下载文档原格式
材料物理题库一、简介材料物理是研究材料的结构、性质和行为的一门学科。
它涉及材料的成分、结构、热力学性质、力学性质、电学性质等方面，对于解决材料制备、性能改善和应用开发等问题具有重要意义。
为了帮助读者更好地理解和掌握材料物理的相关知识，本文档汇总了一系列与材料物理相关的题目，包括理论计算题、实验题和应用题等。
二、理论计算题1. 材料的密度是什么？如何计算密度？2. 请解释晶体的结晶度是什么？如何通过X射线衍射方法来表征晶体的结晶度？3. 请描述材料的本构关系是什么？材料的本构关系和物理性质之间有何关联？4. 请解释材料的热膨胀性质是什么？如何计算材料的热膨胀系数？5. 请描述材料的热导性质是什么？如何计算材料的热导率？三、实验题1. 设计一个实验来测量材料的硬度。
2. 设计一个实验来测量材料的电阻率。
3. 设计一个实验来测量材料的断裂韧性。
4. 设计一个实验来测量材料的磁化强度。
5. 设计一个实验来测量材料的电介电常数。
四、应用题1. 对于一个需要制备铜导线的工程项目，请你推荐一种适合的材料。
2. 对于一个需要制备高温工作部件的工程项目，请你推荐一种适合的材料。
3. 对于一个需要制备透明玻璃的工程项目，请你推荐一种适合的材料。
4. 对于一个需要制备柔性电子产品的工程项目，请你推荐一种适合的材料。
5. 对于一个需要制备高强度结构材料的工程项目，请你推荐一种适合的材料。
五、结语材料物理题库中提供的题目涵盖了材料物理的基本概念、理论计算、实验设计和应用推荐等方面。
通过练习这些题目，读者将能够加深对材料物理学科的理解，提升解决实际问题的能力。
希望本文档对您有所帮助！。
材料物理性能期末复习题材料物理性能马基申定则及表达式？固溶体电阻率看成由金属基本电阻率ρ(T)和残余电阻率ρ残组成。
不同散射机制对电阻率的贡献可以加法求和。
这一导电规律称为马基申定律，固溶体的电阻与组元的关系在形成固溶体时，与纯组元相比，合金的导电性能降低了原因：纯组元间原子半径差所引起的晶体点阵畸变，增加了电子的散射，且原子半径差越大，固溶体的电阻也越大。
这种合金化对电阻的影响还有如下几方面：一是杂质对理想晶体的局部破坏；二是合金化对能带结构起了作用，移动费米面并改变了电子能态的密度和有效导电电子数；三是合金化也影响弹性常数，因此点阵振动的声子谱要改变。
半导体测量的四探针法测量原理，设有一均匀的半导体试样，其尺寸与探针间距相比可视为无限大，探针引入点电流源的电流强度为I。
因均匀导体内恒定电场的等位面为球面，故在半径为r处等位面的面积为2πr2，则电流密度为j=I/2πr2。
电场强度E=j/σ=jρ=Iρ/2πr2,因此，距点电荷r处的电位为V=Iρ/2πr。
电阻分析的作用：电阻分析法来研究材料的成分、结构和组织变化的灵敏度很高，它能极敏感地反映出材料内部的微弱变化。
半导体特点:电阻率(ρ在10-3～109Ωm) 禁带宽度E g在0.2～3.5eV,其电学性能总是介于金属导体(ρ<10-5Ωm, E g=0)与绝缘体(ρ>109Ωm, E g>3.5eV)间。
半导体的分类？分为晶体半导体、非晶半导体及有机半导体。
晶体半导体：又分为元素（单质）半导体、化合物半导体、固溶体半导体；价电子共有化运动：在半导体晶体中，由于原子之间的距离很小，使得每一个原子中的价电子除受本身原子核及内层电子的作用外，还受到其他原子的作用。
在本身原子和相邻原子的共同作用下，价电子不再是属于各个原子，而成为晶体中原子所共有半导体中电子的能量状态－能带：在半导体晶体中，由于原子之间的距离很小，使得每一个原子中的价电子除受本身原子核及内层电子的作用外，还受到其他原子的作用。
材料物理性能 B 试卷答案及评分标准一、是非题（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、电光效应：外加电场引起的材料折射率的变化效应。
2、蠕变：对粘弹性体施加恒定应力σ0时，其应变随时间而增加的现象。
3、声频支振动：振动着的质点中包含频率甚低的格波，质点彼此之间的位相差不大，称为“声频支振动”。
4、原子本征磁矩：原子中电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩构成了原子的固有磁矩，也称原子本征磁矩。
5、导热系数：单位温度梯度下，单位时间内通过单位横截面的热量。
