材料物理性能
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材料物理性能及测试材料的物理性能是指材料在物理方面的性质和行为,包括材料的力学性能、热学性能、电学性能以及光学性能等。
这些性能对于材料的使用和应用起着重要的作用。
为了准确地评估和测试材料的物理性能,科学家和工程师使用了各种测试方法和仪器设备。
一、力学性能力学性能是衡量材料在外力作用下的行为的一种性能。
主要指材料的强度、韧性、硬度、延展性等。
常用的测试方法包括拉伸测试、压缩测试、剪切测试和弯曲测试等。
1.拉伸测试拉伸测试是一种常见的方法,用来评估材料的强度和延展性。
在拉伸测试中,材料样品被施加拉伸力,通常通过测量载荷和伸长量来计算拉伸应力和应变。
拉伸强度是指材料在拉伸过程中承受的最大应力,屈服强度是指材料开始产生可观察的塑性变形的应力。
2.压缩测试压缩测试用于测量材料在受压力下的性能。
将材料样品放入压力装置中,施加压力使其受到压缩,通过测量载荷和位移来计算压缩应力和应变。
压缩强度是指材料在压缩过程中承受的最大应力。
3.剪切测试剪切测试用于评估材料的抗剪切能力。
将材料样品放入剪切装置中,施加剪切力使其发生剪切变形,通过测量载荷和位移来计算剪切应力和应变。
剪切强度是指材料在剪切过程中承受的最大应力。
弯曲测试用于评估材料在弯曲载荷下的行为。
将材料样品放入弯曲装置中,施加弯曲力使其发生弯曲变形,通过测量载荷和位移来计算弯曲应力和应变。
弯曲强度是指材料在弯曲过程中承受的最大应力。
二、热学性能热学性能是指材料在温度变化下的行为。
主要包括热膨胀性、热导率、比热容等性能。
常用的测试方法包括热膨胀测试、热导率测试和比热容测试等。
1.热膨胀测试热膨胀测试用于测量材料随温度变化而发生的膨胀或收缩。
在热膨胀测试中,材料样品被加热或冷却,通过测量长度变化来计算热膨胀系数。
2.热导率测试热导率测试用于测量材料传导热的能力。
在热导率测试中,材料样品的一侧被加热,另一侧被保持在恒定温度,测量两侧温度差来计算热导率。
3.比热容测试比热容测试用于测量材料吸热或放热的能力。
材料物理性能材料的物理性能是指材料在受力、受热、受光、受电、受磁等外界作用下所表现出的性质和特点。
它是材料的内在本质,直接影响着材料的使用性能和应用范围。
材料的物理性能包括了热学性能、光学性能、电学性能、磁学性能等多个方面。
首先,热学性能是材料的一个重要物理性能指标。
热学性能包括导热性、热膨胀性和热稳定性等。
导热性是指材料传导热量的能力,通常用热导率来表示。
热膨胀性是指材料在温度变化下的体积变化情况,通常用线膨胀系数来表示。
热稳定性是指材料在高温环境下的性能表现,包括了热变形温度、热老化等指标。
这些性能对于材料在高温环境下的应用具有重要意义。
其次,光学性能是材料的另一个重要物理性能。
光学性能包括透光性、反射率、折射率等指标。
透光性是指材料对光的透过程度,通常用透光率来表示。
反射率是指材料对光的反射程度,通常用反射率来表示。
折射率是指材料对光的折射程度,通常用折射率来表示。
这些性能对于材料在光学器件、光学仪器等领域的应用具有重要意义。
此外,电学性能是材料的另一个重要物理性能。
电学性能包括导电性、介电常数、电阻率等指标。
导电性是指材料导电的能力,通常用电导率来表示。
介电常数是指材料在电场中的极化能力,通常用介电常数来表示。
电阻率是指材料对电流的阻碍程度,通常用电阻率来表示。
这些性能对于材料在电子器件、电气设备等领域的应用具有重要意义。
最后,磁学性能是材料的另一个重要物理性能。
磁学性能包括磁导率、磁饱和磁化强度、矫顽力等指标。
磁导率是指材料对磁场的导磁能力,通常用磁导率来表示。
磁饱和磁化强度是指材料在外磁场作用下的最大磁化强度,通常用磁饱和磁化强度来表示。
矫顽力是指材料在外磁场作用下的抗磁化能力,通常用矫顽力来表示。
这些性能对于材料在磁性材料、电机、传感器等领域的应用具有重要意义。
综上所述,材料的物理性能是材料的重要特性,直接影响着材料的使用性能和应用范围。
