无机材料物理性能期末复习题汇总
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。
N 型半导体:在半导体中掺入施主杂质,就得到N 型半导体;在半导体中掺入受主杂质,就得到P 型半导体。
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。
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Happy First, written on the morning of August 16, 2022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∑=∑=iiiiiqnμσσ..其各参数ni、qi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..14、大多数烧结陶瓷材料的光子传导率要比单晶和玻璃小1~3数量级;其原因是前者有微量的气孔存在;从而显着地降低射线的传播;导致光子自由程显着减小..15、当光照射到光滑材料表面时;发生镜面反射 ;当光照射到粗糙的材料表面时;发生 漫反射 ..16、作为乳浊剂必须满足:具有与基体显着不同的折射率;能够形成小颗粒..用高反射率;厚釉层和高的散射系数;可以得到良好的乳浊效果..17、材料的折射随着入射光的频率的减少或波长的增加而减少的性质;称为折射率的色散..二、 问答题每题8分;共48分1、简述以下概念:顺磁体、铁磁体、软磁材料..答:1顺磁体:原子内部存在永久磁矩;无外磁场;材料无规则的热运动使得材料没有磁性..当外磁场作用;每个原子的磁矩比较规则取向;物质显示弱磁场..2铁磁体:在较弱的磁场内;材料也能够获得强的磁化强度;而且在外磁场移去;材料保留强的磁性..3软磁材料:容易退磁和磁化磁滞回线瘦长;具有磁导率高;饱和磁感应强度大;矫顽力小;稳定型好等特性..2、简述以下概念:亚铁磁体、反磁体、磁致伸缩效应答:1亚铁磁体:铁氧体:含铁酸盐的陶瓷磁性材料..它和铁磁体的相同是有自发磁化强度和磁畴;不同是:铁氧体包含多种金属氧化物;有二种不同的磁矩;自发磁化;也称亚铁磁体..2反磁体:由于“交换能”是负值;电子自旋反向平行..3磁致伸缩效应:使消磁状态的铁磁体磁化;一般情况下其尺寸、形状会发生变化;这种现象称为磁致伸缩效应..3、简述以下概念:热应力、柯普定律、光的双折射..答:1由于材料热膨胀或收缩引起的内应力称为热应力..2柯普定律:化合物分子热容等于构成该化合物各元素原子热容之和..理论解释:i i c n C ∑=..3光进入非均质介质时;一般要分为振动方向相互垂直、传播速度不等的两个波;它们构成两条折射光线;这个现象称为双折射..4、什么是铁氧体 铁氧体按结构分有哪六种主要结构答:以氧化铁Fe3+2O3为主要成分的强磁性氧化物叫做铁氧体..铁氧体按结构:尖晶石型、石榴石型、磁铅石型、钙钛矿型、钛铁矿型和钨青铜型..5、影响材料透光性的主要因素是什么提高无机材料透光性的措施有哪些答:影响透光性的因素:1吸收系数可见光范围内;吸收系数低1分2反射系数材料对周围环境的相对折射率大;反射损失也大..1分3散射系数材料宏观及微观缺陷;晶体排列方向;气孔..1分提高无机材料透光性的措施: 1提高原材料纯度减少反射和散射损失2分.. 2掺外加剂降低材料的气孔率2分..3采用热压法便于排除气孔2分6、影响离子电导率的因素有哪些并简述之..答:1温度..随着温度的升高;离子电导按指数规律增加..低温下杂质电导占主要地位..这是由于杂质活化能比基本点阵离子的活化能小许多的缘故..高温下;固有电导起主要作用..2分2晶体结构..电导率随活化能按指数规律变化;而活化能反映离子的固定程度;它与晶体结构有关..熔点高的晶体;晶体结合力大;相应活化能也高;电导率就低..2分结构紧密的离子晶体;由于可供移动的间隙小;则间隙离子迁移困难;即活化能高;因而可获得较低的电导率..2分3晶格缺陷..离子晶格缺陷浓度大并参与电导..因此离子性晶格缺陷的生成及其浓度大小是决定离子电导的关键..2分7、比较爱因斯坦模型和德拜比热模型的热容理论;并说明哪种模型更符合实际..答:1爱因斯坦模型Einstein model他提出的假设是:每个原子都是一个独立的振子;原子之间彼此无关;并且都是以相同的角频w振动2分;即在高温时;爱因斯坦的简化模型与杜隆—珀替公式相一致..但在低温时;说明CV值按指数规律随温度T而变化;而不是从实验中得出的按T 3变化的规律..这样在低温区域;爱斯斯坦模型与实验值相差较大;这是因为原子振动间有耦合作用的结果2分..2德拜比热模型德拜考虑了晶体中原子的相互作用;把晶体近似为连续介质2分..