无机材料物理性能资料
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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。
第一章物理基础知识与理论物理性能本质:外界因素(作用物理量)作用于某一物体,如:外力、温度梯度、外加电场磁场、光照等,引起原子、分子或离子及电子的微观运动,在宏观上表现为感应物理量,感应物理量与作用物理量呈一定的关系,其中有一与材料本质有关的常数——材料的性能。
晶体结构:原子规则排列,主要体现是原子排列具有周期性,或者称长程有序。
非晶体结构:不具有长程有序。
点阵:晶体内部结构概括为是由一些相同点子在空间有规则作周期性无限分布,这些点子的总体称为点阵。
晶体由(基元)沿空间三个不同方向,各按一定的距离(周期性)地平移而构成,(基元)每一平移距离称为周期。
晶格的共同特点是具有周期性,可以用(原胞)和(基失)来描述。
分别求立方晶胞、面心晶胞和体心晶胞的原胞基失和原胞体积?(1)立方晶胞:(2)面心晶胞(3)体心晶胞晶体格子(简称晶格):晶体中原子排列的具体形式。
晶列的特点:(1)一族平行晶列把所有点包括无遗。
(2)在一平面中,同族的相邻晶列之间的距离相等。
(3)通过一格点可以有无限多个晶列,其中每一晶列都有一族平行的晶列与之对应。
(4 )有无限多族平行晶列。
晶面的特点:(1)通过任一格点,可以作全同的晶面与一晶面平行,构成一族平行晶面. (2)所有的格点都在一族平行的晶面上而无遗漏;(3)一族晶面平行且等距,各晶面上格点分布情况相同;(4)晶格中有无限多族的平行晶面。
格波:晶体中的原子在平衡位置附近的微振动具有波的形式。
色散关系:晶格振动谱,即频率和波矢的关系。
声子:晶格振动的能量是量子化的,晶格振动的量子单元称作声子,声子具有能量ħ ,与光子的区别是不具有真正的动量,这是由格波的特性决定的。
声学波与光学波的区别:前者是相邻原子的振动方向相同,波长很长时,格波为晶胞中心在振动,可以看作连续介质的弹性波;后者是相邻原子的振动方向相反,波长很长时,晶胞中心不动,晶胞中的原子作相对振动。
德布罗意假设:一切微观粒子都具有波粒二象性。
什么叫无机材料物理性能特性无机材料是指由无机化合物构成的材料,它们具有广泛的应用领域,如电子、光电子、能源、环境等。
无机材料的性能特性直接影响着其在各个领域的应用效果。
那么,什么叫无机材料的物理性能特性呢?首先,我们来了解一下无机材料的物理性能。
无机材料的物理性能可以分为多个方面,包括机械性能、热学性能、电学性能、光学性能和磁学性能等。
机械性能是指无机材料抵抗外力破坏的能力,通常包括硬度、弹性模量、抗弯强度等指标。
例如,金刚石是一种硬度极高的无机材料,可以用来制作切割工具;陶瓷材料具有较高的抗压强度,适合用于建筑材料等领域。
热学性能是指无机材料在热环境下的表现,包括热导率、热膨胀系数、热稳定性等指标。
例如,氧化铝具有较低的热导率,可用作隔热材料;石墨烯具有优异的热导率,适合用于制作散热材料。
电学性能是指无机材料在电场或电流作用下的表现,包括导电性、介电性等指标。
例如,金属材料具有良好的导电性,适合用于制作电子元件;氧化铁具有优良的磁电耦合效应,适合用于磁存储器件。
光学性能是指无机材料在光学环境下的表现,包括透明度、折射率、发光性等指标。
例如,玻璃材料具有良好的透明性,适合用于光学器件;半导体材料具有发光性能,在光电子领域有重要的应用。
磁学性能是指无机材料在磁场作用下的表现,包括磁导率、磁饱和磁矩等指标。
例如,铁氧体材料具有良好的磁导率和磁饱和磁矩,适合用于制作磁性材料。
综上所述,无机材料的物理性能特性对于其应用效果具有重要影响。
了解无机材料的物理性能特性可以帮助我们更好地选择和应用材料,并优化其性能。
未来,随着科学技术的不断发展,我们有望进一步改进无机材料的物理性能,推动无机材料在各个领域的应用。
无机材料物理性能无机材料是指不含有碳元素的材料,包括金属、陶瓷、玻璃等。
这些材料在工程和科学领域中具有广泛的应用,其物理性能对于材料的选择和设计具有重要意义。
本文将就无机材料的物理性能进行探讨。
首先,无机材料的物理性能包括密度、硬度、熔点、导热性、电性能等多个方面。
其中密度是指单位体积内的质量,硬度是材料抵抗外力的能力,熔点是材料从固态到液态的转变温度,导热性是材料传导热量的能力,电性能是材料导电、绝缘的特性。
