1、2011.1无机材料物理性能试卷 A 卷参考答案及评分标准一、 名词解释（ 6 题5 分/题）1. 高温蠕变及影响蠕变的因素 少 1 个扣 2 分答：高温蠕变：在高温条件下，借助于外应力和热激活的作用，形变的一些障碍得以克服，材料内部质点发生了不可逆的微观过程影响蠕变的因素：温度、应力、晶体的组成、显微结构 2. 磁光效应 少 1 个扣 2 分光属于电磁波，其电场、磁场和传播方向相互垂直，因此在光通过透明的铁 磁性材料时，由于光与自发磁化相互作用，会出现特异的光学现象，称此现象为磁光效应。3. 顺磁性、完全反磁性 少 1 个扣 2 分答：顺磁性：在外加磁场的作用下，这些磁矩沿磁场方向排列，物质
2、显示积弱的磁性，这种现象叫顺磁性。完全反磁性：在某些物质中完全不能进入磁通量，称这一性质为完全反磁性。4. 晶态固体热容的经验定律和经典理论 少 1 个扣 2 分答：1 元素的热容定律-杜隆-珀替定律：恒压下元素的原子热容等于 25J/（K mol） 。2 化合物的热容定律-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。5. 晶列及晶列的特点 少 1 个扣 2 分通过任意两个格点连一直线，则这一直线包含无限个相同格点，这样的直线称为晶列，也是晶体外表上所见的晶棱。其上的格点分布具有一定的周期-任意两相邻格点的间距。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
3、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。6. 应力（定义、表示式） ，并标出图中体积单元应力分量 少 1 个扣 2 分作用于单位面积上的力。P/So=（公称应力或名义应力）P/S= 真实应力xx yy zz xy =yx zx=xz yz=zy二、 填空题 20 分 （10 题2 分/题） 少一半或错一半扣 1 分1. 裂纹有三种扩展方式或类型有 张开型 、 滑开型 、 撕开型 。 其中张开型 扩展是低应力断裂的主要原因，也是数年来实验和理论研究的主要对象。2. 声子的准粒子性表现在声子的动量
4、不确定、系统中声子的数目不守恒。3. 消除表面漏导电流的方法：表面清洁、烘干试样、保护接地、包封。4. 非晶态玻璃材料的电导分为 离子电导、电子电导。利用霍尔效应可检查材料是否存在 电子电导利用电解效应特征检查材料离子电导是否存在5. 材料的半导化的措施有两种：掺杂 组分缺陷6. 原子磁矩的来源电子轨道运动产生、电子自旋产生、原子核自旋所伴随的角动量。其中 因为质量相对过大，运动速度相对过小 原子核产生的磁矩可以忽略。7. 材料的绝对折射率表示式为： ，相对折射率表示式为： ，材料的折射率随入射光频率的减少而减少的性质，成为折射率的色散。8. 复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶
5、粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。9. 无机材料的热学性质主要为热容、热膨胀、热传导、热震稳定性等。10. 无机材料本征参数有 、 、 、 等。三、简述题（ 6 题5 分/ 题）1. 绘制光通过一定厚度材料的吸收损失、散射损失和反射损失图，并标出表示式少一个表示式扣 1 分2简述电化学老化的常见的几种情况 少一个表示式扣 1 分答：1 晶相和玻璃相中的一价正离子活动能力强，迁移率大， ；同时电极的银离子也能参与漏导2 参加电导的载流子为阳离子和电子3 参加电导的载流子有正离子也有负离子。4 参加电导的载流子为阴离子和电子3试说明弹性位移极化和松弛极化的区别 少
