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無機材料物理性能知識點整理
無機材料指由無機物單獨或混合其他物質制成的材料。下面是小編精心整理的無機材料物理性能知識點整理，供大家參考借鑒，希望可以幫助到有需要的朋友。
1.鐵電體與鐵磁體的定義和異同
答：鐵電體是指在一定溫度范圍內具有自發極化，并且自發極化方向可隨外加電場作可逆轉動的晶體。鐵磁體是指具有鐵磁性的物質。
2.本征（固有離子）電導與雜質離子電導
答：本征電導是源于晶體點陣的基本離子的運動。這種離子自身隨著熱振動離開晶體形成熱缺陷。這種熱缺陷無論是離子或者空位都是帶電的，因而都可作為離子電導載流子。顯然固有電導在高溫下特別顯著；第二類是由固定較弱的離子的運動造成的，主要是雜質離子。雜質離子是弱聯系離子，所以在較低溫度下雜質電導表現顯著。
相同點：二者的離子遷移率和電導率表達形式相同
不同點：
a.本征離子電導載流子濃度與溫度有關，而雜質離子電導載流子濃度與溫度無關，僅決定于雜質的含量
B.由于雜質載流子的生成不需要提供額外的活化能，即他的活化能比在正常晶格上的活化能要低得多，因此其系數B比本征電導低一些
C.低溫部分有雜質電導決定，高溫部分由本征電導決定，雜質越多，轉折點越高
3.離子電導和電子電導
答：攜帶電荷進行定向輸送形成電流的帶點質點稱為載流子。載流子為離子或離子空位的為離子電導；載流子是電子或空穴的為電子電導
不同點：
a.離子電導是載流子接力式移動，電子電導是載流子直達式移動
B.離子電導是一個電解過程，符合法拉第電解定律，會發生氧化還原反應，時間長了會對介質內部造成大量缺陷及破壞；而電子電導不會對材料造成破壞
C.離子電導產生很困難，但若有熱缺陷則會容易很多；一般材料不會產生電子電導，一般通過摻雜形式形成能量上的自由電子
D.電子電導的電導率遠大于離子電導
原因：
1.當溫度升高時，晶體內的離子振動加劇，對電子產生散射，自由電子或電子空穴的數量大大增加，總的效應還是使電子電導非線性地大大增加；
2.在弱電場作用下，電子電導和溫度成指數式關系，因此電導率的對數也和溫度的倒數成直線關系；
3.在強電場作用下，晶體的電子電導率與電場強度之間不符合歐姆定律，而是隨場強增大，電導率有指數式增加
4.鐵電體與反鐵電體
答：鐵電體是指在一定溫度范圍內具有自發極化，并且自發極化方向可隨外加電場作可逆轉動的晶體；反鐵電體是指晶體中相鄰的離子沿反平行方向發生自發極化，宏觀上自發極化為零且無電滯回線的材料
不同點：
1.在反鐵電體的晶格中，離子有自發極化，以偶極子形式存在，偶極子成對的按反平行方向排列，這兩部分偶極子的偶極矩大小相等，方向相反；而在鐵電體的晶格中，偶極子的極性是相同的，為平行排列
2.反鐵電體具有雙電滯回線，鐵電體具有電滯回線
3.當外電場降至零時，反鐵電體無剩余極化，鐵電體存在剩余計
5.聲頻支與光頻支的異同
答：相同點：聲頻支與光頻支都是由于一維雙原子點陣的振動引起的，且都是獨立的格波，頻率都與元胞振動頻率相同
不同點：
1.聲頻支是相鄰原子具有相同的振動方向，表示了元胞的質量中心的振動；光頻支是相鄰兩種原子振動方向相反，表示了元胞的質量中心維持不同，因而引起了一個范圍很小，頻率很高的振動
