材料物理与性能-耿桂宏-课后答案[1-10章

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1、习题答案第一章：1.1试阐述经典热容理论、爱因斯坦量子热容理论及德拜热容理论，并说出它们的不同之处。答：经典热容理论：杜隆－珀替把气体分子的热容理论直接应用于固体，并用统计力学处理热容。晶体摩尔热容为常数。爱因斯坦量子热容理论：爱因斯坦把晶体中原子看成是具有相同频率、并在空间自由振动的独立振子。引用了晶格振动能量量子化即声子的概念。德拜量子热容理论：格波的频率有一定分布，即不为常数。德拜考虑到低温下只有频率较低的长声学波对热容才有重要的贡献，可用连续介质中的弹性波来描述。1.2阐述金属热容与合金热容的特点。Lecc答：包括点阵振动引起的热容V和电子热容

2、V。一般情况下，常温时点阵振动贡献的热容远大于电子热容，只有在温度极低或极高时，电子热容才不能被忽略。金属及合金发生相变时，会产生附加的热效应，并因此使热容（及热焓）发生异常变化。按照变化特征主要可分为一级相变、二级相变、亚稳态组织转变等情况。1.3证明理想固体线膨胀系数和体膨胀系数间的关系。答：见文中（1－43）～（1－47）。1.4简述影响膨胀系数的因素。答：膨胀系数与温度、热容、质点间的结合能、熔点以及物质的结构都有关系。1.5为什么导电性好的材料一般其导热性也好？答：固体中的导热主要是由晶格振动的格波和自由运动来实现的。导电性好的材料有大量的自

3、由电子，而且电子的质量很轻，能够迅速地实现热量的传递。因此，导电性好的材料一般导热性也好。1.6一级相变、二级相变对热容有什么影响？答：一级相变伴随相变潜热发生，若为恒温转变，在相变时伴随有焓的突变，同时热容趋于无穷大，但是二级相变则没有相变潜热，但热容有突变。1.7何谓热应力？它是如何产生的？请以平面陶瓷薄板为例说明热应力的计算。答：不改变外力作用状态，材料仅因热冲击在温度作用下产生的内应力叫热应力。其产生和计算见文中1.5.2节。1.8何谓差热分析（DTA）法？差热分析法与普通热分析法有何不同？在DTA基础上发展起来的差示扫描量热（DSC）法与DT

4、A有何不同？答：DTA是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差随温度变化的一种技术。差热分析反映的是物质在受热或冷却过程中发生的物理变化和化学变化伴随着吸热和放热现象。如晶型转变、沸腾、升华、蒸发、熔融等物理变化，以及氧化还原、分解、脱水和离解等等化学变化均伴随一定的热效应变化。（见1.6.2和1.6.3）。1.9简述纳米材料在热学性能上与常规材料的不同，并请解释其原因。答：由于纳米材料与常规粉体材料相比，纳米粒子的表面能高，表面原子数多，这些表面原子近邻配位不全，活性大，因此，其熔化时所需增加的内能小得多，这就使得纳米粒子熔点急剧下降。又纳米

5、粒子尺寸小，表面能高，压制成块材后的界面具有高能量，在烧结中高的界面能成为原子运动的驱动力，有利于界面附近的原子扩散。因此，在较低温度下烧结就能达到致密化目的。第二章2.1纯金属晶体中主要点缺陷类型是什么？这些点缺陷对金属的结构和性能有何影响？答：纯金属晶体中主要点缺陷类型有热缺陷和杂质原子缺陷。热缺陷又包括弗伦克尔缺陷、肖脱基缺陷和晶体表面上的原子跑到晶体内部的间隙位置形成填隙原子缺陷三种；杂质原子缺陷又包括替位杂质缺陷和间隙杂质缺陷二种。（1）填隙原子和肖脱基缺陷可以引起晶体密度的变化，弗伦克尔缺陷不会引起晶体密度的变化；（2）点缺陷可以引起晶体电

6、导性能的变化；（3）点缺陷能加速与扩散有关的相变；（4）点缺陷可以引起晶体光学性能的变化；（5）点缺陷可以引起晶体比热容的“反常”；（6）点缺陷可以影响金属的强度；2.2什么叫色心？它有哪些种类。答：能吸收可见光的点缺陷称为色心。色心的种类有F心、V心、M心和R心等，其中F心是最常见的色心。2.3试比较刃型位错和螺型位错的异同点。答：位错滑移对于刃型位错和螺型位错的不同之处在于，在刃型位错的滑移过程中，原子的滑移方向、位错线的运动方向和外加应力方向三者是平行的；而在螺型位错的滑移过程中，原子滑移方向与外加应力方向相同，而与位错线运动方向垂直。2.4举出

7、一个实例说明位错对材料物理性能的影响。答：位错的滑移与晶体的范性形变；位错对金属强度的影响；位错对材料的电学、光学性质的影响；位错对扩散过程的影响；位错与晶体生长；位错与固体内耗。2.5金属淬火后为什么会变硬？答：淬火就是将工件在水中或其它介质中快速冷却的一种方法。由于高温使金属原子的运动加速，所以原子在金属晶体中非常活跃，突然使金属冷却，使得原子没有到达正常格点位置就停止了运动，从而使得原子的排列出现紊乱，阻止了位错的滑移（使位错的滑移变得困难），对于塑性形变表现出更大的抵抗力，大大提高了材料的硬度。第三章3.1解释下列名词：（1）弹性比功；（2）塑

8、性、脆性和韧性；（3）穿晶断裂和沿晶断裂；（4）布氏硬度、洛氏硬度及维氏硬度；（5）疲劳、磨损