不同类型的材料具有不同的物理性能,因此在材料选择和应用过程中,需要充分考虑材料的物理性能指标,以确保材料能够满足特定的使用要求。
材料物理性能答案材料的物理性能是指材料在物理方面所表现出来的特性和性能。
它包括了材料的力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能等多个方面。
在工程实践中,对材料的物理性能有着非常高的要求,因为这些性能直接关系到材料在使用过程中的稳定性和可靠性。
下面将分别对材料的力学性能、热学性能、电学性能和磁学性能进行详细介绍。
首先,力学性能是材料最基本的性能之一。
它包括了材料的强度、韧性、硬度、塑性等指标。
强度是材料抵抗外部力量破坏的能力,韧性是材料抵抗断裂的能力,硬度是材料抵抗划痕的能力,塑性是材料在外力作用下发生形变的能力。
这些指标直接影响着材料在工程中的使用寿命和安全性。
其次,热学性能是材料在热学方面的表现。
它包括了材料的热膨胀系数、热导率、比热容等指标。
热膨胀系数是材料在温度变化时长度、面积或体积的变化比例,热导率是材料传导热量的能力,比热容是材料单位质量在温度变化时吸收或释放的热量。
这些指标对于材料在高温或低温环境下的稳定性和耐热性有着重要的影响。
再次,电学性能是材料在电学方面的表现。
它包括了材料的导电性、绝缘性、介电常数等指标。
导电性是材料导电的能力,绝缘性是材料阻止电流流动的能力,介电常数是材料在电场中的响应能力。
这些指标对于材料在电子器件、电力设备等方面的应用具有重要的意义。
最后,磁学性能是材料在磁学方面的表现。
它包括了材料的磁化强度、磁导率、矫顽力等指标。
磁化强度是材料在外磁场作用下磁化的能力,磁导率是材料传导磁场的能力,矫顽力是材料磁化和去磁化之间的能量损耗。
这些指标对于材料在电机、变压器等磁性设备中的应用具有重要的作用。
综上所述,材料的物理性能是材料工程中非常重要的一部分。
它直接关系到材料在使用过程中的性能和稳定性,对于材料的选用、设计和应用具有重要的指导意义。
因此,对材料的物理性能进行全面的了解和评价,是材料工程中必不可少的一项工作。
<<材料物理性能>>基本要求一,基本概念:1.摩尔热容: 使1摩尔物质在没有相变和化学反应的条件下,温度升高1K所需要的热量称为摩尔热容。
它反映材料从周围环境吸收热量的能力。
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,温度升高1K所需要的热量称为比热容。
它反映材料从周围环境吸收热量的能力。
3.比容:单位质量(即1kg物质)的体积,即密度的倒数(m3/kg)。
4.格波:由于晶体中的原子间存在着很强的相互作用,因此晶格中一个质点的微振动会引起临近质点随之振动。
因相邻质点间的振动存在着一定的位相差,故晶格振动会在晶体中以弹性波的形式传播,而形成“格波”。
5.声子(Phonon): 声子是晶体中晶格集体激发的准粒子,就是晶格振动中的简谐振子的能量量子。
6.德拜特征温度: 德拜模型认为:晶体对热容的贡献主要是低频弹性波的振动,声频支的频率具有0~ωmax分布,其中,最大频率所对应的温度即为德拜温度θD,即θD=ћωmax/k。
7.示差热分析法(Differential Thermal Analysis, DTA ): 是在测定热分析曲线(即加热温度T与加热时间t的关系曲线)的同时,利用示差热电偶测定加热(或冷却)过程中待测试样和标准试样的温度差随温度或时间变化的关系曲线ΔT~T(t),从而对材料组织结构进行分析的一种技术。
8.示差扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry, DSC): 用示差方法测量加热或冷却过程中,将试样和标准样的温度差保持为零时,所需要补充的热量与温度或时间的关系。
9.热稳定性(抗热振性):材料承受温度的急剧变化(热冲击)而不致破坏的能力。
10.塞贝克效应:当两种不同的导体组成一个闭合回路时,若在两接头处存在温度差则回路中将有电势及电流产生,这种现象称为塞贝克效应。
11.玻尔帖效应:当有电流通过两个不同导体组成的回路时,除产生不可逆的焦耳热外,还要在两接头处出现吸热或放出热量Q的现象。
