选择题
1.下列缺陷属于线缺陷的是位错属于面缺陷的是堆垛层错
2在特定应力循环次数时不发生断裂的前提下，材料所能承受的最大应力称为疲劳强度
3固溶强化对材料性质的影响描述错误的是合金的电导率高于纯金属
4制约超导技术获得应用的关键性能指标是临界温度
5下列电子器件中，半导体热电仪不是利用半导体p-n节制成的6在交变电场的作用下，实际电介质电容器的电流超前电压的相位小于90度
7不具备亚铁磁性的是ZnO·Fe2O3
8马氏体相变不属于扩散型相变9过共析钢中奥氏体降温时析出的渗碳体属于重构型相变
10具有统计性和球对称性的是径向分布函数
11表面存在裂纹的脆性材料可以采用弯曲试验来测定材料的力学性能
12下列说法中对冷加工的优点描述错误的是冷加工会增加电导率与耐腐蚀性
13半导体最大用途是制成p-n结14下列物性参数中，不是用来描述电介质材料的介电性能的是压电系数
15热释电材料不具备的物理性能是铁电性
16原子磁矩的空间有序分布使磁矩互相抵消，宏观自发磁化强度为零，描述的是反铁磁体
17一定是二级相变的是铁磁相变
18描述非晶态金属和合金的结构模型中，较好的是无序密堆硬球模型。
19属于强磁性的是亚铁磁性
20关于材料影响铁磁性的因素，说法正确的是温度升高使得Ms Br Hc均降低
21不属于半导体的敏感效应的是巴克豪森效应
22关于影像材料到典型的因素正确的是一般情况下固溶体的电阻率高于组元的电阻率
23下面利用压电材料热释电性能的是红外探测器
24关于铁磁性和铁电性，不正确的是都以存在畴结构为充分条件
25不属于静载压入法的是肖氏硬度
26关于高温蠕变性能，不正确的是蠕变发生机理与应力水平无关
填空题
1共晶体系具有最低共同熔点
2复合材料通常有颗粒增强纤维增强层片增强三种形式
3解释金属材料导电现象的理论经历了经典自由电子论量子自由电子论能带理论三个发展阶段
4外电场作用下，电介质内部产生的感应偶极距的现象，称为电介质的极化，介电常数反映了电介质材料在电场中极化的特性。
5电介质的漏导电流包含两部分体积电流和表面电流
6对固体进行击穿试验时，总是在气体或液体环境媒质中，击穿往往发生在击穿强度比较低的气体或液体环境媒质中，这种现象称为边缘效应
7铁电畴在外电场的作用下，总是趋向与外电场方向一致，称为畴转向
8在磁场中磁化时，铁磁体的尺寸或者体积发生变化的现象称为磁致伸缩
9序参量在高对称相等于零，在低对称相不等于零。
10对于发生扩散的相变，新相的
长大过程可以粗分为界面控制
和扩散控制两类
11根据杂质原子在晶体中占据
方式可以将杂质缺陷分为两
类：替位式杂质缺陷和填隙杂
质缺陷
12材料在低温下发生塑性形变
的主要原因是位错的滑移，在
高温下发生的蠕变主要原因
是位错的攀移。
13置于外磁场中的超导体会表
现出完全的抗磁性，如果将
放在磁性材料的上方，超导
体就会悬浮起来，这种现象
称为迈斯纳效应。
14P-n结具有单向导电性，正偏
时呈导通状态；反偏时呈截止状
态
15材料的电极化强度时电介质
单位体积内的电偶极距的矢
量和，它反映了电介质在电
场作用下的极化强度
16铁电材料或者压电材料中是
否存在对称中心？否
17物质的磁性材料来源于材料
的电子结构。电子磁矩的相互
作用，决定了磁性材料的类型
和磁性能
18非晶态固体的基本特征是长
程无序短程有序
19利用异质结制备太阳能电池
时，朝向太阳光一侧的半导体的
禁带宽度大一些。
20大多数警惕的自发极化随着
温度的增加而下降，热释电常数
为负值
21矫顽场强与温度和频率有关，
通常温度增加，矫顽场强下降，
频率增加，矫顽场强增大
22设立方磁晶各向异性常数为
K1=-5.48，K2=-2.47，则
[100],[110],[111]轴中的易磁化
轴是[111]，难磁化轴是[100]
23磁各向异性一般包括应力的
各向异性形状各向异性磁晶
各向异性等
24压电功能材料一般利用压电
材料的压电功能，热释电功
能，铁电功能，电致伸缩功能
或电光功能
判断题
1螺型位错的特点是其滑移方向
和伯格斯矢量都与位错线垂直
错
2激光实质上就是一种自发辐射
所产生的相干光源，具有单色
性、相干性、方向性和高亮度的
特点。错
3电介质的介电常数越大，极化
能力越强对
4对于介质损耗较高的固体电介
质材料，在高频下的主要击穿形
式就是电击穿错
5在有序-无序相变中，短程有序
度越高。长程有序度就越高错
6带负电的负离子空位和被它束
缚的价电子所形成的色心就是F
心错
7固溶体合金中，溶剂原子和溶
质原子的尺寸差别越大，固溶强
化的效果越差错
8如果处于高能级上的电子数小
于处于低能级上的电子数，受激
辐射就会超过光吸收所产生的
自发辐射，产生激光错
9任何电介质在外电场作用下都
会发生尺寸变化，即产生应变。
应变大小与所加电压成正比，这
种现象叫做电致伸缩错
10马氏体相变中普遍存在热滞
现象对
11位错攀移要比滑移困难得多
对
12离子晶体中，成为正电中心的
点缺陷有负离子空位和正填隙
离子对
13离子晶体中，成为负点中心的
点缺陷有正离子空位和负填隙
离子对
14离子晶体中的消脱基缺陷有
数目相同的正负离子空位对
15肖脱基缺陷存在的可能性要
比福伦科尔缺陷的可能性大得
多对
16时效强化的合金可以在高温
下使用错
17共晶反应的一个特征是具有
很低的熔点对
18二氧化硅氧化钠玻璃可以再
远低于二氧化硅熔点的温度下
制造是利用了共晶反应对
19共析反应是指从一个液相转
变成两个固相的反应错
20共晶反应是指从一个液相转
变成两个固相的反应对
21由于掺杂数量很少，所以非本
征半导体中由于掺杂原子而形
成的载流子称为少数载流子错
22光致发光现象可以在金属中
产生错
23余晖时间短的荧光材料适合
做夜光材料错
24.180°畴壁比90°畴壁要厚
错
25钛酸钡晶体在120°，0°，
-90°都具有发生铁电相变，因此
它的居里温度有三个错
26电致伸缩效应在任何电介质
中都存在对
27压电体在外电场作用下只有
压电效应而无电致伸缩错
28计算院子的总自旋磁矩时，需
考虑原子中所有的电子贡献错
次化工小的方向是易磁化方向，
磁化功大的方向是难磁化方向
对
29在特定的外界条件下，一个体
系的演化方向应符合该体系的
特定热力学函数的自发变化趋
势对
30马氏体相变只能发生钢铁材
料中错
31晶界是马氏体形核的有利位
置错
32序参量在高对称相等于0，在
低对称相则不等于0 对
33选参量不连续变化的相变称
为一级相变对
34一般，非均匀形核的形核功低
于均匀形核的形核功对
35对于发生扩散的相变，长大过
程可粗分为界面控制盒扩散控
制两类对
36扩散控制的长大速率取决于
靠近界面的原子迁移过程对
37非晶模型可以用来描述非晶
锗或硅膜的结构错
38非晶态金属和合金的结构适
合用于无序密堆积硬球模型来
描述对
39无规则网络结构模型用于描
述非晶硅和非晶锗对
40原子磁矩不为零的必要条件
是存在未排满的电子层对
41量子自由电子理论和能带理
论均认为电子随能量的分布服
从FD分布对
42由于晶格热震动的加剧，金属
盒半导体的电阻率均随温度的
升高而增大错
43直流电位差计法和四点探针
法测量电阻率均可以消除接触
电阻的影响对
44凡是铁电体一定同时具具备
压电效应和热释电效应对
45硬度数值的物理意义取决于
所采用的硬度试验方法对
46对于高温力学性能，所需温度
高低仅具有相对的意义对
概念题
1弗伦科尔缺陷：原子脱离正常
格点位置后，形成填隙原子，这
样的热缺陷称为弗伦科尔缺陷
2弥散强化：是指将多相组织混
合在一起所获得的材料强化效
应。
3热击穿：当固体电介质在电场
作用下，由电导和介质损耗产生
的热量超过试样通过传导，对流
和辐射散发的热量时，试样中的
热平衡就被破坏，试样温度不断
上升，最终造成永久性的热破
坏，这就是热击穿。
4电畴：由自发极化方向形同的
晶胞所组成的小区域被称为电
畴
5铁磁性：有些物质放入外磁场
时：感应出和磁场方向相同的磁
化强度，磁化率大于零，但其数
值很大，约为10的一次方到10
的六次方，这些物质的磁化曲线
M-H时非线性的复杂函数，反复
磁化时出现磁滞现象，这就是物
质的铁磁性。
6点缺陷：在一个或几个院子的
微观区域内，原子的排列偏离理
想周期结构而形成空位，填隙原
子，杂质原子等的缺陷。
