無機(jī)材料物理性能期末復(fù)習(xí)題

1、期末復(fù)習(xí)題參考答案一、填空1 .一長30cm的圓桿,直徑4mm承受5000N的軸向拉力.如直徑拉成3.8mm,且體積保持不變,在此拉力下名義應(yīng)力值為,名義應(yīng)變值為.2 .克勞修斯一莫索蒂方程建立了宏觀量介電常數(shù)與微觀量極化率之間的關(guān)系.3 .固體材料的熱膨脹本質(zhì)是點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)間平均距離隨溫度升高而增大.4 .格波間相互作用力愈強(qiáng),也就是聲子間碰撞幾率愈大,相應(yīng)的平均自由程愈上工,熱導(dǎo)率也就愈_低.5 .電介質(zhì)材料中的壓電性、鐵電性與熱釋電性是由于相應(yīng)壓電體、鐵電體和熱釋電體都是不具有對(duì)稱中央的晶體.6 .復(fù)介電常數(shù)由實(shí)部和虛部這兩局部組成,實(shí)部與通常應(yīng)用的介電常數(shù)一致,虛部表示了電介質(zhì)中能量

2、損耗的大小.7 .無機(jī)非金屬材料中的載流子主要是電子和離子.8 .廣義虎克定律適用于各向異性的非均勻材料.9 .設(shè)某一玻璃的光反射損失為m,如果連續(xù)透過x塊平板玻璃,那么透過局部應(yīng)為I0?(1-m)2x.10 .對(duì)于中央穿透裂紋的大而薄的板,其幾何形狀因子Y=.11 .設(shè)電介質(zhì)中帶電質(zhì)點(diǎn)的電荷量q,在電場(chǎng)作用下極化后,正電荷與負(fù)電荷的位移矢量為l,那么此偶極矩為ql.12 .裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力是物體內(nèi)儲(chǔ)存的彈性應(yīng)變能的降低大于等于由于開裂形成兩個(gè)新外表所需的外表能.13 .Griffith微裂紋理論認(rèn)為,斷裂并不是兩局部晶體同時(shí)沿整個(gè)界面拉斷,而是裂紋擴(kuò)展的結(jié)果.14 .考慮散熱的影響,材料允許承

3、受的最大溫度差可用第二熱應(yīng)力因子表示.15 .當(dāng)溫度不太高時(shí),固體材料中的熱導(dǎo)形式主要是聲子熱導(dǎo).16 .在應(yīng)力分量的表示方法中,應(yīng)力分量,的下標(biāo)第一個(gè)字母表示方向,第二個(gè)字母表示應(yīng)力作用的方向.17 .電滯回線的存在是判定晶體為鐵電體的重要根據(jù).18 .原子磁矩的來源是電子的軌道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩.而物質(zhì)的磁性主要由電子的自旋磁矩引起.19 .根據(jù)格里菲斯微裂紋理論,材料的斷裂強(qiáng)度不是取決于裂紋的數(shù)量,而是決定于裂紋的大小,即是由最危險(xiǎn)的裂紋尺寸或臨界裂紋尺寸決定材料的斷裂強(qiáng)度.20 .復(fù)合體中熱膨脹滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是由于不同相間或晶粒的不同方向上膨脹系數(shù)差異很大,產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)

4、力,使坯體產(chǎn)生微裂紋.21 .晶體發(fā)生塑性變形的方式主要有滑移和孚生.22 .鐵電體是具有自發(fā)極化且在外電場(chǎng)作用下具有電滯回線的晶體.23 .自發(fā)磁化的本質(zhì)是電子間的靜電交換相互作用.二、名詞解釋自發(fā)極化：極化并非由外電場(chǎng)所引起,而是由極性晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所引起,使晶體中的每個(gè)晶胞內(nèi)存在固有電偶極矩,這種極化機(jī)制為自發(fā)極化.斷裂能：是一種織構(gòu)敏感參數(shù),起著斷裂過程的阻力作用,不僅取決于組分、結(jié)構(gòu),在很大程度上受到微觀缺陷、顯微結(jié)構(gòu)的影響.包括熱力學(xué)外表能、塑性形變能、微裂紋形成能、相變彈性能等.滯彈性：當(dāng)應(yīng)力作用于實(shí)際固體時(shí),固體形變的產(chǎn)生與消除需要一定的時(shí)間,這種與時(shí)間有關(guān)的彈性稱為滯彈性.

