《材料物理性能》测试题汇总

最新 精品 Word 欢迎下载 可修改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MS、BR、HC均降低。 B 温度升高使得MS、BR降低，HC升高。C 冷塑性变形使得 D 冷塑性变形使得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 （ ）A 布氏硬度 B肖氏硬度 C 洛氏硬度 D显微硬度10、关于高温蠕变性能，下列说法中不正确的是 （ ）A 蠕变发生的机理与应力水平无关。 B粗化晶粒是提高钢持久强度的途径之一。C 松弛稳定性可以评价材料的高温预紧能力。 D 蠕变的热激活能与材料的化学成分有关。四、简答题（每题6分，共30分）：1、以杜隆珀替定律为例，简要回答热容模型的推导步骤。 2、直接交换作用是如何解释自发磁化现象的？3、什么是霍耳效应，简要回答其在电学性能中的应用。4、如何理解反射系数和折射率的关系？5、以BaTiO3晶体为例，简要说明热运动引起的自发极化。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磁化强度。压电体：某些电介质施加机械力而引起它们内部正负电荷中心相对位移，产生极化，从而导致介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。在一定应力范围内，机械力与电荷呈线性可逆关系这类物质导体：在外电场的作用下，大量共有化电子很易获得能量，集体定向流动形成电流的物体 半导体：能带结构的满带与空带之间也是禁带，但是禁带很窄，导电性能介于导体和半导体之间的物体绝缘体：在外电场的作用下，共有化电子很难接受外电场的能量，难以导通电流的物体热电效应：当材料存在电位差时会产生电流，存在温度差时会产生热流的这种现象电光效应：铁电体的极化能随E而改变，因而晶体的折射率也将随E改变，这种由外电场引起晶体折射率的变化一般吸收：在光学材料中，石英对所有可见光几乎都透明的，在紫外波段也有很好的透光性能，且吸收系数不变的这种现象选择吸收: 对于波长范围为3.55.0m的红外光却是不透明的，且吸收系数随波长剧烈变化的这种现象发光效率：发光体把受激发时吸收的能量转换为光能的能力受激辐射：当一个能量满足hv=E2-E1的光子趋近高能级E2的原子时，入射的光子诱导高能级原子发射一个和自己性质完全相同的光子的过程因瓦效应：将与因瓦反常相关联的其它物理特性的反常行为简答题电介质导电的概念、详细类别、来源。概念：并不是所有的电介质都是理想的绝缘体，在外电场作用下，介质中都会有一个很小的电流类别：一类是源于晶体点阵中基本离子的运动，称为离子固有电导或本征电导，这种电导是热缺陷形成的，即是由离子自身随着热运动的加剧而离开晶格点阵形成。另一类是源于结合力较弱的杂质离子的运动造成的，称为杂质电导来源（导电方式）：电子与空穴（电子电导）；移动额正负离子电导（离子电导）。对于离子电导，必须需要指出的是：在较低场强下，存在离子电导；在高场强下，呈现电子电导。硬磁材料与软磁材料各自的特点与区别。软磁材料：磁滞回线瘦长，高、 Ms高、 Hc小、 Mr低，如变压器铁芯，常用材料如工业纯铁、硅铁、铁镍合金、铁钴合金等。 硬磁（永磁）材料：磁滞回线短粗，低、 Hc与 Mr高，常用材料如铁氧体、铝镍、稀土钴、稀土镍合金等，80年代发展的Nd-Fe-B系合金Mr/Ms接近于1的矩形回线材料即矩磁材料是理想的磁记录材料。请简要回答热电性的三个基本热电效应。电滞回线的各个物理量的名称和物理意义。极化强度P，外加电场E，饱和极化强度Ps，剩余极化强度Pr，矫顽电场强度Ec磁滞回线的各个物理量的名称和物理意义。Hs称为使磁化强度达到饱和时的磁场强度，饱和磁感应强度Bs，Ms称为饱和磁化强度，Mr称为剩余磁化强度，要使M降至0，必须施加一反向磁场Hc， Hc称为磁矫顽力，请基于磁化率给物质磁性分类，并说明各类的物质磁化难以程度。 简要回答物质磁性的来源任何物质由原子组成，原子又有带正电的原子核（核子）和带负电的电子构成。核子和电子本身都在做自旋运动，电子又沿一定轨道绕核子做循规运动。它们的这些运动形成闭合电流，从而产生磁矩。材料磁性的本源是：材料内部电子的循规运动和自旋运动。