材料物理性能142.docx

材料物理性能1. 蠕变：当对粘弹性体施加恒定应力0时，其应变随时间而增加的现象。2. 弛豫：当施加恒定应变0在粘弹性体上，应力随时间而减小的现象。3. 在结晶的陶瓷中，滞弹性弛豫最主要的根源是残余的玻璃相。4. 影响蠕变的因素：1.温度2.应力3.显微结构的影响4.组成5.晶体结构5. 高温蠕变理论 ：高温蠕变的位错运动理论、扩散蠕变理论、晶界蠕变理论。6. 裂纹扩展方式：掰开型、错开型、及撕开型。7. 裂纹扩展的条件：物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成的两个新表面所需的表面能。8. 提高陶瓷材料的强度和韧性途径：微晶、高密度与高纯度、 提高抗裂能力和预加应力、 化学强化、 相变增韧、弥散增韧9. 两个有关晶体热容的定律：元素的热容定律（杜隆-珀替定律） 化合物的热同定律（柯普定律）10. 量子理论的两个模型：爱因斯坦模型、德拜的比热模型11. 热冲击损坏有两钟类型：抗热冲击断裂性、抗热冲击损坏性。12. 发生形变的类型：弹性形变和塑性形变，发生脆性断裂的条件：外加应力的速率大于应力再分配的速率13. 热击穿的本质是介质在电场中极化，介质损耗发热，当热量在材料内积累,材料温度升高，当出现永久性损坏。14. 吸收可分为：选择吸收、均匀吸收15. 吸收定律和散射定律公式： I = I0e-(a+s)x16. 导电材料中载流子是 离子、电子和空位。17. 滑移的条件 1几何条件2 静电作用18. 热膨胀系数有：线膨胀系数和体积膨胀系数，对于各向同性的晶体v=3i 对于异向同性的晶体：v =a+b+c19. 色光的三原色：红、绿、蓝：原料的三间色：红、黄、蓝20. 电导的方向有：离子电导和电子电导，霍尔效应是电子电导的特征；电解效应是离子电导的特征21. 晶界效应包括：压敏效应和PTC效应22. 介质击穿的类型有：热击穿、电击穿、化学击穿23. 利用双碱效应和压碱效应，可以减少玻璃的电导率24. 极化类型：弹性位移极化、高介晶体极化、松弛极化、自发极化、偶极子转向极化、谐振式极化、夹层式极化与高压式极化前两个特点无损耗，后四个特点有损耗25. 介质击穿的类型：热击穿、电击穿、化学击穿26. 移峰效应：在铁电体中引入某种添加物生成固溶体 ，改变原来的晶胞参数和离子间的相互关系，使居里点向低温或高温方向移动。27. 展宽效应（压峰效应）：铁电体中引入某种添加物形成固溶体，减少居里点处介电常数，使介电常数在较大范围内变化平缓的效应。28. 为什么陶瓷材料具有脆性而金属材料具有塑性（重点）29. 金属易于滑移児产生塑性形变，就是因为金属滑移系统很多而无机材料的滑移系统却非常少。原因是金属键没有方向性，而无机材料的离子键或共价键具有明显的方向性。30. 显微结构对材料脆性断裂的影响：（1）晶粒尺寸：晶粒愈小愈细，强度愈高。（2）气孔的影响：无机材料的弹性模量和强度都随气孔率的增加而降低。31. 提高抗热冲击断裂性能的措施：1提高材料强度，减小弹性模量2提高材料的热导率3减小材料的热膨胀系数4减小表面热传递系数5减小产品的有效厚度。32. 选择乳浊剂原则有哪些1颗粒及基体材料的折射率数值应当有较大的差别2颗粒尺寸应当和入射波长约略相等3颗粒的体积分数要高33. 防止裂纹扩展措施1使用应力不超过临界应力c2在材料中设置吸收能量的机构，阻止裂纹扩展3人为地在材料中造成大量极微细的小于临界尺寸的裂纹，也可吸收能量，阻止裂纹的扩展34. 高位蠕变分为哪几个阶段？各阶段有何特点(重点)起始段oa在外力作用下发生塑性弹性形变，且为瞬时发生，与时间无关第一阶段蠕变ab（蠕变减速阶段）应变速度随时间减速第二阶段蠕变bc（稳态蠕变阶段）蠕变速率保持不遍第三阶段蠕变cd（蠕变加速阶段）应变速率随时间递增，即曲线变陡，最后到d点断裂。35. 用Griffith理论解释相变增韧的原理（重点）Griffith概念：Griffith认为实际材料中总是存在许多细小的裂纹或缺陷，在外力作用下，这些裂纹和缺陷附近产生应力集中现象，当应力达到一定程度时，裂纹扩展而导致断裂，所以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。36. 结合双碱效应、压碱效应说明如何让降低玻璃的电导率双碱效应：玻璃中碱金属离子浓度较大时，碱金属总离子浓度相同的前提下。含两种碱金属比含一种的玻璃电导率要小，当两种碱金属离子比例适当，电导率可降低到很低。37. 