長沙理工材料力學(xué)大題

1、9.11、一圓桿的直徑為2.5 mm長度為25cm并受到4500N的軸向拉力,若直徑拉細(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，并比較討論這些計(jì)算結(jié)果。解：根掘題言可得下表拉伸前后圓桿相關(guān)參數(shù)表體積V/inn:直徑d/rnrn圓間積S/mm*拉伸前1227. 22. 54. 909拉伸后1227. 22. 44. 524真應(yīng)力Q嚴(yán)J 4r = 995C0幼蟲 4.524xlO-6lnA = ln= 1ii2£_ = 0.0816 Z hA 2 十F4«00名義應(yīng)力b = 917C述 -4)4.909x10"

2、76;名義應(yīng)變& =- = -1 = 0.0851屯計(jì)算結(jié)耒可知：真應(yīng)力大于名文應(yīng)力，真應(yīng)變小于名文應(yīng)變。2、一材料在室溫時(shí)的楊氏模量為3.5xl08N/m2,泊松比為0.35,計(jì)算其剪切模量和體積模量。解：根據(jù) 2f=2 6(l + U) = 3J(l-2.LL)可知:：石 3 § X10Sq剪切模量67=珂占=仁°小=13 x108(7 130(,切體積模量£= , °、= Xi。= 3.9 x 10$ (屜 u 390(塚 3(1 _2卩)3(1-0.7)3、一陶瓷含體積百分比為95%的AhOs (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E

3、 = 84GPa),試計(jì)算其上限和下限彈性模量。若該陶瓷含有5 %的氣孔，再估算其上限和下限彈性模量。解，令 E=38CGPa. Es=S4GPa, VO. 95, Vs=0. 05< 則有上限彈性=網(wǎng) + 陽= 380x0.9584 x 0.05 = 365.2如下限彈性模y 牛務(wù)尸=鑑 普尸亠T當(dāng)該陶覧含有丑的氣孔時(shí)，將P=0. 05代入經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公弍E=E.(1-L. 9P-0. gpj可得，其上、下限彈性模量分別變?yōu)?31. 3 GPa和293. 1 GPa.4、請(qǐng)說明教材中第一貞圖1.1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。曲線Z:在外鏈作用下.材料的變形主妾表現(xiàn)為

4、弾性形變，夭多數(shù)清況下材券在斷裂前幾乎沒 有塑性形變發(fā)生，總弾性應(yīng)變能非常小，這是旎 性材料的特征。曲線/在丟力過程中，其形變先蔻現(xiàn)為彈性形 變.接著有一段弾塑性形變?nèi)缓蟛艛嗔芽傋?形能很大，這是如低碳鋼登延性材料。曲線3具苣極大的彈性形變.沒有殘余形變的 材料，是橡皮這類彈性材料。XX)60025x1015J0«5、材料的彈性模數(shù)主要取決于什么因素？請(qǐng)簡述其影響規(guī)律。答材料的彈性模數(shù)主要取決于六個(gè)方面：(3分) “鍵合方式和原子結(jié)構(gòu)，二、晶休結(jié)構(gòu)；三、化學(xué)成分；四、微觀組織；五、溫度;六、加載條件和負(fù)載持續(xù)時(shí)間。9.51、為什么常溫下大多數(shù)陶瓷材料不能產(chǎn)生塑性變形，而呈現(xiàn)脆性斷裂？

5、（本題請(qǐng)將解答上傳至網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)）陶瓷多晶體的塑性形變不僅取決于構(gòu)成材料的晶體本身，而且在很大 程度上受晶界物質(zhì)的控制。因此多晶塑性形變包括以下內(nèi)容：晶體中的 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起塑變；晶粒與晶粒間晶界的相對(duì)滑動(dòng) 空位的擴(kuò)散；粘性 流動(dòng)。在常溫下，由于非金屬晶體及晶界的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使塑性形變難以 實(shí)現(xiàn)。又由于在材料屮往往存在微裂紋，當(dāng)外應(yīng)力尚未使塑變以足夠的 速度運(yùn)動(dòng)時(shí)，此應(yīng)力可能已超過微裂紋擴(kuò)展所需的臨界應(yīng)力， 最終導(dǎo)致材料的脆斷。2、一圓柱形AhOs晶體受軸向拉力F,若其臨界抗剪強(qiáng)度r為130MPa, 求沿圖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。（P29頁第6題）“亠

