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无机材料物理性能习题解答

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目 录

1 材料的力学性能 ...............................................................................1

2 材料的热学性能 ............................................................................. 11

3 材料的光学性能 .............................................................................16

4 材料的电导性能 .............................................................................19

5 材料的磁学性能 .............................................................................28

6 材料的功能转换性能 ......................................................................36 《材料物理性能》 习题解答

1 1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：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。

1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm，受到应力为1000N拉力，其杨氏模量为3.5×109 N/m2，能伸长多少厘米?

解：

拉伸前后圆杆相关参数表

体积V/mm3 直径d/mm 圆面积S/mm2

拉伸前 1227.2 2.5

4.909

拉伸后 1227.2 2.4

4.524

1cm 10cm 40cm

Load Load

)(0114.0105.310101401000940000cmEAlFlEll0816.04.25.2lnlnln22001AAllT真应变)(91710909.4450060MPaAF名义应力0851.0100AAll名义应变)(99510524.445006MPaAFT真应力《材料物理性能》 习题解答

2

1-3一材料在室温时的杨氏模量为3.5×108 N/m2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。

解：根据 可知：

1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。

证：

1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al2O3 (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E1=380GPa,E2=84GPa,V1=0.95,V2=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=E0(1-1.9P+0.9P2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa和293.1 GPa。

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 = 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：

)21(3)1(2BGE)(130)(103.1)35.01(2105.3)1(288MPaPaEG剪切模量)(390)(109.3)7.01(3105.3)21(388MPaPaEB体积模量.,.,11212121212121SWVSdVldAFdlWWSWVFdlVldlAFdSllllll亦即做功或者：亦即面积)(2.36505.08495.03802211GPaVEVEEH上限弹性模量)(1.323)8405.038095.0()(112211GPaEVEVEL下限弹性模量).1()()(0)0()1)(()1()(100//0eEEeeEttt；；则有：其蠕变曲线方程为：./)0()(;0)();0()0((0)e(t)-t/e则有：：其应力松弛曲线方程为《材料物理性能》 习题解答

3

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。如采用四元件模型来表示线性高聚物的蠕变过程等。

1-7试述温度和外力作用频率对聚合物力学损耗角正切的影响并画出相应的温度谱和频率谱。

解：（详见书本）。

1-8一试样受到拉应力为1.0×103 N/m2,10秒种后试样长度为原始长度的1.15倍,移去外力后试样的长度为原始长度的1.10倍,若可用单一Maxwell模型来描述,求其松弛时间η值。

解：根据Maxwell模型有：

可恢复 不可恢复

依题意得：

所以松弛时间η=η/E=1.0×105/2×104=5(s).

tE21210123450.00.20.40.60.81.0σ(t)/σ(0)t/τ应力松弛曲线0123450.00.20.40.60.81.0ε(t)/ε(∞)t/τ应变蠕变曲线)(1011.010100.1)(10205.0100.1532431sPatPaE《材料物理性能》 习题解答

4 1-9一非晶高聚物的蠕变行为可用一个Maxwell模型和一个Voigt模型串联描述，若t=0时施以拉伸应力为1.0×104 N/m2至10小时,应变为0.05,移去应力后的回复应变可描述为100/)3(10te,t为小时，请估算该力学模型的四个参数值。

解：据题即求如图E1,E2,η2和η3四参数。如图所示有

其中ε1立即回复，ε2逐渐回复，ε3不能回复。

Voigt的回复方程为：)/exp(0)(tt，这里t为从回复时算起，而题目的t为从开始拉伸时算起，所以此题的回复方程为：)10exp(0)(tt

排除立即恢复后的应变，应变的回复方程就可写成sPaEPaEeettt922621024210)(106.3,100.1,01.0)1E100.1100/)3s3600,03.0)10exp()03.001.005.0(－（＝相比）＋＝（，（与＝得出

1-10当取Tg为参考温度时logssTTTcTTc21中的C1=17.44,C2=51.6，求以Tg+50℃为参考温度时WLF方程中的常数C1和C2。 η3,εη2,εE2,ε2 E1,ε1 teEEt30/2010321)1(01.001.003.005.003.0100/)3(36000100.101.0100/)3(05.0210343031010101eteE)(102.103.036000100.1)(100.101.0100.11043641sPaPaE《材料物理性能》 习题解答

5 解：

1-11一圆柱形Al2O3晶体受轴向拉力F，若其临界抗剪强度ηf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：

1-12拉伸某试样得到如下表的数据,试作曲线图,并估算杨氏模量、屈服应力和屈服时的伸长率以及抗张强度。

310 5 10 20 30 40 50 60 Pa410 250 500 950 1250 1470 1565 1690

310 70 80 90 100 120 150

Pa410 1660 1500 1400 1380 1380(断) Fτ N60° 53°

Ф3mm 6.1016.516.516.10186.86.51/6.10144.17506.516.10150)()(6.51)(44.17303.2215021CCCTfBffTTBffTBBfCTfBfBCggfgggfggffgggg为参考时有以又有以上的热膨胀系数是自由体积在时的自由体积百分数是是常数，)(112)(1012.160cos/0015.060cos1017.3)(1017.360cos53cos0015.060cos0015.053cos82332min2MPaPaNFFf：此拉力下的法向应力为为：系统的剪切强度可表示由题意得图示方向滑移《材料物理性能》 习题解答