这些性能直接影响着材料的使用性能和加工工艺。
其次,金属材料通常具有较高的密度和硬度,良好的导热性和电性能。
这使得金属材料在结构件、导电元件等方面有着广泛的应用。
而陶瓷材料则具有较高的硬度和熔点,优异的绝缘性能,因此在耐磨、绝缘等方面有着重要的作用。
玻璃材料则具有较低的密度和熔点,优良的透光性和化学稳定性,被广泛应用于光学器件和化学容器等领域。
再次,无机材料的物理性能受其晶体结构、化学成分等因素的影响。
例如,金属材料的晶体结构多为紧密排列的金属原子,因此具有良好的导热性和电性能;陶瓷材料的晶体结构多为离子键或共价键,因此具有较高的硬度和熔点;玻璃材料则是非晶态结构,因此具有较好的透光性和化学稳定性。
最后,随着科学技术的不断发展,人们对无机材料物理性能的研究也在不断深入。
通过调控材料的晶体结构、化学成分等手段,人们可以改善材料的物理性能,拓展其应用领域。
例如,通过合金化、热处理等工艺手段,可以提高金属材料的硬度和强度;通过掺杂、烧结等工艺手段,可以改善陶瓷材料的导电性能;通过控制成分、制备工艺等手段,可以改善玻璃材料的光学性能。
综上所述,无机材料的物理性能对于材料的选择和设计具有重要意义,其性能受晶体结构、化学成分等因素的影响,通过工艺手段可以改善和拓展其应用领域。
希望本文的内容能够对无机材料的物理性能有所了解,并对相关领域的研究和应用提供一定的参考。
无机材料的定义性质及应用范围无机材料是指其组成原子间以离子键、共价键或金属键相互连接而构成的物质。
相较于有机材料,无机材料具有许多独特的性质和广泛的应用范围。
定义性质化学稳定性无机材料通常具有较高的化学稳定性,能够在高温、高压、强酸或强碱等恶劣环境下保持其结构和性能的稳定性。
这使得无机材料在诸如耐火材料、电池、催化剂、光催化剂等领域应用广泛。
物理性质无机材料具有多种物理性质,如高硬度、高熔点、低热膨胀系数等。
这些性质使得无机材料能够在材料加工、电子器件、涂层材料等领域发挥重要作用。
导电性和光学性质部分无机材料具有优异的导电性和光学性质。
例如,金属材料和某些半导体材料具有良好的导电性能,被广泛应用于电子器件制造和能源领域。
而染料、荧光体和半导体材料等则具有出色的光学性质,在显示技术、激光器和光电子器件等领域得到广泛应用。
应用范围电子材料无机材料在电子器件制造领域中发挥着重要作用。
金属材料(如铜、铝)被广泛应用于导线、连接器和散热器等部件制造。
半导体材料(如硅、镓)则是电子器件(如晶体管、集成电路)的关键组成部分。
此外,无机材料还用于制造储能设备(如锂离子电池、超级电容器)和太阳能电池等。
光学材料无机材料具有优异的光学性能,广泛应用于光学领域。
例如,二氧化硅被用作光纤的基础材料,用于实现光信号传输。
钙钛矿型材料在太阳能电池中作为高效光吸收层材料,用于太阳能的转化。
其他无机材料如玻璃、晶体、透明导电氧化物等也在光学器件(如镜片、透镜、激光器)和光学传感器中发挥重要作用。
催化剂无机材料在催化领域中具有广泛的应用。
许多无机材料,如贵金属、金属氧化物和过渡金属化合物等,具有优异的催化活性和选择性。
它们被广泛应用于化学工业中的催化反应,如催化裂化、催化加氢、催化氧化等。
催化剂的应用促进了化学工业的发展和环境友好型生产的实现。
其他领域无机材料还广泛应用于其他领域。
耐火材料,如陶瓷和高温合金,具有优异的耐高温性能,被广泛应用于航空航天、冶金和石油化工等领域。
第一章1.形变(变形):材料的形状和尺寸随外力作用而改变的现象。
2.弹性模量:表征材料抵抗变形的能力。
3.滞弹性:弹性行为与时间有关,表征材料的形变在应力移去后能够恢复但不能立即恢复的能力。
4.剪切应变:材料的内部一体积元上的两个面元之间的夹角的变化。
5.应变松弛:固体材料在恒定载荷下,变形随时间延续而缓慢增加的不平衡过程,或材料变形后内部原子由不平衡到平衡的过程,也称蠕变或徐变。
6.应力松弛:在持续外力作用下,发生形变着的物体,在总的形变值保持不变的情况下,由于徐变变形渐增,弹性变形相应减小,由此使物体的内部应力随时间延续而逐渐减少的过程。
即一体系因外界原因引起的不平衡状态逐渐转为平衡状态的过程。
7.塑性形变:在超过材料的屈服应力作用下,产生变形,外力移去后不能恢复的形变。
8.塑性:表征材料经受塑性变形而不被破坏的能力。
9.硬度:表示材料表面在承受局部静压力下抵抗变形的能力。
