《《材料结构与性能》习题（2020年12月16日整理）.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《材料结构与性能》习题（2020年12月16日整理）.pptx（11页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、材料结构与性能习题,第一章 1、一 25cm 长的圆杆，直径 2.5mm，承受的轴向拉力 4500N。如直径拉 细成 2.4mm，问： 设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，求拉伸后的长度； 在此拉力下的真应力和真应变； 在此拉力下的名义应力和名义应变。 比较以上计算结果并讨论之。 2、举一晶系，存在 S14。 3、求图 1.27 所示一均一材料试样上的 A 点处的应力场和应变场。 4、一陶瓷含体积百分比为 95%的 Al2O3（E=380GPa）和 5%的玻璃相 （E=84GPa），计算上限及下限弹性模量。如该陶瓷含有 5%的气孔，估算其上 限及下限弹性模量。 5、画两个曲线图，分别表示出应力弛
2、豫与时间的关系和应变弛豫和时间的 关系。并注出：t=0,t=以及 t=（或）时的纵坐标。,1,6、一 Al2O3 晶体圆柱（图 1.28），直径 3mm，受轴向拉力 F ，如临界抗 剪强度c=130MPa，求沿图中所示之一固定滑移系统时，所需之必要的拉力值。 同时计算在滑移面上的法向应力。,第二章 1、求融熔石英的结合强度，设估计的表面能为 1.75J/m2；Si-O 的平衡原,2,子间距为 1.610-8cm；弹性模量值从 60 到 75GPa。 2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73GPa；=1.56J/m2；理论强度。如 材料中存在最大长度为的内裂，且此内裂垂直于作用力的方向，计算由此而
3、导致 的强度折减系数。 3、证明材料断裂韧性的单边切口、三点弯曲梁法的计算公式：,与,是一回事。 4、一陶瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图 2.41 所示。如果 E=380GPa，=0.24，求 Kc 值，设极限载荷达 50 。计算此材 料的断裂表面能。 5、一钢板受有长向拉应力 350 MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的 中心穿透缺陷，长 8mm（=2c）。此钢材的屈服强度为 1400MPa，计算塑性区 尺寸 r0 及其与裂缝半长 c 的比值。讨论用此试件来求 Kc 值的可能性。,3,6、一陶瓷零件上有以垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：2mm； 0.049mm；2
4、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 1.62 MPam2。讨论诸结果。 7、画出作用力与预期寿命之间的关系曲线。材料系 ZTA 陶瓷零件，温度在 900，Kc 为 10MPam2 ，慢裂纹扩展指数 N=40，常数 A=10-40，Y 取 。 设保证实验应力取作用力的两倍。 8、按照本章图 2.28 所示透明氧化铝陶瓷的强度与气孔率的关系图，求出经 验公式。 9、弯曲强度数据为：782，784，866，884，884，890，915，922，922， 927，942，944，1012 以及 1023MPa。求两参数韦伯模量数和求三参数韦伯 模量数。 第三章 1、计算室温（
5、298K）及高温（1273K）时莫来石瓷的摩尔热容值，并请和 安杜龙伯蒂规律计算的结果比较。 2、请证明固体材料的热膨胀系数不因内含均匀分散的气孔而改变。 3、掺杂固溶体与两相陶瓷的热导率随体积分数而变化的规律有何不同。 4、康宁 1723 玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：=0.021J/(cm)；,4,5,=4.610-6/；p=7.0kg/mm2,E=6700kg/mm2,=0.25。求第一及第二热 冲击断裂抵抗因子。 5、一热机部件由反应烧结氮化硅制成，其热导率=0.184 J/(cm)，最大 厚度=120mm。如果表面热传递系数 h=0.05 J/(cm2s)，假设形状因子 S=1
6、， 估算可兹应用的热冲击最大允许温差。 第四章 1、一入射光以较小的入射角 i 和折射角 r 穿过一透明玻璃板。证明透过后 的光强系数为 （1-m）2。设玻璃对光的衰减不计。 2、一透明 AL2O3 板厚度为 1mm，用以测定光的吸收系数。如果光通过板 厚之后，其强度降低了 15，计算吸收及散射系数的总和。 第五章 1、无机材料绝缘电阻的测量试件的外径=50mm，厚度 d=2mm，电极 尺寸如图 5.55 所示：D1=26mm，D2=38mm，D3=48mm，另一面为全电极。 采用直流三端电极法进行测量。 请画出测量试件体电阻率和表面电阻率的接线电路图。 若采用 500V 直流电源测出试体的体
