一章1、原子间的键合类型有几种?(P1)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?(P1)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。
3、什么是色散关系?什么是声子?声子的性质?(P20、P25)将频率和波矢的关系叫做色散关系。
声子就是晶格振动中的独立简谐振子的能量量子。
性质:(1)声子的粒子性:声子和光子相似,光子是电磁波的能量量子,电磁波可以认为是光子流,光子携带电磁波的能量和动量。
(2)声子的准粒子性:准粒子性的具体表现:声子的动量不确定,波矢改变一个周期或倍数,代表同一振动状态,所以不是真正的动量。
4、声子概念的意义?(P25)(1)可以将格波雨物质的相互作用过程理解为,声子和物质的碰撞过程,使问题大大简化,得出的结论也正确。
(2)利用声子的性质可以确定晶格振动谱。
5、简述高聚物分子运动的特点。
(P41)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。
2、什么是热容?(P42)什么是杜隆-柏替定律和奈曼-柯普定律(P43)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。
3、试述线膨胀系数与体膨胀系数的关系。
(P50)4、请分析热膨胀与其他性能的关系。
(P49)5、影响材料热膨胀系数的因素。
(P50)(1)化学组成、相和结构的影响(2)化学键的影响(3)相变的影响6、简述影响热导率的因素。
(P55)(1)温度的影响(2)显微结构的影响(3)化学组成的影响(4)复相材料的热导率(5)气孔的影响7、什么是热稳定性?无机材料受热损坏类型有几种?(P60)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。
从无机材料受热损坏的形式来看,可分为两种类型:一种是材料发生瞬时断裂,抵抗这种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。
(P61)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。
(P61)高分子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。
10、高聚物的热分解与耐热性的关系。
(P62)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。
及提高聚合物热稳定性的措施。
(1)在高分子链中避免弱键(2)在高分子主链中尽量避免一长串链接的亚甲基—CH2—,并尽量引入较大比例的环状结构。
(3)合成“梯形”或“片状”高分子。
11、什么是热应力?其计算公式怎样?(P63)由于材料热膨胀或收缩引起的内应力称为热应力。
12、非平面薄板状陶瓷限制骤冷时的最大温热表达式(P64)13、材料所能经受的最大降温速率的计算公式(P67)14、提高抗热冲击断裂性能的措施。
(P69)(1)提高材料的强度σ,减小弹性模量E,使σ/E提高。
(3)减少材料的热膨胀系数α,α小的材料,在同样的温差下,产生的热应力小。
(4)减小表面热传递系数h。
(5)减小产品的有效厚度。
(4)热重法: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。
16、简述热分析应用。
(P71)(1)物质的鉴定(2)进行热力学研究(3)动力学研究(4)结构域物理性能关系的研究三章1、什么是折射率?(P76)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。
2、试述影响折射率的因素。
(P77)(1)离子半径(2)材料的结构(3)材料所受的应力3、什么是透射系数?反射系数?色散全反射?(P79)4、什么是散射定律与吸收定律?色散系数?(P81)5、提高无机材料透光性的措施。
(P87)(1)提高原材料的纯度(2)掺加外加剂(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,热等静压法更好。
6、请列出三种常用的乳浊剂。
(P89)7、着色剂有几种?试述着色机理?(P92)(1)分子着色剂(2)胶态着色剂机理:显色的原因是由于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。
8、怎样提高着色剂的稳定度。
(P92)通常为了使高温色料的颜色稳定,一般都先将显色离子合成到人造矿物中去。
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。
9、改善釉的乳浊性能的工艺措施。
(P92)用高的反射率、厚的釉层和高的散射系数或它们的某些结合,可以得到良好的乳浊效果。
10、电光效应和磁光效应?声光效应?它们的作用?(P101)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。
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。
