材料物理性能总结.docx

第一章（小括号内为页码）1.原子间的键合类型有几种？（1）原子间的键合类型有：金属键、离子键、共价键、分子键和氢键。2.什么是微观粒子的波粒二象性？（2）光子这种微观粒子表现出双重性质波动性和粒子性，这种现象叫做波粒二象性。“二象性”并不只限于光而具有普遍意义。3.什么是色散关系？什么是声子？声子的性质？（20、25）（1）频率和波矢的关系叫色散关系。色散关系形成晶格的振动谱。【定义波数|K|=，K即为波矢量，简称波矢。（4）】（2）声子就是晶格振动中的独立简谐振子的能量量子。 （3）声子具有粒子性和准粒子性。粒子性：弹性声波可以认为是声子流，声子携带声波的能量和动量。准粒子性：声子的动量不确定，波矢改变一个周期（倒格矢量）或倍数，代表同一振动状态，所以不是真正的动量；系统中声子的数目不守恒，一般用统计方法进行计算。4.声子概念的意义（25） 可以将格波与物质的相互作用过程理解为，声子和物质（如，电子、光子、声子等）的碰撞过程，使问题大大简化，得出的结论也正确。5.高聚物分子运动的特点（28） 高聚物的结构是多层次的，这导致其分子运动的多重性和复杂性。与小分子相比，高分子的运动具有一些不同的特点。 （1）运动单元的多重性 按照运动单元的大小，可以把高分子的运动单元大致分为大尺寸和小尺寸两类运动单元，前者指整链，后者指链段、链节和侧基等。 （2）分子运动的时间依赖性 在一定的温度和外场（力场、电场、磁场）作用下，聚合物从一种平衡状态通过分子运动转变为与外场相适应的另一种平衡状态的过程，称为松弛过程。分子运动完成这个过程总是需要时间的，不可能瞬间完成，所需要的时间即称为松弛时间。运动单元越大，运动中所受到的阻力越大，松弛时间越长。 （3）分子运动的温度依赖性 高分子的运动强烈依赖于温度，升高温度能加速高分子的运动。这一方面是由于增加了分子热运动的能量，另一方面是使高聚物体积膨胀，增加了分子间的自由体积。对任何一种松弛过程，其温度依赖性都服从阿伦尼乌斯方程，松弛时间可表示为：e 式中，R为气体常数；T为热力学温度；H为松弛过程所需活化能；为一常数。6.影响玻璃化温度的因素（33-35） 从玻璃化转变的实质看，玻璃化温度是高分子链段运动刚被冻结（或激发）的温度，因此，凡是有利于链段运动的因素都有利于降低玻璃化温度，凡是不利于链段运动的因素都会引起玻璃化温度的升高。 （1）分子链结构的影响 链段运动是通过主链上单键的内旋转来实现的。因此从化学结构上看，决定高聚物玻璃化温度的主要因素有两个：主链本身的柔性和高分子间的作用力。高分子链的柔性越高，分子间作用力越小，高聚物的玻璃化温度越低。 高分子链的柔性跟以下因素有关：主链结构；侧基、侧链；离子型高聚物；交联。 （2）分子量的影响 分子量的增加使Tg升高，特别是当分子量较低时，这种影响更为明显。 （3）增塑剂的影响 增塑剂对Tg的影响是非常显著的。（增塑剂一般为小分子的低挥发性物质，在工业中有着重要的实际意义。增塑剂的加入不仅使聚氯乙烯有良好的成型加工性，也使制品可以满足不同的性能要求，可以使聚氯乙烯从坚硬塑料，变化为柔软的薄膜材料。） （增塑剂的加入使玻璃化温度降低的原因可以归结为两个：一是增塑剂上的极性官能团与聚氯乙烯上的氯原子产生相互作用，减少了聚氯乙烯分子间的相互作用，相当于把氯原子屏蔽起来，结果使物理交联点减少；二是增塑剂分子比聚氯乙烯小很多，它们的活动比较容易，可以方便的为链段运动提供所需的空间。） （4）外界条件的影响 升温速度和外力作用时间 一般说来，升温速度降低10/min，Tg降低3。 外力 外力能促进链段沿外力作用方向运动，使Tg降低。应力越大，Tg越低。 流体静压力 如果高聚物受到流体静压力，则其内部的自由体积将被压缩，玻璃化温度会升高。静压力越大，玻璃化温度越高。7.影响高聚物流动温度的因素（39） 由于高聚物分子量的多分散性，一般高聚物都没有明确的流动温度，而只有一个较宽的软化温度范围。 影响流动温度的因素 （1）分子量 当分子量较低时，高聚物只有一种运动单元，其Tg与Tf重合。分子量超过某一限度后，高聚物出现高弹态，此时Tg与分子量基本无关，但Tf随分子量的增加而继续上升。 分子量越大，整链运动越困难，因而流动温度越高。 （2）分子间作用力 分子间作用力越大，分段位移越困难，流动温度越高。 （3）外力 增大外部应力能部分抵消分子链链段的无序热运动，从而促进分子链在力作用方向上的分段运动，因此流动温度随应力的增加而降低。延长外力作用时间，也有助于分子链的分段运动，使流动温度降低。8.线型非晶高聚物的力学状态（29-30） 在一定的外场条件下，高聚物相应的分子运动状态称为高聚物的力学状态，也称为物理状态。 对线型非晶高聚物，其温度-形变曲线可以分为五个区域。 区域1，在较低的温度下，高聚物的形变很小，类似于坚硬的玻璃体，所以称为玻璃态。 区域2，随着温度的升高，链段的松弛过程表现得相当明显，高聚物的变形能力提高，是玻璃态向高弹态的转变区，也称为玻璃化转变区。 区域3，温度升高到一定值后，在此后的一个温度区间内，形变达到相对的稳定，此时高聚物成为柔软的固体，弹性形变值可达原长的510倍，外力除去后形变容易回复，这一力学状态称为高弹态。 区域4，进一步升高温度，高聚物开始产生不可回复的形变，开始向流体转变。这一力学状态是高弹态向黏流态的转变区。 区域5，此时温度很高，高聚物成为黏性液体，可以发生黏性流动，这一力学状态称为黏流态。第二章1.材料的热学性能包括热容、热膨胀、热传导、热稳定性、熔化和升华等。