6、一个表示式扣 2 分弹性位移极化：瞬时完成完全弹性能量不消失不会使介质发热松弛极化：完成需要时间非弹性 需要吸收能量 会使介质发热4 晶相乳浊剂的选择条件 少一个表示式扣 1 分答：选择条件： . 晶粒尺寸 d 与入射光波长相近. n 差值尽可能的大, 稳定。良好的乳浊剂. 乳浊剂在介质中的溶解度小 . 乳浊剂在介质中易析出晶体. 不受烧成温度和气氛影响 5. 多晶多相无机材料中裂纹产生的原因是什么？ 少一个表示式扣 1 分（1）由于晶体微观结构中存在缺陷，当受到外力作用时，在这些缺陷处就引起应力集中，导致裂纹成核，例如位错在材料中运动会受到各种阻碍：（2）材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面
7、型纹，这种表面裂纹最危险，裂纹的扩展常常由表面裂纹开始。（3）由于热应力而形成裂纹。大多数陶瓷是多晶多相体，晶粒在材料内部取向不同，不同相的热膨膨系数也不同，这样就会因各方向膨胀(或收缩) 不同而在晶界或相界出现应力集中，导致裂纹生成。（4）由于晶体的各向异性引起，如弹性模量的各向异性导致晶粒间存在一应力，如果该应力超过材料的强度则出现微裂纹。6 试述无机材料的广义虎克定律（包括定义、表达式及各参数的物理意义） 。答：虎克定律:实验证明,对各向同性体,这些正应力不会引起长方体的角度改变.长方体在x轴方向的相对伸长可表示为x=x/E -为线性关系E为弹性模量对于各向同性体为一常数如果长方体在 x
8、 y z 的正应力作用下，虎克定律表示为：x=x/E y/E z/E= x （y z ） /Ey=y/E x/E y/E= y （x z ） /Ez=z/E x/E y/E= z （x y ） /E对于剪切应变，则有如下虎克定律：xy=xy/Gyz=yz/Gzx=zx/GG -剪切模量或刚性模量。四、 计算题 20 分1.解：第一热冲击断裂抵抗因子 R1R1 = p （1-）/ E. a = 700（1-0.25）/67004.610 -6 = 170.3 oC (5 分)第二热冲击断裂抵抗因子 R2R2 =.R1 = 0.021 170.3 = 3.58 J/(cm . s ) (4 分)答
9、：第一及第二热冲击断裂抵抗因子分别为 170.3 oC、3.58 J/(cm . s ) (1 分)2解:根据已知条件Y=1.12 =1.985, KIC=Y C c C=KIC / Y c -(2 分) 当 C=2mm=0.002m ； C=KIC / Y c=1.62106 / 1.985 0.02 =1.8107Pa= 0.018Gpa -(2 分) C=0.049mm=4.910-5m; C=KIC / Y c=1. 62106 / 1.985 4.910-5 =1.16108 Pa= 0.116GPa -(2 分) C=2m=210 -6m; C=KIC / Y c=1.62106
10、/ 1.985 2*10*-6=5.57108Pa = 0.557GPa -(2 分)答:当边裂纹长度分别为 2cm 0.049mm 2m 时,材料的临界强度分别为0.018GPa ，0.116GPa ,0.557GPa -(1 分)讨论:随着裂纹长度的减小,材料的临界强度明显提高.-(1 分)2011.1无机材料物理性能 试卷 B 卷参考答案及评分标准一、名词解释（ 6 题5 分/题）1 静态疲劳、动态疲劳 少 1 个扣 2 分答：静态疲劳：裂纹除了快速失稳外，还会在使用应力下，随着时间的推移而缓慢展，这种缓慢扩展称为亚临界扩展，或者静态疲劳。动态疲劳：材料在循环应力作用下的破坏。2 双碱效
11、应答：指当玻璃中金属离子浓度较大时，在碱金属离子总浓度相同的情况下，含有答：两种碱金属离子比含有一种碱金属离子的玻璃的电导率要小。3电子位移极化、电子松弛极化； 少 1 个扣 2 分答：电子位移极化指在外电场作用下，原子外围的电子云相对于原子核发生相对位移形成的极化；电子松弛极化指外加电场使其运动具有一定的方向性，由弱束缚的电子引起的极化；4热膨胀、抗热震性 少 1 个扣 2 分答：热膨胀物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象。热膨胀系数l/l 0=a*T (l 2-l1)/l1= a(T2-T1) 热稳定性：材料承受温度的急剧变化而抵抗破坏的能力5 双折射及折射定律 少 1 个扣 2 分答
