09102评分标准A、B.doc

山东轻工业学院09/10学年第2学期《材料性能》期末考试 （A 卷） 答案 一、改正下列专业术语（10分） 1、正确 2、正确 3、极化强度 单位体积中电偶极矩的矢量和。 4、介质损耗 电介质在电场作用下，单位时间内消耗的电能。 5、色散 随入射光的频率减小而减小的性质。 二、钴原子的原子序数是27，其未被抵消的自旋磁矩是多少？（一个电子的自旋磁矩近似等于一个玻尔磁子μB。）（10分） 写出钴原子的核外电子排布，1s22s22p63s23p63d74s2，除3d子层外，各层均被电子添满，自旋磁矩被抵消。根据洪特规则，电子在3d子层中应尽可能填充到不同的轨道，并且自旋尽量在同一方向上。因此5个轨道除两个必须添入2个电子外，其余3个轨道均只有一个电子，且这些电子的自旋方向平行，因此总的自旋磁矩为3μB。 要点：1.核外电子排布 2.3D电子排布简图↑ ↑ ↑ ↑↓ ↑↓及其说明 3. 答案3μB。 三、有一构件，实际使用应力为1.3GPa，现有以下两种钢材待选：甲钢，σys = 1.95GPa，KIC =45MPa·m1/2；乙钢，σys = 1.56，KIC =75 MPa·m1/2。设几何形状因子Y=1.5，最大裂纹尺寸2C=2 mm。试问应该选择哪种钢材？为什么？（15分） 见教材51页例题。说明两种方法得出截然相反的结果。按照断裂力学的观点选材，既安全可靠，又能充分发挥材料的强度，合理使用材料。而按照传统观点，片面追求高强度，其结果不但不安全，而且还埋没了乙钢这种非常合用的材料。 答案要点：1．传统方法计算；2.断裂力学计算；3.裂纹半长；4.强度高未必安全；5.两种方法对比讨论。 四、.在锗单晶中渗入十万分之一的砷原子，可使锗的导电能力大幅度增加，请画出能结构简图，说明形成了何种半导体。有何应用？（15分） 五价的砷与锗形成共价键时多余一个电子，即提供一个施主能级，此能级离导带底很近，只差0.05eV，比满带中的电子容易激发的多，形成电子导电，使导电能力大大增加。掺入施主杂质的半导体称为n-型半导体。 在此材料表面产生氧气吸附反应，氧气得到电子，使半导体表面空间电荷层中的载流子浓度减小，形成耗尽层，因此表面电导率降低。 答案要点：1.能带结构简图中附加能级正确；2. 简要描述形成n-型半导体过程,；3.负电吸附，电导率降低。4.气敏元件 五、计算石英玻璃和Al2O3 陶瓷能够承受的临界淬冷温差（假定Biot 模数β→∞）。讨论临界淬冷温差△Tc的意义及△Tc出现差异的主要原因。（本题满分15分） 根据热应力大于等于材料强度时，材料发生热震破坏原则，由于假定Biot 模数β→∞，可以由σC=E α ΔTC计算出两种材料的临界淬冷温度差。临界淬冷温差表示在此温差下，材料中产生的热应力达到了材料的强度，材料产生断裂破坏。是材料可以承受的最大淬冷温差，可以表明材料抗热震性能的优劣。氧化铝和石英玻璃出现差异的原因主要与膨胀系数有关系，得出低膨胀材料抗热震性能好的结论。 可以进一步拓展讨论导热系数的作用。 要点：1.临界淬冷温差的概念；2.计算过程及其结果；3.低膨胀材料抗热震性能好。 六、判断题（10分） 1.错误 2.错误 3.正确 4.错误 5.正确 6.正确 7.正确 8.正确 9.正确 10.错误。 七、分析比较金属材料与石英玻璃、石英陶瓷的透光性。（10分） 金属材料不透光，石英玻璃的透光性大于石英陶瓷的透光性。 由于金属材料对光的吸收系数达到几万甚至几十万，实际上金属材料是不透明的；无机材料的吸收系数仅为很小的数量级10-2。吸收系数的差异可以用禁带宽度的大小来讨论。同一种材料的透光性取决于材料对光的散射及表面反射。 石英陶瓷和玻璃属于同一材质，可以认为吸收系数相等，因此两者透光性的大小只要比较对光的反射和散射损失的能量即可。 玻璃是无定形结构，折射率比晶体小，反射系数，由此造成的反射损失比晶体小，透光性最好；石英陶瓷属于多晶体，除了因反射系数大造成反射损失大以外，还存在晶界反射损失，由于晶界数量巨大，造成了光的散射，其透光性比玻璃差。 要点：1.金属材料没有禁带，无机材料禁带宽度大，是造成吸收系数产生巨大差异的原因；1.透光顺序；2.讨论折射率对反射的影响；3.散射的影响 八、概念、原理清楚，提出的主要改进措施合理，了解该性能的一种应用。（15分） 山东轻工业学院09/10学年第2学期《材料性能》期末考试 （B卷 ） 答案 一、改正下列专业术语 （20分） 1、正确 2、正确 3、错误 应力弛豫是指施加恒定应变，应力将随时间而减小的现象。