λ反映了材料的导热能力。
6、本征电导：源于晶体点阵基本离子的运动。
7、介电强度：当电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态，相应的临界电场强度称为介电强度，或称为击穿电场强度。
8、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。
三、简答题（5分×5=25分，任选5题。
注意：请在所选题前打“√”）1、（1）原子的电子壳层中存在没有被电子填满的状态；（2）磁性物质内部相邻原子的电子交换积分为正，即R ab（原子核之间的距离）/r（电子壳层半径）之比大于3。
2、弹性模量是材料发生单位应变时的应力，是原子间结合强度的一个标志。
它表征材料抵抗形变的能力，是一个重要的材料常数。
3、载流子为离子的电导为离子电导；载流子为电子的电导为电子电导。
离子电导具有电解效应，电子电导具有霍尔效应。
4、复合体中不同相或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大时，有时内应力甚至全发展到使坯体产生微裂纹。
这样再加热时（测膨胀系数时加热等没材料），这些裂纹趋于愈合。
因而观察到膨胀系数较低。
当温度到达高温时，因微裂纹已基本闭合，因而膨胀系数又和单晶时的数值一样大了。
5、K I 为I 型扩展类型的裂纹尖端附近的应力场强度因子，量纲为Pa.m 1/2。
无机材料物理性能试题及答案Happy First, written on the morning of August 16, 2022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ni、qi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 ..16、作为乳浊剂必须满足：具有与基体显着不同的折射率;能够形成小颗粒..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、材料的折射随着入射光的频率的减少或波长的增加而减少的性质;称为折射率的色散..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：i i c n C ∑=..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Fe3+2O3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CV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;V C 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D T θ>>;R Nk C V 33==;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：12 mm20.049mm32 m ;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.. c K c c πσ=I 2分MPa c c K 4.20310262.1=-I ⨯⨯=ππσ＝ 2分 MPa c c K 5.646610262.1=-I ⨯⨯=ππσ＝ 2分3 c =577.19Gpa2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 、 cm -1和scm -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/I 0=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。
材料物理性能试题2014.5.一、阐述下列概念(每题6分，共30分)（1）电介质的极化在外电场作用下，电介质的表面上出现束缚电荷的现象叫做电介质极化。
（2）声子声子就是“晶格振动的简正模能量量子。
”英文是phonon（3）软磁材料和硬磁材料硬磁材料是指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种铁氧体材料，也称为永磁材料或恒磁材料。