7超导现象：某些金属合金或者
化合物，在冷却到绝对零度附近
某一特定温度时，材料的电阻变
为零，电流可以在材料中无限地
流动，这种现象称为超导现象。
8压电效应：由于机械力的作用
而使介质发生极化的现象称为
正压电效应。如果把外电场加载
这种晶体上，改变其极化状态，
在晶体的某些方向上也将产生
形变，这就是逆压电效应。二者
统称压电效应。
9磁致伸缩：在磁场中磁化时，
铁磁体的尺寸或者体积发生变
化的现象称为磁致伸缩。
10对称残缺：在结构相变时，晶
体的对称性发生变化。高对称相
的某些对称元素在低对称相时
不再存在，即失去了某些对称元
素，这成为对称性残缺。
11极化：沿电场方向产生电偶极
距或者电偶极矩改变，是材料对
外电场的响应。
12蠕变：一定应力下随时间演唱
产生的缓慢变形，一般在高温下
进行。
简答题
1，简述本征半导体的导电机理
答：本征半导体的禁带宽度较
小，具有足够热能的电子能够越
过禁带，从价带被激发到导带，
成为自由电子。被激发的电子原
来占据的价带能级上则留下一
个空位，称为空穴。电子和空穴
都是携带电荷的载流子。在半导
体材料上加上电压，导带上的电
子朝正极移动，价带上的空穴则
向负极移动，电子和空穴两种载
流子丁香移动形成电流。
3，比较铁磁体和亚铁磁体两种
磁性材料的异同
相同点：都具有长程磁有序结
构，都属于强磁性物质，具有自
发极化，有磁畴和磁滞现象，存
在居里点，在居里点以上顺磁
性。
不同点：磁性不同，铁磁体强于
亚铁磁体。磁有序结构不同，铁
磁体的相邻原子磁矩平行排列，
而亚铁磁体的相邻原子磁矩反
平行排列，但磁矩大小不等。
4，说明非晶态固体与晶态固体
的最基本区别并指出非晶态固
体的结构特征
非晶态固体与晶态固体的本质
区别：①非晶态固体中原子的取
向和位置不具有长程有序而是
短程有序②非晶态固体属于热
力学亚稳态。
非晶态结构特征：有序的缺乏和
亚稳定性。
5，什么是加工硬化，简述加工
硬化的原理
通过使金属发生塑形变形的方
式，可以使其屈服强度增加，这
就是加工硬化。
加工樱花是由位增殖引起的。材
料在塑性形变时，位错的密度大大增加，位错密度越大，位错之间的相互作用也就越大，对位错进行的滑移阻力也越大，使位错的滑移变得困难。从而使材料得到强化，这就是加工硬化的原理。
6，为什么锗半导体材料最先得到应用，而现在却大多材料采用硅半导体
锗比硅容易提纯，所以最初发明的半导体三极管是锗制成的。但是，锗的禁带宽度只有硅的一半，所以硅电阻率比锗大，而且在较宽禁带中能够更加有效地设置杂质能级，所以硅取代了锗。而且硅能够在表面形成二氧化硅绝缘膜，从而制备MOS三极管。
7，铁磁体自发磁化的物理本质是什么？材料具有铁磁性的充要条件是什么
铁磁体自发磁化的本质是电子间的静电交换积分作用。
材料具有铁磁性的充要条件是：材料原子中具有未充满的电子壳层，即原子磁矩不为零；交换积分常数A大于0
8，为什么形成一个消脱机缺陷比形成一个弗伦科尔缺陷所需能量低
形成一个消脱机缺陷时候，晶体内留下一个空位，晶体表面多一个电子，因此形成一个消脱机缺陷所需的能量，可以看成晶体表面一个原子与其他原子的相互作用能，和晶体内部一个原子与其他原子相互作用能的差值。形成一个弗伦科尔缺陷时，晶体内留下一个空位，多一个填隙原子。因此形成一个弗伦科尔缺陷的能量，可以看成晶体内部一个填隙原子与其他原子相互作用能和晶体内部一个原子与其他原子相互作用能的差值。填隙原子与相邻原子距离非常小，它与其他原子的排斥能远比正常原子间的相互作用能要大的多，由于排斥能是正值，包括吸引能和排斥能的相互作用能是负值，所以填隙原子与其他原子相互作用能的绝对值，比晶体表面一个原子与其他相互作用能的绝对值要小。也就是说，形成一个消脱机缺陷比形成一个弗伦科尔缺陷所需的能量低。
9，什么事铁电体，铁电体中电畴结构受什么因素制约。
在某温度范围具有自发极化，而且极化强度可以随外电场反向而反向的一类晶体。
晶体中的电畴结构取决于一系列因素，晶体的对称性，缺陷，电导率，弹性和自发极化等，此外畴结构还受到晶体制备过程中的热处理，机械加工以及样品的几何形状等因素的影响。10，什么是压电效应？具有压电效应的条件是什么。
当晶体收到外力作用时，除了发生形变之外，还会在一定方向产生束缚电荷，其电荷密度大小与所加的应力大小成线性关系。这种由于机械力的作用而使介质发生极化的现象称为正压电效应，如果把外电场加在这种晶体上，在晶体的某些方向也会产生形变，这叫逆压电效应。二者统称压电效应。
晶体构造上不存在中心对称是产生压电效应的必要条件。11、某一晶体原片，两面涂有电极，两电极与一电流表相串联，热脉冲辐照其上，发现有电流从电流表流过，能否判定这一晶体为热释电晶体？简单说明原因。答：不能据此判定这一晶体是热释电晶体。如果实验发现，有热脉冲辐照其上，发现有电流从电流表流过，而无热脉冲辐照其上时，没有电流从电流表流过，则
可判定这一晶体为热释电晶体。
12、什么是电致伸缩，电致伸缩
与压电效应的区别在于
任何电介质在外电场E的作用下
都会出现盈利，这种应力的大小
与E的二次项呈线性关系，这种
效应称为电致伸缩。
电致伸缩与压电效应的区别在
于：电致伸缩的效应是二次效
应，在任何电介质中均存在，压
电效应是一次效应，只可能出现
在没有中心对称的电介质中
13、分子场的本质是什么？为
什么引进了分子场就使得铁磁
体内出现了自发极化？
分子场来源于相邻原子间电子
自旋的交换作用，这种相邻原子
的电子交换效应，其本质是静电
力迫使电子自旋磁矩平行排列，
作用的效果好像是强磁场一样
原子相互接近形成分子时，电子
云相互重叠，电子要相互交换位
置，对于过渡族金属，院子的3d
态与4s态能量相差不大，因此
它们的电子云也将重叠，引起sd
态电子的再分配，这种交换产生
一种交换能，Eex=-2ASa·Sb，
根据能量最小原理，当A为正值
时，铁磁物质内部相邻磁矩要同
向平行排列，这就是自发极化的
原因。
14、解释亚铁磁体是强磁性物
质的原因
两种次晶格的原子磁矩取向相
反，但此举并不相等，此举未被
抵消，而且磁矩相当大，表现出
强磁性
15、用能量的观点说明铁磁体
内形成磁畴额原因。
根据热力学定律，稳定的磁状态
一定是对应于铁磁材料内总自
由能极小值的状态。磁畴的形成
和稳定的结构状态，也是对应于
满足总的自由能为极小值的条
件。对于铁材料来说，分厂磁畴
后比分成磁畴前能量缩小，故铁
磁材料自发磁化后必然分成小
区域的磁畴，使总自由能为最
低，从而满足能量最低原理，可
见，退磁场能是形成磁畴的原
因。
16、什么是硬球模型？对于非
晶体，表征其特征的微观分析手
段是什么？
全称为无序密堆积硬球模型，把
原子看做是具有一定直径的不
可压缩的刚性球，无序，在这种
堆积中不存在晶格那样的长程
有序，密堆则是指这样一种排列
中不存在足以容纳一个硬球那
样大的空隙。
17、什么是一级铁电相变？什
么是二级铁电相变？
根据热力学理论，铁电相变可分
为一级和二级相变。一级铁电相
变时体积发生突变，有相变潜热
释放，自发极化强度出现突变。
一般认为一级相变时可以出现
两相共存，具有热滞现象，例如
BaTiO3
二级铁电相变时只出现比热容
突变，并无相变潜热释放，自发
极化强度随温度连续变化。二级
相变时不出现两相共存，也无热
滞现象，例如RS和KDP。
18、试述马氏体相变的概念及
其特征
概念：由母相通过无扩散的协同
切变机制变成新相的相变方式。
特征：A、切变共格和表面浮凸，
由母相到新相是以均匀切变方
式进行的，母相与新相宫格，在
抛光的表面引起浮凸。B、具有
一定的相位相关性和惯习面，切
变共格的结果。C、无扩散型，
相变过程中无原子扩散。D、造
成大量的晶体缺陷，如错位和孪
晶。E、可逆性，有逆转变，即
结构和位向在一定条件下又可
恢复母相的状态。F、不完全性，
一般不能获得完全的新相，总有
母相残留。
19、画图说明什么是超导，迈斯
纳效应有何现象。
某些导体在温度降到某一临界
温度以下，电阻突然降到0的现
象
迈斯纳效应：在超导状态下施加
磁场，磁场不能进入超导体中的
现象。
20、简要阐述电子轨道磁矩和
自旋磁矩的来源和大小。
电子轨道磁矩来源于电子的轨
道运动。假设电子沿圆形轨道以
一定角速度运动时，电子的运动