1.根据受力应变特征材料分为:脆性材料,延性材料,弹性材料。
2.材料受载荷后形变的三个阶段:弹性形变,塑形形变,断裂3.弹性模量:材料在弹性变形阶段内正应力和对应的正应变的比值。
意义:反映材料抵抗应变的能力,是原子间结合强度的标志。
影响因素〔键合方式,晶体结构,温度,复相的弹性模量〕。
机理:对于足够小的形变应力与应变成线性关系,系数为弹性模量,物理本质是原子间结合力抵抗外力的宏观表现,弹性系数和弹性模量是反映原子间结合强度的标志。
4.滞弹性:固体材料的应变产生与消除需要有限的时间,这种与时间有关的弹性称为滞弹性。
衡量指标:应力弛豫和应力蠕变。
应力弛豫:在持续外力作用下发生形变的物体在总变形值保持不变的情况下,徐变变形增加使物体的内部应力随时间延续而逐渐减少的现象。
应力蠕变:固体材料在恒定荷载下变形随时间延续而缓慢增加的不平衡过程。
5.塑性形变指一种在外力移去后不能回复的形变。
滑移系统:滑移方向和滑移面。
产生条件:a-〔几何条件〕面间距大滑移矢量小b〔静电条件〕每个面上是同种电荷原子,相对滑移面上的电荷相反。
无机非材料不产生原因:a.滑移系统少;b.〔位错运动激活能大〕位错运动需要克服的势垒比拟大,位错运动难以实现。
施加应力,或者由于滑移系统少无法到达临界剪应力,或者在到达临界剪应力之前就导致断裂;c.伯格斯矢量大。
6.高温蠕变定义:材料在高温下长时间受到小应力作用出现蠕变现象。
影响因素:温度和应力。
机理:a晶格机理〔位错攀移理论,由于热运动位错线处一列原子移去或移入,位错线向上移一个滑移面。
〕b扩散蠕变理论〔空位扩散流动,应力造成浓度差,导致晶粒沿受拉方向伸长或缩短引起形变〕c晶界机理〔多晶体蠕变,高温下晶界相对滑动,剪应力松弛,有利蠕变。
低温下晶界本身是位错源,不利蠕变〕7.理论断裂强度:理论下材料所能承受的最大应力。
实际强度:实际情况中材料在外加应力作用下,沿垂直外力方向拉断所需应力。
8.断裂韧性:是材料的固有性能,由材料的组成和显微结构所决定,是材料的本征参数。
材料物理性能1. 引言材料物理性能是指材料在物理方面的性能特征与表现,包括其力学性能、热学性能、电学性能等。
了解材料的物理性能能够帮助我们选择合适的材料,预测材料的行为以及进行工程设计和优化。
2. 力学性能2.1 弹性模量弹性模量是材料在受力作用下产生弹性变形的能力,一般表示为杨氏模量(Young’s modulus)、剪切模量(Shear modulus)和泊松比(Poisson ratio)。
- 杨氏模量描述了材料在受拉或受压时的弹性性能,可以算作是应力与应变之间的比例系数。
- 剪切模量衡量了材料在受剪切力作用下的变形能力。
- 泊松比描述了材料在受力作用下,在两个垂直于受力方向的平面上的变形比例。
2.2 强度强度是指材料在承受外力作用下能够抵抗变形和破坏的能力。
强度可以分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。
不同类型的力学性能指标适用于不同的应用场景。
2.3 脆性和韧性脆性是指材料在受力作用下容易发生断裂的性质,表现为材料的断裂韧度较低;韧性是指材料在受力作用下能够发生塑性变形而不断裂的性质,表现为材料的断裂韧度较高。
脆性和韧性是相对的,不同材料的脆性和韧性特点不同。
3. 热学性能3.1 热膨胀系数热膨胀系数描述了材料在温度变化下的对长度、体积或密度的变化率。
材料的热膨胀系数可以影响它在温度变化下的热膨胀或收缩行为。
3.2 热导率热导率是指材料传导热量的能力,表示的是单位时间内单位温度差下,通过单位横截面积所传导的热量。
热导率可以用于描述材料的导热性能。
3.3 热容量热容量是指材料在受热时吸收热量的能力,以及在冷却时释放热量的能力。
热容量可以用于描述材料在温度变化下的热稳定性和热响应行为。
4. 电学性能4.1 电导率电导率是指材料导电的能力,表示单位长度内单位面积上的电流。
电导率可以用于描述材料的导电性能。
4.2 介电常数介电常数是指材料对电场的响应能力,表示单位电场下单位体积内储存能量的能力。