6

扬氏模量E,由图中未达屈服点时线段的斜率可求出。屈服点（图中可以读出），屈服时伸长率即为屈服点的应变，断裂时对应的即是抗张强度。

1-13氦原子的动能是E=23kT(式中波尔兹曼常数k=1.38x10-23 J/K)，求T = 1 K时氦原子的物质波的波长。

解：

1-14利用Sommerfeld的量子化条件，求一维谐振子的能量。

解：

1-15波函数的几率流密度mi2J，取球面坐标时，算符

sin11rrrrkji，求定态波函数ikrer1的几率流密度。 

ε 屈服点

)(6.12)(1026.111038.11002.61043106.63//2123923233342nmmmkThPhhmvPmvkTE根据),3,2,1(2/221/222122222222nnEdxPnhEmEmExdPSommerfeldmExmEPxmmPExx相当于椭圆的面积）（这时量子化条件有：根据相当于一个椭圆一维谐振子的能量

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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

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. KIC：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。 （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。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。

无机材料物理性能习题解答

无机材料物理性能习题解答

这有答案，大家尽量出有答案的题

材料物理性能

习题与解答

吴 其 胜

盐城工学院材料工程学院

2007，3 《材料物理性能》 习题解答

1 目 录

1 材料的力学性能 ..................................................................................... 2

2 材料的热学性能 ................................................................................... 12

3 材料的光学性能 ................................................................................... 17

4 材料的电导性能 ................................................................................... 20

5 材料的磁学性能 ................................................................................... 29

6 材料的功能转换性能 ........................................................................... 37 《材料物理性能》 习题解答

2 1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：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。

材料物理性能

材料物理性能

一、填空20*1

1.控制或改造材料性能的路线是

工艺→结构→性能，即工艺决定结构，结构改变性能。

2.材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变。

3.弹性模量影响的因素：原子结构、温度、相变。

4.材料的各种热学性能均与晶格热振动有关。

5.可见光的波长390-770nm。

6.光的频率、波长和辐射能都是由光子源决定的。

7.欧姆定律的两种表达形式：均匀导体，I=V/R，非均匀导J=óE。

8.物质的磁性是电流产生的。

9.磁性材料的磁化曲线和磁滞回线是材料在外加磁场时表现出来的宏观特性。

10.影响材料的击穿强度的因素：介质结构的不均匀性、材料中气泡的作用、材料表面状态和边缘电场。

8.智能材料的功能和生命特征：传感功能、反馈功能、学习能力和预见性功能、响应功能、自诊断能力、自修复能力、自调节能力。

二、名词解释5*3

1.塑性形变和弹性形变

塑性形变：在超过材料的屈服应力作用下产生形变，外力移去后不能恢复的形变。

弹性形变：在超过材料的屈服应力作用下产生形变，外力移去后不能恢复的形变。

2.声频支振动和光频支振动

声频支振动：振动着的质点中包含中包含频率甚低的格波，质点间的位相差不大，则格波类似于弹性体中的应变波，称为声频支振动。

光频支振动：可以看成是相邻原子振动方向相反，形成一个范围很小、频率很高的振动。

3.反射、折射、双折射

反射：光线入射到界面时，一部分光从界面上反射，形成反射线。

折射：光线入射到界面时，其余部分进入第二种介质，形成折射线。

双折射：由一束折射光入射后分成两束光的现象。

4.压电效应、压敏效应、光电效应、热释电效应、电热效应、西贝尔效应

压电效应：在晶体的特定方向上施加压力或拉力，晶体的一些对应的表面上分别出现正负束缚电荷，其电荷密度与外施力的大小成正比例，也即正压电效应具有对称中心的点群晶体不会具有压电性。

压敏效应：对电压变化敏感的非线性电阻效应，即在某一临界电压下，电阻值非常之高，几乎无电流通过，超过该临界电压，电阻迅速降低，让电流通过。

无机材料物理化学试题

无机材料物理化学试题

... 无机材料物理化学试题1

一、填空题（每空1分，共20分）

1.晶体结构中的热缺陷有 和 二类。

2.三T图中三个T代表 、 和 。

3.玻璃具有下列通性： 、 、 和 。

4.固体中质点扩散的推动力是 ，液－固相变过程的推动力是 ，烧结过程的推动力是 。

5.试验测得NaCl的扩散系数与温度关系如图所

示，直线（1）属 扩散，直线（2）

属 扩散；如果提高NaCl的纯度，

两直线的转折点向 方向移动。

6. 组成Na2O . 1/2Al2O3 . 2SiO2的玻璃中氧多面体平均非桥氧数为－－－－。

7．在硅酸盐熔体中，当以低聚物为主时，体系的粘度 、析晶能力 。

8. 写出缺陷反应式

二．（10分）已知O2溶解在FeO晶体中形成贫铁氧化物Fe1-X的反应如下：

试用扩散的微观理论推导Fe2＋的扩散系数DFe2＋与氧分压PO2的关系式。

三．（10分）写出杨德尔模型要点及动力学关系式，为什么在转化率高时出现偏差？金斯特林格主要在杨德尔模型的基础上考虑了什么影响？

四 （15分）说明影响扩散的因素？

五 （15分）试述熔体粘度对玻璃形成的影响？在硅酸盐熔体中，分析加入—价碱金属氧化物、二价金属氧化物或B2O3后熔体粘度的变化？为什么？

六 （10分）简要说明：

（1） 材料烧结时四种最基本的传质机理是什么？少量添加剂能促进烧结，其原因是什么？

（2） 说明晶粒长大和二次再结晶这两种过程的主要区别，在工艺上如何防止晶F LnD

1/T (非化学计量扩logD