物理性能学习题

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泊松比滞弹性未弛豫模量弛

豫模量硬度断裂强度应力强度因子断裂韧性断裂功塑性超塑性蠕变

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Si3N4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（Si3N4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？

11、试推导基于应力的Inglis微裂纹理论的实际断裂强度。

12、试推导基于能量的Griffith微裂纹理论的实际断裂强度。

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。

20、说出无机材料重要的超塑性变形机制。

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Si3N4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。如果其中的微裂纹长度减小到0.3μm,再计算其临界断裂应力。比较两次的计算结果，可以得到何种启示？

25、现有一种单向连续碳化硅纤维增强的石英玻璃基复合材料SiC f /SiO 2，测得其密度为

2.60g/cm 3。假设复合材料完全致密，SiC f /SiO 2界面结合良好且无裂纹等其他缺陷，根据复合法则预估该复合材料沿纤维方向的弹性模量和强度最大值（已知SiO 2的密度为2.2g/cm 3，致密SiO 2的强度为30MPa ，弹性模量为50GPa ；SiC f 的密度为

3.2g/cm 3，强度为3600MPa ，弹性模量为400GPa ）

热学习题

1.阐述下列概念： 比热（容） 热膨胀系数 热导率 热扩散系数/导温系数 第一类热应力/第二类热应力 抗热震性/抗热冲击性

2.画出一些陶瓷材料的典型摩尔热容随温度变化规律的曲线图，并解释为何呈现那样的变化趋势。

3.分别阐述材料的热膨胀系数的高低与熔点、摩尔热容、材料的键型和晶体结构之间的关系。

4.如何解释多晶2TiO 陶瓷较单晶2TiO 热膨胀系数异常低的现象？

5.有一种由两种相组成的陶瓷复合材料，已知第一种相的体积分数为1V =20％，两种相的性能参数分别为：

6111310/,80,90,l K G GPa K GPa α-=⨯==31 3.0/,

g cm ρ=6612v 910/,0.510/,K l K αα--=⨯=⨯2220,25,G GPa K GPa ==32 2.0/,

g cm ρ=62v 1.510/K α-=⨯。在忽略两相之间界面剪切应力是，该复合体的热膨胀系数为多少？若考虑两相之间界面剪切应力时，该复合体的热膨胀系数又为多大？

6.简述无机固体材料热传导的微观机制，通过声子导热和光子导热随温度变化的不同趋势解释无机材料随温度升高呈现的一般规律。

7.举例说明陶瓷材料的化学组成和显微组织结构等因素如何影响其热导率？并说明其中缘由。

8.假设一个由两相组成的层状复合材料，两相的热导率分别为0.5W /(m K)⋅和100W/(m K)⋅，前者的体积含量为10％，请设计该层状复合材料沿平行于层片方向和垂直于层片方向的热导率；并说明计算结果对一些工程设计有何种启示。

9.自然界中存在的室温下的实测热导率最高的物质要属金刚石，其热导率可达2000W/(m K)⋅，足有铜热导率的5倍。若用金刚石颗粒作为添加剂作为铜基触头材料，请计算金刚石颗粒的体积含量加入多少时才能使其热导率提高1倍？（假设制备的复合材料完全致密，界面热导良好）

10.哪些情况下可以导致材料或构件内产生第二类热应力？

11.简述陶瓷材料抗热震性的影响因素有哪些？采取哪些措施可以改善陶瓷材料的抗热震性?

Al O材质陶瓷，一种为致密的烧结体，另一种为疏松多孔结构，将二者12.有两块外形尺寸相近的

23

同时在相同的高温下（1000℃）保持足够长的时间后，投入冰水混合物中，试问两种情况会有何不同？为什么？

光学性能

1.阐述概念：色散透射系数透光性透光率双折射镜反射漫反射

2.影响折射率的因素包括哪些？分别介绍其影响机理。

3.SiC因具有优异的机械性能和热物理性能而成为颇具吸引力的空间反射镜材料，请思考要制备出高质量的反射镜应该从哪几个方面入手？

4.有一块厚度为10cm的防护玻璃板，通过朗伯特定律计算一束可见光通过该平板后的强度衰减率为多少？让该束光通过一张金属箔，假设使其衰减率与通过上述玻璃板是衰减率相同，该金属箔需要制成多少纳米厚？（对于可见光，玻璃的吸收系数取10-2cm-1，金属的吸收系数取100000cm-1）

5.对于含有体积百分数为1％的TiO2散射质点的玻璃，用图说明散射系数与散射质点尺寸的关系。

6.影响材料透光性的因素有哪些？并说明改善透光性的措施。

7.证明一束光穿过一种介质（反射系数为m）时的透射率为（1-m）2。

电导学习题

1. 阐述概念：双碱效应压碱效应电化学老化压敏效应PTC效应气敏效应西贝克效应

2.用图说明施加和未施加电场情况下间隙原子的势垒变化，并说明其对离子迁移率的影响。

3.用图说明离子扩散的几种机制。

4.分析影响离子电导率的影响因素。

5.用能带理论解释半导体材料的半导体特性。

6.举例说明半导体材料的种类及应用。

7.某一n型半导体电子浓度为1×1015cm-3，电子迁移率为1000cm2，求其电阻率。

8.分析比较离子电导、半导体电导相同和不同之处。

9.为什么材料的电导在很大程度上决定于电子电导？

10.何为空间电荷，形成空间电荷的原因有哪些？