10.断裂功:指材料在抵抗外力破坏时,单位面积上所需吸收的功。
11.蠕变:材料在恒定载荷作用下,随着时间延长持续发生塑性变形的现象。
12.冲击韧性:指材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。
13.滑移:是刃型位错沿滑移面从晶体内部移出的过程或刃型位错沿滑移面的运动。
14.静态疲劳(亚临界裂纹扩展):在持久载荷下发生的断裂。
15.动态强度:指材料抵抗冲击载荷作用而不至于发生断裂破坏的能力。
第二章1.抗热震性(抗热冲击性):指材料承受温度骤变而不至于被破坏的能力。
2.比热容:指单位质量材料升高(降低)1K所需吸收(放出)的热量。
3.热膨胀:物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。
4.热导率:指热量流过材料的速率。
5.热扩散系数:表征物体内部温度趋于均衡的能力,其大小直接影响物体中的温度梯度分布。
6.热抗震系数:为脆性无机材料抗热震断裂能力的度量。
第三章1.电偶极子:由一个正电荷q和另一个符号相反、数量相等的负电荷-q由于某种原因而坚固的互相束缚与不等于零的距离上所组成。
无机材料物理性能无机材料是指在自然界中存在的,或者是人工合成的,不含有碳的材料。
它们的物理性能对于材料的应用具有重要意义。
无机材料的物理性能主要包括热性能、电性能、光学性能和力学性能等方面。
首先,热性能是无机材料的重要性能之一。
热导率是评价材料导热性能的重要指标,无机材料中的金属和陶瓷材料通常具有较高的热导率,而聚合物材料的热导率较低。
此外,无机材料的热膨胀系数也是其热性能的重要表征之一,它决定了材料在温度变化时的尺寸变化程度。
这些热性能参数对于材料在高温或者低温环境下的应用具有重要意义。
其次,电性能是无机材料的另一个重要性能。
导电性和绝缘性是评价材料电性能的重要指标。
金属材料通常具有良好的导电性,而绝缘材料则具有较高的电阻率。
此外,半导体材料的导电性介于金属和绝缘材料之间,其电性能的调控对于电子器件的制备具有重要意义。
光学性能是无机材料的另一个重要性能。
透明度、折射率、反射率和光学吸收等是评价材料光学性能的重要指标。
无机材料中的玻璃、晶体和光学薄膜等材料通常具有良好的光学性能,它们在光学器件、光学仪器和光学通信等领域具有重要应用。
最后,力学性能是无机材料的另一个重要性能。
强度、硬度、韧性和蠕变等是评价材料力学性能的重要指标。
金属材料通常具有较高的强度和硬度,而聚合物材料则具有较高的韧性。
这些力学性能参数对于材料在受力状态下的性能表现具有重要意义。
总之,无机材料的物理性能对于材料的应用具有重要意义。
热性能、电性能、光学性能和力学性能是无机材料的重要性能之一,它们的表征和调控对于材料的设计、制备和应用具有重要意义。
希望本文对无机材料的物理性能有所帮助,谢谢阅读。
无机材料物理性能
无机材料在当今社会发挥着重要作用,比如它们被广泛应用于建筑材料、家用电器、汽车零部件等重要产品的制造中。
它们的特性决定了它们在不同产品中的重要性,而它们的物理性能是决定这些特性的核心因素。
本文旨在介绍无机材料的物理性能,并讨论它们在不同产品中的应用情况。
无机材料的物理性能主要包括热导率、密度、弹性模量、抗拉强度、塑性、热稳定性等。
无机材料的热导率决定了它们在热学设计中的重要性,无机材料的密度决定了它们的重量,无机材料的弹性模量用来衡量材料的抗弯强度,抗拉强度是材料的抗拉性能,塑性是材料的变形能力,热稳定性决定了材料在高温下的稳定性。
无机材料被广泛用于各种产品,如建筑材料、电子产品、汽车零部件等。
建筑材料是一种普遍使用的无机材料,它们的物理性能决定了其在建设中的重要性。
由于其耐热性能好,无机材料也被广泛用于制造电子产品,例如内存条和处理器。
此外,无机材料的弹性模量、体积密度和抗拉强度等特性使其成为汽车零部件的重要材料。
无机材料的物理性能对于制作高质量的产品具有重要意义,它们的特性决定了它们在不同产品中的应用情况。
例如,无机材料的耐热性能使其成为电子产品的优质材料;无机材料的弹性模量和抗拉强度使其成为汽车零部件的宝贵材料。
因此,了解无机材料的物理性能对提高产品质量具有重要意义。
总之,无机材料是当今社会中普遍使用的材料,它们的物理性能
是制作各种产品的核心因素之一。
无机材料的热导率、密度、弹性模量、抗拉强度、塑性和热稳定性等特性使其在建筑材料、电子产品、汽车零部件等产品的应用十分广泛。
