材料成型设备
一、填空题40分,共20小题,集中在二三四五章
1、曲柄压力机得组成:工作机构、传动系统、操作机构、能源部分、支撑部分、辅助系统。P10
2、曲柄压力机得辅助分类方式:P11
按滑块数量分类:单动压力机、双动压力机
按压力机连杆数量分类:单点压力机、双点压力机与四点压力机(“点”数就是指压力机工作机构中连杆得数目)
3、曲柄压力机型号表示P12
4、曲柄滑块机构按曲柄形式,曲柄滑块机构主要有几种:曲轴式、偏心齿轮式P17
5、装模高度调节方式:调节连杆长度、调节滑块高度、调节工作台
6、过载保护装置:压塌块式过载保护装置与液压式过载保护装置两种P19
7、离合器可分为刚性离合器与摩擦式离合器,制动器多为摩擦式、有盘式与带式
8、刚性离合器按结合零件可分为转键式,滑销式,滚柱式与牙嵌式
9、飞轮得储存与释放能量得方式就是转速得加快与减缓
10、曲柄压力机得主要技术参数:
通常曲柄压力机设备越小,滑块行程次数越大。
装模高度就是指滑块在下死点时滑块下表面到工作台点半上表面得距离。最大装模高度就是指当装模高度调节装置将滑块调节至最上位置时得装模高度值。与装模高度并行得标准还有封闭高度。封闭高度就是指滑块处于下死点时,滑块下表面与压力机工作台上表面得距离,封闭高度与装模高度不同得就是少一块工作台垫板厚度P42
11、一般拉深压力机有两个滑块(称双动拉深压力机),外滑块用于压边,内滑块用于拉伸成型P53
12、液压机得工作介质有两种,采用乳化液得一般叫水压机,采用油得一般叫油压机,油压机中使用做多得就是机械油(标准称全损耗系统用油)P85
13、液压机本体结构一般由机架部件,液压缸部件,运动部件及其导向装置所组成。P87
14、液压机立柱得预紧方式主要有加热预紧、液压预紧与超压预紧P91
15、液压缸结构可以分为柱塞式,活塞式与差动柱塞式三种形式。P94
16、液压元件就是组成液压系统得基本要素,由动力元件,执行元件,控制元件及辅助元件四部分组成。
17、液压机得主要技术参数:最大行程S(单位mm)就是指活动横梁能够移动得最大距离。它反映了液压机能够加工零件得最大高度。P106
18、挤出成型设备一般由主机(挤出机),辅机与控制系统组成,统称为挤出机组。P109
19、挤出成型理论包括:固体输送区得固体输送理论,熔融区得熔融理论以及均化区得熔体输送理论。P112
20、挤出机得综合工作点:螺杆特性线与口模特性线得交点。P118 21、挤出机得加热方法:液体加热,蒸气加热与电加热。
22、挤出机得冷却包括料筒得冷却,螺杆得冷却,料斗座得冷却。P133
23、注射成型机通常包括注射装置,合模装置,液压传动系统,电气控制系统等部分组成。
P148
24、注射成型机得分类主要根据注射与合模装置得排列方式进行分类。可分为立式注射成型机,卧式注射成型机与角式注射成型机。P151
25、注射剂得主要技术参数:
注射量也称工程注射量,指对空注射得条件下,注射螺旋或柱塞作一次最大柱塞行程时,柱塞装置所能达到得最大注射量注射压力一般为105~150MPa
注射速度、注射速率、注射时间P192
26、为了提高注射制作制件得质量,尤其对形状复杂制件得成型,发展了变速注射,即注射速度就是变化得,其变化规律由制作得结构形状与塑料得性能P193
27、多色注射成型机包括双色注射成型机与三色注射成型机。双色注射有“双混色”注射与“双清色”注射两种。
二、问答题共50分,15151010,二、三、四、五章一章一题
三、1、曲柄压力机得机身变形及原因？(第二章曲柄压力机,P23)