形成一电流回路，同时产生一磁
场，根据右手法则可确定磁矩的
方向。其大小根据量子力学可推
知与角量子数和磁量子数有关，
为μB的整数倍。电子的自旋磁
矩来源于电子的自旋，其大小是
一个固定值，为μB。
21、介电损耗与哪些因素有关
介电损耗由外界条件和材料内
部因素共同决定
材料内部因素主要是指其损耗
角，损耗角取决于复介电常数的
实部和虚部比。
外界条件有其电场频率，温度，
湿度等。例如当外加电场频率很
低，不存在介电损耗。当外加电
场频率逐渐升高时，介电损耗随
电场频率升高而增大，当电场频
率很高时，介电损耗趋于零。
22、请罗列出材料中缺陷类型
和特征。
晶体缺陷大致分为两类：化学缺
陷和点阵缺陷。
化学缺陷：A点缺陷：原子空位，
间隙原子
B位错：刃型位错，
螺型位错，混合位错
C 面缺陷：层错，相
界，晶界
D 体缺陷：空腔气
泡
点缺陷的特征：点缺陷是晶体在
热平衡状态下的唯一点阵缺陷。
能量越小点阵缺陷存在的越多。
位错的特征：为措施晶体中存在
的唯一线缺陷，对晶体塑性变形
起重要作用。位错周围喊声长程
应变场，应变能非常大，在晶体
内部位错位置移动，晶体的外形
才变化。
23、简述热力学相变的分类
按热力学分类分为一级相变二
级相变
安相变方式分为成核长大型和
连续型相变。
按质点迁移特征分为扩散型和
非扩散型。非扩散相变中具有代
表性的是马氏体相变，它是院原
子相互之间不改变其位置关系，
而是由协调运动发生的相变。相
反，扩散相变是原子被热激活离
开原来的阵点位置，向邻接的位
置移动，即把扩散过程作媒介发
生的相变。共析反应，此贴分解
等各种析出反应和有序无序转
变都是这种相变的例子。其他的
转变如同素异构的转变，许多情
况下可以是扩散转变。
24、叙述一级相变与二级相变
在物理图像特征及差异。
一次相变自由能一阶导数不连
续，有潜热放出，体积变化，为
非连续相变，新相产生明显。
二次相变自由能一阶导数连续，
二阶导数不连续，比热容，可压
缩性，热膨胀系数等发生变化，
为动态变化趋势，一种趋势掩盖
另一种趋势。
25、有序-无序转变与相分离说
明了什么？
不同原子无规则地占有晶格，两
种原子或离子相互之间呈随机
分布，没有一定秩序，称为无序；
占据方式有规则的，各种原子或
者离子都有使其周围为异种原
子或者离子排列的趋势，称为有
序。温度变化引起有序相转变到
无序相的相变现象，称为有序-
无序转变。而相分离是由单一相
分为两个或以上的相的现象。在
公式Tc=-ZV/2k中，如果V>0，
说明会出现分离倾向，即同类原
子作用时更稳定，出现同类相
吸，异类相斥的现象，而当V<0，
会出现有序化倾向，即异类作用
时更稳定，出现异类相吸，同类
相斥现象。
论述题
铁磁性材料的技术磁化过程分
为哪几个阶段，请用简图表示并
用文字简单说明各阶段的含义，
指出如何从该图求得自发极化
强度。
（1）可逆壁移阶段：OA部分，
磁场减少到零时B沿原曲线减小
到0，不出现剩磁。
（2）不可逆壁移阶段：AB部分，
B随磁场而急剧增加，磁场减小
到0将出现剩磁，即出现磁滞效
应。巴克豪森的研究表明，该过
程是由畴壁的跳跃性不可逆移
动引起的。移动的结果是易磁化
方向与外磁场夹角大的磁畴消
失。
（3）磁矩转动阶段：BC部分，
畴壁已经消失，磁体称为一个单
畴体，但它的磁化强度方向，也
即易磁化方向与外磁场方向不
一致，因此随外
H
发生可逆转
动。可逆的原因：壁移的结果使
得Ms已经择优取向。
获取Ms的方法：磁矩转动阶段
完成后，B只随外
H
直线变化，
将直线变化部分外推到外
H
=0
的情形，截距即为Ms，根据：
B=外
H
+Ms
材料物理性能参数 表征材料在力、热、光、电等物理作用下所反映的各种特性。常用的材料物理性能参数有内耗、热膨胀系数、热导率、比热容、电阻率和弹性模量等。 内耗材料本身的机械振动能量在机械振动时逐渐消耗的现象。其基本度量是振动一个周期所消耗的能量与原来振动能量之比。测量内耗的常用方法有低频扭摆法和高频共振法。内耗测量多用于研究合金中相的析出和溶解。 热膨胀系数材料受热温度上升1℃时尺寸的变化量与原尺寸之比。常用的有线膨胀系数和体膨胀系数两种。热膨胀系数的测量方法主要有：①机械记录法；②光学记录法;③干涉仪法；④X射线法。材料热膨胀系数的测定除用于机械设计外，还可用于研究合金中的相变。 热导率单位时间内垂直地流过材料单位截面积的热量与沿热流方向上温度梯度的负值之比。热导率的测量，一般可按热流状态分为稳态法和非稳态法两类。热导率对于热机，例如锅炉、冷冻机等用的材料是一个重要的参数。 比热容使单位质量的材料温度升高1℃时所需要的热量。比热容可分为定压比热容cp 和定容比热容cV。对固体而言，cp和cV的差别很小。固体比热容的测量方法常用的有比较法、下落铜卡计法和下落冰卡计法等。比热容可用于研究合金的相变和析出过程。 电阻率具有单位截面积的材料在单位长度上的电阻。它与电导率互为倒数，通常用单电桥或双电桥测出电阻值来进行计算。电阻率除用于仪器、仪表、电炉设计等外，其分析方法还可用于研究合金在时效初期的变化、固溶体的溶解度、相的析出和再结晶等问题。 弹性模量又称杨氏模量，为材料在弹性变形范围内的正应力与相应的正应变之比（见拉伸试验）。弹性模量的测量有静态法(拉伸或压缩)和动态法（振动）两种。它是机械零部件设计中的重要参数之一。
《材料物理》课程教学大纲 一、课程名称（中英文） 中文名称：材料物理 英文名称：Physics of Materials 二、课程代码及性质 课程代码:0801142 课程性质:专业基础课、专业必修课 三、学时与学分 总学时：40（理论学时：40学时；实践学时：0学时） 学分：2.5 四、先修课程 大学物理、材料科学基础 五、授课对象 本课程面向材料科学与工程专业、功能材料专业学生开设。 六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用） 本课程的教学目的: 1、掌握材料物理（能带论、晶格振动、材料磁性）的基本理论,具备解决和分析问题的能力； 2、掌握功能材料的物理（电学、热学、磁学、光学）现象与本质规律，培养学生开发新型功能材料的能力； 3、了解功能材料的发展趋势和动态,培养学生学习新知识的能力。
七、教学重点与难点： 教学重点： 影响材料物理性质的基本理论。晶体结合、能带论、晶格振动与热学性质、
材料的磁性 教学难点： 能带论、材料的磁性、材料的介电性、超导电性 八、教学方法与手段： 教学方法： (1)以课堂讲授为主,阐述该课程的基本内容,保证主要教学内容的完成; (2)从材料的物理性质及物理现象为引导、探讨产生光、电、磁的材料物理本质，掌握重要的理论。。 教学手段： (1)运用现代教学工具,在课堂上通过PPT讲授方式,实现图文并茂,形象直观; (2)强调研究思路的创新过程，注重理论与实践相结合。每一个基本理论学习介绍后再增加介绍其带来新功能材料与器件的研究突破，引导学生的学习兴趣。 九、教学内容与学时安排 （1）总体安排 教学内容与学时的总体安排，如表2所示。 （2）具体内容 各章节的具体内容如下： 绪论（2h） 第一章晶体结构（4h） 1.1 晶格的周期性 1.2晶格的对称性 1.3 倒格子 1.4 准晶 第二章晶体结合 (4h) 2.1晶体结合的普遍描述 2.2 晶体结合的基本类型及特性
材料物理习题集 第一章固体中电子能量结构和状态（量子力学基础） 1.一电子通过5400V电位差的电场，（1）计算它的德布罗意波长；（2）计算它的波数；（3） 计算它对Ni晶体（111）面（面间距d=2.04×10-10m）的布拉格衍射角。（P5） 1 2 34 1 31192 11 11 o' (2) 6.610 = (29.1105400 1.610) =1.6710 2 K 3.7610 sin sin218 2 h h p mE m d d λ π λ θλ λ θθ - -- - = ? ????? ? =? = =?= 解：（1）= （2）波数= （3）2 2.有两种原子，基态电子壳层是这样填充的 ; ; s s s s s s s 22623 22626102610 （1）1、22p、33p （2）1、22p、33p3d、44p4d ，请分别写出n=3的所有电子的四个量子数的可能组态。（非书上内容）