当温度较高时;与实验值相符合;当温度很低时;这表明当T →0时;C V 与T 3成正比并趋于0;这就是德拜T 3定律;它与实验结果十分吻合;温度越低;近似越好2分..8、晶态固体热容的量子理论有哪两个模型 它们分别说明了什么问题答:爱因斯坦模型在高温时;爱因斯坦的简化模型与杜隆—珀替公式相一致..2分但在低温时;V C 值按指数规律随温度T 而变化;而不是从实验中得出的按T 3变化的规律..这样在低温区域;爱斯斯坦模型与实验值相差较大;这是因为原子振动间有耦合作用的结果..2分德拜比热模型1) 当温度较高时;即D T θ>>;R Nk C V 33==;即杜隆—珀替定律..2分2) 当温度很低时;表明当T →0时;C V 与T 3成正比并趋于0;这就是德拜T 3定律;它与实验结果十分吻合;温度越低;近似越好..2分9、如何判断材料的电导是离子电导或是电子电导 试说明其理论依据..答:1材料的电子电导和离子电导具有不同的物理效应;由此可以确定材料的电导性质..2分利用霍尔效应可检验材料是否存在电子电导;1分利用电解效应可检验材料是否存在离子电导..1分2霍尔效应的产生是由于电子在磁场作用下;产生横向移动的结果;离子的质量比电子大得多;磁场作用力不足以使它产生横向位移;因而纯离子电导不呈现霍尔效应..2分3电解效应离子电导特征离子的迁移伴随着一定的物质变化;离子在电极附近发生电子得失;产生新的物质..由此可以检验材料是否存在离子电导..2分三、 计算题共16分1、一陶瓷零件上有一垂直于拉应力的边裂;如边裂长度为:12 mm20.049mm32 m ;分别求上述三种情况下的临界应力..设此材料的断裂韧性为162Mpa·m 1/2; 讨论诸结果.. c K c c πσ=I 2分MPa c c K 4.20310262.1=-I ⨯⨯=ππσ= 2分 MPa c c K 5.646610262.1=-I ⨯⨯=ππσ= 2分3 c =577.19Gpa2分2c 为4mm 的陶瓷零件容易断裂;说明裂纹尺寸越大;材料的断裂强度越低..2分2、光通过厚度为X 厘米的透明陶瓷片;入射光的强度为I 0;该陶瓷片的反射系数和散射系数分别为m 、 cm -1和scm -1..请在如下图示中用以上参数表达各种光能的损失..当X=1;m=0.04;透光率I/I 0=50%;计算吸收系数和散射系数之和..图中标识每个1分;计算5分。
材料物理性能复习资料

材料物理性能复习资料材料物理性能总复习(⽆材⼀)考试题型:1 名词解释 5个*3分,共15分;2 简答 7个*5分,共35分;3 计算 2个*10分,共20分;4 论述 2个*15分,共30分。
考试时间:2013-1-14. 考试重点1 材料的受⼒形变不同材料应⼒应变曲线的区别A (A 点):⽐例极限; E (B 点):弹性极限; P (C 点):屈服极限; U (D 点):断裂极限;E ,可逆线性正⽐例关系,当应⼒在 E 和 P 之间,外⼒去除后有⼀定程度的永久变形,即发⽣塑性变形陶瓷材料⼀般没有塑性变形,发⽣脆性断裂应⼒:单位⾯积上所受内⼒。
ζ=F/A由于材料的⾯积在外⼒作⽤下,可能有变化,A 就有变化,有名义应⼒和实际(真实)应⼒ P4. 应变:描述物质内部各质点之间的相对位移名义位移的应变:实际应变和L0有关,可以通过公式推导获得由于材料的不同⽅向的应变,因此考虑可以采⽤和应⼒分解的办法来解决,具体看教材第6-7页虎克定律:σ=E ε⽐例系数E 成为弹性模量(Elastic Modulus ),⼜称弹性刚度相关概念:应⼒应变虎克定律弹性模量001L L L L L ?=-=ε三种应变类型的弹性模量杨⽒模量E ;剪切模量G ;体积模量B 弹性模量:原⼦间结合强度的标志之⼀两类原⼦间结合⼒与原⼦间距关系曲线弹性模量实际与曲线上受⼒点的曲线斜率成正⽐结合键、原⼦之间的距离、外⼒作⽤也将改变弹性模量的值温度升⾼,原⼦之间距离变⼤,弹性模量下降弹性模量的本质特征;弹性模量的影响因素;晶粒、异相、⽓孔、杂质等,弹性模量的计算公式及⽅法;把材料看成材料的串联或者并联,我们可以得到其上限模量和下限模量,如下⾯的公式表⽰:(P13)复合材料弹性模量及应⼒的计算。
陶瓷材料弹性常数和⽓孔率关系多⽓孔陶瓷材料可以看成⼆相材料,其中⼀相的刚度为0 陶瓷材料的弹性模量随⽓孔率变化的表达式是:b 是与制备⼯艺有关常数.当泊松⽐0.3,f1和f2分别是1.9和0.9,和教材上p13公式1.21⼀样粘弹性:⼀些⾮晶体,有时甚⾄多晶体在⽐较⼩的应⼒时同时表现出粘性和弹性。
无机与性能复习题

无机与材料性能部分复习题1.计算NaCl的填充因子,离子半径:Na+ = 0.102 nm, Cl- = 0.181 nm。