因此,了解无机材料的物理性能对于制作高品质的产品至关重要。
第二章 无机材料的受力变形名义应力应力:单位面积所受的力。
σ=F/S真实应力应变:用来描述物体内部各质点之间的相对位移。
弹性形变:各向同性广义胡克定律: 体积模量弹性系数k s :大小反映了原子间的作用力曲线在r = r 0处斜率的大小。
弹性刚度系数 大小实质上反映了原子间势能曲线极小值尖峭度的大小。
弹性系数k s 测定式架状结构石英和石英玻璃的架状结构是三维空间网络,几乎各向同性;晶体结构 双链结构、环状结构(岛状结构)、层状结构为各向异性,因材料方向不 同而差别很大。
温度:弹性常数随温度升高而降低。
并联模型:E u =V 2E 2+(1-V 2)E 1(上限)复相的弹性模量串联模型:1/E L =V 2/E 2+(1-V 2)/E 1(下限)应变松弛(或蠕变或徐变):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,或材料受力后内部原子由不平衡到平衡的过程。
当外力除去 后,徐变变形不能立即消失。
应力松弛(或应力弛豫):在持续外力作用下,发生变形着的物体,在总的变形值保持不变的情况下,由于徐变变形渐增,弹性变形相应的减小,由此使物体的内部应力随时间延续而逐渐减少。
或一个体系因外界原因引起的不平衡状态逐应力和应变正应变剪切应变弹性形变机理弹性模量影响因素因为大部分固体随温度升高而发生热膨胀现象,原子间结合力减弱 因此温度对弹性刚度系数的影响,通常用弹性刚度系数的温度系数T C 表示。
应用:温度补偿材料,即一种异常的弹性性质材料(Tc 是正的),补偿一般材料的负Tc值。
例如:低温石英有一个方向Tc 是正值,低温石英在570o C 通过四面体旋转,进行位移式相转变,变成充分膨胀的敞旷高温型石英结构。
原因:对高温石英和低温石英施加拉伸应力,前者由于Si -O -Si 键是直的,仅发生拉伸,后者除拉伸外,还有键角改变,即发生转动运动。
随着温度的增加,其刚度增加,温度系数为正值。
温度补偿材料具有敞旷结构,内部结构单位能发生较大转动的物质,这种敞旷式结构具有小的配位数。
弹性模量:使物体产生伸长一倍变形量所需的应力上限弹性模量:两相通过并联组合得到混合系统的E 值称之~~下限弹性模量:两相通过串联组合得到混合系统的E 值称之~~粘弹性:某些非晶体或多晶体在应力较小时间时表现粘性弹性滞弹性:无机固体和金属的弹性模量依赖于时间的现象蠕变:当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弛豫:当施加恒定应变ε0在粘弹性体上,应力随时间而减小的现象。
影响蠕变的因素:1.温度2.应力3.显微结构的影响4.组成5.晶体结构塑性形变:指在一中外力移去后不能恢复的形变。
塑性形变的两种基本方式:滑移和孪晶声频支:相邻原子具有相同的振动方向光频支:相邻原子振动方向相反,形成了一个范围很小,频率很高的振动热膨胀:物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象热传导:当固体材料一端的温度比另一端高时,热量会从热端自动的传向冷端,这个现象就称~~。
声子热导的机理:声子与声子的碰撞产生能量转移(声子:声频波的量子)介质损耗:电场作用下,单位时间内电介质因发热而损耗的电能抗热震断裂性:材料发生瞬时断裂,抵抗这种破坏的性能。
抗热震损伤性:在热冲击循环作用下,材料表面开裂、剥落并不断发展,最终碎裂或变质,抵抗这类破坏的性能。
热应力因子:由于材料热膨胀或收缩引起的内应力双碱效应(中和效应):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。
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热稳定性:材料在温度急剧变化而不被破坏的能力,也被称为抗热震性。
铁电体:能够自己极化的非线性介电材料,其电滞回路和铁磁体的磁滞回路形状相近似。
稳定传热:物体内温度分布不随时间改变。
载流子的迁移率:载流子在单位电场中的迁移速率。
移峰效应:在铁电体中引入某种添加物生成固溶体,改变原来的晶胞参数和离子间的相互关系,使居里点向低温或高温方向移动。
