大,反射损失也大。(1分)
3)散射系数 材料宏观及微观缺陷;晶体排列方向;气孔。(1分)
提高无机材料透光性的措施: (1)提高原材料纯度 减少反射和散射损失(2分)。
(2)掺外加剂 降低材料的气孔率(2分)。(3)采用热压法 便于排除气孔(2分)
6、影响离子电导率的因素有哪些?并简述之。
答:1)温度。随着温度的升高,离子电导按指数规律增加。低温下杂质电导占主要地位。这是由于杂质活化能比基本点阵离子的活化能小许多的缘故。高温下,固有电导起主要作用。(2分)
2)晶体结构。电导率随活化能按指数规律变化,而活化能反映离子的固定程度,它与晶
体结构有关。熔点高的晶体,晶体结合力大,相应活化能也高,电导率就低。(2分)
结构紧密的离子晶体,由于可供移动的间隙小,则间隙离子迁移困难,即活化能高,因
而可获得较低的电导率。(2分)
3)晶格缺陷。离子晶格缺陷浓度大并参与电导。因此离子性晶格缺陷的生成及其浓度大
小是决定离子电导的关键。(2分)
7、比较爱因斯坦模型和德拜比热模型的热容理论,并说明哪种模型更符合实际。
答:1)爱因斯坦模型(Einstein model)他提出的假设是:每个原子都是一个独立的振子,原子之间彼此无关,并且都是以相同的角频w 振动(2分),即在高温时,爱因斯坦的简化模型与杜隆—珀替公式相一致。但在低温时,说明C V 值按指数规律随温度T 而变化,而不是从实验中得出的按T 3变化的规律。这样在低温区域,爱斯斯坦模型与实验值相差较大,这是因为原子振动间有耦合作用的结果(2分)。
2)德拜比热模型德拜考虑了晶体中原子的相互作用,把晶体近似为连续介质(2分)。当温度较高时,与实验值相符合,当温度很低时,这表明当T →0时,C V 与T 3成正比并趋于0,这就是德拜T 3定律,它与实验结果十分吻合,温度越低,近似越好(2分)。
8、晶态固体热容的量子理论有哪两个模型?它们分别说明了什么问题?
答:爱因斯坦模型
在高温时,爱因斯坦的简化模型与杜隆—珀替公式相一致。(2分)
但在低温时,C V 值按指数规律随温度T 而变化,而不是从实验中得出的按T 3变化的规
律。这样在低温区域,爱斯斯坦模型与实验值相差较大,这是因为原子振动间有耦合作用
的结果。(2分)
德拜比热模型
1) 当温度较高时,即T >>θD ,C V =3Nk =3R ,即杜隆—珀替定律。(2分)
2) 当温度很低时,表明当T →0时,C V 与T 3成正比并趋于0,这就是德拜T 3定律,它与实验结果十分
吻合,温度越低,近似越好。(2分)
9、如何判断材料的电导是离子电导或是电子电导?试说明其理论依据。
答:1)材料的电子电导和离子电导具有不同的物理效应,由此可以确定材料的电导性质。(2分) 利用霍尔效应可检验材料是否存在电子电导;(1分)
利用电解效应可检验材料是否存在离子电导。(1分)
2)霍尔效应的产生是由于电子在磁场作用下,产生横向移动的结果,离子的质量比电子大得多,磁场作用力不足以使它产生横向位移,因而纯离子电导不呈现霍尔效应。(2分)
3)电解效应(离子电导特征)离子的迁移伴随着一定的物质变化,离子在电极附近发生电子得失,产生新的物质。由此可以检验材料是否存在离子电导。(2分)
三、 计算题(共16分)
1、一陶瓷零件上有一垂直于拉应力的边裂,如边裂长度为:(1)2 mm(2)0.049mm (3)2μm ,分别求上述三种情况下的临界应力。设此材料的断裂韧性为162Mpa·m 1/2, 讨论诸结果。 K Ic =σc c (2分)
σc =K I
c =1. 62
π⨯2⨯10-3=20. 4MPa (2分)
σc =K I
c =1. 62
π⨯2⨯10-6=646. 5MPa (2分)
(3) σc =577.19Gpa(2分)
2c 为4mm 的陶瓷零件容易断裂;说明裂纹尺寸越大,材料的断裂强度越低。(2分)
2、光通过厚度为X 厘米的透明陶瓷片,入射光的强度为I 0,该陶瓷片的反射系数和散射系数分别为m 、α (cm-1) 和s(cm-1) 。请在如下图示中用以上参数表达各种光能的损失。当X=1,m=0.04,透光率I/I0=50%,计算吸收系数和散射系数之和。
(图中标识每个1分,计算5分)
I =
I I 0(1-m ) =(1-m ) 22e -(α+s ) x
I 0e
I -(α+s ) x 2e -(α+s ) x =(1-m )
I 0=(1-0. 04) 0. 52=1. 8432
-1(α+s ) =Ln 1. 8432=0. 612cm