3. 如电子占据某一能级的几率是1/4，另一能级被占据的几率为3/4，分别计算两个能级 的能量比费米能级高出多少k T ？（P15） 1()exp[]1 1 ln[1] ()()1/4ln 3()3/4ln 3F F F F f E E E kT E E kT f E f E E E kT f E E E kT = -+?-=-=-=?=-=-?解：由将代入得将代入得 4. 已知Cu 的密度为8.5×103kg/m 3，计算其E 0 F 。（P16） 2 2 03 23426 23 3 31 18(3/8)2(6.6310)8.510 =(3 6.0210/8)291063.5 =1.0910 6.83F h E n m J eV ππ---=????????=解： 由 5. 计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。（Na 的摩尔质量M=22.99， .0ρ?33 =11310kg/m ）（P16）
选择题 1.下列缺陷属于线缺陷的是位错属于面缺陷的是堆垛层错 2在特定应力循环次数时不发生断裂的前提下，材料所能承受的最大应力称为疲劳强度 3固溶强化对材料性质的影响描述错误的是合金的电导率高于纯金属 4制约超导技术获得应用的关键性能指标是临界温度 5下列电子器件中，半导体热电仪不是利用半导体p-n节制成的6在交变电场的作用下，实际电介质电容器的电流超前电压的相位小于90度 7不具备亚铁磁性的是ZnO·Fe2O3 8马氏体相变不属于扩散型相变9过共析钢中奥氏体降温时析出的渗碳体属于重构型相变 10具有统计性和球对称性的是径向分布函数 11表面存在裂纹的脆性材料可以采用弯曲试验来测定材料的力学性能 12下列说法中对冷加工的优点描述错误的是冷加工会增加电导率与耐腐蚀性 13半导体最大用途是制成p-n结14下列物性参数中，不是用来描述电介质材料的介电性能的是压电系数 15热释电材料不具备的物理性能是铁电性 16原子磁矩的空间有序分布使磁矩互相抵消，宏观自发磁化强度为零，描述的是反铁磁体 17一定是二级相变的是铁磁相变 18描述非晶态金属和合金的结构模型中，较好的是无序密堆硬球模型。 19属于强磁性的是亚铁磁性 20关于材料影响铁磁性的因素，说法正确的是温度升高使得Ms Br Hc均降低 21不属于半导体的敏感效应的是巴克豪森效应 22关于影像材料到典型的因素正确的是一般情况下固溶体的电阻率高于组元的电阻率 23下面利用压电材料热释电性能的是红外探测器 24关于铁磁性和铁电性，不正确的是都以存在畴结构为充分条件 25不属于静载压入法的是肖氏硬度 26关于高温蠕变性能，不正确的是蠕变发生机理与应力水平无关 填空题 1共晶体系具有最低共同熔点 2复合材料通常有颗粒增强纤维增强层片增强三种形式 3解释金属材料导电现象的理论经历了经典自由电子论量子自由电子论能带理论三个发展阶段 4外电场作用下，电介质内部产生的感应偶极距的现象，称为电介质的极化，介电常数反映了电介质材料在电场中极化的特性。 5电介质的漏导电流包含两部分体积电流和表面电流 6对固体进行击穿试验时，总是在气体或液体环境媒质中，击穿往往发生在击穿强度比较低的气体或液体环境媒质中，这种现象称为边缘效应 7铁电畴在外电场的作用下，总是趋向与外电场方向一致，称为畴转向 8在磁场中磁化时，铁磁体的尺寸或者体积发生变化的现象称为磁致伸缩 9序参量在高对称相等于零，在低对称相不等于零。 10对于发生扩散的相变，新相的 长大过程可以粗分为界面控制 和扩散控制两类 11根据杂质原子在晶体中占据 方式可以将杂质缺陷分为两 类：替位式杂质缺陷和填隙杂 质缺陷 12材料在低温下发生塑性形变 的主要原因是位错的滑移，在 高温下发生的蠕变主要原因 是位错的攀移。 13置于外磁场中的超导体会表 现出完全的抗磁性，如果将 放在磁性材料的上方，超导 体就会悬浮起来，这种现象 称为迈斯纳效应。 14P-n结具有单向导电性，正偏 时呈导通状态；反偏时呈截止状 态 15材料的电极化强度时电介质 单位体积内的电偶极距的矢 量和，它反映了电介质在电 场作用下的极化强度 16铁电材料或者压电材料中是 否存在对称中心？否 17物质的磁性材料来源于材料 的电子结构。电子磁矩的相互 作用，决定了磁性材料的类型 和磁性能 18非晶态固体的基本特征是长 程无序短程有序 19利用异质结制备太阳能电池 时，朝向太阳光一侧的半导体的 禁带宽度大一些。 20大多数警惕的自发极化随着 温度的增加而下降，热释电常数 为负值 21矫顽场强与温度和频率有关， 通常温度增加，矫顽场强下降， 频率增加，矫顽场强增大 22设立方磁晶各向异性常数为 K1=-5.48，K2=-2.47，则 [100],[110],[111]轴中的易磁化 轴是[111]，难磁化轴是[100] 23磁各向异性一般包括应力的 各向异性形状各向异性磁晶 各向异性等 24压电功能材料一般利用压电 材料的压电功能，热释电功 能，铁电功能，电致伸缩功能 或电光功能 判断题 1螺型位错的特点是其滑移方向 和伯格斯矢量都与位错线垂直 错 2激光实质上就是一种自发辐射 所产生的相干光源，具有单色 性、相干性、方向性和高亮度的 特点。错 3电介质的介电常数越大，极化 能力越强对 4对于介质损耗较高的固体电介 质材料，在高频下的主要击穿形 式就是电击穿错 5在有序-无序相变中，短程有序 度越高。长程有序度就越高错 6带负电的负离子空位和被它束 缚的价电子所形成的色心就是F 心错 7固溶体合金中，溶剂原子和溶 质原子的尺寸差别越大，固溶强 化的效果越差错 8如果处于高能级上的电子数小 于处于低能级上的电子数，受激 辐射就会超过光吸收所产生的 自发辐射，产生激光错 9任何电介质在外电场作用下都 会发生尺寸变化，即产生应变。 应变大小与所加电压成正比，这 种现象叫做电致伸缩错 10马氏体相变中普遍存在热滞 现象对 11位错攀移要比滑移困难得多 对 12离子晶体中，成为正电中心的 点缺陷有负离子空位和正填隙 离子对 13离子晶体中，成为负点中心的 点缺陷有正离子空位和负填隙 离子对 14离子晶体中的消脱基缺陷有 数目相同的正负离子空位对 15肖脱基缺陷存在的可能性要 比福伦科尔缺陷的可能性大得 多对 16时效强化的合金可以在高温 下使用错 17共晶反应的一个特征是具有 很低的熔点对 18二氧化硅氧化钠玻璃可以再 远低于二氧化硅熔点的温度下 制造是利用了共晶反应对 19共析反应是指从一个液相转 变成两个固相的反应错 20共晶反应是指从一个液相转 变成两个固相的反应对 21由于掺杂数量很少，所以非本 征半导体中由于掺杂原子而形 成的载流子称为少数载流子错 22光致发光现象可以在金属中 产生错 23余晖时间短的荧光材料适合 做夜光材料错 24.180°畴壁比90°畴壁要厚 错 25钛酸钡晶体在120°，0°， -90°都具有发生铁电相变，因此 它的居里温度有三个错 26电致伸缩效应在任何电介质 中都存在对 27压电体在外电场作用下只有 压电效应而无电致伸缩错 28计算院子的总自旋磁矩时，需 考虑原子中所有的电子贡献错 次化工小的方向是易磁化方向， 磁化功大的方向是难磁化方向 对 29在特定的外界条件下，一个体 系的演化方向应符合该体系的 特定热力学函数的自发变化趋 势对 30马氏体相变只能发生钢铁材 料中错 31晶界是马氏体形核的有利位 置错 32序参量在高对称相等于0，在 低对称相则不等于0 对 33选参量不连续变化的相变称 为一级相变对 34一般，非均匀形核的形核功低 于均匀形核的形核功对 35对于发生扩散的相变，长大过 程可粗分为界面控制盒扩散控 制两类对 36扩散控制的长大速率取决于 靠近界面的原子迁移过程对 37非晶模型可以用来描述非晶 锗或硅膜的结构错 38非晶态金属和合金的结构适 合用于无序密堆积硬球模型来 描述对 39无规则网络结构模型用于描 述非晶硅和非晶锗对 40原子磁矩不为零的必要条件 是存在未排满的电子层对 41量子自由电子理论和能带理 论均认为电子随能量的分布服 从FD分布对 42由于晶格热震动的加剧，金属 盒半导体的电阻率均随温度的 升高而增大错 43直流电位差计法和四点探针 法测量电阻率均可以消除接触 电阻的影响对 44凡是铁电体一定同时具具备 压电效应和热释电效应对 45硬度数值的物理意义取决于 所采用的硬度试验方法对 46对于高温力学性能，所需温度 高低仅具有相对的意义对 概念题 1弗伦科尔缺陷：原子脱离正常 格点位置后，形成填隙原子，这 样的热缺陷称为弗伦科尔缺陷 2弥散强化：是指将多相组织混 合在一起所获得的材料强化效 应。 