/register.php?invitecode=7db8407acaii1hHt名词解释【力学】牛顿流体:受力后极易变形,剪切力跟速度梯度成正比符合牛顿定律的的流体;粘性系数:粘性:液体在流动时,在其分子间产生摩擦的性质,粘性大小用粘度表示,是用来表征液体性质相关的阻力因子;热稳定系数:材料承受温度急剧变化而不致破坏的能力,又称抗热震性;热冲击断裂性:材料发生瞬间断裂,抵抗这类破坏的性能;抗热冲击损伤性:热冲击循环作用下,材料表面开裂、剥落并不断扩展,最终破裂或变质,抵抗这类破坏的性能;静态疲劳(亚临界生长):裂纹在使用应力下,随着时间的推移而缓慢扩展,这种缓慢扩展也称亚临界生长或静态疲劳;动态疲劳:材料在循环应力或渐增应力作用下的延时破坏;Griffith微裂纹理论:实际材料中总存在许多的细小裂纹或缺陷,在外力作用下这些裂纹和缺陷附近产生应力集中现象,当应力达到一定程度时,裂纹就开始扩展而导致断裂,故断裂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;【热学】声子:晶格振动能量的量子化单元hw称为声子,h为普朗克常数,w 为晶格振动的角频率,对应每一次晶格热振动,晶体内部产生或吸收一个声子,声子是虚拟粒子,是原子激发的形态之一;格波:晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的波,或某一个原子在平衡位置附近的振动是以波的形式在晶体中传播形成的波;晶格热振动:晶体中原子以平衡位置为中心不停地振动,是产生热容、热膨胀等现象的物理基础;热膨胀系数:物体由于温度改变而有胀缩现象,其变化能力以等压下,单位温度所导致的体积变化来表示;能流密度:在一定空间范围内,单位面积所取得的或单位重量能源所产生的某种能源的能量或功率,是评价能源的主要指标;热导率(热导系数):是指单位温度梯度下,单位时间内通过单位垂直面积的热量,单位是w/m2.k;【电学】电流密度:描述电路中某点电流强弱和流动方向的物理量,矢量,大小等于单位时间内通过垂直于电流方向单位面积的电量,正电荷流动方向为正方向;电导率:介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度;即电阻率的倒数,物理意义表示物质导电性能;载流子迁移率:载流子在单位电场作用下的平均漂移速率,即载流子在电场作用下运动速度的快慢量度,运动越快迁移率越大;半导体施主能级:一个能级被电子占用时成中性,不被电子占据时带正电;受主能级:一个能级不被电子占据时成中性,被电子占据时带负电;西贝克效应(温差电动势效应):由于两种不同的电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间电压差的热电现象,具体说:半导体材料的两端如果有温度差,则在较高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其方向相反时,就达到稳定状态,多数载流子扩散到冷端,产生△V/△T,结果在半导体两端就产生温差电动势;【介介电性质】正温度系数效应PTC:价控型BaTiO3半导体在居里点(正方相↔立方相相变点)附近,电阻率随温度而发生突变的现象,机理是几何半导体陶瓷晶界上具有表面能级,此表面能级可捕获载流子,从而在两边晶粒内产生一层电子损耗层,形成肖特基势垒,该势垒与介电常数有关,当温度高于居里点,介电常数剧减,势垒增加,电阻率增加;压敏效应:a.指对电压变化敏感的非线性电阻效应,即在某一临界电压以下,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,让电流流过。
无机材料物理性能31热容32线膨胀幻灯片热容和线膨胀是无机材料的两个重要物理性能。
热容是指物质吸收热量时温度升高的数量,而线膨胀是指物质在温度变化下的长度或体积发生的变化。
这两个性能对于无机材料的研究和应用具有重要意义。
下面将分别介绍热容和线膨胀的相关知识。
一、热容热容是物质吸收热量时温度上升的程度。
它是指单位质量或单位体积物质温度上升一个单位温度所需的热量。
热容的计量单位是焦耳/开尔文(J/K)。
热容是描述物质热惯性的一个重要指标。
物质的热容可以通过加热物质并测量温度变化来确定。
不同的材料具有不同的热容值,这是因为不同材料的内部结构不同,分子间相互作用力的强弱不同。
热容的大小对于材料的热传导和热扩散过程起着重要影响。
热容大的材料在吸收热量时会有较大的温度变化,而热容小的材料则温度变化较小。
