无机材料物理化学试题1
一、填空题（每空1分，共20分）
1.晶体结构中的热缺陷有 和 二类。
2.三T 图中三个T 代表 、 和 。
3.玻璃具有下列通性： 、 、 和 。
4.固体中质点扩散的推动力是 ，液－固相变过程的推动力是 ，烧结过程的推动力是 。
5.试验测得NaCl 的扩散系数与温度关系如图所 示，直线（1）属 扩散，直线（2） 属 扩散；如果提高NaCl 的纯度， 两直线的转折点向 方向移动。
6. 组成Na 2O . 1/2Al 2O 3 . 2SiO 2的玻璃中氧多面体平均非桥氧数为－－－－。
7．在硅酸盐熔体中，当以低聚物为主时，体系的粘度 、析晶能力 。 8. 写出缺陷反应式
二．（10分）已知O 2溶解在FeO 晶体中形成贫铁氧化物Fe 1-X 的反应如下：
试用扩散的微观理论推导Fe 2＋
的扩散系数D Fe2＋与氧分压P O2的关系式。
三．（10分）写出杨德尔模型要点及动力学关系式，为什么在转化率高时出现偏差？金斯特林格主要在杨德尔模型的基础上考虑了什么影响？
四 （15分）说明影响扩散的因素？
五 （15分）试述熔体粘度对玻璃形成的影响？在硅酸盐熔体中，分析加入—价碱金属氧化物、二价金属氧化物或B 2O 3后熔体粘度的变化？为什么？ 六 （10分）简要说明：
（1） 材料烧结时四种最基本的传质机理是什么？少量添加剂能促进烧结，其原
因是什么？
（2） 说明晶粒长大和二次再结晶这两种过程的主要区别，在工艺上如何防止晶
F
LnD 1/T
(非化学计量扩logD
1000/T
(1)
(2)
??→???
→?3
22
232O Y CeO
ZrO O La （负离子空位）。 （负离子间隙）。
?+''++Fe
Fe o 2Fe 2Fe V (g)＝O O 2
1
2Fe
粒异常长大？ 七 （20分）分析下列相图
1.划分副三角形；
2.用箭头标出界线上温度下降的方向及界线的性质；
3.判断化合物S 的性质；
4.写出各无变量点的性质及反应式；
5.分析点1、2熔体的析晶路程。( 注：S 、1、E 3在一条直线上)
无机材料物理化学试题1答案
一、填空题（每空1分，共20分）
1.晶体结构中的热缺陷有弗伦克尔缺陷 和 肖特基缺陷 二类。
2.三T 图中三个T 代表 温度 、时间 和 转变。
3.玻璃具有下列通性：各向同性、介稳性、熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性 和熔融态向玻璃态转化时物理、化学性质随温度变化的连续性。
4. 固体质点扩散的推动力是化学位梯度，液－固相变过程的推动力是过冷度，烧结过程的推动力是粉状物料的表面能与多晶烧结体的能量差。
5.试验测得NaCl 的扩散系数与温度关系如图所
示，直线（1）属 本征 扩散，直线（2） 属 非本征 扩散；如果提高NaCl 的纯度，
两直线的转折点向 左 方向移动。 6.固体质点扩散的推动力是化学位梯度。
7．在硅酸盐熔体中，当以低聚物为主时，体系的粘度 小 、析晶能力 大 。 8. 写出缺陷反应式
二．（10分）已知O 2溶解在FeO 晶体中形成贫铁氧化物Fe 1-X 的反应如下：
试用扩散的微观理论推导Fe 2＋
的扩散系数D Fe2＋与氧分压P O2的关系式。
F
LnD
1/T
(非化学计量扩散)
logD 1000/T
(1)
(2)
?+''++Fe
Fe o 2Fe 2Fe V (g)＝O O 2
1
2Fe O
i Y O Y O
O Ce CeO O O Zr ZrO O V a L O La 32323
22
232+''+??→?++'??→????2Fe V (g)＝O O 2
12Fe 2
F e
F e o 2F e ?
+''++
三．（10分）写出杨德尔模型要点及动力学关系式，为什么在转化率高时出现偏差？金斯特林格主要在杨德尔模型的基础上考虑了什么影响？
答： 杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性，但杨氏模型中假设球形颗粒反应截面积始终不变，因而只适用反应初期转化率较低的情况。而金氏模型中考虑在反应进程中反应截面积随反应进程变化这一事实，因而金氏方程适用范围更广，可以适合反应初、中期。两个方程都只适用于稳定扩散的情况。
四 （15分）说明影响扩散的因素？
答：化学键：共价键方向性限制不利间隙扩散，空位扩散为主。金属键离子键以空位扩散为
主，间隙离子较小时以间隙扩散为主。
缺陷：缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。
温度：D=D 0exp （-Q/RT ）Q 不变，温度升高扩散系数增大有利扩散。Q 越大温度变化对扩散系数越敏感。
杂质：杂质与介质形成化合物降低扩散速度；杂质与空位缔合有利扩散；杂质含量大本征扩散和非本征扩散的温度转折点升高。
扩散物质的性质：扩散质点和介质的性质差异大利于扩散 扩散介质的结构：结构紧密不利扩散。
五 （15分）试述熔体粘度对玻璃形成的影响？在硅酸盐熔体中，分析加入—价碱金属氧化物、二价金属氧化物或B 2O 3后熔体粘度的变化？为什么？
答：1) 熔体粘度对玻璃形成具有决定性作用。熔体在熔点时具有很大粘度，并且粘度随温
度降低而剧烈地升高时，容易形成玻璃。
2) 在硅酸盐熔体中，加入R 2O ，随着O/Si 比增加，提供游离氧，桥氧数减小，硅氧网络断裂，使熔体粘度显著减小。加入RO ，提供游离氧，使硅氧网络断裂，熔体粘度降低，
但是由于R 2+
的场强较大，有一定的集聚作用，降低的幅度较小。加入B 2O 3，加入量少时，B 2O 3处于三度空间连接的[BO4]四面体中，使结构网络聚集紧密，粘度上升。随着B 2O 3
含量增加，B 3+
开始处于[BO3]三角形中使结构网络疏松，粘度下降。 六 （10分）简要说明：
（1） 材料烧结时四种最基本的传质机理是什么？少量添加剂能促进烧结，其原因是什
么？
答： 固相烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质和扩散传质，液相烧结的主要传质方式有溶解-沉淀传质和流动传质。
1)外加剂与烧结主体形成固溶体使主晶格畸变，缺陷增加，有利结构基元移动而促进烧结。2)外加剂与烧结主体形成液相，促进烧结。3)外加剂与烧结主体形成化合物，促进烧结。4)外加剂阻止多晶转变，促进烧结。5)外加剂起扩大烧结范围的作用。
)/exp(][4][2][21
3
2RT G P V V h O Fe Fe ?-=''∴''=? 61
/Fe 613
12122D )3/exp()4
1(][O O Fe O Fe P RT G P V x
∝?-=''-+或t K G G F J J =--=231
])1(1[)(杨德尔方程：t K G G G F K K =---=32
)1(3
2
1)(金斯特林格方程：
（2） 说明晶粒长大和二次再结晶这两种过程的主要区别，在工艺上如何防止晶粒异常长
大？
答：两者的比较见表格：
二次再结晶 晶粒长大 不均匀生长 均匀生长 不符合D l =d/f 符合D l =d/f 气孔被晶粒包裹 气孔排除 界面上有应力
界面无应力
当达到V b =V p 时，应适当保温，避免出现V b >V p 的情况。 七 （20分）分析下列相图
1. 划分副三角形；
2. 用箭头标出界线上温度下降的方向及界线的性质；
3. 判断化合物S 的性质；
4.写出各无变量点的性质及反应式；
5.分析点1、2熔体的析晶路程。( 注：S 、1、E 3在一条直线上)
答： 1）如图所示；
2）温度下降方向如图所示；界线性质：单箭头所示为共熔线，双箭头所示为转熔线。 3）不一致熔融三元化合物；
4）E1:三元低共熔点，L →A+S+C ； E2：三元低共熔点，L →C+S+B ； E3：双转熔点，L+A+B →S ； 5)
d L ? A f=2 熔体1 L f=3
1[A ，(A)] C[A,A+(B)] L ?A ＋B
f=1 E 3[a,A+B+(S)] L ＋A ＋B ?S f=0 E 3[s,(A+B)消失＋S]
L ? S f=2
d[S,S+(B)] L ?S ＋B f=1 E 2[e,S+B+(C)] L ?S ＋C ＋B
f=0 E 2(L 消失)[1,S+B+C]
a b g L ? B f=2 熔体2 L f=3 2[B ，(B)] f[B,B+(A)] L ?A ＋B f=1 E 3[g,A+B+(S)] L ＋A ＋B ?S
f=0 E 3[h,(A 消失)＋B ＋S]
L+B ? S
f=2 i[I,S+B] L ?S ＋B f=1 E 2[k,S+B+(C)] L ?S ＋A ＋B E 2(L 消失)[2,S+B+C]
无机材料物理化学试题2
一、填空题（每空1分，共25分）
1.物质在熔点时的粘度越 越容易形成玻璃，Tg/Tm 2/3(大于，等于，小于)时容易形成玻璃。
2.熔体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态，在冷却的过程中可以出现 、 和 三种不同的相变过程。
