无机材料测试技术思考与练习题答案

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材料测试技术课后题答案

大功率转靶衍射仪与普通衍射仪相比，在哪两方面有其优越性？答：①提高X射线强度：②缩短了试验时间2、何为特征X射线谱？特征X射线的波长与（管电压）、（管电流）无关，只与（阳极材料）有关。

答：由若干条特定波长的谱线构成。

当管电压超过一定的数值（激发电压V激）时产生。

不同元素的阳极材料发出不同波长的X射线。

因此叫特征X射线。

什么是Ka射线？在X射线衍射仪中使用的是什么类型的X射线？答：L壳层中的电子跳入K层空位时发出的X射线，称之为Ka射线。

Ka射线的强度大约是K 6射线强度的5倍，因此，在实验中均采用Ka射线。

Ka谱线又可分为Kal和Ka 2, K a 1的强度是K a 2强度的2倍，且Kal和Ka 2射•线的波长非常接近，仅相差0.004A左右，通常无法分辨，因此，一般用Ka来表示。

但在实际实验中有可能会出现两者分开的情况。

AI是面心立方点阵，点阵常数a=4.049A,试求（111）和（200）晶面的面间距。

计算公式为:dhkl=a （h2+k2+l2）-l/2答：dlll=4.049/（12+12+12）-l/2=2.338A：d200=4.049/（22）-l/2=2.0245A说说不相干散射对于衍射分析是否有利？为什么？答：有利。

不相干散射线由于波长各不相同，因此不会互相干涉形成衍射，所以它们散布于各个方向，强度一般很低，它们在衍射工作中只形成连续的背景。

不相干散射的强度随sin 0/'的增大而增强，而且原子序数越小的物质，其不相干散射愈大，造成对衍射分析工作的不利影响。

6、在X射线衍射分析中，为何要选用滤波片滤掉KB射线？说说滤波片材料的选取原则。

实验中，分别用Cu靶和M。

靶，若请你选滤波片，分别选什么材料？答：（1）许多X射线工作都要求应用单色X射线，由于Ka谱线的强度高，因此当要用单色X 射线时，一般总是选用Ka谱线。

但从X射线管发出的X射线中，当有Ka线时，必定伴有KB 谱线及连续光谱，这对衍射工作是不利的，必须设法除去或减弱之，通常使用滤波片来达到这一目的。

无机材料测试技术习题库

无机材料测试技术习题库第一章X射线物理学基础一、名词解释1、特征X射线2、连续X射线3、吸收限（λk）4、光电效应5、俄歇电子6、质量吸收系数7、相干散射8、非相干散射9、荧光X射线10、X射线强度11、AES二、填空1、产生X射线的基本条件、、。