（41）2.什么是热容？什么是杜隆-珀替定律和奈曼-柯普定律？（42） 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。 （元素的热容定律）杜隆-珀替定律：恒压下元素的原子热容为25J/(Kmol)； （化合物的热容定律）奈曼-柯普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。3.试述线膨胀系数和体膨胀系数的关系（48） 线膨胀系数是温度升高1K时，物体的相对伸长，用表示；体膨胀系数是温度升高1K时物体体积相对增长值，用表示。 若物体是立方体，有如下近似关系：3 对于各向异性的晶体，各晶轴方向的线膨胀系数不同，假如分别为、，则有： =+4.请分析热膨胀和其他性能的关系（49-50）（1）热膨胀和熔点的关系当固态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。格律乃森给出了固体膨胀的极限方程为：Tm=CVT为熔点时的固态晶体体积；V0为0K时的固态晶体体积；Tm为熔点温度；C为常数。线膨胀系数与熔点的关系有一个经验表达式：Tm=0.022固态晶体的熔点愈高，其膨胀系数就愈低，这也间接反映了晶体原子间结合力大小的信息。（2）热膨胀系数与热容的关系 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。显然，热膨胀系数与热容密切相关。格律乃森根据晶格热振动理论导出了热膨胀系数与热容的关系为=; = 式中，和分别为线膨胀系数和体膨胀系数；V为体积；cV为定容热容；r为格律乃森常数；K0为绝对零度时的体积弹性模量。对于一般材料，r值在1.52.5之间。7.什么是热稳定性？无机材料受热损坏类型有几种？（60-62）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，所以又称为热抗震性。从无机材料受热损坏的形式来看，可分成两种类型：一种是材料发生瞬时断裂，抵抗这类破坏的性能称为抗热冲击断裂性；另一种是在热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落，并不断发展，最终破裂或变质，抵抗这类破坏的性能称为抗热冲击损伤性。8.高分子材料在受热过程中将发生的变化（61）高分子材料在受热过程中将发生两类变化：一是物理变化，包括软化、熔融等；二是化学变化，包括交联、降解、环化、氧化、水解等。9.简述高聚物的结构与耐热性的关系（61）聚合物的结构对高分子材料的热稳定性有着重要影响，欲提高高聚物的耐热性，从高分子结构方面考虑，主要是加强分子链之间的相互作用力或强化高分子链本身，归结起来，主要有三个结构因素：增加高分子链的刚性、使高聚物结晶以及进行交联，这也即是所谓的马克三角定律。（1）增加高分子链的刚性 要使分子链呈现刚性，可以采用使分子链带上庞大侧基的办法，如聚苯乙烯。（2）提高高聚物的结晶能力 结晶是增加高分子链相互作用的有效方法。（3）进行交联 交联高聚物由于分子链间化学键的存在阻碍了分子链的运动，从而提高了高聚物的耐热性。10.高聚物的热分解与耐热性的关系（62）在更高的温度下，高聚物可能发生两种相反的化学变化，即降解和交联。在许多高聚物中，降解和交联这两种反应在一定条件下几乎同时发生并达到平衡，这时在材料的宏观性能上观察不到什么变化。然而，如果其中某一反应占优势时，高聚物或因降解而破坏，或因交联过度而发硬、变脆。所以要提高聚合物的耐热性，还不能单纯的从提高玻璃化温度和熔点来考虑，还必须同时考虑高聚物在高温下的稳定性。高聚物的热降解和交联与化学键的断裂和生成有关。因此，高分子中化学键的键能越大，材料就越稳定，耐热分解能力也就越强。通过对各种高聚物热分解的研究，发现高聚物的热稳定性与高分子链结构有紧密联系，在此基础上提出了一些提高聚合物热稳定性的措施。在高分子链中避免弱键。主链中靠近叔碳原子和季碳原子的键容易断裂，如一些高聚物分解温度的顺序为：聚乙烯支化聚乙烯聚异丁烯聚甲基丙烯酸甲酯。在高分子主链中尽量避免一长串连接的亚甲基CH2，并尽量引入较大比例的环状结构。合成“梯形”、“螺形”或“片状”高分子。所谓梯形和螺形分子结构是指高分子的主链不是一条单链，而是形成像“梯子”或“双股螺线”的结构。11.什么是热应力？其计算公式怎样？（63）由于材料热膨胀或收缩引起的内应力称为热应力。计算公式：12.非平面薄板状陶瓷限制骤冷时的最大温差表达式怎样？（64）；为迁移率，S为形状因子（对薄板则有S=1）13.材料所能经受的最大降温速率的计算公式（67）； 定义第三热应力因子，则材料所能经受的最大降温速率可表示为 14.提高抗热冲击断裂性能的措施（69）提高陶瓷材料抗热冲击断裂性能的措施，主要根据是抗热冲击断裂因子所涉及的各个性能参数对热稳定性的影响。（1）提高材料强度，减少弹性模量E，使提高。（2）提高材料的热导率，使提高。（3）减少材料的热膨胀系数，小的材料，在同样的温差下，产生的热应力小。（4）减少表面热传递系数h。（5）减少产品的有效厚度。15.热分析方法有几种？它们的定义？（70-71）热分析方法有：普通热分析、差热分析（DTA）、示差扫描量热法（DSC）、热重分析（TG）和热膨胀分析等。（1）普通热分析法是测量材料在加热或冷却过程中热效应所产生的温度和时间的关系的一种分析方法。