材料物理性能试题及其答案

材料物理性能A 试卷答案及评分标准一、是非题（1分×10=10分）1√；2×；3×；4√；5×；6√；7√；8√；9√；10×。

二、名词解释（3分×6=18分，任选6个名词。

注意：请在所选题前打“√”）1、磁后效应：处于外电场为H0的磁性材料，突然受到外磁场的跃迁变化到H1，则磁性材料的磁感应强度并不是立即全部达到稳定值，而是一部分瞬时到达，另一部分缓慢趋近稳定值，这种现象称为磁后效应。

2、塑性形变：是指在超过材料的屈服应力作用下产生形变，外应力移去后不能恢复的形变。

无机材料的塑性形变，远不如金属塑性变形容易。

3、未弛豫模量：测定滞弹性材料的形变时，如果测量时间小于τε、τσ，则由于随时间的形变还没有机会发生，测得的是应力和初始应变的关系，这时的弹性模量叫未驰豫模量。

4、介质损耗：由于导电或交变场中极化弛豫过程在电介质中引起的能量损耗，由电能转变为其他形式的能，统称为介质损耗。

5、光频支振动：光频支振动：格波中频率甚高的振动波，质点间的位相差很大，邻近质点的运动几乎相反时，频率往往在红外光区，称为“光频支振动”。

6、弹性散射：散射前后，光的波长（或光子能量）不发生变化的散射。

7、德拜T3定律：当温度很低时，即T<<θD，c v=1939.7(T/θD)3j.K-1.mol-1，即当T→0 K时，c v∝T3→0。

8、BaTiO3半导体的PTC现象：价控型BaTiO3半导体在晶型转变点附近，电阻率随温度上升发生突变，增大了3~4个数量级的现象。

三、简答题（5分×5=25分，任选5题。

注意：请在所选题前打“√”）1、（1）构成材料元素的离子半径；（2）材料的结构、晶型；（3）材料存在的内应力；（4）同质异构体。

2、（1）透过介质表面镀增透膜；（2）将多次透过的玻璃用折射率与之相近的胶将它们黏起来，以减少空气界面造成的损失。

)（E k →第一章：材料电学性能1 如何评价材料的导电能力？如何界定超导、导体、半导体和绝缘体材料？用电阻率ρ或电阻率σ评价材料的导电能力.按材料的导电能力（电阻率）,人们通常将材料划分为：）（）超导体（）（）导体（）（）半导体（）（）绝缘体（m .104m .10103m .10102m .1012728-828Ω〈Ω〈〈Ω〈〈Ω〈---ρρρρ2、经典导电理论的主要内容是什么？它如何解释欧姆定律？它有哪些局限性？金属导体中，其原子的所有价电子均脱离原子核的束缚成为自由电子，而原子核及内层束缚电子作为一个整体形成离子实。

所有离子实的库仑场构成一个平均值的等势电场，自由电子就像理想气体一样在这个等势电场中运动.如果没有外部电场或磁场的影响,一定温度下其中的离子实只能在定域作热振动，形成格波,自由电子则可以在较大范围内作随机运动,并不时与离子实发生碰撞或散射，此时定域的离子实不能定向运动，方向随机的自由电子也不能形成电流。

施加外电场后,自由电子的运动就会在随机热运动基础上叠加一个与电场反方向的平均分量，形成定向漂移，形成电流。

自由电子在定向漂移的过程中不断与离子实或其它缺陷碰撞或散射，从而产生电阻。

E J →→=σ，电导率σ= （其中μ= ，为电子的漂移迁移率，表示单位场强下电子的漂移速度）,它将外加电场强度和导体内的电流密度联系起来,表示了欧姆定律的微观形式.缺陷:该理论高估了自由电子对金属导电能力的贡献值，实际上并不是所有价电子都参与了导电。

（？把适用于宏观物体的牛顿定律应用到微观的电子运动中，并且承认能量的连续性)3、自由电子近似下的量子导电理论如何看待自由电子的能量和运动行为？自由电子近似下，电子的本证波函数是一种等幅平面行波，即振幅保持为常数;电子本证能量E 随波矢量的变化曲线 是一条连续的抛物线.4、根据自由电子近似下的量子导电理论解释：准连续能级、能级的简并状态、简并度、能态密度、k 空间、等幅平面波和能级密度函数.n 决定，并且其能量值也是不连续的，能级差与材料线度L ²成反比,材料的尺寸越大，其能级差越小，作为宏观尺度的材料,其能级差几乎趋于零，电子能量可以看成是准连续的。