6、才丁_2 匸丿a歹 rir、6：=121x51.6=101.6亠 51.611. 一圓柱形A1Q晶體愛軸向拉力F,若其臨界抗剪再度r :為133址6求沿旻巴所示之方旬的滑移系統(tǒng)產(chǎn)生滑移時(shí)克要的最小拉力值，并求滑移面釣法向應(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: 石 cos53。I =xcos60°00015切= 00.001 小=3.7“o3（羽 叫 cos53oxcos60o此拉力下的法向應(yīng)力為：9.14以下任選三題：1、O/Si比值增大，玻璃的粘度將如何變化？O/Si比值增大，熔體粘度下降。這是由于O/Si比值增大導(dǎo)致非橋氧增 加，使大型四面體群分解為小型四面體群的

7、緣故。2、O/Si比值較低時(shí)，堿硅玻璃的粘度將按Li2O->Nfi2O->K2O順序遞增還是遞減？ O/Si比值很大時(shí)，粘度又將如何變化？當(dāng)O/Si比較小時(shí)，粘度按Li2O->Na2O-> K2O的順序遞增。在堿金屬 氧化物含量較低的堿硅二元玻璃中，非橋氧較少。此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)度主 要看硅氧鍵的大小。在Li、Na、K三種陽離子中，Li離子的場強(qiáng)最大, 與硅離子爭奪氧離子的能力最大，降低Si-O鍵強(qiáng)度的作用最大，故Li2O-SiO2玻璃的粘度最低。O/Si比值很高時(shí)，粘度按Li2O-Na2O-> K2O的順序遞減。3、在硅酸鹽玻璃中用非惰性氣體型陽離子取代惰性氣體型陽

8、離子玻璃的粘度將如何變化？可以降低玻璃的粘度。4、B-O的單鍵強(qiáng)度高于Si-O,為什么B-O玻璃的粘度卻低于Si-O玻璃？B-O的單鍵強(qiáng)度高于SiO,為什么B-O玻璃的粘度卻低于Si-O玻璃？結(jié)構(gòu)對(duì)稱性降低，玻璃的粘度下降。石英玻璃的粘度明顯大于硼氧玻 璃。這是由于SiO4四面體的對(duì)稱性高于BO3三角體的緣故。5、陽離子配位數(shù)的提高對(duì)玻璃的粘度有何影響？陽離子的配位數(shù)增大，玻璃的粘度提高。6、玻璃的粘度隨著溫度的提高如何變化？試舉一實(shí)例說明粘度-溫度曲線在玻璃制品生產(chǎn)中的作用。（必選）溫度上升，絡(luò)陰離子或硅氧四面體群解離變小，粘度降低.玻璃的粘度隨溫度 的上升按指數(shù)關(guān)系下降。玻璃的粘溫特性：玻

9、璃的粘度隨溫度下降而增大的特性是玻璃成形和 定形的基礎(chǔ)。例如：在高溫范圍內(nèi)，鈉鈣硅玻璃的粘度 隨溫度降低而增加很慢：在1000900C間粘度增加很快; 在低溫段，粘度變化又減慢。見粘度“溫度曲線。(1)短性玻璃(2)長性玻璃玻璃的成形溫度范圍；一般選擇在接近粘度-溫度曲線的彎曲處，以保證玻 璃具有自動(dòng)定形的某種速度。利用玻璃粘度的可逆行，可以在成形過程中多次加 熱玻璃，使之反復(fù)達(dá)到所需要的成形粘度，以制造復(fù)雜9.121、何謂蠕變？試簡述無機(jī)材料典型高溫蠕變曲線的階段特 點(diǎn)。當(dāng)對(duì)粘弾性休施加恒定壓力時(shí)，其應(yīng)支隨時(shí)間而増如 這種現(xiàn)象叫蠕支。（1）彈性形變階段（8段）：起始段，在外力作用下.發(fā)生瞬時(shí)