（2）差热分析是在程序控制温度下，将被测材料与参比物在相同条件下加热或冷却，测量试样与参比物之间温差（）随温度（T）时间（t）的变化关系。（3）差示扫描量热法是在程序温度控制下用差动方法测量加热或冷却过程中，在试样和标样的温度差保持为零时，所要补充的热量与温度和时间的关系的分析技术，一般分为功率补偿差示扫描量热法和热流式差示扫描量热法。（4）热重法就是在程序控制温度下测量材料的质量与温度关系的一种分析技术，把试样的质量作为时间或温度的函数记录分析，得到的曲线称为热重曲线。16.简述热分析的应用（71-72）差热分析、热重、差示扫描量热和热机械分析是热分析的四大支柱，用于研究物质的物理现象（结晶性质的变化、融化、升华、吸附等）和化学现象（脱水、分解、氧化、还原等），几乎在所有自然科学中得到应用。（1）物质的鉴定热分析谱图可作为物质的指纹图，这早已被地质学家、陶瓷学家和冶金学家所证实。其特点是多种混合物不经分离很快获得各个特征扫描图谱。（2）进行热力学研究用热分析方法可测定各种热力学函数，如各种潜热、比热容、生成热、反应热、爆燃热等。以及对各种合金，浓溶液相图的研究。（3）动力学研究研究物质在程序温度过程中的反应速度、反应活化能和反应级数等。（4）结构与物理性能关系的研究例如络合物稳定性与其结构关系、高分子的物理性能与一般结构和超分子结构的关系，生物大分子的结构与生物功能的关系等，都可以采用热分析方法进行研究。第三章1.什么是折射率？（76）当光从真空进入较致密的材料时，光的传播速度会降低。介质对光的折射性质用材料的折射率n表示，光在真空中的传播速度与在致密材料中传播速度的比值就称为材料的绝对折射率，即 2.试述影响折射率的因素（77-78）（1）离子半径 物质分子由于产生极化作用引起折射，极化是有方向性的，所以材料的折射率n与材料的极化有关，一般情况下离子的极化率愈大，材料的折射率也愈大。（2）材料的结构 折射率除与离子半径有关外，还和离子的排列密切相关。（3）材料所受的应力 对各向同性的材料施加拉应力时，垂直于拉应力方向的n大，平行于拉应力方向的n小，单向压缩具有相反的效果，而且折射率的变化与施加的拉应力成比例，所以，不同方向折射率的差别可以用来作为测量应力的方法。3.什么是透射系数？反射系数？色散？全反射？（79-80、85）若入射光的单位能量流为W时，、分别为单位时间内通过单位面积的反射光和折射光的能量流。有反射系数R=；透射系数1R。材料的折射率随入射光的频率的减小（或波长的增加）而减小的性质，称为材料的色散。对于所考虑的任何入射光波长，材料的色散为 色散 光线由光密介质进入到光疏介质中，折射角恒大于入射角，所以可实现在小于90的前提下使90，这时的光线完全不能透出，这种现象称作全反射。令=90，由折射率的定义得到全反射的临界条件为： 4.什么是散射定律与吸收定律？色散系数？（80-85）吸收定律：，是物质的吸收系数，是材料的特征量。该式也称为朗伯特定律，表明光强度随厚度的变化符合指数衰减规律。散射定律：，s为散射系数，与散射（质点）的大小、数量以及散射质点与基体的相对折射率等因素有关。色散系数：，、和分别是以钠的D谱线（5893）、氢的F谱线（4861）和C谱线（6563）为光源，测得的折射率。5.提高无机材料透光性的措施（87-88）（1）提高原材料的纯度 为提高材料透光性，材料纯度应尽可能高。（2）掺加外加剂 表面看起来，掺加主成份以外的其他成分，似乎会影响材料的透光率，但是，这里掺加外加剂的目的是降低材料的气孔率，特别是降低材料烧成时的闭孔。（3）工艺措施 一般，采取热压法要比普通烧结法更便于排除气孔，因而是获得透明陶瓷较为有效的工艺，热等静压法效果更好。 6.请列出三种常用的乳浊剂（89-90）乳浊剂是在熔制时形成的惰性产物，或者是在冷却或再加热时从熔体中结晶出来的。常用的乳浊剂有：TiO2、Sb2O5、ZnS、SnO27.着色剂有几种？试述着色机理（92）着色剂有分子着色剂和胶态着色剂两种。着色的基本原理是着色剂对光的选择性吸收而引起选择性反射或选择性透射，从而显现颜色。在分子着色剂中，主要起作用的是本身可着色的简单离子，或是通过复合着色的复合离子。胶态着色剂最常见的有胶体金（红）、银（黄）、铜（红）以及硫硒化镉等几种。但金属与非金属胶体粒子有完全不同的表现，金属胶体粒子的吸收光谱或者说呈现的色调，取决于粒子的大小，而非金属胶体粒子则主要取决于它的化学组成，粒子尺寸的影响很小。8.怎样提高着色剂的稳定度？（92）通常为使高温色料（如釉下彩料等）的颜色稳定，一般都先将显色离子合成到人造矿物中去。最常见的是形成尖晶石形式AOB2O3，这里A是二价离子，B是三价离子。因此只要离子的尺寸合适，则二价、三价离子均可固溶进去。由于堆积紧密，结构稳定，所制成的色料稳定度高。此外，也有以钙钛矿型矿物为载体，把发色离子固溶进去而制成陶瓷高温色料的。10.电光效应和磁光效应？声光效应？它们的应用？（101-102）（1）材料在电场作用下其光学特性发生变化的现象称为电光效应，其中材料的折射率与电场强度成直线关系变化的电光效应为波克尔效应，与电场强度平方成直线关系变化的电光效应为克尔效应。由于折射率随电场而变，电光晶体可以应用在光学振荡器、频率倍增器、激光频振腔中的电压控制开关以及用在光学通信系统中的调制器。（2）材料在磁场作用下其光学特性发生变化的现象称为磁光效应，其中材料的偏振光面发生偏转的称为磁光法拉第效应，偏振光面偏转角随磁场强度而变化的称为磁光克尔效应。