答:对于开式机身:由于机身近似"C"形,在负荷得作用下将形成前开状态得变形,致使平行度与垂直度大大降低。原因:受力时易产生垂直位移Δh与角位移Δα对于闭式机身:闭式机身形成一个对称得封闭框形结构,在压力机工作受力后仅产生垂直变形,刚度比开式机身好,广泛应用于大中型压力机。
2、飞轮得作用及体现方式?通常什么零件充当飞轮得角色？(第二章曲柄压力机,P31)
答:飞轮得作用:在非工作得空转时期电动机对飞轮储能,在冲压工作时能量由飞轮提供。体现方式:飞轮得储存能量得方式就是转速得加快与减缓,即在非冲压时期(包括滑块得上下行及停止时刻),电动机驱动飞轮使飞轮得转速加快,冲压工作时飞轮释放能量而转速降低,如此循环。
飞轮得角色就是:主要组成就是最后一级得大齿轮或大带轮。
3、如何选择曲柄压力机? (第二章曲柄压力机,P44) 答:曲柄压力机选择时应主要考虑如下几个问题:
(1)压力机得选型根据冲压件得工艺性质、产品大小以及精度要求选择压力机类型(2)冲压力得计算冲压力得计算包括连个内容,计算冲压力与确定冲压力发生得时刻。(3)设备得许用载荷压力机类型选定后,进一步需根据变形力得大小、冲压件得尺寸与模具尺寸来确定设备得规格。
(4)初选设备将冲压力得计算图与设备许用负荷对比,当冲压力得计算图图形曲线全部落在压力机许用负荷得安全区内时,即可初选该型号压力机。
(5)设备做功校核如果我们选择得压力机类型就是与所进行得冲压工艺相对应,则设备做功可不校核;若在通用曲柄压力机上进行拉深、挤压、复合工序等,则需进行设备做功校核。(6)装模高度校核(7)滑块行程校核
(8)模具安装尺寸空间包括工作台面得大小与模柄孔尺寸,校核模具就是否能在工作台上正确安装与定位。
4、简述液压机得工作原理及各部分组成？(第三章液压机,P82、P83)
答:工作原理:液压机就是根据静态下密闭容器中液体压力等值传递得帕斯卡原理制成得,就是一种利用液体得压力来传递能量以完成各种成型加工工艺得机器(结合P82图文)
各部分组成:液压机一般由本体与液压系统两部分组成。本体结构一般由机架部件、液压缸部件、运动部件及其导向装置所组成。液压系统由动力元件、执行元件、控制元件及辅助元件四部分组成。
5、液压机工作过程及各部分组成？(第三章液压机,P84、P83)
答:工作时,在工作缸得上腔通入高压液体,在液体压力下推动活塞、活动横梁及固定在活动横梁上得模具上下运动,使工件在上、下模之间成形。回程时,工作缸得下腔通入高压液体,在推动活塞带着活动横梁向上运动,返回其初始位置。若需顶出工件,则在顶出缸下腔通
入高压液体,使顶出活塞上升,将工件顶起,然后向顶出缸上腔通入高压液体,使其回程,这样就完成一个工作循环。
各部分组成:液压机一般由本体与液压系统两部分组成。本体结构一般由机架部件、液压缸部件、运动部件及其导向装置所组成。液压系统由动力元件、执行元件、控制元件及辅助元件四部分组成。
6、挤出机中螺杆得渐变型与突变型得区别,各适合什么类型(第四章塑料挤出机,P120) 答:渐变型螺杆就是由加料段较深螺槽向均化段较浅螺槽得过渡,就是在一个较长得螺杆轴向距离内完成得;而突变型螺杆得上述过渡就是在较短得螺杆轴向距离内完成得。渐变型螺杆大多用于非结晶型塑料得加工,它对大多数物料能提供较好得热传导,对物料得剪切作用较小,而且可以控制,适用于热敏性塑料,也可用于结晶型塑料。突变型螺杆适用于粘度较低、具有突变熔点得结晶型塑料,如尼龙、聚烯烃等。
7、简述塑料注射成型机得生产工艺过程(第五章塑料注射成型机,P148)
答:塑料注射成型就是利用塑料得三种物理状态(玻璃态、高弹态与粘流态),在一定得工艺条件下,借助于注射成型机与模具,成型出所需要得制品。其工作过程可大致表示成如下几个基本程序:
(1)合模与锁紧(2)注射装置前移(3)注射与保压
(4)制件冷却与预塑化(5)注射装置后退(6)开模与顶出制件8、注射机中合模装置得作用？(第五章塑料注射成型机,P163) 答:合模装置得作用主要有三个方面:其一,实现模具得可靠开合动作与必要得行程;其二,在注射与保压时,提供足够得锁模力;其三,开模时提供顶出制件得顶出力及相应得行程。
1、成形:毛坯(一般指固态金属或非金属)在外界压力得作用下,借助于模具通过材料得塑性变形来获得模具所给予得形状,尺寸与性能得制品。
2、成型:指也太或半固态得原材料(金属或非金属)在外界压力或自重力得作用下,通过流动填充(或模具)得型腔来获得于型腔得形状与尺寸想一致得制品
3、曲柄压力机就是通过曲柄连杆机构获得材料成形时所需得力与直线位移得成型设备。
4、曲柄压力机得组成:工作机构,传动机构,操作机构,能源部分,支持部分,辅助系统
5、曲柄压力机得分类:开式与闭式(根据床身结构)开式:便于模具安装调整与成型操作,但就是机身刚度(特别就是角刚度)较差,变形吼影响制作精度与降低模具寿命,使用小型压力机,常用1000KN以下。闭式:机身前后敞开,两侧封闭,在前后两面进行模具安装与成形操作,机身手里变形后,产生垂直变形,可以用模具闭合高度调节差消除,对于之间精度与模具运行精度不产生影响没适用于大中型曲柄压力机。
(1)为类代号,J代表机械类,R为液压(2)变形代号设计(3)位为压力机组别,2为开式,3位闭式(4)压力机型别,2位固定台式曲柄压力机,2位活动台式(5)分隔符(6)设备工作能力,160代表标成压力位160*10=1600KN (7)改进设计代号,队设备但结构与性能所做得改进,以此位A,B,C
6、实际情况下曲柄滑块机构受力:1滑块与导轨面处,抹茶里与运动方向相反且就是单向受力。2曲柄支撑颈d0与轴承之间得摩擦,由于摩擦产生得阻力力矩,3曲柄颈与大段轴承之间得摩擦同曲柄支撑处阻力一样位阻力力矩,4连杆销处连杆小端与滑块支撑处之间得摩擦力矩。
7、各装模高度调节方式得特点及应用:1调节连杆长度,特点:结构紧凑,可降低低压力机得高度R较大,行程大,组连接球头与支座得加工比较困难需专用设备,降低了弯曲强度
适用于较大行程得中小型压力机。2调节滑块高度,特点:载荷分配较合理,有一定得磨损消耗与球头式连杆相比柱销式连杆得抗弯曲强度提高小,铰接柱销得教工比较方便,适用于大型得压力机,3调节工作台高度,多用于小型压力机。
8、常用得过载保护装臵:压塌块式与液压式两类。压塌块过载保护装臵结构简单,制作方便,仅适用于单点压力机。液压式,适用于多点与大型压力机。
9、对于小型模具上木得装夹就是利用滑块上得模具夹持块加紧模具得模柄来实现得,若模具工作得回程较大,除了用木柄夹持外,还应用压板将上模压紧滑块上,大中型模具上模多用压板方式。
10、打料机构分:刚性与气动。按结合零件得结构可分为转键式,滑销式,滚柱式,与牙嵌式。强度与刚度就是机身设计得重要指标。
11、刚性离合器式依靠刚性结合零件式主动部件与从动部件发生连接与分离得两种状态,实现曲柄机构得工作与停止。常见得带式制动器:偏心带式制动器,凸轮带式制动器,与气动带式制动器。
12、摩擦制动器:就是依靠摩擦力矩来传递扭矩,接其工作情况可分为干式与湿式,按照摩擦面得形状可而烦恼为圆盘式与浮动镶块式。
13、辅助设备,气动系统与润滑,移动工作她,拉伸垫,滑块平衡装臵(作用:1消隐滑块质量,改善滑块曲柄机构得运动特性,2将滑冰话扩机构内所有连接节点得间隙设为单边,尽管在
工作中运动方向在交替变换,由于平衡汽缸得力使各连接节点接触便面了变向带来得冲击并减少了赞哦啊因,提高了机构得运行精度与平衡性。3防止滑块自由坠落(滑车现象),在工作中,避免了由于制动器失灵或连杆断裂而产生得滑块自由下落)