10、彈性形變，即應(yīng)力和應(yīng)變同 步；若外力超過試驗(yàn)溫度下的彈性極限，則g段也包括一部分塑性形變。（2）第一階段蠕變（訪段，蠕變減速階段幾其特點(diǎn)是應(yīng)變速率隨時(shí)間遞減,即比段的斜 率弘/毗隨吋間的增加愈來愈小，曲線越束越平緩，該階段持續(xù)時(shí)間較短。（3）第二階段蠕變（be段，穩(wěn)定蠕變階段）：此階段的形變速率最小，且恒定，也為穩(wěn)定 態(tài)轉(zhuǎn)變（特點(diǎn)星蠕變速率幾乎保持不變）。第三階段蠕變（cd段,加速蟻?zhàn)冸A段）,蠕變速率隨時(shí)間增加而快速增加,蠕變曲線 變陡，最后到d點(diǎn)斷裂。影響因素1溫度.應(yīng)力溫度升高，蠕變増大。這是由干溫度升高.位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和晶界錯(cuò)動(dòng)加快.擴(kuò)散 糸數(shù)增大。蠕變隨應(yīng)力增加而增大，若對(duì)材料施加壓應(yīng)力，則

11、增大了原變的阻力。2畐體的結(jié)構(gòu)；結(jié)合力越大，越不易發(fā)生蠕變，所以共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的材料具有好的抗蠕變性。3晶體的組成：組成不同的材料其瞬變行為不同。即使組成相同，單獨(dú)存在和形成化合物, 其蠕支行為不一樣。4顯微結(jié)構(gòu)：材料中的氣孔.晶粒.玻璃相等對(duì)蝶變都有影響。氣孔氣孔率增加蠕變率 增加。晶粒"晶粒越小，橢變率越大。玻璃相，玻璃相粘度越小，蠕變率伺加。2、請(qǐng)根據(jù)書上P26,表1.4中的數(shù)據(jù)，分析討論影響蠕變的 主要因素及機(jī)理（請(qǐng)將此題答案提交到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)）。9.221、求融熔石英的結(jié)合強(qiáng)度，設(shè)估計(jì)的表而能力為1.75J/m2; Si-0的平衡原子間距為1.6*10-8cm;彈性模蚩:為 75G

12、Pa°75*10?*1.751.6*10'lc= 28.64GPa2、融熔石英玻璃的性能參數(shù)為：E二73 GPa； Y=l-56 J/m2：理論強(qiáng)度oth=28 GPa<,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)。0cm2.14*1*10"c=l*ii0 (X =2E/2*73M°9n-56 = 0.26強(qiáng)度折減系數(shù)二1-0269/28=0. 99一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 um,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

13、為1.62MPa.m2a討論諸結(jié)果。(P86, 第5題)片=Z(7 =1. 98 b=0.8 18?1.9wcc=2mm = 0.818=1825 A/Rjc=0 049mm： q = 0518 / Jo.049 * 10, =116.58c=2um,6 = 0.818 /=577.0434、一陶瓷三點(diǎn)彎曲試件，在受拉面上于跨度中間有一豎向切口如圖。如果E=380Gpa,p=024, 求Klc值，設(shè)極限荷載達(dá)50Kg。計(jì)算此材料的斷裂表而能。(P8&第2題)解 c/W=0. 1,Pc=5O98N ,Ef10,，購耿0 代入下式:Kk =-2.9(40)12 一46(門廳)"+

14、21.8© F)門一 3 7.6(c/滬)"+3&7(°.5丁勺 B TT ' *50 * g R * 40一_-2.9*0嚴(yán)一46*0產(chǎn) + 218*0嚴(yán)一376*0嚴(yán)+387*0丫 210*0.010 八=62* (0. 917-0. 145十0 069-0. 012+0.0012)=1. 96*0. 83= 1. 63PamKJC =嚴(yán)Z7 = = (1.63*105)2 *0.94/(2*3S0*10；) = 3.28 "齊1-“2E試比較應(yīng)力、應(yīng)力強(qiáng)度因子及斷裂韌性KIC的區(qū)別。K：把分帝內(nèi)力在一.點(diǎn)的集度稱為應(yīng)力Kx.應(yīng)力強(qiáng)度