3热击穿：当固体电介质在电场 作用下，由电导和介质损耗产生 的热量超过试样通过传导，对流 和辐射散发的热量时，试样中的 热平衡就被破坏，试样温度不断 上升，最终造成永久性的热破 坏，这就是热击穿。 4电畴：由自发极化方向形同的 晶胞所组成的小区域被称为电 畴 5铁磁性：有些物质放入外磁场 时：感应出和磁场方向相同的磁 化强度，磁化率大于零，但其数 值很大，约为10的一次方到10 的六次方，这些物质的磁化曲线 M-H时非线性的复杂函数，反复 磁化时出现磁滞现象，这就是物 质的铁磁性。 6点缺陷：在一个或几个院子的 微观区域内，原子的排列偏离理 想周期结构而形成空位，填隙原 子，杂质原子等的缺陷。 7超导现象：某些金属合金或者 化合物，在冷却到绝对零度附近 某一特定温度时，材料的电阻变 为零，电流可以在材料中无限地 流动，这种现象称为超导现象。 8压电效应：由于机械力的作用 而使介质发生极化的现象称为 正压电效应。如果把外电场加载 这种晶体上，改变其极化状态， 在晶体的某些方向上也将产生 形变，这就是逆压电效应。二者 统称压电效应。 9磁致伸缩：在磁场中磁化时， 铁磁体的尺寸或者体积发生变 化的现象称为磁致伸缩。 10对称残缺：在结构相变时，晶 体的对称性发生变化。高对称相 的某些对称元素在低对称相时 不再存在，即失去了某些对称元 素，这成为对称性残缺。 11极化：沿电场方向产生电偶极 距或者电偶极矩改变，是材料对 外电场的响应。 12蠕变：一定应力下随时间演唱 产生的缓慢变形，一般在高温下 进行。 简答题 1，简述本征半导体的导电机理 答：本征半导体的禁带宽度较 小，具有足够热能的电子能够越 过禁带，从价带被激发到导带， 成为自由电子。被激发的电子原 来占据的价带能级上则留下一 个空位，称为空穴。电子和空穴 都是携带电荷的载流子。在半导 体材料上加上电压，导带上的电 子朝正极移动，价带上的空穴则 向负极移动，电子和空穴两种载 流子丁香移动形成电流。 3，比较铁磁体和亚铁磁体两种 磁性材料的异同 相同点：都具有长程磁有序结 构，都属于强磁性物质，具有自 发极化，有磁畴和磁滞现象，存 在居里点，在居里点以上顺磁 性。 不同点：磁性不同，铁磁体强于 亚铁磁体。磁有序结构不同，铁 磁体的相邻原子磁矩平行排列， 而亚铁磁体的相邻原子磁矩反 平行排列，但磁矩大小不等。 4，说明非晶态固体与晶态固体 的最基本区别并指出非晶态固 体的结构特征 非晶态固体与晶态固体的本质 区别：①非晶态固体中原子的取 向和位置不具有长程有序而是 短程有序②非晶态固体属于热 力学亚稳态。 非晶态结构特征：有序的缺乏和 亚稳定性。 5，什么是加工硬化，简述加工 硬化的原理 通过使金属发生塑形变形的方 式，可以使其屈服强度增加，这 就是加工硬化。 加工樱花是由位增殖引起的。材
材料物理性能 第一章、材料的热学性能 一、基本概念 1.热容：物体温度升高1K 所需要增加的能量。（热容是分子热运动的能量随温度变化的一个物理量）T Q c ??= 2.比热容：质量为1kg 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。[ 与 物质的本性有关，用c 表示，单位J/(kg ·K)]T Q m c ??=1 3.摩尔热容：1mol 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。用Cm 表示。 4.定容热容：加热过程中，体积不变，则所供给的热量只需满足升高1K 时物体内能的增加，不必再以做功的形式传输，该条件下的热容： 5.定压热容：假定在加热过程中保持压力不变，而体积则自由向外膨胀，这时升高1K 时供 给 物体的能量，除满足内能的增加，还必须补充对外做功的损耗。 6.热膨胀：物质的体积或长度随温度的升高而增大的现象。 7.线膨胀系数αl ：温度升高1K 时，物体的相对伸长。t l l l ?=?α0 8.体膨胀系数αv ：温度升高1K 时，物体体积相对增长值。t V V t t V ??= 1α 9.热导率（导热系数）λ：在 单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量。（标志 材 料热传导能力，适用于稳态各点温度不随时间变化。)q=-λ△T/△X 。 10.热扩散率（导温系数）α：单位面积上，温度随时间的变化率。α=λ/ρc 。α表示温度变化的速率（材料内部温度趋于一致的能力。α越大的材料各处的温度差越小。适用于非稳态不稳定的热传导过程。本质仍是材料传热能力。）。 二、基本理论
1.德拜理论及热容和温度变化关系。 答：⑴爱因斯坦没有考虑低频振动对热容的贡献。 ⑵模型假设：①固体中的原子振动频率不同；处于不同频率的振子数有确定的分布函数； ②固体可看做连续介质，能传播弹性振动波； ③固体中传播的弹性波分为纵波和横波两类； ④假定弹性波的振动能级量子化，振动能量只能是最小能量单位hν的整数倍。 ⑶结论：①当T》θD时，Cv,m=3R；在高温区，德拜理论的结果与杜隆-珀蒂定律相符。 ②当T《θD时，Cv,m∝3T。 ③当T→0时，Cv,m→0，与实验大体相符。 ⑷不足：①由于德拜把晶体看成连续介质，对于原子振动频率较高的部分不适用； ②晶体不是连续介质，德拜理论在低温下也不符； ③金属类的晶体，没有考虑自由电子的贡献。 2.热容的物理本质。 答：温度一定时，原子虽然振动，但它的平衡位置不变，物体体积就没变化。物体温度升高了，原子的振动激烈了，但如果每个原子的平均距离保持不变，物体也就不会因为温度升高而发生膨胀。 【⑴反映晶体受热后激发出的晶格波和温度的关系； ⑵对于N个原子构成的晶体，在热振动时形成3N个振子，各个振子的频率不同，激发出的声子能力也不同； ⑶温度升高，晶格的振幅增大，该频率的声子数目也增大； ⑷温度升高，在宏观上表现为吸热或放热，实质上是各个频率声子数发生变化。材料物理的解释】 3.热膨胀的物理本质。 答：由于原子之间存在着相互作用力，吸引力与斥力。力大小和原子之间的距离有关（是非线性关系，引力、斥力的变化是非对称的），两原子相互作用是不对称变化，当温度上升，势能增高，由于势能曲线的不对称性必然导致振动中心右移。即原子间距增大。 ⑴T↑原子间的平均距离↑r＞r0吸引合力变化较慢 ⑵T↑晶体中热缺陷密度↑r＜r0排斥合力变化较快 【材料质点间的平均距离随温度的升高而增大（微观），宏观表现为体积、线长的增大】 4.固体材料的导热机制。 答：⑴固体的导热包括：电子导热、声子导热和光子导热。 ①纯金属：电子导热是主要机制； ②合金：声子导热的作用增强； ③半金属或半导体：声子导热、电子导热； ④绝缘体：几乎只有声子导热一种形式，只有在极高温度下才可能有光子导热存在。 ⑵气体：分子间碰撞，可忽略彼此之间的相互作用力。 固体：质点间有很强的相互作用。 5.焓和热容与加热温度的关系。P11。图1.8 ⑴①有潜热，热容趋于无穷大；⑵①无潜热，热容有突变