12、：双折射：当光束通过各向异性介质的表面时，由于在各方向上的折射程度不同，折射 光会分成两束沿着不同方向传播，这种现象称为双折射。折射定律：折射线在入射线通过入射点的法线所决定的平面上，折射线和入射线分别处于法线的两侧，入射角的正弦值与反射角的正弦值之比6. 应变定义、表示式 少 1 个扣 2 分答：定义 表示物体内部各质点间的相对位置名义应变 = （LLo)/Lo真实应变= dL/L=ln(L/Lo) 二、填空题 20 分 （10 题2 分/题） 少一半或错一半扣 1 分1 原子磁矩的来源电子轨道运动产生、电子自旋产生、原子核自旋磁矩。其中因为 质量相对过大，运动速度相对过小原子核产生的磁矩可
13、以忽略。2影响蠕变的因素有：温度、应力、晶体的组成、显微结构。3裂纹扩展方式有：张开型、滑开型和撕开型。4影响电导率的因素有：温度、晶体结构、晶格缺陷。5磁畴形成的原因有交换作用和超交换作用。6材料的折射率随入射光频率的减少而减少的性质，成为折射率的色散。7介质材料在外电场作用下发生击穿分为两种方式：电子击穿和热击穿。8电解质电学性能破坏分电击穿、 热击穿 ，对应理论碰撞理论 “雪崩”理论 。9热容的量子理论模型有爱因斯坦模型和 德拜模型 ，其中 德拜模型 更完善一些。10无机材料的物理性质有 力学性质 、 热学性质 、 磁学性质 、 电学性质 等 三、 简述题（ 6 题5 分/题）1标出体积
14、单元应变分量图dxdyBCAC BA(v/y)dy(v/x)dx(u/x)dx(u/y)dyxy2提高陶瓷强度及改善脆性的途径 少 1 个扣 1 分答：1 微晶、高密度与高纯度2 预加应力里3 化学强化4 相变增韧5 弥散增韧3简述热击穿的本质答：热击穿的本质是出于电场中的介质，由于其中的介质损耗而发热，当外加电压足够高时，可能从散热与发热的热平衡状态转入不平衡状态，若发热量比散去的热量多，热量就在介质内部积聚，使介质温度升高。而温度的升高又导致电导率和损耗的进一步增加。如此恶性循环，最终引起材料损失绝缘性能，出现永久性损坏，这就是热击穿。4简述光的吸收规律（定律、公式、单位）答：光通过一定厚
15、度的材料，光的强度按指数衰减。I=I 0e-x （4 分）X材料厚度 cm 吸收系数 cm-1 I0原始光强 （1 分）5 简述气孔对无机材料力学性能、热学性能以影响。答：气孔的存在会使材料的弹性模量减小，力学性能变坏；一般情况下，温度不是很高，气孔较小且均匀分布时，随气孔率的增大，热导率按比例减小，当气孔尺寸增大时，随温度升高，气体会因对流而加强了传热，从而使材料热导率增大，等体积热容减小，热膨胀减小， 。6 讨论磁畴与磁滞回线的联系 少 1 个扣 2 分HH 未磁化段 H=0，磁矩相互抵消，对外不显磁性 畴壁移动段： 对 H ， H 不大，畴壁发生移动 转化磁化阶段：凡与外磁场方向不一致磁
16、畴，其磁化矢量会按方向发生转动 磁化饱和阶段：H 使全部磁畴转变方向，得到一个使外加磁场方向一致的永久磁矩，对外显示磁性四、 计算题 20 分1.解：第一热冲击断裂抵抗因子 R1R1 = p （1-）/ E. a = 700（1-0.25）/67004.610 -6 = 170.3 oC (5 分)第二热冲击断裂抵抗因子 R2R2 =.R1 = 0.021 170.3 = 3.58 J/(cm . s ) (4 分)答：第一及第二热冲击断裂抵抗因子分别为 170.3 oC、3.58 J/(cm . s ) (1 分)2、 解： 根据断裂力学观点，构件的脆性断裂是裂纹扩展的结果，应该计算 K1 是否会超过 KIC，根据 Y=1.5，设最大裂纹尺寸为 1mm，则由 /(YKI可计算出 c；(3分)甲钢 GPac0.1).51(046乙钢 677 (5 分)对甲钢 c1.30GPa 因而是安全可靠的。 (2 分)