2、X射线的强度是指内通过垂直于X射线方向的单位面积上的。

3、探测X射线的工具是：。

4、影响X射线强度的因素是：。

5、检测X射线的方法主要有：。

6、X射线谱是的关系。

7、吸收限的应用主要是、、。

8、当X射线的或吸收体的愈大时X射线愈容易被吸收。

9、一束X射线通过物质时，它的能量可分为三部分：、和。

10、X射线与物质相互作，产生两种散射现象，即和。

11、物质对X射线的吸收主要是由引起的。

三、判断1、入射X射线光子与外层电子或自由电子碰撞时产生相干散射。

2、由X射线产生X射线的过程叫做光电效应。

3、X射线与物质作用，有足够能量的X射线光子激发原子K层的电子，外层电子跃迁填补，多余的能量使L2、L3、M、N等层的电子逸出，这个过程叫做光电效应。

4、由X射线产生X射线的过程叫俄歇效应。

5、连续谱中，随V增大，短波极限值增大。

6、当X射线的波长愈短，或者穿过原子序数愈小的物质时，其吸收就愈大。

7、具有短波极限值的X射线强度最大。

8、具有短波极限值的X射线能量最大。

9、X射线成分分析的理论基础是同种原子发出相同波长的连续X射线。

10、当高速电子的能量全部转换为X射线光子的能量时产生λ0，此时强度最大，能量最高。

11、当高速电子的能量全部转换为X射线光子的能量时产生λ0，此时强度最大。

四、简答及计算：1、什么是莫赛莱定律，莫赛莱定律的物理意义是什么？2、简述特征X射线产生的机理。

3、简述衍射定性物相鉴定的程序。

4、X射线定量分析的基础是什么？5、X射线物相分析有哪些特点？6、试计算空气对CrKα辐射的质量吸收系数和线吸收系数。

假定空气中含有80％（重量）的氮和20％（重量）的氧，空气密度ρ＝0.0013g/cm3。

无机材料分析测试技术(国防工业出版社,黄新民) 课后题整理

第一章 X 射线物理学基础1、X 射线的强度X 射线的强度是指垂直X 射线传播方向的单位面积上在单位时间内所通过的光子数目的能量总和。

常用的单位是J/cm 2.s 。

X 射线的强度I 是由光子能量hv 和它的数目n 两个因素决定的,即I=nhv 。

在连续谱中，强度最大值不在短波限处，而是位于1.5λ0附近。

连续谱中，每条曲线下的面积表示各种波长X 射线的强度总和，也就是阳极靶发射出的X 射线的总能量。

I 连与管电压、管电流、阳极靶的原子序数存在如下关系：Z 为阳极靶的原子序数，U 为管电压（千伏）， i 为管电流（毫安）， K=(1.1~1.5)×10-9。

2、特征X 射线特征X 射线谱由一定波长的若干X 射线叠加在连续X 射线谱上构成，它和单色的可见光相似，具有一定的波长，故称单色X 射线。

每种元素只能发出一定波长的单色X 射线，它是元素的标志，故也称为标识X 射线。

3、光电效应当入射光量子的能量等于或略大于吸收体原子某壳层电子的结合能（即该层电子激发态能量）时，此光量子就很容易被电子吸收，获得能量的电子从内层溢出，成为自由电子，称光电子，原子则处于相应的激发态，这种原子被入射辐射电离的现象即光电效应。

光电效应使被照物质处于激发态，这一激发态和由入射电子所引起的激发态完全相同，也要通过电子跃迁向较低能态转化，同时辐射被照物质的特征X 射线谱。

由入射X 射线所激发出来的特征X 射线称荧光X 射线（二次特征X 射线）。

利用荧光X 射线进行成分分析－X 射线荧光光谱分析(Z>20)使K 层电子变成自由电子需要的能量是ωK ，亦即可引起激发态的入射光量子能量必须达到此值。

()2连0＝KiZU d I I =⎰∞λλλK K K K eU hch ===ωλν从X 射线激发光电效应的角度，称λK 为激发限；从X 射线被物质吸收的角度，称λK 为吸收限。

产生光电效应条件：X 射线波长必须小于吸收限λK 。

无机非金属材料专业《无机材料测试技术》试卷及答案

学年第二学期《无机材料测试技术》考试试卷A一、填空题（共25分，每空1分）1、第一个发现X射线的科学家是伦琴教授，第一个进行X射线衍射实验的科学家是爱迪生。

2、莫塞来定律反映了材料产生的线谱频率与其原子序数的关系。

3、同一元素的入Kα1、入Kα2、入Kβ的相对大小依次为___β＜α1＜α2________；能量从小到大的顺序是__反过来________。

(注：用不等式标出)。

4、X射线分析技术的方法有：粉末法，；劳厄法、转晶法、四园衍射法、等倾魏森堡。

5、扫描电子显微镜的电子成像主要有二次电子像和背散射电子像。

6、。

7、XRD、TEM、SEM、DTA、透射电镜、扫描电镜、差热分析法。

8和电磁透镜。

9、电子探针X射线显微分析中常用X射线谱仪有波长色散谱和能量色散谱。

波普分析元素范围为4Be~92U，分辨率为5eV能谱分析范围为11Na~92U，分辨率为145~155eV..10、测角仪在采集衍射图时，如果试样表面转到与入射线成30°角，则计数管与入射线所成角度为120°；能产生衍射的晶面，与试样的自由表面呈关系。

二、名词解释（共15分，每小题3分）1、K系辐射：如果原子最内层的K层一个电子被激发掉，而由邻近的L层的电子跃入填补，则辐射Kα；由M层电子跃入填补K层则辐射Kβ；由Kα，β，γ......共同形成的为K系辐射2、洛伦兹因数：表示掠射角对衍射强度的影响。

等于1/Sin²θCosθ.3、热重分析：TG，是指在程序控制温度下测量待测样品的质量与温度变化关系的一种热分析技术，用来研究材料的热稳定性和组份。

4、景深和焦深：把透镜物平面允许的轴向偏差定义为透镜的景深。

把透镜像平面允许的轴向偏差定义为透镜的焦深。

5、激发电压：在特征X射线中，当X射线管电压加大到某一临界值V时，高速运动的电子动能足以将阳极物质原子的K层电子激发出来，这个电压叫做激发电压。

三、问答题与计算题（共40分，每题8分）1、如何选用滤波片材料和X射线管？实验中选择X射线管的原则是为避免或减少产生荧光辐射。

无机材料物理性能课后习题答案

⽆机材料物理性能课后习题答案《材料物理性能》第⼀章材料的⼒学性能1-1⼀圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉⼒，若直径拉细⾄ 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉⼒下的真应⼒、真应变、名义应⼒和名义应变，并⽐较讨论这些计算结果。

