昆明理工大学材料性能学

昆明理工大学材料性能学 1、低温脆性 体心立方金属或合金:实验温度低于Tk时，韧性状态转变为脆性状态;断裂机理由微孔聚集变为穿晶解离;断口特征由纤维状变为结晶状。面心立方金属无低温脆性。 2、包申格效应 是指，金属材料经预先加载产生少量塑性变形，而后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 3、冲击韧性 示单位面积吸收冲击功的平均值，由于缺口处应力分布不均，因此ak无明确的物理意义;ak可表示材料的脆性倾向，但不能真正反映材料的韧脆程度。 4、接触疲劳 两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时，交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤，局部区域出现小片或小块状材料剥落，而使材料磨损的现象。 5、蠕变 材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。 6、断裂韧度 KIC0.3，T为实验温度，Tm为材料熔点，都采用热力学温度表示。当T/Tm>0.4~0.5时为高温，反之为低温。 14、粘着磨损 粘着磨损是因两材料表面某些接触点局部压应力超过该处材料屈服强度发生粘合并拽开而产生的一种表面损伤磨损。 15、等强温度 晶界和晶内强度相等的温度称为等温强度。 16、解理断裂 在正应力作用力，由于原子间结合键破坏引起沿特定晶面发生脆性穿晶断裂称为解理断裂。 17、过载持久值 金属材料在高于疲劳极限的应力下运行时，发生疲劳断裂的应力循环周次称为材料的过载持久值，也称有限疲劳寿命。对应的应力称为耐久强度过载持久值表征材料对过载荷的抗力。 18、粘弹性 材料在外力作用下，弹性和粘性两种变形机理同时存在的力学行为。其特征是应变对应力的响应不是瞬时完成的，需要通过一个弛豫过程。 19、内 耗 内耗是材料的一种重要的力学和物理性能，在力学上，内耗也称为材料的循环韧性，表示材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力。 20、过载损伤 金属机件预先经受短期过载，但应力循环周次未达到持久值，而后再在整成应力下工作，倘若金属在高于疲劳极限的应力水平下运转异性周次后，其疲劳极限或疲劳寿命减小，就造成了过载损伤。 21、应力软性系数 α=Tmax/σmax;α大表示切应力分量大，应力状态软，易塑性变形;α小表示正应力分量大，应力状态硬，易脆性断裂。 22、颈 缩 是一些金属材料和高分子材料在拉伸试验时，变形集中于局部区域的特殊状态，它是在应变硬化与截面减小的共同作用下，因应变硬化跟不上塑性变形的发展，使变形集中于试样局部区域而产生的。 23、屈服现象 在变形过程中，外力不断增加，试样仍然继续伸长;或外力增加到一定值时突然下降，随后在外力不增加或上下波动的情况下试样可以继续深长变形的现象。 24、缺口效应 缺口外造成应力应变集中(效应一);缺口的存在改变与缺口前方的应力状态，使平板中材料所受的应力由单向拉伸改变为两相拉伸或三相拉伸(效应二);再有缺口的条件下，试样的屈服应力比单项拉伸时的要高，差生了缺口强化效应(效应三) 25、准解理 常见于淬火回火钢中的一种类似于解理断裂的断裂形式，宏观上属于脆性断裂。由于回火后碳化物质点的作用，当裂纹在晶内扩展时，难以严格的沿一定晶面扩展，私解理河流又非解理河流，故称为准解理。 26、热膨胀 材料在加热或冷却时物质尺寸或体积要发生变化，这种由于温度改变导致体积尺寸才发生的现象为热膨胀。 