5、格波：處于格點(diǎn)上的原子的熱振動(dòng)可描述成類似于機(jī)械波傳播的結(jié)果,這種波稱為格波,格波的一個(gè)特點(diǎn)是,其傳播介質(zhì)并非連接介質(zhì),而是由原子、離子等形成的晶格.電介質(zhì)：指在電場(chǎng)作用下能建立極化的一切物質(zhì).電偶極子：是指相距很近但有一距離的兩個(gè)符號(hào)相反而量值相等的電荷.蠕變：固體材料在保持應(yīng)力不變的條件下,應(yīng)變隨時(shí)間延長而增加的現(xiàn)象.它與塑性變形不同,塑性變形通常在應(yīng)力超過彈性極限之后才出現(xiàn),而蠕變只要應(yīng)力的作用時(shí)間相當(dāng)長,它在應(yīng)力小于彈性極限時(shí)也能出現(xiàn).突發(fā)性斷裂：斷裂源處的裂紋尖端所受的橫向拉應(yīng)力正好等于結(jié)合強(qiáng)度時(shí),裂紋產(chǎn)生突發(fā)性擴(kuò)展.一旦擴(kuò)展,引起周圍應(yīng)力的再分配,導(dǎo)致裂紋的加速擴(kuò)展,這種斷裂稱為突

6、發(fā)性斷裂.壓電效應(yīng)：不具有對(duì)稱中央的晶體在沿一定方向上受到外力的作用而變形時(shí),其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象,同時(shí)在它的兩個(gè)相對(duì)外表上出現(xiàn)正負(fù)相反的電荷.當(dāng)外力去掉后,它又會(huì)恢復(fù)到不帶電的狀態(tài),這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng).當(dāng)作用力的方向改變時(shí),電荷的極性也隨之改變.相反,當(dāng)對(duì)不具有對(duì)稱中央晶體的極化方向上施加電場(chǎng),晶體也會(huì)發(fā)生變形,電場(chǎng)去掉后,晶體的變形隨之消失,這種現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng),或稱為電致伸縮現(xiàn)象.電致伸縮：當(dāng)在不具有對(duì)稱中央晶體的極化方向上施加電場(chǎng)時(shí),晶體會(huì)發(fā)生變形,電場(chǎng)去掉后,晶體的變形隨之消失,這種現(xiàn)象稱為電致伸縮現(xiàn)象,或稱為逆壓電效應(yīng).鐵電體：具有自發(fā)極化且在外電場(chǎng)作用下具有電滯回線的晶體.

7、三、問做題1.簡述K和Kc的區(qū)別.答：K應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子：反映裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度的參量.Kc斷裂韌度：當(dāng)應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子增大到一臨界值時(shí),帶裂紋的材料發(fā)生斷裂,該臨界值稱為斷裂韌性.K是力學(xué)度量,它不僅隨外加應(yīng)力和裂紋長度的變化而變化,也和裂紋的形狀類型,以及加載方式有關(guān),但它和材料本身的固有性能無關(guān).而斷裂韌性Kc那么是反映材料阻止裂紋擴(kuò)展的水平,因此是材料的固有性質(zhì).2,簡述位移極化和松馳極化的特點(diǎn).答：位移式極化是一種彈性的、瞬時(shí)完成的極化,不消耗能量；松弛極化與熱運(yùn)動(dòng)有關(guān),完成這種極化需要一定的時(shí)間,并且是非彈性的,因而消耗一定的能量.3,為什么金屬材料有較大的熱導(dǎo)率,而非金屬材料的導(dǎo)熱不