软磁材料是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。
（4）晶体的特征（1）晶体拥有整齐规则的几何外形，即晶体的自范性。
（2）晶体拥有固定的熔点，在熔化过程中，温度始终保持不变。
（3）晶体有各向异性的特点。
（4）晶体可以使X光发生有规律的衍射。
宏观上能否产生X光衍射现象，是实验上判定某物质是不是晶体的主要方法。
[1]（5）晶体相对应的晶面角相等，称为晶面角守恒。
[2]（5）画出体心立方晶体结构，原胞，并写出基矢体心立方结构（右）原胞（右）晶胞基矢, 并且，其惯用原胞基矢由从一顶点指向另外三个体心点的矢量构成，，其体积为；配位数=8；。
二、解答题(共70分)1. 影响无机非金属材料（晶体）导热率的因素有哪些？(10分)①晶体中热量传递速度很迟缓，因为晶格热振动并非线性的，格波间有着一定的耦合作用，声子间会产生碰撞，使声子的平均自由程减小。
格波间相互作用愈强，也即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。
因此，声子间碰撞引起的散射是晶体中热阻的主要来源。
②晶体中的各种缺陷、杂质以及晶界都会引起格波的散射，等效于声子平均自由程的减小，从而降低λ。
③平均自由程还与声子的振动频率ν有关。
振动ν不同，波长不同。
波长长的格波易绕过缺陷，使自由程加大，散射小，因此热导率λ大。
④平均自由程l还与温度T有关。
温度升高，振动能量加大，振动频率ν加快，声子间的碰撞增多，故平均自由l减小。
但其减小有一定的限度，在高温下，最小的平均自由程等于几个晶格间距；反之，在低温时，最长的平均自由程长达晶粒的尺度。
无机材料物理性能考试复习题无机材料物理性能考试复习题（含答案）一、名词解释（选做5个，每个3分，共15分）1. K IC ：平面应变断裂韧度，表示材料在平面应变条件下抵抗裂纹失稳扩展的能力。
2.偶极子（电偶极子）：正负电荷的平均中心不相重合的带电系统。
3.电偶极矩：偶极子的电荷量与位移矢量的乘积，ql =μ。
（P288）4.格波：原子热振动的一种描述。
从整体上看，处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称为格波。
格波的一个特点是，其传播介质并非连续介质，而是由原子、离子等形成的晶格，即晶格的振动模。
晶格具有周期性，因而，晶格的振动模具有波的形式。
格波和一般连续介质波有共同的波的特性，但也有它不同的特点。
5.光频支：格波中频率很高的振动波，质点间的相位差很大，邻近的质点运动几乎相反时，频率往往在红外光区，称为“光频支振动”。
（P109）6.声频支：如果振动着的质点中包含频率很低的格波，质点之间的相位差不大，则格波类似于弹性体中的应变波，称为“.声频支振动”。
（P109）7.色散：材料的折射率随入射光频率的减小（或波长的增加）而减小的性质，称为折射率的色散。
8.光的散射：物质中存在的不均匀团块使进入物质的光偏离入射方向而向四面八方散开，这种现象称为光的散射，向四面八方散开的光，就是散射光。
与光的吸收一样，光的散射也会使通过物质的光的强度减弱。
9.双折射：光进入非均匀介质时，一般要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别构成两条折射光线，这个现象就称为双折射。
（P172）10.本征半导体（intrinsic semiconductor)：完全不含杂质且无晶格缺陷的、导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体称为本征半导体。
N 型半导体：在半导体中掺入施主杂质，就得到N 型半导体；在半导体中掺入受主杂质，就得到P 型半导体。
12.超导体：超导材料（superconductor ），又称为超导体，指可以在特定温度以下，呈现电阻为零的导体。
《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。
1、金刚石的爱因斯坦温度K Θ1320E =，德拜温度K Θ1860D =。
试分别用爱因斯坦热容公式和德拜热容公式计算在温度T 1=2000K 和T 2=0.2K 时金刚石的摩尔热容。