7、电阻为 250M，表面电阻为 50M ，计算该材料的体电阻率和表面电阻率。,2、实验测出离子型电导体的电导率与温度的相关数据，经数学回归分析得 出关系式为：,lg A B 1,6,T (1)试求在测量温度范围内的电导活化能表达式。,(2)若给定 T1=500K，1=10-9（ .cm)1 T1=1000K，2=10-6（ .cm)1 计算电导活化能的值。 3、本征电导体中，从价带激发至导带的电子和价带产生的空穴参与电导。 激发的电子数 n 可近似表示为： n=Nexp（EP/2kT） 式中 N 为状态密度，k 为波尔兹曼常数，T 为绝对温度。 试回答以下问题：,(1)设 N=1023cm-3，
8、k=8.610-5eVK-1 时，S（i Eq=1.1eV），TiO2(Eq=3.0eV) 在室温（20）和 500时所激发的电子数（cm-3）各是多少？ (2)半导体的电导率（-1cm-1）可表示为 =ne 式中 n 为载流子速度（cm-3），e 为载流子电荷（电子电荷 1.610-19C）,为迁 移率（cm2V-1s-1）。当电子（e）和空穴（h）同时为载流子时， =neee+nheh 假设 Si 的迁移率e=1450（cm2V-1s-1），h=500（cm2V-1s-1），且不随温度 变化。试求 Si 在室温 20和在 500时的电导率。 4、根据费米狄拉克分布函数，半导体中电子占有某一
9、能级 E 的允许状态 几率 f(E)为： f(E)=1+exp(E-EF)/kT-1 EF 为费米能级，它是电子存在几率为 1/2 的能级。 如图 5.56 所示的能带结构，本征半导体导带中的电子浓度 n，价带中的空穴 浓度 p 分别为,式中：me*,mh*分别为电子和空穴的有效质量，h 为普朗克常数。 试回答下列问题： 本征半导体中 n=p，利用上二式写出 Ef 的表达式。 当 me*=mh*时，Ef 位于能带结构的什么位置。通常 me*mh*，Ef 的位,7,置随温度将如何变化。 令 n=p= np ，Eg=Ec-Ev，试求 n 随温度变化的函数关系（含 Eg 的函 数）。 如图 5.56
10、 所示，施主能级为 ED,施主浓度为 ND,Ef 在 Ec 和 ED 之间，电 离施主浓度 nD 为：,若 n=nD,试写出 Ef 的表达式。当 T=0 时，Ef 位于能带结构的什么位置。,（5）令 n=nD=nnD ,试写出 n 随温度变化的关系式。 5、（1）根据缺陷化学原理，推导 NiO 电导率与氧分压的关系。 （2）讨论添加 AL2O3 对 NiO 电导率的影响，并写出空穴浓度与氧分压 的关系。 6、（1）根据化学缺陷原理推导 ZnO 电导率与氧分压的关系。 （2）讨论 AL2O3，Li2O 对 ZnO 电导率的影响。 7、p-n 结的能带结构如图 5.57（a）所示，如果只考虑电子的
11、运动，那么 在热平衡状态下，p 区的极少量电子由于势垒的降低而产生一定的电流（饱和电,8,流I0）与 n 区的电子由于势垒的升高 Vd,靠扩散产生的电流（扩散电流 Id）相 抵消。Id 可表示为 Id=Aexp（-eVd/KT） 式中 A 为常数，当 p-n 结上施加偏压 V，能带结构如图 5.57（b），势垒高度为 （Vd-V）. 求：（1）此时的扩散电流 Id 的表达式。 （2）试证明正偏压下电子产生的静电流公式为 I=I0exp(eV/kT)-1,(3)设正偏压为 V1 时的电流 I1，那么，电压为 2V1 时，电流 I2 为多少（用 含 I1 的函数表示）？ （4）负偏压下，施加电压极
12、大时（V），I 的极限值为多少？但是实际 当施加电压至某一值（-VB）时，电流会突然增大，引起压降，试定性描绘 p-n 结在正负偏压时的 V-I 特性。 第六章 1、金红石（TiO2）的介电常数是 100，求气孔率为 10%的一块金红石陶瓷 介质的介电常数。 2、一块 1cm*4cm*0.5cm 的陶瓷介质，其电容为 2.4-6F,损耗因子 tg为,9,10,0.02。求： （1）相对介电常数； (2)损耗因素。 3、镁橄榄石(Mg2SiO4)瓷的组成为 45%SiO2,5%Al2O3 和 50%MgO,在 1400烧成并急冷（保留玻璃相），陶瓷的r=5.4。由于 Mg2SiO4 的介电常数
13、是 6.2，估算玻璃的介电常数r。（设玻璃体积浓度为 Mg2SiO4 的 1/2）。 4、如果 A 原子的原子半径为 B 的两倍，那么在其它条件都是相同的情况下， 原子 A 的电子极化率大约是 B 的多少倍？ 5、为什么碳化硅的电容光焕发率与其折射率的平方 n2 相等。 6、从结构上解释，为什么含碱土金属的适用于介电绝缘？ 7、细晶粒金红石陶瓷样品在 20.c，100Hz 时，r=100，这种陶瓷r 高的 原因是什么？如何用实验来鉴别各种起作用的机制。 8、叙述 BaTiO3 典型电介质中在居里点以下存在四中极化机制。 9、画出典型的铁电体的电滞回线，用有关机制解释引起非线性关系的原因。 10
14、、根据压电振子的谐振特性和交流电路理论，画出压电振子的等效电路 图，并计算当等效电阻为 0 时，各等效电路的参数（用谐振频率与反谐振频率表 示）。 第七章 1、当正型尖晶石 CdFe2O4 掺入反型尖晶石如磁铁矿 Fe3O4 时，Cd 离子仍 然保持正型分布，试计算下列组成的磁矩：CdxFe3-x，当（a）x=0，（b）x=0.1， （c） X=0.5,11,2、试述下列型尖晶石结构的单位体积饱和磁矩，以玻尔磁子数表示： MgFe2O4CoFe2O4Zn0.2Mn0.8Fe2O4 3、 导致铁磁性和亚铁磁性物质的离子结构有什么特征？ 4、为什么含有未满电子壳的原子组成的物质中只有一部分具有铁磁性？,
