无机材料物理性能习题库
无机材料物理性能考试复习题
无机材料物理性能考试复习题(含答案)
一、名词解释(选做5个,每个3分,共15分)
1. K IC :平面应变断裂韧度,表示材料在平面应变条件下抵抗裂纹失稳扩展的能力。
2.偶极子(电偶极子):正负电荷的平均中心不相重合的带电系统。
3.电偶极矩:偶极子的电荷量与位移矢量的乘积,ql =μ。 (P288)
4.格波:原子热振动的一种描述。从整体上看,处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果,这种波称为格波。格波的一个特点是,其传播介质并非连续介质,而是由原子、离子等形成的晶格,即晶格的振动模。晶格具有周期性,因而,晶格的振动模具有波的形式。格波和一般连续介质波有共同的波的特性,但也有它不同的特点。
5.光频支:格波中频率很高的振动波,质点间的相位差很大,邻近的质点运动几乎相反时,频率往往在红外光区,称为“光频支振动”。 (P109)
6.声频支:如果振动着的质点中包含频率很低的格波,质点之间的相位差不大,则格波类似于弹性体中的应变波,称为“.声频支振动”。 (P109)
7.色散:材料的折射率随入射光频率的减小(或波长的增加)而减小的性质,称为折射率的
色散。
8.光的散射:物质中存在的不均匀团块使进入物质的光偏离入射方向而向四面八方散开,这种现象称为光的散射,向四面八方散开的光,就是散射光。与光的吸收一样,光的散射也会使通过物质的光的强度减弱。
9.双折射:光进入非均匀介质时,一般要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波,它们分别构成两条折射光线,这个现象就称为双折射。(P172)
10.本征半导体(intrinsic semiconductor):完全不含杂质且无晶格缺陷的、导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体称为本征半导体。
无机材料物理性能题库(1)
无机材料物理性能题库(1)
1、包申格效应――金属材料经预先加载产生少量塑性变形(残余应变小于4%),而后再同向加载,规定残余伸长应为增加,反向加载,规定残余伸长应力降低的现象。
2、塑性――材料的微观结构的相邻部分产生永久性位移,并不引起材料破裂的现象。
3、硬度――材料表面上不大体积内抵抗变形或破裂的能力,是材料的一种重要力学性能。
4、应变硬化――材料在应力作用下进入塑性变形阶段后,随着变形量的增大,形变应力不断提高的现象。
5、弛豫――施加恒定应变,则应力将随时间而减小,弹性模量也随时间而降低。
6、蠕变――当对粘弹性体施加恒定应力,其应变随时间而增加,弹性模量也随时间而减小。
6、滞弹性――当应力作用于实际固体时,固体形变的产生与消除需要一定的时间,这种与时间有关的弹性称为滞弹性。
7、压电性――某些晶体材料按所施加的机械应力成比例地产生电荷的能力。
8、电解效应――离子的迁移伴随着一定的质量变化,离子在电极附近发生电子得失,产生新的物质。
9、逆压电效应――某些晶体在一定方向的电场作用下,则会产生外形尺寸的变化,在一定范围内,其形变与电场强度成正比。
10、压敏效应――指对电压变化敏感的非线性电阻效应,即在某一临界电压以下,电阻值非常高,几乎无电流通过;超过该临界电压(敏压电压),电阻迅速降低,让电流通过。
11、热释电效应――晶体因温度均匀变化而发生极化强度改变的现象。
12、光电导――光的照射使材料的电阻率下降的现象。
13、磁阻效应――半导体中,在与电流垂直的方向施加磁场后,使电流密度降低,即由于磁场的存在使半导体的电阻增大的现象。
《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=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 。
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。 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。如采用四
)(112)(1012.160cos /0015.060cos 1017.3)
《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=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 。