利用材料的磁光效应可制成许多磁光器件，如调制器、隔离器、旋转器、相移器、Q开关等快速控制激光参数的器件，也可用于激光雷达测距光通信激光放大等系统中的光路中。（3）材料在声波作用下其光学特性发生变化的现象称为声光效应，超声波引起的声光效应尤为显著，这是因为超声波能够引起物质密度的周期性密疏变化，从而使在该物质中传输的光改变行进方向。声光材料可以分为玻璃材料和晶体材料两大类。玻璃材料一般只适于声频低于100MHz的声光器件。单晶介质是最重要的声光材料，适宜制造声频高于100MHz的高效声光器件。声光介质材料被广泛用于声光偏转器、声光调制器和声光可谐滤波器等各类声光器件。第四章1.怎样判断离子电导和电子电导？什么是霍尔效应？电解现象？（106-107）载流子为离子或离子空穴的电导称为离子式电导，载流子为电子或电子空穴的电导称为电子式电导。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导电性质。电子电导的特征是具有霍尔效应；离子电导的特征是存在电解效应。沿试样x轴方向通入电流I（电流密度jx），z轴方向加一磁场Hz，那么在y轴方向将产生一电场Ey，这一现象称为霍尔效应。离子的迁移率伴随着一定的质量变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新的物质，这就是电解现象。2.载流子的迁移率的物理意义？电导率的一般表达式？（107-108）定义载流子的迁移率为，其物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度。电导率的一般表达式：（n为微观载流子的浓度）3.简述影响离子电导率的因素，对图45进行解释。（112）（1）温度 随着温度的升高，电导按指数规律增加。（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。（3）晶格缺陷 具有离子电导的固体物质称为固体电解质。实际上只有离子晶体才能成为固体电解质，共价键晶体和分子晶体都不能成为固体电解质。离子晶体要具有离子电导的特性，必须具备以下两个条件：电子载流子的浓度小；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。4.导电高聚物有哪两类？（113）一种是本征型高聚物导体；另一种为复合型高聚物导体，它是由电绝缘的普通高聚物与导电填料复合而成的体系。5.超导体的三个重要性能指数及其定义。（115116）（1）临界转变温度Tc ：材料有电阻的状态为正常态，失去电阻的状态为超导态，材料由正常状态转变为超导状态的温度称为临界温度，以Tc表示。（2）临界磁场强度Hc ：在TTc时，将超导体放入磁场中，当磁场强度高于某个值时，则磁场力线将穿入超导体，超导态被破坏而成为正常态，这个能破坏超导态的最小磁场强度值就称为临界磁场强度，用Hc表示。（3）临界电流密度Jc ：如果输入电流所产生的磁场与外磁场之和超过临界磁场强度Hc ，则超导态被破坏，这时输入的电流为临界电流Ic ，相应的电流密度称为临界电流密度Jc 。6.简述影响金属的导电性的因素。（119125）影响材料导电性能的因素主要有温度、化学成分、晶体结构、杂质和缺陷的浓度及其迁移率等。（1）温度的影响 金属电阻率随温度升高而增大。（2）应力的影响 弹性应力范围内的单向拉应力，使原子间的距离增大，点阵的畸变增大，导致金属的电阻增大。（3）冷加工变形的影响 冷加工变形后的纯金属（如铁、铜、银、铝等）的电阻率增加2%6%。冷加工变形将使合金电阻率降低。（4）合金元素及相结构的影响 纯金属的导电性与其在元素周期表中的位置有关，这是由不同的能带结构决定的。而合金的导电性则表现得更为复杂，这是因为金属中加入合金元素后，异类原子将引起点阵畸变，组元间相互作用引起的有效电子数的变化和能带结构的变化，以及合金组织结构的变化等，这些因素都会对合金的导电性产生明显的影响。.固溶体的导电性a.固溶体组元浓度对电阻的影响 一般情况下形成固溶体时合金的电导率降低，即电阻率增高。b.有序固溶体的电阻 固溶体有序化对合金的电阻有显著的影响，其影响作用体现在两方面：一方面，固溶体有序化后，其合金组元间化学作用加强，电子结合比无序固溶体强，导致导电电子数减少而合金的剩余电阻增加；另一方面，晶体的离子电场在有序化后更对称，从而减少对电子的散射，使电阻降低。综合这两方面，通常 情况下第二个因素占优势，因此有序化后，合金的电阻总体上是降低的。c.不均匀固溶体（K状态）的电阻 冷加工变形对固溶体电阻的影响，如同纯金属一样，也使电阻增大，且形变对固溶体合金电阻的影响比纯金属大得多。.金属化合物的导电性 当两种金属原子形成化合物时，其合金电导率要比纯组元的电导率低得多，这是因为组成化合物后，原子间的金属键至少有一部分转化为共价键或离子键，使有效电子数减少，导致电阻率增高。正是由于键合性质发生变化，在一些情况下，金属化合物还能成为半导体，甚至使金属完全消失导电性质。.多相合金的导电性 当合金有两个或两个以上相组成时，多相合金的导电性不仅与组成相的导电性及相对量有关，还与合金的组织形态有关。7.简述材料导电性的测量。（125128）材料导电性的测量实际上就是测量试样的电阻，因为根据试样的几何尺寸和电阻值就可以计算出它的电阻率。电阻的精密测量方法常用的有以下几种：（1）双臂电桥法 双臂电桥法是测量小电阻（可小到10-610-1）的常用方法。电阻率的精度除了与电阻的测量有关外，还与试样尺寸的测量精度有关，而且还必须考虑温度的影响所造成的误差。