2.聲頻支是低溫下的格波，頻率小影響范圍廣，是同一類原子不同晶胞之間相互振動引起的；光頻支是晶體熔融溫度下的格波，頻率高，影響范圍小，是不同類原子同一晶胞之間相互振動引起的。
6.抗熱震斷裂性與抗熱震損傷性
答：材料發生瞬時斷裂，抵抗這類破壞的性能稱為抗熱沖擊斷裂性能
在熱沖擊循環作用下，材料表面開裂，剝落，并不斷發展，最終碎裂或變質，抵抗這類破壞的性能稱為抗熱沖擊損傷性能。
7.熱容與熱膨脹
答：熱容是描述材料中分子熱運動的能量隨溫度而變化的一個物理量，定義為使物體溫度升高1K所需外界提供的能量
熱膨脹是指物體的體積或長度隨溫度的升高而增大的現象
相同點：熱膨脹系數與熱容密切相關且有著相似的規律，兩者曲線近于平行，變化趨勢相同，即兩者比值接近于恒值
不同點：熱容具有可加性，與材料結構關系不大，氣孔率大，熱容小
熱膨脹不具可加性，與材料結構密切聯系，氣孔率對其影響不大
8.裂紋快速發展與靜態疲勞
答：裂紋快速發展----按照格里菲斯微裂紋理論，裂紋的快速發展，材料的斷裂強度不是取決于裂紋的數量，而是決定于裂紋的大小，即是由最危險的裂紋尺寸（臨界裂紋尺寸）決定材料的強度，一旦裂紋超過臨界尺寸，裂紋就迅速擴展而斷裂
靜態疲勞是指裂紋在使用應力下，隨著時間的推移而緩慢擴展，也稱亞臨界擴展。裂紋緩慢擴展的結果是裂紋尺寸逐漸加大，一旦達到臨界尺寸就會失穩擴展而破壞
二.簡答
1.格里菲斯微裂紋理論
答：實際材料中總是存在許多細小的裂紋或缺陷；在外力作用下，這些裂紋和缺陷附近產生應力集中現象；當應力達到一定程度時，裂紋的擴展導致了材料斷裂。換句話說，斷裂并不是晶體同時沿整個原子面拉斷，而是裂紋嚴重某一存在有缺陷的原子面發生擴展的結果。材料內部儲存的彈性應變能的降低大于由于開裂形成兩個新表面所的表面時，裂紋將發生擴展；反之，裂紋將不會擴展
2.裂紋來源
答：
1.由于晶體微觀結構中存在缺陷，當受到外力作用時，在這些缺陷處就引起應力集中，導致裂紋結核
2.材料表面的機械損傷與化學腐蝕形成表面裂紋，此種裂紋最危險，裂紋的擴展常常由表面裂紋開始
3.由于熱應力而形成裂紋
3.提高陶瓷材料強度的方法
答：
1.利用顯微結構增韌和熱壓燒結，使晶粒超細化，以減少氣孔，裂紋尺寸和數量
2.預加壓應力---材料加熱后急劇冷卻，進行熱韌化，表面冷卻速度高于內部，因而使
材料表面引入殘余壓力
3.化學強化----通過改變表面的化學組成，消除表面缺陷，使表面的摩爾體積比內部的大，并使表面殘余壓應力更高
4.將表面拋光或化學處理，消除表面缺陷
5.復合強化：纖維增強，晶粒增強
4熱膨脹微觀機理
答：固體材料熱膨脹的物理本質可以歸結為點陣結構中質點間平均距離隨溫度升高而增大。在熱振動過程中，在質點平衡位置r0的兩側合力曲線的斜率是不等的。溫度越高，振幅越大，質點在r0兩側受力不對稱情況越顯著，平衡位置向右移動越多，相鄰質點間平均距離就增加得越多，以致晶胞參數增大，宏觀上便表現為晶體的熱膨脹。
次要機理：隨溫度升高熱缺陷濃度按指數關系增加，熱缺陷的形成將造成局部晶格膨脹和畸變
5.熱傳導隨溫度如何變化
答：熱傳導是指當固體材料一端的溫度比另一端高時，熱量從熱端自動的傳向冷端的現象。在溫度不太高的范圍內，無機材料中的熱傳導主要是聲子傳導。但是在溫度較高時，介質由于結構松弛而產生蠕變，導致介質的彈性模量迅速下降，v則呈現出隨溫度增大而減小的趨勢
6.愛因斯坦模型（92）
