8 有一构件，实际使用应力为1.30GPa,有下列两种钢供选： 甲钢： sf =1.95GPa, K1c =45Mpa·m 1\\2 乙钢： sf =1.56GPa, K1c =75Mpa·m 1\\2
试根据经典强度理论与断裂强度理论进行选择，并对结果进行说明。 9 结构不连续区域有哪些特点？
参考答案：结构不连续区域的特点： · 材料中任何结构不连续性都会使局部能量处于高能量状态，即应力状态； · 外力作用下，能量高的不连续区域首先发生运动，在能量较低的不连续区域使其能量降低； 结构不连续区域在可能情况下总是降低其能量； · 不连续区域在运动过程中，遇到势垒，会发生塞积，引起高度的应力集中，此应力又会激活其他结构不连续区域。
10 什么是亚临界裂纹扩展？其机理有哪几种？
参考答案：在使用应力的作用下，不是发生快速失稳扩展，而是随着时间的推移缓慢扩展。
11 介质的作用 (应力腐蚀)引起裂纹的扩展、塑性效应引起裂纹的扩展、扩散过程、热激活键撕裂作用引起裂纹扩展。 12 什么是裂纹的快速扩展？
参考答案：按照微裂纹脆断理论，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，即由最危险的裂纹尺寸（临界裂纹尺寸）决定材料的断裂强度。当裂纹由成核生长和亚临界扩展发展到临界尺寸，此时K1的数值也随着裂纹的扩展增长到K1c的数值。至此裂纹的扩展从稳态转入动态，出现快速断裂。或裂纹尖端屈服区附近足够大的内应力达到了足以撕开原子间键，导致固体沿着原子面发生解理。 13 影响断裂韧性的因素有哪些？
14 材料的脆性有哪些特点？通过哪些数据可以判断材料的脆性？
参考答案：脆性是无机材料的特征。它间接地反映材料较低的抗机械冲击强度和较差的抗温度聚变性。
脆性直接表现在:一旦受到临界的外加负荷，材料的断裂则具有爆发性的特征和灾难性的后果。
脆性的本质是缺少五个独立的滑移系统，在受力状态下难于发生滑移使应力松弛。 显微结构的脆性根源是材料内部存在裂纹，易于导致高度的应力集中。
裂纹扩展速度决定着是否能发生消除应力集中的塑性流动，塑性形变需要一定的起始时间，若裂纹扩展的很快，则发生脆断，所以裂纹扩展的速度是脆性的一种量度。断裂能、s th /tth 也是材料脆性的一种量度.
15 克服材料脆性和改善其强度的关键是什么？
参考答案：提高材料的断裂能，便于提高抵抗裂纹扩展的能力；减小材料内部所含裂纹缺陷的尺寸，以减缓裂纹尖端的应力集中效应。 16 克服材料的脆性途径有哪些？ 17 影响氧化锆相变的因素有哪些？
18 氧化锆颗粒粒度大小及分布对增韧材料有哪些影响？
19. 比较测定静抗折强度的三点弯曲法和四点弯曲法，哪一种方法更可靠，为什么？ 参考答案：四点弯曲法——最大应力分布宽。
20. 有下列一组抗折强度测定结果，计算它的weibull模数，并对该测定数据的精度做出评价。
21. 何谓断裂韧性？何谓应力强度因子？二者区别与联系是什么？
22. A陶瓷材料的强度为450MPa，B陶瓷材料的强度为320MPa，可否据此判断两陶瓷材料哪种具有相对较高的断裂韧性？为什么？ 23. 为什么复合材料内部总存在微应力？
24. 热压Al2O3（晶粒尺寸小于1?m，气孔率约为0）、烧结Al2O3（晶粒尺寸约15?m，气孔率约为1.3%）以及Al2O3单晶（气孔率为0）等三种材料中，哪一种强度最高？哪一种强度最低？为什么？
25. 某陶瓷试样进行强度测试时采用三点弯曲法，已知试样断裂时的力P=50kg，试样尺寸为b?h?L=2.5?5?25mm3，跨距l=20mm，求强度为多少MPa？（见材料工艺实验）
26. 某种Al2O3瓷晶相体积比为95%（弹性模量为E=380GPa），玻璃相为5%，（E=84GPa），两相泊松比相同，计算上限和下限弹性模量：如果该瓷含有5%气孔（体积比），估计其上限和下限的弹性模量。