为什么自发磁化要分很多的磁畴。交换能力图使整个晶体自发磁化至饱和，磁化方向沿着晶体易磁化方向，就使交换能和各向异性能都达到最小值。但必然在端面处产生磁极，形成退磁化场，增加了退磁场能，从而将破坏已形成的自发磁化，相互作用的结果使大磁畴分割为小磁畴，即减少退磁能是分畴的基本动力。分畴后退磁能虽减小，但增加了畴壁能，使得不能无限制分畴。当畴壁能与退磁能之和最小时，分畴停止。（局部的退磁场作用下，出现三角形畴（副畴，塞漏畴），与主磁畴路闭合，减少了退磁能，但增加各向异性能、磁弹性能）正常情况下，为什么半导体材料的电阻随着温度的升高而降低。载流子密度正常情况下，为什么金属的电导率随着温度的升高而降低。金属材料随温度升高，离子热振动的振幅增大，电子就愈易受到散射，可认为与温度成正比，则也与温度成正比。影响金属导电性的因素有哪些。为什么金属化合物的导电性要低于单一金属，请基于电离势能方面的差异进行简要说明。（1）晶体点阵畸变；（2）杂质对理想晶体的破坏；（3）影响了能带结构，移动费米面及电子能态密度和有效电导电子数；（4）影响了弹性常数。过渡金属与贵金属两组元固溶时：电阻异常高，原因它们的价电子可以转移到过渡金属的尚未被填满的d-或f-壳层中，从而使有效电导的电子数目减少。原子键合的方式发生了变化，其中至少一部分由金属键变为共价键获离子键，使导电电子减少。超导体为什么具有完全的抗磁性。这是由于外磁场在试样表面感应产生一个感应电流，此电流由于所经路径电阻为0，故它所产生的附加磁场总是与外磁场大小相等，方向相反，因而使超导体内的合成磁场为零。由于此感应电流能将外磁场从超导体内挤出，故称抗磁感应电流，又因其能起着屏蔽磁场的作用，又称屏蔽电流。简述本证硅的导电机理。导电机理：在热、光等外界条件的影响下，满带上的价电子获得足够的能量，跃过禁带跃迁至空带而成为自由电子，同时在满带中留下电子空穴，自由电子和电子空穴在外加电场的作用下定向移动形成电流。简述硅中掺杂硼的导电机理（要有示意图）在本征半导体中，掺入3价元素的杂质（硼，铝，镓，铟），就可以使晶体中空穴浓度大大增加。因为3价元素的原子只有3个价电子，当它顶替晶格中的一个4价元素原子，并与周围的4个硅（或锗）原子组成4个共价键时，缺少一个价电子，形成一个空位。因为，3价元素形成的空位能级非常靠近价带顶的能量，在价电子共有化运动中，相邻的原子上的价电子就很容易来填补这个空位（较跃迁至禁带以上的空带容易的多），从而产生一个空穴。所以每一个三价杂质元素的原子都能接受一个价电子，而在价带中产生一个空穴。 简述硅中掺杂砷的导电机理（要有示意图）本征半导体中掺入5价元素（磷，砷，锑）就可使晶体中的自由电子的浓度极大地增加。因为5价元素的原子有5个价电子，当它顶替晶格中的一个4价元素的原子时，余下了1个价电子变成多余的，此电子的能级非常靠近导带底，非常容易进入导带成为自由电子，因而导带中的自由电子较本征半导体显著增多，导电性能大幅度提高。 简述介质损耗的几种形式及造成这几种损耗的原因。介质损耗形式：1）电导（或漏导）损耗 实际使用的电介质都不是理想的绝缘体，都或多或少地存在一些弱联系带电离子或空穴，在E 作用下产生漏导电流，发热，产生损耗。 低场强下，存在离子电导（本征电导和杂质电导）；高场强下，电子电导。2）极化损耗 一方面：极化过程中离子要在E作用下克服热运动消耗能量，引起损耗。另一方面：松弛极化建立时间较长，极化跟不上外E的变化（特别是交流频率较高时），所造成的电矩往往滞后于E，即E达最大时，极化引起的极化电荷未达最大，当E开始减小时，极化仍继续增至最大值后才开始减小，当E为0时，极化尚未完全消除，当外E反向时，极板上遗留的部分电荷中和了电源对极板充电的部分电荷，并以热的形式散发，产生损耗。3）电离损耗 又称游离损耗，是气体引起的，含气孔的固体电介质，外E大于气体电离所需的E时，气体发生电离吸收能量，造成损耗。 剩余极化的形成过程。铁电畴在外电场作用下，总是要趋于与外电场方向一致，这称为电畴的“转向”。实际上电畴运动是通过在外电场作用下新畴的出现、发展以及畴壁的移动来实现的，而且由于转向时引起较大内应力，所以这种转向不稳定。当外加电场撤去后，则有小部分电畴偏离极化方向，恢复原位，而大部分电畴则停留在新转向的极化方向上，这叫剩余极化。