8、如金屬材料好答：固體中導(dǎo)熱主要是由晶格振動(dòng)的格波和自由電子運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的.在金屬中由于有大量的自由電子,而且電子的質(zhì)量很輕,所以能迅速地實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞.雖然晶格振動(dòng)對(duì)金屬導(dǎo)熱也有奉獻(xiàn),但只是很次要的.在非金屬晶體,如一般離子晶體的晶格中,自由電子是很少的,晶格振動(dòng)是它們的主要導(dǎo)熱機(jī)構(gòu).因此,金屬一般都具有較非金屬材料更大的熱導(dǎo)率.4 .說明圖中三條應(yīng)力-應(yīng)變曲線的特點(diǎn),并舉例說明其對(duì)應(yīng)的材料.士SkW15里依»就任受意力麻過受后答：受力情況下,絕大多數(shù)無機(jī)材料的變形行為如圖中曲線a所示,即在彈性變形后沒有塑性形變或塑性形變很小,接著就是斷裂,總彈性應(yīng)變能非常小,這是所有脆性材料的特征,

9、包括離子晶體和共價(jià)晶體等.在短期承受逐漸增加的外力時(shí),有些固體的變形分為兩個(gè)階段,在屈服點(diǎn)以前是彈性變形階段,在屈服點(diǎn)后是塑性變形階段.包括大多數(shù)金屬結(jié)構(gòu)材料如圖中曲線b所示.橡皮這類高分子材料具有極大的彈性形變,如圖中曲線所示,是沒有剩余形變的材料,稱為彈性材料.5 .如果要減少由多塊玻璃組成的透鏡系統(tǒng)的光反射損失,通?？梢圆扇∈裁捶椒槭裁创穑河卸鄩K玻璃組成的透鏡系統(tǒng),常常用折射率和玻璃相近的膠粘起來,這樣除了最外和最內(nèi)的兩個(gè)外表是玻璃和空氣的相對(duì)折射率外,內(nèi)部各界面均是玻璃和膠的較小的相對(duì)折射率,從而大大減少了界面的反射損失.6 .闡述大多數(shù)無機(jī)晶態(tài)固體的熱容隨溫度的變化規(guī)律.答：根據(jù)德

10、拜熱容理論,在高于德拜溫度8d時(shí),熱容趨于常數(shù)25J/Kmol,低于8d時(shí)與T3成正比.因此,不同材料的8d是不同的.無機(jī)材料的熱容與材料結(jié)構(gòu)的關(guān)系是不大的,絕大多數(shù)氧化物、碳化物,熱容都是從低溫時(shí)的一個(gè)低的數(shù)值增加到1273K左右的近似于25J/K-mol的數(shù)值.溫度進(jìn)一步增加,熱容根本上沒有什么變化.7 .有關(guān)介質(zhì)損耗描述的方法有哪些其本質(zhì)是否一致答：損耗角正切、損耗因子、損耗角正切倒數(shù)、損耗功率、等效電導(dǎo)率、復(fù)介電常數(shù)的復(fù)項(xiàng).多種方法對(duì)材料來說都涉及同一現(xiàn)象.即實(shí)際電介質(zhì)的電流位相滯后理想電介質(zhì)的電流位相.因此它們的本質(zhì)是一致的.8 .簡述提升陶瓷材料抗熱沖擊斷裂性能的舉措.答：1提升材

11、料的強(qiáng)度f,減小彈性模量E.2提升材料的熱導(dǎo)率.3減小材料的熱膨脹系數(shù).4減小外表熱傳遞系數(shù)ho5減小產(chǎn)品的有效厚度rm四、論述題：1 .何為相變?cè)鲰g論述氧化皓增韌陶瓷的機(jī)理.答：利用多品多相陶瓷中某些成分在不同溫度的相變,從而增韌的效果,這統(tǒng)稱為相變?cè)鲰g.第二相顆粒相變切化transformationtoughening是指將亞穩(wěn)的四方ZrQ顆粒引入到陶瓷基體中,當(dāng)裂紋擴(kuò)展進(jìn)入含有t-ZrO2晶粒的區(qū)域時(shí),在裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的作用下,將會(huì)導(dǎo)致t-ZrO2發(fā)生tm相變,因而除了產(chǎn)生新的斷裂外表而吸收能量外,還因相變時(shí)的體積效應(yīng)膨脹而吸收能量,可見,應(yīng)力誘發(fā)的這種組織轉(zhuǎn)變消耗了外加應(yīng)力.同時(shí)由于相