27. 为什么大多数陶瓷材料室温下不能产生塑性形变？（见陶瓷材料在室温下为脆性） 28. 陶瓷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？ 29. 如何提高陶瓷材料的强度和韧性？ 参考答案：微晶、高密度与高纯度 预加应力 化学强化 复合材料
相变粒子、弥散粒子
30. 陶瓷材料的弹性模量与化学键的性质、应力状态、温度变化、相组成等有何关系，为什么？
参考答案：类似于弹性模量的影响因素。 31. 裂纹扩展有几种类型，哪种类型是材料断裂的主要原因？影响裂纹扩展的主要因素是什么？
参考答案：张开型、滑开型、撕开型（Ⅲ）
首先应使作用应力不超过临界应力，这样裂纹就不会扩展，其次在材料中设置吸收能量的机构也能阻止裂纹扩展。例如在陶瓷材料基体中加入塑性的粒子或纤维而制成金属陶瓷和复合材料就是利用这一原理的突出例子。此外人为地在材料中造成大量极微细的裂纹(小于临界尺寸)也能吸收能量，阻止裂纹扩展。近年来出现的所谓“韧性陶瓷”就是在氧化铝中加入氧化锆，利用氧化锆的相变产生体积变化，就在基体中形成大量微裂纹，从而大大提高了材料的韧性。
32. 显微结构对陶瓷材料的脆性断裂有何影响？
参考答案：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、复合相等。
第四章 无机材料的热学性能
1 热容的本质是什么？
2 影响德拜温度的因素是什么？ 3 影响热容的因素有哪些？
4 什么是非简谐振动？由于非简谐振动，引起声子发生怎样的变化？ 5 声子产生热阻的本质是什么？ 6 影响热导率的因素有哪些？ 7 解释热膨胀的机理。
8 影响热膨胀的因素有哪些？ 9 影响材料散热的因素有哪些？
10 比较同一组成的单晶、多晶、非晶态物质的热导率。
11. 固体材料声子热导机理及其对晶体结构影响热导的解释。 12. 简述影响抗热震损伤性的因素。
13. 热应力裂纹安定因子Rst=[?2G/(?2E0)]。请分别给出式中的物理量?、?、G及E0的定义及其常用计量单位，并导出Rst的常用计量单位。什么叫抗热震性？陶瓷材料在热冲击下的损坏有哪几种类型？
14. 举例说明如何提高陶瓷材料的抗热冲击断裂性能？
15. 如何表示陶瓷材料的抗热震性，影响其抗热震性的因素是什么？
第五章 无机材料的电导
1. 用图说明表面电流和体积电流。
2. 载流子的迁移率的物理意义是什么？ 3. 电导率的微观本质是什么？
4.什么叫晶体的热缺陷？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？ 5. 晶体的缺陷有几种？写出各缺陷的浓度表达式及式中各量的物理意义？ 6. 什么是快离子相？
7.快离子导体的判据是什么？ 8. 固体电解质有哪些特性？
9. 举例说明固体电解质的应用。 10.载流子的散射有哪几种机构？ 11.举例说明陶瓷半导化的机理 12.简述p -n结能带图的形成过程
13.外加电压如何影响p -n结的能带图？ 14.举例说明陶瓷的表面效应和晶界效应。
第六章 介电性能
1 电极化、偶极子、电偶极矩、质点的极化率、局部电场、极化强度等的概念。 2 电介质提高电容量的原因是什么？ 3 电介质的电极化率ce
4 克劳修斯-莫索蒂方程的意义、使用范围及如何设计高介电常数材料 5 电介质的极化机制有哪些？
6 金红石和钙钛矿型等晶体E3很大，使其具有高的介电性，为什么。 7 介电常数大的晶体所具备的条件是什么？ 8 介电损耗的形式有哪些？
9 复电导率、复介电常数、损耗角、损耗因子的定义是什么？ 10 比较应力松弛与介电松弛或弛豫。