1. 一圆杆的直径为 2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm ， 且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解：根据题意可得下表 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 2. 一试样长40cm,宽10cm,厚1cm ，受到应力为1000N 拉力，其杨氏模量为 3.5×109 N/m 2 ， 解： 3. 一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m 2 ,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模 量。 解：根据 可知： 4. 一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算 其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有 拉伸前后圆杆相关参数表 0816 .04.25.2ln ln ln 22 001====A A l l T ε真应变) (91710 909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .010 0=-=?=A A l l ε名义应变10524.46A T ?-)(0114.0105.3101014010009 40000cm E A l F l E l l =?????=??= ?= ?=?-σ ε)21(3)1(2μμ-=+=B G E ) (130)(103.1) 35.01(2105.3)1(288 MPa Pa E G ≈?=+?=+=μ剪切模量) (390)(109.3) 7.01(3105.3)21(388 MPa Pa E B ≈?=-?=-=μ体积模量
第一章 1. PN型半导体 多数载流子是电子的半导体是N型半导体；多数载流子是空穴的半导体是P型半导体。 2. 浅杂质能级，深杂质能级 掺杂杂质能级距导带或价带比较近，这类能级为浅杂质能级；杂质能级距离导带和价带比较远，这类能级为深杂质能级。 3. 半导体中费米能级的位置 ⑴对于本证半导体而言，绝对温度下的费米能级 位于禁带中央，随着温度的升高，费米能级逐渐增加。 ⑵对于掺杂半导体而言，① n型半导体的E f位于 禁带的上半部，掺杂浓度越高，E f便越高，导带中的 电子越多；并且随温度的升高，E f逐渐趋向于禁带的 中间，在高温时达到本证，即E f=E i。②P型半导体的 E f位于禁带的下半部，掺杂浓度越高，E f便越低， 价带中的空穴越多；并且随温度的升高，E f逐渐从价 带方向趋向于禁带的中间，在高温时达到本证，即E f=E i。 4. 激子的概念 如果光子的能量小于禁带宽度，价带上的电子吸收了光子能量以后不足以跃迁至导带，但是，这个离开价带上的带负电的电子可以同留在价带上的带正电的空穴形成一个较弱的束缚态，这个由电子-空穴对组成的束缚态称为激子。 5. 半导体的电阻率和温度的关系 本征半导体：由于没有电离杂质的散射作用，载流子浓度仅由本征激发所决定。温度升高时，本征激发急剧增加，载流子浓度也迅速增加。因此，本征半导体的电阻率随温度的升高而单调下降。 杂质半导体： AB段：杂质电离随温度升高而增加，散射 较弱,，电阻率随温度升高而降低。 BC段：杂质电离完成，本征激发较少，载 流子浓度不随温度变化，散射随温度增加而 增加，电阻率随温度升高而增加。 C点后：本征激发强烈，载流子浓度随温度 升高而增加，浓度成了控制电阻率的主要因 素，随温度升高而降低。 6. 光吸收 本征吸收、激子吸收、杂质吸收、自由载流子吸收、声子吸收
第一章 一、基本概念 1．塑性形变及其形式：塑性形变是指一种在外力移去后不能恢复的形变。晶体中的塑性形变有两种基本方式：滑移和孪晶。 2．蠕变：当对粘弹性体施加恒定压力σ0时，其应变随时间而增加，这种现象叫做蠕变。弛豫：当对粘弹性体施加恒定应变ε0时，其应力将随时间而减小，这种现象叫弛豫。 3．粘弹性：一些非晶体，有时甚至多晶体在比较小的应力时可以同时表现出弹性和粘性，称为粘弹性，所有聚合物差不多都表现出这种粘弹性。 4．滞弹性：对于理想的弹性固体，作用应力会立即引起弹性应变，一旦应力消除，应变也随之消除，但对于实际固体这种弹性应变的产生与消除需要有限时间，无机固体和金属这种与时间有关的弹性称为滞弹性。 二、基本理论 1．金属材料和无机非金属材料的塑性变形机理：○1产生滑移机会的多少取决于晶体中的滑移系统数量。○2对于金属，金属键没有方向性，滑移系统多，所以易于滑移而产生塑性形变。对于无机非材料，离子键和共价键有明显的方向性，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，所以不易产生滑移。○3滑移反映出来的宏观上的塑性形变是位错运动的结果，无机材料不易形成位错，位错运动也很困难，也就难以产生塑性形变，材料易脆断。 金属与非金属晶体滑移难易的对比 金属非金属 由一种离子组成组成复杂 金属键物方向性共价键或离子键有方向性 结果简单结构复杂 滑移系统多滑移系统少 2．无机材料高温蠕变的三个理论 ○1高温蠕变的位错运动理论：无机材料中晶相的位错在低温下受到障碍难以发生运动，在高温下原子热运动加剧，可以使位错从障碍中解放出来，引起蠕变。当温度增加时，位错运动加快，除位错运动产生滑移外，位错攀移也能产生宏观上的形变。热运动有助于使位错从障碍中解放出来，并使位错运动加速。当受阻碍较小时，容易运动的位错解放出来完成蠕变后，蠕变速率就会降低，这就解释了蠕变减速阶段的特点。如果继续增加温度或延长时间，受阻碍较大的位错也能进一步解放出来，引起最后的加速蠕变阶段。 ○2扩散蠕变理论：高温下的蠕变现象和晶体中的扩散现象类似，并且把蠕变过程看成是外力作用下沿应力作用方向扩散的一种形式。 ○3晶界蠕变理论：多晶陶瓷中存在着大量晶界，当晶界位向差大时，可以把晶界看成是非晶体，因此在温度较高时，晶界粘度迅速下降，外力导致晶界粘滞流动，发生蠕变。 第二章 一、基本概念 1．裂纹的亚临界生长：裂纹除快速失稳扩展外，还会在使用应力下，随着时间的推移而缓慢扩展，这种缓慢扩展也叫亚临界生长，或称为静态疲劳。 2．裂纹扩展动力：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，反之，前者小于后者，则裂纹不会扩展。将上述理论用于有裂纹的物体，物体内储存的弹性应变能的降低（或释放）就是裂纹扩展动力。
一、单选题 1、新相与母相之间一定存在的差异是（）。 A、晶态结构 B、化学成分 C、化学成分和晶态结构 D、晶态结构或化学成分 答案：A 2、马氏体的命名是因（）科学家，Martens以其名字命名的。 A、德国 B、英国 C、俄罗斯 D、美国 答案：A 3、下列情况中，哪个不是二级相变的特点？（） A、有相变潜热 B、一阶偏导相等 C、有热容突变 D、二阶偏导不相等答案：A 4、下列性质不是金属玻璃特性的是（）。 A、高电阻 B、高韧性 C、高硬度 D、优良磁性能 答案：B 5、下列情况中，哪个不是一级相变的特点？（） A、化学位相同 B、一阶偏导不相等 C、有热容突变 D、有相变潜热 答案：C 6、下列不是马氏体转变特点的是（）。 A、切变共格 B、表面浮凸 C、扩散 D、可逆性 答案：C 7、马氏体按下列哪种方式转变时，不能与母相保持共格关系。（） A、变温生核，恒温瞬时长大 B、变温生核，变温长大 C、等温马氏体 D、以上都可以 答案：A 8、形变诱导马氏体相变是指在（）时进行塑性变形，即可诱发马氏体相变。 A、M s以上 B、M s以下 C、M f以上 D、M f以下 答案：A 9、下贝氏体的典型形貌是（）。 A、针状 B、羽状 C、盘状 D、球状 答案：A 10、在恒压条件下，自由度计算公式为（）？ A、f=c-p+2 B、f=c-p+1 C、f=c-p D、f=c-p-1 答案：B 二、判断题 1、共析转变是指由一个固相同时生成两个新相的相变过程。（） 答案：对 2、新相生成时，若扩散速率小于相变速率则不能生成平衡相。（） 答案：错