热容也与材料的热稳定性和热膨胀系数有关。
热容大的材料在热膨胀过程中会有较大的形变。
二、线膨胀线膨胀是指物质在温度变化下长度发生变化的现象。
一般来说,物质在升高温度时会线膨胀,而在降低温度时会线收缩。
线膨胀也是一个描述物质热惯性的指标。
线膨胀是由材料的内部分子结构和化学键的性质决定的。
不同的材料具有不同的线膨胀系数,其计量单位是1/开尔文(1/K)。
线膨胀系数是指单位长度物质温度升高一个单位温度时长度增加的比例。
线膨胀系数可以通过实验测量得到。
线膨胀过程对于无机材料的应用至关重要。
材料的线膨胀性能决定了材料在温度变化下是否会产生应力和变形。
例如,铁路线路的轨道材料必须具有良好的线膨胀性能,以适应不同温度下的长度变化。
此外,线膨胀性能还对电子器件的热稳定性和封装工艺起着重要作用。
总之,热容和线膨胀是无机材料的两个重要物理性能。
热容描述了物质吸热能力的大小,线膨胀描述了物质在温度变化下长度变化的程度。
这两个性能对于无机材料的研究和应用具有重要意义,对于热传导、热稳定性和应力变形等方面产生影响。
无机材料物理性能无机材料是指由无机物质构成的材料,通常是由金属、非金属元素或其化合物组成的材料。
无机材料在工业生产和科学研究中具有重要的地位,其物理性能直接影响着材料的应用范围和性能表现。
本文将从晶体结构、热力学性质、电磁性能等方面探讨无机材料的物理性能。
首先,晶体结构是无机材料的重要物理性能之一。
晶体结构的稳定性和排列方式直接决定了材料的物理性质。
无机材料的晶体结构可以分为离子晶体、共价晶体和金属晶体等不同类型。
离子晶体由正负离子通过离子键相互结合而成,具有高熔点、脆性和导电性等特点;共价晶体由共价键相互连接而成,具有硬度大、熔点高和绝缘性能好等特点;金属晶体由金属原子通过金属键结合而成,具有良好的导电性和延展性等特点。
不同类型的晶体结构决定了无机材料的物理性能表现。
其次,热力学性质是无机材料的重要物理性能之一。
热力学性质包括热膨胀、热导率、热容等参数。
热膨胀是指材料在温度变化时长度、体积发生的变化。
热导率是指材料在温度梯度下传导热量的能力。
热容是指材料吸收热量时温度的变化。
这些热力学性质直接影响着无机材料在高温、低温环境下的稳定性和性能表现。
另外,电磁性能是无机材料的重要物理性能之一。
电磁性能包括介电常数、磁导率、电阻率等参数。
介电常数是指材料在电场中的极化能力,影响着材料的绝缘性能和电容性能。
磁导率是指材料在磁场中的磁化能力,影响着材料的磁性能和电感性能。
电阻率是指材料对电流的阻碍能力,影响着材料的导电性能和热释放能力。
这些电磁性能直接影响着无机材料在电子器件、电磁设备等领域的应用性能。
总之,无机材料的物理性能是多方面的,包括晶体结构、热力学性质、电磁性能等多个方面。
这些物理性能直接影响着无机材料在工业生产和科学研究中的应用范围和性能表现。
因此,对无机材料的物理性能进行深入研究,对于提高材料的性能和拓展应用领域具有重要意义。
a.弹性模量:使物体产生伸长一倍变形量所需的应力。
b.上限弹性模量:两相通过并联组合得到混合系统的E值称之~~。
c.下限弹性模量:两相通过串联组合得到混合系统的E值称之~~。
d.粘弹性:某些非晶体或多晶体在应力较小时间时表现粘性弹性。
e.滞弹性:无机固体和金属的弹性模量依赖于时间的现象。
f.蠕变:当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。
g.弛豫:当施加恒定应变ε在粘弹性体上,应力随时间而减小的现象。
h.影响蠕变的因素:1.温度2.应力3.显微结构的影响4.组成5.晶体结构i.塑性形变:指在一中外力移去后不能恢复的形变。
j.塑性形变的两种基本方式:滑移和孪晶。
k.声频支:相邻原子具有相同的振动方向。
l.光频支:相邻原子振动方向相反,形成了一个范围很小,频率很高的振动。
m.热膨胀:物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象。
n.热传导:当固体材料一端的温度比另一端高时,热量会从热端自动的传向冷端,这个现象就称~~。
o.声子热导的机理:声子与声子的碰撞产生能量转移(声子:声频波的量子)0.介质损耗:电场作用下,单位时间内电介质因发热而损耗的电能q.抗热震断裂性:材料发生瞬时断裂,抵抗这种破坏的性能。
