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1、材料结构与性能习题第一章1、一5cm长的圆杆，直径2.5m,承受的轴向拉力4500N。如直径拉细成2.mm，问:1) 设拉伸变形后,圆杆的体积维持不变,求拉伸后的长度;2) 在此拉力下的真应力和真应变;3) 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。、举一晶系,存在S143、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%的Al2O3(E30GP)和5的玻璃相（E=4G），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，分别表示出应力弛豫与时间的关系和应变弛豫和时间的关系。并注出：t,t=以及（或)
2、时的纵坐标。6、一Al2O3晶体圆柱(图12)，直径m，受轴向拉力 ,如临界抗剪强度c=130Ma,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17/;i的平衡原子间距为1108m；弹性模量值从60到75Pa。2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=7GPa;=.5J/m；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=3
3、80GPa，=0。，求Kc值,设极限载荷达0。计算此材料的断裂表面能。、一钢板受有长向拉应力35 MPa,如在材料中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺陷,长8m(=2)。此钢材的屈服强度为100Pa,计算塑性区尺寸r0及其与裂缝半长的比值.讨论用此试件来求c值的可能性。 、一陶瓷零件上有以垂直于拉应力的边裂,如边裂长度为:mm;049m;2m,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 MPa2。讨论诸结果。、画出作用力与预期寿命之间的关系曲线.材料系ZA陶瓷零件,温度在900,Kc为10MPa,慢裂纹扩展指数40，常数A=1-,Y取。设保证实验应力取作用力的两倍。8、按照本章
4、图228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：82,784,866，884,84,89，15,92，922,927,94,102以及023MP.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(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。、康宁12玻璃（硅酸铝玻璃)具有下列性能参数：0.01J/(cm）；4。60/;p=。0gm2,E=670kg/mm2,=.5。求第一及第二热冲击
5、断裂抵抗因子.、一热机部件由反应烧结氮化硅制成，其热导率=0.18(cm）,最大厚度=120mm.如果表面热传递系数=0.5 J/(cm2s)，假设形状因子=1，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）2。设玻璃对光的衰减不计。、一透明L2O3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5，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5mm,厚度d=m,电极尺寸如图。55所示:D126m,2=3mm,D3=48mm，另一面为全电极采用直流三端电极法进行测量（1)
6、请画出测量试件体电阻率和表面电阻率的接线电路图。(2)若采用500直流电源测出试体的体电阻为250M,表面电阻为50,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:(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=5K，109(T1100K,16（ 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:=exp（/2k）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=1023cm3,=8.605V-1时,i（Eq=。eV），
7、TiO2（Eq=。0e)在室温(20)和5时所激发的电子数（cm3)各是多少？(2)半导体的电导率(-1c)可表示为ne式中为载流子速度(cm-3）,e为载流子电荷（电子电荷1。61019C),为迁移率(mV1s1）。当电子(e)和空穴（h)同时为载流子时，neenhh假设S的迁移率e=140（cm2V1-），h=500（cm-1s-),且不随温度变化。试求Si在室温和在5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能级E的允许状态几率(E)为： f（）=1+exp（E)/kT1EF为费米能级，它是电子存在几率为1/的能级。 如图5.5所示的能带结构,本征半导体导带中的电子浓度
8、n，价带中的空穴浓度分别为 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.（2)当mm*时，Ef位于能带结构的什么位置。通常mh*，f的位置随温度将如何变化。 (3）令=p=,Eg=EcEv，试求n随温度变化的函数关系(含Eg的函数）. (4）如图5。56所示,施主能级为E,施主浓度为ND,Ef在Ec和ED之间，电离施主浓度D为: 若nD，试写出Ef的表达式。当=0时,Ef位于能带结构的什么位置。 (5）令n=D=,试写出n随温度变化的关系式。5、（）根据缺陷化学原理，推导iO电导率与氧分压的关系。 （)讨论添
9、加AL2O3对NO电导率的影响,并写出空穴浓度与氧分压的关系、（1)根据化学缺陷原理推导ZnO电导率与氧分压的关系。 （)讨论AL23,2O对Zn电导率的影响。7、n结的能带结构如图5.7(a)所示，如果只考虑电子的运动,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（饱和电流I0）与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/T)式中A为常数,当-n结上施加偏压V，能带结构如图57(b）,势垒高度为(VdV). 求:(1）此时的扩散电流I的表达式 (2)试证明正偏压下电子产生的静电流公式为 =0ep(kT) (
10、3）设正偏压为V1时的电流I1,那么,电压为2V1时,电流为多少(用含I的函数表示)？ ()负偏压下,施加电压极大时（V），的极限值为多少？但是实际当施加电压至某一值（B）时，电流会突然增大,引起压降，试定性描绘pn结在正负偏压时的V-I特性。第六章、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*cm*0。5cm的陶瓷介质,其电容为4-6F,损耗因子tg为00.求:（1)相对介电常数; （2）损耗因素。3、镁橄榄石(Mg2SO)瓷的组成为45%SiO2,%Al2O和50%MgO,在10烧成并急冷（保留玻璃相)，陶瓷的r=5。4由于MgSiO
11、4的介电常数是6。，估算玻璃的介电常数r。（设玻璃体积浓度为M2SiO4的/2)。4、如果A原子的原子半径为的两倍，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2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BaTi 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。、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FeO4时,Cd离子仍然保持正型分布，试计算下列组成的磁矩:xe3,当（)0，（b)x=。1,（c）=.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： MF2O Coe2O4 n0.2Mn。8Fe2O43、 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?
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