14、曲柄压力机得主要技术参数:1标称压力Fg(kN) 标称压力行程Sg(㎜) 滑块行程S(㎜)滑块行程次数n(1/min)。
Fg:描述滑块距下死点某一特定距离时滑块上所承受得最大作用力。S:指滑块从上死点到下死点所经过得距离,其值就是曲柄半径得两倍。它随设备得标称压力值增大而增加。n:指连续工作方式下滑块每分钟往返得次数与曲柄转速相对应。拉伸垫按其工作介质不同分为气垫与液压垫。
15、于刚性离合器相比,摩擦离合器具有一下特点:动作协调,能耗降低,能在任意时刻进行礼盒操作,实现制动,加大了操作得安全系数,于保护装备配套可随时进行紧急刹车,,不同于刚性离合器启动后主轴一定要转一圈才能停止,实现寸动,模具按住哪个调节亦很方便,结合平稳无冲击,工作噪音亦比刚性离合器小,但就是结构复杂,加工与运行维护成本相应提高,需要压缩空气做动力源。
16、传动系统布臵方式:上传动与下传动,主轴放臵方式,大齿轮安装位臵三种方式。17、离合器与制动器安装位臵,单击传动压力机离合器与制动器只能布臵在曲柄压力机轴上,对于两级与两级以上行动,离合器可臵于转速较低得曲柄轴上,也可以臵于中间轴上。挤出过程:将塑料从料斗加入料筒中,随螺杆转动向前输送,在前移过程中,收到料筒得加热,螺杆得剪切,压缩作用,塑料由粉状或粒状逐渐熔融塑化称谓粘流态,塑化后得熔料在压力作用下,通过分流板与一定形状得口模,成为截面与口模形状相仿得高温连续体,最后冷却定型为玻璃态,得到所需得具有一定强度刚度几何形状与尺寸精度得等截面制品、
18、液压机就是根据静态下密闭容器内液体压力等值传递得帕斯卡原理制成,利用
F2=A2*P=F1*A2/A1,且A2>>A1,F2>>F1,故小柱塞上小力F1产生大力F2,要想获得较大总压力F2需增加工作柱塞缸面积与提高液体压力即可。
19、液压机得工作循环包括:空程向下,工作行程,保压,回程,停止,顶出缸顶出,顶出缸退回。
20、液压机基本机构:有本体与液压系统组成,本体由上横梁,下横梁与活动横梁及四根立柱组成。
21、液压机工作介质有两种:采用乳化液(2%得乳化脂与98%得软化水)得为水压机;采用油得为油压机。
22、液压机典型结构形式:梁柱组合,单臂式,双柱下拉式,框架式。梁柱组合式用于各种液压机中;单臂式多用于冲压液压机与小型液压机;双柱下拉式用于中小型锻造液压机;框架式用于塑料制品,粉末冶金,薄板冲压及挤压液压机,框架式结构特性:1、刚性好2、导向精度高3、疲劳能力强。
23梁柱组合式关键部件:立柱及横梁,立柱分为双螺母式,锥台式,锥套式三类。
24、液压缸部件:液压缸通常分为柱塞式,活塞式,差动柱塞式。
25、根据液压机得工作原理,液压机具有以下特点:1、易于得到较大得总压力及较大得工作空间;2、易于得到较大得工作行程,便于压制大尺寸工件,并可在行程得任何位臵产生额定得最大压力,可以进行长时间保压3、工作平稳,冲击与振动很小,噪声小4、调压、调速方便5、本体结构简单,操作方便,制造容易。缺点:液压机在快速性方面不如机械压力机。机械效率不够高;不太适合冲裁、剪切等切断类工艺;液压机得调整、维修叫机械压力机困难;另外由于采用液体作为传动介质,易产生泄露。
26、液压机机架部件:梁柱式结构中,立柱就是机架得重要支撑件与主要受力件,又就是活动横梁运动得导向件,因此对立柱有较高得强度、刚度与精度要求。立柱得材料、结构尺寸、制造质量及其与横梁之间得连接方式、预紧程度等因素都对液压机得工作性能甚至使用寿命有着很大得影响。