提示：f D (0.93)≈0.9606.2、NaCl 和KCl 具有相同的晶体结构，它们在低温下Debye 温度ΘD 分别为310K 和230K ，KCl 在5K 的定容摩尔热容为3.8×10-2/J(K.mol),试计算NaCl 在5K 和KCl 在2K 的定容摩尔热容。
3、试计算一条合成刚玉晶体（Al 2O 3）棒在1K 的热导率。
它的分子量为102，直径为4mm ，声速υ为480 m /s ，密度为4000 kg /m 3，德拜温度为1000K 。
提示：l c υλ31=；34512)(DV T Nk C Θ≈π . 4、将一根铁棒两端固定住之后，开始加热，请计算温度升高500℃时，铁棒中的热应力。
假设弹性模量E 保持190Gpa ，而铁棒保持弹性状态不变。
提示：铁的热膨胀系数为11×10-6/K.第二章作业：1.以n 型半导体为例推导霍尔系数公式，解释霍尔系数揭示的物理含义是什么?并说明如何利用霍尔效应测量半导体的载流子浓度、电导率和迁移率？2.光照和升温均能改变半导体的电导率，它们之间有何区别？并说明半导体电阻率随温度变化规律。
3.硅半导体含有施主杂质浓度315/103cm N D ⨯=和受主杂质浓度315/101cm N A ⨯=，求在T=300K 时的电子和空穴浓度以及费米能级位置。
已知室温下导带、价带有效状态密度分别为319/108.0cm N Ce ⨯=、319/100.1cm N Vh ⨯=，硅的本征载流子浓度为310/105.1cm n i ⨯=4.已知硅半导体的电子和空穴迁移率分别为s V cm n ⋅=/13502μ和s V cm p ⋅=/4802μ，问在室温下为了把电阻率为cm ⋅Ω2.0的p 型硅片变成:1)电阻率为cm ⋅Ω1.0的p 型硅片2)电阻率为cm ⋅Ω1.0的n 型硅片各需要掺入何种类型杂质,其密度是多少?5.已知室温下(27℃)硅半导体本征载流子浓度310/105.1cm n i ⨯=，电子和空穴的迁移率分别为s V cm n ⋅=21350μ和s V cm p ⋅=2480μ；分别对掺有下列杂质的三个硅样品判断导电类型，并计算室温下的载流子浓度和电阻率：（1）3⨯1015cm -3的磷（2）1.3⨯1016cm -3的硼和1.0⨯1016cm -3的磷（3）1.3⨯1016cm -3的磷、2.3⨯1016cm -3的硼和3.1⨯1017cm -3的砷（4）讨论在上述(1)、(3)情况下，当温度为350℃时的电子和空穴浓度为多少？并求出相应电阻率。
材料物理性能课程结束B 试卷考试形式闭卷考试用时120分钟一、是非题（1分×10=10分）1、非等轴晶系的晶体，在膨胀系数低的方向热导率最大。
( )2、粉末和纤维材料的导热系数比烧结材料的低得多。
( )3、第一热应力因子R是材料允许承受的最大温度差。
( )4、同一种物质，多晶体的热导率总是比单晶的小。
( )5、电化学老化的必要条件是介质中的离子至少有一种参加电导。
( )6、玻璃中的电导基本上是离子电导。
( )7、薄玻璃杯较厚玻璃杯更易因冲开水而炸裂。
（）8、压应力使单晶材料的弹性模量变小。
( )9、多晶陶瓷材料断裂表面能比单晶大。
( )10、材料的断裂强度取决于裂纹的数量。
( )二、名词解释（2分×10=20分）1、固体电解质：2、表面传热系数：3、P型半导体：4、施主能级：5、声频支：6、稳定传热：7、载流子的迁移率：8、蠕变：9、弛豫：10、滑移系统：三、简答题（5分×4=20分，任选4题）1、导温系数a的物理意义及其量纲？2、显微结构对材料脆性断裂的影响？3、写出两个抗热应力损伤因子的表达式并对其含义及作用加以说明。
4、不同材料在外力作用时有何不同的变形特征？四、问答题（9分×4=36分）1、何为裂纹的亚临界生长？试用应力腐蚀理论解释裂纹的亚临界生长？2、请对图1表示的氧化铝单晶的λ-T 曲线分析说明。
0 200 400 600 800 1000 1200 1400T / K热导率λ/ 4.18 J /(s .c m .K )图1 氧化铝单晶的热导率随温度的变化3、掺杂固溶体瓷与两相陶瓷的热导率随成分体积分数而变化的规律有何不同？请画图说明。
4、裂纹形成原因有哪些？哪些措施可防止裂纹扩展？五、计算、分析题（14分）1、（1）BaTiO3的半导化常通过添加微量的稀土元素形成价控半导体。