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。
磁光材料是在可见光和红外光波段具有磁光效应的光信息功能材料,利用磁光效应可制成许多磁光器件,如:调制器、隔音器、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。
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。
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。
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?(P106)载流子为离子或离子空穴的电导称为离子电导,载流子为电子或电子空穴的电导称为电子电导。
通过不同的物理效应可以确定材料的导电性质,产生霍尔效应的是电子电导,产生电解效应的是离子电导。
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。
(P107)物理意义:为载流子在单位电场中的迁移速度。
3、简述影响离子电导率的因素?对图4-5进行解释。
(P112)(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,而活化能反应离子的固定程度,它与晶体结构有关。
(3)晶格缺陷: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?(P113)本征型高聚物导体和复合型高聚物导体。
5、超导体的三个重要性能指数及其定义。
(P116)(1)临界转变温度Tc:超导体温度低于临界转变温度时,便出现完全导电和迈斯纳效应等基本特征。
超导材料的临界转变温度越高越好,越有利于应用。
(2)临界磁场强度Hc:能破坏超导态的最小磁场强度就称为临界磁场强度。
(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、简述影响金属导电性的因素。
(P121)(1)温度的影响:金属电阻率随着温度升高而增大。
(2)应力的影响:(3)冷加工变形的影响(4)合金元素及其相结构的影响7、简述材料导电性的测量法(P126)(1)双臂电桥法(2)直流电位差计测量法(3)直流四探针法(4)绝缘电阻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?(P130)特点:(1)在含有碱金属离子的玻璃中,基本上表现为离子电导。
(2)纯净玻璃的电导一般比较小,但如含有少量的碱金属就会使电导大大增加。
(3)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。
到一定程度时,电导率成指数增长。
利用双碱效应和压碱效应可以降低玻璃的电导率。
9、试述无机材料的次级现象(空间电荷效应,电化学现象)(P132)(1)电化学老化现象:不仅离子电导,而且电子电导为主的瓷介材料都有可能发生电化学老化现象。
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。
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。
空间电荷形成的主要原因是因为陶瓷内部具有微观不均匀性。
10、试述半导体陶瓷的物理效应及应用。
(P137)(1)晶界效应:a、PTC效应:PTC陶瓷的应用:PTC陶瓷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。
b、压敏效应:压敏效应是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,电阻值非常高,几乎无电流通过:超过该临界电压(敏感电压),电阻迅速降低,让电流通过。
压敏电阻器已广泛应用于半导体和电子仪器的稳压和过压保护以及设备的避雷器等。
(2)表面效应11、无机材料电导的对数混合法则。
12、什么是三个基本的热电效应?(P141)第一热电效应——塞贝克效应第二热电效应——玻尔帖效应第三热电效应——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?五章1、反应电介质极化能的参数?怎样计算?(P154)相对介电常数。
这种极化称为电子位移极化。
(2)离子位移极化:离子在电场作用下偏移平衡位置的移动,相当于形成一个感性偶极矩;也可以理解为离子晶体在电场作用下离子间的键合被拉长。
例如,当材料中存在着弱联系的电子、离子和偶极子等弛豫质点,温度造成的热运动使这些质点分布混乱,而电场使它们有序分布,平衡时建立了极化状态。
这种具有统计性质,称为热弛豫极化。
包括:电子弛豫极化、离子弛豫极化、偶极子弛豫极化。
(4)取向极化:沿外场方向取向的偶极子数大于与外场反向的偶极子数,因此电介质整体出现宏偶极矩,这种极化称为取向极化。
a、是极性电介质的一种极化方式。
b、取向极化过程中,产生的偶极矩的大小取决于偶极子的取向程度。
(5)空间电荷极化:a、宏观不均匀性b、空间电荷极化随着温度升高而下降。