3.从熔体中析晶的过程分二步完成，首先是 ，然后就是 过程。均匀成核的成核速率由 因子和 因子所决定的。
4.固体中质点扩散的推动力是 ；液－固相变过程的推动力是 、 、 ；烧结过程的推动力是 、 、 。
5.烧结的主要传质方式有 、 、 和 四种。
6.一般说来， 是气孔通向烧结体外的主要扩散通道。
7．由点缺陷（肖特基和弗兰克尔缺陷）引起的扩散为 扩散， 空位来源于掺杂而
引起的扩散为 扩散。 8. 写出缺陷反应式
二．（10分）CeO 2为萤石结构，其中加入15mol%CaO 形成固溶体，测得固溶体密度ρ
=6.45g/cm 3，晶格参数a 0＝5.417?，问：主要缺陷形式如何？ 三．（10分）有两种不同配比的玻璃，其组成如下：
序号 Na 2O wt ％
Al 2O 3wt ％
SiO 2wt ％ 1 10 20 70 2
20
10
70
试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？
四（10分）写出杨德尔方程动力学关系式，试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点
及其适用条件。
五 （15分）从热力学和动力学角度对比不稳分解和均匀成核成长这两种相变过程，并说明
如何用实验方法区分这两种过程？在玻璃工业中，分相有何作用？请举例说明。
??→
???→
?2
r 2
r O Z O Z CaO CaO （低温）。 （高温）。
LnD
六（10分）氧化铝烧结到接近理论密度时，可使可见光几乎透过100％，用它来装钠蒸气（在超过大气压的压力下）作为路灯。为通过烧结实现这一点，请你列出研究方案。七（20分）下图为CaO-A12O3-SiO2系统的富钙部分相图，对于硅酸盐水泥的生产有一定的参考价值。试：
1、画出有意义的付三角形；
2、用单、双箭头表示界线的性质；
3、说明F、H、K三个化合物的性质和写出各点的相平衡式；
4、写出M熔体的冷却平衡结晶过程；
5、为何在缓慢冷却到无变量点K（1455℃）时再要急剧冷却到室温？
无机材料物理化学试题2答案
一、填空题（每空1分，共25分）
1.物质在熔点时的粘度越高越容易形成玻璃，Tg/Tm 大于 2/3(大于，等于，小于)时容易形成玻璃。
2.熔体是物质在液相温度以上存在的一种高能量状态，在冷却的过程中可以出现结晶化玻璃化和分相三种不同的相变过程。
3.从熔体中析晶的过程分二步完成，首先是成核，然后就是晶体生长过程。均匀成核的成核速率由受核化位垒影响的成核率因子和受原子扩散影响的成核率因子所决定的。
4.固体中质点扩散的推动力是化学位梯度；液－固相变过程的推动力是过冷度，过饱和蒸气压、过饱和浓度；烧结过程的推动力是能量差、空位差、压力差。
5.烧结的主要传质方式有蒸发－凝聚、扩散传质、
LnD
流动传质 和 溶解－沉淀 四种。
6.一般说来， 晶界 是气孔通向烧结体外的主要扩散通道。
7．由点缺陷（肖特基和弗兰克尔缺陷）引起的扩散为 本征 扩散， 空位来源于掺杂而引起的扩散为 非本征 扩散。 8. 写出缺陷反应式
二．（10分）CeO 2为萤石结构，其中加入15mol%CaO 形成固溶体，测得固溶体密度ρ=6.45g/cm 3，晶格参数a 0＝5.417?，问：主要缺陷形式如何？
解：CaO 溶入CeO 2中可能有两种固溶型式：
1、生成氧离子空位置换型固溶体： （2分）
缺陷反应：CaO ?
?→?2CeO
O O ''Ce O V Ca ++?? 固溶体分子式：x 2x x 1O Ca Ce --
2、生成阳离子间隙型固溶体： （2分）
缺陷反应：2CaO ??→?2CeO
Ca ''Ce +Ca ??i
+2O O 固溶体分子式：2x 2x 1O Ca Ce -
当CaO 溶入量为15%mol 时，则
氧离子空位置换型固溶体的分子式为：Ce 0.85Ca 0.15O 1.85
阳离子间隙型固溶体的分子式为：Ce 0.85Ca 0.3O 2 已知a=0.5417nm ，按分别计算氧离子空位置换型和间隙型固溶体的密度为： ρ1=
3
823)10417.5(1002.616
)2/85.1(808.4015.0412.14085.04-?????+??+??=6.467（g/cm 3
） （2分）
ρ2=
3
823)10417.5(1002.616
)2/2(808.403.0412.14085.04-?????+??+??=6.819（g/cm 3
） （2分）
显然ρ1=6.467（g/cm 3
）与实测密度ρ=6.45g/cm 3相近，故该固溶体的主要缺陷型式为氧离子空位置换型固溶体。 （2分） 三．（10分）有两种不同配比的玻璃，其组成如下：
序号 Na 2O wt ％
Al 2O 3wt ％
SiO 2wt ％ 1
10
20
70
??→
???→
?2
r 2
r O Z O Z CaO 2CaO （低温）。 （高温）。
2 20 10 70
试用玻璃结构参数说明两种玻璃高温下粘度的大小？ 答：
序号 Na 2O mol ％ Al 2O 3mol ％ SiO 2mol ％ 1 10.57 12.86 76.57 2
20.3
6.17
73.49
（2分） 对于1：Na 2O/Al 2O 3<1,所以Al 2O 3为网络变性体 （1分）
Z=4 R 1=（10.57+3×12.86+2×76.57）/76.57=2.64
∴Y 1=2.72 （2分） 对于2：Na 2O/Al 2O 3>1,所以Al 2O 3为网络形成体 （1分）
Z=4 R 2=（20.3+3×6.17+2×73.49）/（2×6.17+73.49）=2.17
∴ Y 2= 3.66 （2分） ∵Y 1﹤Y 2 ∴序号1的玻璃组成的粘度比序号2的玻璃小。 （2分） 四（10分）写出杨德尔方程动力学关系式，试比较杨德尔方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。
解：杨德尔方程动力学关系式： （2分）
杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性，但杨氏模型中假设球形颗粒反应截面积始终不变，因而只适用反应初期转化率较低的情况。 （3分） 而金氏模型中考虑在反应进程中反应截面积随反应进程变化这一事实，因而金氏方程适用范围更广，可以适合反应初、中期。 （3分） 两个方程都只适用于稳定扩散的情况。 （2分） 五 （15分）从热力学和动力学角度对比不稳分解和均匀成核成长这两种相变过程，并说明如何用实验方法区分这两种过程？在玻璃工业中，分相有何作用？请举例说明。
答：不稳分解：在此区域内，液相会自发分相，不需要克服热力学势垒；无成核-长大过程，分相所需时间极短，第二相组成随时间连续变化。在不稳分解分相区内，随着温度的降低、时间的延长，析出的第二相在母液中相互贯通，形成蠕虫状结构。 （5分） 成核-生成：在此区域内，在热力学上，系统对微小的组成起伏是亚稳的，形成新相需要做功，即存在成核势垒，新相形成如同结晶过程的成核-长大机理，分相所需时间长，分出的第二相组成不随时间变化。随着温度的降低、时间的延长，析出的第二相在母液中逐渐长大，形成孤立球状结构。 （5分）
t
K G G F J J =--=231
])1(1[)(杨德尔方程：
用TEM 观察分相以后形貌，若两相无明显的连续性，第二相呈孤立球状，则为成核-生长分相；若两相形成互相交织的"蠕虫状"，则为不稳分解相变过程。 （2分） 在玻璃工业中，利用玻璃分相可以改进结构和玻璃性能，制备新型玻璃。例如通过硼硅酸盐玻璃分相制备微孔玻璃、高硅氧玻璃，通过分相促进锂铝硅微晶玻璃的核化和晶化，通过磷硅酸盐玻璃的分相制备乳浊玻璃等。 （3分）
六 （10分）氧化铝烧结到接近理论密度时，可使可见光几乎透过100％，用它来装钠蒸气
（在超过大气压的压力下）作为路灯。为通过烧结实现这一点，请你列出研究方案。 答：制备透明氧化铝陶瓷的主要技术措施是：（1）采用高纯氧化铝原料，Al2O3>99.9%，无杂质和玻璃相；（2）添加0.1～0.5%MgO ，在晶粒表面生成镁铝尖晶石，降低晶界移动速度，抑制晶粒生长；（3）在氢气或真空中烧结，促进气孔扩散；（4）采用热压烧结，提高制品致密度。 （每条2.5分） 七 1、画出有意义的付三角形；（如图所示）； （4分） 2、用单、双箭头表示界线的性质；（如图所示）； （4分） 3、说明F 、H 、K 三个化合物的性质和写出各点的相平衡式； （4分） F 点低共熔点，LF →C 3A+C 12A 7+C 2S H 点单转熔点，LH+CaO →C 3A+C 3S K 点单转熔点，LK+C 3S →C 3A+C 2S
4、分析M #熔体的冷却平衡结晶过程并写出相变式； （4分） M 点：
