无机材料物理性能知识点整理

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无机材料物理性能知识点整理

　　无机材料指由无机物单独或混合其他物质制成的材料。下面是小编精心整理的无机材料物理性能知识点整理，供大家参考借鉴，希望可以帮助到有需要的朋友。

无机材料物理性能知识点整理

　　1.铁电体与铁磁体的定义和异同

　　答：铁电体是指在一定温度范围内具有自发极化，并且自发极化方向可随外加电场作可逆转动的晶体。铁磁体是指具有铁磁性的物质。

　　2.本征（固有离子）电导与杂质离子电导

　　答：本征电导是源于晶体点阵的基本离子的运动。这种离子自身随着热振动离开晶体形成热缺陷。这种热缺陷无论是离子或者空位都是带电的，因而都可作为离子电导载流子。显然固有电导在高温下特别显著；第二类是由固定较弱的离子的运动造成的，主要是杂质离子。杂质离子是弱联系离子，所以在较低温度下杂质电导表现显著。

　　相同点：二者的离子迁移率和电导率表达形式相同

　　不同点：

　　a.本征离子电导载流子浓度与温度有关，而杂质离子电导载流子浓度与温度无关，仅决定于杂质的含量

　　B.由于杂质载流子的生成不需要提供额外的活化能，即他的活化能比在正常晶格上的活化能要低得多，因此其系数B比本征电导低一些

　　C.低温部分有杂质电导决定，高温部分由本征电导决定，杂质越多，转折点越高

　　3.离子电导和电子电导

　　答：携带电荷进行定向输送形成电流的带点质点称为载流子。载流子为离子或离子空位的为离子电导；载流子是电子或空穴的为电子电导

　　不同点：

　　a.离子电导是载流子接力式移动，电子电导是载流子直达式移动

　　B.离子电导是一个电解过程，符合法拉第电解定律，会发生氧化还原反应，时间长了会对介质内部造成大量缺陷及破坏；而电子电导不会对材料造成破坏

　　C.离子电导产生很困难，但若有热缺陷则会容易很多；一般材料不会产生电子电导，一般通过掺杂形式形成能量上的自由电子

　　D.电子电导的电导率远大于离子电导

　　原因：

　　1.当温度升高时，晶体内的离子振动加剧，对电子产生散射，自由电子或电子空穴的数量大大增加，总的效应还是使电子电导非线性地大大增加；

　　2.在弱电场作用下，电子电导和温度成指数式关系，因此电导率的对数也和温度的倒数成直线关系；

　　3.在强电场作用下，晶体的电子电导率与电场强度之间不符合欧姆定律，而是随场强增大，电导率有指数式增加

　　4.铁电体与反铁电体

　　答：铁电体是指在一定温度范围内具有自发极化，并且自发极化方向可随外加电场作可逆转动的晶体；反铁电体是指晶体中相邻的离子沿反平行方向发生自发极化，宏观上自发极化为零且无电滞回线的材料

　　不同点：

　　1.在反铁电体的晶格中，离子有自发极化，以偶极子形式存在，偶极子成对的按反平行方向排列，这两部分偶极子的偶极矩大小相等，方向相反；而在铁电体的晶格中，偶极子的极性是相同的，为平行排列

　　2.反铁电体具有双电滞回线，铁电体具有电滞回线

　　3.当外电场降至零时，反铁电体无剩余极化，铁电体存在剩余计

　　5.声频支与光频支的异同

　　答：相同点：声频支与光频支都是由于一维双原子点阵的振动引起的，且都是独立的格波，频率都与元胞振动频率相同

　　不同点：

　　1.声频支是相邻原子具有相同的振动方向，表示了元胞的质量中心的振动；光频支是相邻两种原子振动方向相反，表示了元胞的质量中心维持不同，因而引起了一个范围很小，频率很高的振动

　　2.声频支是低温下的格波，频率小影响范围广，是同一类原子不同晶胞之间相互振动引起的；光频支是晶体熔融温度下的格波，频率高，影响范围小，是不同类原子同一晶胞之间相互振动引起的。

　　6.抗热震断裂性与抗热震损伤性

　　答：材料发生瞬时断裂，抵抗这类破坏的性能称为抗热冲击断裂性能

　　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称为抗热冲击损伤性能。

　　7.热容与热膨胀

　　答：热容是描述材料中分子热运动的能量随温度而变化的一个物理量，定义为使物体温度升高1K所需外界提供的能量

　　热膨胀是指物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象

　　相同点：热膨胀系数与热容密切相关且有着相似的规律，两者曲线近于平行，变化趋势相同，即两者比值接近于恒值

　　不同点：热容具有可加性，与材料结构关系不大，气孔率大，热容小

　　热膨胀不具可加性，与材料结构密切联系，气孔率对其影响不大

　　8.裂纹快速发展与静态疲劳

　　答：裂纹快速发展----按照格里菲斯微裂纹理论，裂纹的快速发展，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）决定材料的强度，一旦裂纹超过临界尺寸，裂纹就迅速扩展而断裂