12、變粒子的體積膨脹而對(duì)裂紋產(chǎn)生壓應(yīng)力,阻礙裂紋擴(kuò)展.結(jié)果這種相變切化作用使在該應(yīng)力水平下在無相變粒子的基體中可以擴(kuò)展的裂紋在含有氧化皓tm相變粒子的復(fù)合材料中停止擴(kuò)展,如要使其繼續(xù)擴(kuò)展,必須提升外加應(yīng)力水平,具體表達(dá)在提升了材料的斷裂韌性.2 .說明以下圖中各個(gè)參量,數(shù)字及曲線所代表的含義.答：R飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度,當(dāng)外加磁場(chǎng)H增加到一定程度時(shí),B值就不再上升,也就是這塊材料磁化的極限.Br剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度,當(dāng)外加磁場(chǎng)降為0時(shí),材料依然保存著磁性,其強(qiáng)度為B.Hc矯頑力矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度,表示材料保持磁化、對(duì)抗退磁的水平.據(jù)此大小可以區(qū)分軟磁和硬磁.磁導(dǎo)率=B/H,表示材料能夠傳導(dǎo)和通過磁力線的水平.Oab

13、c段表示材料從宏觀無磁性到有磁性的磁化過程；cdefghc段表示物質(zhì)在外加磁場(chǎng)中磁化、退磁再磁化的過程,由于退磁的過程滯后于磁化曲線,故又稱此曲線為磁滯回線.由該曲線圍成的空間有明確的物理意義,即曲線圍起的面積越大,矯頑力H越大,要求的矯頑場(chǎng)強(qiáng)越大,磁化所需的能量越大,磁性材料就越“硬；反之,曲線圍起的面積越小,磁性材料就越“軟3 .論述大多數(shù)無機(jī)非金屬材料在常溫下不能產(chǎn)生塑性形變的原因.答：無機(jī)非金屬材料的組成主要是晶體材料,原那么上講可以通過位錯(cuò)的滑移實(shí)現(xiàn)塑性變形.但是由于陶瓷晶體多為離子鍵或共價(jià)鍵,具有明顯的方向性.同號(hào)離子相遇,斥力極大,只有個(gè)別滑移系能滿足位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的幾何條件和靜電作用

14、條件.晶體結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜,滿足這種條件就愈困難.另外,陶瓷材料一般呈多晶狀態(tài),而且還存在氣孔、微裂紋、玻璃相等.具晶粒在空間隨機(jī)分布,不同方向的晶粒,其滑移面上的剪應(yīng)力差異很大.即使個(gè)別晶粒已達(dá)臨界剪應(yīng)力而發(fā)生滑移,也會(huì)受到周圍晶粒的制約,使滑移受到阻礙而終止.所以多品材料更不容易產(chǎn)生滑移.所以大多數(shù)無機(jī)非金屬材料在常溫下不能進(jìn)行塑性變形.4 .用固體能帶理論說明什么是導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體,并予以圖示.導(dǎo)幫冉士OeV2eV土OeV馬力孤¥答：根據(jù)能帶理論,晶體中并非所有電子,也并非所有的價(jià)電子都參與導(dǎo)電,只有導(dǎo)帶中的電子或價(jià)帶頂部的空穴才能參與導(dǎo)電.從以下圖可以看出,導(dǎo)體中導(dǎo)帶和價(jià)帶之間

15、沒有禁區(qū),電子進(jìn)入導(dǎo)帶不需要能量,因而導(dǎo)電電子的濃度很大.在絕緣體中價(jià)帶和導(dǎo)期隔著一個(gè)寬的禁帶Eg,電子由價(jià)帶到導(dǎo)帶需要外界供應(yīng)能量,使電子激發(fā),實(shí)現(xiàn)電子由價(jià)帶到導(dǎo)帶的躍遷,因而通常導(dǎo)帶中導(dǎo)電電子濃度很小.半導(dǎo)體和絕緣體有相類似的能帶結(jié)構(gòu),只是半導(dǎo)體的禁帶較窄Eg小,電子躍遷比擬容易五、計(jì)算題(每題5分,共20分)1.一圓桿的直徑為2.5mm長度為25cm并受到4500N的軸向拉力,假設(shè)直徑拉細(xì)至2.4mm且拉伸變形后圓桿的體積不變,求在此拉力下的真應(yīng)力、真應(yīng)變、名義應(yīng)力和名義應(yīng)變,并比擬討論這些計(jì)算結(jié)果.解：根據(jù)題意可得下表拉伸前后圓桿相關(guān)參數(shù)表一一一3體積V/mm直徑d/mm2圓面積S/m