15、因子，是一個(gè)力學(xué)參量，表示裂級(jí)休中裂縱尖端的應(yīng)力場強(qiáng)度的大小，綜合反 映了外加應(yīng)力和裂紋位置、長度對(duì)裂紋尖端應(yīng)力場強(qiáng)度的影響，與裂紋類型有關(guān)，而和材料 無關(guān)；Kk：平面應(yīng)變斷裂韌性，是材料的力學(xué)性能指標(biāo)，決定于材料的成分.組織結(jié)構(gòu)等內(nèi)在因素, 而耳外加應(yīng)力及試樣尺寸等外在因素?zé)o關(guān)。9.26什么是裂紋的快速擴(kuò)展？陶瓷材料中裂紋產(chǎn)生和快速擴(kuò)展的原因是什么？有哪些防止裂 紋擴(kuò)展的措施?答：按照微裂紋腕斷理論材料的斷裂強(qiáng)度不果取決于裂紋的數(shù)量.而是決定于裂紋的 大小。裂級(jí)擴(kuò)展力：G = “IE，若c增加，貝IJ G變大，而 蘭旺 _%是常數(shù)。G審 壇大，釋欣出多余的能量，一方面使裂級(jí)擴(kuò)展加速，另一方面

16、能使裂2增菇，產(chǎn)生分支，形 咸更多的新表面。這就是裂紋的快速擴(kuò)展。裂紋產(chǎn)生的原因：由于晶休微觀結(jié)構(gòu)中存在快陷，當(dāng)受到外力忙屈時(shí)，在這些疑陷處就會(huì)引起應(yīng)力集中， 導(dǎo)敢裂級(jí)成核。（2）氣孔附近區(qū)城中存在的顯微結(jié)構(gòu)缺陷。通常氣孔不能單獨(dú)作為裂級(jí)來看待。當(dāng)氣孔處 于三交晶界處時(shí)，氣孔端部因?yàn)閼?yīng)力集中而產(chǎn)生的局部應(yīng)力有可能克服晶界間的結(jié)合力，從 而使晶界產(chǎn)生松動(dòng)，斷裂就有可能在這里發(fā)生。（3）夫雜導(dǎo)致的微開裂現(xiàn)象無機(jī)材料中的夾雜通常起掠于粉體的制備過程及成型過程。主 要源干夫雜物5基體間熱膨脹及彈性形變的失配，而產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，從而誘發(fā)出微裂紋。（4）由于熱應(yīng)力形成裂紋。畐粒在材料內(nèi)部取向不同.熱膨帳

17、系數(shù)不同，在晶界或相 界岀現(xiàn)應(yīng)力集中。高溫迅速冷卻.內(nèi)外溫度差引起熱應(yīng)力。溫度變化發(fā)生畠型轉(zhuǎn)變. 體積發(fā)生變化°（5）材料表面的機(jī)械損傷與化學(xué)腐蝕形成表面裂紋。防止裂紋擴(kuò)展的措他：使作用應(yīng)力不超過臨界應(yīng)力，裂紋就不會(huì)失穩(wěn)擴(kuò)展西材料中設(shè)置吸收能量的機(jī)構(gòu)阻止裂紋擴(kuò)展（1）陶蛙材料中加入塑性粒子或纖維2）人為地造成大量極微細(xì)的裂紋（小于臨界尺寸）能吸收能量，阻止裂紋擴(kuò)展影響斷裂韌性的因素有哪些？KIc是材料強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。內(nèi)在因素=成分、組織、結(jié)構(gòu)。外在因素=溫度T、 應(yīng)變速率E o般情況下.隨強(qiáng)度指標(biāo)的隆低而升菁 隨燙性指標(biāo)的隆低而辭低。通常人們認(rèn)為Kic是 塑性、韌性一類指標(biāo)，與