铁电畴转向过程，包括在畴壁附近的作用过程。在外电场的推动下，电畴会随外电场方向出现转向运动。其运动过程分为新畴成核、发展和畴壁移动来实现。畴：反向电场（边沿，缺陷处即成核）新畴尖劈状的新畴向前端发展（因畴前移速度快几个 数量级）,畴不产生应力（因自发极化反平行），一般需耗较大电场能。畴：对于畴的“转向”虽然也产生针状电畴，但是主要是通过畴的侧向运动来实现。但因晶轴的长缩方向不一致，而产生应力并引起近邻晶胞承受压力。为什么铁电单晶剩余极化值比铁电陶瓷高。实际的铁电体中，必然同时存在畴和畴，并且相互影响，相互牵制。尤其多晶陶瓷中杂质，缺陷，晶粒间界，空间电荷的存在将给电畴的转向带来电的或机械应力方面的影响，故铁电陶瓷在外电场作用下的定向移动率，通常比铁电单晶的定向率低的多压电体产生压电效应的机制是什么,请简要画出压电效应的机理示意图。因为机械作用（应力与应变）引起了晶体介质的极化，从而导致介质两端表面内出现符号相反的束缚电荷。综合题引起电介质击穿的形式及其对应物理机制。击穿形式： 1）电击穿 是一电过程，仅有电子参与。过程：强电场作用下，少数能量高的“自由电子”，沿反电场方向运动，形成电流（漏电流），其运动过程中不断碰撞介质内的离子，并将其部分能量传递给离子。当外电压足够高时， “自由电子”速度超过某一临界值，就使被撞击的离子电离出一些新电子，即成为“次级电子”，原自由电子与次级电子又从电场中获得能量而加速，又撞击出三级电子，这样连锁反应，造成大量自由电子，形成“电子潮”，使贯串介质的电流迅速增大，导致介质击穿。2）热击穿 绝缘材料在电场作用下出现各种消耗，部分电能转换为热能，外电压足够高时，产生的热量大于散发热量，温度升高，产生热量进一步增加，这样恶性循环，使材料不断升温，超过一定限度，介质被烧裂，熔融等，丧失绝缘能力，称介质的“热击穿”。3）化学击穿 长期运行在高温、潮湿、高压或腐蚀性气体环境中的绝缘材料，内部发生电解、腐蚀、氧化、还原、气孔中气体电离等不可逆的化学过程，经一定时间，材料老化，丧失绝缘性能，导致击穿。如氧化物还原出金属离子。超导现象的物理机制是什么。超导现象产生的原因是超导体中的电子在超导态时，电子间存在着特殊的吸引力，而不是正常态时的静电斥力。这种吸引力使电子双双结成电子对。它是超导态电子与晶格点阵间相互作用产生的结果。使动量和自旋方向相反的两个电子el、e2结成了电子对，称为库柏电子对请阐明P209页图4.19的物理特征。、可见光中波长最短的是紫光，波长最长的是红光：、所以，Eg1.8eV的半导体材料，是不透明的，因为所有可见光都可以通过激发价带电子向导带转移而被吸收。、Eg=1.83.1的非金属材料，是带色透明的，因为只有部分可见光通过激发价带电子向导带转移而被材料吸收。 铁磁性物质产生铁磁性的充分条件及自发磁化的物理机制。铁磁性产生的充分条件：原子内部要有未填满的电子壳层（或说存在固有磁矩），且A具有较大的正值（或说可发生自发磁化）。前者是指原子的本征磁矩，后者指的是要有一定的晶体点阵结构。机理：据键合理论，原子相互接近形成分子时，电子云要相互重叠，电子要相互交换位置。对过渡族金属，原子的3d与4s态能量接近，它们电子云重叠时引起了3d、4S态电子的交换。交换所产生的静电作用力称为交换力，交换力的作用迫使相邻原子的自旋磁矩产生有序的排列。因交换作用而产生的附加能量称为交换能：金属半导体接触时，请基于逸出功大小阐述接触电效应。假定金属的逸出功M大于半导体的逸出功 S ，当形成MS结时，半导体中的电子会向金属中扩散，使金属表面带负电，半导体表面带正电，能带发生移动，形成新的费米能而达到平衡，不在有静电子的流动，形成了接触电位差，VMS = (M - S)/e. 并在接触界面出现一个由半导体指向金属的内电场，阻碍载流子的继续扩散。也形成了耗尽层，能带向上弯曲，在金属与半导体两侧形成势垒高度稍有不同的肖特基势垒。这种MS结具有整流作用。当M 2/3D时，线性关系已足够正确，即在室温和更高一些温度都可写成：T= 0(1+T)，为电阻温度系数。在低温下决定于“电子-电子”散射的电阻可能占优势，这是由于在此低温下决定于声子散射的电阻大大减弱的缘故（低温下晶格振动大大减弱），这时的电阻与温度的平方成正比，即电-电T2，普通非过渡金属的电阻与温度的关系示于右图。