16、m拉伸前1227.22.54.909拉伸后1227.22.44.524真應(yīng)力TF45006995(MPa)A4.524102真應(yīng)變TInkInA0-In2*0.0816I0A2.42-F4500名義應(yīng)力917(MPa)A04.90910一陶瓷含體積百分比為95%勺AlzQ(E=380GPa)和5%勺玻璃相(E=84GPa),試計(jì)算其上限和下限彈性模量.假設(shè)該陶瓷含有5%勺氣孔,再估算其上限和下限彈性模量.解：令E1=380GPa,E=84GPa,V=0.95,V2=0.05.那么有上限彈性模量EHE1VlE2V23800.95840.05365.2(GPa)下限彈性模量EL("V2)

17、1(0笠詠)1323.1(GPa)E1E238084當(dāng)該陶瓷含有5%勺氣孔時(shí),將P=0.05代入經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式E=E(1-1.9P+0.9P2)可得,其上、下限彈性模量分別變?yōu)?31.3GPa和293.1GPa.lA名義應(yīng)變10.0851l0A由計(jì)算結(jié)果可知：真應(yīng)力大于名義應(yīng)力,真應(yīng)變小于名義應(yīng)變.2.一材料在室溫時(shí)的楊氏模量為3.5X104.一圓柱形ALQ晶體受軸向拉力F,假設(shè)其臨界抗剪強(qiáng)度pf為135MPa求沿圖N/詔泊松比為0.35,計(jì)算其剪切模量和體積模量解：根據(jù)E2G(1)3B(12)可知:剪切模量G體積模量BE2(1)E3(12)3.51082(10.35)3.51083(10.7)

18、1.3108(Pa)3.9108(Pa)130(MPa)390(MPa)中所示之方向的滑移系統(tǒng)產(chǎn)生滑移時(shí)需要的最小拉力值,并求滑移面的法向應(yīng)力解：由題意得圖示方向滑移系統(tǒng)的剪切強(qiáng)度可表示為:Fcos530.001512cos60min2f0.0015cos53cos603.17103*(N)3此拉力下的法向應(yīng)力為1.12108(Pa)112(MPa)3.1710cos60_一一2；0.0015/cos605.融熔石英玻璃的性能參數(shù)為：E=73Gpa丫=1.56J/m15用此試件來求Kc值的不可能.7.一陶瓷零件上有一垂直于拉應(yīng)力的邊裂,如邊裂長度為：(1)2mm(2)0.049mm；(3)2仙

19、m分別求上述三種情況下的臨界應(yīng)力.設(shè)此材料的斷裂韌性為1.62MPad.討論講結(jié)果.;理論強(qiáng)度6th=28Gpa.如材料中存在最大長度為2pm的內(nèi)裂,且此內(nèi)裂垂直于作用力方向,計(jì)算由此導(dǎo)致的強(qiáng)度折減系數(shù).解：2c=211mc=1x10-6m0.269GPa2E_2731091.56cc一；3.141101.98%c(1)c=2mm,c0.818/210318.25MPa強(qiáng)度折減系數(shù)=1-0.269/28=0.996. 一鋼板受有長向拉應(yīng)力350MPa如在材料中有一垂直于拉應(yīng)力方向的中央穿透缺陷,長8mm(=2c>此鋼材的屈服強(qiáng)度為1400MPa計(jì)算塑Tt區(qū)尺寸0及其裂縫半長c的比值.討論

