2009材料物理考題(B)講解

1、中國地質(zhì)大學(xué)（北京）2009年秋季學(xué)期第 頁共3頁2009年12月第1頁共3頁2009年12月課程號：0302053材料物理A期末考試試卷（B）考試形式：閉卷考試考試時間：120分鐘班號學(xué)號姓名得分題號一一二三四總分得分一、填空題（每小題3分，共30分）1裂紋的擴(kuò)展方式有錯開型；掰開型；撕開型。2物質(zhì)的磁性分為類；分別為抗磁性；順磁性；鐵磁性。鐵電疇的定義是鐵電體從順電相變?yōu)殍F電具有的自發(fā)極化，自發(fā)極化一致的區(qū)域叫做鐵電疇。描述材料熱學(xué)性能的指標(biāo)有熱容；熱傳導(dǎo)系數(shù)；熱膨脹系數(shù)。5影響蠕變的主要因素溫度；組成；顯微結(jié)構(gòu)；晶體結(jié)構(gòu)；應(yīng)力。6.陶瓷含體積百分比為95%的Al2O3（E=380GPa）

2、和5%的玻璃相（E=84GPa）,其上限彈性模量為_331.33GPa_；下限彈性模量為_293.11GPa_。7影響離子電導(dǎo)率的主要因素有溫度；晶體結(jié)構(gòu)；晶體缺陷；非化學(xué)計量比產(chǎn)生的晶格缺陷。8介質(zhì)擊穿的主要形式有電擊穿；熱擊穿；化學(xué)擊穿。9壓電效應(yīng)可分為2類，分別是正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)。10影響熱導(dǎo)率的因素有溫度；顯微結(jié)構(gòu)；化學(xué)組成；氣孔。二、簡答題（每小題5分，共35分）1-已知鐵的表面能丫=2J/m2,楊氏模量e=2x102GPa，晶格常數(shù)a=2.5x10-10m,求鐵的最大斷裂強(qiáng)度；如果在鐵中存在一個長度為10 x10-iom的裂紋，此時鐵的斷裂強(qiáng)度與沒有裂紋存在時一樣嗎？若不一樣

3、，請算出斷裂強(qiáng)度的大小？不一樣，鐵表面斷裂強(qiáng)度是40GPa28.3GPa2簡述纖維復(fù)合材料的復(fù)合原則。（1）纖維盡可能多地承擔(dān)外加負(fù)荷；（2）二者的結(jié)合強(qiáng)適當(dāng),否則基體中所承受的應(yīng)力無法傳遞到纖維上；（3）應(yīng)力作用的方向應(yīng)與纖維平行,才能發(fā)揮纖維的作用；（4）纖維與基體的熱膨脹系數(shù)匹配,最好是纖維的熱膨脹系數(shù)大于基體的；（5）還要考慮二者在高溫下的化學(xué)相容性。讓纖維盡可能多的承受外加負(fù)荷二者結(jié)合強(qiáng)不宜過強(qiáng)，以防機(jī)體所受應(yīng)力無法傳遞到纖維上應(yīng)力作用方向應(yīng)與纖維方向平行這樣才可最大限度的發(fā)揮纖維的作用纖維的熱膨脹系數(shù)應(yīng)與機(jī)體匹配或略大于基體考慮二者在高溫下的化學(xué)相容性3提高無機(jī)材料透光性的措施有哪

4、些?提高材料純度摻加外加劑改變工藝措施說出電子遷移率卩=工中各參量的物理意義？影響遷移率的主要因素是什么？m*et是連續(xù)碰撞兩次的時間，e是電子的電量，m*是電子的有效質(zhì)量；主要因素有：電子和空穴有效質(zhì)量的大小，散射的強(qiáng)弱，摻雜濃度和溫度。F11匕r1=1Xna建立的重要意義及適用范圍？+23kkr0k意義：建立了宏觀量與微觀量之間的關(guān)系，提供了計算介電性能參數(shù)的方法適用范圍：分子間作用力小的氣體非極性液體及固體，NaCl型適當(dāng)結(jié)構(gòu)對稱的分子6畫出典型的矩磁材料的磁滯回線，并簡單說明矩磁材料的應(yīng)用。7為什么金屬的電阻因溫度升高而增大，而半導(dǎo)體的電阻卻因溫度的升高而減?。咳?、計算題（1、3小題7