11 有关介质损耗描述方法有哪些？其本质是否一致？ 12 影响介电损耗的因素有哪些？
13 什么是晶体的介电性：正压电效应：逆压电效应：电致伸缩效应：热释电效应：铁电性： 14热运动引起自发极化的机理是什么？ 15 描述电畴的形成过程 16 铁电体有哪些特性？ 17 举例说明铁电体的应用
18比较各种极化机制、并画出模型。 19你如何理解局部电场。 20比较两种自发极化的机制
21说明铁电体形成电滞回线的过程
22比较压电、铁电、热释电、电致伸缩的区别与联系。 23写出几种与介电材料性能有关的表达式。 24举例说明驻波在材料中的作用 24简述弯曲振动的过程 26压电滤波器的原理
27边长10mm、厚度1mm的方形平板电容器的电介质相对介电常数为2000，计算相应的电容。
若在平板上外加200V电压，计算（1）电介质中的电场（2）每个平板上的总电量（3）电介质的极化强度。
28 示意画出测量陶瓷介质绝缘电阻试样的结构，并标明各部分的名称，实验测出试样的体积电阻为RV，表面电阻为RS，求该材料的?V及?S值。 29 已知某陶瓷介质试样在1100Hz时，测得电容量为2600PF，D为6.5?10-4，试样厚2mm，瓷片直径为24mm，电极直径为20mm，求该介质材料的?和tg?。
30 示意画出陶瓷介质在直流电场作用下电流与时间的关系，并注明各部分电流的名称及形成的原因？写出交流电场作用时，通过陶瓷介质的全电流表达式，并说明个部分的物理意义。 31 金红石陶瓷介质在烧成时应维持何种气氛？为什么？
32 写出热击穿与本征击穿的三种区别？什么条件下发生本征击穿？示意画出热击穿与本征
击穿时击穿场强与厚度的关系。
33 已知TiO2陶瓷介质的体积密度为4.24g/cm3，分子量为79.9，该介质的化学分子式表达为AB2，?eA=0.272?10-24cm3，?eB=2.76?10-24cm3，试用克——莫方程计算该介质在可见光频率下的介电系数，实测???=7.1，请对计算结果进行讨论。 参考答案：克——莫方程为： (?r-1)/(?r+2)=?ni?I/3?0
在光频下，仅有电子位移对介电常数有影响，在金红石晶体中有两种原子，其中一个钛原子、两个氧原子，并由国际单位制换算成厘米克秒制单位，此时克——莫方程可写为： (??-1)/(? ?+2)= 4?（n? eTi4++2n?eO2-）/3n=(?/M)6.02?1023
通过计算可得：??=11.3与实测??=7.3进行比较，有较大的差别，其原因主要是在推导克——莫方程时，忽略了影响局部电场中的E3，而E3=0，仅适用于分子间作用很弱的气体、非极性液体、非极性固体、具有适当对称性的立方型结构固体。而金红石为四方型结构，由于其结构与组成的特点，其E3对局部电场的贡献不能被忽略。 34 何谓空间电荷？产生的原因是什么？
35 损耗的基本形式是什么？试举出三种常用的降低陶瓷介质的tg?方法。 36 何谓陶瓷介质的内电离？如何判断陶瓷介质是否发生了电离击穿？
37 可谓漏导电流？示意画出介质在电场作用下全电流与时间的关系图，并标明该曲线各部分电流的名称？
38已知金红石瓷介质的体积密度为4.24g/cm3，分子量为79.9， ?eTi4+=0.272?10-24cm3，?eO2-=2.76?10-24cm3，试用克——莫方程计算该介质在光频下的介电系数，实测??=7.3，请对计算结果进行讨论。
39 某铁电陶瓷试样需测量?及tg?，应采用何类原理的仪器测量？测量频率及范围应多大？测量出试样的电容量为2600PF，损耗因数为6.5?10-4，试样尺寸如下图所示，求试样的?和tg?。（试样的上下电极的直径分别为20mm，30mm，高2mm） 40 什么叫极化强度？写出它的几种表达式及其物理意义？
