年试题答案

四川大学期末考试试题（A）（2006——2007学年第下学期）课程号：30014530课序号：0-5课程名称：材料科学与工程基础适用专业年级：高分子材料与工程2005级学生人数：400印题份数：420学生姓名：学号：任课教师：成绩：一、判断下列说法是否正确，如果你认为是正确的，请在括号内填（T），反之，则填（F）。（15分）1、.陶瓷、多数玻璃和结晶态聚合物的应力-应变曲线一般表现为纯弹性行（T）2、玻璃化转变温度是非晶态塑料使用的下限温度。（F）3、对同一材料进行拉伸实验时，其屈服强度与拉伸强度在数值上是一样的。（F）4、脆性-韧性转变过程中，提高加载速率起着与降低温度类似的作用。（T）5、疲劳破坏是由于裂纹扩展引起的。（T）6、黄铜比紫铜具有更高的电导率。（F）7、电介质的相对介电常数等于介质的电容率除以真空的电容率（T）8、淬火方法可以提高结晶性聚合物的透明性。（T）9、塑性形变的滑移面是晶体结构中原子排列最密的晶面（T）10、金属银吸收了全部可见光而显银白色（F）11、Thelargertheinter-atomicbondingenergy,thelowerthecoefficientofthermalexpansion。（T）12、PE可以用作高频绝缘材料。（T）13、自由电子在任何情况下都具有导电性（F）14、绝缘材料的能带结构中禁带宽度一般大于5eV（T）15、铁磁性来源于原子内部存在永久磁矩（F）二、多选题（15分）学号：姓名注：1、试题字迹务必清晰，书写工整。本题6页，本页为第1页2、题间不留空，一般应题卷分开。教务处试题编号3、务必用A4纸打印1、对各向同性材料，应变的三种基本类型是（A）Atension,shearandcompression；Btension,shearandtorsionaldeformation；C.tension,shearandflexuraldeformation2、光通过材料的透射光的强度可用式（C）表示A、IORB、IOе-αxC、IO（1-R）2е-αx3、铁氧体Fe3O4属于反尖晶石结构（B）A、A2+B23+O4B、B3+（A2+B3+）O44、超导体在超导临界温度Tc以下，具有（AB）A完全的导电性B完全的抗磁性5、影响金属导电性的三个外界因素是(ACD)A、温度B、湿度C、杂质D、塑性形变6、、从原子的电子结构分析，铜、银和金属等属于下图中哪一种能带结构。(A)A.B.CD本题6页，本页为第2页教务处试题编号学号：姓名7、按照粘附摩擦的机理，摩擦系数的大小取决于材料的（C）。A.剪切强度和拉伸强度；B.剪切强度和断裂强度；C.抗压强度和剪切强度；D.硬度和断裂强度8、影响tgδ的因素主要包括五个方面（abd）a分子结构、温度b多相体系、交变电场频率c温度，原子的电子结构d小分子及杂质，9、白川英树等人发现并发展导电聚合物，于B年获诺贝尔奖。A、2000物理B、2000化学C、2001化学D、2001物理10、表征超导体性能的三个主要指标是（b）a.Tc，Hc，Icb.Hc，Tc，Jcc.Jc，Hc，Ic11、由于空气中含C左右的氧，故氧指数在以下属易燃材料；至为难燃材料，具有自熄性；以上为高难燃性材料。a.22，22，22，27，27b.21％，22％，22％，27％，27％c.21％，22，22，27，2712、下列哪个不适用于表征材料在拉伸力作用下的延性大小（B）A.Percentelongation；B.Stain;C.Percentreductioninarea13、电导率σ的量纲是(AB)A、Ω-1.m-1B、s.m-1C、Ω.m-1本题6页，本页为第3页教务处试题编号学号：姓名14、Paramagnetism,Diamagnetism,Ferromagnetism（A）A顺磁性,抗磁性,铁磁性B顺磁性,铁磁性,反铁磁性C铁磁性,抗磁性,,亚铁磁体D抗磁性,,亚铁磁体,顺磁性,15、虎克弹性体的力学特点是（B）A、小形变、不可回复B、小形变、可回复C、大形变、不可回复D、大形变、可回复三、填空（10分）（每空1分）1.写出两个无量纲性能参数的名称相对介电常数和磁化率。2.介质极化主要有三种类型电子极化、离子极化、和取向极化。3.根据电导率可将材料分为四类，超导体、导体、半导体和绝缘体。4.写出以下三个性能参数的量纲：击穿强度MV•m-1、磁导率H•m-1、热膨胀系数K-1。5.写出以下各性能参数之间的关系式模量E（K，ν）：E=3K(1-ν)磁化强度M（μr、H）：M=(μr-1)H7非晶态聚合物的三种力学状态为玻璃态、高弹态、粘流态。8列出阻止金属塑性变形的三种增强方法晶粒减小、固溶体、和应变硬化。本题6页，本页为第4页教务处试题编号学号：姓名四、作图题（10分）1、画出钢、铸铁、陶瓷、橡胶、聚乙烯、聚苯乙烯、固化的酚醛树脂（电木）、玻璃、Al2O3、碳纤维复合材料的应力-应变曲线示意图。（5分）该题每条曲线0.5分，只要能示意就可。关键是区分弹性和非弹性。2、画出磁滞回线示意图（5分）该题共5分，画出曲线示意图得4分；标注再得1分五、简述题（15分）1、请从材料组成和结构出发，讨论温度对材料力学性能和电学性能的影响。（10分）金属材料的弹性模量随温度的升高而下降。（1.5分）无机非金属材料的弹性模量在Tg以上随温度的升高略有降低，达到玻璃相的熔点后，模量降低。（1.5分）非晶态聚合物的力学性能在不同的温度下分为玻璃态，高弹态和橡胶态。