答：愛因斯坦提出的假設是：每一個原子都是一個獨立的振子原子之間彼此無關，并且都以相同的角頻率xa
離子電導的特點：
1、源于晶體點陣的基本離子的運動，稱為固有離子電導。這種離子自身隨著熱振動離開晶格形成熱缺陷這種熱缺陷，無論是離子或者空位都是帶電的，因而都可以作為離子電導載流子。
2、由固定較弱的離子運動造成的，主要是雜質離子。
影響離子電導的因素：
1、溫度，低溫下雜志電導占主要地位，高溫下固有電導起主導作用。
2、晶體結構，熔點高的晶體，結合力大，相應的活化能也高，電導率低。
3、晶格缺陷
一、材料熱容
1.無機材料的熱容
CvCp的公示表示
熱容的物理意義：
2.晶態固體熱容的經典理論
晶格振動理論
自由電子氣體模型此處需要掌握一個重要的定律-杜隆泊替定律需要熟練記住所需要的公示。
3.量子理論
愛因斯坦的量子熱容理論，需要稍微熟悉相關的公示及基本定理，同時要明白愛因斯坦理論的不足與原因
還需要了解完善的德拜量子熱容理論
了解相關的相關名詞解釋聲頻支，光頻支，同時此處還有幾個重要公式需要了解及推算過程。比如Cm，v
通過對德拜熱容模型的分析，了解其局限性。
然后了解熱容的本質
二、材料的熱膨脹
1、無機材料的熱膨脹系數
熱膨脹的定義：
線膨脹，體膨張的區別及公式
當物體為正方體，晶體時不同的計算方式
2、固體材料的熱膨脹機理
線性振動與非線性振動的定義
固體材料熱膨脹的本質：（重點）
（1）用作用力的曲線解釋
（2）用勢能曲線解釋
三、材料的熱傳導
1、固體材料熱傳導的宏觀規律
熱傳導定義
傅里葉定律
應用于傅里葉定律的三個假設
2、聲子和聲子傳導
聲子的定義
固體熱傳導公式
聲子的熱傳導機理：
影響聲子的自由程的因素
3、光子傳導
光子熱導
光子的平均自由程
4、影響熱導率的因素
①溫度
②顯微結構的影響
③化學組成的影響
④氣孔率對復相陶瓷的熱導率的影響
晶體與非晶體導熱系數曲線的差別
四、材料的熱穩定性（這里面有很重要的公式，建議仔細觀看）
1、材料的熱應力
熱應力定義
2、材料的熱穩定性
熱穩定定義
熱沖擊損壞類型
3、熱應力斷裂抵抗因子R
4、熱沖擊損傷性能
熱沖擊損傷以應變能-斷裂能為判據
抗熱應力損傷因子
主要分類
無機材料一般可以分為傳統的和新型的無機材料兩大類。傳統的無機材料是指以二氧化硅及其硅酸鹽化合物為主要成分制備的材料，因此又稱硅酸鹽材料。
新型無機材料是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各種非金屬化合物經特殊的先進工藝制成的材料。
無機非金屬
具有機械功能、熱功能和部分化學功能為無機非金屬結構用材料，分為氧化物和非氧化物，結構包括單晶、多晶、玻璃、復合材料和涂層及薄膜。鼓勵開發具有較大市場、產業化技術較成熟和經濟效益好的新型無機結構材料。
高性能結構陶瓷
高性能結構陶瓷具有比強度高、耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等優越性能。由于技術進步，結構陶瓷的性能提高，使其對傳統金屬材料的優勢日益顯示出來，國際上使用結構陶瓷部件已經形成很大的市場。本年度重點支持：
（1）航空、汽車、火車等交通車輛用的陶瓷零部件；
（2）現代工業用耐高溫、耐磨損、耐腐蝕等高性能陶瓷結構件；
（3）可替代進口和特殊用途的高性能陶瓷結構件；