41 损耗的基本形式是什么？常采用哪些方法降低陶瓷材料的tg?？（举出5种）
42 定性画出发生电击穿时，击穿电场强度与试样厚度的关系？什么条件下发生本征击穿？ 43 介质击穿电压的严格定义是什么？击穿时常伴随什么现象发生？
44 为什么说“凡是具有对称中心的晶体都不具有压电效应”？如何测量陶瓷介质的体积电阻率和表面电阻率？取哪些数据，写出相应的计算公式？ 45 何谓离子松弛极化和离子位移极化？
46 写出某陶瓷中只有电子位移极化时的克——莫方程表达式？并说明该式的应用范围？ 47 写出交流电场作用下通过介质的全电流密度表达式，并说明各部分的物理意义？ 21 举出三种常用降低陶瓷介质tg?的方法？
48 实验测出某铁电陶瓷介质试样的电容量为2600PF，损耗因数为0.0041，求该介质的?和tg?。（试样的直径为26mm，电极直径为20mm，高3mm，测试频率为10kHz）
49 什么叫介质的击穿？示意画出热击穿与本征击穿电场强度与温度、厚度、时间的关系？ 50 写出电导率分别为r1与r2的双层介质在电场作用下，电场强度的分配规律？并说明可能由此造成陶瓷介质击穿电压下降的原因？（该双层介质的厚度分别为d1与d2，面积分别为S1与S2）
参考答案：E1=[r1(d1+d2)/(r1d1+r2d2)]E E2=[r2(d1+d2)/(r1d1+r2d2)]E
式中E为介质平均场强。由电场强度的分配规律可知，电导率小的介质承受场强高，当r1与r2相差很大时，则其中必有一层的电场强度大于平均电场强度E，这一层可能首先击穿，一层击穿后，增加了另一层的电压，且电场因此大大畸变，结果另一层也随之击穿。 51 测量高频陶瓷介质的?及tg?的原理及条件是什么？测量哪些数据，写出计算的?及tg?的公式及式中各量的物理意义？
52 试说明烧成气氛对金红石陶瓷介质性能的影响？
53 已知某金红石陶瓷介质的体积密度为4.3g/cm3，分子量为79.9，钛离子的电子位移极化率为0.272?10-24cm3，氧离子的电子位移极化率为?e为2.76?10-24cm3，求该介质在可见光频率作用下的介电系数，实测该介电常数为7.1，试对计算结果进行讨论。
54 介质损耗的基本形式是什么？试举出5种降低陶瓷材料介质损耗的常用方法？
55 何谓空间电荷？陶瓷中产生空间电荷的原因有哪些？ 在电场作用下，不均匀介质的正负间隙离子分别向负正极移动，引起瓷体内各点离子密度变化，即出现电偶极矩，在电极附近积聚的离子电荷就是空间电荷。
实际上，除了介质的不均匀性以外，晶界、相界、晶格畸变、杂质等缺陷区都可成为自由电荷（间隙离子、空位、引入电子等）运动的障碍。在这些障碍处，自由电荷积聚形成空间电荷，同理，宏观不均匀性，如夹层、气泡等部位也能形成空间电荷。
56 定性画出介质发生电击穿与热击穿时电场强度与试样厚度的关系？什么条件下发生本征击穿？
当固体介质中电子从电场中得到的能量大于传递给晶格振动的能量时，电子的动能就越来越大，至电子能量大到一定值时，电子与晶格振动的相互作用导致电离产生新电子，使自由电子数迅速增加，电导进入不稳定阶段，击穿发生。
第七章 磁学性能
1. 列出确定下列各项的主要因素 (a) 布洛赫畴壁（180?）能的大小 (b) 畴壁的尺寸
(c) 亚铁磁性材料的居里温度 (d) 铁电材料的居里温度
(e) 磁滞回线上最大磁能积B·H，Br、矫顽力。
2. 磁重晶石（常称为钡铁氧体）是一种硬磁材料，具有六角结构和很高的磁各向异性，其磁化轴与基面垂直。列出烧结的钡铁氧体，获得高磁能积(B×H)的两种不同方法。并阐明有关过程中应控制哪些因素。
3. 当正型尖晶石CdFe2O4掺入反型尖晶石如磁铁矿Fe3O4时，Cd离子仍保持正型分布。试计算下列组成的磁矩：CdxFe3-xO4，(x=0,x=0.1,x=0.5)。