18、強(qiáng)度類指標(biāo)的變化規(guī)律相反。（綜合分析，展開）10.08什么是亞臨界裂紋擴(kuò)展？英機(jī)理有哪幾種？試結(jié)合書中P37頁圖3.23及P74頁圖3.24,說 明無機(jī)非金屬材料在高溫?zé)釅合?，裂紋緩慢擴(kuò)展的機(jī)理。（請(qǐng)將答案提交到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)） 指在低于材料斷裂韌性的外加應(yīng)力場強(qiáng)度作用下所發(fā)生的裂紋緩慢擴(kuò)展。機(jī)理有應(yīng)力腐蝕理垃在一定的環(huán)境溫度和應(yīng)力場強(qiáng)度因子作用下，村料中關(guān)鍵裂紋尖端處裂 紋擴(kuò)展動(dòng)力與裂紋擴(kuò)展阻力的比較，構(gòu)成裂紋幵裂或止裂的條件。宜腔機(jī)理 陶諜在高溫下長期賈力的作用時(shí)，晶界玻璃相的結(jié)構(gòu)帖度下降，由于該處的 應(yīng)力集中，晶界處于甚高的局部拉應(yīng)力狀態(tài)，玻璃相則會(huì)發(fā)生蠕變或粘性流動(dòng)，形變發(fā)生在 氣孔，夬層，

19、晶界層，耳至結(jié)構(gòu)缺陷中，形成空腔。空腔進(jìn)一步沿晶界方向長大、連通形成 次裂紋，與主裂紋匯合形成裂紋的緩慢擴(kuò)展。10.10如何提髙陶瓷材料的強(qiáng)度和韌性？試簡述其增韌機(jī)理。扌是高無機(jī)材料強(qiáng)度，改進(jìn)材料韌性，從消除缺陷和阻止微裂紋發(fā)展著豐。裂紋偏轉(zhuǎn)増韌：在擴(kuò)展裂紋尖端應(yīng)力場中的増強(qiáng)體會(huì)導(dǎo)致裂紋發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而干擾應(yīng)力場， 導(dǎo)致基體的應(yīng)力遲度降低，起到阻礙裂紋擴(kuò)展的作用；而且裂紋的擴(kuò)展路徑増長，裂紋擴(kuò)展 中需消耗更多的能量，從而起到増韌的作用。裂級(jí)橋接増韌：對(duì)于特定位向和分布的纖維，裂紋很難偏轉(zhuǎn)，只能沿著原來的擴(kuò)展方向繼 續(xù)擴(kuò)展。這時(shí)緊靠裂紋尖端處的纖維并未斷裂，而是在裂紋兩岸搭起小橋，使兩岸連在一起。

20、 這合在裂紋表面產(chǎn)生一個(gè)壓應(yīng)力，以抵消外加應(yīng)力的作月，從而使裂級(jí)難以進(jìn)一步擴(kuò)屣，fe 到增韌作用。彌散增韌s在基體中滲入具有一定顆粒尺寸的微細(xì)粉料達(dá)到增韌的效果。相變?cè)鲰g：利用多晶多相陶姿中某些相咸份在不同溫度的相變.從而増韌的效果。夏増韌機(jī) 理包括應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g、微裂紋増IWo 1 一應(yīng)力誘導(dǎo)相變?cè)鲰g：當(dāng)村料中存在亞穩(wěn)的四方 畐相ZM2時(shí)，材料在承載過程中，由于應(yīng)力誘MZrO2由四方相轉(zhuǎn)變成單斜相，相變過程中 會(huì)吸收犬堇能堇，從而可以使裂紋尖端應(yīng)力集中程度降低；2.微裂紋和相變伴隨的體積的改 變?cè)诹鸭y面兩個(gè)開裂面施加了壓應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展阻力提髙，使裂紋閉合，不易擴(kuò)展，材 料的強(qiáng)度和斷裂韌