2.计算CsCl的填充因子,已知离子半径:Cs+ = 0.170 nm, Cl- = 0.181 nm。
3.计算NaCl的密度,离子半径Na+ = 0.102 nm, Cl- = 0.181 nm,Na的摩尔质量为22.99g/mol,Cl的摩尔质量为35.45g/mol。
4.在离子晶体中,密堆积的负离子恰好互相接触并与中心正离子也恰好相互接触时,正负离子的半径比为临界半径比,分别计算:(1)立方体配位;(2)八面体配位;(3)四面体配位和(4)三角形配位的临界半径比。
5.闪锌矿相ZnS中硫离子为面心立方堆积,Zn离子位于四面体间隙。
分别写出晶胞内锌原子及硫原子的坐标。
已知离子半径数据为Zn2+=0.06nm,S2-=0.174nm,计算ZnS的密度。
6.钙钛矿相的通式是ABO3,A和B分别代表哪些元素?钙钛矿相CaTiO3中Ca、Ti和O的位数分别是多少?画出CaTiO3晶体的单位晶胞结构示意图。
说明它们主要用途。
7.硅酸盐是含氧矿物中品种最多的一类矿物,根据[SiO4]硅氧四面体与相邻四面体共顶情况,其在空间排列可分成哪五个亚类?8.从显微结构的角度看,陶瓷主要是有哪几个部分构成的?陶器、炻器和陶器具有不同的外观特征,其显微结构的主要差别是什么?将其弹性模量和热导率进行排序。
9.什么是玻璃的“晶子学说”和“无规网络学说”?10.碳材料有多种结构形式,说出几种常见的碳材料,并讨论至少三种材料的结构与性能。
11.粘土、滑石和云母同为层状结构的硅酸盐,为什么它们却表现出非常大的机械性能差异?12.一种玻璃含80%(质量)的SiO2和20%(质量)的Na2O,问非桥氧的分数是多少?13.名词解释:弹性模量和断裂韧性;电导率和热导率;介电损耗与介电常数;载流子与迁移率;布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度。
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。
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。
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It was last revised on January 2, 2021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∑=∑=iiiiiqnμσσ。
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。
14、大多数烧结陶瓷材料的光子传导率要比单晶和玻璃小1~3数量级,其原因是前者有微量的气孔存在,从而显着地降低射线的传播,导致光子自由程显着减小。
15、当光照射到光滑材料表面时,发生镜面反射 ;当光照射到粗糙的材料表面时,发生 漫反射 。
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。
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期末复习题参考答案一、填空1.一长30cm的圆杆,直径4mm,承受5000N的轴向拉力。
如直径拉成3.8 mm,且体积保持不变,在此拉力下名义应力值为,名义应变值为。
2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。
3.固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。
4.格波间相互作用力愈强,也就是声子间碰撞几率愈大,相应的平均自由程愈小,热导率也就愈介电常数一致,虚部表示了电介质中能量损耗的大小。
7.无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。
8.广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。
9.设某一玻璃的光反射损失为m,如果连续透过x块平板玻璃,则透过部分应为 I•(1-m)2x。
10.对于中心穿透裂纹的大而薄的板,其几何形状因子。
11.设电介质中带电质点的电荷量q l,则此偶极矩为 ql 。
12.裂纹扩展的动力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。
13.Griffith微裂纹理论认为,断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断,而是裂纹扩展的结果。
14.考虑散热的影响,材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。