r.抗热震损伤性:在热冲击循环作用下,材料表面开裂、剥落并不断发展,最终碎裂或变质,抵抗这类破坏的性能。
s.热应力因子:由于材料热膨胀或收缩引起的内应力t.双碱效应(中和效应):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。
u..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。
v.热稳定性:材料在温度急剧变化而不被破坏的能力,也被称为抗热震性。
w.铁电体:能够自己极化的非线性介电材料,其电滞回路和铁磁体的磁滞回路形状相近似。
x.稳定传热:物体内温度分布不随时间改变。
y.载流子的迁移率:载流子在单位电场中的迁移速率。
z.移峰效应:在铁电体中引入某种添加物生成固溶体,改变原来的晶胞参数和离子间的相互关系,使居里点向低温或高温方向移动。
a.展宽效应(压峰效应):铁电体中引入某种添加物形成固溶体,减少居里点处介电常数,使介电常数在较大范围内变化平缓的效应。
b.陶瓷颜料呈色机理:由于着色剂对光的选择性吸收而引起的选择性反射或者选择性透射,而显现颜色c.改善无机材料绝缘电阻的措施:提高温度晶体、结构的改变、晶格缺陷、杂质的影响填空题:1、在结晶的陶瓷中,滞弹性弛豫最主要的根源是残余的玻璃相。
2、滑移的条件(1)几何条件(2)静电作用3、高温蠕变理论:高温蠕变的位错运动理论、扩散蠕变理论、晶界蠕变理论。
4、两个有关晶体热容的定律:元素的热容定律(杜隆---珀替定律)化合物的热同定律(柯普定律)5、量子理论的两个模型:爱因斯坦模型、德拜的比热模型6、热冲击损坏有两钟类型:抗热冲击断裂性、抗热冲击损坏性。
e-(a+s)x7、吸收可分为:选择吸收、均匀吸收。
吸收定律和散射定律公式: I = I8、发生形变的类型:弹性形变和塑性形变,发生脆性断裂的条件:外加应力的速率大于应力再分配的速率9、热击穿的本质是介质在电场中极化,介质损耗发热,当热量在材料内积累,材料温度升高,当出现永久性损坏。
10、导电材料中载流子是离子、电子和空位。
11、裂纹扩展方式:掰开型、错开型、及撕开型。
裂纹扩展的条件:物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成的两个新表面所需的表面能。
12、提高陶瓷材料的强度和韧性途径:微晶、高密度与高纯度、提高抗裂能力和预加应力、化学强化、相变增韧、弥散增韧13、热膨胀系数有:线膨胀系数和体积膨胀系数,对于各向同性的晶体αv =3αi对于异向同性的晶体:αv =αa+αb+α c14、色光的三原色:红、绿、蓝:原料的三间色:红、黄、蓝15、电导的方向有:离子电导和电子电导(玻璃态电导、无机材料的电导),霍尔效应是电子电导的特征;电解效应是离子电导的特征16、晶界效应包括:压敏效应和PTC效应17、利用双碱效应和压碱效应,可以减少玻璃的电导率18、极化类型:弹性位移极化、高介晶体极化、松弛极化、自发极化、偶极子转向极化、谐振式极化、夹层式极化与高压式极化前两个特点无损耗,后四个特点有损耗19、介质击穿的类型有:热击穿、电击穿、化学击穿简答题1、不同材料在外力作用时的变形特征?脆性材料:在弹性变形后没有塑性形变或塑性形变很小,接着就断裂,总弹性应变能非常小。
延性材料:开始表现为弹性形变,接着有一段弹塑性形变,然后才断裂,总变形能很大。
弹性材料:具极大的弹性形变。
2、显微结构对陶瓷材料的脆性断裂有何影响?气孔率、气孔或裂纹尖端的曲率半径及大小、晶粒的大小、晶界、内部应力、玻璃相、复合相3、为什么陶瓷材料具有脆性而金属材料具有塑性?P20金属易于滑移児产生塑性形变,就是因为金属滑移系统很多而无机材料的滑移系统却非常少。
原因是金属键没有方向性,而无机材料的离子键或共价键具有明显的方向性。
4、宏观塑性形变条件:有足够多的位错、位错有一定的运动速度、要有较小的伯氏矢量,易形成位错。
4、高位蠕变分为哪几个阶段?各阶段有何特点?(1)起始段oa在外力作用下发生塑性弹性形变,且为瞬时发生,与时间无关(2)第一阶段蠕变ab(蠕变减速阶段)应变速度随时间减速(3)第二阶段蠕变bc(稳态蠕变阶段)蠕变速率保持不遍(4)第三阶段蠕变cd(蠕变加速阶段)应变速率随时间递增,即曲线变陡,最后到d点断裂。
5、何为理论强度?使材料沿横截面所有原子间,将所有原子间的结合键同时拉断成为两部分需要的应力。
