《电子材料》期末复习试题及答案

电子材料课程期末考试题

一二三四五六七八九十合计

一、填空题（共10分，每空0.5分）

1.影响固溶度的因素有一、—、—、—以及—等。

2.BaTiCh陶瓷的半导化方法有：、、o

3.Ca?+取代BaTiCh中的Ba?+所形成的缺陷可标记为一,Nb"取代1V+所形成的缺陷标记为一。

4.旋磁张量磁导率的对角分量所对应的两个—之差称为铁磁共振线宽。

5.磁化曲线随晶轴方向的不同而有所差别，即磁性随晶轴方向显示各向异性，这种现象称为，

6.-一般来讲，技术磁化过程存在两种磁化机制，分别为和。

7.设尖晶石铁氧体的分子式为AxnABynBCzn94其中A、B、C、为金属元素，X、丫、Z为相应的金属离

子数，nA、nB、nC为相应的金属离子化学价。则该多元铁氧体的离子数总合与化学价总合应满

足：和的条件。

8.铁氧体材料按其晶体结构分为一、和铁氧体。

二、名词解释（共12分,每小题3分）

1.铁电陶究

2.正压电效应

3.旋磁性

4.磁性织构

三、问答题（共50分，每小题5分）

1.钙钛矿结构的形成条件及其特点是什么？

2.含钛陶骁常常出现宽体“黑心”现象，试提出解决方案？

3.何为铁电老化与铁电疲劳？

4.压电陶瓷为什么要进行预极化?

5.展宽效应、移峰效应定义？

6.简述金属软磁材料磁化机制以及影响其起始磁导率的因素。

7.请简述晶粒大小对常规磁性材料和纳米晶磁性材料性能的影响，并说明为什么。

8.如何提高永磁材料的矫顽力?

9.请简要描述铁磁共振的物理图像

1（）.请阐述Si的加入对Fe-Si合金磁性的影响主要有哪些方面?

四、辩析题（共8分，每小题4分）

1.磁晶各向异性常数K1为材料为内禀磁特性，只与材料的成分有关。故对Fe-Ni合金，只要其成分

相同，共K1值都相同。

2.四方BaTiCh中存在的180。和90。畴均会在晶体中产生应力，

五、计算分析题（20分，每小题10分）

1应用鲍林规则判断SiO2晶体中硅氧多面体的连接方式，其中S户35pm,02140pm。（10

分）

2已知一种Ni-Zn铁氧体软磁材料，其配方为：Fe2O3=50mol%,NiO=30mol%,CoO=5mol%,ZnO=

15mo1%。

请计算及分析：

1）制备IKg材料需各种原料分别为多少？【4分】

2）写出该材料的化学分子式与占位结构分布式；【4分】

3）并说明C02+含量对Ni-Zn铁氧体截止频率的影响？【1分】

4）Snock定理是一个描述磁性材料高频磁性能的基本定理，请简要解释该定理。【1分】注：分子量：

Fe2O3=159.7,NiO=74.7CoO=75,ZnO=81.4

电子材料课程期末考试题答案

一、填空题

1、晶体结构、离子大小（或离子半径）、电负性、温度、离子电价。

2、强制还原法、施主掺杂法（或原子价控制法）、AST法。

3、y^ClBax9o

4、虚部极大值的一半、磁场

5、磁晶各向异性

6、畴壁位移、磁畴转动

7^x+y+z=3、x*nA+y*nB+z*nC=8

8、尖晶石、石榴石、磁铅石（或六角晶系）

二、名词解释

1、在一定温度范围内具有自发极化，且自发极化能为外电场所转向的陶瓷称为

铁电陶瓷。

2、在没有对称中心的晶体上施加机械作用时，发生与机械应力成比例的介质极

化，同时在晶体的两端面出现正负电荷，称为正玉电效应。

3、铁磁材料在恒磁场和交变磁场联合作用下，英方向的交变磁感应不但与同方

向的交变磁场有关，而且与垂直方向的交变磁场有关，交变磁感应强度与交变磁

场强度之间的联系由一张量磁导率表征，这种性质称为旋磁性。

4、在材料结构一定的情况下，其磁畴在一个方向上成规则排列的状态，称为磁

性织构。

三、简答题

1、答：形成条件:

R.A+R0=72（凡+R0）t

（i）离子半径匹配应满足，t为容

忍因子，t=0.71〜1.1；

（2）正、负离子电价加和满足电中性原则；

特点：

（1）氧八面体共顶点连接，组成三维网络。

（2）共顶连接使氧八面体网络之间的空隙比共棱、共面连接时要大，允许较

大尺寸离子填入，即使产生大量晶体缺陷，或者各组成离子的尺寸与几

何学要求有较大出入时，仍然能够保持结构稳定，并有利于氧及缺陷的

扩散迁移。

（3）由于容差因子t范围很宽及A、B离子电价加和为（+6）便可，使结构有

很强的适应性，可用多种不同半径及化合价的正离子取代A位或B位

离子，可开发出许多自然界没有的铁电或压电材料。

2、含钛陶瓷常常出现瓷体“黑心”现象，试提出解决方案？答：解决方案：（1）

采用氧化气氛烧结，抑制还原；

（2）降低烧结温度，抑制高温失氧；

（3）在低于烧结温度20~40℃,在强氧化气氛中回炉；

（4）掺入低价杂质，抑制高价杂质；

（5）加入LazCh等稀土氧化物：改善电化学老化特性。

（6）加入ZrO2：阻挡电子定向移动，阻碍Ti4+变价。

3、何为铁电老化与铁电疲劳？

初生产出来的铁电陶瓷，其某些介质参数会随储存时间逐渐变化，尤其是铁

电特性变弱，这种现象就称为铁电老化。

初生产出来的铁电材料，在长时间的交变电场作用下，其铁电性随着电场交

变次数的增加而削弱，并且这种变弱的铁电特性又可为热处理或强电场的作用而

部分或全部恢复，故称为铁电疲劳。

4、压电陶瓷为什么要进行预极化？

对于铁电陶瓷来说，各个晶粒都有较强的压电效应。但由于晶粒和电畴分布

无一定规则，各方向几率相同，使宏观极化强度ZP=O,因而不显示压电效应，

故必须经过人工预极化处理，使ZP翔，才能对夕、显示压电效应。

5、展宽效应、移峰效应定义？

展宽效应：指铁电陶瓷的《与温度关系中的峰值扩张得尽可能的宽旷，平

坦，

即不仅使居里峰压低，而且要使峰的肩部上举，从而使材料既具有较小的温度系

数也，又具有较大的£值。移动效应：铁电体居里点及其他转变点，随着组成成

分的变化，作有规律地

移动现象。

6、简述金属软磁材料磁化机制以及影响其起始磁导率的因素。

磁化机制包括磁畴转动和畴壁位移。磁畴转动主要受到各向异性场的影响；

畴壁位移主要受到各种形式的钉扎作用，如内应力的钉扎，非磁性第二相的阻

碍，晶界对畴壁位移的阻碍（也即晶粒大小对软磁性能的影响）。

提高其起始磁导率的方法和措施：

①提高饱和磁化强度Ms；

②有效方法，使Kl-O,Xs-*（）；

③高温退火、真空热处理、氢气热处理；

④使材料杂质相对集中；

⑤真空熔炼、精炼；

⑥进行织构。

7、请简述晶粒大小对常规磁性材料和纳米晶磁性材料性能的影响，并说明为什

么。

对于常规磁性材料而言，晶粒直径越小，矫顽力越大，一般成

He11/D的关系（D为晶粒直径）。这是因为晶粒越小，相同体积内的材料

含有的晶界数目越多。而晶界是畴壁位移所受阻力来源之一，晶界越多，畴壁

位移过程将受到更多的阻力，从而导致矫顽力增大；

对纳米晶而言，晶粒越小，矫顽力越小。根据随机各向异性理论，纳米晶材

料的等效磁晶各向异性常数<K>可以表述如下：

<Kc>—

,其中Kc为常规晶粒尺度下的磁晶各向异性常数，N为晶粒临界尺度（小

于该尺度矫顽力不再遵循上述规律）内纳米晶的数目。晶粒越小，临界尺度内的

纳米晶数目越多，N值越大，从而使矫顽力越小，从而使得矫顽力一般遵循He

D6的关系。

8、如何提高永磁材料的矫顽力？永磁材料的矫顽力是磁感应强度B=0所需的

磁场值称为BHC；使磁感应强度M=0所需的磁场值称为MHCO如果He是

由壁移机制决定的，可在合金内增加应力梯度及非磁性相来增加He：若

He是由畴转过程决定的，则磁畴在不可逆转动过程中受到的阻力就是He

值的度量。这时依赖于造成单畴粒子或弥散的单畴脱溶相及其三种各向异性

（磁晶、应力及形状）来增加畴转的阻力，从而获得高的He值

9、请简要描述铁磁共振的物理图像

当只有稳恒磁场H作用时，磁矩M绕H方向进动，进动频率为3（）=YH,

进动由于受到阻尼作压张角逐渐减小。当M在恒磁场H和与之垂直的交变磁

场h作用下，交变磁场会对做拉莫尔的M给予能量补充，使M以交变场的频

率3继续进动下去做受迫运动。当3二3。时，发生能量的共振吸收，进动维

持在一定的张角，发生铁磁共振。

1（）、请阐述Si的加入对Fe-Si合金磁性的影响主要有哪些方面？

①硅的加入可以降低磁滞损耗，提高磁导率；这主要是由于硅的加入使铁硅

合金的磁晶各向异性常数、饱和磁致伸缩系数下降；

②饱和磁感应强度和居里温度均随含硅量的增加而下降；这主要是由于Si

为非磁性离子。

四、辨析题

1、不对。内禀磁特性除与材料的成分有关以外，还和材料的结构有关。Fe-Ni合

金成分相同，但不同的热处理工艺会对其结构造成影响，有序相的比例不一

样，其K1值也不用同。

2、不对。18()。畴在晶体中不会产生应力，90。畤在晶体中会产生应力。

五、计算题

1、解：0Rsi4+/ro2-=35pm/140pm=0.25,Si*4+的配位氧离子数为4,故S=4；4o

②假设每个氧离子周闱有k个Si4+：

Z-='Z+/NW4/4=|—2

，故k=2,即每个。2•与2Si4+组成静电键。

i

③所以一个氧与二个硅连结成二个［SiCM］八面体，共用一个氧顶点。2、解:

1)W总=0.5xl59.7+0.3x74.7+0.05x75+0.15x81.4=118.22

制备IKg材料

需Fe2O3为:lx(().