5、为何在缓慢冷却到无变量点K （1455℃）时再要急剧冷却到室温？ （4分） 因为缓慢冷却到K 点，可以通过转熔反应L+C2S →C3S 得到尽可能多的C3S 。到达K 点后，急剧冷却到室温，可以（1）防止C3S 含量降低，因为K 点的转熔反应LK+C3S →C2S+C3A ；（2）使C2S 生成水硬性的β-C2S ，而不是非水硬性的γ-C2S ；（3）液相成为玻璃相，可以提高熟料的易磨性。
无机材料物理化学试题3
一、
选择题（每题2分,共20分）
L ? C 2S
p=2 f=2
熔体M L p=1 f=3
M[D ，(C 2S)]
a[b,C 2S ＋(C 3S)]
J[b /, C 2S ＋C 3S]
k[d, C 2S+C 3S ＋(C 3A)]
L +C 3S ?C 2S+C 3A
p=4 f=0
K(液相消失)[M, C 3S +C 2S+C 3A]
L ? C 2S ＋C 3S
p=3 f=1
L ＋C 2S ?C 3S p=3 f=1
1 当SiO2含量比较高时，碱金属氧化物降低熔体粘度的能力是。
A Li2O>Na2O>K2O
B K2O>Na2O>Li2O
C Na2O>Li2O>K2O
D K2O>Li2O>Na2O
2 离子型化合物中，D s、D g、D b分别为表面扩散系数、晶界扩散系数和晶格扩散系数，一般规律是。
A D s>D b>D g
B D s>D g>D b
C
D b >D g>D s D D b>D s>D g
3 今有原料Mg（OH）2、MgO、γ-Al2O3、α-Al2O3用于合成镁铝尖晶石，从提高反应速率的角度出发，选择。
A Mg（OH）2和γ-Al2O3
B Mg（OH）2和α-Al2O3
C MgO和γ-Al2O3
D MgO和α-Al2O3
4 在烧结过程中，只改变气孔形状而不引起坯体收缩的传质方式是。
A 扩散传质
B 蒸发－凝聚传质
C 流动传质
D 溶解－沉淀传质
5 二元凝聚系统的相律为。
A F=1-P
B F=2-P
C F=3-P
D F=4-P
6 从热力学的角度讨论玻璃分相，把分相区域推算出来是依据。
A 过冷度－成核速率曲线
B 过冷度－自由焓曲线
C 温度－时间－转变曲线
D 自由焓－组成曲线
7 结晶相变过程，形成临界半径大小的新相，需物系做功，其值等于新界面能的。
A 2/3
B 1/3
C 1/2
D 1/4
8 ZrO2加入Al2O3中对其进行增韧，固熔体化学式。
A Al2-2x Zr x O3
B Al2-x Zr3x/4O3
C Al2-x Zr2x/3O3
D Al2-2x Zr x/3O3
9 在氧化气氛下，FeO形成非化学计量化合物，铁空位浓度与氧分压关系为。
A 1/6
B -1/6
C 1/4
D -1/4
10 2Na2O·CaO·Al2O3·2SiO2的玻璃中，结构参数Y为。
A 2.25
B 2.5
C 3
D 3.5
二、名词解释（每题3分，共15分）
1 肖特基缺陷
2 本征扩散
3 烧结
4 二次再结晶
5 固相反应中的海德华定律
三、简略回答下列问题(每题5分，共20分)
1 MgO和FeO同为NaCl型，氧化条件下，Mg2+在MgO中扩散活化能为348KJ/mol， Fe2+
在FeO中扩散活化能为96KJ/mol，后者扩散活化能异常的低，为什么？
2试比较杨德方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。
3 烧结过程中，晶界遇到夹杂物时会出现几种情况？从实现致密化目的的考虑，晶界应如何移动，怎样控制？
4试从热力学、动力学和形貌等方面比较亚稳分解和不稳分解这两种分相过程的特点。四、计算题(10分)
设体积扩散与晶界扩散活化能间关系为Q gb=1/2Q v（Q gb、Q v分别为晶界扩散与体积扩散
激活能），试画出ln D～1/T曲线，并分析在哪个温度范围内，晶界扩散超过体积扩散?
五、在如图所示的相图中完成下面各个问题。（25分）
1.直接在给定图中划分副三角形；
2.直接在给定图中用箭头标出界线上温度
下降的方向及界线的性质；
3.判断化合物D和M的性质；
4.写出各无变量点的性质及反应式；
5.写出G点的析晶路程；
6.组成为H的液相在完全平衡条件下进行
冷却，写出结晶结束时各物质的百分含量
（用线段比表示）。
六、详细说明影响烧结的因素。（10分）
无机材料物理化学试题3答案
一、选择题（每题2分,共20分）
1 当SiO2含量比较高时，碱金属氧化物降低熔体粘度的能力是A。
A Li2O>Na2O>K2O
B K2O>Na2O>Li2O
C Na2O>Li2O>K2O
D K2O>Li2O>Na2O
2 离子型化合物中，D s、D g、D b分别为表面扩散系数、晶界扩散系数和晶格扩散系数，一般规律是 B 。
A D s> D b>D g
B D s>D g>D b
C
D b >D g>D s D D b>D s>D g
3 今有原料Mg（OH）2、MgO、γ-Al2O3、α-Al2O3用于合成镁铝尖晶石，从提高反应速率的
角度出发，选择 A 。
A Mg（OH）2和γ-Al2O3
B Mg（OH）2和α-Al2O3
C MgO和γ-Al2O3
D MgO和α-Al2O3
4 在烧结过程中，只改变气孔形状而不引起坯体收缩的传质方式是 B 。
A 扩散传质
B 蒸发－凝聚传质
C 流动传质
D 溶解－沉淀传质
5 二元凝聚系统的相律为 C 。
A F=1-P
B F=2-P
C F=3-P
D F=4-P
6 从热力学的角度讨论玻璃分相，把分相区域推算出来是依据 D 。
A 过冷度－成核速率曲线
B 过冷度－自由焓曲线
C 温度－时间－转变曲线
D 自由焓－组成曲线
7 结晶相变过程，形成临界半径大小的新相，需物系做功，其值等于新界面能的 B 。
A 2/3
B 1/3
C 1/2
D 1/4
8 ZrO2加入Al2O3增韧，固熔体化学式 B 。
A Al2-2x Zr x O3
B Al2-x Zr3x/4O3
C Al2-x Zr2x/3O3
D Al2-2x Zr x/3O3
9 在氧化气氛下，FeO形成非化学计量化合物，铁空位浓度与氧分压关系为 A 。
A 1/6
B -1/6
C 1/4
D -1/4
10 2Na2O·CaO·Al2O3·2SiO2的玻璃中，结构参数Y为 C 。
A 2.25
B 2.5
C 3
D 3.5
二名词解释（每题3分，共15分）
1 肖特基缺陷：正常晶格上的原子迁移到晶体表面，在正常结点上留下空位。
2 本征扩散：空位来源于晶体结构中本征热缺陷而引起的质点迁移。
3 烧结：粉体在一定温度作用下，发生团结，使气孔率下降，致密度提高，强度增大，晶粒增长，这种现象即为烧结。
4 二次再结晶:少数巨大晶粒在细晶消耗时成核长大过程。
5 固相反应中的海德华定律：当反应物之一存在有多晶转变时，则此转变温度也往往是反应开始变得显著的温度。
三、简略回答下列问题(每题5分，共20分)
1 MgO和FeO同为NaCl型，氧化条件下，Mg2+在MgO中扩散活化能为348KJ/mol，Fe2+在FeO中扩散活化能为96KJ/mol，后者扩散活化能异常的低，为什么？
答：因为缺陷浓度为本征空位、非本征空位及由气氛引起的空位三者之和，MgO仅存在
前两者，后者存在三者，显然，后者扩散活化能低。 2试比较杨德方程和金斯特林格方程的优缺点及其适用条件。
杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性，但杨氏模型中假设球形颗粒反应截面积始终不变，因而只适用反应初期转化率较低的情况。而金氏模型中考虑在反应进程中反应截面积随反应进程变化这一事实，因而金氏方程适用范围更广，可以适合反应初、中期。两个方程都只适用于稳定扩散的情况。
3 烧结过程中，晶界遇到夹杂物时会出现几种情况？从实现致密化目的的考虑，晶界应如何移动，怎样控制?
答：三种情况：（1）V b =0(2)V b =V p (3)V b >V p (V b 、V p 分别为晶界与气孔的移动速度)。从实现致密化目的的考虑，在烧结中、后期，应控制烧结升温速度，使晶界带动气孔以正常的速度运动，使气孔保持在晶界上，并以晶界作为空位传递的快速通道而迅速汇集或消失，当达到V b =V p 时，应适当保温，避免出现V b >V p 的情况。
4试从热力学、动力学和形貌等方面比较亚稳分解和不稳分解这两种分相过程的特点。 答：不稳分解：在此区域内，液相会自发分相，不需要克服热力学势垒；无成核－长大过程，分相所需时间极短，第二相组成随时间连续变化。在不稳分解分相区内，随着温度的降低、时间的延长，析出的第二相在母液中相互贯通，形成蠕虫状结构。 成核－生成：在此区域内，系统对微小的组成起伏是亚稳的，形成新相需要做功，即存在成核势垒，新相形成如同结晶过程的成核－长大机理，分相所需时间长，分出的第二相组成不随时间变化。随着温度的降低、时间的延长，析出的第二相在母液中逐渐长大，形成孤立球状结构。 四、计算题(10分)
设体积扩散与晶界扩散活化能间关系为Q gb =1/2Q v （Q gb 、Q v 分别为晶界扩散与体积扩散激活能），试画出ln D ～1/T 曲线，并分析在哪个温度范围内，晶界扩散超过体积扩散?