　　静态疲劳是指裂纹在使用应力下，随着时间的推移而缓慢扩展，也称亚临界扩展。裂纹缓慢扩展的结果是裂纹尺寸逐渐加大，一旦达到临界尺寸就会失稳扩展而破坏

　　二.简答

　　1.格里菲斯微裂纹理论

　　答：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，裂纹的扩展导致了材料断裂。换句话说，断裂并不是晶体同时沿整个原子面拉断，而是裂纹严重某一存在有缺陷的原子面发生扩展的结果。材料内部储存的弹性应变能的降低大于由于开裂形成两个新表面所的表面时，裂纹将发生扩展；反之，裂纹将不会扩展

　　2.裂纹来源

　　答：

　　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，导致裂纹结核

　　2.材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹，此种裂纹最危险，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

　　3.提高陶瓷材料强度的方法

　　答：

　　1.利用显微结构增韧和热压烧结，使晶粒超细化，以减少气孔，裂纹尺寸和数量

　　2.预加压应力---材料加热后急剧冷却，进行热韧化，表面冷却速度高于内部，因而使

　　材料表面引入残余压力

　　3.化学强化----通过改变表面的化学组成，消除表面缺陷，使表面的摩尔体积比内部的大，并使表面残余压应力更高

　　4.将表面抛光或化学处理，消除表面缺陷

　　5.复合强化：纤维增强，晶粒增强

　　4热膨胀微观机理

　　答：固体材料热膨胀的物理本质可以归结为点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。在热振动过程中，在质点平衡位置r0的两侧合力曲线的斜率是不等的。温度越高，振幅越大，质点在r0两侧受力不对称情况越显著，平衡位置向右移动越多，相邻质点间平均距离就增加得越多，以致晶胞参数增大，宏观上便表现为晶体的热膨胀。

　　次要机理：随温度升高热缺陷浓度按指数关系增加，热缺陷的形成将造成局部晶格膨胀和畸变

　　5.热传导随温度如何变化

　　答：热传导是指当固体材料一端的温度比另一端高时，热量从热端自动的传向冷端的现象。在温度不太高的范围内，无机材料中的热传导主要是声子传导。但是在温度较高时，介质由于结构松弛而产生蠕变，导致介质的弹性模量迅速下降，v则呈现出随温度增大而减小的趋势

　　6.爱因斯坦模型（92）

　　答：爱因斯坦提出的假设是：每一个原子都是一个独立的振子原子之间彼此无关，并且都以相同的角频率xa

　　离子电导的特点：

　　1、源于晶体点阵的基本离子的运动，称为固有离子电导。这种离子自身随着热振动离开晶格形成热缺陷这种热缺陷，无论是离子或者空位都是带电的，因而都可以作为离子电导载流子。