(6)自发极化4、什么是克劳修斯—莫锁堤方程?它的物理意义怎样?(P160)5、电工陶瓷按其极化形式可分为几类?(P161)(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)蛀牙是离子位移极化材料,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、碱玻璃和高温含太陶瓷。
一般折射率小、结构松散的电介质,如硅酸盐玻璃、绿宝石、董青石等矿物,主要表现为离子松弛极化;折射率大,结构紧密、内电场大、电子电导大的电介质,如含钛瓷,主要表现为电子松弛极化。
影响因素:(1)频率的影响:频率与介质损耗的关系,在德拜方程方程中有所体现,分析如下:a、当外加电场频率很低时,即ω→0,介质的各种极化机制都能跟上电场的变换,此时不存在极化损耗,相对介电常数最大。
介电损耗主要由电介质的漏电引起,则损耗功率Pw与频率无关。
由tanδ=ζ/(ωε)知,当频率ω升高是,tanδ减小。
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换,则εr减小,在这一频率范围内由于ωτ《1,则ω升高,tanδ升高且Pw也增大。
9、玻璃的损耗有什么特点?怎样降低?(P167)a、复杂玻璃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。
b、一般简单单纯玻璃的损耗都是很小的。
在纯玻璃中加入碱金属后,介质损耗大大增加,并且损耗随着碱性氧化物浓度的增大按指数增大。
c、村子“双碱效应”和“压碱效应”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,压碱效应特别明显,降低损耗11、降低材料介质损耗的途径?(P170)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。
根据要求尽量选择结构紧密的晶体作为主晶相。
(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。
这样弱联系离子减少,可避免损耗显著增大。
(3)尽量减少玻璃相。
为了改善工艺性能引入较多的玻璃相时,应采用“中和效应”和“压抑效应”,以降低玻璃相的损耗。
(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)注意焙烧氛围(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。
(7)在工艺过程中要防止杂质的进入,胚体要致密。
12、什么是介电强度?简述影响无机材料击穿强度的因素?(P171、P175)当陶瓷或聚合物用于工程中做绝缘材料、电容器材料和封装材料时,通常都要经受一定的电压梯度的作用,如果材料发生短路,则这些材料就失效。
人们称这种失效为介电击穿。
引起材料击穿的电压梯度(V/cm)称为材料的介电强度或介电击穿强度。
影响因素:a、介质结构的不均匀性b、材料中气泡的作用c、材料表面状态和边缘电场13、什么是热释电性?热释电效应产生的条件?(P182)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。
产生条件:a、其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。
14、什么是铁电体?钛酸钡在各温度下的结构(P184)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-90—5℃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?(P188-190)16、请简述压电应变量d33和d31的测量过程?(P192)17、什么是铁电电滞回线?绘出电滞回线并标出Pr、Ps、Ec。
(P184)六章1、什么是磁化?磁性的基本物理量?(P195)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。
基本物理量:磁化强度、单位体积磁化率、磁感应强度、磁导率等。
2、物质磁性分类及其特点?(P196)a、抗磁体:物质的磁化率χ为很小的负数,其绝对值大约在10-6数量级,它们在磁场中受微弱斥力,使磁场减弱。
b、顺磁体:物质的磁化率χ为正值,约为10-6—10-3.它在磁场中受微弱吸力,使磁场略为增强。
c、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。
χ是很大的正数,且M或B与外磁场强度H呈线性关系变化。
铁磁体在温度高于某临界温度后变成顺磁体。
d、亚铁磁体:这类磁体类似于铁磁体,但χ值没有铁磁体那么大。
e、反磁体:物质的磁化率χ是小的正数,在温度低于某温度时,它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。
3、铁磁体磁化曲线与磁滞回线?(P197)4、什么是软磁材料和硬磁材料?(P197)人们通常把矫顽力Hc很小而磁化率χ很大的材料称为“软磁材料”;而将Hc很大而χ较小的材料称为“硬磁材料”。