解：由计算结果可知：真应⼒⼤于名义应⼒，真应变⼩于名义应变。

1-5⼀陶瓷含体积百分⽐为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。

若该陶瓷含有5 %的⽓孔，再估算其上限和下限弹性模量。

解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=,V 2=。

则有当该陶瓷含有5%的⽓孔时，将P=代⼊经验计算公式E=E 0+可得，其上、下限弹性模量分别变为 GPa 和 GPa 。

1-11⼀圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉⼒F ，若其临界抗剪强度τf 为135 MPa,求沿图中所⽰之⽅向的滑移系统产⽣滑移时需要的最⼩拉⼒值，并求滑移⾯的法向应⼒。

0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =?==-σ名义应⼒0851.0100=-=?=A A l l ε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =?==-σ真应⼒)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量)(1.323)8405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量解：1-6试分别画出应⼒松弛和应变蠕变与时间的关系⽰意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。

解：Maxwell 模型可以较好地模拟应⼒松弛过程：Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程：以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料⼒学性能的复杂性，我们会⽤到⽤多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合⽽成的复杂模型。

材料分析测试技术思考题及答案

第一章 X射线的性质1、X射线的本质――电磁波、高能粒子、物质2、X射线谱――管电压、电流对谱的影响、短波限的意义等连续谱短波限只与管电压有关，当固定管电压，增加管电流或改变靶时短波限不变。

随管电压增高，连续谱各波长的强度都相应增高，各曲线对应的最大值和短波限都向短波方向移动。

特征x射线：改变管电压、管电流，这些谱线只改变强度而峰的位置对应的波长不变，即波长只与靶材的原子序数有关，与电压无关。

3、高能电子与物质相互作用可产生哪两种X射线？产生的机理？连续X射线：当高速运动的电子(带电粒子)与原子核内电场作用而减速时会产生电磁辐射,这种辐射所产生的X射线波长是连续的,故称之为～特征(标识)X射线：由原子内层电子跃迁所产生的X射线叫做特征X射线。

4、两类散射的性质相干散射：与原子相互作用后光子的能量（波长）不变，而只是改变了方向。

非相干散射:与原子相互作用后光子的能量一部分传递给了原子，这样入射光的能量改变了，方向亦改变了，它们不会相互干涉。

称之为非相干散射。

5、吸收与吸收系数及基本计算6、二次特征辐射（X射线荧光）、饿歇效应产生的机理与条件二次特征辐射（X射线荧光）：由X射线所激发出的二次特征X射线叫X射线荧光。

俄歇电子：俄歇电子的产生过程是当原子内层的一个电子被电离后，处于激发态的电子将产生跃迁，多余的能量以无辐射的形式传给另一层的电子，并将它激发出来。

这种效应称为俄歇效应。

7、选靶的意义与作用：不产生样品的k系荧光，试样对入射x射线的吸收也最小。

第二章 X射线的方向1、晶体的定义、空间点阵的构建、七大晶系尤其是立方晶系的点阵几种类型原子或原子团在三维空间周期排列所构成的固体为晶体将相邻结点按一定的规则用线连接起来便构成了与晶体中原子的排布完全相同的骨架这叫做空间点阵七大晶系：立方、正方、斜方、菱方、六方、单斜、三斜。

立方晶系点阵类型：简单、面心、体心立方2、晶向指数、晶面指数（密勒指数）定义、表示方法，在空间点阵中的互对应晶向指数：从该晶列通过轴失坐标原点的直线上任取一格点，把格点指数化为互质整数称为晶向指数，表示为[h,k,l].晶面指数：是晶体的常数之一，是晶面在3个结晶轴上的截距系数的倒数比，当化为最简单的整数比后，所得出的3个整数称之为该晶面的密勒指数，表示为（h,k,l)。

无机材料物理性能考试试题及答案

无机材料物理性能考试试题及答案一、填空（18）1. 声子的准粒子性表现在声子的动量不确定、系统中声子的数目不守恒。

2. 在外加电场E的作用下，一个具有电偶极矩为p的点电偶极子的位能U=-p·E，该式表明当电偶极矩的取向与外电场同向时，能量为最低而反向时能量为最高。

3. TC为正的温度补偿材料具有敞旷结构，并且内部结构单位能发生较大的转动。

4. 钙钛矿型结构由 5 个简立方格子套购而成，它们分别是1个Ti 、1个Ca 和3个氧简立方格子5. 弹性系数ks的大小实质上反映了原子间势能曲线极小值尖峭度的大小。