（4）電子陶瓷高溫燒結用高級窯具材料與制品。
無機非金屬功能材料
無機非金屬功能材料是指具有電導性、半導體性、光電性、壓電性、鐵電性、耐腐蝕、化學吸附性、吸氣性、耐輻射性等許多功能的一類材料。這類材料品種多,具有技術含量高、產品更新換代快、附加值高、經濟效益明顯的特點。本年度重點支持：
電子功能陶瓷材料
微電子工業是世界經濟發展的一個熱點。我國已將微電子產業列入“十五”的發展重點，電子功能陶瓷是微電子器件的基本材料之一，用途廣泛。本年度重點支持：
（1）大規模集成電路用新型封裝材料和高頻絕緣用新型高性能絕緣陶瓷；
（2）可代替進口的新型微波陶瓷和陶瓷電容器用介電陶瓷與鐵電陶瓷；
（3）大規模集成電路用高性能貼片元件專用電子陶瓷原料與制品。
敏感功能陶瓷材料
敏感功能陶瓷在機電一體化用的傳感器和微動作執行機構等方面有廣泛的應用，我國在這方面有很大的進步，但一些關鍵的高性能傳感器等產品與國外同類產品仍有差距,整體技術水平急待提高。本年度重點支持：
（1）新型高性能工業溫度、濕度檢測、汽車傳感器用的陶瓷;各類氣體探測用功能陶瓷;溫度補償器、熱傳感和自控加熱元件等功能陶瓷；
（2）超聲轉換、微位移器、新型壓電馬達、濾波器用壓電陶瓷材料；
（3）無機非金屬智能材料、能源轉換材料及產品。
光功能陶瓷材料
新型功能陶瓷材料具有獨特的光電性能，已成為光通信產業不可缺少的材料。我國光通信用功能陶瓷材料與國外水平相比有較大差距,已成為我國信息技術和產業發展的瓶頸之一。本年度重點支持：
（1）激光元件用功能陶瓷材料（包括激光調制、激光窗口材料），紅外輻射與接收材料，實用化的光轉換材料；
（2）光存儲、視頻顯示和存儲系統、光開關等用光功能陶瓷；
（3）薄膜顯示、PDP材料、高亮度超高效發光管用材料；
（4）新型高性能的光傳輸材料、光放大、光電耦合材料的功能陶瓷制品。
人工晶體
人工晶體又稱合成晶體。單晶及多晶具有各種獨特的物理性質，能實現電、光、聲、熱、力等不同能量形式的交互作用和轉化，在現代科學技術中應用十分廣泛。。
人工晶體作為一種特種功能材料，在材料學、光學、光電子、醫療生物領域有著廣泛的作用。用于人工晶體生長的方法有多種，如：物理氣相沉淀、水熱法、低溫溶液生長、籽晶提拉、坩堝下降等。其中水熱法晶體生長可以使晶體在非受限的條件下充分生長，可以長出形態各異、結晶完好的晶體而受到廣泛應用。水熱法可用于生長各種大的人工晶體，制備超細、無團聚或少團聚、結晶完好的微晶。適合生長熔點較高，具有包晶反應或非同成分融化，而在常溫下又不溶解各種溶劑或溶解后即分解，不能再結晶的晶體材料。與其他的合成方法相比，水熱法合成的晶體具有純度高、缺陷少，熱應力小質量好等特點。近年來隨著科學技術的不斷發展，水熱法合成技術得到廣泛應用，該技術已成功地應用于人工水晶的合成、陶瓷粉末材料的制備和人工寶石的合成等領域。
功能玻璃
功能玻璃是指采用精制、高純或新型原料，并采用新工藝技術制成的具有特殊性能和功能的玻璃或無機非晶態材料，是高技術領域特別是光電技術不可缺少的基礎材料。本年度重點支持：
（1）光傳輸功能玻璃；
（2）光電、壓電、激光、電磁、耐輻射、防紫外等功能玻璃；
（3）特殊用途的高強度玻璃；
（4）生物體和固定酶生物化學功能玻璃；
（5）液晶顯示用彩色濾光片。
催化及環保用陶瓷
催化劑載體既要有良好機械性能，又要求有化學環境穩定性和特定化學物質反應選擇性。在汽車尾氣和化工環保行業得到廣泛應用。本年度重點支持：