20、用此試件來求Kc值的可能性.KYc=.c=39.23Mpa.m/21 .K20()0.125mm1/22 ysc=2um,c0.818/2106577.04MPa8.康寧1723玻璃(硅酸鋁玻璃)具有以下性能參數(shù)：入=0.021J/(cm.s.C)；a=4.6X10-6/C；o-p=7.0Kg/mn2,E=6700Kg/mrp仙=0.25.求第一及第二熱沖擊斷裂反抗因子.第一沖擊斷裂反抗因子：R79.81060.754"6io_667009_810®=170C第二沖擊斷裂反抗因子：R=170X0.021=3.57J/(cm.s)9.一熱機(jī)部件由反響燒結(jié)氮化硅制成,其熱導(dǎo)率入

21、=0.184J/(cm.s.C),最大厚度=120mm如果外表熱傳遞系數(shù)h=0.05J/(cm2.s.C),假定形X因子S=1,估算可茲應(yīng)用的熱沖擊最大允許溫差.解：TmRS10.31rmhI10eI10s)xs)x0.85e(s)0.1110ln0.851.625cm11.一截面為0.6cm2,品的電阻.長為1cm的n型GaAst羊品,設(shè)n8000cm2/Vs3,n1015cm,試求該樣解:1nqn0.781115190.781cm10151.6101980001.30.6?材料物理性能?第一章材料的力學(xué)性能1-1一圓桿的直徑為2.5mm、長度為25cm并受到4500N的軸向拉力,假設(shè)直徑拉

22、細(xì)至2.4mm,且拉伸變形后圓桿的體積不變,求在此拉力下的真應(yīng)力、真應(yīng)變、名義應(yīng)力和名義應(yīng)變,并比擬討論這些計(jì)算結(jié)果解:真應(yīng)力T真應(yīng)變T名義應(yīng)力名義應(yīng)變FA,liln10FAlo4500995(MPa)4.524106,A.lnlnA45002.5220.08162.424.909106A10.0851A917(MPa)由計(jì)算結(jié)果可知：真應(yīng)力大于名義應(yīng)力,真應(yīng)變小于名義應(yīng)變.1-5陶瓷含體積百分比為95%的AIzO3(E=380GPa用5%的玻璃相(E=84GPa),試計(jì)算其上限和下限彈性模量.假設(shè)該陶瓷含有5%的氣孔,再估算其上限和下限彈性模量.解：令E=380GPa,E=84GPa,V=0

23、.95,V2=0.05.那么有上限彈性模量EHE1VlE2V23800.95840.05365.2(GPa)下限彈性模量EL(V1V2)1("5005)1323.1(GPa)LE1E238084當(dāng)該陶瓷含有5%勺氣孔時(shí),將P=0.05代入經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式E=E(1-1.9P+0.9P2)可得,其上、下限彈性模量分別變?yōu)?31.3GPa和293.1GPa.和t=時(shí)的縱坐1-6試分別畫出應(yīng)力松弛和應(yīng)變?nèi)渥兣c時(shí)間的關(guān)系示意圖,并算出t=0,t=標(biāo)表達(dá)式.解：Maxwell模型可以較好地模擬應(yīng)力松弛過程:其應(yīng)力松弛曲線方程為：那么有：(0)(0);()(t)0;()(0)e-t/(0)/e.其蠕

24、變曲線方程為：(t)(1t/e)()(1et/)0；0.E(1eE1.00.80.6(T0.4(T0.20.0應(yīng)力松弛曲線那么有：(0)0；()()1).以上兩種模型所描述的是最簡單的情況,事實(shí)上由于材料力學(xué)性能的復(fù)雜性,我們會(huì)用到用多個(gè)彈簧和多個(gè)黏壺通過串并聯(lián)組合而成的復(fù)雜模型.如采用四元件模型來表示線性高聚物的蠕變過程等.1-11一圓柱形內(nèi)2.3晶體受軸向拉力F,假設(shè)其臨界抗剪強(qiáng)度中所示之方向的滑移系統(tǒng)產(chǎn)生滑移時(shí)需要的最小拉力值,力.解：由題意得圖示方向滑移系統(tǒng)的剪切強(qiáng)度可表示為:Fcos53一cos600.001522lf0.00152Fmin二二7cos53cos603.17103(N