27、热导率 指在一定温度梯度下,单位时间内通过单位垂直面积的热量。 28、光子热导率 固体具有能量?辐射出电磁波?(热辐射)光子的导热。可以把热射线的导热过程看作是光子在介质中传播的导热过程。 29、声子热导率 声子从高浓度到低浓度区域的扩散过程。 30、极化 介质内质点(原子、分子、离子)正负电荷重心的分离，从而转变成偶极子 31、铁电体 在一定温度范围内存在自发极化，且自发极化方向可随外电场作可逆转动的晶体。铁电晶体一定是极性晶体，但并非所有极性晶体都是铁电体;只有某些特殊晶体结构的极性晶体，在自发极化改变方向时，晶体构造不发生大的畸变，具有自发极化随外电场转动的性质。 32、霍尔效应 置于磁场中静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势差，这种现象称霍尔效应。 33、自发极化 这种极化状态并未有外电场引起，而是晶体内部结构构成的。 34、交换能和交换积分常数 因交换作用所产生的附加能量称为交换能。 2，其中A为交换积分常数。 E,,2AS,S,,2AScos,ex1235、铁氧体 由以三价铁离子作为主要正离子成分的若干种氧化物组成,并呈现亚铁磁性或反铁磁性材料 36、弹性模量 弹性模量是材料发单位应变时的应力，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。 37、载流子 具有电荷的自由粒子，在电场作用下可产生电流。 38、电解效应 离子的迁移伴随着质量的变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新物质，这就是电解效应。离子电导的特征就是具有电解效应。 39、固体电解质 同电解质溶液一样，有离子导体电流出现即固体电解质 40、PTC效应 采用阳离子半径同Ba2+、Ti4+相近，原子价不同的元素去置换固溶Ba2+、Ti4+位置:在氧化气氛中烧结形成n型半导体，其最大特征是存在正方相和立方相，相变的相变点，在其附近，电阻率随温度升高而发生突变，增大3—4数目级。 41、电介质 在电场作用下，能建立极化的物质 42、极化强度 电介质单位体积内的点偶极距总和，与面电荷密度单位一样，C/m2 1、从极化的质点类型看，电介质的总极化一般包括三部分 电子极化、离子极化、偶极子转向极化 ，从是否消耗能量的角度看，电介质的极化分为 位移极化，和松弛极化 两类，其中位移极化是弹性的、瞬时完成的极化，不消耗能量;而松弛极化的完成需要一定的时间，是非弹性的，消耗一定的能量。 2、电介质在电场作用下产生损耗的形式主要有 极化损耗和电导损耗 两种;当外界条件一定时，介质损耗只与εtanδ有关，而εtanδ仅由 介质本身 决定，称为 损耗因素 。 3、电介质材料在电场强度超过某一临界值时会发生介质的击穿，通常击穿类型可分为 热击穿、电击穿、局部放电击穿 三类。 4、铁电体可分为 有序—无序型和位移型 两大类。 5、材料磁性的本源是材料内部电子的 循轨 和 自旋运动 。 6、固体点阵中的质点总是围绕其平衡位置作微小震动，震动着的质点中饱含频率低的格波。质点彼此间相位差不大，该格波称为 声频支振动 ，格波中频率高的振动波，质点间的位相差很大，称为 光频支振动 。 7、材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场向相反的称为 抗磁 性，磁化矢量与外加磁场方向相同的称为 顺磁 性，材料的抗磁性来源于 电子循轨运动时受外 加磁场作用所产生的抗磁矩 。 ，称为磁畴。 8、在铁磁物质中，存在着 许多微小自发磁化区域 9、铁磁物质磁化时， 沿磁化方向发生长度的伸长或缩短的现象 称为磁致伸缩。 1、 磁滞回线它是铁电体的一个标志。 ( 错 ) 2、 利用霍尔效应可以检验材料是否存在电子电导。 ( 对 ) 3、 弗伦克尔缺陷是同时生成一个填隙离子和一个阴离子。 ( 错 ) 4、 双碱效应和压碱效应，一个是增加，一个是减少玻璃的电导。 ( 对) 5、 位移式极化是消耗能量的极化，而松弛式极化是不消耗能量的极化。 ( 错 ) 6、 N型和P型半导体的区别是N型的载流子是电子，P型的载流子是空穴。 ( 对 ) 五、简答题 1、说明多晶体塑性变形的主要特点, 主要特点:(1)各晶粒变形的不同时性和不均匀性;(2)各晶粒变形的相互协调性。 2、金属接触疲劳的三种破换形式:麻点剥落、浅层剥落和深层剥落。说明其中一种破坏形式机理(三选一作答), (1)麻点剥落:深度为0.1—0.2mm，痘状或V形针状凹坑;(过程:滚动+滑动、最大综合切应力移至表层、裂纹萌生、裂纹扩展、表层材料断裂、麻点剥落;影响因素:摩擦力的大小，表面质量);(2)浅层剥落:深度为0.2~0.4mm，裂纹扩展方向与表面成锐角或直角;(纯滚动，次表层切应力最大，塑性变形，形成位错塞积和空位，裂纹形成，平行平面扩展，垂直表面扩展，断裂，形成盆状剥落凹坑);(3)深层剥落:深度大于0.4mm，裂纹扩展方向与表面垂直。 3、金属的断裂类型按断裂机理可以分为几类，说明其微观端口特征, (1)分为解理断裂和剪切断裂;(2)剪切断裂是材料在切应力作用下沿滑移面分离而造成的断裂。单晶体:断口上有很多直线状的滑移痕迹;多晶体:微观断口上的花样由“蛇形滑动”变为“涟波”花样，进而变为“延伸区”。剪切断裂的另一种形式为微孔聚集型断裂。断裂过程包括形核、长大、聚合和断裂。(3)解理断裂是在正应力的作用下，由于院子间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂称为解理断裂。微观特征:解理台阶、河流花样、舌状花样。 4、说明屈服现象的特征及其产生原因, 当退火低碳钢试样的拉伸力达到Fs后，材料开始产生不均匀的塑性变形，力，伸长曲线上出现平台或锯齿。在此过程中，外力不断增加，试样仍然继续伸长;或外力增加到一定数值时突然下降，随后在外力不增加或上下波动的情况下试样可以继续深长变形的现象。 其本质是金属在塑性变形时C(N)原子与位错交互作用形成柯氏气团，对位错形成钉扎作用，需要使用更大的外力克服柯氏气团才能使位错继续移动，而一旦克服了柯氏气团，位错运动所需要的外力降低，宏观上就表现为屈服现象。 5、说明包申格现象及其原因, (1)金属材料经预先记载产生少量塑性变形(残余应变小于4%)，而后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 (2)因为其与金属材料中位错运动所受的阻力变化有关。金属受载产生少量塑性变形时，运动位错遇邻位错而弯曲受阻，并形成位错缠结或胞状组织。 6、说明蠕变变形和断裂的机理, 蠕变:材料在长时间恒温、恒载荷作用下缓慢的产生塑性变形的现象。 变形机理:(1)位错滑移蠕变机理:材料的塑性变形主要是由于为错的滑移引起的，在一定的载荷作用下，滑移面上的位错运动到一定程度后，位错运动受阻发生塞积，就不能继续滑移，就只能产生一定的塑性变形。(2)扩散蠕变机理:空位的扩散引起原子像相反的方向扩散，从而引起晶粒沿拉伸轴方向伸长，垂直于拉伸轴方向收缩，致使晶体产生蠕变。