6. 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或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。

7. 制备微晶、高密度与高纯度材料的依据是材料脆性断裂的影响因素有晶粒尺寸、气孔率、杂质等。

8. 粒子强化材料的机理在于粒子可以防止基体内的位错运动，或通过粒子的塑性形变而吸收一部分能量，达从而到强化的目的。

9. 复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大，产生很大的内应力，使坯体产生微裂纹。

10.裂纹有三种扩展方式：张开型、滑开型、撕开型11. 格波：晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的波，或某一个原子在平衡位置附近的振动是以波的形式在晶体中传播形成的波二、名词解释(12)自发极化：极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。

断裂能：是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用，不仅取决于组分、结构，在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。

包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性能等。

电子的共有化运动：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原子的某一电子壳层转移到相邻原子的相似壳层上去，因而电子可以在整个晶体中运动。

(精品word)无机材料分析测试技术(国防工业出版社,黄新民)课后题整理

第一章 X 射线物理学基础1、X 射线的强度X 射线的强度是指垂直X 射线传播方向的单位面积上在单位时间内所通过的光子数目的能量总和。

常用的单位是J/cm 2。

s 。

X 射线的强度I 是由光子能量hv 和它的数目n 两个因素决定的,即I=nhv 。

在连续谱中，强度最大值不在短波限处，而是位于1。

5λ0附近。

连续谱中，每条曲线下的面积表示各种波长X 射线的强度总和，也就是阳极靶发射出的X 射线的总能量。

I 连与管电压、管电流、阳极靶的原子序数存在如下关系：Z 为阳极靶的原子序数,U 为管电压（千伏）, i 为管电流（毫安）， K=(1.1～1。

5）×10—9。

2、特征X 射线特征X 射线谱由一定波长的若干X 射线叠加在连续X 射线谱上构成，它和单色的可见光相似，具有一定的波长，故称单色X 射线。

每种元素只能发出一定波长的单色X 射线，它是元素的标志，故也称为标识X 射线。

3、光电效应当入射光量子的能量等于或略大于吸收体原子某壳层电子的结合能（即该层电子激发态能量）时，此光量子就很容易被电子吸收，获得能量的电子从内层溢出，成为自由电子，称光电子，原子则处于相应的激发态,这种原子被入射辐射电离的现象即光电效应。

由入射X 射线所激发出来的特征X 射线称荧光X 射线（二次特征X 射线)。

利用荧光X 射线进行成分分析－X 射线荧光光谱分析（Z 〉20）使K 层电子变成自由电子需要的能量是ωK,亦即可引起激发态的入射光量子能量必须达到此值。

从X 射线激发光电效应的角度,称λK从X 射线被物质吸收的角度，称λK 为吸收限。

产生光电效应条件：X 射线波长必须小于吸收限λK 。

()2连0＝KiZU d I I =⎰∞λλλKK KK eU hch ===ωλν4、俄歇效应原子中一个K 层电子被入射光量子击出后，L 层一个电子跃入K 层填补空位,此时多余的能量不以辐射X 光量子的方式放出,而是另一个L 层电子获得能量跃出吸收体，这样一个K 层空位被两个L 层空位代替的过程称俄歇效应，跃出的L 层电子称俄歇电子。

无机材料测试技术试题

无机材料测试技术试题1-5解答一、名词解释1.光电子及光电效应：X射线与物质作用，具有足够的能量的X射线光子也能激发掉原子K层的电子，外层电子跃迁填补，多余的能量辐射出来，被X射线激发出来的电子称为光电子。

所辐射X射线称为荧光X射线，这个过程称为光电效应。

2.特征X射线：特征X射线：特征X射线和可见光中的单色光相似，所以也称为单色X射线。

3.连续X射线：连续X射线谱具有连续波长，它和可见光的白光相似，故也称为白色X射线。

4.电子透镜：透射电子显微镜是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨率，高放大倍数的电子学仪器5.热重分析：热重分析就是在程序控制温度下，测量物质的质量与温度关系的一种技术。

6.衍射角：2d(hkl)sinθ=nλ在X衍射仪中，我们以2θ为衍射角，就是因为2θ为X射线发生衍射后改变方向的角度7.差热分析：差热分析( DTA)是在程序控制下，测量物质和参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。