§1 材料物理性能1.1 热学性能1.1.1 热容热容是表征材料从周围环境吸收并储存热量的能力,可以用每一摩尔物质温度每升高1K时所吸收的热量来表示,单位为:J/mol/K。
定压热容Cp :Cp = dQ/dT (p=p0)定容热容Cv :Cv = dQ/dT (v=v0)1.1.2 热传导热传导是表征材料传热能力大小的,用热传导率λ表示,单位为W/m/K:q = -λdT/dx式中,q ------ 单位时间内流过垂直于热流方向的单位面积的热量,单位为W/m2;dT/dx ------ 温度梯度,单位为K/m。
热传导的本质是由于温差而发生的材料相邻部分之间的能量迁移,可以通过三种方式进行:自由电子传导、晶格振动传导和分子或链段传导。
金属材料的热传导主要是通过自由电子在晶体中的自由迁移实现的,因此具有较高的热导率,约为20-400 W/m/K。
无机非金属材料主要是通过离子键、共价键结合,电子迁移困难,其热传导主要通过晶格振动实现,一般热导率低,约为2-50 W/m/K,是良好的绝热材料。
玻璃的原子排列远程无序,因此热导率更低。
高分子材料的传热主要是通过分子或链段的振动实现,速度慢,因此其热导率更低。
1.1.3 热膨胀系数热膨胀系数是用来表征材料热胀冷缩特性的,其定义为:温度变化1K时材料单位长度(线膨胀系数αl)或单位体积(体积膨胀系数αv)变化量,单位为1/K:αl = (dl/dT)p/lαv = (dv/dT)p/v对于各向同性材料,αv=3αl 。
热膨胀系数主要取决于原子(或分子、链段)之间的结合力,结合力越大,则热膨胀系数越小。
无机非金属材料原子间结合力大,热膨胀系数最小,约0.5-15 /106K;金属材料次之,约为5-25 /106K;高分子材料以分子间力结合,结合力小,有很大的热膨胀系数,约为50-300 /106K。
在温度作用下,材料热膨胀系数的巨大差异往往会引起很大的应力,从而导致材料界面开裂,材料失效。
2、弹性模量E随原子间距R的减小,近似的存在以下关系:E=k/R m3、并联:E=E A S A/S+E B S B/S 串联:1/E=L A/E A L+L B/E B L4、弹性系数Ks的大小实质上反映了原子间势能曲线极小值尖峭度的大小。
对于一定的材料它是个常数,它代表了对原子间弹性位移的抵抗力,即原子结合力。
5、影响裂纹扩展的因素:①首先应使作用应力不超过临界应力,这样裂纹就不会扩展。
②其次在材料中设置吸收能量的机构也阻碍裂纹扩展。
③此外,人为地在材料中造成大量极微细的裂纹(小于临界尺寸)也能吸收能量,阻止裂纹扩展。
6、杜隆-珀替定律——元素的热容定律:恒压下元素的原子摩尔热容为25J/(K*mol),即3R7、热膨胀:物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。
8、固体材料的热膨胀机理:①固体材料的热膨胀本质,归结为点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。
②晶体中各种热缺陷的形成造成局部点阵的畸变和膨胀。
9、影响金属热导率的因素:①温度的影响②晶粒大小的影响③立方晶系的热导率与晶向无关;非立方晶系的热导率表现出各向异性④杂质将强烈影响热导率10、影响无机非金属材料热导率的因素:温度的影响;化学组成的影响;显微结构的影响:a.结晶构造的影响b.各向异性晶体的热导率c.多晶体与单晶体的热导率d.非晶体的热导率11、热稳定性:是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力,故又称抗热震性。
12、晶体和非晶体热导率曲线比较:①在不考虑光子导热的贡献的任何温度下λ非晶体<λ晶体。
②高温时,非晶体的热导率和晶体的热导率比较接近。
③两者的λ-T曲线的重大区别在于非晶体的λ-T曲线无λ的峰值点m。
13、热应力引起的材料断裂破坏,还涉及材料的散热问题,散热使热应力得以缓解。