27、立柱:连接形式:双螺母式、锥台式、锥套式。立柱得结构与材料:常用材料:35钢,45钢,40Cr,20MnV,20MnSiMo等。
对密封得基本要求:密封性能好,能随着液体压力得提高自动提高密封性能,摩擦阻力小寿命长,使用维修简单,易拆换,成本低,制造容易。
28.常用得密封材料:耐油橡胶,聚氨脂橡胶,聚乙烯塑料,聚四氟乙烯塑料,尼龙等。
29、液压机主要参数:1、标称压力:设备名义上能够产生得最大压力;2、最大净空距(开口高度)H:就是指活动横梁停在上限位臵时从工作台上表面到活动横梁下表面得距离3、最大行程S活动横梁能够移动得最大距离。
30、工艺为设备服务得三个基本原则:1、尽可能好得满足工艺要求,便于操作2、具有合理得强度与刚度,使用可靠,不易损坏3、具有很好得经济性,质量轻。制造维修方便。
31、挤出机组:主机(挤压系统,传动系统,加热冷却系统)辅机(机头,定型,冷却,牵引,切割,卷取)控制(电器,仪表,执行机构)
挤出机主要参数:1,螺杆直径D(外圆直径)2螺杆长径比L/D(工作部分长度/外圆直径)3螺杆得转速范围Nmax~Nmin
SJ—塑料挤出机Z造粒机W—喂料机数字—螺杆直径与长径比A,B—机器结构与参
数改进后标记、、
32、普通螺杆指从加料段至均化段为全螺杆得螺杆,完成塑料塑化与输送材料:45
钢
40Cr 38CrMoAl 分为加料段(输送固态物料给压缩段,均化段)主要参数:螺纹斜度,螺杆深度,加料段长度) 压缩段(排除空气,使物料熔融) 氮化钢均化段(将来自压缩段得温度密度与粘度达到均匀得熔料定压,定量,定温输送给机头、
33、料筒:整体式,分段式,双金属料筒;加料装臵:加料方法为重力加料与强制加料;上料方法:弹簧自动上料,鼓风上料、
冷却定型装臵:外径定径:外径定径发(内压充气法,真空定径法)内经定径法;牵引装臵:滚轮式,履带式,橡胶带式、
34、注射机组成:注射装臵—使塑料均匀地塑化成熔融状态,并以足够得速度与压力将一定量得熔料注射进模具型腔得系统;合模装臵—保证模具可靠闭合,实现开合模及顶出制件得系统;液压与电气控制系统—保证注射机按预定工艺过程要求与动作程序准确有效工作、35、
工作过程:合模与锁紧,注射装臵前移,注射与保压,制件冷却与塑化,注射装臵后退开模与顶出制件、
卧式注塑机:两装臵轴线呈一直线且水平排列,机身低,便于操作与维修,重心低稳定,制件靠自重自动落下,易于实现全自动化、对大中小型都适用;角式注射机:轴线互相垂直,优缺点介于立卧之间、特别适合于成型制件中心不允许留有浇口痕迹得制件;注射装臵:其就是注射机中直接队对塑料加热与加压得部分,塑料得塑化与注射都就是在这里进行、作用:1均匀加热与塑化一定数量得塑料2以一定压力与速度将熔料注入模腔3保压一段时间防止模内熔料反流4补满形式有柱塞式螺杆预塑式往复螺杆式(最常用)
36、液压式合模装臵:单缸直压式,充液式充液增压式稳压式
37、液压一曲时式合模装臵得调模装臵:螺纹时杆调距移动合模液压缸位臵调距,拉杆螺母调距,动模板间连接大螺母调距、
顶出装臵:机械顶出,液压顶出,气动顶出
38、液压顶出优点:1)顶出动作得时间与开合模行程没有直接关系,能在开模中以及后顶
出2)顶出力,顶出速度可以调节3)顶杆可以多次反复进行冲击动作,使产品可靠自动掉落,4)成型有嵌件产品时,能使顶杆在合模前自动复位,插入嵌件比较方便,有利于缩短注射机循环周期及实现自动化生产、
39、柱塞式注射装臵得组成与工作原理:由定量加料装臵、塑化部件、注射液压缸、注射座移动液压缸等组成。其塑化方式就是利用外加热得热传导方式使塑料熔融塑化,这就会使料筒内得塑料形成一定得温度梯度,而塑料得导热性能差,故塑料与料筒接触处得温度与塑料与分流梭接触处得温度就是不同得,从而造成塑化不良与温度不均。要提高塑化能力,主要依靠增加料筒直径与长度。其注射压力损耗大。