试写出添加La2O3的BaTiO3原料在氧化气氛中烧成形成n型半导体的反应式及相应的固溶式（3分）。
《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 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。
材料物理性能习题
1、计算室温（298K ）及高温（1273K ）时莫来石瓷的摩尔热容值，并请和按杜龙-伯蒂规律计算的结果比较（莫来石3Al 2O 3·2SiO 2）。
解：（1）当T=298K ，C p =a+bT+cT -2=87.55+14.96×10-3×298-26.68×105×298-2
=87.55+4.46-30.04
=61.97×4.18 J/mol.K
（2）当T=1273K ，C p = a+bT+cT -2=87.55+14.96×10-3×1293-26.68×105×1273-2
=87.55+19.34-1.65
=105.24×4.18 J/mol.K=438.9 J/mol.K
据杜隆-珀替定律：(3Al 2O 3.2SiO 4)
C p =21×24.94=523.74 J/mol.K
2、康宁1723玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：λ=0.021J/(cm.s.℃)； α=4.6×10-6/℃；σp =7.0Kg/mm 2，E=6700Kg/mm 2,μ=0.25。
求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。
解：第一冲击断裂抵抗因子：E
R f αμσ)1(-= =66610
8.96700106.475.0108.97⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯- =170℃ 第二冲击断裂抵抗因子：E
R f αμλσ)1(-=' =170×0.021=3.57 J/(cm.s)
3、一热机部件由反应烧结氮化硅制成，其热导率λ=0.184J/(cm.s.℃)，最大厚度=120mm.如果表面热传递系数h=0.05 J/(cm 2
.s.℃),假定形状因子S=1，估算可兹应用的热冲击最大允许温差。
定律所得的计算值。
趋近按，可见，随着温度的升高Petit Dulong C m P -,
h
r S R T m m 31.01
⨯'=∆解：
=547×0.184×
05.0631.01⨯⨯ =1082℃
4、NaCl 和KCl 具有相同的晶体结构，它们在低温下的Debye 温度θD 分别为310K 和230K ，KCl 在5K 的定容摩尔热容为3.8×10-2J/(K.mol),试计算NaCl 在5K 和KCl 在2K 的定容摩尔热容。
解： 5、本征半导体中，从价带激发至导带的电子和价带产生的空穴参与电导。
激发的电子数n 可近似表示为：
)2/exp(kT E N n g -=
式中N 为状态密度，k 为波尔兹曼常数，T 为绝对温度。
试回答以下问题：
（1）设N =1023 cm -3, k =8.6×10-5 e V·K -1时, Si (Eg=1.1eV)，TiO 2(Eg=3.0e V)在室温（20℃）和500℃时所激发的电子数（cm -3）各是多少：
（2）半导体的电导率σ（Ω-1.cm -1）可表示为
μσne =
式中n 为载流子浓度（cm -3
），e 为载流子电荷（电荷1.6*10-19C ）,μ为迁移率（cm 2.V -1.s -1）当电子（e ）和空穴（h ）同时为载流子时，
h h e e e n e n μμσ+=
假定Si 的迁移率μe =1450（cm 2.V -1.s -1），μh =500（cm 2.V -1.s -1），且不随温度变化。
求Si 在室温（20℃）和500℃时的电导率。
解：（1） Si
20℃ )298106.82/(1.1exp(10523⨯⨯⨯-=-n
=1023×e -21.83 =3.32×1013 cm -3
1
12233
113233
3
41055.1108.3310
23051043.2108.35
22)(5120--------⋅⋅⨯=⨯⨯=⋅⋅⨯=⨯⨯=≈→K mol J K C NaCl K mol J K C KCl T Nk C T h V h V D