0816
.04.25.2ln ln ln 22
001====A A l l T ε真应变)
(91710909.44500
60MPa A F =⨯==-σ名义应力0851
.010
0=-=∆=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)84
05.038095.0()(1
12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量
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。
无机材料物理性能试题及答案
无机材料物理性能试题及
答案
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无机材料物理性能试题及答案
无机材料物理性能试题及答案
一、填空题(每题2分,共36分)
1、电子电导时,载流子的主要散射机构有中性杂质的散射、位错散射、电离杂质的散射、晶格振动的散射。
2、无机材料的热容与材料结构的关系不大,CaO和SiO2的混合物与CaSiO3
的热容-温度曲线基本一致。
3、离子晶体中的电导主要为离子电导。可以分为两类:固有离子电导
(本征电导)和杂质电导。在高温下本征电导特别显着,在低温下杂质
电导最为显着。
4、固体材料质点间结合力越强,热膨胀系数越小。
5、电流吸收现象主要发生在离子电导为主的陶瓷材料中。电子电导为主的陶瓷材料,因电子迁移率很高,所以不存在空间电荷和吸收电流现象。
6、导电材料中载流子是离子、电子和空位。
7. 电子电导具有霍尔效应,离子电导具有电解效应,从而可以通过这两种效应检
查材料中载流子的类型。
8. 非晶体的导热率(不考虑光子导热的贡献)在所有温度下都比
晶体的小。在高温下,二者的导热率比较接近。
9. 固体材料的热膨胀的本质为:点阵结构中的质点间平均距离随着温度升高而增大。
10. 电导率的一般表达式为
∑
=
∑
=
i
i
i
i
i
q
nμ
σ
σ
。其各参数n i、q i和i的含义分别
是载流子的浓度、载流子的电荷量、载流子的迁移率。
11. 晶体结构愈复杂,晶格振动的非线性程度愈大。格波受到的
散射大,因此声子的平均自由程小,热导率低。
12、波矢和频率之间的关系为色散关系。
13、对于热射线高度透明的材料,它们的光子传导效应较大,但是在有微小气孔存在时,由于气孔与固体间折射率有很大的差异,使这些微气孔形成了散射中心,导致透明度强烈降低。
无机材料物理性能题库(2)
名词解释
1.1.应变:用来描述物体内部各质点之间的相对位移。应变:用来描述物体内部各质点之间的相对位移。
2.2.弹性模量:表征材料抵抗变形的能力。弹性模量:表征材料抵抗变形的能力。
3.3.剪切应变:物体内部一体积元上的二个面元之间的夹角变化。剪切应变:物体内部一体积元上的二个面元之间的夹角变化。
4.4.滑移:晶体受力时,晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动,就叫滑移滑移:晶体受力时,晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动,就叫滑移滑移:晶体受力时,晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动,就叫滑移. .
5.5.屈服应力:屈服应力:屈服应力:当外力超过物理弹性极限,当外力超过物理弹性极限,当外力超过物理弹性极限,达到某一点后,达到某一点后,达到某一点后,在外力几乎不增加的情在外力几乎不增加的情况下,变形骤然加快,此点为屈服点,达到屈服点的应力叫屈服应力。
6.6.塑性:塑性:塑性:使固体产生变形的力,使固体产生变形的力,使固体产生变形的力,在超过该固体的屈服应力后,在超过该固体的屈服应力后,在超过该固体的屈服应力后,出现能使该固体长出现能使该固体长期保持其变形后的形状或尺寸,即非可逆性。
7.7.塑性形变:塑性形变:塑性形变:在超过材料的屈服应力作用下,在超过材料的屈服应力作用下,在超过材料的屈服应力作用下,产生变形,产生变形,产生变形,外力移去后不能恢复的外力移去后不能恢复的形变。形变。
8.8.粘弹性:粘弹性:一些非晶体和多晶体在比较小的应力时一些非晶体和多晶体在比较小的应力时,,可以同时变现出弹性和粘性,称为粘弹性称为粘弹性. .