与此有关的因素包括:材料的热导率λ;传热的途径;材料表面散热速率14、提高材料抗热冲击断裂性能的措施:①提高材料强度、减小弹性模量,使σ/E提高;②提高材料的热导率,使R、提高;减小材料的热膨胀系数;③减小表面热传递系数;减小产品厚度15、光子与固体材料相互作用,实际上是光子与固体材料中的原子、离子、电子等的相互作用,出现以下两重要结果:①电子极化;②电子能态转变。
电导率:当施加的电场产生电流时电流密度正比于电场强度,其比例常数即电导率。
超导:在一定的低温条件下,金属突然失去电阻的现象。
电介质:在电场作用下能被极化的物质,通常是指电阻率大于1010Ω·cm的一类在电场中以感应而并非传导的方式呈现其电学性能的材料。
正压电效应:晶体受机械力作用时,一定方向的表面产生束缚电荷(正负电荷中心不重合),其电荷密度大小与所加应力成线性关系。
逆压电效应:晶体在外电场激励下,某些方向产生形变的现象,形变与电场强度成线性关系。
电致伸缩:电介质在外电场的作用下,发生尺寸变化即产生应变现象,起应变大小与所加电压的平方成正比。
相对电导率:把国际标准退火铜在20℃时的电导率(电阻率为0.017241Ωmm2/m,电导率为58.0M S/m)作为100%,其他材料与此导电率的比值(百分数).热焓:等压过程中,质量为m的物体从0K升高到T时所需的热量。
平均热容:单位质量的物质在没有相变、没有化学反应的情况下每升高一度所需热量。
真实热容:物体吸收或放出的热量在数值上等于物体的焓变。
定压热容:等压条件下单位质量的物质在没有相变、没有化学反应的情况下每升高一度所需热量.定容热容:等容条件下单位质量的物质在没有相变、没有化学反应的情况下每升高一度所需热量。
摩尔热容:1mol物质在没有相变、没有化学反应的情况下每升高一度所需热量。
热传导:由于材料相邻两部分间的温差而发生的能量迁移与传递。
热电性:在金属导体组成的回路中,存在温差或通以电流时,会产生热与电的转换效应。
K状态:回火过程中发现含过渡族合金的电阻有反常升高(其他物理性能,如热膨胀效应、比热容、弹性、内耗等也有明显变化)。
冷加工时发现合金的电阻率明显降低。
托马斯(Thomas)最早发现这一现象,并把这一组织状态称为K状态。
不均匀固溶体:由x射线分析可见,固溶体中原子间距的大小显著地波动,其波动正是组元原子在晶体中不均匀分布的结果,所以也把K状态称之为“不均匀固溶体"。
第一章热学性能1、热容热容是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量,其定义是物体温度升高1k所需要增加的能量2、金属高聚物的热容本质及比较大小高聚物多为部分结晶或无定形结构,热容不一定符合理论式。
大多数高聚物的比热容在玻璃化温度以下比较小,温度升高至玻璃化转变点时,分子运动单位发生变化,热运动加剧,热容出现阶梯式变化。
高分子材料的比热容由化学结构决定,温度升高,使链段振动加剧,而高聚物是长链,使之改变运动状态较困难,因而需提供更多的能量。
一般而言,高聚物的比热容比金属和无机材料大。
3、热膨胀的物理本质物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。
材料的热膨胀是由于原子间距增大的结果,而原子间距是指晶格结点上原子振动的平衡位置间的距离。
材料温度一定时,原子振动但平衡位置保持不变,材料不随温度升高而发生膨胀;而温度升高,振动中心右移,原子间距增大,材料产生热膨胀。
4、化学键对热膨胀的影响材料的膨胀系数与化学键强度密切相关。
对分子晶体而言,膨胀系数大;而由共价键相连接的材料,膨胀系数小的多。
对于高聚物来说,长链分子中的原子沿链方向是共价键相连接的,近邻分子间的相互作用是弱的范德华力,因此结晶高聚物和取向高聚物的热膨胀具有很大的各向异性。
5、从化学键角度比较高聚物的膨胀系数对于高聚物来说,长链分子中的原子沿链方向是共价键相连接的,近邻分子间的相互作用是弱的范德华力,因此结晶高聚物和取向高聚物的热膨胀具有很大的各向异性。
6、热膨胀与熔点、热容的关系(1)热膨胀与熔点的关系当固体晶体温度升高至熔点时,原子热运动将突破原子间结合力,使原有的固态晶体结构被破坏,物体从固态变成液态,所以,固态晶体的膨胀有极限值。
因此,固态晶体的熔点越高,其膨胀系数就越低。