即：存在如下关系： 1电声 T（TD）2电声 T5（TD）3电电 T2（T2K） 说明物质的抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性及亚铁磁性之间的异同点？答：在五种磁性物质中，只有抗磁性物质没有永久性的离子（或原子）磁矩，其他四种都有永久性的离子（或原子）磁矩，但它们的磁性行为又不相同。除了磁化率不相同以外，最主要的是它们的磁结构各不相同：(1) 顺磁性物质的原子磁矩混乱取向，处于磁无序状态；(2) 铁磁性物质由于静电交换作用，在一定范围内相邻原子磁矩平行取向；(3) 在反铁磁性物质内部，相邻原子磁矩反平行排列，反铁磁性物质仅在某一临界温度下存在，此临界温度称为奈耳温度TN，加热到TN以上，反铁磁性转变为顺磁性或其它磁性；(4) 亚铁磁性仅在化合物或合金中存在，它由磁矩大小不同的两套方向相反的铁磁性交错排列组成，即AB，相同磁性的离子磁矩同向平行排列，而不同磁性的离子磁矩是另一个相反方向的平行排列。分析物质的抗磁性、顺磁性、反铁磁性及亚铁磁性与温度之间的关系？答：(1) 抗磁性是由外磁场作用下电子循轨运动产生的附加磁矩所造成的，与温度无关，或随温度变化很小。(2) 根据顺磁磁化率与温度的关系，可以把顺磁体分为三类，一是正常顺磁体，其原子磁化率与温度成反比；二是磁化率与温度无关的顺磁体；三是存在反铁磁体转变的顺磁体，当温度高于一定的转变温度TN时，它们和正常顺磁体一样服从局里-外斯定律，当温度低于TN时，它们的原子磁化率随着温度下降而减小，当T0K时，磁化率趋于常数。(3) 反铁磁性物质的原子磁化率在温度很高时很小，随着温度逐渐降低，磁化率逐渐增大，温度降至某一温度TN时，磁化率升至最大值；再降低温度，磁化率又减小。(4 ) 亚铁磁性物质的原子磁化率随温度的升高而逐渐降低。简述热性能的物理本质和热稳定性。答：热性能的物理本质：晶格的热震动即质点围绕平衡位置作微小震动。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。导电材料中的载流子有哪些？答：电子；离子；空位。有哪些缺陷均会使金属电阻率增加？答：空位；位错；间隙原子以及它们的组合。原子核外电子排布的规则是什么？答：泡里不相容原理；能量最低原理；洪特规则。磁畴形成的两个条件有哪些？答：(1) 原子中必须有未填满电子的内层，因而存在未被抵消的自旋磁矩。(2) 相邻原子间距a与未填满的内电子层半径r之比大于3，即a/r3。影响金属材料热导率的因素？答：温度，原子结构，合金的成分和晶体结构，气孔率。影响金属材料的弹性模量的主要因素？答：金属材料原子结构；金属的点阵结构。引起金属内耗的因素？答：1、有电子壳层参加的原子现象范围内只有两种类型的力：磁力和静电力。 （ ）2、半导体的能带结构不取决于晶体点阵和组成元素的性质，而载流子的有效质量则是反应能带结构的重要参量3、直流电位差计是比较测量法测量电动势（或电压)的一种仪器4、电阻率和电导率是对材料成分、组织和结构极敏感的电参数，能灵敏地反映材料内部的微弱变化。 5、铁磁材料从退磁状态被磁化到技术饱和的过程中存在不可逆过程。 （ ）6、矫顽力很小而磁化率很大的材料称为“软磁材料”，将矫顽力很小而磁化率也小的材料称为“硬磁材料”，磁滞回线为矩型的材料称为“矩磁材料” 。 （ ）7、抗磁体的磁化率或者与温度无关，或者随温度变化产生大变化。 （ ）8、当合金融化、凝固以及发生同素异构转变时，磁化率不发生突变。 简答题1、位移型铁电体及其应用？2、反磁化过程和磁矫顽力的描述？3、用外斯假说描述的铁磁性的物理本质。三、计算题1、 固溶体有限溶解度的电阻测定分析原理为何？已知Cu-Mg2Sn合金中，200oC时Mg2Sn的溶解度为1.5wt%、400oC为1.6wt%、470oC为1.7wt%、520oC为2.0wt%、600oC为2.85%、650oC为5.1wt%，完成右图中Mg2Sn的溶解度曲线，并估算500oC时的溶解度数值。四、论述题为何GaAs 在某些方面比硅或锗更具优越性。15、简述简述电介质的四大电极化机制？五、分析题 1、利用右图分析气孔率对材料导系数及热传导的影响，20、19、举例说明图为金属粉末导热率与气孔率的关系曲线。粉末银粉和热压银粉的实验点说明什么。