西 安 科 技 大 学 2011—2012学 年 第 2 学 期 考 试 试 题（卷）学院：材料科学与工程学院 班级： 姓名： 学号：—2012 学 年 第 2 学 期 考 试 试 题（卷）学院：材料科学与工程学院 班级： 姓名： 学号：材料物理性能 A卷答案一、填空题（每空1分，共25分）：1、电子运动服从量子力学原理周期性势场2、导电性能介电性能3、电子极化原子（离子）极化取向极化4、完全导电性（零电阻）完全抗磁性5、电子轨道磁矩电子自旋磁矩原子核自旋磁矩6、越大越小7、电子导热声子导热声子导热8、示差热分析仪（DTA）、示差扫描热分析（DSC）、热重分析（TG）9、弹性后效降低（减小）10、机械能频率静滞后型内耗二、是非题（每题2分，共20分）：1、√2、×3、×4、√5、×6、√7、×8、×9、× 10、√三、名词解释（每题3分，共15分）：1、费米能：按自由电子近似，电子的等能面在k空间是关于原点对称的球面。

特别有意义的是E=E F的等能面，它被称为费米面，相应的能量成为费米能。

2、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，这样的磁体称顺磁体。

3、魏得曼-弗兰兹定律：在室温下许多金属的热导率与电导率之比几乎相同，而不随金属的不同而改变。

4、因瓦效应：材料在一定温度范围内所产生的膨胀系数值低于正常规律的膨胀系数值的现象。

5、弛豫模量：教材P200四、简答题（每题6分，共30分）：1、阐述导体、半导体和绝缘体的能带结构特点。

答：①导体中含有未满带，在外场的作用下，未满带上的电子分布发生偏移，从而改变了原来的中心堆成状态，占据不同状态的电子所形成的运动电流不能完全抵消，未抵消的部分就形成了宏观电流；②绝缘体不含未满带，满带中的电子不会受外场的作用而产生偏离平衡态的分布，而一些含有空带的绝缘体，也因为禁带间隙过大，下层满带的电子无法跃迁到空带上来形成可以导电的未满带，所以绝缘体不能导电；③本征半导体的情况和绝缘体类似，区别是其禁带能隙比较小，当受到热激发或外场作用时，满带中的电子比较容易越过能隙，进入上方空的允带，从而使材料具有一定的导电能力；④掺杂半导体则是通过掺入异质元素，从而提供额外的自由电子或者额外的空穴以供下层电子向上跨越，使得跨越禁带的能量变低，电子更加容易进入上层的空带中，从而具有导电能力。

材料性能学考卷一、选择题（每题2分，共20分）1. 下列哪种材料的弹性模量最大？A. 钢铁B. 塑料C. 木材D. 橡胶2. 下列哪种材料的抗拉强度最高？A. 铝合金B. 玻璃纤维C. 碳钢D. 陶瓷3. 下列哪种材料的硬度最大？A. 黄铜B. 不锈钢C. 钨D. 铅4. 下列哪种材料的导热系数最高？A. 铜B. 铝C. 铁D. 硅胶5. 下列哪种材料的比热容最大？A. 水泥B. 橡胶C. 石墨D. 空气6. 下列哪种材料的密度最小？A. 聚乙烯B. 聚氨酯C. 聚氯乙烯D. 聚丙烯7. 下列哪种材料的断裂韧性最高？A. 玛瑙B. 玉石C. 钨钢D. 玻璃8. 下列哪种材料的耐磨性最好？A. 高铬铸铁B. 轴承钢C. 铸铝D. 粉末冶金9. 下列哪种材料的抗腐蚀性最好？A. 镍基合金B. 铜镍合金C. 铬镍合金D. 钛合金10. 下列哪种材料的磁导率最高？A. 铁B. 钴C. 镍D. 铅二、填空题（每题2分，共20分）1. 材料的弹性极限是指材料在受力后，去掉外力仍能恢复原状的______应力。