15.当温度不太高时,固体材料中的热导形式主要是声子热导。
16.在应力分量的表示方法中,应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向,第二个字母表示应力作用的方向。
17.电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。
18.原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。
而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。
19. 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。
20.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。
21.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。
22.铁电体是具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。
23.自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用。
二、名词解释自发极化: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。
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。
格波: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,其传播介质并非连接介质,而是由原子、离子等形成的晶格。
电介质:指在电场作用下能建立极化的一切物质。
电偶极子:是指相距很近但有一距离的两个符号相反而量值相等的电荷。
蠕变:固体材料在保持应力不变的条件下,应变随时间延长而增加的现象。
它与塑性变形不同,塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现,而蠕变只要应力的作用时间相当长,它在应力小于弹性极限时也能出现。
突发性断裂:断裂源处的裂纹尖端所受的横向拉应力正好等于结合强度时,裂纹产生突发性扩展。
一旦扩展,引起周围应力的再分配,导致裂纹的加速扩展,这种断裂称为突发性断裂。
压电效应:不具有对称中心的晶体在沿一定方向上受到外力的作用而变形时,其内部会产生极化现象,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。
电致伸缩:当在不具有对称中心晶体的极化方向上施加电场时,晶体会发生变形,电场去掉后,晶体的变形随之消失,这种现象称为电致伸缩现象,或称为逆压电效应。
铁电体:具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。
三、问答题1.简述KI 和KIC的区别。
答:KI应力场强度因子:反映裂纹尖端应力场强度的参量。
KIC断裂韧度:当应力场强度因子增大到一临界值时,带裂纹的材料发生断裂,该临界值称为断裂韧性。
KI是力学度量,它不仅随外加应力和裂纹长度的变化而变化,也和裂纹的形状类型,以及加载方式有关,但它和材料本身的固有性能无关。
而断裂韧性KIC则是反映材料阻止裂纹扩展的能力,因此是材料的固有性质。
2.简述位移极化和松驰极化的特点。
答:位移式极化是一种弹性的、瞬时完成的极化,不消耗能量;松弛极化与热运动有关,完成这种极化需要一定的时间,并且是非弹性的,因而消耗一定的能量。
3.为什么金属材料有较大的热导率,而非金属材料的导热不如金属材料好?答:固体中导热主要是由晶格振动的格波和自由电子运动来实现的。
在金属中由于有大量的自由电子,而且电子的质量很轻,所以能迅速地实现热量的传递。
虽然晶格振动对金属导热也有贡献,但只是很次要的。
在非金属晶体,如一般离子晶体的晶格中,自由电子是很少的,晶格振动是它们的主要导热机构。
因此,金属一般都具有较非金属材料更大的热导率。
4.说明图中三条应力-应变曲线的特点,并举例说明其对应的材料。
答:受力情况下,绝大多数无机材料的变形行为如图中曲线(a)所示,即在弹性变形后没有塑性形变(或塑性形变很小),接着就是断裂,总弹性应变能非常小,这是所有脆性材料的特征,包括离子晶体和共价晶体等。
在短期承受逐渐增加的外力时,有些固体的变形分为两个阶段,在屈服点以前是弹性变形阶段,在屈服点后是塑性变形阶段。
包括大多数金属结构材料如图中曲线(b)所示。