6、何为尺寸效应?尺寸较大的材料的实际强度比理论值低得多,而且实际材料的强度总在一定范围内波动,即是用相同材料在相同条件下制成的时间,强度值也有波动。
一般试件尺寸大,强度偏低。
4、用Griffith理论解释相变增韧的原理Griffith概念:Griffith认为实际材料中总是存在许多细小的裂纹或缺陷,在外力作用下,这些裂纹和缺陷附近产生应力集中现象,当应力达到一定程度时,裂纹扩展而导致断裂,所以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。
5、显微结构对材料脆性断裂的影响:(1)晶粒尺寸:晶粒愈小愈细,强度愈高。
(2)气孔的影响:无机材料的弹性模量和强度都随气孔率的增加而降低。
6、判断裂纹的稳定性?当(dwe /2dc)<(dws/2dc)时,为稳定状态,裂纹不会扩展;反之,当(dwe/2dc)>(dws/2dc) 时,裂纹失稳,迅速扩展;当(dwe /2dc)=(dws/2dc)时,为临界状态。
7、KI是反应裂纹尖端应力场强度的强度因子,应力场强度因子小于等于材料的平面应变断裂韧性,设计的构件是安全的。
8、强化复合材料的注意的几个原则:(1)使纤维尽可能多地承担外加负荷。
(2)二者的结合强度适当,否则基体中所承受的应力无法传递到纤维上。
(3)应力作用的方向应与纤维平行,才能发挥纤维的作用,因此注意纤维在基体中的排列。
(4)纤维与基体的热膨胀系数匹配,最好是纤维的热膨胀系数略大于基体的。
(5)考虑纤维和基体二者在高温下的化学相容性9、对热稳定性影响的主要因素是什么?其特点是什么?并解释该名词?主要因素是热应力,特点(1)与外力不同,(2)存在材料内部热应力:电子材料热膨胀后收缩引起的内应力10、透明陶瓷的特点?(1)高纯、高密、无气孔(2)晶粒尺寸小于入射光波长(3)无第二相或第二相的折射率与基质的折射率相差小(4)晶粒大小均匀11、热膨胀的机理:固体材料的热膨胀本质,归结为点阵结构中的质点间碰均距离岁高度升高而增大。
两侧受力u对称情况越显著,平衡位置向右移动越多,相邻质点间平均距离就增加的越多,以质点在r致晶胞参数增大,晶体膨胀。
12、热膨胀与结构的关系:由于玻璃的结构较疏松,内部的空隙较多,所以当温度升高,原子振幅加大,原子间距增大时,部分地被结构内部的空隙所容纳,而整个物体宏观的膨胀量就少些。
13、釉的膨胀系数比坯小,烧成后的制品在冷却过程中表面釉层的收缩比坯体小,使釉层中存在压应力,均与分布的预压应力能明显的提高脆性材料的力学强度。
14、固体材料热传导的微观机理:(1)把声子当作质点(2)格波的传播当作声子的运动(3)格波与物质的作用理解为声子与物质的碰撞(4)格波遇到的散射理解为声子与质点的碰撞,(5)理想晶体的热阻来源于声子与声子的碰撞15、提高抗热冲击断裂性能的措施:提高材料强度,减小弹性模量、提高材料的热导率、减小材料的热膨胀系数、减小表面热传递系数、减小产品的有效厚度。
16、影响透光性的因素有哪些?吸收系数、反射系数、散射系数(材料的宏观及显微缺陷、晶粒排列方向的影响、气孔引起的散射损失)17、提高无机材料透光性的措施:(1)提高原材料的纯度(2)参加外加剂,降低气孔率(3)原料适当预烧(4)控制烧成温度,防止二次重结晶(5)热压烧结(6)表面抛光18、选择乳浊剂原则有哪些?(1)颗粒及基体材料的折射率数值应当有较大的差别(2)颗粒尺寸应当和入射波长约略相等(3)颗粒的体积分数要高19、影响半透明性的因素有哪些?1、防止裂纹扩展措施(4分):A、使用应力不超过临界应力σc。
B、在材料中设置吸收能量的机构,阻止裂纹扩展。
C、人为地在材料中造成大量极微细的小于临界尺寸的裂纹,也可吸收能量,阻止裂纹的扩展。
20、(1)热膨胀与结合能和熔点的关系:结合能、熔点越高,则热膨胀系数较小;(2)热膨胀与温度、热容的关系:温度越高、热容越大,热膨胀系数越大;(3)热膨胀和结构的关系:通常结构紧密的晶体膨胀系数较大,而类似于无定形的玻璃,则往往有较小的膨胀系数。
21.结合双碱效应、压碱效应说明如何让降低玻璃的电导率:双碱效应:玻璃中碱金属离子浓度较大时,碱金属总离子浓度相同的前提下。
含两种碱金属比含一种的玻璃电导率要小,当两种碱金属离子比例适当,电导率可降低到很低。
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。
所以加入碱金属离子或二价金属氧化物,重金属氧化物可降低玻璃的电导率。