（2）直流电位差计测量法 直流电位差计是比较法测量电动势（或电压）的一种仪器。比较双臂电桥法和电位差计法可知，当待测金属电阻随温度变化时，用电位差计法比双臂电桥法精度高，这是因为双臂电桥法在测高温和低温电阻时，较长的引线和接触电阻很难避免。（3）直流四探针法 直流四探针法也称为四电极法，主要用于半导体材料或超导体等的低电阻率的测量。四探针法的优点是，探针与半导体样品之间不要求制备合金结电极，这给测量带来了方便。四探针法可以测量样品沿径向分布的断面电阻率，从而可以观察电阻率的不均匀情况。这种方法可迅速、方便、无破坏地测量任意形状的样品且精度较高，适合于大批生产中使用。但由于该方法受针距的限制，很难发现小于0.5mm两点间电阻的变化。（4）绝缘体电阻的测量 对于电阻率很高的绝缘体，可采用冲击检流计法测量。8.试述玻璃态电导的特点及降低电导的方法。（130131）在含有碱金属离子的玻璃中，基本上表现为离子电导。纯净玻璃的电导一般较小，但如含有少量的碱金属离子就会使电导大大增加。这是由于玻璃的结构松散，碱金属离子不能与两个氧原子联系以延长点阵网络，从而造成弱联系离子，因而电导大大增加。在碱金属氧化物含量不大的情况下，电导率与碱金属离子浓度有直线关系。到一定限度时，电导率呈指数增长。这是因为碱金属离子首先填充在玻璃结构的松散处，此时碱金属离子的增加只是增加电导载流子数。当空隙被填满之后继续增加碱金属离子，就开始破坏原来结构紧密的部位，使整个玻璃体结构进一步松散，因而活化能降低，导电率指数式上升。在生产实际中发现，利用双碱效应和压碱效应，可以减少玻璃的电导率，甚至可以使玻璃电导率降低45个数量级。双碱效应是指当玻璃中碱金属离子总浓度大时，碱金属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。压碱效应是指含碱玻璃中加入二价金属氧化物，特别是重金属氧化物，使玻璃的电导率降低。9.试述无机材料的次级现象（空间电荷效应、电化学老化现象）。（132）（1）电化学老化现象 电化学老化是指在电场作用下，由于化学变化引起材料电性能不可逆的恶化。一般电化学老化的主要原因是离子在电极附近发生氧化还原过程，有下面几种情况。电子-阳离子电导 参加导电的为一种阳离子和电子，通常在具有变价阳离子的介质中发生。电子-阴离子电导 参加导电的为一种阴离子和电子。阳离子-阴离子电导 参加导电的既有正离子，也有负离子。阳离子-阳离子电导 参加导电的为阳离子。（2）空间电荷效应 在测量陶瓷电阻时，经常可以发现，加上直流电压后，电阻需要经过一定的时间才能稳定。切断电源后，将电极短路，发现类似的反向放电电流，并随时间减少到零。随时间变化的这部分电流称为吸收电流，最后恒定的电流称为漏导电流，这种现象称为吸收现象。吸收现象主要是因为在外电场作用下，瓷体内自由电荷重新分布的结果。空间电荷的形成主要是因为陶瓷内部具有微观不均匀结构，因而各部分的电导率不一样。10.试述半导体陶瓷的物理效应及其应用。（137141）（1）晶界效应PTC效应价控型BaTiO3半导体最大特征是在材料的正方相立方相相变点（居里点）附近，电阻率随温度上升发生突变，增大了34个数量级，即所谓PTC现象。PTC现象是价控型BaTiO3半导体所特有的，BaTiO3单晶和还原型半导体都不具有这种特性。PTC可应用于温度敏感元件、限电流元件以及恒温发热体等方面。温度敏感元件有两种类型：一类是利用PTC电阻-温度特性，主要用于各种家用电器的过热报警器以及电机的过热保护；另一类是利用PTC静态特性的温度变化，主要用于液位计。限电流元件应用于电子电路的过流保护、彩电的自动消磁。11.陶瓷电导的对数混合法则。（132） 12.什么是三个基本的热电效应？（141149）（1）第一热电效应赛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，这种现象称为赛贝克效应，回路中产生的电势称为热电势，电流称为热电流，上述回路称为热电偶或温差电池。（2）第二热电效应玻尔帖效应当电流通过两个不同金属的接点时，除因电流产生的焦耳热外，还要在两接头出额外产生放热或吸热效应，这种现象称为玻尔帖效应。（3）第三热电效应汤姆逊效应当电流通过有温差的导体时，会有一横向热流流入或流出单体，其方向视电流的方向和温度梯度的方向而定，此种热电现象称为汤姆逊效应。13.离子晶体具有离子电导的特性必须具备的条件？（112）离子晶体要具有离子电导的特性，必须具备以下两个条件：电子载流子的浓度小；离子晶格缺陷浓度大并参与电导。第五章1.反映电介质的极化能力的参数是什么？怎样计算？（154）反映电介质极化能力的参数为相对介电常数。2.表征极化的物理量有哪些？（155）极化强度P、介电常数、电位移D3.极化有几种？（156159） （1）电子、离子位移极化；（2）弛豫（松弛）极化；（3）取向极化；（4）空间电荷极化。 4.什么是克劳修斯-莫索堤方程？它的物理意义怎样？（160） 描述了电介质的相对介电常数与偶极子种类、数目和极化率之间的关系。5.电工陶瓷按其极化形式可分为几类？（161）（1）主要是电子位移极化的电介质，包括金红石瓷、钙钛矿瓷以及某些含锆陶瓷。（2）主要是离子位移极化的材料，包括刚玉、斜顽辉石为基础的陶瓷以及碱性氧化物含量不多的玻璃。（3）具有显著离子松弛极化和电子松弛极化的材料，包括绝缘子瓷、碱玻璃和高温含钛陶瓷。6.由两种介质组成的材料介电常数？