2. 材料的屈服强度是指材料在受力过程中，产生______变形时的应力。

3. 材料的断裂韧性是指材料抵抗______裂纹扩展的能力。

4. 材料的疲劳极限是指材料在______循环应力作用下，不发生疲劳破坏的最大应力。

5. 材料的导热系数是指在稳态热传导条件下，单位时间内通过单位面积、单位厚度的材料，温度梯度为1K时传递的______。

6. 材料的比热容是指单位质量的材料温度升高1K所需吸收的______。

7. 材料的密度是指单位体积的______。

8. 材料的硬度是指材料抵抗______变形的能力。

9. 材料的耐磨性是指材料在______过程中抵抗磨损的能力。

10. 材料的抗腐蚀性是指材料在______环境中抵抗腐蚀的能力。

三、简答题（每题10分，共30分）1. 请简要介绍材料性能学的研究内容。

2. 请解释弹性模量、屈服强度和断裂韧性三个力学性能指标的区别。

无机材料物理性能试题及答案It was last revised on January 2, 2021无机材料物理性能试题及答案无机材料物理性能试题及答案一、填空题（每题2分，共36分）1、电子电导时，载流子的主要散射机构有中性杂质的散射、位错散射、电离杂质的散射、晶格振动的散射。

2、无机材料的热容与材料结构的关系不大，CaO和SiO2的混合物与CaSiO3的热容-温度曲线基本一致。

3、离子晶体中的电导主要为离子电导。

可以分为两类：固有离子电导（本征电导）和杂质电导。

在高温下本征电导特别显着，在低温下杂质电导最为显着。

4、固体材料质点间结合力越强，热膨胀系数越小。

5、电流吸收现象主要发生在离子电导为主的陶瓷材料中。

电子电导为主的陶瓷材料，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离子、电子和空位。

7. 电子电导具有霍尔效应，离子电导具有电解效应，从而可以通过这两种效应检查材料中载流子的类型。

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：点阵结构中的质点间平均距离随着温度升高而增大。

10. 电导率的一般表达式为∑=∑=iiiiiqnμσσ。

其各参数n i、q i和i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。

11. 晶体结构愈复杂，晶格振动的非线性程度愈大。

格波受到的散射大，因此声子的平均自由程小，热导率低。

12、波矢和频率之间的关系为色散关系。

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、大多数烧结陶瓷材料的光子传导率要比单晶和玻璃小1～3数量级，其原因是前者有微量的气孔存在，从而显着地降低射线的传播，导致光子自由程显着减小。

15、当光照射到光滑材料表面时，发生镜面反射 ；当光照射到粗糙的材料表面时，发生 漫反射 。

第一章习题答案一、解释下列名词1、弹性比功：又称为弹性比能、应变比能，表示金属材料吸收弹性变形功的能力。

2、滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象。

3、循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性。

4、包申格效应：先加载致少量塑变，卸载，然后在再次加载时，出现σe升高或降低的现象。

5、解理刻面：大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

6、塑性、脆性和韧性：塑性是指材料在断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。

韧性：指材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力，或指材料抵抗裂纹扩展的能力7、解理台阶：高度不同的相互平行的解理平面之间出现的台阶叫解理台阶；8、河流花样：当一些小的台阶汇聚为在的台阶时，其表现为河流状花样。

9、解理面：晶体在外力作用下严格沿着一定晶体学平面破裂，这些平面称为解理面。

10、穿晶断裂和沿晶断裂：沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，一定是脆断，且较为严重，为最低级。

穿晶断裂裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可能是脆性断裂。

11、韧脆转变：指金属材料的脆性和韧性是金属材料在不同条件下表现的力学行为或力学状态，在一定条件下，它们是可以互相转化的，这样的转化称为韧脆转变。

二、说明下列力学指标的意义１、Ｅ（Ｇ）：Ｅ（Ｇ）分别为拉伸杨氏模量和切变模量，统称为弹性模量，表示产生100%弹性变形所需的应力。

２、σr、σ0.2、σs: σr :表示规定残余伸长应力，试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比时的应力。

σ0.2：表示规定残余伸长率为0.2%时的应力。

σs：表征材料的屈服点。

３、σb：韧性金属试样在拉断过程中最大试验力所对应的应力称为抗拉强度。

４、n:应变硬化指数，它反映了金属材料抵抗继续塑性变形的能力，是表征金属材料应变硬化行为的性能指标。

５、δ、δgt、ψ：δ是断后伸长率，它表征试样拉断后标距的伸长与原始标距的百分比。

《材料物理性能》习题解答材料物理性能习题与解答吴其胜盐城工学院材料工程学院2007，3目录1 材料的力学性能 (2)2 材料的热学性能 (12)3 材料的光学性能 (17)4 材料的电导性能 (20)5 材料的磁学性能 (29)6 材料的功能转换性能 (37)1材料的力学性能1-1一圆杆的直径为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。