无机材料物理性能(关振铎,清华大学出版社)考试复习题(巅峰之作,无与伦比),(第一次修订)
无机材料物理性能考试复习题(含答案)
一、名词解释(选做5个,每个3分,共15分)
1. K IC :平面应变断裂韧度,表示材料在平面应变条件下抵抗裂纹失稳扩展的能力。
2.偶极子(电偶极子):正负电荷的平均中心不相重合的带电系统。
3.电偶极矩:偶极子的电荷量与位移矢量的乘积,ql =μ。 (P288)
4.格波:原子热振动的一种描述。从整体上看,处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果,这种波称为格波。格波的一个特点是,其传播介质并非连续介质,而是由原子、离子等形成的晶格,即晶格的振动模。晶格具有周期性,因而,晶格的振动模具有波的形式。格波和一般连续介质波有共同的波的特性,但也有它不同的特点。
5.光频支:格波中频率很高的振动波,质点间的相位差很大,邻近的质点运动几乎相反时,频率往往在红外光区,称为“光频支振动”。 (P109)
6.声频支:如果振动着的质点中包含频率很低的格波,质点之间的相位差不大,则格波类似于弹性体中的应变波,称为“.声频支振动”。 (P109)
7.色散:材料的折射率随入射光频率的减小(或波长的增加)而减小的性质,称为折射率的
色散。
8.光的散射:物质中存在的不均匀团块使进入物质的光偏离入射方向而向四面八方散开,这种现象称为光的散射,向四面八方散开的光,就是散射光。与光的吸收一样,光的散射也会使通过物质的光的强度减弱。
9.双折射:光进入非均匀介质时,一般要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波,它们分别构成两条折射光线,这个现象就称为双折射。(P172)
10.本征半导体(intrinsic semiconductor):完全不含杂质且无晶格缺陷的、导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体称为本征半导体。
无机材料物理性能习题库
(2) lg10 9 A B / 500 lg10 6 A B /1000
B=-3000 W=-ln10.(-3)?0.86?10-4?500=5.94?10-4?500=0.594eV
4-2. 根据缺陷化学原理推导 (1)ZnO 电导率与氧分压的关系。 (2)在具有阴离子空位 TiO2-x 非化学计量化合物中,其电导率与氧分压的关 系。 (3)在具有阳离子空位 Fe1-xO 非化学计量化合物中,其电导率与氧分压的关 系。 (4)讨论添加 Al2O3 对 NiO 电导率的影响。
1时, 所得的T即为所求
N1
T 108
0.01e v
3) 已知当 N2 N1 时粒子数会反转,所以当 e kT 1 时,求得 T<0K, 所以无法通过改
变温度来实现粒子反转
3-7.一光纤的芯子折射率 n1=1.62,包层折射率 n2=1.52,试计算光发生全反射的 临界角 θc.
解:
c
sin
)3
9.7 J
/
K
mol(N
5NA)
kt h
1 3
Cv
hVs
s
1 9.7 500 5.091011 3
8.23 10 8
J
/
m.s.k
3 材料的光学性能
3-1.一入射光以较小的入射角 i 和折射角 r 通过一透明明玻璃板,若玻璃对光的 衰减可忽略不计,试证明明透过后的光强为(1-m)2
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能嵌入玻璃网
络结构,以致堵住了迁移通道,使碱金属离子移动困难,因而电导率降低。如用二价离子取 代碱金属离子,也得到同样效果。
6. Griffith 微裂纹理论中的裂纹扩展条件?( P43) 答:物体内存储的弹性应变能的降低大于或等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。
7.不同材料热传导的区别?
-5-
12.超导体 :超导材料( superconductor),又称为超导体,指可以在特定温度以下,呈现电阻 为零的导体。 零电阻和抗磁性是超导体的两个重要特性, 使超导体电阻为零的温度, 叫超导
临界温度。
13. PTC :即正温度系数效应。 价控型 BaTiO3 半导体在居里点 (正方相 ? 立方相相变点 )附近, 电阻率随温度上升而发生突变,增大了 3— 4 个数量级的现象,机理是几何半导体陶瓷晶界
产生极化现象, 同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。
当外力去掉后, 它又会恢
复到不带电的状态, 这种现象称为正压电效应。 当作用力的方向改变时, 电荷的极性也随之 改变。相反,当对不具有对称中心晶体的极化方向上施加电场,晶体也会发生变形,电场去
掉后,晶体的变形随之消失,这种现象称为逆压电效应,或称为电致伸缩现象。
小 ,热导率
10.电介质材料中的压电性、 铁电性与热释电性是由于相应压电体、 铁电体和热释电体都是
不具有对称中心 的晶体。 11.考虑散热的影响,材料允许承受的最大温度差可用
(完整版)《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=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 。
0816
.04.25.2ln ln ln 22
001====A A l l T ε真应变)
(91710
909.44500
60MPa A F =⨯==-σ名义应力0851
.010
0=-=∆=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)
(1.32384
05.038095.0()(1
12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量
1-11一圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉力F
【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 2
2
001====A A l l T ε真应变)
(91710
909.44500
60MPa A F =?==-σ名义应⼒0851
.010
0=-=?=A A l l ε名义应变)(99510524.445006
MPa 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)84
05.038095.0()(1
12211GPa 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 。
无机材料物理性能考试试题及答案(供参考)
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。
无机材料物理性能复习题
1.影响无机材料强度的因素有哪些?