介电常数温度系数的计算公式怎样？利用这两个公式怎样调整材料的介电常数及其温度系数？（161163）介电常数的温度系数是指随温度变化，介电常数的相对变化率，即： 当一种材料由两种介质复合而成，而这两种介质的粒度都非常小，分布又很均匀时，可用下式计算介电常数： 把上式两边对温度微分可得： 从上式可以看出，如果要做一种热稳定陶瓷电容器，就可以用一种值为很小正值的晶体作为主晶相，再加入适量的另一种具有负值的晶体，调节材料的绝对值到最小值。7.什么是弛豫时间？分析介电损耗影响因素？（165167）电介质完成极化所需要的时间称为弛豫时间，一般用表示。介电损耗影响因素：（1）频率的影响a.当外加电场频率很低，即0，介质的各种极化机制都能跟上电场的变化，此时不存在极化损耗，相对介电常数最大。b.当外加电场频率增加至某一值时，松弛极化跟不上电场变化，则减小，在这一频率范围内由于1，则升高，升高且P也增大。c.当频率提得很高，趋于最小值。（2）温度的影响a.当温度很低时，较大，在低温度范围内，随温度上升，减少。b.当温度较高时，较小，随温度升高较小，减少。c.温度持续升高达很高时，离子热振动能很大，离子迁移受热振动阻碍增大，极化减弱，则下降，电导急剧上升，故也增大。8.陶瓷材料的损耗主要来源于哪三部分？（167）陶瓷材料的损耗主要来源于以下三部分：电导损耗；取向极化和弛豫极化损耗； 电介质结构损耗。9.玻璃的损耗有什么特点？怎样降低？（169）无机材料除了结晶相外，还有含量不等的玻璃，无机材料的玻璃相是造成介质损耗的一个重要原因。复杂玻璃中的介质损耗主要包括三个部分：电导损耗、松弛损耗和结构损耗。哪一种损耗占优势，取决于外界因素温度和外加电压的频率。在工程频率和很高的温度下，电导损耗占优势；在高频下，主要的是由联系弱的离子在有限范围内的移动造成的松弛损耗；在高频和低温下，主要是结构损耗，其损耗机理目前还不清楚，大概与结构的紧密程度有关。当碱离子的总浓度不变时，由两种碱性氧化物组成的玻璃，大大降低，而且有一最佳的比值。当两种碱同时存在时，总是降低，而最佳比值约为等分子比。在含碱玻璃中加入二价金属氧化物，特别是重金属氧化物时，压抑效应特别明显。因为二价离子有两个键能使松弛的碱玻璃的结构网巩固起来，减少松弛极化作用，因而使降低。10.降低材料介质损耗的途径？（170）降低材料的介质损耗应从考虑降低材料的电导损耗和极化损耗入手。（1）选择合适的主晶相。（2）在改善主晶相性能时，尽量避免产生缺位固溶体或填隙固溶体，最好形成连续固溶体。（3）尽量减少玻璃相。（4）防止产生多晶转变，因为多晶转变时晶格缺陷多，电性能下降，损耗增加。（5）注意焙烧气氛。（6）控制好最终烧结温度，使产品“正烧”，防止“生烧”和“过烧”，以减少气孔率。此外，在工艺过程中应防止杂质的混入，坯体要致密。11.什么是介电强度？简述影响无机材料击穿强度的各种因素？（171176）引起材料击穿的电压梯度称为材料的介电强度或介电击穿强度。影响无机材料击穿强度的因素：（1）介电结构的不均匀性电导率小的介质，承受较高场强，而电导率大的介质其场强低。材料组织结构不均匀性可能引起击穿强度下降。（2）材料中气泡的作用材料中含有气泡，其介电常数和电导率都很小，因此，受到电压作用时其电场强度很高，而气泡本身抵抗电场强度比固体介质要低得多。（3）材料表面状态和边缘电场固体表面击穿电压常低于没有固体介质时的空气击穿电压，其降低情况常取决于以下三种条件。固体介质不同，表面放电电压也不同。固体介质与电极接触不好，则表面击穿电压降低，尤其是当不良接触在阴极处时更严重。电场频率不同，表面击穿电压也不同，随频率升高，击穿电压降低。所谓边缘电场是指电极边缘的电场，电极边缘常发生电场畸变，使边缘局部电场强度升高，导致击穿电压下降。是否会发生边缘击穿主要与下列因素有关：电极周围的煤质； 电极的形状、相互位置；材料的介电常数、电导率。12.什么是压电效应？晶体压电性产生的条件？（177、180181）当晶体受到机械力作用时，一定方向的表面产生束缚电荷，其电荷密度大小与所加应力的大小成线性关系。这种由机械能转换成电能的过程，称为正压电效应。逆压电效应就是当晶体在外电场激励下，晶体的某些方向上产生形变（或谐振）现象。由电能转变为机械能的过程称为逆压电效应。从晶体结构上分析，只要结构没有对称中心，就有可能产生压电效应。然而，并不是没有对称中心的晶体一定具有压电性，因为压电体首先必须是电介质，同时其结构必须有带正、负电荷的质点离子或离子团存在。也就是说，压电体必须是离子晶体或者由离子团组成的分子晶体。13.什么是热释电性？热释电效应产生的条件？（182183）一些晶体除了由于机械应力作用引起压电效应外，还可以由于温度作用而使其电极化强度变化，这就是热释电性，亦称热电性。具有热释电效应的晶体一定是具有自发极化（固有极化）的晶体，在结构上应具有极轴。具有对称中心的晶体是不可能有热释电性的。14.什么是铁电体？钛酸钡在各温度下的结构？（184185）极化强度随外加电场的变化呈现一电滞回线，具有这种性质的晶体称为铁电体。钛酸钡在温度高于120时具有立方结构，高于5、小于120时为四方结构，温度在905之间为斜方结构，温度90时为菱方结构。15.压电铁电材料及其应用？（188191）压电、铁电材料基本上可以分成四大类：单晶体、多晶体陶瓷、聚合物和复合材料；从形态上可以分为块材和膜材。铁电陶瓷按其使用的功能可分为五类：压电功能、热释电功能、铁电功能、电至伸缩功能、电光功能。16.