5、分；2小題6分，共20分）一AlO晶體圓柱（如右圖），直徑為D,受軸向23拉力F,如臨界抗剪強(qiáng)度為T，求沿圖中所示之一c（0方向）固定滑移系統(tǒng)產(chǎn)生滑移時，所需必要的拉力值。同時計算在滑移面上的法向應(yīng)力。一A12O3晶體圓柱（如右圖），直徑為D,受軸向拉力F,臨界抗剪強(qiáng)度為T，在滑移面上的應(yīng)力為CFcos60T二3分兀PD22cos02分兀PD2在滑移面上的應(yīng)力為bn=亦.2分兀（D/2）2沿（0方向）固定滑移系統(tǒng)產(chǎn)生滑移時，所需必要的拉力值為康寧1723玻璃（硅酸鋁玻璃）具有下列性能參數(shù)：熱導(dǎo)率九=0.021J/（cm.s.C）；線膨脹系數(shù)以=4.6X10-6/C；極限抗拉強(qiáng)度f=7.0kg/

6、mm2,彈性模量E=6700Kg/mm2,切變模量卩=0.25。求第一及第二熱沖擊斷裂抵抗因子?？祵幉ＡВü杷徜X玻璃）具有下列性能參數(shù)：熱導(dǎo)率九=0.021J/（cm.s.C）；線膨脹系數(shù)a=4.6x10-6/C；極限抗拉強(qiáng)度f=7.0kg/mm2,彈性模量E=6700Kg/mm2，切變模量p=0.25。求第一及第二熱沖擊斷裂抵抗因子。解：根據(jù)貞=bf6-卩）=170.3C（3分）maxEa九b（L-a）R=f=XR=3.577（cm.s）Ea已知一透明玻璃板，厚度為d,有單色入射光以極小入射角入射到玻璃板上,入射光強(qiáng)度為10，設(shè)材料的反射光系數(shù)為m=0.6%，吸收系數(shù)為a=0.03cm-i,

7、如果忽略材料的散射.試證明透射光強(qiáng)度為I=（1-m）2I0e-ad；計算厚度d=3cm的該玻璃板的透射光強(qiáng)度。2分）（2分）3.解：(1)I=Ie-od0I二I(1m)2e-od03分)I二I(1m)2e-d=(10.6%)2e-0.03x3I二0.903I2)000綜合分析題（15分）簡述固體熱膨脹的微觀機(jī)理，并分析影響熱膨脹的因素附：基本公式1.第一、第二和第三熱斷裂抵抗因子分別為ATmaxATmaxdTIdt(1-卩)Eo=Rx0.31rhR=maxPCEoEo九G(1-卩)EoffEoX_RPCPCpp2.34.介質(zhì)對光吸收的一般規(guī)律：I光散射方程：反射系數(shù)（m）：I_Ie-Sx0w_

8、e-ox0n-1221Vn21+1丿m5.費(fèi)米分布函數(shù)：f(E)_1+exp(E-E)/kT-16體電阻率的理論表達(dá)式：pV7891011體電阻率的實(shí)驗(yàn)表達(dá)式：pV薄圓片式樣表面電阻率表達(dá)式：導(dǎo)帶中導(dǎo)電電子的濃度：價帶中空穴的濃度：滑移面上F方向的應(yīng)力為12.胡克定律：_Es兀r2V_1-hI兀(r+r)2V12-4hI_2兀VlrIln2-r(EE)(2兀m*kTN_2ekTcIh2丿3/2cexp(EE)(2兀m*kT)一fVN_2h1kT)VIh2丿3/2expA/cos_FcosA理論斷裂強(qiáng)度：m課程號：0302053材料物理A期末考試試卷B標(biāo)準(zhǔn)答案考試形式：閉卷考試考試時間：120分