25、)為135MPa,求沿圖求滑移面的法向應(yīng)并T此拉力下的法向應(yīng)力為：3.17103cos60_2.0.00152/cos601.12108(Pa)112(MPa)Voigt模型可以較好地模擬應(yīng)變?nèi)渥冞^程:第二章脆性斷裂和強(qiáng)度2-1求融熔石英的結(jié)合強(qiáng)度,設(shè)估計(jì)的外表水平為1.75J/m2;Si-O的平衡原子間距為1.6*108cm;彈性模量從60到75Gpath75)*109*1.6*10101.7525.6228.64GPa2-2融熔石英玻璃的性能參數(shù)為：E=73Gpa；產(chǎn)1.56J/mr0/c0.125/40.031>0.021用此試件來求Kic值的不可能.;理論強(qiáng)度批=28Gpa.如材

26、料中存在最大長度為2叩的內(nèi)裂,且此內(nèi)裂垂直于作用力方向,計(jì)算由此導(dǎo)致的強(qiáng)度折減系數(shù).c2*73*109*1.563.14*1*1062c=2nmc=1*10-6m0.269GPa強(qiáng)度折減系數(shù)=1-0.269/28=0.992-5一鋼板受有長向拉應(yīng)力350MPa,如在材料中有一垂直于拉應(yīng)力方向的中央穿透缺陷,長8mm(=2c).此鋼材的屈服強(qiáng)度為1400MPa,計(jì)算塑Tt區(qū)尺寸c及其裂縫半長c的比值.討論用此試件來求Kic值的可能性.KYc=、.-c=39.23Mpa.m/21 K2r0()0.125mm1/2(3)(3)c=2um,2 ys2-4一陶瓷三點(diǎn)彎曲試件,在受拉面上于跨度中間有一豎向

27、切口如圖.如果E=380Gpa,=0.24,求Kc值,設(shè)極限荷載達(dá)50Kg.計(jì)算此材料的斷裂外表能.解c/W=0.1,Pc=50*9.8N,B=10,W=10,S=40代入下式:KicPCS/22.9(c/W)1/24.6(c/W)3/221.8(c/W)5/237.6(c/W)7/238.7(c/W)9/2BW50*9.8*4010*0.0103/22.9*0.11/24.6*0.13/221.8*0.15/237.6*0.17/238.7*0.19/2=62*(0.917-0.145+0.069-0.012+0.0012)2E=1.96*0.83=1.63Pam1/2(1.63*106)2

28、*0.94/(2*380*109)3.28J/m2第三章材料的熱學(xué)性能2-1計(jì)算室溫(298K)及高溫(1273K)時(shí)莫來石瓷的摩爾熱容值,并請(qǐng)和按杜龍-伯蒂規(guī)律計(jì)算的結(jié)果比擬.(1) 當(dāng)T=298K,Cp=a+bT+cT-2=87.55+14.96*10-3*298-26.68*105/2982=87.55+4.46-30.04=61.97*4.18J/mol.K(2) 當(dāng)T=1273K,Cp=a+bT+cT-2=87.55+14.96*10-3*1293-26.68*105/12732=87.55+19.34-1.65=105.24*4.18J/mol.K=438.9J/mol.K據(jù)杜隆-

29、珀替定律：(3Al2O3.2SO)Cp=21*24.94=523.74J/mol.K可見,隨著溫度的升高,CP,m趨近按DulongPetit定律所得的計(jì)算值.2-2康寧1723玻璃(硅酸鋁玻璃)具有以下性能參數(shù)：X=0.021J/(cm.s.C);a=4.6*10-6/C;6p=7.0Kg/mm2.E=6700Kg/mm2,(=0.25.求第一及第二熱沖擊斷裂反抗因子.第一沖擊斷裂反抗因子：R=170第二沖擊斷裂反抗因子：R7*9.8*106*0.754.6*106*6700*9.8*106f(1)=170*0.021=3.57J/(cm.s)2-3一熱機(jī)部件由反響燒結(jié)氮化硅制成,其熱導(dǎo)率入