h V ）（有，对于）（有，对于）时有
理论，当温度很低（根据德拜模型的热容量θπ
500℃ )773106.82/(1.1exp(10523⨯⨯⨯-=-n
=1023×e -8=2.55×1019 cm -3
TiO 2
20℃ )298106.82/(0.3exp(10523⨯⨯⨯-=-n
=1.4×10-3 cm -3
500℃ )773106.82/(0.3exp(10523⨯⨯⨯-=-n
=1.6×1013 cm -3
(2) 20 ℃ h h e e e n e n μμσ+=
=3.32×1013×1.6×10-19 (1450+500)
=1.03×10-2（Ω-1.cm -1）
500℃ h h e e e n e n μμσ+=
=2.55×1019×1.6*10-19(1450+500)
=7956 （Ω-1.cm -1）
6、300K 时，锗的本征电阻率为47Ω.cm,如电子空求本征锗的载流子浓度分别为3900s V cm ./2和1900s V cm ./2.求本征锗的载流子浓度。
解：
7、设电子迁移率为S V cm ./1.02,硅的电子有效质量026.0m m cn =,如加以强度为104V/m 的
电场,试求平均自由时间和平均自由程。
解：
8、一截面为0.6cm 2, 长为1cm 的n 型GaAs 样品,设315210,./8000cm n s V cm n ==μ,试求该样品的电阻。
解： 31319/1029.2)19003900(106.1471)
(1)(1cm q n q n p n i i p n i i i ⨯=+⨯⨯⨯=+=∴+==-μμρμμρσ m E s q m m q n n n d s n n n n n n 101341319311048.11048.1101.01048.1106.1101.926.01.0-----**⨯=⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⨯=⨯⨯⨯⨯==∴=τμτυλμττμ Ω=⨯=⋅=⋅Ω=⨯⨯⨯===-3.16
.01781.0781.08000106.1101111915S l R cm nq n ρμσρ
εεμεμεμ
==∴∴=∴=
=2,1,n n SiC n V
C n C V ＝属于非铁磁性物质由于折射率麦克斯韦电磁场理论
9、金红石（TiO 2）的介电常数是100，求气孔率为10%的一块金红石陶瓷介质的介电常数。
解：
10、一块1cm ×4cm ×0.5cm 的陶瓷介质，其电容为2.4×10-6μF ，损耗因子tg δ为0.02。
求：
（1）相对介电常数；（2）损耗因素。
解：
11、镁橄榄石(Mg 2SiO 4)瓷的组成为45%SiO 2,5%Al 2O 3和50%MgO,在1400℃烧成并急冷（保留玻璃相），陶瓷的εr=5.4。
由于Mg 2SiO 4的介电常数是6.2，估算玻璃的介电常数εr 。
（设玻璃体积浓度为Mg 2SiO 4的1/2）。
解： 12、如果A 原子的原子半径为B 的两倍，那么在其它条件都是相同的情况下，原子A 的电子极化率大约是B 的多少倍？
解：
13、为什么碳化硅的介电常数与其折射率的平方n 2相等。
解： 92.851.0)300132(9.011.0)300132(1009.0)332()332(1.0,1;9.0,100=++⨯++⨯⨯=++++=======d m
d m d d m d m m d d m m χεεχεχεεεχεχχεεχε气气1134
2124122120100.602.01041105.0104.2tan ''')2(39.3104110854.8105.0104.21)1(---------⋅⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯===⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=m F A d C r δεεεε损耗因子相对电容率1.4096.4ln 3
12.6ln 324.5ln ln ln ln 222211≈=⇒+=
∴+=εεεεεx x B
e A e B A e R R R R ,,33082,4ααπεα=⇒=∝=电子极化率。