(2)热膨胀与热容的关系热膨胀是固体材料受热以后晶格振动加剧而引起的容积膨胀,而晶格振动的激化就是热运动能量的增大,每升高单位温度时能量的增量也就是热容的定义。
材料物理性能材料的物理性能是指材料在物理层面上所表现出来的各种性质和特性,包括力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能等。
首先,力学性能是材料最基本的物理性能之一。
它包括抗拉强度、屈服强度、硬度、韧性、弹性模量等指标。
抗拉强度是材料在拉伸破坏时所能承受的最大拉力,屈服强度是材料在拉伸过程中开始产生塑性变形的拉力。
硬度是材料抵抗划痕或压痕的能力,描述了材料的抗刮擦性能。
韧性是材料在受外力作用下发生塑性变形而不破裂的能力,反映了材料的延展性。
弹性模量是材料在受力后产生弹性变形的能力,反映了材料的变形程度与受力大小的关系。
其次,热学性能是材料在热力学层面上的表现,包括热导率、热膨胀系数、比热容等。
热导率是材料导热性能的指标,反映了材料传导热量的能力。
热膨胀系数是材料在受热后的膨胀程度与温度变化之间的关系,描述了材料在温度变化时的尺寸变化。
比热容则是材料所需吸收或释放的热量与温度变化之间的关系,反映了材料的热量储存能力。
此外,电学性能是材料在电学层面上的表现,包括电导率、介电常数、磁导率等。
电导率是材料导电性能的指标,反映了材料导电的能力。
介电常数是材料对电场的响应能力,描述了材料在电场中的电极化程度。
磁导率则是材料对磁场的响应能力,反映了材料对磁场的传导性能。
最后,磁学性能是材料在磁化和磁导方面的表现,包括磁化强度、剩余磁感应强度、矫顽力等。
磁化强度是材料在外加磁场下磁化的能力,剩余磁感应强度是材料在去除外加磁场后保留的磁感应强度。
矫顽力是材料从磁化过程中恢复原始状态所需的去磁场强度,反映了材料抵抗磁通方向变化的能力。
总之,材料的物理性能涵盖了力学、热学、电学及磁学等多个方面,对于不同的应用需求,选择合适的材料具备合适的物理性能是十分重要的。
材料物理性能课后答案材料物理性能是指材料在外部作用下所表现出的物理特性,包括力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能等。
了解材料的物理性能对于材料的选用、设计和应用具有重要意义。
下面是一些关于材料物理性能的课后答案,希望能对大家的学习有所帮助。
1. 什么是材料的力学性能?材料的力学性能是指材料在外力作用下所表现出的性能,包括抗拉强度、屈服强度、弹性模量、硬度等。
这些性能直接影响着材料的承载能力和使用寿命。
2. 为什么要了解材料的热学性能?材料的热学性能是指材料在温度变化下的性能表现,包括热膨胀系数、导热系数、比热容等。
了解材料的热学性能可以帮助我们选择合适的材料用于高温或低温环境,确保材料的稳定性和可靠性。
3. 材料的电学性能有哪些重要指标?材料的电学性能包括介电常数、电导率、击穿电压等指标。
这些性能直接影响着材料在电子器件中的应用,对于电子材料的选用和设计具有重要意义。
4. 什么是材料的磁学性能?材料的磁学性能是指材料在外磁场作用下的性能表现,包括磁化强度、磁导率、矫顽力等。
了解材料的磁学性能可以帮助我们选择合适的材料用于磁性材料和磁性器件的制备。
5. 如何评价材料的物理性能综合指标?材料的物理性能综合指标是综合考虑材料的力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能等多个方面的性能指标,通过综合评价来确定材料的适用范围和性能等级。
这些综合指标可以帮助我们更好地了解材料的综合性能,为材料的选用和设计提供参考依据。
总结,了解材料的物理性能对于材料的选用、设计和应用具有重要意义,希望以上答案可以帮助大家更好地理解和掌握材料的物理性能知识。
对于材料物理性能的学习,需要多加练习和实践,才能真正掌握其中的精髓。
祝大家学习进步!。
一、填空20*1
1.控制或改造材料性能的路线是工艺→结构→性能,即工艺决定结构,结构改变性能。
2.材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化,称为形变。