压碱效应：含碱玻璃中加入二价金属氧化物，尤其是重金属氧化物，可使玻璃电导率降低。所以加入碱金属离子或二价金属氧化物，重金属氧化物可降低玻璃的电导率。38. 判断裂纹的稳定性当(dwe/2dc)(dws/2dc) 时，裂纹失稳，迅速扩展；当(dwe/2dc)=(dws/2dc)时，为临界状态。39. 选择乳浊剂原则有：1颗粒及基体材料的折射率数值应当有较大的差别2颗粒尺寸应当和入射波长约略相等3颗粒的体积分数要高40. 固体材料热传导的微观机理：1把声子当作质点2格波的传播当作声子的运动3格波与物质的作用理解为声子与物质的碰撞4格波遇到的散射理解为声子与质点的碰撞5理想晶体的热阻来源于声子与声子的碰撞补充41. 弹性模量：使物体产生伸长一倍变形量所需的应力。42. 上限弹性模量：两相通过并联组合得到混合系统的E值称之。43. 下限弹性模量：两相通过串联组合得到混合系统的E值称之。44. 粘弹性：某些非晶体或多晶体在应力较小时间时表现粘性弹性。45. 滞弹性：无机固体和金属的弹性模量依赖于时间的现象。46. 声频支：相邻原子具有相同的振动方向。47. 光频支：相邻原子振动方向相反，形成了一个范围很小，频率很高的振动。48. 热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象。49. 热传导：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量会从热端自动的传向冷端，这个现象就称。50. 声子热导的机理：声子与声子的碰撞产生能量转移(声子：声频波的量子)51. 介质损耗：电场作用下，单位时间内电介质因发热而损耗的电能52. 热稳定性：材料在温度急剧变化而不被破坏的能力，也被称为抗热震性。53. 铁电体:能够自己极化的非线性介电材料，其电滞回路和铁磁体的磁滞回路形状相近似。54. 稳定传热：物体内温度分布不随时间改变。55. 载流子的迁移率：载流子在单位电场中的迁移速率。56. 塑性形变：指在一中外力移去后不能恢复的形变。57. 塑性形变的两种基本方式：滑移和孪晶。58. 抗热震断裂性：材料发生瞬时断裂，抵抗这种破坏的性能。59. 抗热震损伤性：在热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落并不断发展，最终碎裂或变质，抵抗这类破坏的性能。60. 热应力因子：由于材料热膨胀或收缩引起的内应力61. 热稳定性：材料在温度急剧变化而不被破坏的能力，也被称为抗热震性。62. 铁电体:能够自己极化的非线性介电材料，其电滞回路和铁磁体的磁滞回路形状相近似。63. 稳定传热：物体内温度分布不随时间改变。64. 载流子的迁移率：载流子在单位电场中的迁移速率。65. 陶瓷颜料呈色机理：由于着色剂对光的选择性吸收而引起的选择性反射或者选择性透射，而显现颜色66. 改善无机材料绝缘电阻的措施：提高温度晶体、结构的改变、晶格缺陷、杂质的影响67. KI是反应裂纹尖端应力场强度的强度因子，应力场强度因子小于等于材料的平面应变断裂韧性，设计的构件是安全的。68. 不同材料在外力作用时的变形特征脆性材料:在弹性变形后没有塑性形变或塑性形变很小，接着就断裂，总弹性应变能非常小。延性材料:开始表现为弹性形变，接着有一段弹塑性形变，然后才断裂，总变形能很大。弹性材料:具极大的弹性形变。69. 何为尺寸效应尺寸较大的材料的实际强度比理论值低得多，而且实际材料的强度总在一定范围内波动，即是用相同材料在相同条件下制成的时间，强度值也有波动。一般试件尺寸大，强度偏低。70. 显微结构对陶瓷材料的脆性断裂有何影响71. 气孔率、气孔或裂纹尖端的曲率半径及大小、晶粒的大小、晶界、内部应力、玻璃相、复合相72. 造成宏观塑性形变的条件：1.有足够多的位错2.位错有一定的运动速度3.要有较小的伯氏矢量，易形成位错。73. 显微结构对材料脆性断裂的影响：1晶粒尺寸：晶粒愈小愈细，强度愈高2气孔的影响：无机材料的弹性模量和强度都随气孔率的增加而降低。74. 何为理论强度：使材料沿横截面所有原子间，将所有原子间的结合键同时拉断成为两部分需要的应力。75. 强化复合材料的注意的几个原则：1使纤维尽可能多地承担外加负荷2二者的结合强度适当，否则基体中所承受的应力无法传递到纤维上3应力作用的方向应与纤维平行，才能发挥纤维的作用，因此注意纤维在基体中的排列4纤维与基体的热膨胀系数匹配，最好是纤维的热膨胀系数略大于基体的5考虑纤维和基体二者在高温下的化学相容性76. 