1-2一试样长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，能伸长多少厘米?解：拉伸前后圆杆相关参数表体积V/mm 3 直径d/mm 圆面积S/mm 2 拉伸前1227.2 2.5 4.909 拉伸后1227.22.44.524 1cm 10cm40cmLoad Load)(0114.0105.310101401000940000cm E A l F l El l ==??===?-σε0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =?==-σ名义应力0851.0100=-=?=A A l lε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =?==-σ真应力1-3一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：1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。

证：1-5一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。

材料性能期末考试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 材料的弹性模量是指材料在弹性范围内，应力与应变的比值，其单位是：A. MPaB. GPaC. N/m²D. Pa2. 材料的硬度通常用来描述材料的：A. 韧性B. 强度C. 耐久性D. 抗划伤能力3. 材料的热膨胀系数是指材料在温度变化时，体积或长度的相对变化率，其单位是：A. °C⁻¹B. K⁻¹C. °F⁻¹D. 1/°C4. 材料的屈服强度是指材料在受到外力作用时，开始发生永久变形的应力值，通常用下列哪个单位表示：A. MPaB. GPaC. N/m²D. Pa5. 材料的疲劳强度是指材料在循环载荷作用下，发生疲劳破坏的应力值，通常与下列哪个因素无关：A. 材料的微观结构B. 载荷的频率C. 材料的密度D. 环境温度二、填空题（每空2分，共20分）6. 材料的________是指材料在受到外力作用时，能够承受的最大应力值而不发生断裂。

7. 材料的________是指材料在受到外力作用时，能够承受的最小应力值而不发生永久变形。

8. 材料的________是指材料在受到外力作用时，能够承受的最小应力值而不发生塑性变形。

9. 材料的________是指材料在受到外力作用时，能够承受的最大应力值而不发生永久变形。

10. 材料的________是指材料在受到外力作用时，能够承受的最大应力值而不发生塑性变形。

三、简答题（每题10分，共30分）11. 简述材料的疲劳破坏机理。

12. 解释什么是材料的蠕变现象，并简述其影响因素。

13. 描述材料的断裂韧性及其在工程应用中的重要性。

四、计算题（每题15分，共30分）14. 某材料的弹性模量为200 GPa，当其受到100 MPa的应力作用时，计算其应变值。

15. 假设有一块材料的屈服强度为300 MPa，若在循环载荷作用下，该材料的疲劳强度降低到200 MPa，计算其疲劳强度降低的百分比。

1. 五天任何一点的应力状态可由六个应力分量(σ1σ2σ3τ1τ2τ3)表示，请一立方体积为单位为例，在图中分别表示出这几种作用力。

2. 在工程力学中讨论无机材料的弹性变形的时候，常涉及到一个重要的定律---虎克定律，它表示了应力、应变之间的线性关系。

对一各向同性体来说，假如它只在x 方向受到拉伸应力σ，写出在这个方向上应力σ、应变ε的关系。

答：Ex x σ=ε 3. 什么是材料的弹性变形、塑性变形？简单说明晶体材料产生塑性变形的原因（机理）。

答：（1）材料的弹性变形是指材料在受力作用下发生形变，清除应力后又能恢复原状。

塑性变形就是变形后不能恢复到原状态。

（2）塑性变形机理：在剪应力作用下引起位错运动，导致晶体晶格的滑移，产生塑性变形。

4. 解释Griffith 微裂纹理论，并说明其重要意义。

已知晶格常数a 、裂纹长度C 、弹性模量E 、断裂表面能λ，如何求理论结合强度、临界断裂应力？答：实际材料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会产生应力集中现象，当应力大到一定程度，裂纹开始扩展而导致材料断裂，即物体内储存的弹性应变能降低大于或等于由于裂开形成两个新表面所需要的表面能，就会造成裂纹的扩展，反之，则裂纹不会扩展。

重要意义：建立工作应力、裂纹长度和材料性能常数之间的关系，并解释了脆性材料强度远低于其理论强度的现象。

th σ= c σ= 5. 材料强度的本质是什么？裂纹扩展的动力和阻力是什么?由此可以看出，影响无机材料强度的主要参数有哪三个？答：材料强度的本质是内部质点间的结合力；裂纹扩展的动力是由裂纹扩展单位面积所降低的弹性应变能。

三个参数是 C ：裂纹大小、γ：断裂表面能、E ：弹性模量。

6. 什么是材料的断裂韧性KIC ？假设有一材料，为了确保其使用的安全性，从断裂强度理论出发，那么其应力场强度因子KI 与断裂韧性KIC 之间应满足何种关系？答：K IC 是反映材料具有抵抗裂纹扩展的能力；K I <K IC7. 举出两种增强无机材料强度（或韧性）的方法，并简单说明其中的原因。