(3)晶界滑动蠕变机理:晶界在外力的作用下，会发生相对滑动变形，在常温下，可忽略不计，但在高温时，晶界的相对滑动可以引起明显的塑性变形，产生蠕变。(4)粘弹性机理:高分子材料在恒定应力的作用下，分子链由卷曲状态逐渐伸展，发生蠕变变形。外力减小或除去后，体系自发去想熵值增大的状态，分子链恢复，表现为高分子材料的蠕变恢复特性。 断裂机理:(1)对于不含裂纹的高温机件，在高温长期服役过程中，由于蠕变裂纹相对均匀地再机件内部萌生和扩展，显微结构变化引起的蠕变抗力的降低以及环境损伤导致的断裂; (2)高温工程机件中，原来就存在裂纹或类似裂纹的缺陷，其断裂由于主裂纹的扩展引起。 7、说明脆性转变温度tk的确定方法有几种, (1)NDT—当低于某一温度材料吸收的冲击能量基本不随温度变化，形成平台，该能量称为“低阶能”。以此开始上升的温度定义为tk，称无塑性转变温度;(2)FTP—高于某一温度材料吸收的能量基本不变，称为“高阶能”。以此对应的温度为tk。高于FTP的温度将得到100%的纤维状断口。(3)FTE，以低阶能和高阶能的平均值对应的温度定义。 (4)VTT，低碳钢钢板服役时，如果冲击韧性大于15尺磅或在VTT以上工作就不至于1515 发生脆性断裂。(5)50%FATT，温度下降，纤维面积忽然减少，结晶区面积忽然增大，才才聊由韧变脆。通常取结晶区面积占整个断口面积的50%时的温度为tk。 8、说明圆柱拉伸试样断口宏观特征及成因, 特征:(1)纤维区: 平面垂直于拉应力;微观特征为韧窝;扩展速度较慢;(2)放射区:平面垂直于拉应力;微观特征为撕裂韧窝;扩展速度较快;(3)剪切唇:与拉应力呈45度;微观特征为涟波花样;扩展速度较快。(4)影响三要素尺寸大小的因素:材料强度、塑性，试样尺寸，试验温度，加载速率等。 当试样的拉伸力达到力—伸长曲线的最高点时，试样局部区域产生缩颈，同时试样缩颈部分中心的应力状态也由单向变为三向且中心轴向应力最大。 10、简述缩颈及其产生原因, 缩颈是一些金属材料和高分子材料在拉伸试验时，变形集中于局部区域的特殊状态，它使在应变硬化与截面减小的共同作用下，因应变硬化跟不上塑性变形的发展，是变形集中于试样局部区域而产生的。 产生原因:缩颈是一些金属材料和高分子材料在拉伸试验时，变形集中于局部区域的特殊状态，它使在应变硬化与截面减小的共同作用下，因应变硬化跟不上塑性变形的发展，是变形集中于试样局部区域而产生的。 12、具有铁磁性的物质需要满足的条件,(1)内层电子未填满;(2)未填满的电子层必须具有较小的轨道半径;(3)未填满的电子层的电子能带必须很窄 13、简述热传导的机理, 热量能够通过两种

机制

综治信访维稳工作机制反恐怖工作机制企业员工晋升机制公司员工晋升机制员工晋升机制图

在物质中进行传导:晶格振动(声子)和自由电子移动。这两种机制的相对重要性主要依赖于材料电子能带结构的特征。一种材料，如果其价带只是部分的被填满，其热导率收到自由电子运动的支配;能带间隙较小的材料中，两种机制的贡献狗很显著;而能带间隙较大的材料中，来自于声子机制的热传导占主导地位。 14、影响热导率的因素, (1)热载流子数量N;(2)载流子平均速度(2)在被晶格散射之前，载流子平均移动距离。 15、叙述金属接触疲劳破坏的特征和形成机理, 接触疲劳的宏观形态特征——接触表面出现许多痘状，贝壳状或不规则形状的凹坑，类型——麻点剥落:深度为0.1~0.2mm，痘状或V形针状凹坑;浅层剥落:深度为0.2~0.4mm，裂纹扩展方向与表面成锐角或直角;深层剥落:深度>0.4mm，裂纹扩展方向与表面垂直。 产生原因——接触疲劳裂纹的形成和扩展是切应力和材料切变强度交相作用的结果。