答:在晶体结构既定的情况下,影响材料强度的主要因素有三个:弹性模量E,断裂功γ和裂纹尺寸C。还与其他因素有关,如:内在因素:材料的物性,如:弹性模量、热膨胀系数、导热性、断裂能;显微结构:相组成、气孔、晶界(晶相、玻璃相、微晶相)、微裂纹(长度、尖端的曲率大小);外界因素:温度、应力、气氛环境、式样的形状大小、表面;工艺因素:原料的纯度、降温速率。
2.请对氧化铝单晶的λ-T曲线分析说明。
答:在很低温度时,主要是热容Cv对热导率λ的贡献,Cv与T^3成正比,因而λ也近似随T^3而变化。随温度升高热导率迅速增大,然而温度继续升高,平均自由程l要减小,这时热导率随温度T升高而缓慢增大,并在德拜温度θd左右趋于一定值,这时平均自由程l成了影响热容的主要因素,因而,热导率λ随温度T升高而迅速减小。在低温(40K),热导率出现极大值,在高温区,变化趋于缓和,在1600K,由于光子热导的贡献是热导率有所回升。
3.试比较石英玻璃、石英多晶体和石英单晶热导率的大小,并解释产生差异的原因。
答:石英单晶体热导率最大,其次是石英多晶体,最后是石英玻璃。原因:多晶体中晶粒尺寸小,晶界多,缺陷多,晶界处杂质也多,声子更易受到散射,因而它的平均自由程度小的多,所以多晶体的热导率比单晶体小。玻璃属于非晶体,在不考虑光子导热的温度下,非晶体声子的平均自由程度比晶体的平均自由程度小的多,所以非晶体的热导率小于晶体的热导率。
4..裂纹形成原因有哪些?裂纹扩展的方式有哪些?哪些措施可防止裂纹扩展?
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⼀、填空题
1、晶体中的塑性变形有两种基本⽅式:滑移和孪晶。
2、影响弹性模量的因素有晶体结构、温度、复相。
3、⼀各向异性材料,弹性模量E=109pa,泊松⽐u=0.2,则其剪切模量G=()。
4、裂纹有三种扩展⽅式或类型:掰开型,错开型和撕开型。其中掰开型是低应⼒断裂的主要原因。
5、弹性模量E是⼀个只依赖于材料基本成份的参量,是原⼦间结合强度的⼀个标志,在⼯程中表征材料对弹性变形的抗⼒,即材料的刚度。.
6、⽆机材料的热冲击损坏有两种类型:抗热冲击断裂性和抗热冲击损伤性。
7、从对材料的形变及断裂的分析可知,在晶体结构稳定的情况下,控制强度的主要参数有三个:弹性模量,裂纹尺⼨和表⾯能。
8、根据材料在弹性变形过程中应⼒和应变的响应特点, 弹性可以分为理想弹性和⾮理想弹性两类。
9、Griffith微裂纹理论从能量的⾓度来研究裂纹扩展的条件, 这个条件是物体内储存的弹性应变能的降低⼤于等于由于开裂形成两个新表⾯所需的表⾯能。(2分)10、在低碳钢的单向静拉伸试验中,整个拉伸过程中的变形可分为弹性变形、屈服变形、均匀塑性变形以及不均匀集中塑性变形4个阶段。
11、⼀25cm长的圆杆,直径2.5mm,承受4500N的轴向拉⼒。如直径拉伸成2.4mm,问:设拉伸变形后,圆杆的体积维持不变,拉伸后的长度为27.13 cm ;在此拉⼒下的真应⼒为9.95×108Pa 、真应变为0.082 ;在此拉⼒下的名义应⼒为9.16×108 Pa 、名义应变为0.085 。
12、热量是依晶格振动的格波来传递的, 格波分为声频⽀和光频⽀两类. 13.激光的辐射3个条件:(1) 形成分布反转,使受激辐射占优势;(2)具有共振腔,以实现光量⼦放⼤;(3)⾄少达到阀值电流密度,使增益⾄少等于损耗。
《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=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 。
0816
.04.25.2ln ln ln 22
001====A A l l T ε真应变)
(91710909.44500
60MPa A F =⨯==-σ名义应力0851
.010
0=-=∆=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)84
05.038095.0()(1
12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量
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。
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。
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2、材料的热学性能
2-1 计算室温(298K )及高温(1273K )时莫来石瓷的摩尔热容值,并请和按杜龙-伯蒂规律计算的结果比较。
(1) 当T=298K ,Cp=a+bT+cT -2=87.55+14.96
10-3298-26.68
105/2982
=87.55+4.46-30.04 =61.97
4.18 J/mol
K=259.0346 J/mol
K
(2) 当T=1273K ,Cp=a+bT+cT -2=87.55+14.96
10-31273-26.68
105/12732
=87.55+19.04-1.65 =104.94
4.18 J/mol
K=438.65 J/mol K
据杜隆-珀替定律:(3Al 2O 32SiO 4) Cp=21*24.94=523.74 J/mol
K
2-2 康宁玻璃(硅酸铝玻璃)具有下列性能参数:λ=0.021J/(cm s ℃); α=4.610−6/℃;σp =7.0Kg/mm 2,E=6700Kg/mm 2,μ=0.25。求其第一及第二热冲击断裂抵抗因子。
第一冲击断裂抵抗因子:E R f αμσ)1(-==666
79.8100.75
4.61067009.810-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=170℃
第二冲击断裂抵抗因子:E
R f αμλσ)
1(-=
'=1700.021=3.57 J/(cm s)
2-3 一陶瓷件由反应烧结氮化硅制成,其热导率λ=0.184J/(cm s ℃),最大厚度=120mm 。如果表面热传递系数h=0.05 J/(cm 2s ℃),假定形状因子S=1,估算可安全应用的热冲击最大允许温差。
h r S R T m m 31.01⨯
'=∆=226*0.18405
.0*6*31.01
=447℃
2-4、系统自由能的增加量TS E F -∆=∆,又有!