3.弹性模量影响的因素:原子结构、温度、相变。
4.材料的各种热学性能均与晶格热振动有关。
5.可见光的波长390-770nm。
6.光的频率、波长和辐射能都是由光子源决定的。
7.欧姆定律的两种表达形式:均匀导体,I=V/R,非均匀导J=óE。
8.物质的磁性是电流产生的。
9.磁性材料的磁化曲线和磁滞回线是材料在外加磁场时表现出来的宏观特性。
10.影响材料的击穿强度的因素:介质结构的不均匀性、材料中气泡的作用、材料表面状态和边缘电场。
8.智能材料的功能和生命特征:传感功能、反馈功能、学习能力和预见性功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力、自调节能力。
二、名词解释5*3
1.塑性形变和弹性形变
塑性形变:在超过材料的屈服应力作用下产生形变,外力移去后不能恢复的形变。
弹性形变:在超过材料的屈服应力作用下产生形变,外力移去后不能恢复的形变。
2.声频支振动和光频支振动
声频支振动:振动着的质点中包含中包含频率甚低的格波,质点间的位相差不大,则格波类似于弹性体中的应变波,称为声频支振动。
光频支振动:可以看成是相邻原子振动方向相反,形成一个范围很小、频率很高的振动。
3.反射、折射、双折射
反射:光线入射到界面时,一部分光从界面上反射,形成反射线。
折射:光线入射到界面时,其余部分进入第二种介质,形成折射线。
双折射:由一束折射光入射后分成两束光的现象。
4.压电效应、压敏效应、光电效应、热释电效应、电热效应、西贝尔效应
压电效应:在晶体的特定方向上施加压力或拉力,晶体的一些对应的表面上分别出现正负束缚电荷,其电荷密度与外施力的大小成正比例,也即正压电效应具有对称中心的点群晶体不会具有压电性。
压敏效应:对电压变化敏感的非线性电阻效应,即在某一临界电压下,电阻值非常之高,几乎无电流通过,超过该临界电压,电阻迅速降低,让电流通过。
光电效应:某些物质受到光照后,引起物质电性发生变化,这种光致电变的现象称为光电效应。
热释电效应:由于温度的变化而引起的晶体表面荷电现象。
电热效应:热电体在绝热条件下,当外加电场引起永久极化强度改变是时,其温度将发生变化的现象。
西贝尔效应:半导体材料的两端如果有温差,那么在较高的温度区有更多的电子被激发到导带中去,但热电子趋向于扩散到较冷的区域。
当这两种效应引起的化学势梯度和电场梯度相等且方向相反时,就达到稳定状态。
多数载流子扩散到冷端,结果在半导体两端就产生温差电动势,这种现象被称为温差电动势效应,也被称为西贝尔效应。
5.居里点
居里点:是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度,即铁电体从铁电相转变成顺电相引的相变温度。
四、单项选择10*2`
1.蠕变曲线的四个阶段:(1)起始段,(2)第一阶段蠕变—过渡阶段,特点是应变速率随
时间递减,持续时间较短。
(3)第二阶段蠕变—稳定蠕变,特点是形变速率最小,且恒定。
(4)第三阶段蠕变—加速蠕变,特点是曲线较陡,说明蠕变速率随时间增加而变快。
2.结晶陶瓷的三个部分:晶相,玻璃相,气相。
3.弹滞性:弹性模量依赖于时间的现象称为滞弹性。
P22
4.晶体滑移的条件:柏氏矢量小/原子间的作用力越小,易产生相对滑移。
5.热导率与晶格振动的关系:构成晶体的质点的大小、性质不同,它们的晶格振动状态不同,
传导热量的能力也就不同。
6.无机非金属材料的热传导的形式:声子热导、光子传导。
温度低时由光子导电,温度高时由声子导电。
7.材料吸收光子会出现光电效应。
光子与固体介质的相互作用,实际上是光子与固体材料中的原子、离子、电子等的作用,会出现电子极化、电子能态转变的结果。
8.形成载流子的微粒:金属导体-自由电子,无机材料-电子(负电子、电子空穴)、离子(正
离子、负离子、空位)。
9.与材料的着色有关的三个参数:亮度、饱和度、色调。
10.光电效应包括那几个部分:光电发射效应、光电导效应、光生伏特效应。
四、简答题5*5`
1.怎样提高无机材料的强度,改进韧性措施有哪些?