8.X射线的强度：指垂直于X射线传播方向的单位面积上的单位时间内通过的光子数目的能量总和。

9.静电透镜：能使电子波折射聚焦的具有旋转对称等电位曲面簇的电极装置叫做静电透镜。

10.背散射电子：入射电子被样品原子散射回来的部分；它包括弹性散射和非弹性散射部分；背散射电子的作用深度大，产额大小取决于样品原子种类和样品形状11.二次电子：在入射电子束作用下被轰击出来并离开样品表面的核外电子叫做二次电子。

12.磁透镜：能使电子波聚焦的具有旋转对称非均匀的磁极装置13.热分析：热分析是在程序控制温度下，测量物质的物理性质随温度变化的一类技术。

14.粉晶照相法（德拜法）：采用粉末状多晶体样品并使用德拜照相机记录衍射花样的方法，即为粉品德拜照相法，也可称为粉末多晶照相法15.相干散射：X射线被物质散射时，如果散射波的波长和频率与入射波相同，这些新的散射波之间可以发生干涉作用，故把这种散射称为相干散射。

无机材料测试方法习题解答

《材料测试方法》习题及习题解答盐城工学院材料工程学院第一部分X-射线衍射物相分析1-1 计算0.071nm(MoKα)和0.154nm(CuKα)的X-射线的振动频率和能量。

ν=c/λ=3*108/(0.071*10-9)=4.23*1018S-1E=hν=6.63*10-34*4.23*1018=2.8*10-15 Jν=c/λ=3*108/(0. 154*10-9)=1.95*1018S-1E=hν=6.63*10-34*2.8*1018=1.29*10-15 J1-2 计算当管电压为50kV时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短波限和光子的最大动能.c=3*108m/s, E=eV=1.602*10-19*50*103=8.01*10-15 Jλ=1.24/50=0.0248 nm E=8.01*10-15 J(全部转化为光子的能量)1-3 分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？用CuKαX射线激发CuKα荧光辐射；不可能用CuKβX射线激发CuKα荧光辐射；可能用CuKβX射线激发CuLα荧光辐射；不可能1-4 计算空气对CuKα的质量吸收系数和线吸收系数（假定空气中只有质量数为80％的氮、质量分数20％的氧，空气的密度为1.29＊10-3g/cm3）。

N2对CuKα的质量吸收系数=8.51O2对CuKα的质量吸收系数=12.7空气的对CuKα的质量吸收系数=0.8*8.51+12.7*0.2=9.34 cm2/g空气的对CuKα的线吸收系数μ1=9.34*1.29*10-3 g/cm3=1.204*10-2g.cm-11-5 为使CuKα线的强度衰减50%，需要多厚的Ni滤波片？（Ni的密度为8.9 g/cm3 ）由I=I0exp(-μ1x)μ1=49.3,ρ=8.90g/cm30.5=exp(-49.3*8.90x)=exp(-438.77x)x=0.00158cm1-6 试计算Cu的K系激发电压。

无机材料物理性能习题解答

目录1 材料的力学性能 (1)2 材料的热学性能 (11)3 材料的光学性能 (16)4 材料的电导性能 (19)5 材料的磁学性能 (28)6 材料的功能转换性能 (36)1材料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。

解：根据题意可得下表由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。

1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm ，受到应力为1000N 拉力，其杨氏模量为3.5×109 N/m 2，能伸长多少厘米?解：拉伸前后圆杆相关参数表)(0114.0105.310101401000940000cm E A l F l El l =⨯⨯⨯⨯⨯=⋅⋅=⋅=⋅=∆-σε0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =⨯==-σ名义应力0851.0100=-=∆=A A l lε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =⨯==-σ真应力1-3一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。

解：根据可知：1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。

证：1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。

若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。

解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。

则有当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。

无机材料物理性能学习题和答案

无机材料物理性能学习题和答案力学的习题1、阐述以下概念：弹性弹性模量切变模量体积模量滞弹性未弛豫模量弛豫模量断裂强度应力强度因子断裂韧性断裂功塑性蠕变相变增韧弥散增韧2、试用图示比较典型的无机材料、金属材料和高分子材料在常温常条件下的变形行为有何异同？3、材料的3种弹性模量E 、G 和K 之间有何数值关系。

4、结合原子结合力示意图分析说明弹性模量随原子间距变化的规律。

5、弹性模量与熔点和原子体积之间存在何种关系？为什么？.6、如何解释弹性模量随温度的变化关系？7、一含有球形封闭气孔的陶瓷材料，气孔率为多少时，其弹性模量会降至其完全致密状态时的一半？8、采用Si 3N 4和h-BN 粉体为原料，热压烧结制备出层厚均匀致密的三明治结构的复合陶瓷材料。