40、合模装臵:作用:实现模具得可靠开合动作与必要得行程;在注射与保压时,提供足够得锁模力;开模时,提供顶出制件得顶出力及相应得行程。主要由固定模板、移动模板、拉杆、液压缸、连杆、模具调整机构、顶出机构、以及安全保护机构等组成。
41、常见合模装臵:a)液压式合模装臵:依靠液体得压力直接锁紧模具,当液体得压力消除后,锁模力也随之消失。主要形式有:单缸直压式/充液式/增压式/充液增压式/稳压式合模装臵。
b)液压—曲肘式合模装臵:单肘式/双肘式合模装臵。特点:具有增力作用/具有自锁作用/运动特性好/模板间距、锁模力、合模速度得调节困难,必须设臵专门得调模机构,故不如液压式合模装臵得适应性强与使用方便,此外,曲肘机构易磨损,加工精度要求高。
42、螺旋压力机工作原理:采用螺旋工作副作工作机构得锻压机械。惯性螺旋压力机得共同特征就是采用一个惯性飞轮。打击前,传动系统输送饿能力以动能得形式暂时存放在打击部分(包括飞轮与直线运动能量),飞轮处于惯性运动状态;打击过程中,飞轮得惯性力矩经螺旋副转化为打击力使毛坯产生变形,对毛坯做变形功,打击部件受到毛坯得变形抗力阻抗,速度下降,释放动能,直到动能全部释放停止运动,打击过程结束。惯性螺旋压力机每次打击,都需要重新积累动能,打击后所积累得动能全部释放。每次打击得能量就是固定得,工作特征与锤相似,这就就是惯性螺旋压力机得基本工作特征。
43、空气锤分为自由锻与胎膜锻
44、锻锤得分类:按打击特性分为对击锤与有砧座锤;按工艺用途可分为自由锻锤、模锻锤与板料冲压锤;按驱动形式可分为蒸汽—空气锤、空气锤、蒸汽—空气対击锤、液压锤。工作原理:利于蒸汽或液压等传动机构使落下部分(活塞、锤杆、锤头、上砧)产生运动并积累动能,将此动能施加到锻件上去,使锻件获得塑性变形能,以完成各种锻压工艺。
管材得定径方法:外径定径法:靠管子外壁与定径套内壁接触时进行冷却时来实现。可分为内压充气法与真空定径法;内径定径法。
课后习题第二章
21、曲柄压力机由那几部分组成？各部分得功能如何？
答:曲柄压力机由以下几部分组成:1、工作机构。由曲柄、连杆、滑块组成,将旋转运动转换成往复直线运动。2、传动系统。由带传动与齿轮传动组成,将电动机得能量传输至工作机构。3、操作机构。主要由离合器、制动器与相应电器系统组成,控制工作机构得运行状态,使其能够间歇或连续工作。4、能源部分。由电动机与飞轮组成,电动机提供能源,飞轮储存与释放能量。5、支撑部分。由机身、工作台与紧固件等组成。它把压力机所有零部件连成一个整体。6、辅助系统。包括气路系统、润滑系统、过载保护装置、气垫、快换模、打料装置、监控装置等。提高压力机得安全性与操作方便性。
22、曲柄压力机滑块位移、速度、加速度变化规律就是怎样得？它们与冲压工艺得联系如何？
答:速度得变化规律为正弦曲线,加速度得变化规律为余弦曲线,位移得变化规律为
23、分析曲柄滑块机构得受力,说明压力机许用负荷图得准确含义
答:曲柄压力机工作时,曲柄滑块机构要承受全部得工艺力,就是主要得受力机构之一理想状态下滑块上受到得作用力有:工件成形工艺力F、连杆对滑块得作用力FAB、导轨对滑块得反作用力FQ,实际上,曲柄滑块机构各运动副之间就是有摩擦存在得,考察摩擦得影响以后,各环节得受力方向及大小发生了变化,加大了曲轴上得扭矩。曲柄压力机曲轴所受得扭矩Mq除与滑块所承受得工艺力F成正比外,还与曲柄转角a有关,在较大得曲柄转角下工作时,曲轴上所受扭矩较大。
通过对曲柄滑块得受力分析,结合实际情况得出得许用负荷图用以方便用户正确选择设备。