4. 试述气孔和晶粒尺寸对MgFe2O4这类软磁铁氧体性能的影响，并与BaFe12O19这类硬磁铁氧体作比较。晶粒尺寸和气孔是在烧结过程形成，硬磁铁氧体与软磁铁氧体相比，生产中哪些因素是重要的参数？
5. 试述下列反型尖晶石结构的单位体积饱和磁矩，以玻尔磁子数表示： MgFe2O4 CoFe2O4 Zn0.2Mn0.8Fe2O4 LiFe5O8 ?-Fe2O3 如各组成物在1200℃淬火急冷，对?B有什么影响？ 6. 磁畴的研究对理解磁性有兴趣的人们是极其有益的。 (a) 即使在运动中也可观察到的布洛赫畴壁的本质是什么？ (b) 杂质，特别是气孔是如何改变布洛赫壁运动？
7. 已知测得Li0.5Fe2.5O4铁氧体的磁矩为每个化学式单元2.6玻尔磁子数。如何从有关离子的已知净自旋磁矩证明这一结果的正确性？在晶体晶格中，Li+Fe+3各占什么位置？ 9. 铁磁性和亚铁磁性特性只在含过渡族和稀土类离子的化合物中才能观察到。关于导致这种类型磁特性的离子结构唯一性是什么？为什么这些离子的化合物中只有某些是铁磁性或亚铁磁性的？而其他一些却不是？
10. MnF2晶体是反铁磁性，居里点为92K，在150K时，每摩尔磁化率为1.8×10-2。 如温度下降至150K以下，磁化率将怎样变化？ 磁化率达最大值是什么温度？ 磁化率达最小值是什么温度？
11.镁铁氧体的组成为(Mg0.8Fe3+0.2)(Mg0.1Fe3+0.9) 2O4晶格常数为8.40?。Fe3+离子的磁矩为5个玻尔磁子。试计算这种材料具有的饱和磁化强度。
12. 如将上述铁氧体用作固体器件，要有高起始磁导率和低矫顽力。在制造材料时，应以怎样的显微结构特征为目标？
第八章 光学性能
1. CO2激光器（10.6微米）及CO激光器（5微米）的窗口材料要求低吸收值但高强度并易于制造。试对比氧化物和卤化物的性能及要求。
2. 对于下列各种化合物，决定是否n2>>K,n2=K,或n2< MgAl2O4 InP Ge FeO SiC GaAs ZrO2 NiO CsCl CdS UO3 SiO2 (熔融的)Na2O-CaO-SiO2（玻璃） Al2O3 3. 试解释为什么碳化硅的介电常数和其折射率的平方相同。对KBr，你会预期有?=n2吗？为什么？所有物质在足够高的频率下，折射率等于1。试解释之。 4. 求MgO在10千赫时的极化率及每摩尔的极化率，以及在波长为0.590微米的光线的摩尔折射率。试比较这些值并评价之。如果采用复合介电常数，有何差别？ 5. 红外传输光学愈益重要。三硫化砷玻璃适用于此目的。试根据它们的吸收特性结实为什么不用硅酸盐玻璃。你认为在As2S3中何种常见的杂质是有害的？为什么？ 6. 你预料在LiF及PbS之间的折射率及色散有什么不同？说出理由。 7. 在瓷器生产上希望有高的半透明性，但这常常做不到。做为一种可测量的特性，你如何定义半透明性？讨论对瓷器的半透明性起作用的因素，并解释在组成选择；制造方法；烧成制度上所采用的增强半透明性的技术。 8. 什么材料传播最厂波长的红外辐射？是MgO,SrO,BaO? 9. 二氧化钛广泛地应用于不透明搪瓷釉。其中的光散射颗粒是什么？颗粒的什么特性使这些釉获得高度不透明的品质？解释折射率，颗粒尺寸、晶体结构、颜色、透明度等的相对及绝对重要性。解释光散射颗粒在搪瓷釉中是怎样形成的。 10. 硫化锌是一种重要的荧光物质，对于立方结构（闪锌矿）其禁带宽度是3.64eV。在适当的激发下，掺杂Cu2+（0.01原子%）的闪锌矿发射6700?的辐射。在闪锌矿晶格中由于掺入Cl-离子而产生锌空位时，所发射的辐射中心在4400?左右。假设激发与杂质能级无关，计算能够产生荧光的最长波长；确定在禁带中杂质能级相对于价带的位置（用图说明）。