　　2、由固定较弱的离子运动造成的，主要是杂质离子。

　　影响离子电导的因素：

　　1、温度，低温下杂志电导占主要地位，高温下固有电导起主导作用。

　　2、晶体结构，熔点高的晶体，结合力大，相应的活化能也高，电导率低。

　　3、晶格缺陷

　　一、材料热容

　　1.无机材料的热容

　　CvCp的公示表示

　　热容的物理意义：

　　2.晶态固体热容的经典理论

　　晶格振动理论

　　自由电子气体模型此处需要掌握一个重要的定律-杜隆泊替定律需要熟练记住所需要的公示。

　　3.量子理论

　　爱因斯坦的量子热容理论，需要稍微熟悉相关的公示及基本定理，同时要明白爱因斯坦理论的不足与原因

　　还需要了解完善的德拜量子热容理论

　　了解相关的相关名词解释声频支，光频支，同时此处还有几个重要公式需要了解及推算过程。比如Cm，v

　　通过对德拜热容模型的分析，了解其局限性。

　　然后了解热容的本质

　　二、材料的热膨胀

　　1、无机材料的热膨胀系数

　　热膨胀的定义：

　　线膨胀，体膨张的区别及公式

　　当物体为正方体，晶体时不同的计算方式

　　2、固体材料的热膨胀机理

　　线性振动与非线性振动的定义

　　固体材料热膨胀的本质：（重点）

　　（1）用作用力的曲线解释

　　（2）用势能曲线解释

　　三、材料的热传导

　　1、固体材料热传导的宏观规律

　　热传导定义

　　傅里叶定律

　　应用于傅里叶定律的三个假设

　　2、声子和声子传导

　　声子的定义

　　固体热传导公式

　　声子的热传导机理：

　　影响声子的自由程的因素

　　3、光子传导

　　光子热导

　　光子的平均自由程

　　4、影响热导率的因素

　　①温度

　　②显微结构的影响

　　③化学组成的影响

　　④气孔率对复相陶瓷的热导率的影响

　　晶体与非晶体导热系数曲线的差别

　　四、材料的热稳定性（这里面有很重要的公式，建议仔细观看）

　　1、材料的热应力

　　热应力定义

　　2、材料的热稳定性

　　热稳定定义

　　热冲击损坏类型

　　3、热应力断裂抵抗因子R

　　4、热冲击损伤性能

　　热冲击损伤以应变能-断裂能为判据

　　抗热应力损伤因子

　　主要分类

　　无机材料一般可以分为传统的和新型的无机材料两大类。传统的无机材料是指以二氧化硅及其硅酸盐化合物为主要成分制备的材料，因此又称硅酸盐材料。

　　新型无机材料是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各种非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。

　　无机非金属

　　具有机械功能、热功能和部分化学功能为无机非金属结构用材料，分为氧化物和非氧化物，结构包括单晶、多晶、玻璃、复合材料和涂层及薄膜。鼓励开发具有较大市场、产业化技术较成熟和经济效益好的新型无机结构材料。

　　高性能结构陶瓷

　　高性能结构陶瓷具有比强度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优越性能。由于技术进步，结构陶瓷的性能提高，使其对传统金属材料的优势日益显示出来，国际上使用结构陶瓷部件已经形成很大的市场。本年度重点支持：

　　（1）航空、汽车、火车等交通车辆用的陶瓷零部件；

　　（2）现代工业用耐高温、耐磨损、耐腐蚀等高性能陶瓷结构件；

　　（3）可替代进口和特殊用途的高性能陶瓷结构件；

　　（4）电子陶瓷高温烧结用高级窑具材料与制品。

　　无机非金属功能材料

　　无机非金属功能材料是指具有电导性、半导体性、光电性、压电性、铁电性、耐腐蚀、化学吸附性、吸气性、耐辐射性等许多功能的一类材料。这类材料品种多,具有技术含量高、产品更新换代快、附加值高、经济效益明显的特点。本年度重点支持：

　　电子功能陶瓷材料

　　微电子工业是世界经济发展的一个热点。我国已将微电子产业列入“十五”的发展重点，电子功能陶瓷是微电子器件的基本材料之一，用途广泛。本年度重点支持：

　　（1）大规模集成电路用新型封装材料和高频绝缘用新型高性能绝缘陶瓷；

　　（2）可代替进口的新型微波陶瓷和陶瓷电容器用介电陶瓷与铁电陶瓷；

　　（3）大规模集成电路用高性能贴片元件专用电子陶瓷原料与制品。

　　敏感功能陶瓷材料

　　敏感功能陶瓷在机电一体化用的传感器和微动作执行机构等方面有广泛的应用，我国在这方面有很大的进步，但一些关键的高性能传感器等产品与国外同类产品仍有差距,整体技术水平急待提高。本年度重点支持：

　　（1）新型高性能工业温度、湿度检测、汽车传感器用的陶瓷;各类气体探测用功能陶瓷;温度补偿器、热传感和自控加热元件等功能陶瓷；

　　（2）超声转换、微位移器、新型压电马达、滤波器用压电陶瓷材料；

　　（3）无机非金属智能材料、能源转换材料及产品。

　　光功能陶瓷材料

　　新型功能陶瓷材料具有独特的光电性能，已成为光通信产业不可缺少的材料。我国光通信用功能陶瓷材料与国外水平相比有较大差距,已成为我国信息技术和产业发展的瓶颈之一。本年度重点支持：

　　（1）激光元件用功能陶瓷材料（包括激光调制、激光窗口材料），红外辐射与接收材料，实用化的光转换材料；

　　（2）光存储、视频显示和存储系统、光开关等用光功能陶瓷；

　　（3）薄膜显示、PDP材料、高亮度超高效发光管用材料；

　　（4）新型高性能的光传输材料、光放大、光电耦合材料的功能陶瓷制品。

　　人工晶体

　　人工晶体又称合成晶体。单晶及多晶具有各种独特的物理性质，能实现电、光、声、热、力等不同能量形式的交互作用和转化，在现代科学技术中应用十分广泛。。

　　人工晶体作为一种特种功能材料，在材料学、光学、光电子、医疗生物领域有着广泛的作用。用于人工晶体生长的方法有多种，如：物理气相沉淀、水热法、低温溶液生长、籽晶提拉、坩埚下降等。其中水热法晶体生长可以使晶体在非受限的条件下充分生长，可以长出形态各异、结晶完好的晶体而受到广泛应用。水热法可用于生长各种大的人工晶体，制备超细、无团聚或少团聚、结晶完好的微晶。适合生长熔点较高，具有包晶反应或非同成分融化，而在常温下又不溶解各种溶剂或溶解后即分解，不能再结晶的晶体材料。与其他的合成方法相比，水热法合成的晶体具有纯度高、缺陷少，热应力小质量好等特点。近年来随着科学技术的不断发展，水热法合成技术得到广泛应用，该技术已成功地应用于人工水晶的合成、陶瓷粉末材料的制备和人工宝石的合成等领域。