一方面合成的切应力大小和分布随着外界条件以及接触物体尺寸而变化;另一方面从材料强度来说，实际上的材料不可能是绝对均质的，而且零件表面也不是完全平滑和连续的。表面缺陷以及材料本身存在的夹杂物、孔隙和第二相质点都会影响材料强度而使疲劳裂纹形成位置改变。渗碳淬火试件的试验表明，当切应力/材料切变强度的比值小于0.55时，就出现浅层剥落和点蚀，或者只出现点蚀。可见，这一比值的高低在一定程度上决定了疲劳裂纹源的位置与扩展方向，也决定了其破坏类型。 16、软磁性物质与铁磁性物质之间的根本区别是什么, 是相邻院子的磁偶极子之间交互作用强度的区别在顺磁性物质中偶极子之间实际上是相互独立的，而在铁磁性物质中它们存在强烈的交互作用。 17、疲劳断口的宏观，微观特征及形成机理, 宏观特性:三个特征区:疲劳源，疲劳裂纹扩展区，瞬断区。疲劳源:形成位置多在表面，其特点是光亮且硬度高，数量可以是一个或多个，它的形成与机件的应力状态及过载程度有关，应力水平越高，疲劳源越多。疲劳裂纹扩展区:光滑、有贝纹线还有裂纹扩展台阶。贝裂纹是疲劳区的最典型的特征。一般是因载荷变动引起的，贝纹线的特征是一簇以疲劳源为圆心的平行弧线贝纹线的范围与过载程度及材料的性质有关。贝纹线的形状由裂纹前沿线各点的扩展速度、载荷类型、过载程度及应力集中等决定。瞬断区:脆性材料断口呈结晶状，韧性材料断口呈放射状，有剪切唇区存在，瞬断区一般在疲劳源对侧，面积与应力水平和材料韧性有关。在疲劳亚临界扩展阶段，裂纹随循环增加不断增加，当增加到临界尺寸Ac时应力尖端的应力场强度因子KI达到材料断裂韧性KIC时，裂纹就失稳快速扩展，导致机件瞬时断裂。微观特征:韧性或脆性疲劳条带是略呈弯曲并相互平行的沟槽状花样，与裂纹扩展方向垂直，是裂纹扩展时留下的微观痕迹。形成机制:(1)韧性疲劳条带形成过程:在变动循环应力作用下，裂纹尖端的塑性张开钝化和闭合锐化，使裂纹向前延续扩展。(2)脆性疲劳条带形成过程:疲劳裂纹的扩展是断续的，通过主裂纹的前方萌生新裂核，长大并与主裂纹连接来实现。 18、简述超导体的特性和性能指标(包括临界磁场、临界电流密度、临界温度以及它们之间的关系)(1)完全抗磁性:当超导体冷却到临界温度以下而转变为超导态以后，只要周围的外加磁场没有强到破坏超导性的程度，超导体就会把穿透到体内的磁力线完全排斥到体外，在超导体内永远保持磁感应强度为零，超导体这种特殊性质称为迈斯纳效应。 (2)零电阻现象:当温度低于临界转变温度Tc时，超导体的电阻为零。超导性能指标与它们之间的关系:a)TC:超导体必须冷却到某一临界温度以下才能保持其超导性;b)JC:通过超导体的电流密度必须小于某一临界电流密度才能保持超导体的超导性;c)HC:施加给超导体的磁场必须小于某一临界磁场才能保持超导体的超导性。以上三个参数彼此关联，只有在他们所围的空间区域才能保持超导性。 19、对于价控半导体，可以通过改变杂质的组成，获得不同的电性能，须考虑以下三点: (1)被取代离子几乎相同尺寸(2)杂质离子本身具有固定价数;(3)具有较高离子化势能。 20、为什么金属对光的吸收很强烈, 这是因为金属的价电子处于未满带，吸收光子后即呈现激发态，用不着跃迁导带即能发生碰撞而发热，所以吸收很强烈。 21、具有离子电导的特征，必须具备哪两个条件, (1)电子载流子的浓度小;(2)离子晶格缺陷浓度大并参与电导。 22、试论述电介质、压电体、热电体、铁电体之间的关系。 压电体、热电体、铁电体都属于电介质， 当温度升高到某一临界值Tc时，铁电畴互解， 铁电性消失 ，铁电体转变为普通顺电性电介质， Tc称为铁电居里温度。铁电体具有很高的电容率。 