对热稳定性影响的主要因素是什么？其特点是什么？并解释该名词？主要因素是热应力，特点（1）与外力不同，(2)存在材料内部热应力：电子材料热膨胀后收缩引起的内应力77. 透明陶瓷的特点1高纯、高密、无气孔2晶粒尺寸小于入射光波长3无第二相或第二相的折射率与基质的折射率相差小4晶粒大小均匀78. 热膨胀的机理：固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中的质点间碰均距离岁高度升高而增大。质点在r0两侧受力u对称情况越显著，平衡位置向右移动越多，相邻质点间平均距离就增加的越多，以致晶胞参数增大，晶体膨胀。釉的膨胀系数比坯小，烧成后的制品在冷却过程中表面釉层的收缩比坯体小，使釉层中存在压应力，均与分布的预压应力能明显的提高脆性材料的力学强度。79. 影响透光性的因素有哪些吸收系数、反射系数、散射系数（材料的宏观及显微缺陷、晶粒排列方向的影响、气孔引起的散射损失）80. 影响半透明性的因素有哪些提高无机材料透光性的措施1提高原材料的纯度2参加外加剂，降低气孔率3原料适当预烧4控制烧成温度，防止二次重结晶5热压烧结6表面抛光81. 热膨胀与结合能和熔点的关系:结合能、熔点越高，则热膨胀系数较小82. 热膨胀与温度、热容的关系：温度越高、热容越大，热膨胀系数越大83. 热膨胀与结构的关系：由于玻璃的结构较疏松，内部的空隙较多，所以当温度升高，原子振幅加大，原子间距增大时，部分地被结构内部的空隙所容纳，而整个物体宏观的膨胀量就少些。84. 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？a) 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。85. 有关介质损耗描述的方法有哪些？其本质是否一致？a) 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。86. 多晶多相无机材料中裂纹产生和快速扩展的原因是什么？有哪些防止裂纹扩展的措施？a) 答：裂纹产生的原因（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。快速扩展的原因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(临界裂纹尺寸)决定材料的断裂强度，一旦裂纹超过临界尺寸，裂纹就迅速扩展而断裂。因为裂纹扩展的动力 ，当C增加时，G也变大，而 是常数，因此，断裂一旦达到临界尺寸而起始扩展，G就愈来愈大于4，直到破坏。所以对于脆性材料，裂纹的起始扩展就是破坏过程的临界阶段，因为脆性材料基本上没有吸收大量能量的塑性形变。防止裂纹扩展的措施微晶、高密度与高纯度、预加应力、化学强化、相变增韧、韧性相（如金属粒子）弥散于材料中增韧、纤维增强复合材料等87. 比较同一组成的单晶、多晶、非晶态无机材料的热导率随温度的变化。a) 答：无机材料的热导主要为低温下的声子传导和高温下的光子传导.(1)影响热传导性质的声子散射主要机构有：声子间的碰撞过程；点缺陷的散射；晶界散射；位错的散射。（2）对于晶体，在低温下，仅考虑声子间的碰撞，碰撞的几率正比于exp(-qD/2T)，而声子平均自由程正比exp(qD/2T)，即温度越高，平均自由程越小，同时热容又与温度的三次方呈正比，因此晶体的热导率于温度在低温时有一峰值，随着温度的升高，平均自由程小到原子的大小数量级，不能再小，而热容在高温为一常数，因此在高温晶体的热导率不随温度发生变化。但随着温度继续升高，光子传热不可忽略，而光子的热导率与温度的三次方呈正比，因此热导率随温度提高而增大。对于同组成的多晶体由于晶粒尺寸小、晶界多、缺陷多、晶界处杂质多，对声子散射大，因此多晶体与单晶体同一种物质多晶体的热导率总比单晶小。对于非晶态相，可以把其看作直径为几个晶格间距的极细晶粒组成的多晶体。因此其平均自由程很小，而且几乎不随温度发生变化，因此热导率仅随热容发生变化。（3）单晶和非晶态的热导率随温度变化的关系如图所示（图略）非晶体的声子导热系数在所有温度下都比晶体小；两者在高温下比较接近；两者曲线的重大区别在于晶体有一峰值。由于非晶体材料特有的无序结构，声子平均自由程都被限制在几个晶胞间距的量级，因而组分对其影响小。88. 分析各种电极化微观机制对介电常数的影响。a) 答：组成物质的带正、负电的粒子，如电子、离子等都会在外电场的作用下，发生位移，形成偶极矩，或