21、性大幅度提高。10.13何謂熱容？影響熱容的因素有哪些？熱容為使物體溫度升高1K所需要的外界提供的能量，熱容與物質(zhì)的性質(zhì)、所處的狀態(tài)及傳遞熱量的過程有關(guān)，并同物質(zhì)系統(tǒng)的質(zhì)量成正比。10.171、熱膨脹的本質(zhì)是什么？試用非簡諧振動(dòng)理論解釋熱膨脹機(jī)理。熱膨脹的本質(zhì)是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的非簡諧效應(yīng)。質(zhì)點(diǎn)在平衡位置兩側(cè)時(shí)所分別收到的力并不對(duì)稱，在這樣的受力惰況下，質(zhì)點(diǎn)的平衝位萱要 偏移，從而導(dǎo)致相鄰質(zhì)點(diǎn)間平均距離増加，以致晶胞參數(shù)增大，宏觀上便表現(xiàn)為晶體的熱膜2、試簡述影響熱膨脹性能的主要因素及影響規(guī)律。1和結(jié)合能、熔點(diǎn)的關(guān)系：質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力強(qiáng)，升高相同的溫度時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的振幅増加的較少， 平均位置的位移增量增加得相

22、應(yīng)較少，熱膨脹系數(shù)也較小。由于單質(zhì)的熔點(diǎn)與周期耒存在一 定的規(guī)律性，所以熱膨聯(lián)系數(shù)與周期姦也相應(yīng)的關(guān)系。2耳溫度.熱容的關(guān)系：溫度，熱容越高，熱應(yīng)脹系數(shù)越大3與結(jié)構(gòu)的關(guān)系：結(jié)構(gòu)緊密的固體，膨脹系數(shù)大，反之，膨脹系數(shù)小。固體結(jié)構(gòu)疏松，內(nèi)部 空隙較多，當(dāng)溫度升高，原子振幅加大，原子間距離増加時(shí)，部分被結(jié)構(gòu)內(nèi)郃空隙所容納， 宏觀膨脹就小。10.24 (1)仁試分析固體材料導(dǎo)熱機(jī)理及影響熱導(dǎo)率的因素有哪些？固體中的導(dǎo)熱主要是由晶格振動(dòng)的格波和自由電子的振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。金鬲 含有大量的自由電 子，而貝電子的質(zhì)量很輕，所以能迅速實(shí)現(xiàn)熱傳遞。因此金屬一頰都有較大的熱導(dǎo)率。晶格 振動(dòng)對(duì)金屬導(dǎo)熱的貢獻(xiàn)是枕要的。非金

23、屬晶休：自由電干很少，畐格振動(dòng)是它們的主要傳熱 機(jī)構(gòu)。影響因素，1 溫度的影響2兒微結(jié)構(gòu)的影響3化學(xué)組成的影響也復(fù)相材料的熱導(dǎo)率5 氣孔的影響2、為什么金屬材料有較大的熱導(dǎo)率，而非金屬材料的導(dǎo)熱不如金屬材料好？金屆含有大量的自由電子，而且電子的質(zhì)量很輕，所以能迅速實(shí)現(xiàn)熱傳遞。因此金屆一般都 有較大的熱導(dǎo)率。晶恪振動(dòng)對(duì)金屬導(dǎo)熱的貢獻(xiàn)是次要的。而非金層材料呂曲竝沁晶掘 振動(dòng)是它們的主要傳熱機(jī)構(gòu)。I a | .3、畫圖說明并解釋晶體和非晶體導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化規(guī)律的不同。1. 非晶體的熱導(dǎo)率在所有溫度下逗逼畐體小，這主要是因?yàn)榉蔷w的|廠聲子平均自由程在絕大多數(shù)情況下都比晶體的小的多。上22. 晶體和

24、非晶體材料的熱導(dǎo)率在高溫時(shí)比較接近，這是因?yàn)楫?dāng)泯度升C點(diǎn)或f點(diǎn)時(shí)，晶體的聲子平均自由程已減小到下限値。3. 非晶休熱導(dǎo)率曲線與晶體熱導(dǎo)率曲線的區(qū)別是前者沒有熱導(dǎo)率的峰值m點(diǎn)m s. B m卻ft10.24 (2)1、康寧1723玻璃(硅酸鋁玻璃)具有下列性能參數(shù)：入=0.021J/(cm.s.即; a=4.6*lO-6/0;af=7OMPa.E=67GPa，n=O.25. 第一及第二熱沖擊斷裂抵抗因子。解： 送 _ °(1 一“)="X (1-0.25>(4.6 X 10-6 X 6700)=170.3 °C=-2? =/U? =2.1 x 170.3 C=