解：
RT Q D D RT Q D D -=-=00ln ln )ex p(或
晶界扩散有 0
ln ln gb gb gb D D Q RT =-
体积扩散有 0ln ln v v v D D Q RT =-
欲使
gb v D D >
t K G G F J J =--=2
31])1(1[)(杨德尔方程：t
K G G G F K K =---=32
)1(3
2
1)(金斯特林格方程：
即
00ln ln gb gb v v D Q RT D Q RT ->-
又
12gb v D D =
则
00
ln
02gb
v
v D Q D RT +
> 移项得：
)
ln()
ln(20000
gb v gb gb
v v D D R Q T D D R Q T <
<
或
令
)
ln(200
0gb v v D D R Q T =
则当T
如图所示。
五、在如图所示的相图中完成下面各个问题。 （25分） 1. 直接在给定图中划分副三角形； 2. 直接在给定图中用箭头标出界线上温
度下降的方向及界线的性质； 3. 判断化合物D 和M 的性质； 4. 写出各无变量点的性质及反应式； 5. G 点的析晶路程；
6. 组成为H 的液相在完全平衡条件下进
行冷却，写出结晶结束时各物质的百分含量（用线段比表示）。
1、 见图；
2、 见图；
3、 D ，一致熔融二元化合物，高温稳定、低温分解； M ，不一致熔融三元化合物；
4、 E1，单转熔点，M C A L +?+
E2，低共熔点，M B C L ++? E3，单转熔点，M B A L +?+
E4，过渡点，B A D L +?→←
5、
L ? A 熔体G L L ?A ＋B
6、过H点做副三角形BCM的两条边CM、BM的平行线HH1、HH2，C%=BH2/BC×100%，B%=CH1/BC×100%，C%=H1H2/BC×100%
六、详细说明影响烧结的因素？（10
分）
1、粉末的粒度。细颗粒增加了烧结推动力，缩短原子扩散距离，提高颗粒在液相中的溶解度，从而导致烧结过程的加速。
2、外加剂的作用。在固相烧结中，有少量外加剂可与主晶相形成固溶体，促进缺陷增加，在液相烧结中，外加剂改变液相的性质（如粘度，组成等），促进烧结。
3、烧结温度：晶体中晶格能越大，离子结合也越牢固，离子扩散也越困难，烧结温度越高。
保温时间：高温段以体积扩散为主，以短时间为好，低温段为表面扩散为主，低温时间越长，不仅不引起致密化，反而会因表面扩散，改变了气孔的形状而给制品性能带来损害，要尽可能快地从低温升到高温，以创造体积扩散条件。
4、气氛的影响：氧化，还原，中性。
5、成形压力影响：一般说成型压力越大颗粒间接触越紧密，对烧结越有利。
无机材料物理化学试题4
一．填空题（每空1分，共20分）
1.晶体结构中的热缺陷有和二类。热缺陷浓度与温度的关系式为
________________。
2.试写出下列反应的缺陷方程：
3．三T 图中三个T 代表 、 和 。 从三T 曲线可以求出为避免析出10-6分数的晶体所需的临界冷却速率，该速率越 ，越容易形成玻璃。4．NaCl 和SiO 2两种物质中 容易形成玻璃，因其具有 键结构。
5.在Na 2O －SiO 2熔体中，当Na 2O/Al 2O 3<1时，加入Al 2O 3使熔体粘度 。
6.本征扩散的扩散系数D ＝____________,其扩散活化能由__________和____________组成。
7.玻璃分相的两种机理是____________机理和____________机理。前者分相时质点作____________扩散，分相速率_____________，分相后具有____________结构。 二．是非题（每题1分，共10分）（正确的打“√”，错误的打“×”） 1、Fick 第二定律仅适用于稳态扩散过程。（ ）
2、在硅酸盐熔体中，当以低聚物为主时，体系的粘度低、析晶能力大。（ ）
3、浓度梯度是扩散的推动力，物质总是从高浓度处向低浓度处扩散。（ ）
4、一般来说，晶界是气孔通向烧结体外的主要扩散通道。（ ）
5、固溶体是一种溶解了杂质组份的非晶态固体。（ ）
6、液相析晶过程中过冷度的大小会影响材料的显微结构。（ ）
7、晶胚的临界半径r k 随着ΔT 的增大而减小，相变愈易进行。（ ）
8、一般来说二次再结晶对材料的性能有利。（ ）
9、液－液相变的不稳分解过程不存在位垒。（ ）
10、在烧结后期，提高温度总是可以促进气孔的排除。（ ） 三．名词解释（每题2分，共10分） 1、 非化学计量化合物 2、 非均匀成核 3、 无规则网络学说 4、 网络形成体和网络变性体 5、 一级相变
??→
???→?323
22O Fe O Cr MnO NiO
四．说明影响扩散的因素。（10分）
五．写出杨德尔模型要点及动力学关系式，为什么在转化率高时出现偏差？金斯特林格主
要在杨德尔模型的基础上考虑了什么影响？（10分） 六．简要说明：（每题5分，共10分） 1、材料烧结时四种最基本的传质机理是什么？少量添加剂能促进烧结，其原因是什么？
2、陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关？工艺上如何控制晶粒尺寸。
七．右图是某二元系统相图，试画出T 1、T 2温度下的自由能－组成曲线。（10分） 八．分析相图（20分）： 1、划分付三角形；
2、标出界线的性质（共熔界线用单箭头，转熔界线用双箭头）；
3、指出化合物S 的性质；
4、说明E 、F 、R 点的性质，并列出相变式；
5、分析点1和点2的析晶路程。
无机材料物理化学试题4答案
一、填空题（每空1分，共20分）
1.晶体结构中的热缺陷有 弗伦克尔缺陷和肖特基缺陷二类。热缺陷浓度与温度的关系式为
________________。
2. 试写出下列反应的缺陷方程：
A
B
β
α
+α
β
L
+αL
+βT 1
T 2
L
o
Fe Fe O Fe Cr O Cr O V Mn MnO O o V Ni NiO 633222///20
/3232++??→?++??→????)2exp(KT
E
N n －=
3．三T图中三个T代表温度、时间和转变。从三T曲线可以求出为避免析出10-6分数的晶体所需的临界冷却速率，该速率越小，越容易形成玻璃。4．NaCl和SiO2两种物质中 SiO2容易形成玻璃，因其具有极性共价键结构。
5.在Na2O－SiO2熔体中，当Na2O/Al2O3<1时，加入Al2O3使熔体粘度小。
6.本征扩散的扩散系数D＝_D0exp（-Q/RT）,其扩散活化能由_空位形成能_和_质点迁移能__组成。
7. 玻璃分相的两种机理是_成核－长大_机理和__旋节分相__机理。前者分相时质点作___正___扩散，分相速率___慢____，分相后具有___孤立的液滴状___结构。
二．是非题（每题1分，共10分）（正确的打“√”，错误的打“×”）
1、Fick第二定律仅适用于稳态扩散过程。（×）
2、在硅酸盐熔体中，当以低聚物为主时，体系的粘度低、析晶能力大。（ ）
3、浓度梯度是扩散的推动力，物质总是从高浓度处向低浓度处扩散。（×）
4、一般来说，晶界是气孔通向烧结体外的主要扩散通道。（√）
5、固溶体是一种溶解了杂质组份的非晶态固体。（×）
6、液相析晶过程中过冷度的大小会影响材料的显微结构。（√）
7、晶胚的临界半径r k随着ΔT的增大而减小，相变愈易进行。（√）
8、一般来说二次再结晶对材料的性能有利。（×）
9、液－液相变的不稳分解过程不存在位垒。（√）
10、在烧结后期，提高温度总是可以促进气孔的排除。（×）
三．名词解释（每题2分，共10分）
1、非化学计量化合物：化合物原子数量的比例不符合定比定律,即非简单的固定比例关系。
2、非均匀成核：借助于表面、界面、微粒裂纹、器壁以及各种催化位置而形成晶核的过程。
3、无规则网络学说：形成玻璃的物质与相应的晶体类似，形成相似的三维空间网络。网络由离子多面体（四面体或三角体）构筑起来的。
4、网络形成体和网络变性体
网络形成体：单键强度大于335 kJ/mol，能单独形成玻璃的氧化物。
网络变性体：单键强度小于250kJ/mol，不能单独形成玻璃，但能改变玻璃网络结构和性质的氧化物。
5、一级相变：相变时两相化学势相等但化学势的一级偏微商不相等。发生一级相变时有潜热和体积的变化。
四 （10分）说明影响扩散的因素？
答：化学键：共价键方向性限制不利间隙扩散，空位扩散为主。金属键离子键以空位扩散为
主，间隙离子较小时以间隙扩散为主。
缺陷：缺陷部位会成为质点扩散的快速通道，有利扩散。
温度：D=D 0exp （-Q/RT ）Q 不变，温度升高扩散系数增大有利扩散。Q 越大温度变化对扩散系数越敏感。
杂质：杂质与介质形成化合物降低扩散速度；杂质与空位缔合有利扩散；杂质含量大本征扩散和非本征扩散的温度转折点升高。
扩散物质的性质：扩散质点和介质的性质差异大利于扩散 扩散介质的结构：结构紧密不利扩散。
五（10分）写出杨德尔模型要点及动力学关系式，为什么在转化率高时出现偏差？金斯特林格主要在杨德尔模型的基础上考虑了什么影响？ 答：(1) 反应物是半径为R 0的等径球粒；
(2) 反应物A 是扩散相，A 成分包围B 颗粒表面，且A 、B 和产物完全接触，反应自表面向中心进行；
(3) A 在产物层浓度梯度呈线性，而且扩散截面一定。
杨德尔方程在反应初期具有很好的适应性，但杨氏模型中假设球形颗粒反应截面积始终不变，因而只适用反应初期转化率较低的情况。而金氏模型中考虑在反应进程中反应截面积随反应进程变化这一事实，因而金氏方程适用范围更广，可以适合反应初、中期。两个方程都只适用于稳定扩散的情况。
六．简要说明：（每题5分，共10分）
（1） 材料烧结时四种最基本的传质机理是什么？少量添加剂能促进烧结，其原因是什
么？
答： 固相烧结的主要传质方式有蒸发-凝聚传质和扩散传质，液相烧结的主要传质方式有溶解-沉淀传质和流动传质。
1)外加剂与烧结主体形成固溶体使主晶格畸变，缺陷增加，有利结构基元移动而促进烧结。2)外加剂与烧结主体形成液相，促进烧结。3)外加剂与烧结主体形成化合物，促进烧结。4)外加剂阻止多晶转变，促进烧结。5)外加剂起扩大烧结范围的作用。 （2）、陶瓷材料中晶粒的大小与什么有关？工艺上如何控制晶粒尺寸？ 答：陶瓷材料中晶粒的大小与物料的原始粒度、烧结温度和时间等因素有关；
控制晶粒尺寸方法：控制原始粒度均匀细小，控制烧结温度和时间，添加剂等。
七．右图是某二元系统相图，试画出T 1、T 2温度下的自由能－组成曲线。（10分，每图5分）
t
K G G F J J =--=2
31
])1(1[)(杨德尔方程：T 1
α
β
h
G
八．分析相图（20分）： 1 划分付三角形。（如图，3分） 2、标出界线的性质（共熔界线用单箭头，转熔界线用双箭头）（如图3分） 3、指出化合物S 的性质。S 是低温稳定、高温分解的二元化合物（2分）
4、说明E 、F 、R 点的性质，并列出相变式。
E 点是低共熔点，L E →B+C+S
F 点是单转熔点，L F +A →C+S
R 点是过渡点（双转熔点），L R +A+B→S （6分）
5、分析点1和点2的析晶路程（表明液、固相组成点的变化，并在液相变化的路径中注明各阶段的相变化和自由度数）。（6分）
L ? B
f=2
熔体1 L f=3
1[B ，(B)]