其中，h-BN 层的体积含量为30%，试分别计算该复合陶瓷材料沿平行方向和垂直于层面方向的弹性模量（Si 3N 4和h-BN 陶瓷的弹性模量分别为300GPa 和80GPa ）9、分析滞弹性产生的机制及其影响因素。

10、解释陶瓷材料的实际强度为何只有其理论强度的1/100~1/10？13、分析材料的组织结构因素如何影响陶瓷材料的断裂强度。

14、根据联合强度理论，举列说明在设计和使用陶瓷材料时，应该怎样使用才能杨长避短？15、从显微组织结构角度分析改善陶瓷材料断裂韧性的可行措施。

16、说明ZrO2相变增韧陶瓷的原理，并指出该种韧化措施的利弊。

17、给出常见的材料的裂纹起源种类，并说明在无机材料构件的使用过程中需要注意的问题。

18、动用塑性变形的位错运动理论来解释无机材料的脆性特征。

19、分析影响无机材料塑性变形能力的影响因素。

21、给出陶瓷材料典型的蠕变曲线，并阐述其特征。

22、说出无机材料的蠕变机制，并分析陶瓷材料蠕变的影响因素。

23、分析亚临界裂纹扩展的几种机制。

24、对Si 3N 4陶瓷，其弹性模量E 为300GPa ，断裂表面能γs 为1J/m2，若其中存在有长度为2μm的微裂纹，计算其临界断裂应力。

【无机材料物理性能】课后习题集答案解析

【⽆机材料物理性能】课后习题集答案解析课后习题《材料物理性能》第⼀章材料的⼒学性能1-1⼀圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉⼒，若直径拉细⾄2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉⼒下的真应⼒、真应变、名义应⼒和名义应变，并⽐较讨论这些计算结果。

解：由计算结果可知：真应⼒⼤于名义应⼒，真应变⼩于名义应变。

1-5⼀陶瓷含体积百分⽐为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。

若该陶瓷含有5 %的⽓孔，再估算其上限和下限弹性模量。

解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。

则有当该陶瓷含有5%的⽓孔时，将P=0.05代⼊经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =?==-σ名义应⼒0851.0100=-=?=A A l l ε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =?==-σ真应⼒)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量)(1.323)8405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。

解：1-6试分别画出应⼒松弛和应变蠕变与时间的关系⽰意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。

解：Maxwell 模型可以较好地模拟应⼒松弛过程：Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程：).1()()(0)0()1)(()1()(10=∞=-∞=-=e EEe e Et t t στεσεεεσεττ；；则有：其蠕变曲线⽅程为：./)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应⼒松弛曲线⽅程为)(112)(1012.160cos /0015.060cos 1017.3)(1017.360cos 53cos 0015.060cos 0015.053cos 82332min 2MPa Pa N F F f =?=?=?=?=??=πσπτπτ：此拉⼒下的法向应⼒为为：系统的剪切强度可表⽰由题意得图⽰⽅向滑移以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料⼒学性能的复杂性，我们会⽤到⽤多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合⽽成的复杂模型。

无机材料测试技术课后练习题

思考与练习题1．X射线产生的基本条件是什么？X射线的性质有哪些？2．连续X射线谱及特征Ｘ射线谱的产生机理是什么？3．以表1.1中的元素为例，说明X射线K系波长随靶材原子序数的变化规律，并加以解释。

4．X射线强度、X射线相对强度、X射线绝对强度的定义。

5．为什么X射线管的窗口要用Be做，而防护X光时要用Pb板？6．解释X射线的光电效应、俄歇效应与吸收限；吸收限的应用有哪些？7．说明为什么对于同一材料其λk＜λkβ＜λk α。

8．一元素的特征射线能否激发出同元素同系的荧光辐射，例如能否用CuKα激发出CuKα荧光辐射，或能否用CuKβ激发出CuKα荧光辐射？为什么？9．试计算当管电压为50kV时，X射线管中电子在撞击靶面时的速度与动能、以及对所发射的连续谱的短波限和辐射光子的最大能量是多少？10．计算0.071nm（MoKα）和0.154 nm（CuKα）的X射线的振动频率和能量。

11．欲用Mo靶X射线管激发Cu的荧光X射线辐射，所需施加的最低管电压是多少？激发出的荧光辐射的波长是多少？12．为使CuKα的强度衰减1/2，需要多厚的Ni滤波片？13．试计算将Cu辐射中的I kα/ I kβ从7.5提高到600的Ni滤片厚度（Ni对CuKβ的质量吸收系数μm＝350cm２／g）。