25、358 J/m-s2、一熱機(jī)部件由反應(yīng)燒結(jié)氮化硅制成，其熱導(dǎo)率X=0.184J/(cm.s.l3),最大厚度=120mm.如果 表而熱傳遞系數(shù)h=0.05 J/(cm2.s.0),假左形狀因子S=l,估算可茲應(yīng)用的熱沖擊最大允許溫差。幾=R'Sx - =547*0.184=1082. 4°C0.3lr h0.31*6*0.05w3、什么是抗熱震性，如何表示陶瓷材料的抗熱箴性？試簡要說明提高陶瓷材料的抗熱沖擊 斷裂性能的主要措施?？篃犰Z性指材料承受溫度的急劇變化而不致破壞的能力，又稱為熱穩(wěn)定性。誦過抗熱沖擊斷裂因子表示陶途材料的抗熱靂性。提高措施（以 揑高材料強(qiáng)度CT 減小彈性

26、®E.使a/E扌昱高提高材料的柔制性.旋吸收較多的彈性應(yīng)變能而不致開裂，握高了加穩(wěn)定性。（2人涯高材料的熱導(dǎo)率入;（3人堿小材料的熱膨脹系數(shù)a ；（生）、堿小材料的裘面熱傳遞系數(shù)5（5）.減小產(chǎn)品的有效厚度。10.271、請(qǐng)畫岀測(cè)量試件表面電阻率和體積電阻率的接線電路圖及計(jì)算方法。2、載流子的遷移率的物理意義是什么？是表征載流子在電場作用下加速運(yùn)動(dòng)快慢的一個(gè)物理量 電導(dǎo)率的微觀本質(zhì)是什么？a =乞6 = 工 mq屮;該式反映電導(dǎo)率的微觀本質(zhì)，即宏觀電導(dǎo)率0與微觀載流子 的濃度n,每一袖饑流子的電荷量Q以及每種載流子的遷移率的關(guān)系。10.271、什么叫晶體的熱缺陷？有兒種類型？寫出其濃

27、度表達(dá)式？晶體中離子電導(dǎo)分 為哪兒類？由于晶體中的原子（或離子）的熱運(yùn)動(dòng)而造成的缺陷稱為熱缺陷弗侖克爾缺陷N$ = Nexp- Ef/2kT 肖特基缺陷弘=N芬pj E5/2kT）分為2類；本征電導(dǎo)；晶體點(diǎn)陣中離子的運(yùn)動(dòng)。（高溫下為主）雜質(zhì)電導(dǎo)：雜質(zhì)離子是弱聯(lián)系離子。（低溫下為主）2、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:lgo=A+B/T（1）試求在測(cè)量溫度范圍內(nèi)的電導(dǎo)活化能表達(dá)式。若給定 Ti=500K, ai=W9 (Q cm尸：T2=1000K, 02=10*6 (Q cm尸，計(jì)算電導(dǎo)活化能的值。解:(1)(7=i(yj+5，nliicr = (

28、+ -B/7*)lnlOcr = eu+5；ninl°lnlCJ (lnlC.B T)2rC*=AleuyW= hllOER式中 k=O.84*10*2"&)(2) lglO-9 =4 +引 500lglO-6 = A+E/l 0 0 0B-3000W=-hiJ0. (-3) *(?. 861 O'4 500=5.94104 500=0.594e V10.311、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：n=Nexp(-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。試回答以下問題：(1) 設(shè)

29、 N=1023cm*3/k=8.6w*10-5eV.K1 Si(Eg=l.leV)/TiO2(Eg=3.0eV)在室溫(200) 和5000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Q (Q.cm*1)可表示為:a=nen式中n為載流子濃度(cm'3) , e為載流子電荷(電荷1.6*10'190 為遷移率 (crrP.V-i.s-i)當(dāng)電子(e)和空穴(h)同時(shí)為載流子時(shí)，假定 Si 的遷移率 pe=1450 (cm2.riD , ph=500 (cm2.V'1.s'1),且不隨溫度變 化。求Si在室溫(200)和5000時(shí)的電導(dǎo)睪。解： S