(1)微晶、高密度与高纯度;(2)预加应力;(3)化学强化;(4)增韧:应力诱导相变
增韧、相变诱发微裂纹增韧、残余应力增韧。
2.导致热应力产生的因素有哪些?
(1)构件因热胀或冷缩受到限制时产生应力;
(2)材料因存在温度梯度而产生热应力;
(3)多相复合材料因各相膨胀系数不同而产生的热应力。
3.怎样判断某个材料是电子导电还是离子导电
(1)霍尔效应产生的原因是由于电子在磁场作用下产生横向移动的结果。
因电子的质量小、
运动容易,而离子的质量比电子大的多,磁场作用不足以使它产生横向位移,因而纯离子的
电导不呈现霍尔效应;
(2)电解是离子的迁移伴随着一定的质量变化,离子在电极附近发生电子得失而形成新的
物质的现象;
(3)电子电导和离子电导具有不同的物理效应,霍尔效应是电子电导的特征,电解效应是
离子电导的特征,由此可以确定材料的电导性质。
4.对于玻璃类制品的压碱效应和双碱效应,为什么会产生这种现象?P161
(1)双碱效应:当玻璃中碱金属离子总浓度较大时,碱离子总浓度相同的情况下,含两种
碱金属离子比含一种碱金属离子的玻璃电导率要小。
当两种碱金属浓度比适当时,电导率可
以降到很低。
(2)压碱效应:含碱玻璃中加入二价金属氧化物,尤其是重金属氧化物,可使玻璃电导率
降低。
(3)利用双碱效应和压碱效应降低玻璃的电导率,可使玻璃的电导率降低4-5数量级。
5.介电损耗的形式。
概念: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,如热能、光能等,统称为介质损耗。
形式:
(1)电导损耗:在电场的作用下,介质中会有泄漏电流流过,引起电导损耗。
(2)极化损耗:只有缓慢极化过程才会引起电量损耗,如偶极子的极化损耗。
(3)游离损耗:气体间隙中的电晕损耗和液、固绝缘体中局部放电引起的功率损耗称为游离损耗。
五、综合题2*10`
1.裂缝形成原因,预防措施。
形成原因:
(1)由于晶体微观结构中存在缺陷,当受到外力作用时,这些缺陷处就引起应力集中,导致裂纹成核。
(2)材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹。
(3)由于热应力而形成裂纹。
预防措施:
(1)首先应使作用应力不超过临界应力,这样裂纹就不会扩展,其次在材料中设置吸收能量的机构也阻碍裂纹扩展;
(2)人为地在材料中造成大量极微细的裂纹也能吸收能量,组织裂纹扩展。
2.影响弹性模量的因素有哪些
(1)原子结构的影响:金属的原子结构对材料的组织不敏感以及对其弹性模量值有着决定性的影响;
(2)温度的影响:随着温度的升高材料发生热膨胀现象,原子结合力减弱,因此金属与合金的弹性模量将要降低;
(3)相变的影响:材料内部的多晶转变、有序化转变、铁磁性转变、超导态转变等都会对弹性模量产生比较明显的影响。
一试样长40cm、宽10cm、厚1cm,受到应力为1000N拉力,其杨氏模量为3.5X109N/m2(如图所示)能伸长多少厘米?。