14．计算空气对CrKα的质量吸收系数和线吸收系数（假设空气中只有质量分数80%的氮和质量分数20%的氧，空气的密度为1.29×10－3 g ／cm3）。

15．X射线实验室中用于防护的铅屏，其厚度通常至少为1mm。

试计算这种铅屏对于CuKα、MoKα和60KV工作条件下从管中发射的最短波长辐射的透射因数（I／Io）各为多少？16．用倒易点阵概念推导立方晶系面间距公式。

17．利用倒易点阵概念计算立方晶系（110）和（111）面之间的夹角。

18．布拉格方程式中各符号的物理意义是什么？该公式有哪些应用？19．为什么说劳厄方程和布拉格方程实质上是一样的？20．一束X射线照射在一个晶面上，除“镜面反射”方向上可获得反射线外，在其他方向上有无反射线？为什么？与可见光的镜面反射有何异同？为什么？21．α-Fe属立方晶系，点阵参数a=0.2866nm。

无机材料测试技术思考与练习题答案

1、X 射线产生的基本条件是什么？X 射线的性质有哪些?答：X 射线产生的基本条件：(1) 产生自由电子(2) 使电子做定向高速运动(3) 在其运动的路径上设置一个障碍物，使电子突然减速。

X 射线的性质：X 射线肉眼看不见，可使物质发出可见的荧光，使照相底片感光，使气体电离。

X 射线沿直线传播，经过电场或磁场不发生偏转，具有很强的穿透能力，可被吸收强度衰减，杀伤生物细胞。

2、连续X 射线谱及特征X 射线谱的产生机理是什么？答：连续X 射线谱的产生机理：当高速电子流轰击阳极表面时，电子运动突然受到阻止，产生极大的负加速度，一个带有负电荷的电子在受到这样一种加速度时，电子周围的电磁场将发生急剧的变化，必然要产生一个电磁波，该电磁波具有一定的波长。

而数量极大的电子流射到阳极靶上时，由于到达靶面上的时间和被减速的情况各不相同，因此产生的电磁波将具有连续的各种波长，形成连续X 射线谱。

特征X 射线谱的产生机理：当X 射线管电压加大到某一临界值Vk 时，高速运动的电子动能足以将阳极物质原子的K 层电子给激发出来。

于是低能级上出现空位，原子系统能力升高，处于不稳定的激发状态，随后高能级电子跃迁到K 层空位，使原子系统能量降低重新趋于稳定。

在这个过程中，原子系统内电子从高能级向低能级的这种跃迁，多余的能量将以光子的形式辐射出特征X 射线。

3、以表1.1中的元素为例，说明X 射线K 系波长随靶材原子序数的变化规律，并加以解释？()Z-σ，靶材原子序数越大，X 射线K 系波长越小。

靶材的原子序数越大，对于同一谱系，所需激发电压越高，k kc h=eV λ，X 射线K 系波长越小。

4、什么是X 射线强度、X 射线相对强度、X 射线绝对强度？答：X 射线强度是指垂直于X 射线传播方向的单位面积上在单位时间内通过的光子数目的能量总和。

5、为什么X 射线管的窗口要用Be 做，而防护X 光时要用Pb 板？答：m -t 0I =I e μρ，Be 吸收系数和密度比较小，强度透过的比较大；而Pb 吸收系数和密度比较大，强度透过的比较小。

材料物理性能测试思考题答案

有效电子数：不是所有的自由电子都能参与导电，在外电场的作用下，只有能量接近费密能的少部分电子，方有可能被激发到空能级上去而参与导电。

这种真正参加导电的自由电子数被称为有效电子数。

K 状态：一般与纯金属一样，冷加工使固溶体电阻升高，退火则降低。

但对某些成分中含有过渡族金属的合金，尽管金相分析和Ｘ射线分析的结果认为其组织仍是单相的，但在回火中发现合金电阻有反常升高，而在冷加工时发现合金的电阻明显降低，这种合金组织出现的反常状态称为K 状态。

X 射线分析发现，组元原子在晶体中不均匀分布，使原子间距的大小显着波动，所以也把K 状态称为“不均匀固溶体”。

能带：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩展为能带。

禁带：允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。

价带：原子中最外层的电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带。

导带：价带以上能量最低的允许带称为导带。

金属材料的基本电阻：理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关，可以看成为基本电阻，基本电阻在绝对零度时为零。