a[B,B+(S)] L ?S ＋B
f=1
E
[b,S+B+(C)]
L ?S ＋C ＋B
f=0
E (L 消失)[1,S+B+C]
A B
T 2
L
α
β
m
n
G
L ? A
熔体2
L d[A,A+(S)] L ＋A ?S
s[e,A+S]
这有答案，大家尽量出有答案的题材料物理性能 习题与解答 吴其胜 盐城工学院材料工程学院 2007，3
目录 1 材料的力学性能 (2) 2 材料的热学性能 (12) 3 材料的光学性能 (17) 4 材料的电导性能 (20) 5 材料的磁学性能 (29) 6 材料的功能转换性能 (37)
1材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解：根据题意可得下表 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm ，受到应力为1000N 拉力，其杨氏模量为3.5×109 N/m 2，能伸长多少厘米? 解： 拉伸前后圆杆相关参数表 ) (0114.010 5.310101401000940000cm E A l F l E l l =?????=??= ?=?=?-σ ε0816.04.25 .2ln ln ln 2 2 001====A A l l T ε真应变) (91710 909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .0100=-=?=A A l l ε名义应变) (99510 524.44500 6 MPa A F T =?= = -σ真应力
1-3一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。 解：根据 可知： 1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。 证： 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。 解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： V oigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： )21(3)1(2μμ-=+=B G E ) (130)(103.1)35.01(210 5.3) 1(28 8 MPa Pa E G ≈?=+?= += μ剪切模量) (390)(109.3) 7.01(310 5.3) 21(38 8 MPa Pa E B ≈?=-?= -=μ体积模量. ,. ,112 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 S W VS d V ld A Fdl W W S W V Fdl V l dl A F d S l l l l l l ∝=== = ∝= = = =??? ? ? ?亦即做功或者：亦即面积εε εε εε εσεσεσ) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量 ) (1.323)84 05.038095.0()(11 2211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量 ). 1()()(0)0() 1)(()1()(1 //0 ----= = ∞=-∞=-= e e e E t t t στεσεεεσετ τ ；；则有：其蠕变曲线方程为：. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为
2、材料的热学性能 2-1 计算室温（298K ）及高温（1273K ）时莫来石瓷的摩尔热容值，并请和按杜龙-伯蒂规律计算的结果比较。 （1） 当T=298K ，Cp=a+bT+cT -2=87.55+14.96 10-3298-26.68 105/2982 =87.55+4.46-30.04 =61.97 4.18 J/mol K=259.0346 J/mol K （2） 当T=1273K ，Cp=a+bT+cT -2=87.55+14.96 10-31273-26.68 105/12732 =87.55+19.04-1.65 =104.94 4.18 J/mol K=438.65 J/mol K 据杜隆-珀替定律：(3Al 2O 32SiO 4) Cp=21*24.94=523.74 J/mol K 2-2 康宁玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：λ=0.021J/(cm s ℃); α=4.610?6/℃;σp =7.0Kg/mm 2，E=6700Kg/mm 2，μ=0.25。求其第一及第二热冲击断裂抵抗因子。 第一冲击断裂抵抗因子：E R f αμσ)1(-==666 79.8100.75 4.61067009.810-???????=170℃ 第二冲击断裂抵抗因子：E R f αμλσ) 1(-= '=1700.021=3.57 J/(cm s) 2-3 一陶瓷件由反应烧结氮化硅制成，其热导率λ=0.184J/(cm s ℃)，最大厚度=120mm 。如果表面热传递系数h=0.05 J/(cm 2s ℃)，假定形状因子S=1，估算可安全应用的热冲击最大允许温差。 h r S R T m m 31.01? '=?=226*0.18405 .0*6*31.01 =447℃ 2-4、系统自由能的增加量TS E F -?=?，又有! ln ln ()!! N N N n n =-，若在肖特基缺 定律所得的计算值。 趋近按，可见，随着温度的升高Petit Dulong C m P -,
华工材物化复试笔试题 2010年 1、一个人海中溺水，救生员离海有一距离，救生员在水中、陆地上的速度不一样，找一最快路线。 2 、列举生活常见的发光显示器，并说明主要特征。 有机发光显示器（OLED，Organic Light Emitting Display）是一种利用有机半导体材料制成的、用直流电压驱动的薄膜发光器件，OLED显示技术与传统的LCD 显示方式不同，无需背光灯，采用非常薄的有机材料涂层和玻璃基板，当有电流通过时，这些有机材料就会发光。而且OLED显示屏幕可以做得更轻更薄，可视角度更大，并且能够显著节省电能。OLED的工作原理十分简单，有机材料ITO 透明电极和金属电极分别作为器件的阳极和阴极，在一定电压的驱动下，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层，电子和空穴相遇形成激子，使发光分子激发而发出可见光。根据使用的有机材料不同，OLED又分为高分子OLED和小分子OLED，二者的差异主要表现在器件制备工艺上：小分子器件主要采用真空热蒸发工艺；高分子器件则采用旋转涂覆或喷涂印刷工艺。 特点： 1.薄膜化的全固态器件，无真空腔，无液态成份； 2. 高亮度，可达300 cd/m2以上； 3.宽视角，上下、左右的视角宽度超高170度； 4.快响应特性，响应速度为微秒级，是液晶显示器响应速度的1000倍； 5.易于实现全彩色； 6.直流驱动，10V以下，用电池即可驱动； 7.低功耗； 8.工艺比较简单，低成本； 9.分辨率；10.温度特性，在-40℃~70℃范围内都可正常工作。 3 、发光二极管原理，光电二极管的原理 （1）发光二极管（LED）由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。 它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关 （2）光电二极管（Photo-Diode，PD）是将光信号变成电信号的半导体器件，由
材料物理期末考试题
电致伸缩：电介质在外电场的作用下，发生尺寸变化即产生应变现象，起应变大小与所加电压的平方成正比。 压电效应：在某些晶体特定的方向上加力，则在里的垂直方向上的平面上出现正负束缚电子。 电导率：当施加的电场产生电流时电流密度正比于电场强度，其比例常数即电导率。 磁滞现象：退磁时M的变化落后于H的变化的现象。 磁致伸缩：此题在磁场中磁化，形状和尺寸都会发生变化的现象。 磁弹性能：物体在磁化时伸长或收缩受到限制，则在物体内部形成应力，从而内部将产生弹性能，即磁弹性能。 磁化现象：物体在外加磁场H作用下，能够产生磁化的材料。比热容：单位质量物质上升1K所需要的能量（条件：无相变）物理含义：晶格热振动状态改变所需要吸收或放出的能量热稳定性，材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力。 热熔：物质温度升高1K所需要的能量。 热膨胀：固体材料受热以后晶格震动加剧而引起的容积膨胀。热传导：一块材料的温度不均匀或者两个温度不同的物体接触，热量会自动从高温区向低温区传播的现象。
1.为什么锗半导体材料最先得到应用，而现在的半导体材料却 大都采用硅半导体？ 2.答：锗比较容易提纯，所以最初发明的半导体三极管是锗制 成的。但是，锗的禁带宽度（0.67 ev）大约是硅的禁带宽度（1.11 ev）的一半，所以硅的电阻率比锗大，而且在较宽的能带中能够更加有效的设置杂质能级，所以后来硅半导体逐渐取代了锗半导体。硅取代锗的另一个原因是硅的表面能够形成一层极薄的二氧化硅绝缘膜，从而能够制备MOS三极管。因此，现在的半导体材料大都采用硅半导体。 3.经典自由电子论、量子自由电子论和能带理论分析材料导电 性理论的主要特征是什么？ 4.答：经典自由电子论：连续能量分布的价电子在均匀势场中 的运动；量子自由电子论：不连续能量分布的价电子在均匀势场中的运动；能带理论：不连续能量分布的价电子在周期性势场中的运动。 5.根据经典自由电子论，金属是由原子点阵组成的，价电子是 完全自由的，可以在整个金属中自有运动，就好像气体分子能够在一个容器内自由运动一样，故可以把价电子看出“电子气”。自由电子的运动遵从经典力学的运动规律，遵守气体分子运动论。在电场的作用下，自由电子将沿电场的反方向运动，从而在金属中形成电流。 6.量子自由电子论认为，金属离子形成的势场各处都是均匀
无机材料物理性能试题及答案