3、马氏体相变的典型特点是切变共格与表面浮凸。（） 答案：对 4、马氏体相变阻力很大，需要较大的过冷度才能进行。（） 答案：对 5、新相生成时一定伴随原子扩散。（） 答案：错 6、缺陷处能量较高，可以为相变提供驱动力，有利于新相的生成与长大。（） 答案：对 7、两相界面如果为共格相界时，新相更容易形成球状晶粒。（） 答案：错 三、名词解释 1、扩散系数： 答案：指当浓度为一个单位时,单位时间内通过单位面积的气体量。 2、形状记忆效应： 答案：一定形状的材料在一定温度下制成一定形状，改变温度后加外力使其发生塑性变形，然后再反向改变温度，当温度超过该种材料的某一临界点时，无须外应力的作用又恢复原来的形状。 3、扩散型相变： 答案：特点是相变过程中有原子扩散，切相变过程受原子扩散控制。 4、热弹性马氏体： 答案：始终保持与母相共格，可随温度上升、降低而缩小、长大的马氏体。 5、C曲线： 答案：共析转变的TTT（时间-转变量-温度）曲线，每一变化均为快-慢-快都是C形，因此又称为“C曲线” 6、玻璃化温度（Tg）： 答案：过冷液体冷却到某一温度Tg时，生成非晶态结构，Tg称为玻璃化温度。 四、填空题 1、扩散相变的典型代表是( )相变。 答案：珠光体 2、新相与母相之间一定伴随着( )改变。 答案：晶态结构 3、固态相变的阻力是新相的界面能和( )。 答案：应变能 4、当( )时，相变不能按平衡相图转变，生成亚稳相。 答案：扩散速率小于相变速率 5、当含碳量小于0.77%时，共析转变先共析相为( )。 答案：铁素体（或F） 6、热弹性马氏体始终与母相保持共格关系，可随着温度的升高而( )。
材料物理性能复习总结
第一章电学性能 1.1 材料的导电性 ，ρ称为电阻率或比电阻，只与材料特性有关，而与导体的几何尺寸无关，是评定材料导电性的基本参数。ρ的倒数σ称为电导率。 一、金属导电理论 1、经典自由电子理论 在金属晶体中，正离子构成了晶体点阵，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，它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，因此又称为“电子气”。它们的运动遵循理想气体的运动规律，自由电子之间及它们与正离子之间的相互作用类似于机械碰撞。当对金属施加外电场时，自由电子沿电场方向作定向加速运动，从而形成了电流。在自由电子定向运动过程中，要不断与正离子发生碰撞，使电子受阻，这就是产生电阻的原因。 2、量子自由电子理论 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，可以在整个金属中自由运动。但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。 0K时电子所具有最高能态称为费密能E F。 不是所有的自由电子都参与导电，只有处于高能态的自由电子才参与导电。另外，电子波在传播的过程中被离子点阵散射，然后相互干涉而形成电阻。 马基申定则：，总的电阻包括金属的基本电阻和溶质（杂质）浓度引起的电阻（与温度无关）；从马基申定则可以看出，在高温时金属的电阻基本取决于，而在低温时则决定于残余电阻。 3、能带理论 能带：由于电子能级间隙很小，所以能级的分布可看成是准连续的，称为能带。 图1-1(a)、(b)、(c)，如果允带内的能级未被填满，允带之间没有禁带或允带相互重叠，在外电场的作用下电子很容易从一个能级转到另一个能级上去而产生电流，具有这种能带结构的材料就是导体。 图1-1(d)，若一个满带上面相邻的是一个较宽的禁带，由于满带中的电子没
※ 材料的导电性能 1、 霍尔效应 电子电导的特征是具有霍尔效应。 置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两 个面之间产生电动势差，这种现象称霍尔效应。 形成的电场E H ，称为霍尔场。表征霍尔场的物理参数称为霍尔系数，定义为： 霍尔系数R H 有如下表达式：e n R i H 1 ± = 表示霍尔效应的强弱。霍尔系数只与金属中自由电子密度有关 2、 金属的导电机制 只有在费密面附近能级的电子才能对导电做出贡献。 利用能带理论严格导出电导率表达式： 式中： nef 表示单位体积内实际参加传导过程的电子数； m *为电子的有效质量，它是考虑晶体点阵对电场作用的结果。 此式不仅适用于金属，也适用于非金属。能完整地反映晶体导电的物理本质。 量子力学可以证明，当电子波在绝对零度下通过一个完整的晶体点阵时，它将不受散射而无阻碍的传播，这时 电阻为零。只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方，电子波才受到散射(不相干散射)，这就会产生电阻——金属产生电阻的根本原因。由于温度引起的离子运动(热振动)振幅的变化(通常用振幅的均方值表示)，以及晶体中异类原子、位错、点缺陷等都会使理想晶体点阵的周期性遭到破坏。这样，电子波在这些地方发生散射而产生电阻，降低导电性。 3、 马西森定律 （P94题11） 试说明用电阻法研究金属的晶体缺陷（冷加工或高温淬火）时威慑年电阻测量要在低温下进行。 马西森（Matthissen ）和沃格特（V ogt ）早期根据对金属固溶体中的溶质原子的浓度较小，以致于可以略去它们 之间的相互影响，把金属的电阻看成由金属的基本电阻ρL(T)和残余电阻ρ?组成，这就是马西森定律（ Matthissen Rule ），用下式表示： ρ?是与杂质的浓度、电缺陷和位错有关的电阻率。 ρL(T)是与温度有关的电阻率。 4、 电阻率与温度的关系 金属的温度愈高，电阻也愈大。 若以ρ0和ρt 表示金属在0 ℃和T ℃温度下的电阻率，则电阻与温度关系为: 在t 温度下金属的电阻温度系数： 5、 电阻率与压力的关系 在流体静压压缩时，大多数金属的电阻率降低。 在流体静压下金属的电阻率可用下式计算 式中：ρ0表示在真空条件下的电阻率；p 表示压力；φ是压力系数(负值10-5~10-6 )。 正常金属（铁、钴、镍、钯、铂等），压力增大，金属电阻率下降；反常金属（碱土金属和稀土金属的大部分） 6、 缺陷对电阻率的影响：不同类型的缺陷对电阻率的影响程度不同，空位和间隙原子对剩余电阻率的影响和金属 杂质原子的影响相似。点缺陷所引起的剩余电阻率变化远比线缺陷的影响大。
材料物理专业 材料物理专业培养较系统地掌握材料科学的基本理论与技术，具备材料物理相关的基本知识和基本技能，能在材料科学与工程及与其相关的领域从事研究、教学、科技开发及相关管理工作的材料物理高级专门人才。小编今天推荐给大家的是材料物理专业，仅供参考，希望对大家有用。关注网获得更多内容。 材料物理是从物理学原理出发提供材料结构、特性与性能的一门新兴交叉学科，主要面向新能源与新信息等新功能材料探索。 材料物理专业提供物理学、材料科学、材料化学和材料物理的基本理论、基本知识和基本技能的系统学习，材料探索、制备与合成的思维与技能等方面的基本训练，以及材料加工、材料结构与性能测定及材料应用等方面的专业训练。 旨在帮助学生掌握材料物理及其相关的基础知识、基本原理和实验技能，具备运用物理学和材料物理的基础理论、基本知识和实验技能进行材料探索和技术开发的基本能力，能发展成为在材料科学与工程及其相关交叉学科(材料、物理、化学、生物、医学等)继续深造或在相应领域从事材料物理研究、教学、应用开发等方面的创新性人才。
由于当今以服务于高科技，现代工业和国防为主的现代材料或新材料的需求量越来越大，新材料的研制与开发速度也越来越快，因而涌出的新概念、新理论、新技术、新方法、新工艺、新产品和新问题越来越需要材料学家和物理学家等共同努力来归纳、整理、总结及创新。 由此产生的材料物理专业无疑是多学科知识交叉、渗透的结果。它给现代材料的研究、开发和应用以及相关科学的发展带来了新的空间。为新材料的可持续发展提供完善而系统的理论指导和技术保障。因此，材料物理专业的就业前景十分广阔。 该专业学生主要学习材料科学方面的基本理论、基本知识和基本技能，受到科学思维与科学实验方面的基本训练，具有运用物理学和材料物理的基础理论、基本知识和实验技能进行材料研究和技术开发的基本能力。 1.掌握数学、物理、化学等方面的基本理论和基本知识; 2.掌握材料制备(或合成)、材料加工、材料结构与性能测定及材料应用等方面的基础知识、基本原理和基本实验技能; 3.了解相近专业的一般原理和知识; 4.熟悉国家关于材料科学与工程研究、科技开发及相关