请简述压电应变量d33和d31的测量过程？（192193）具体步骤如下：用排水法测出样品的体积密度。用传输线路法测出样品的谐振频率和反谐振频率。算出样品在恒电场下（短路）的弹性柔顺系数:；为样品长度；为样品密度；为样品谐振频率。按下式算出样品的机电耦合系数: 测出样品的自由电容，并计算出自由电容率。算出、和后，按下式算出: 17.什么是铁电电滞回线？绘出电滞回线并标出Pr、PS、Ec？（184） 第六章1.什么是磁化？磁性的基本物理量。（195）任何物质处于磁场中，均会使其所占有的空间的磁场发生变化，这是由于磁场的作用使物质表现出一定的磁性，这种现象称为磁化。磁性的基本物理量：磁场强度H、磁化强度M、磁化率、磁感应强度B、静磁能E2.物质磁性的基本分类及其特点（196）根据物质磁化率的符号和大小，可以把物质的磁性大致分为五类（1）抗磁体 物质的磁化率为很小的负数，其绝对值大约在10-6数量级，他们在磁场中受微弱斥力，使磁场减弱。（2）顺磁体 物质的磁化率为正值，约为10-610-3.它在磁场中受微弱吸力，使磁场略为增强。（3）铁磁体 物质在较弱的磁场作用下，就能产生很大的磁化强度。是很大的正数，且M或B与外磁场强度H呈非线性关系变化。（4）亚铁磁体 这类磁体类似于铁磁体，但值没有铁磁体那样大，如磁铁矿，铁氧体等属于亚铁磁体。（5）反铁磁体 物质的磁化率是小的正数，在温度低于某温度时，他的磁化率随温度升高而增大，高于这个温度，其行为像顺磁体，如氧化镍、氧化锰等。3.铁磁体磁化曲线和磁滞回线？（197）4.什么是软磁材料和硬磁材料？（197）人们通常将矫顽力很小而磁化率很大的材料称为“软磁材料”，而将矫顽力很大而磁化率较小的材料称为“硬磁材料”。5简述影响金属抗磁性与顺磁性的因素？（199203）（1）原子结构的影响 材料都是由原子和电子构成的，其内部既存在产生抗磁性的因素，又存在产生顺磁性的因素，属于哪种磁性材料，取决于哪种因素占主导地位。惰性气体的原子磁矩为零，在外磁场作用下只能产生抗磁矩，是典型的抗磁性材料。绝大多数非金属都属于抗磁体，并且他们的磁化率与惰性气体相近。金属是由点阵离子和自由电子构成，因此金属的磁性要从离子和自由电子的磁性两方面来考虑。所有的碱金属和除Be以为的碱土金属都是顺磁体。过渡金属在高温都属于顺磁体，但其中有些存在铁磁转变，有些则存在反铁磁转变。稀土金属具有特别高的顺磁磁化率，而且磁化率的温度关系也遵从居里-外斯定律。（2）温度的影响温度对抗磁性一般没什么影响，但当金属熔化、凝固、同素异构转变以及形成化合物时，由于电子轨道的变化和单位体积内原子数量的变化，使抗磁磁化率发生变化。（3）相变和组织结构的影响当材料发生同素异构转变时，由于原子间距发生变化，会影响电子运动状态而导致磁化率的变化。（4）合金成分和组织的影响合金化对抗磁或顺磁磁化率会有很大的影响，形成固溶体合金时磁化率因原子之间结合的改变而有明显变化。6铁磁性物质分为哪两种类型？什么是磁致伸缩效应？（203、206）依原子磁矩结构的不同，铁磁性物质可以分为两类：一种是像Fe、CO、Ni等，属于本证铁磁材料，在一定的宏观尺寸范围内，原子的磁矩方向趋向一致，这种铁磁性称为完全铁磁性；另一种是大小不同的原子磁矩反平行排列，二者不能完全抵消，即有净磁矩存在，称为亚铁磁性，其典型物质为铁氧体系列，作为高技术磁性材料已受到高度重视。磁致伸缩效应是由原子磁矩有序排列时，电子间的相互作用导致原子间距的自发调整而引起的。从铁磁体的磁畴结构变化来看，材料的磁致伸缩效应是其内部各个磁畴形变的外观表现。7什么是磁泡？可以用于产生磁泡畴的材料有哪些？（211）磁泡是在磁性薄膜中形成的一种圆柱状的磁畴，这种磁畴在显微镜下观察很像气泡，所以称为磁泡。目前可以用于产生磁泡畴的材料有：六角单轴晶体（如钡铁氧体）稀土元素的正铁氧体稀土元素的石榴石型铁氧体等。8 什么是技术磁化，它是通过哪两种方式进行的？（211212）铁磁材料在外磁场作用下所产生的磁化称为技术磁化，磁化曲线和磁滞回线都是技术磁化的结果。技术磁化通过两种方式进行的，一是磁畴璧的迁移，一是磁畴的旋转。9铁磁物质的磁化分为哪三个阶段？（212）分为起始磁化阶段、急剧磁化阶段及缓慢磁化至饱和阶段10影响畴壁迁移的因素有哪些？（215）首先是铁磁材料中夹杂物、第二相、空隙的数量及其分布。其次是内应力的大小和分布，减小内应力可提高材料磁导率。第三是磁晶各向异性能的大小，降低磁晶各向异性能可提高磁导率。最后，磁致伸缩和磁弹性能也影响壁移过程，要增加磁导率，应使材料具有较小的磁致伸缩和磁弹性能。11什么是反磁化过程？（215）反磁化过程就是从饱和磁化状态开始施加反向磁场使磁化强度为零的过程。12为提高剩磁可采取哪些措施？（216）使材料的易磁化方向与外磁场方向一致，这样就不会有磁畴旋转过程进行磁场热处理，让材料在外磁场中从高于居里温度向低温冷却，可以造成磁畴排列的有序取向，形成所谓的磁织构。13合成有价值的磁性高分子的设计准则？（224）含未成对电子的分子之间能产生铁磁相互作用，达到自旋有序化是获得铁磁性高分子的充分和必要条件；分子中应有高自旋态的苯基，含N、NO、O、CN、S等自由基体系或基态为三线态的4电子的环戊二烯基阳离子或苯基双阳离子等；3d电子的Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Ru、Os、V、Ti等含双金属有机高分子络合物是顺磁体，若使两个金属离子间结合一个不含未成对电子的有机基团，则可引起磁性离子M1M2间的超交换作用而获得铁磁体；按电荷转移模式设计的对称取代二茂金属及其稠环高分子化合物，与受体TCNE、TCNQ、DDQ、TCNQF4等作用可生成电荷转移盐铁磁体，但受体必须满足以下条件：受体A必须能接受供体D的第二个电子，形成D+A-D+A-交替排列有序结构。