无机材料物理性能试题及答案 一、填空题（每题2分，共36分） 1、电子电导时，载流子的主要散射机构有中性杂质的散射、位错散射、电离杂质的散射、晶格振动的散射。 2、无机材料的热容与材料结构的关系不大，CaO和SiO2的混合物与CaSiO3 的 热容-温度曲线基本一致。 3、离子晶体中的电导主要为离子电导。可以分为两类：固有离子电导（本征 电导）和杂质电导。在高温下本征电导特别显著，在低温下杂质电导最为显著。 4、固体材料质点间结合力越强，热膨胀系数越小。 5、电流吸收现象主要发生在离子电导为主的陶瓷材料中。电子电导为主的陶瓷材料，因 电子迁移率很高，所以不存在空间电荷和吸收电流现象。 6、导电材料中载流子是离子、电子和空位。 7. 电子电导具有霍尔效应，离子电导具有电解效应，从而可以通过这两种效应检查材料 中载流子的类型。 8. 非晶体的导热率（不考虑光子导热的贡献）在所有温度下都比晶体的 小。在高温下，二者的导热率比较接近。 9. 固体材料的热膨胀的本质为：点阵结构中的质点间平均距离随着温度升高而增 大。 10. 电导率的一般表达式为 ∑ = ∑ = i i i i i q nμ σ σ 。其各参数n i、q i和μi的含义分别 是载流子的浓度、载流子的电荷量、载流子的迁移率。 11. 晶体结构愈复杂，晶格振动的非线性程度愈大。格波受到的 散射大，因此声子的平均自由程小，热导率低。 12、波矢和频率之间的关系为色散关系。 13、对于热射线高度透明的材料，它们的光子传导效应较大，但是在有微小气孔存在时，由于气孔与固体间折射率有很大的差异，使这些微气孔形成了散射中心，导致透明度强烈降低。 14、大多数烧结陶瓷材料的光子传导率要比单晶和玻璃小1～3数量级，其原因是前者有微量的气孔存在，从而显著地降低射线的传播，导致光子自由程显著减小。 15、当光照射到光滑材料表面时，发生镜面反射；当光照射到粗糙的材料表面时，发生漫反射。 16、作为乳浊剂必须满足：具有与基体显著不同的折射率，能够形成小颗粒。 用高反射率，厚釉层和高的散射系数，可以得到良好的乳浊效果。 17、材料的折射随着入射光的频率的减少（或波长的增加）而减少的性质，称为折射率的色散。
名词解释 1.应变：用来描述物体内部各质点之间的相对位移。 2.弹性模量：表征材料抵抗变形的能力。 3.剪切应变：物体内部一体积元上的二个面元之间的夹角变化。 4.滑移：晶体受力时，晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动，就叫滑移. 5.屈服应力：当外力超过物理弹性极限，达到某一点后，在外力几乎不增加的情况下，变形骤然加快，此点为屈服点，达到屈服点的应力叫屈服应力。 6.塑性：使固体产生变形的力，在超过该固体的屈服应力后，出现能使该固体长期保持其变形后的形状或尺寸，即非可逆性。 7.塑性形变：在超过材料的屈服应力作用下，产生变形，外力移去后不能恢复的形变。 8.粘弹性：一些非晶体和多晶体在比较小的应力时,可以同时变现出弹性和粘性，称为粘弹性. 9.滞弹性：弹性行为与时间有关，表征材料的形变在应力移去后能够恢复但不能立即恢复的能力。 10.弛豫:施加恒定应变，则应力将随时间而减小，弹性模量也随时间而降低。 11.蠕变——当对粘弹性体施加恒定应力，其应变随时间而增加，弹性模量也随时间而减小。 12.应力场强度因子：反映裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量称为应力强度因子。它和裂纹尺寸、构件几何特征以及载荷有关。 13.断裂韧性：反映材料抗断性能的参数。 14.冲击韧性：指材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。 15.亚临界裂纹扩展：在低于材料断裂韧性的外加应力场强度作用下所发生的裂纹缓慢扩展称为亚临界裂纹扩展。 16.裂纹偏转增韧：在扩展裂纹剪短应力场中的增强体会导致裂纹发生偏转，从而干扰应力场，导致机体的应力强度降低，起到阻碍裂纹扩展的作用。 17.弥散增韧：在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细粉料达到增韧的效果，称为弥散增韧。 18.相变增韧：利用多晶多相陶瓷中某些相成份在不同温度的相变，从而达到增韧的效果，称为相变增韧。 19.热容：分子热运动的能量随着温度而变化的一个物理量，定义为物体温度升高1K所需要的能量。 20.比热容：将1g质量的物体温度升高1K所需要增加的热量，简称比热。 21.热膨胀：物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。 热传导：当固体材料一端的温度笔另一端高时，热量会从热端自动地传向冷端。22.热导率：在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米，面积为1平方米的平行平面，若两个平面的温度相差1K，则在1秒内从一个平面传导至另一个平面的热量就规定为该物质的热导率。 23.热稳定性:指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，又称为抗热震性。 24.抗热冲击断裂性：材料抵抗温度急剧变化时瞬时断裂的性能。 25.抗热冲击损伤性：材料抵抗热冲击循环作用下缓慢破坏的性能。 26.热应力：材料热膨胀或收缩引起的内应力。 27.声频支振动：振动的质点中包含频率甚低的格波时，质点彼此间的位相差不
材料物理与化学专业博士研究生培养方案 一、培养目标及学习年限： 本专业培养德、智、体全面发展的材料物理与化学方面的高级专门人才。要求学生遵守中华人民共和国宪法和法律，具有为科学事业献身的精神、良好的品德和科学修养、健康的身体和良好的心理素质；在本学科掌握坚实宽广的基础理论和系统深入的专业知识，掌握一至两门外国语，具有独立从事科学研究、教学或独立负担专业技术工作的能力，在材料物理与化学或相关科学领域的研究或应用上做出创造性成果，成为为社会主义建设服务的高级科学专门人才。 学习年限按中山大学《学位与研究生教育工作手册》有关规定执行。 二、研究方向： 1、光电薄膜材料与器件； 2、光电纳米材料与技术； 3、一维纳米材料与纳米结构研究； 4、功能纳米材料的合成与物性表征； 5、纳米材料与技术在生物医学中的应用； 6、高分子材料物理与化学； 7、无机材料物理与化学； 8、功能高分子材料； 9、低维材料与量子器件；10、光子学与光电子材料；11、有机光电功能材料；12、燃料电池及关键材料研究；13、新型电池材料；14、材料微观结构表征理论与方法。 三、课程设置及学分要求 （二）、硕博连读生、直博生：必修课21学分，指选课不少于7学分，总学分不少于40学
四、培养必修环节要求 按《中山大学学位与研究生教育工作手册》和《物理科学与工程技术学院研究生培养管理条例》有关规定执行。 五、学位论文工作及发表论文要求 按《物理科学与工程技术学院研究生培养管理条例》有关规定执行。 六、必读和选读书目
七、培养质量要求和保障措施 培养材料物理与化学专业高素质的专业人才，要求学生掌握本学科坚实宽广的基础理论和系统深入的专业知识，具有独立从事科学研究、教学或独立负担专业技术工作的能力，在材料物理与化学或相关科学领域的研究或应用上做出创造性成果，成为为社会主义建设服务的高级科学专门人才。 优秀的导师团队是培养博士研究生的基本保障，可以给博士研究生悉心指导，帮助其选择合理的研究方向和学位论文课题；本专业良好的科研背景可为博士研究生提供良好的学习、研究条件；此外，学院鼓励、支持博士研究生参与国内外的学术交流活动，提供良好的学术氛围。
期末复习题 一、填空（20） 1.一长30cm的圆杆，直径4mm，承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm，且体积保持不变，在此拉力下名义应力值为，名义应变值为。 2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。 3．固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈 介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 ．当磁化强度M为负值时，固体表现为抗磁性。8．电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。 9．无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 10．广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 ?（1-m）2x。11．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为 I 12．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子。 13．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l，则此偶极矩为 ql 。 14．裂纹扩展的动力是物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。 15.Griffith微裂纹理论认为，断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是裂纹扩展的结果。16．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 17．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。 18．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示应力作用的方向。 19．电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 20．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。 21. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 22.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。 23.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。 24.铁电体是具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。 25.自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用。 二、名词解释(20) 自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。 断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性 能等。
材料无机材料物理性能考试及答案