（1）代替進口、可形成批量生產的高性能催化劑載體；
（2）環保用高性能多孔陶瓷材料。
高分子材料
高分子材料也稱為聚合物材料，是以高分子化合物為基體，再配有其他添加劑（助劑）所構成的材料。高分子材料按來源分為天然高分子材料和合成高分子材料。天然高分子是存在于動物、植物及生物體內的高分子物質，可分為天然纖維、天然樹脂、天然橡膠、動物膠等。合成高分子材料主要是指塑料、合成橡膠和合成纖維三大合成材料，此外還包括膠黏劑、涂料以及各種功能性高分子材料。合成高分子材料具有天然高分子材料所沒有的或較為優越的性能——較小的密度、較高的力學、耐磨性、耐腐蝕性、電絕緣性等[1]。
應用
（1）塑料
塑料是指以聚合物為主要成分，在一定條件（溫度、壓力等）下可塑成一定形狀并且在常溫下保持其形狀不變的材料。塑料根據加熱后的情況又可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。加熱后軟化，形成高分子熔體的塑料成為熱塑性塑料。主要的熱塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、尼龍、聚碳酸酯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯等。加熱后固化，形成交聯的不熔結構的塑料稱為熱固性塑料。常見的有環氧樹脂,酚醛塑料，聚酰亞胺，三聚氰氨甲醛樹脂等。塑料的加工方法包括注射，擠出，膜壓，熱壓，吹塑等等。
（2）橡膠
橡膠又可以分為天然橡膠和合成橡膠。天然橡膠的主要成分是聚異戊二烯。合成橡膠的主要品種有丁基橡膠、順丁橡膠、氯丁橡膠、三元乙丙橡膠、丙烯酸酯橡膠、聚氨酯橡膠、硅橡膠、氟橡膠等等。
（3）纖維
纖維是高分子材料的另外一個重要應用。常見的合成纖維包括尼龍、滌綸、腈綸聚酯纖維、芳綸、丙綸纖維等。
（4）涂料
涂料是涂附在工業或日用產品表面起美觀或這保護作用的一層高分子材料、常用的工業涂料有環氧樹脂，聚氨酯等。
（5）粘合劑
也是一類重要的高分子材料。人類在很久以前就開始使用淀粉，樹膠等天然高分子材料做黏合劑。現代黏合劑通過其使用方式可以分為聚合型，如環氧樹脂；熱融型，如尼龍，聚乙烯；加壓型，如天然橡膠；水溶型，如淀粉。
未來發展
迅速發展的電子工業、空間科學、核技術、激光技術、高能電池、太陽能利用等領域，對材料性能提出了各種新的要求。因而在傳統無機非金屬材料基礎上發展出了高溫材料、高強材料、電子材料、光學材料以及激光、鐵電、壓電等材料，這些說明了新材料發展和高科技發展是緊密聯系的.因此，它在現代工業、現代國防、現代生活的應用方面前景廣闊。未來新材料的發展方向是各種材料相復合，即可改善無機材料脆性的弱點，并可具有高彈性模量，低比重，高韌性.未來電子材料的工程發展方向是微小型化、薄膜化，消除缺陷與微電子的集成工藝相結合.結構材料的工程研究方向主要是在應用上的可靠性，生產上的重復性、穩定性以及成本的逐步下降.新材料和傳統無機材料相比，一個重要的變化是從勞動密集型向技術密集型并繼續向知識密集型的新興工業過渡。今后，多學科交叉的各種復合材料將越來越占據材料工業的主導地位。
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