14什么是铁氧体，有几种？（226）以氧化铁为主要成分的强磁性氧化物叫做铁氧体。从晶体结构分，目前已有尖晶石型、石榴石型、磁铅石型、钙钛矿型、钛铁矿型和钨青铜型六种个，较重要的是前三种。15什么是磁性材料的动态特性？交流磁滞回线？（228）磁性材料在交变磁场，甚至脉冲磁场作用下的性能统称为磁性材料的动态特性。软磁性材料的动态磁化过程与静态的或者准静态的磁化过程不同，由于交流磁化过程中磁场强度是周期对称变化的，所以磁感应强度也跟着周期性对称的变化，变化一周构成的曲线称为交流磁滞回线。16 动态磁滞回线的特点？趋肤效应？磁后效？共振损耗？（229233）特点：交流磁滞回线形状除与磁场强度有关外，还与磁场变化的频率f和波形有关。一定频率下，交流幅值磁场强度不断减少时，交流磁滞回线逐渐趋于椭圆形状。当频率升高时，呈现椭圆回线的磁场强度的范围会扩大，且各磁场强度下回线的矩形比Br/Bm会升高。趋肤效应：（根据法拉第电磁感应定律，磁性材料交变磁化过程会产生感应电动势，因而会产生涡电流。由于涡电流大小与材料的电阻率成反比，因此金属的涡流比铁氧体要严重得多。除了宏观的涡电流以外，磁性材料的畴壁处，还会出现微观的涡电流。涡电流的流动，在每瞬间都会产生与外磁场产生的磁通方向相反的磁通，越到材料内部，这种反向的作用就越强，致使磁感应强度和磁场强度沿样品截面严重不均匀。等效来看，）好像材料内部的磁感应强度被排斥到材料表面，这种现象叫做趋肤效应。所谓磁后效就是磁化强度（或磁感应强度）跟不上外磁场变化的延迟现象。对剩余损耗研究发现，当磁后效的弛豫时间确定后，磁损耗将随频率发生变化，在某特定频率下损耗显著增大，这种损耗称为共振损耗。17 动态磁特性与静态磁特性的测量方法？（234242）动态磁特性的测量指示仪表测量法动态磁化曲线测量损耗的测量电桥测量法示波器测量法静态磁特性的测量冲击测量法闭路试样的冲击法测量开路试样的冲击测量法磁转矩仪（热磁仪）测量法振动样品强磁计测量法18 磁性分析的应用有几方面？（242246）抗磁性与顺磁性分析的应用研究铝合金的分解测定合金的固溶度曲线铁磁性分析的应用钢中残余奥氏体含量测定研究淬火钢的回火转变研究过冷奥氏体等温分解测定合金固溶度曲线第七章1简述高聚物高弹性的主要特点？（249）弹性形变很大，伸长率可高达1000%。而一般金属、陶瓷材料等的弹性形变不超过1%。高弹模量低，一般为0.11.0MPa，且高弹模量随温度的升高而增大、而金属材料的普通模量高达104105MPa,一般随温度升高而减小。快速拉伸时（绝热过程），高弹态高聚物通常温度会升高;而对于金属材料则温度一般下降。2响弹性模量的因素（251254）温度的影响 一般说来，随温度的升高，物质的原子振动加剧，原子间距增大，体积膨胀，原子间结合力减弱，使材料的弹性模量降低。相变的影响 材料内部的相变（如多晶型转变、有序化转变、铁磁性转变以及超导态转变等）都会对弹性模量产生比较明显的影响，其中有些转变的影响在比较宽的温度范围发生，而另一些转变则在比较窄的温度范围引起弹性模量的突变，这是由于原子在晶体学上的重构和磁的重构所造成的。合金成分与组织的影响 材料成分的变化将引起原子间距或键合方式的变化，因此也将影响材料的弹性模量。形成固溶体合金 一般由点阵类型相同、价电子数和原子半径相近的两种金属组成无限固溶体时，其弹性模量和溶质浓度之间呈直线或近似直线关系；但如果溶质元素是过渡元素，则弹性模量与溶质浓度之间明显偏离直线关系而呈向上凸起的曲线关系，这一现象与过渡元素的d层电子未填满有关。形成化合物的影响 基本上可以认为，中间相的熔点越高，弹性模量也越大。微观组织影响 对于金属材料，在合金成分不变的情况下，显微组织对弹性模量的影响较小，多数单相合金的晶粒大小和多相合金的弥散度对弹性模量的影响很小，即在两相合金中，弹性模量对组成合金相的体积浓度具有近似线性关系。3 测量弹性模量的方法有哪几种？（256260）（1）静态测量法，即从应力和应变曲线确定弹性模量（2）动态法测量弹性模量纵向振动共振法扭转振动共振法弯曲振动共振法（3）悬挂法测弹性模量（4）超声波脉冲法4什么是内耗？其种类？（260）由于固体内部的原因使机械能消耗的现象称为内耗种类：滞弹性内耗静滞后内耗位错阻尼型内耗5内耗产生的原因，其测量方法有哪几种？（264274）原因：（1）溶质原子应力感生有序引起的内耗 所谓应力感生有序是指固溶体中由于溶质原子溶入造成晶格的不对称畸变，在没有应力作用时呈无序分布，但在外应力作用下，溶质原子将沿某方向择优分布以降低畸变能，这一现象称为应力感生有序。这一现象要通过原子扩散来实现，需要一定的弛豫时间，在交变应力作用下，溶质原子扩散调整若跟不上应力变化，就产生了内耗。间隙原子造成的内耗置换原子产生的内耗（2）与位错有关的内耗 人们对金属进行冷变形后发现其内耗产生了明显变化，特别是退火态的纯单晶体即使轻微的冷变形，其内耗也增加几倍。相反，对冷变形后的金属进行再结晶退火，则内耗又明显下降。因为，冷变形的实质是位错的不断增殖和运动引起的，据此，很容易推断，位错与内耗有着密切关系。背底内耗间隙固溶体的形变内耗（3）与晶界有关的内耗（4）热弹性内耗与磁弹性内耗（5）高聚物的内耗