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无机材料物理性能试卷 一．填空（１×２０＝２０分） 1．CsCl结构中，Ｃs+与Cl-分别构成＿＿＿＿格子。 ２．影响黏度的因素有＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿. ３.影响蠕变的因素有温度、＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿. ４．在＿＿＿＿、＿＿＿＿的情况下，室温时绝缘体转化为半导体。 ５．一般材料的＿＿＿＿远大于＿＿＿＿。 ６．裂纹尖端出高度的＿＿＿＿导致了较大的裂纹扩展力。 ７．多组分玻璃中的介质损耗主要包括三个部分：＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿。 ８．介电常数显著变化是在＿＿＿＿处。 ９．裂纹有三种扩展方式：＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿。 １０．电子电导的特征是具有＿＿＿＿。 二.名词解释（4×4分=16分） 1.电解效应 2.热膨胀 3.塑性形变 4.磁畴 三.问答题（3×8分=24分） 1.简述晶体的结合类型和主要特征： 2.什么叫晶体的热缺陷？有几种类型？写出其浓度表达式?晶体中离子电导分为哪几类？ 3.无机材料的蠕变曲线分为哪几个阶段，分析各阶段的特点。 4.下图为氧化铝单晶的热导率与温度的关系图，试解释图像先增后减的原因。 四，计算题（共20分） 1.求熔融石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm，弹性模量值从60 到75GPa。（10分） 2.康宁1273玻璃(硅酸铝玻璃)具有下列性能参数： =0.021J/(cm ·s ·℃)；a=4.6×10-6℃-1；σp=7.0kg/mm2，
材料力学期末考试复习题及答案 配高等教育出版社第五版 一、填空题： 1.受力后几何形状和尺寸均保持不变的物体称为刚体。 2.构件抵抗破坏的能力称为强度。 3.圆轴扭转时，横截面上各点的切应力与其到圆心的距离成正比。 4.梁上作用着均布载荷，该段梁上的弯矩图为二次抛物线。 5.偏心压缩为轴向压缩与弯曲的组合变形。 6.柔索的约束反力沿柔索轴线离开物体。 7.构件保持原有平衡状态的能力称为稳定性。 8.力对轴之矩在力与轴相交或平行情况下为零。 9.梁的中性层与横截面的交线称为中性轴。 10.图所示点的应力状态，其最大切应力是 100Mpa 。 11.物体在外力作用下产生两种效应分别是变形效应运动效应。 12.外力解除后可消失的变形，称为弹性变形。 13.力偶对任意点之矩都相等。 14.阶梯杆受力如图所示，设AB和BC段的横截面面积分别为2A和A，弹性模量为E，则杆中最大正应力 为 5F/2A 。 15.梁上作用集中力处，其剪力图在该位置有突变。 16.光滑接触面约束的约束力沿接触面的公法线指向物体。 17.外力解除后不能消失的变形，称为塑性变形。 18.平面任意力系平衡方程的三矩式，只有满足三个矩心不共线的条件时，才能成为力系 平衡的充要条件。 19.图所示，梁最大拉应力的位置在 C 点处。
20.图所示点的应力状态，已知材料的许用正应力[σ]，其第三强度理论的强度条件是 2τ《=【σ】 。 21.物体相对于地球处于静止或匀速直线运动状态，称为平衡。 22.在截面突变的位置存在应力集中现象。 23.梁上作用集中力偶位置处，其弯矩图在该位置有突变。 24.图所示点的应力状态，已知材料的许用正应力[σ]，其第三强度理论的强度条件是。 25.临界应力的欧拉公式只适用于细长杆。 26.只受两个力作用而处于平衡状态的构件，称为而力构件。 27.作用力与反作用力的关系是。 28.平面任意力系向一点简化的结果的三种情形是力，力偶，平衡。 29.阶梯杆受力如图所示，设AB和BC段的横截面面积分别为2A和A，弹性模量为E，则截面C的位移为 7Fa/2EA 。 30.若一段梁上作用着均布载荷，则这段梁上的剪力图为斜直线。 二、计算题： 1.梁结构尺寸、受力如图所示，不计梁重，已知q=10kN/m，M=10kN·m，求A、B、C处的约束力。 2.铸铁T梁的载荷及横截面尺寸如图所示，C为截面形心。已知I z=60125000mm4，y C=157.5mm，材料许用压应力[σc]=160MPa，许用拉应力[σt]=40MPa。试求：①画梁的剪力图、弯矩图。②按正应力强度条件校核梁的强度。
《材料物理性能》 第一章材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解： 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=,V 2=。则有 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=代入经验计算公式E=E 0+可得，其上、下限弹性模量分别变为 GPa 和 GPa 。 1-11一圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉力F ，若其临界抗剪强度 τf 为135 MPa,求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。 0816 .04.25.2ln ln ln 22 001====A A l l T ε真应变) (91710909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .010 0=-=?=A A l l ε名义应变) (99510524.445006MPa A F T =?== -σ真应力)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量
二、计算题： 1.梁结构尺寸、受力如图所示，不计梁重，已知q=10kN/m，M=10kN·m，求A、B、C处的约束力。 2.铸铁T梁的载荷及横截面尺寸如图所示，C为截面形心。已知I z=60125000mm4，y C=157.5mm，材料许用压 应力[σc]=160MPa，许用拉应力[σt]=40MPa。试求：①画梁的剪力图、弯矩图。②按正应力强度条件校核梁的强度。 3.传动轴如图所示。已知F r=2KN，F t=5KN，M=1KN·m，l=600mm，齿轮直径D=400mm，轴的[σ]=100MPa。 试求：①力偶M的大小；②作AB轴各基本变形的内力图。③用第三强度理论设计轴AB的直径d。 4.图示外伸梁由铸铁制成，截面形状如图示。已知I z=4500cm4，y1=7.14cm，y2=12.86cm，材料许用压应力[σc]=120MPa，许用拉应力[σt]=35MPa，a=1m。试求：①画梁的剪力图、弯矩图。②按正应力强度条件确定梁截荷P。 5.如图6所示，钢制直角拐轴，已知铅垂力F1，水平力F2，实心轴AB的直径d，长度l，拐臂的长度a。 试求：①作AB轴各基本变形的内力图。②计算AB轴危险点的第三强度理论相当应力。
6.图所示结构，载荷P=50KkN，AB杆的直径d=40mm，长度l=1000mm，两端铰支。已知材料E=200GPa，σp=200MPa，σs=235MPa，a=304MPa，b=1.12MPa，稳定安全系数n st=2.0，[σ]=140MPa。试校核AB杆是否安全。 7.铸铁梁如图5，单位为mm，已知I z=10180cm4，材料许用压应力[σc]=160MPa，许用拉应力[σt]=40MPa， 试求：①画梁的剪力图、弯矩图。②按正应力强度条件确定梁截荷P。 8.图所示直径d=100mm的圆轴受轴向力F=700kN与力偶M=6kN·m的作用。已知M=200GPa，μ=0.3，[σ]=140MPa。试求：①作图示圆轴表面点的应力状态图。②求圆轴表面点图示方向的正应变。③按第四强度理论校核圆轴强度。 9.图所示结构中，q=20kN/m，柱的截面为圆形d=80mm，材料为Q235钢。已知材料E=200GPa，σp=200MPa，σs=235MPa，a=304MPa，b=1.12MPa，稳定安全系数n st=3.0，[σ]=140MPa。试校核柱BC是否安全。
无机材料物理性能考试试题及答案 一、填空（18） 1. 声子的准粒子性表现在声子的动量不确定、系统中声子的数目不守恒。 2. 在外加电场E的作用下，一个具有电偶极矩为p的点电偶极子的位能U=-p·E，该式表明当电偶极矩的取向与外电场同向时，能量为最低而反向时能量为最高。 3. TC为正的温度补偿材料具有敞旷结构，并且内部结构单位能发生较大的转动。 4. 钙钛矿型结构由 5 个简立方格子套购而成，它们分别是1个Ti 、1个Ca 和3个氧简立方格子 5. 弹性系数ks的大小实质上反映了原子间势能曲线极小值尖峭度的大小。 6. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 7. 制备微晶、高密度与高纯度材料的依据是材料脆性断裂的影响因素有晶粒尺寸、气孔率、杂质等。 8. 粒子强化材料的机理在于粒子可以防止基体内的位错运动，或通过粒子的塑性形变而吸收一部分能量，达从而到强化的目的。 9. 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。 10.裂纹有三种扩展方式：张开型、滑开型、撕开型 11. 格波：晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的波，或某一个原子在平衡位置附近的振动是以波的形式在晶体中传播形成的波 二、名词解释(12) 自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。 断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性能等。 电子的共有化运动：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子的某一电子壳层转移到相邻原子的相似壳层上去，因而电子可以在整个晶体中运动。这种运动称为电子的共有化运动。 平衡载流子和非平衡载流子：在一定温度下，半导体中由于热激发产生的载流子成为平衡载流子。由于施加外界条件(外加电压、光照)，人为地增加载流子数目，比热平衡载流子数目多的载流子称为非平衡载流子。 三、简答题（13） 1. 玻璃是无序网络结构，不可能有滑移系统，呈脆性，但在高温时又能变形，为什么？ 答：正是因为非长程有序，许多原子并不在势能曲线低谷；在高温下，有一些原子键比较弱，只需较小的应力就能使这些原子间的键断裂；原子跃迁附近的空隙位置，引起原子位移和重排。不需初始的屈服应力就能变形-----粘性流动。因此玻璃在高温时能变形。 2. 有关介质损耗描述的方法有哪些？其本质是否一致？ 答：损耗角正切、损耗因子、损耗角正切倒数、损耗功率、等效电导率、复介电常数的复项。多种方法对材料来说都涉及同一现象。即实际电介质的电流位相滞后理想电介质的电流位相。因此它们的本质是一致的。 3. 简述提高陶瓷材料抗热冲击断裂性能的措施。 答：(1) 提高材料的强度 f，减小弹性模量E。(2) 提高材料的热导率c。(3) 减小材料的热膨胀系数a。(4) 减小表面热传递系数h。(5) 减小产品的有效厚度rm。