9、鐘一.填空題（每小題3分，共30分）1.裂紋的擴(kuò)展方式有：掰開型、錯開型、撕開型。物質(zhì)的磁性分為3類；分別為順磁性、抗磁性、鐵磁性。鐵電疇的定義是：鐵電體從順電相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F電相時具有自發(fā)極化，自發(fā)極化一致的區(qū)域稱為鐵電疇。描述無機(jī)材料熱學(xué)性能的指標(biāo)有：熱熔，熱傳導(dǎo)系數(shù)，熱膨脹系數(shù)。影響蠕變的主要因素有：溫度、應(yīng)力、顯微結(jié)構(gòu)、組成、晶體結(jié)構(gòu)。上限彈性模量為331.33GPa；下限彈性模量為293.11GPa。影響離子電導(dǎo)率的主要因素是有溫度、晶體結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、非化學(xué)計量比產(chǎn)生晶格缺陷（氣氛，壓力）電解質(zhì)擊穿的主要形式有：電擊穿，熱擊穿，化學(xué)擊穿。壓電效應(yīng)通常可分為2類，分別是正壓電效應(yīng)和逆壓電效

10、應(yīng)。溫度、顯微結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、氣孔。二、簡答題（每小題5分，共35分）1.b二40GPa，b二28.3GPamc2（1）使纖維盡可能多地承擔(dān)外加負(fù)荷；（2）二者的結(jié)合強(qiáng)適當(dāng),否則基體中所承受的應(yīng)力無法傳遞到纖維上；（3）應(yīng)力作用的方向應(yīng)與纖維平行,才能發(fā)揮纖維的作用；（4）纖維與基體的熱膨脹系數(shù)匹配,最好是纖維的熱膨脹系數(shù)大于基體的；（5）還要考慮二者在高溫下的化學(xué)相容性。3（1）提高原材料純度,（2）摻加外加劑,（3）改變工藝措施t是連續(xù)碰撞兩次的時間，e是電子的電量，m*是電子的有效質(zhì)量；主要因素有：電子和空穴有效質(zhì)量的大小，散射的強(qiáng)弱，摻雜濃度和溫度。重要意義：建立了宏觀量s與微觀量a之

11、間的關(guān)系，提供了計算介電性能參r數(shù)的方法；適用范圍：分子間作用很弱的氣體、非極性液體和非極性固體，一些NaCl型離子晶體和具有適當(dāng)對稱的晶體。6典型矩磁材料的磁滯回線：繪圖（2分）磁滯回線呈矩形，在兩個方向上的剩磁可用于表示計算機(jī)二進(jìn)制的“0”和1”，故適合于制成“記憶”元件。3分）阻增大。而半導(dǎo)體當(dāng)溫度升高時才能激發(fā)出電子，并且是少數(shù)的，因而電阻減小。F2分3.577（cm.s）3分）2分）（2分）7當(dāng)金屬溫度升高時，自由電子碰撞的次數(shù)增多，阻礙了電子的運(yùn)動，因而電兀PD22cos0兀PD2TOC o 1-5 h z在滑移面上的應(yīng)力為G=02分ncos02康寧玻璃（硅酸鋁玻璃）具有下列性能參

12、數(shù)：熱導(dǎo)率九=0.021J/（cm.s.C）；線膨脹系數(shù)=4.6x10-6/C；極限抗拉強(qiáng)度Gf=7.0kg/mm2,彈性模量E=6700Kg/mm2，切變模量p=0.25。求第一及第二熱沖擊斷裂抵抗因子。解：根據(jù)貞=Gf-卩）=170.3C（3分）maxEd九G（L-y）fEd3.解：（1）V=Ie-od0I=I（1m）2e-od03分）I=I(1m)2e=(10.6%)2eo.o3x3l=0.90312)000四綜合分析題（15分）簡述固體熱膨脹的微觀機(jī)理，并分析影響熱膨脹的因素。機(jī)理分析：固體材料的熱膨脹本質(zhì)，歸結(jié)為點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點(diǎn)間的平均距離隨溫度升高而增大。由圖1可以看到，質(zhì)點(diǎn)在平衡位置兩側(cè)時，受力并不對稱。（4分