30、=0.184J/(cm.s.C),最大厚度=120mm.如果外表熱傳遞系數(shù)h=0.05J/(cm2.s.C)假定形X因子S=1,估算可茲應(yīng)用的熱沖擊最大允許溫差.-1解：TmRS0.31rmh=226*0.1840.31*6*0.05=447C第四章材料的光學(xué)性能3-1.一入射光以較小的入射角i和折射角r通過一透明明玻璃板,假設(shè)玻璃對(duì)光的衰減可忽略不計(jì),試證明明透過后的光強(qiáng)為(1-m)2解:sinin21sinrW'2n2mn211W"其折射光又從玻璃與空氣的另一界面射入空氣那么W"W"'3-2光通過一塊厚度為1mm的透明AI2O3板后強(qiáng)度降低了1

31、5%,試計(jì)算其吸收和散射系數(shù)的總和.解:II°eI(s)x0.85e(s)0.1第五章材料的電導(dǎo)性能4-1實(shí)驗(yàn)測(cè)出離子型電導(dǎo)體的電導(dǎo)率與溫度的相關(guān)數(shù)據(jù),經(jīng)數(shù)學(xué)回歸分析得出關(guān)系式為：igab1(1)試求在測(cè)量溫度范圍內(nèi)的電導(dǎo)活化能表達(dá)式.(2)假設(shè)給定T1=500K,d=10-9( )1T2=1000K,(2=10-6( )1計(jì)算電導(dǎo)活化能的值.解：(1)10(AB/T)in(AB/T)ln10e(AB/T)ln10_eln10Ae(ln10.B/T)=人至(W/kT)W=ln10.B.k式中k=0.84*104(eV/K)(2)lg109AB/500lg106AB/1000B=-30

32、00W=-ln10.(-3)*0.86*10-4*500=5.94*10-4*500=0.594eV4-3本征半導(dǎo)體中,從價(jià)帶激發(fā)至導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶產(chǎn)生的空穴參與電導(dǎo).激發(fā)的電子數(shù)n可近似表示為：nNex)(Eg/2kT),式中N為狀態(tài)密度,k為波爾茲曼常數(shù),T為絕對(duì)溫度.試答復(fù)以下問題：(1)設(shè)N=1023cm-3,k=8.6"*10-5eV.K-1時(shí),Si(Eg=1.1eV),TiQ(Eg=3.0eV汽室溫(20C)和500c時(shí)所激發(fā)的電子數(shù)(cm-3)各是多少：(2)半導(dǎo)體的電導(dǎo)率6(Q-1 -1)可表示為ne,式中n為載流子濃度(cm-3),e為載流子電荷(電荷1.6*101

33、9C)3為遷移率(cm2.V-1石1)當(dāng)電子(e)和空穴(h)同時(shí)為載流子時(shí),%eenheh.假定Si的遷移率咋=1450(cm2.V-1.s-1),ph=500(cm2.V-1.s),且不隨溫度變化.求Si在室溫20C500c時(shí)的電導(dǎo)率解：1Si20C1023exo(1.1/(2*8.6*105*298)=1023*e-21.83=3.32*1013cm3500c1023exp(1.1/(2*8.6*105*773)=1023*e-8=2.55*1019cm-3TiO220c1023exo(3.0/(2*8.6*105*298)=1.4*10-3cm-3500c1023exo(3.0/(2*

34、8.6*105*773)=1.6*1013cm-320Cneeenheh=3.32*1013*1.6*10-19(1450+500)=1.03*10-2(Q-1 -1)500cneeenheh=7956=2.55*1019*1.6*10-19(1450+500)(Q-1 -1)4-2.根據(jù)缺陷化學(xué)原理推導(dǎo)1ZnO電導(dǎo)率與氧分壓的關(guān)系.4討論添加Al2O3對(duì)NiO電導(dǎo)率的影響.解：1間隙離子型：ZnOZni?fr-r?1或ZnOZnieO22(4)添加Al2O3對(duì)NiO:1-2e-O221/4ePO21/6PO2Ag2AlNiVNi3Oo添加A12O3對(duì)NiO后形成陽離子空位多,提升了電導(dǎo)率第六章材料的功能轉(zhuǎn)換性能6-1金紅石TiO2的介電常數(shù)是100,求氣孔率為10%的一塊金紅石陶瓷介質(zhì)的介電常數(shù).解:100,0.9;0.1210.9100(