30、i20cCt?= 1023 expGl. 1/(2* 8.6* IO-5 * 298) = 102e'21s-3. 321013cm-3500°Ct? = 102S exp(l.1/(2*8.6* IO-5 *773) =1023*e'8=2.55*1019 cmTiO220CC 7? = 1023 expG3.0/(2 * 8.6* 10-5 * 29S)cm =1.4*105005C t? = 1023 expG3.0 /(2 * 8.6 H O'5 * 7 73)"cm =1.6*10(2) 20 C(7= neee + nhepih=3. 3

31、2*1013*l. 6* 10'19 (1450+500)=1.03的.曲)5O0C=八£山+ %侖禺=2.55*1019*l. 6*10"(1450+500)(Q=? J)2、用固體能帶理論說明什么是導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體。根捋能帚瑾論.晶體中并非所育電子.也井菲聽有掙價(jià)電子篆笏與導(dǎo)電.只有導(dǎo)帝中的變子 或價(jià)帝頂部的空穴才能參與導(dǎo)電；從下陰可次看岀，導(dǎo)癢中導(dǎo)帝和價(jià)希之瓦沒有禁區(qū).旦子進(jìn)入導(dǎo) 帝不需妾能量因而導(dǎo)邑電子的濃皮很大，在絕縫體中價(jià)韋和導(dǎo)期隔者一個(gè)室的菇芾&電子由價(jià) 帝到導(dǎo)蒂譽(yù)要外界供$能盤便巨子激發(fā).實(shí)現(xiàn)巨子由價(jià)菴召導(dǎo)苓的秋遷.因而通當(dāng)導(dǎo)菴中導(dǎo)巨電

32、子濃度很小.“vz y第休we"如/第五章1、一入射光以較小的入射角i和折射角I通過一透明明玻璃板,若玻璃對(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其折射光又從玻璃與空氣的另一界面射入空氣W W有一材料的吸收系數(shù)a=032cmJ透明光強(qiáng)分別為入射的10%, 20%,50%及80%時(shí)，材料的厚度各為多少?解:-1110,10.32-In 0,20.3 25.03c阻工-lnQ.503 22.17c w-In 0.8=0.32=Q.69 7cm什么材料傳播最長波長的紅外輻射？是MgO, SrO, BaO?由)可知，要便諧振點(diǎn)的披長盡可能遠(yuǎn)離可見光區(qū)，即吸收峰處的頻率盡可能

33、小，則需要'較小的材料熱霍頻率r,即材料在課件光區(qū)的透過范圍大，而這就要求材料的離 子間作用力小,陽離子和陰離子質(zhì)量大，即B小,Me與Ma要大，對(duì)于MgO, SrO,BaO,它們 都是離子鍵結(jié)合，但Ba，半徑最大，因此Ba貉與0。之間的作用力相對(duì)較小，即R值較小，又 因?yàn)橄啾萂g, Sr, Ba離子質(zhì)量最大，即Me最大,因此，總的來說,BaO材料的r最小，因而 能傳播最長波長的紅外輻射。4、試說明氧化鋁為什么可以制成透光率很高的陶瓷，而金紅石則不能。 答：主要熒晶粒排列方向的影響嚴(yán)重：如果材料中存在雙折射現(xiàn)象，則與晶軸成不同角度的 方向上，折射率不相同。在多晶材料中，晶粒的不同取向均產(chǎn)生反射及散射損失。如以兩個(gè) 相鄰晶粒的光軸相互垂直加以討論分析。設(shè)光線沿左晶粒的光軸方向射入，則在左晶粒中只 存在常光折射率，右晶粒的光軸垂直于左晶粒的光軸，也就垂直于晶界處的入射光，由于収 折射現(xiàn)象，還有非常光折射率存在。兩晶粒的相