材料物理性能

第一份 一、 填空题（每空1分，共30分）：

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 。 二、是非题（每题1分，共10分）：

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。 （ ） 三、单项选择（每题2分，共20分）：

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?和HC均升高。 D 冷塑性变形使得?和HC均降低。

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

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。 五、论述题（每题10分，共10分）：

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。 答案：

一、 填空题（每空1分，共30分）： 1、拐点法、切点法 2、DTA、DSC、TG

3、应力各向异性、形状各向异性、磁晶各向异性 4、赛贝克效应、汤姆逊效应、帕尔帖效应、帕尔帖效应 5、入射光为强光、对称性要求、位相匹配 6、基质、激活离子

7、压电、热释电、铁电、电致伸缩、电光 8、?e??e22E、提高?e、降低E、较高的

9、机件表面有大小不等的结疤、摩擦面上有擦伤或犁皱沟槽 10、降低、松弛稳定性

二、是非题（每题1分，共10分）：

1、√ 2、√ 3、√ 4、√ 5、× 6、√ 7、× 8、√ 9、√ 10、√

三、单项选择（每题2分，共20分）：

1、C 2、C 3、B 4、A 5、C 6、D 7、B 8、C 9、B 10、A 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。

推导步骤： （1）把每个原子看成谐振子，计算其平均能量e （1分）（1分） （2）计算单位摩尔原子的总能量E骣?E÷

（3）根据热容定义求得CV=?（1分）÷?÷?桫?TV

以杜隆－伯替定律为例： （1）e=1kT鬃32=3kT（1分）2

（2）E=3NAkT=3RT（1分）

骣骣3RT抖E鼢（3）CV=珑==3R（1分）鼢珑 鼢珑桫桫抖TVTV2、直接交换作用是如何解释自发磁化现象的？

解释自发磁化的理论：海森堡直接交换作用（1分） 多原子情况下，外层和次外层电子可以交换位置，带给体系附加的交换能

Eex=-2As1?s2-2AS2cosf（2分） A：交换能积分常数 s：自旋动量矩矢量； f：自旋动量矩矢量； s:动量矩矢量的模0若A<0,当f=180 时Eex最小，即自旋磁矩反平行排列（1.5分）

0若A>0,当f=0 时Eex最小，即自旋磁矩平行排列，产生自发磁化（1.5分）

3、什么是霍耳效应，简要回答其在电学性能中的应用。

霍耳效应是指，如果外加磁场方向与导体中电流方向垂直，则在与磁场和电流二者垂直的方向上出现横向电势差VAB， 这一现象称之为霍耳效应。（2分）

霍耳效应可以用来确定：

测量载流子类型：因为VAB的正负的正负与载流子的正负有关。（1分） 测量载流子浓度：依据公式为VAB?1IB?,b为导体在磁场方向的线度。（1分） nqb测量迁移率： 依据公式为J?nqv?nq?E??EkH???kH?J?kH?（1分） E研究半导体：因为半导体的载流子浓度小于金属电子的浓度且容易受温度、杂质的影响，所以霍耳系数是研究半导

体的重要方法之一。（1分）

4、如何理解反射系数和折射率的关系？

反射系数：对于任一入射的线偏振光，入射光的电场分量可以分解为平行于入射面的P分量和垂直于入射面的S分量。在折射和反射过程中，p和s两个分量的振动是相互独立的 。为了说明反射和折射各占多少比例，通过引入反射系数R的概念。（2分）定义R＝Wr/Wi，W为能流密度，根据波动理论，有：

Wr骣Ar÷122÷W=rAwv，因此=?。由前述，Wi=W^+W?÷÷2Wi?A桫ir、A、w、v分别为介质密度，振幅，角频率，波速。（1分）22Wr1轾sin(i-r)tan(i-r)计算结果表明：R＝=犏2＋2，i很小时该式简化为：犏Wi2臌sin(i+r)tan(i+r)22骣Wr骣n-1n-n鼢2121鼢=珑=，即介质之间的折射率差别越大，反射越严重，珑鼢珑鼢Wi桫n21+1n2+n1桫2这意味着在光学系统中，当折射率增大时，反射损失变大。（3分）

5、以BaTiO3晶体为例，简要说明热运动引起的自发极化。

BaTiO3立方体晶胞中，Ba原子位于顶点位置，O原子占据6个面心位置，Ti位于体心位置。氧八面体空腔体积大于钛离子体积，给钛离子位移的余地。（2分）较高温度时，钛离子热振动能较大，难于在偏离中心的某一个位置上固定下来，接近六个氧离子的几率相等，晶体保持高的对称性，自发极化为零。（2分）较低温度时，钛离子热振动能降低，因热涨落，热振动能特别低的离子占很大比例，其能量不足以克服氧离子电场作用，有可能偏离平衡位置向某一个氧离子靠近，偶极矩间的相互作用使偏离平衡位置的离子在新平衡位置上固定下来，并使这一氧离子出现强烈极化，发生自发极化，使晶体顺着该方向延长，晶胞发生轻微畸变，由立方变为四方晶体。（2分） 五、论述题（每题10分，共10分）：

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。

(1) 可逆壁移阶段：OA部分，磁场减少到零时B沿原曲线减小到零，不出现剩磁。（2分）(2) 不可逆壁移阶段：AB部分， B随磁场而急剧增加，磁场减小到零将出现剩磁， 即出现磁滞效应。巴克豪森的研究表明，该过程是由畴壁的跳跃性不可逆移 动引起的。移动的结果是易磁化方向与外磁场夹角大的磁畴消失。（3分）(3) 磁矩转动阶段：BC部分，畴壁已经消失，磁体成为一个单畴体，但它的磁化 强度方向，也即易磁化方向与外磁场方向不一致，因此随H外-发生可逆转动。 可逆的原因：壁移的结果使得MS已经择优取向。（3分）

获取MS的方法：磁距转动阶段完成后，B只随H外直线变化，将直线变化部分外推到H外＝0的情形，截距即为MS，依据：B＝H外＋M（S2分）

巴克豪森效应Barkhausen效应

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