ln ln
()!!
N N N n n =-,若在肖特基缺
定律所得的计算值。
趋近按,可见,随着温度的升高Petit Dulong C m P -,
陷中将一个原子从晶格内移到晶体表面的能量0.48s E eV =,求在0℃产生的缺陷比例(即N
n )是多少?
,!
ln ln[
]
()!!
[ln !ln()!ln !]
ln !ln ,[ln ()ln()ln ]
()0ln
0exp(),T P S N S K W K N n n F E T S E KT N N n n N N N N N F E KT N N N n N n n n F
n n
N n n E
E KT n N n KT
n n N n N ∆==-⋅∆=∆-∆=∆----=-∆=∆-----∂∆=∂-⇒-=⇒=---≈解:当很大时,将上式整理得平衡时,自由能具有最小值,由于热缺陷引起的自由焓的变化当不大时,则19
9
23
0.48 1.610exp() 1.42101.3810273.15
N ---⨯⨯=-=⨯⨯⨯
2-5在室温中kT=0.024 eV ,有一比费米能级高0.24 eV 的状态,采用玻尔兹曼统计
分布函数计算时,相对于费米-狄拉克统计分布函数计算的误差有多少?
2-6 NaCl 和KCl 具有相同的晶体结构,它们在低温下的Debye 温度θD 分别为310K 和230K ,KCl 在5K 的定容摩尔热容为3.810-2J/(K mol),试计算NaCl 在5K 和KCl 在2K 时的定容摩尔热容。
4332311
3322113
012()522 3.810 2.431052305 3.810 1.5510310h V D
h
V
h
V T T
C Nk KCl C K J mol K
NaCl C K J mol K πθ--------→≈
=⨯⨯=⨯⋅⋅=⨯⨯=⨯⋅⋅根据德拜模型的热容量理论,当温度很低()时有:
对于有,()对于有,()
/()/()/()/()/()/333
111
11
1
1
1
6.73810 6.693100.00670.67%6.69310
F F F F F E kT E E kT
E E kT E E kT
E E kT E E kT Boltzman f A e e f e e e e ---------=⋅=
-=
+-
++⨯-⨯===⨯根据分布有同时费米狄拉克统计分布函数为因而相对误差为
2-7 证明固体材料的热膨胀系数不因为含均匀分散的气孔而改变。
//0i
i
i i
V i
i
i
i V l K W K W W αραρ
αα=
≈∑∑对于复合材料有由于空气组分的质量分数,所以气孔不影响,也不影响。
2-8 试计算一条合成刚玉晶体Al 2O 3棒在1K 的热导率,它的分子量为102,直径为3mm ,声速500m/s ,密度为4000kg/m 3,德拜温度为1000K 。
329
2323
32910233
282
11
43102/400010 4.2410
6.02104() 4.2410 4.331032
6.021******* 2.361010
5.091012()9.7/(5)
511
33
s h v A D h h t v s s Al O V d
d m
n m T
C Nk J K mol N N k C V πλπθλ----⨯==⨯⨯=⨯∴=⨯⨯⨯⨯==⨯==⨯==⋅===解
一个分子的体积为假设分子为球形,则分子数密度1189.7500 5.09108.2310/..J m s k
--⨯⨯⨯⨯=⨯