残余电阻(剩余电阻)：电子在杂质和缺陷上的散射发生在有缺陷的晶体中，绝对零度下金属呈现剩余电阻。

这个电阻反映了金属纯度和不完整性。

相对电阻率：ρ (300K)／ρ (4.2K) 是衡量金属纯度的重要指标。

剩余电阻率ρ’：金属在绝对零度时的电阻率。

实用中常把液氦温度(4.2K)下的电阻率视为剩余电阻率。

相对电导率：工程中用相对电导率( IACS%) 表征导体材料的导电性能。

把国际标准软纯铜(在室温20 ℃下电阻率ρ= 0 .017 24Ω·mm 2/ m)的电导率作为100% , 其他导体材料的电导率与之相比的百分数即为该导体材料的相对电导率。

无机材料物理性能课后习题答案

无机材料物理性能课后习题答案Prepared on 22 November 2020《材料的理第一章材料的力学性能1J 一圆杆的直径为2.5 长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm,且拉伸变形后圆杆的体积不变，求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。

解：由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。

1- 5 一陶瓷含体积百分比为95%的A12O.(E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E 二84 GPa),试计算其上限和下限弹性模量。

若该陶瓷含有5%的气孔，再估算其上限和下限弹性模 Xo 解:令 EF380GPa, E ：=84GPa, V F , V 2=O 则有当该陶瓷含有5%的气孔时，将P 二代入经验计算公式E 二E°+可得，其上、下限弹性模量分别变为GP&和GPa 。

1- 11 一圆柱形Ab 。

晶体受轴向拉力F,若其临界抗剪强为135 MP%求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力擁也过程“ m 亠十砧7宀宀丄u 3717xTo xcosoO 此拉力下的法向应力为b= Voigt 模型可以较好地模拟应变以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料力学性能的复杂性，我 ,=l ・12xlO*(Pa) = 112(MPa) 輾总劃c°s60。

J 4 的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。

您山题意得图示方向滑你统的剪切强度可表创:们会用到用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。

如采用四元件模型来表示线性高聚物的蠕变过程等。

第二章脆性断裂和强度2-1求融熔石英的结合強度，设估计的表面能力为m2; Si-()的平衡原子间距为*l(r s cm; 弹性模量从60到75Gpa讣俘Fl；需:严—62~2W2-2融熔石英玻璃的性能参数为：E=73 Gpa； y=J/m2；理论強度mh=28 Gpa。

新型无机材料思考题答案

1、材料的分类及特点分类：按材料的发展过程来分，可分为传统材料和新型材料特点：传统材料：需求量大，生产规模大，但环境污染严重新型材料：建立在新思路、新概念、新工艺、新检测技术的基础上，以材料的优异性能、高品质、高稳定性参与竞争，属高新技术的一部分；投资强度高，更新换代快，风险性大，知识和技术密集程度高增补信息：般将材料分为传统材料与新型材料两大类。

传统材料：是指那些已经成熟且在工业中已批量生产并大量应用的材料，如钢铁、水泥、塑料等。

这类材料由于用量大、产值高、涉及面广泛，又是很多支柱产业的基础，所以又称为基础材料。

新型材料(或称为先进材料)：是指那些正在发展，且具有优异性能和应用前景的一类材料。

从原子结合键类型，或者说从物理化学属性来分，可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和不同类型材料组成的复合材料。

金属材料的结合键主要是金属键，无机非金属材料的结合键主要是共价键或离子键，而高分子材料的结合键主要是共价键、分子键、氢键。

按材料用途或者性能要求的特点来分，又可分为结构材料和功能材料两大类。

2、新型材料的定义及特点新型材料是指新出现的或正在发展中的，具有传统材料所不具备的优异性能和特殊功能的材料；或采用新技术(工艺,装备)，使传统材料性能有明显提高或产生新功能的材料；一般认为满足高技术产业发展需要的一些关键材料也属于新型材料的范畴。

特点：高附加值、低碳环保、功能性强（比如导电导热率高、比强度比模量高等）等等。

3、临界条件下新型材料制备特征临界技术包括：低温技术，超低温技术,冷冻干燥,超高压技术,元件工作速度的高速化技术,超纯、超净、超精细加工技术，超临界萃取技术，强磁场技术。

材料在普通条件下难以实现所需性能，为了达到特定要求，研究了各种临界技术，开发临界条件下新型材料。

该技术开发的新型材料往往具备一些特定性能，比如超导、超纯等等。

4、论材料科学中的矛盾运动材料在人类物质生活巾的重要性早已为人们所熟知。