《材料物理性能》测试题 1、利用热膨胀曲线确定组织转变临界点通常采取的两种方法是： 、 2、列举三种你所知道的热分析方法： 、 、 3、磁各向异性一般包括 、 、 等。 4、热电效应包括 效应、 效应、 效应，半导体制冷利用的是 效应。 5、产生非线性光学现象的三个条件是 、 、 。 6、激光材料由 和 组成，前者的主要作用是为后者提供一个合适的晶格场。 7、压电功能材料一般利用压电材料的 功能、 功能、 功能、 功能或 功能。 8、拉伸时弹性比功的计算式为 ，从该式看，提高弹性比功的途径有二： 或 ，作为减振或储能元件，应具有 弹性比功。 9、粘着磨损的形貌特征是 ，磨粒磨损的形貌特征是 。 10、材料在恒变形的条件下，随着时间的延长，弹性应力逐渐 的现象称为应力松弛，材料抵抗应力松弛的能力称为 。 1、导温系数反映的是温度变化过程中材料各部分温度趋于一致的能力。 （ ） 2、只有在高温且材料透明、半透明时，才有必要考虑光子热导的贡献。 （ ） 3、原子磁距不为零的必要条件是存在未排满的电子层。 （ ） 4、量子自由电子理论和能带理论均认为电子随能量的分布服从FD 分布。 （ ） 5、由于晶格热振动的加剧，金属和半导体的电阻率均随温度的升高而增大。 （ ） 6、直流电位差计法和四点探针法测量电阻率均可以消除接触电阻的影响。 （ ） 7、 由于严格的对应关系，材料的发射光谱等于其吸收光谱。 （ ） 8、 凡是铁电体一定同时具备压电效应和热释电效应。 （ ） 9、 硬度数值的物理意义取决于所采用的硬度实验方法。 （ ） 10、对于高温力学性能，所谓温度高低仅具有相对的意义。 （ ） 1、关于材料热容的影响因素，下列说法中不正确的是 （ ） A 热容是一个与温度相关的物理量，因此需要用微分来精确定义。 B 实验证明，高温下化合物的热容可由柯普定律描述。 C 德拜热容模型已经能够精确描述材料热容随温度的变化。 D 材料热容与温度的精确关系一般由实验来确定。 2、 关于热膨胀，下列说法中不正确的是 （ ） A 各向同性材料的体膨胀系数是线膨胀系数的三倍。 B 各向异性材料的体膨胀系数等于三个晶轴方向热膨胀系数的加和。 C 热膨胀的微观机理是由于温度升高，点缺陷密度增高引起晶格膨胀。 D 由于本质相同，热膨胀与热容随温度变化的趋势相同。 3、下面列举的磁性中属于强磁性的是 （ ） A 顺磁性 B 亚铁磁性 C 反铁磁性 D 抗磁性 4、关于影响材料铁磁性的因素，下列说法中正确的是 （ ） A 温度升高使得M S 、 B R 、H C 均降低。 B 温度升高使得M S 、B R 降低，H C 升高。 C 冷塑性变形使得C H μ和均升高。 D 冷塑性变形使得C H μ和均降低。 5、下面哪种效应不属于半导体敏感效应。 （ ） A 磁敏效应 B 热敏效应 C 巴克豪森效应 D 压敏效应 6、关于影响材料导电性的因素，下列说法中正确的是 （ ） A 由于晶格振动加剧散射增大，金属和半导体电阻率均随温度上升而升高。 B 冷塑性变形对金属电阻率的影响没有一定规律。 C “热塑性变形＋退火态的电阻率”的电阻率高于“热塑性变形＋淬火态” D 一般情况下，固溶体的电阻率高于组元的电阻率。 7、下面哪种器件利用了压电材料的热释电功能 （ ） A 电控光闸 B 红外探测器 C 铁电显示器件 D 晶体振荡器 8、下关于铁磁性和铁电性，下面说法中不正确的是 （ ） A 都以存在畴结构为必要条件 B 都存在矫顽场 C 都以存在畴结构为充分条件 D 都存在居里点 9、下列硬度实验方法中不属于静载压入法的是 （ ）
课后习题 第一章 1.德拜热容的成功之处是什么？ 答：德拜热容的成功之处是在低温下，德拜热容理论很好的描述了晶体热容，CV.M∝T的三次方 2.何为德拜温度？有什么物理意义？ 答：HD=hνMAX/k 德拜温度是反映晶体点阵内原子间结合力的一个物理量 德拜温度反映了原子间结合力，德拜温度越高，原子间结合力越强 3.试用双原子模型说明固体热膨胀的物理本质 答：如图，U1（T1）、U2（T2）、U3(T3）为不同温度时的能量，当原子热振动通过平衡位置r0时，全部能量转化为动能，偏离平衡位置时，动能又逐渐转化为势能；到达振幅最大值时动能降为零，势能打到最大。由势能曲线的不对称可以看到，随温度升高，势能由U1(T1）、U2（T2）向U3（T3）变化，振幅增加，振动中心就由r0'，r0''向r0'''右移，导致双原子间距增大，产生热膨胀
第二章 1.300K1×10-6Ω·m4000K时电阻率增加5% 由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率。 解：按题意:p(300k) = 10∧-6 则: p(400k) = (10∧-6)* (1+0.05) ----(1) 在400K温度下马西森法则成立，则: p(400k) = p(镍400k) + p(杂400k) ----(2) 又: p(镍400k) = p(镍300k) * [1+ α* 100] ----(3) 其中参数: α为镍的温度系数约= 0.007 ; p(镍 300k)(室温) = 7*10∧-6 Ω.cm) 将(1)和(3)代入(2)可算出杂质引起的电阻率p(杂400k)。 2.为什么金属的电阻因温度升高而增大，而半导体的电阻却因温度的升高而减小？ 对金属材料，尽管温度对有效电子数和电子平均速率几乎没有影响，然而温度升高会使离子振动加剧，热振动振幅加大，原子的无序度增加，周期势场的涨落也加大。这些因素都使电子运动的自由称减小，散射几率增加而导致电阻率增大 而对半导体当温度升高时，满带中有少量电子有可能被激发
期末复习题 一、填空（20） 1.一长30cm的圆杆，直径4mm，承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm，且体积保持不变，在此拉力下名义应力值为，名义应变值为。 2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。 3．固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈低。 ．复介电常数由实部和虚部这两部分组成，实部与通常应用的介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 ．当磁化强度M为负值时，固体表现为抗磁性。8．电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。 9．无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 10．广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 11．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为I0?（1-m）2x。 12．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子Y= 。 13．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l，则此偶极矩为ql 。 14．裂纹扩展的动力是物体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。 15.Griffith微裂纹理论认为，断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是裂纹扩展的结果。16．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 17．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。 18．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示应力作用的方向。 19．电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 20．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。 21. 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或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 22.复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产