橡皮这类高分子材料具有极大的弹性形变,如图中曲线(c)所示,是没有残余形变的材料,称为弹性材料。
5.如果要减少由多块玻璃组成的透镜系统的光反射损失,通常可以采取什么方法?为什么?答:有多块玻璃组成的透镜系统,常常用折射率和玻璃相近的胶粘起来,这样除了最外和最内的两个表面是玻璃和空气的相对折射率外,内部各界面均是玻璃和胶的较小的相对折射率,从而大大减少了界面的反射损失。
6.阐述大多数无机晶态固体的热容随温度的变化规律。
答:根据德拜热容理论,在高于德拜温度θD 时,热容趋于常数(25J/(K·mo1),低于θD时与T3成正比。
因此,不同材料的θD是不同的。
无机材料的热容与材料结构的关系是不大的,绝大多数氧化物、碳化物,热容都是从低温时的一个低的数值增加到1273K左右的近似于25J/K·mol 的数值。
温度进一步增加,热容基本上没有什么变化。
7.有关介质损耗描述的方法有哪些?其本质是否一致?答:损耗角正切、损耗因子、损耗角正切倒数、损耗功率、等效电导率、复介电常数的复项。
多种方法对材料来说都涉及同一现象。
即实际电介质的电流位相滞后理想电介质的电流位相。
因此它们的本质是一致的。
8.简述提高陶瓷材料抗热冲击断裂性能的措施。
答:(1) 提高材料的强度σf,减小弹性模量E。
(2) 提高材料的热导率。
(3) 减小材料的热膨胀系数。
(4) 减小表面热传递系数h。
(5) 减小产品的有效厚度rm。
四、论述题:1.何为相变增韧?论述氧化锆增韧陶瓷的机理。
答:利用多晶多相陶瓷中某些成分在不同温度的相变,从而增韧的效果,这统称为相变增韧。
第二相颗粒相变韧化(transformation toughening)是指将亚稳的四方ZrO2颗粒引入到陶瓷基体中,当裂纹扩展进入含有t-ZrO2晶粒的区域时,在裂纹尖端应力场的作用下,将会导致t-ZrO2发生t→m相变,因而除了产生新的断裂表面而吸收能量外,还因相变时的体积效应(膨胀)而吸收能量,可见,应力诱发的这种组织转变消耗了外加应力。
同时由于相变粒子的体积膨胀而对裂纹产生压应力,阻碍裂纹扩展。
结果这种相变韧化作用使在该应力水平下在无相变粒子的基体中可以扩展的裂纹在含有氧化锆 t→m相变粒子的复合材料中停止扩展,如要使其继续扩展,必须提高外加应力水平,具体体现在提高了材料的断裂韧性。
2.说明下图中各个参量,数字及曲线所代表的含义。
答:Bs——饱和磁感应强度,当外加磁场H增加到一定程度时,B值就不再上升,也就是这块材料磁化的极限。
Br ——剩余磁感应强度,当外加磁场降为0时,材料依然保留着磁性,其强度为Br。
Hc——矫顽力(矫顽磁场强度),表示材料保持磁化、反抗退磁的能力。
据此大小可以区分软磁和硬磁。
µ——磁导率(=B/H),表示材料能够传导和通过磁力线的能力。
Oabc段表示材料从宏观无磁性到有磁性的磁化过程;cdefghc段表示物质在外加磁场中磁化、退磁再磁化的过程,因为退磁的过程滞后于磁化曲线,故又称此曲线为磁滞回线。
由该曲线围成的空间有明确的物理意义,即曲线围起的面积越大,矫顽力(Hc)越大,要求的矫顽场强越大,磁化所需的能量越大,磁性材料就越“硬”;反之,曲线围起的面积越小,磁性材料就越“软”。
3.论述大多数无机非金属材料在常温下不能产生塑性形变的原因。
答:无机非金属材料的组成主要是晶体材料,原则上讲可以通过位错的滑移实现塑性变形。
但是由于陶瓷晶体多为离子键或共价键,具有明显的方向性。
同号离子相遇,斥力极大,只有个别滑移系能满足位错运动的几何条件和静电作用条件。
晶体结构愈复杂,满足这种条件就愈困难。
另外,陶瓷材料一般呈多晶状态,而且还存在气孔、微裂纹、玻璃相等。
其晶粒在空间随机分布,不同方向的晶粒,其滑移面上的剪应力差别很大。
即使个别晶粒已达临界剪应力而发生滑移,也会受到周围晶粒的制约,使滑移受到阻碍而终止。
所以多晶材料更不容易产生滑移。
所以大多数无机非金属材料在常温下不能进行塑性变形。
4.用固体能带理论说明什么是导体、半导体、绝缘体,并予以图示。
答:根据能带理论,晶体中并非所有电子,也并非所有的价电子都参与导电,只有导带中的电子或价带顶部的空穴才能参与导电。
从下图可以看出,导体中导带和价带之间没有禁区,电子进入导带不需要能量,因而导电电子的浓度很大。
在绝缘体中价带和导期隔着一个宽的禁带Eg,电子由价带到导带需要外界供给能量,使电子激发,实现电子由价带到导带的跃迁,因而通常导带中导电电子浓度很小。
半导体和绝缘体有相类似的能带结构,只是半导体的禁带较窄(Eg 小),电子跃迁比较容易。
µdef gh五、计算题(每题5分,共20分)1.一圆杆的直径为2.5mm 、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。