铁电体必定同时具有压电性和热电性。 23、根据你的知识，试叙述压电材料当今的发展趋势和应用。 趋势:人们为研究出具有优异压电性新压电材料，做了大量工作，现已发现并研制出Pb(A1/3B2/3)PbTiO3单晶。这类单晶d33最高可达2600pc/N,k33可高达0.95，其应变>1.7%，几乎比压电陶瓷应变高一个数量级。储能密度高达130J/kg，而压电陶瓷储能密度在10J/kg以内。应用:即振动能和超声振动能-电能换能器应用，包括电声换能器，水声换能器和超声换能器等，以及其它传感器和驱动器应用。 24、叙述BaTiO自发极化的微观机理。 3 离子位移理论:自发极化主要是由晶体中某些离子偏离了平衡位置造成的;由于离子偏移了平衡位置，使单位晶胞中出现了电偶极矩;电偶极矩之间的相互作用使偏离平衡位置的离子在新的位置上稳定下来，与此同时晶体的结构发生畸变。 钛酸钡由顺电相到铁电相的转变伴随着晶体结构的改变，从立方晶系转变为四方晶系，晶体的对称性降低;其自发极化由钛、氧离子之间的强耦合作用引起。 (1)钛酸钡为钙钛矿结构(等轴晶系a=4.01Å) ，钛离子位于氧八面体中心;氧八面体的空 4+腔(1.37Å)尺寸大于Ti(1.28Å)的尺寸， Ti4+在氧八面体内有位移的余地; (2)在居里温4+度以上时，离子的热振动能比较大， Ti不可能在偏离中心的某一位置固定下来，它接近 2-周围6个O的几率相等，晶体结构保持高的对称性，晶胞内不会产生电偶极矩，自发极化 4+4+为零;(3)当温度降低时， Ti的平均热振动能降低，那些热振动能量特别低的Ti不足以4+2-2-克服Ti 和O之间的电场作用，而发生自发位移，向某个O靠近并在新的平衡位置上固 2-定下来，晶体顺此方向延长，并使此O出现强烈的电子位移极化，因此出现电偶极矩，并且晶胞发生轻微畸变。(4)自发极化包括两部分:一部分直接由于离子位移，另一部分由于电子云的形变;其中离子位移极化占总极化的39%。 25、BaTiO的半导体化是通过添加La在空气中烧成，其反应式如下: 32+4+3+2+×2-3+4+3+2-.BaTiO+xLa=BaLa(TiTi)O+XBa LaO=2La+2e′+2O+1/2 O(g)试解31-xx1-xx323Bao2释。 答:La3+占据晶格中Ba2+位置，但每添加一个La3+离子，晶体中多余一个正电荷，为了保持电中性， Ti4+俘获了一个电子，形成Ti3+。这个被俘获的电子只处于半束缚状态，容易激发，参与导电。此过程提供施主能级，因而BaTiO3变成n型半导体。 26、BaTiO3的半导体化是通过添加Nb5+的在空气中烧成，其反应式如下: Ba2+Ti4+O32-+yNb5+——>Ba2+[Nby5+(Tiy3+Ti1-2y4+)]O32-+yTi4+ Nb2O5=2NbTi.+2e′+4Oo ×+1/2 O2(g) 试解释之。 5+4+5+上式表明，Nb占据了Ti的位置,但每添加一个Nb离子，晶体中多出了一个正电荷，为 4+3+了保持电中性，Ti俘获了一个电子，形成Ti。这个被俘获的电子只处于半束缚状态，容易激发，参与导电。此过程提供施主能级，因而BaTiO变成n型半导体。 3 27、简述TiO具有高的介电常数的原因。 2 此类晶体结构比较特殊，其附加内电场特别大，在金红石和钙钛矿型晶体中，E内不但不为零，而且有很大的数值;在外电场的作用下，由于离子之间的相互作用，引起了极其强烈的局部内电场。在此内电场的作用下，离子的电子壳层发生强烈的变形，离子本身也发生了强烈的位移，使材料具有很高的介电常数。 -528、已知尺寸为2cm*3cm*0.4cm的陶瓷介质，其电容为1.8*10μF，损耗子tgδ=0.03。 -12试求:(1)相对介电常数和损耗因素。(已知真空中介电常数ε=8.8*10F/m) 0 (2)若此材料由均匀分布的两相组成，其中一相的相对介电常数为6.22，体积分数为0.35，另一相的介电常数应为多少, 解:. 陶瓷介质的电容: -5-6-2得相对电介质 =(1.8*10*10F*0.4*10)/ (2*3*10-4*8.85*10-12F/m) -12-12-1=13.559F 损耗因素= =8.85*10F/m*13.559F*0.03=3.6*10(m) 则: -12-12-12In8.85*10*13.559=0.35In8.85*10*6.22+0.65In8.85*10*σ 解得:σ= 29、一式样，我们在室温下用四探针法测它的电导率，在表头上显示电流为50mA，电压为2v，已知探针间距为2cm，求此式样的电导率。 I0.05解:,,,,, 0.199/0.2/AVCMAVCM，，，223.140.022lV, 答:该式样的电导率为0.2A/VCM。 30、请阐述和比较两个热容的量子模型:爱因斯坦模型和德拜模型，绝对零度、低温和高,E温下的结果。 Te2,,EECRRf,3(),3(),(1)爱因斯坦模型: ,VmEETT2Te(,1) ,Ef(), 为爱因斯坦特征温度; 为爱因斯坦比热函数。 EET,E ,ETe,2ETCR)当温度较高时，T>> ， 杜隆—珀替定律的形式 1,,3(),3ReE,Vm,ET2T e(,1) 2)当T趋于零时，Cv，m逐渐变小，当T=0时，Cv，m=0,与实验相符;在低温下， ,,E,23ETCRe,3()Cv,m 依指数规律而变化,不是实验中得出的T的规律, 该模型计算Vm,T 出的Cv,m比实验值小。实际晶体中个原子的振动不是独立地以单一频率振动,原子振动间有耦合作用,尤其是温度很低时。 (2)德拜模型: 晶体中原子是相互作用的(对热容的主要贡献是弹性波的振动，即声频支，在低温下占主导地位;由于声频支的波长远大于晶体的晶格常数，把晶体近似视为连续介质，声频支的振动近似地看作是连续的，具有0~νmax的谱带，高于νmax的振动不在声频支范围，对热容的贡献很小，可忽略;νmax由分子密度和声速决定，由此导出: 热容为: a)当温度较高时，为杜隆—珀替定律;b)当温度很低时，C与T3成比例地趋于零，温度越低，近似越好。 ，VM 31、简述格里菲斯微裂纹理论及其裂纹扩展的条件。 格里菲斯认为实际材料中总是存在许多细小的裂纹或者缺陷。在外力作用下产生应力集中现象，当应力达到一定程度时，裂纹开始扩散，导致断裂，所以断裂并不是晶体两部分同时沿整个截面被拉断，而是裂纹扩散的结果。格里菲斯从能量平衡观点出发，认为裂纹扩展的条件是，物体你储存的弹性应变的减小大于或等于开裂成两个新表面所需增加的表面能，即认为物体内储存的弹性应变能降低(或释放)就是裂纹扩散的动力，否则，裂纹不会扩散。 32、裂纹形成原因有哪些,哪些措施可以防止裂纹扩散, (1)裂纹形成原因:由于晶体微观结构中存在缺陷，当受到外力作用时，在这些缺陷处就会引起应力集中，导致裂纹的成核，引起初始裂纹。材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹——最危险的裂纹。热应力形成裂纹，多晶多相材料，各相膨胀收缩不同而在晶界或相界出现应力集中，导致裂纹产生，材料内部和表面存在温差时，产生热应力，导致表面裂纹产生，温度变化发生晶型转变时，因体积变化产生裂纹。 (2)防止措施:使用应力不超过临界应力;在材料中设置吸收能量的机构，阻止裂纹扩散;人为地在材料中造成大量极微细的小于临界尺寸的裂纹，也可以吸收能量，阻止裂纹的扩展。 33、热膨胀的机理是什么, 质点在平衡位置两侧时受力情况并不对称，在质点平衡位置ro的两侧，合力曲线斜率是不等的，当r , ro 时，曲线斜率较大，r,ro时，斜率较小，质点振动时的平均位置就不在ro处而要向右移 动(因此相邻质点间平均距离增加，温度越高，振幅越大，质点在ro两侧受力不对称情况越显著，平衡位置向右移动得越多，相邻质点间平均距离也就增加得越多，以致晶胞参数增大，晶体膨胀。温度升高，质点平均位置移动愈远，晶体就愈膨胀。 晶体中热缺陷的形成将造成局部晶格的畸变和膨胀，这是次要的;但随温度升高热缺陷浓度呈指数关系增加，所以在高温下该因素的影响变变得重要。晶格振动中相邻质点间的作用力实际是非线性的，即作用力不是简单地与位移成正比，材料的热膨胀是由于非线性振动造成的。 34、请简述自发磁化中交换能和交换积分常数。 因交换作用所产生的附加能量称为交换能。 2，其中A为交换积分常数。 E,,2AS,S,,2AScos,ex12(1)当a,r,3时，A,0，Φ=0，cosΦ=1, Eex为最低值，自旋磁矩同向排列时能量最低 (2)当a,r,3时, A,0，Φ=π，cosΦ=-1, Eex为最低值，自旋磁矩反向排列时能量最低 原子内层电子交互作用其积分常数A,0，使彼此的自旋磁矩同向排列形成自发磁化; 铁、钴、镍因其交换积分常数A具有较大的正值，有较强的自发磁化倾向。 35、请描述抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁和亚铁磁性。 (1)材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相反的称为抗磁性;(2)材料被磁化后，磁化矢量与外加磁场方向相同的称为顺磁性;(3)铁磁性为物质中相邻原子或离子的磁矩由于它们的相互作用而在某些区域中大致按同一方向排列，当所施加的磁场强度增大时，这些区域的合磁矩定向排列程度会随之增加到某一极限值的现象;(4)反铁磁性为在没有外加磁场的情况下，物质中相邻的完全相同的原子或离子的磁矩由于其相互作用而处于相互抵消的排列状态，致使合磁矩为零，而施加一个磁场时就改变一些磁矩的方向，致使在物质中的合磁矩随磁场强度的增大而增大到某一极限值的现象;(5)亚铁磁性为在无外加磁场的情况下，磁畴内由于相邻原子间电子的交换作用或其他相互作用。使它们的磁矩在克服热运动的影响后，处于部分抵消的有序排列状态，以致还有一个合磁矩的现象。 36.有一构件，实际使用应力为1.3GPa，现有两种刚待选，甲钢，σ=1.95GPa，ys1/2K=45MPa*m; IC1/2乙钢，σ=1.56GPa，K=75MPa* m试计算两种钢材的断裂应力，并指何种钢材更安全ysIC 可靠(设Y=1.5，最大裂纹尺寸为1mm)。 由于甲钢σ1.0GPa<1.3GPa，乙钢1.57GPa>1.3GPa，因此甲钢不安全，乙钢更为安全。 四、画图题 1、画出σmax(σmin)—σm疲劳图， 说明如何求不同应力比的疲劳极限σr, AB曲线:σmax—σm曲线; CA曲线:σmin—σm曲线; OA曲线:(σmax+σmin)/2 σr=σmax(AB线上) ; tanα=σmax/σmin=σmax/(σmax+σmin)*1/2=2/(1+r) 2、画出用σ—ε和s—e表达的拉伸曲线，说明通过拉伸试验能够获得的力学性能指标, 3、请画出铁电电滞回线图。 4、请画出金属、半导体和绝缘体的能带结构图