5、简述影响金属抗磁性和顺磁性的因素?(P199)(1)原子结构的影响(2)温度的影响(3)相变及组织结构的影响(4)合金成分与组织的影响6、铁磁性物质分为哪两种类型?什么是磁致伸缩效应?(P203)一种是想Fe、CO、Ni等,属于本征铁磁材料,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,称此中铁磁性为亚铁磁性。
铁磁体在磁场中被磁化时,其尺寸和形状都会发生变化,这种现象称为磁致伸缩效应。
7、什么是磁泡?可以用于产生磁泡畴的材料有哪些?(P211)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。
材料有:(1)六角单轴晶体(如钡铁氧体)(2)稀土元素的正铁氧体(3)稀土元素的石榴石型铁氧体等。
8、什么是技术磁化?技术磁化是通过哪两种方式进行的?(211)铁磁材料在外磁场作用下所产生的磁化称为技术磁化。
通过:一是磁畴壁的迁移;一是磁畴壁的旋转。
9、铁磁物质的磁化分为哪三个阶段?(212)起始磁化阶段、急剧磁化阶段以及缓慢磁化至饱和阶段11、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,起伏越大、分布越不均匀,对畴壁迁移阻力越大。
第三是磁晶各向异性能的大小,最后,磁致伸缩和磁弹性也影响壁移过程。
12、为了提高剩磁,可采取哪些措施?(216)(1)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,使Mr≈Ms。
(2)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,形成所谓的磁结构13、简述影响铁磁性的因素?(217)(1)温度的影响(2)应力的影响(3)形变和晶粒细化的影响(4)磁场退火(5)合金成分和组织的影响14、合成有价值的磁性高分子的设计准则?(224)a、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b、分子中应有高自旋的苯基,含N、NO、O、CN、S等自由基体系或基态为三线态的4π电子的环戊二烯基阳离子或苯基双阳离子等;c、3d电子的Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Ru、Os、V、Ti等含有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,则可引起磁性来自M1M2间的超交换作用而获得铁磁体;d、按电荷转移模式设计的对称取代二茂金属(Fe、Co、Ni)及其稠环高分子化合物,与受体TCNE(四氟基乙烯)、TCNQ(四氰基二亚甲基苯醌)、DDQ(二氯二氰基苯醌)等作用可生成电荷转移盐铁磁体,但受体须满足以下条件: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。
15、什么是铁氧体?有几种(226)以氧化铁(Fe23+O3)为主要成分的强磁性氧化物叫做铁氧体。
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。
16、动态磁滞回线的特点?(229)a、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。
b、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;c、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。
17、趋肤效应?(230)涡电流的流动,在每瞬间都会产生于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道材料的表面,这种现象叫趋肤效应。
18、磁后效应?所谓磁后效应就是磁化强度(磁感应强度)跟不上外磁场变化的延迟现象。
20、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磁性材料的动态特性。
软磁材料的动态磁化过程与静态的或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地变化,变化一周构成的曲线称为交流磁滞回线。
20、磁性分析的应用有几方面?(242)七章1、简述高聚物高弹性的主要特点?(248)a、弹性形变大b、高弹模量低c、快速拉伸时(绝热过程),高弹态高聚物通常温度会升高;2、影响弹性模量的因素?(251)a、温度的影响:一般来说,温度升高,模量降低b、相变的影响c、合金成分与组织的影响3、测量弹性模量的方法有哪几种?一种是静态测量法,即从应力和应变曲线确定弹性模量。
另一种是动态测量法,这种方法是在试样承受交变应力产生很小应变的条件下测量弹性模量。
4、什么是内耗?内耗的种类?(260)由于固体内部的原因使机械能消耗的现象称为内耗。
内耗分为:滞弹性内耗、静滞后内耗和位错阻尼型内耗。
5、内耗产生的原因?其测量方法有哪几种?(270-273)材料产生内耗的原因与材料中微观组织结构和物理性能的变化有关,溶质原子应力感生有序、钉扎位错的非弹性运动、晶界的迁移、磁性、热量的变化等,都可能因为这些微观运动要消耗能量,而引起内耗。