（1.5+H+B-H-B-HcBr铸铁钢陶瓷、玻璃Al2O3碳纤维复合材料电木聚乙烯橡胶聚苯乙烯分）晶态聚合物在Tg以上，Tm以下，模量下降不大。在Tm以上模量下降迅速。（1.5分）2、改善高分子材料的阻燃性一般有哪些方法？并从原理上予以说明。(5分)方法有：1：改进结构和组成，提高热稳定性。引入卤族、磷、氮等元素。（2.5分）2：添加阻燃剂和无机填料。可以起到吸收热量，降低温度和隔离氧的作用。（2.5分）六、计算题（35分）1、Assumesteady-stateheatflow，calculatetheheatlossperhourthroughasheetofcopper10mmthickiftheareaofthecopperis0.3m2,andifthetemperaturesatthetwofacesare300℃and150℃,λ=398W/m·K。Calculatetheheatlossperhourifcopperisusedandthethicknessisincreasedto20mm.（9分）q=A(T1-T2)/d（列出公式得3分）d=20mm.q=398W/m·K×0.3m2×（300－150）/0.002m=8955KW(1分)Q=q×A×3600s/1h(2分)=8955KW×0.3×3600s/1h=9.67×106KW/h（1分）Heatlossperhouris9.67×106KW/h2.ThemobilityforFe2+ioninFeOat1000Cis8.7×10-10m2/V-s.Attemperaturesbetween775Cand1100C,thepre-exponentialforthediffusioncoefficientofFe2+inFeOis7.310-8m2/s,ComputetheactivationenergyforthediffusioncoefficientofFe2+inthesamecondition.（9分）R=8.314J/mol.K;k=1.38110-23J/K.=neD/(kT)（列出公式得2分）=2×D(8.6210-5ev/K×1273K)=8.7×10-10m2/V-sSoD=4.76×10-11m2/s(计算正确得2分)D=D0exp（-Qd/RT）(列出公式得2分)=7.3×10-8exp[-Qd/（8.314×1273]=4.76×10-11m2/sSoQd=102,000J/mol(计算正确得2分)activationenergyforthediffusioncoefficientofFe2+is102,000J/mol(回答正确得1分)3、玻璃的理论强度超过7000MPa。一块平板玻璃在70MPa弯曲张力下破坏。我们假定裂纹尖端为氧离子尺寸（即裂纹尖端曲率半径为氧离子半径，RO2-=0.14nm），问对应这种低应力断裂，相应的裂纹深度为多大？（7分σmax=σ0[1+2（a/ρ）0.5]=2σf（a/ρ）0.5（3分，写出公式得2分，公式转换得1分）7000=60[1+2（a/0.14）0.5]（2分）a=468nm，2a=936.5nm（1分）相应的裂纹深度a=476nm（1分）本题6页，本页为第5页教务处试题编号学号：姓名4、Acylindricalrod100mmlongandhavingadiameterof10.0mmistobedeformedusingatensileloadof27,500N.Itmustnotexperienceeitherplasticdeformationoradiameterreductionofmorethan7.5×10-3mm.Ofthematerialslistedasfollows,whicharepossiblecandidates?Justifyyourchoice(s).（10分）解：=F/A0=F/(d02/4)（写出公式得1分）=27500N/(3.14102mm2/4)=350MPa（代入数据计算正确再得1分）因此若没有塑性变形，从屈服强度来看，只有SteelalloyandTitaniumalloy才有可能。（说明得1分）另外：直径减少不大于7.510-3mm，则在直径方向的应变y=d/d0=7.510-3mm/10mm=7.510-4（写出公式计算正确再得1分）对于Steelalloy而言：v=-y/x,x=-y/v=7.510-4/0.27=0.00278（写出公式计算正确得1分）=E，E=/=350MPa/0.00278=126GPa,（写出公式计算正确得1分）因此若d0.0075mm,E必须大于126GPa，Steelalloy的E=207GPa，因此选择该合金材料合适。（进行说明得1分）对于Titaniumalloy而言：v=-y/x,x=-y/v=7.510-4/0.36=0.00208（写出公式计算正确得1分）=E，E=/=350MPa/0.00208=168GPa，（写出公式计算正确得1分）因此若d0.0075mm,，E必须大于168MPa，而该合金的E为107MPa，因此不合适。（进行说明得1分）说明：该题在计算时，还可以通过弹性模量和应力计算出纵向的应变，和直径方向（横向应变）得到泊松比，通过泊松比判断哪种材料合适，公式类似，只要计算正确也可以得到全分。本题6页，本页为第6页教务处试题编号