　　功能玻璃

　　功能玻璃是指采用精制、高纯或新型原料，并采用新工艺技术制成的具有特殊性能和功能的玻璃或无机非晶态材料，是高技术领域特别是光电技术不可缺少的基础材料。本年度重点支持：

　　（1）光传输功能玻璃；

　　（2）光电、压电、激光、电磁、耐辐射、防紫外等功能玻璃；

　　（3）特殊用途的高强度玻璃；

　　（4）生物体和固定酶生物化学功能玻璃；

　　（5）液晶显示用彩色滤光片。

　　催化及环保用陶瓷

　　催化剂载体既要有良好机械性能，又要求有化学环境稳定性和特定化学物质反应选择性。在汽车尾气和化工环保行业得到广泛应用。本年度重点支持：

　　（1）代替进口、可形成批量生产的高性能催化剂载体；

　　（2）环保用高性能多孔陶瓷材料。

　　高分子材料

　　高分子材料也称为聚合物材料，是以高分子化合物为基体，再配有其他添加剂（助剂）所构成的材料。高分子材料按来源分为天然高分子材料和合成高分子材料。天然高分子是存在于动物、植物及生物体内的高分子物质，可分为天然纤维、天然树脂、天然橡胶、动物胶等。合成高分子材料主要是指塑料、合成橡胶和合成纤维三大合成材料，此外还包括胶黏剂、涂料以及各种功能性高分子材料。合成高分子材料具有天然高分子材料所没有的或较为优越的性能——较小的密度、较高的力学、耐磨性、耐腐蚀性、电绝缘性等[1]。

　　应用

　　（1）塑料

　　塑料是指以聚合物为主要成分，在一定条件（温度、压力等）下可塑成一定形状并且在常温下保持其形状不变的材料。塑料根据加热后的情况又可分为热塑性塑料和热固性塑料。加热后软化，形成高分子熔体的塑料成为热塑性塑料。主要的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、尼龙、聚碳酸酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。加热后固化，形成交联的不熔结构的塑料称为热固性塑料。常见的有环氧树脂,酚醛塑料，聚酰亚胺，三聚氰氨甲醛树脂等。塑料的加工方法包括注射，挤出，膜压，热压，吹塑等等。

　　（2）橡胶

　　橡胶又可以分为天然橡胶和合成橡胶。天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯。合成橡胶的主要品种有丁基橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶等等。

　　（3）纤维

　　纤维是高分子材料的另外一个重要应用。常见的合成纤维包括尼龙、涤纶、腈纶聚酯纤维、芳纶、丙纶纤维等。

　　（4）涂料

　　涂料是涂附在工业或日用产品表面起美观或这保护作用的一层高分子材料、常用的工业涂料有环氧树脂，聚氨酯等。

　　（5）粘合剂

　　也是一类重要的高分子材料。人类在很久以前就开始使用淀粉，树胶等天然高分子材料做黏合剂。现代黏合剂通过其使用方式可以分为聚合型，如环氧树脂；热融型，如尼龙，聚乙烯；加压型，如天然橡胶；水溶型，如淀粉。

　　未来发展

　　迅速发展的电子工业、空间科学、核技术、激光技术、高能电池、太阳能利用等领域，对材料性能提出了各种新的要求。因而在传统无机非金属材料基础上发展出了高温材料、高强材料、电子材料、光学材料以及激光、铁电、压电等材料，这些说明了新材料发展和高科技发展是紧密联系的.因此，它在现代工业、现代国防、现代生活的应用方面前景广阔。未来新材料的发展方向是各种材料相复合，即可改善无机材料脆性的弱点，并可具有高弹性模量，低比重，高韧性.未来电子材料的工程发展方向是微小型化、薄膜化，消除缺陷与微电子的集成工艺相结合.结构材料的工程研究方向主要是在应用上的可靠性，生产上的重复性、稳定性以及成本的逐步下降.新材料和传统无机材料相比，一个重要的变化是从劳动密集型向技术密集型并继续向知识密集型的新兴工业过渡。今后，多学科交叉的各种复合材料将越来越占据材料工业的主导地位。

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