学院概况 西安建筑科技大学材料与矿资学院，其前身可追溯到1956年在建筑工艺系开设的“混凝土及建筑制品工艺”专业。学院师资力量雄厚，目前共有教职工147人，其中中国工程院院士1人，教授及教授级高级工程师16人，副教授及高级工程师34人，设有陕西省“三秦学者”岗位,此外还聘有一大批国内外材料学科的专家学者为学院兼职教授。 学院目前拥有材料科学与工程、矿业工程和安全科学与工程三个一级学科，拥有材料科学与工程一级学科博士点，材料物理与化学、材料学、建筑材料、资源循环科学与工程4个二级博士点，硕士学位授予权覆盖学院全部专业。学院设有材料科学与工程博士后科研流动站。 学院下设粉体工程研究所、高温陶瓷研究所、建筑工程材料研究所、材料科学研究所、劳动安全卫生研究所和矿物资源工程研究所6个具有教学、科研和技术服务等职能的实体研究所。拥有国家干法水泥回转窑预热预分解技术研究推广中心、教育部生态水泥工程中心、国家与地方联合生态建筑材料工程技术中心、陕西省（13115）生态水泥、混凝土工程技术研究中心、陕西省新型干法水泥工程研究中心、陕西省水泥新技术推广中心、国家建材设计甲级资质、矿山设计乙级资质和陕西省建筑工程材料质量检测中心。莱钢集团、陕西尧柏集团、陕西声威集团、河南海格尔集团、济南新峨嵋、北京新奥混凝土集团有限公司等企业在我院设立了工程技术研究中心。 近年来，学院在科学研究方面取得了丰硕的成果，形成了新型干法水泥工艺理论与技术、粉体工程、新型超细粉磨技术、工业废弃物资源化、高强与高性能混凝土、陶瓷基复合材料制备技术和新型功能耐火材料研制等研究方向。发表高水平学术论文960余篇，其中三大检索收录330篇，出版专著7部，教材35部。先后获得国家科技进步二等奖1项、国家发明四等奖1项、省部级奖20余项，获国家发明专利180项，年均科研经费3000万元。与德国亚琛工业大学、澳大利亚新南威尔士大学、挪威科技大学等国外知名大学建立了友好合作关系。 学院以独特的地理条件、行业渊源，立足西部，面向全国，为国家培养了一大批新型水泥工艺及装备、耐火材料、工业废弃物资源化、高强与高性能混凝土方面的专门人才，解决了大量的工程技术关键问题，为国家经济建设和陕西地方
三明学院 《材料力学》期末考试卷10 （考试时间：120分钟） 使用班级： 学生数： 任课教师： 考试类型 闭卷 一．填空题（每题3，共30分） 1. 构件所受的外力可以是各式各样的，有时是很复杂的。材料力学根据构件的典型受力情况及截面上的内力分量可分为 拉伸或压缩 、 剪切 、 扭转 、 弯曲 四种基本变形。 2. 现代工程中常用的固体材料种类繁多，物理力学性能各异。所以，在研究受力后物体（构 件）内部的力学响应时，除非有特别提示，一般将材料看成由 连续性 、 均匀性 、 各向同性 的介质组成。 3. 为保证工程结构或机械的正常工作，构件应满足三个要求，即 强度 、 刚度 、 稳定性 。 4. 为了求解静不定问题，必须研究构件的 变形 ，从而寻找出 变形协调方程 。 5. 矩形截面梁的弯曲剪力为FS ，横截面积为A ，则梁上的最大切应力为 A F s = σ 。 6. 用主应力表示的广义胡克定律是 ()[]32111 σσμσε+-= E ； ()[]331211σσμσε+-= E ； ()[] 2133 1σσμσε+-=E 。 7. 压杆稳定问题中，欧拉公式成立的条件是： ） E （P σπλλλ211 :=≥其中 。 8. 轴向拉压变形中，横向应变与轴向应变的关系是 μεε=' 。 9. 图示外伸梁受均布载荷作用，欲使C B A M M M -==，则要求a l /的比值为 22/=a l ；欲使0=C M ，则要求比值为2/=a l 。 10. 图示矩形截面纯弯梁受弯矩M 作用，梁发生弹性变形，横截面上图示阴影面积上承担的弯矩为 7M/8 。 二．选择题（每题3分，共15分） 1．平面弯曲梁的横截面上，最大正应力出现在（ D ） A ．中性轴； B ．左边缘； C ．右边缘； D ．离中性轴最远处 。 2．第一强度理论适用于（ A ） A ．脆性材料； B ．塑性材料； C ．变形固体； D ．刚体。 3．在计算螺栓的挤压应力时，在公式 bs bs bs A F = σ中， bs A 是（ B ） A ．半圆柱面的面积； B ．过直径的纵截面的面积； C ．圆柱面的面积；
期末复习题参考答案 一、填空 1.一长30cm的圆杆，直径4mm，承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm，且体积保持不变，在此拉力下名义应力值为，名义应变值为。 2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。 3．固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4．格波间相互作用力愈强，也就是声子间碰撞几率愈大，相应的平均自由程愈小，热导率也就愈低。 5．电介质材料中的压电性、铁电性与热释电性是由于相应压电体、铁电体和热释电体都是不具有对称中心的晶体。 6．复介电常数由实部和虚部这两部分组成，实部与通常应用的介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 7．无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 8．广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 ?（1-m）2x。9．设某一玻璃的光反射损失为m，如果连续透过x块平板玻璃，则透过部分应为 I 10．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子Y= 。 11．设电介质中带电质点的电荷量q，在电场作用下极化后，正电荷与负电荷的位移矢量为l，则此偶极矩为 ql 。 12．裂纹扩展的动力是物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。 13.Griffith微裂纹理论认为，断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是裂纹扩展的结果。14．考虑散热的影响，材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 15．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。 16．在应力分量的表示方法中，应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向，第二个字母表示应力作用的方向。 17．电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 18．原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。 19. 按照格里菲斯微裂纹理论，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 20.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。 21.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。 22.铁电体是具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。 23.自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用。 二、名词解释 自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。 断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性 能等。 滞弹性：当应力作用于实际固体时，固体形变的产生与消除需要一定的时间，这种与时间有关的弹性称为滞弹性。 格波：处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称为格波，格波的一个
第一章 一、选择题 1、均匀性假设认为，材料内部各点的是相同的。 A：应力 B：应变 C：位移 D：力学性质 2、各向同性认为，材料沿各个方向具有相同的。 A：力学性质 B：外力 C：变形 D：位移 3、在下列四种材料中，不可以应用各向同性假设。 A：铸钢 B：玻璃 C：松木 D：铸铁 4、根据小变形条件，可以认为： A：构件不变形 B：构件不破坏 C：构件仅发生弹性变形 D：构件的变形远小于原始尺寸 5、外力包括: A:集中力和均布力 B:静载荷和动载荷 C:所有作用在物体外部的力 D:载荷与支反力 6、在下列说法中，正确的是。 A：内力随外力的增大而增大； B：内力与外力无关； C：内力的单位是N或KN； D：内力沿杆轴是不变的； 7、静定杆件的内力与其所在的截面的有关。 A：形状；B：大小；C：材料；D：位置 8、在任意截面的任意点处，正应力σ与切应力τ的夹角α＝。 A：α＝90O； B：α＝45O； C：α＝0O；D：α为任意角。 9、图示中的杆件在力偶M的作用下，BC段上。 A：有变形、无位移； B：有位移、无变形； C：既有位移、又有变形；D：既无变形、也无位移； 10、用截面法求内力时，是对建立平衡方程而求解的。 A：截面左段 B：截面右段 C：左段或右段 D：整个杆件 11、构件的强度是指，刚度是指，稳定性是指。 A：在外力作用下抵抗变形的能力； B：在外力作用下保持其原有平衡态的能力； C：在外力的作用下构件抵抗破坏的能力； 答案：1、D 2、A 3、C 4、D 5、D 6、A 7、D 8、A 9、B 10、C 11、C、B、A 二、填空 1、在材料力学中，对变形固体作了，，三个基本假设，并且是在，范围内研究的。 答案：均匀、连续、各向同性；线弹性、小变形 2、材料力学课程主要研究内容是：。 答案：构件的强度、刚度、稳定性；
材料物理与化学 080501 （一级学科：材料科学与工程） 本学科1998年获得硕士学位授予权，以研究材料中的物理化学过程为主，注重基础理论的培养，并与应用研究相结合，培养学生的独立工作能力为主。主要研究方向有： 1．低维材料合成化学：主要从事零维，一维和二维纳米材料的新方法、新材料合成的研究，特别是材料合成过程中的化学问题。二维材料开展液相电化学沉积技术的基础及应用研究。一维纳米材料的研究着重于半导体化合物纳米管纳米带的制备及应用的研究，如III-V和II-VI化合物半导体纳米管及纳米带的制备方法及器件应用的研究。零维纳米材料的研究则在化合物半导体纳米粉末的制备及与高分子复合材料制备技术及其应用方面开展研究，特别是一些新型制备方法的研究。 2．生物医用材料的物理与化学：生物医用材料是指对人体进行诊断、治疗和置换损坏的组织或器官以及增强其功能的材料，其作用不能为药物所替代。主要采用高分子合成化学的方法来制备新型可降解高分子材料，以获得在功能上与天然大分子接近，在力学与加工性能上又具有合成高分子材料特性的生物医用材料，并研究作为人体组织修复和替代材料、美容整形填充材料、药物控释载体材料等的使用。 3．材料界面物理与化学及高分子材料合成技术：主要研究自由基活性/可控聚合反应，新型光学活性高分子，高分子自组装与性能研究。 4．材料微结构与材料物理：针对国防先进材料，研究材料形成过程、结构演变规律及其物理与化学机理。通过对材料的微结构研究，揭示材料的形成热力学与动力学机制，研究材料微结构与性能的关系，建立典型材料（隐身材料、热透波材料、防热材料及其他特殊电磁功能材料）的结构与性能表征的研究新方法与测试技术。 一、培养目标 掌握坚实的材料物理化学基础理论和系统的材料物理化学专门知识，具有从事科学研究或担负专门技术的能力，能够胜任材料物理化学相关的教学科研工作。 二、课程设置