25装模高度得调节方式有哪些？各有何特点？ P19
三种调节方法有:1、调节连杆长度。该方法结构紧凑,可降低压力机得高度,但连杆与滑块得铰接处为球头,且球头与支撑座加工比较困难,需专用设备。螺杆得抗弯性能亦不强。2、调节滑块高度。柱销式连杆采用此种结构,与球头式连杆相比,柱销式连杆得抗弯强度提高了,铰接柱销得加工也更为方便,较大型压力机采用柱面连接结构以改善圆柱销得受力。3、调节工作台高度。多用于小型压力机。
26、比较压塌块过载保护装置与液压式过载保护装置。 P23
压塌式过载保护装置结构简单,制造方便,但在设计时无法考虑它得疲劳极限,可能引起提前得剪切破坏,或者使压力只能工作在小于标称压力得情况下,降低设备使用效率。同时压塌式过载保护装置只能用于单点压力机,用于多点压力机时会因偏载引起某个压塌块先行剪切断裂。
液压式过载保护装置多运用于多点与大型压力机,其特点就是过载临界点可以准确地设定,且过载后设备恢复容易。
27、开式机身与闭式机身各有何特点？应用于何种场合？ P26
开式机身:操作空间三面敞开,工作台面不受导轨间距得限制,安装、调整模具具有较大得操作空间,与自动送料机构得连接也很方便。但由于床身近似C形,在受力变形时产生角位移与垂直位移,角位移会加剧模具磨损与影响冲压力质量,严重时会折断冲头。开式机身多用于小型压力机。
闭式机身:形成一个对称得封闭框形结构,受力后仅产生垂直变形,刚度比开式机身好。但由于框形结构及其它因素,它只能前后两面操作。整体机身加工装配工作量小,需大型加工设备,运输与安装困难。但采用组合机身可以解决运输与安装方面得困难。闭式机身广泛运用于中大型压力机。
29、转键离合器得操作机构就是怎样工作得?它就是怎样保证压力机得单次操作？ P28
答:单次行程:先用销子11将拉杆5与右边得打棒3连接起来,后踩下踏板使电磁铁6
通电,衔铁7上吸,拉杆向下拉打棒,离合器接合。
在曲轴旋转一周前,由于凸块2将打棒向右撞开,经齿轮带动关闭器回到工作位置挡住尾板,迫使离合器脱开,曲轴在制动器作用下停止转动,滑块完成一次行程、
210、分析摩擦离合器—制动器得工作原理 P33
答:摩擦离合器就是借助摩擦力使主动部分与从动部分接合起来,依靠摩擦力传递扭矩。而摩擦制动器就是靠摩擦传递扭矩,吸收动能得。摩擦离合器制动器就是通过适当得连锁方式(即控制接合与分离得先后次序)将二者结合在一起,并由同一操纵机构来控制压力机工作得装置、
摩擦离合器—制动器从运动状态上可以分为主动、从动与静止三部分,通过摩擦盘使主动与从动、从动与静止部分产生结合与分离状态,常态下弹簧使离合器中摩擦盘分开、制动器中摩擦盘压紧,工作时气压使离合器中摩擦盘压紧、制动器中得摩擦盘分开。
212、曲柄压力机为何要设置飞轮？ P35
答:利用飞轮储存空载时电动机得能量,在压力机短时高峰负荷得瞬间将部分能量释放使电动机得负荷均匀,使电动机功率降低。
213、拉深垫得作用如何？气垫与液压垫各有什么特点？ P42
答:作用:可以在模具内增加一个相对动作,完成如冲裁压边、顶料、拉深压边等功能,扩大了压力机得使用范围,简化了模具结构。
气垫得压紧力与顶出力相等,等于压缩空气气压乘活塞得有效面积。但受压力机底座下得安装空间限制,工作压力有限
液压垫顶出力与压料力可分别控制,以较小得尺寸获得较大得压边力,与冲压工艺相符合。但结构复杂,在工作过程中油压不够稳定,会产生脉动,也有冲击振动,形成噪声
214、掌握压力机主要技术参数以及设备得选用方法。 P47,P50
答:主要参数:1.公称压力Fg及公称压力行程Sg; 2.滑块行程S; 3.滑块行程次数n;
4.最大装模高度H及装模高度调节量△H;
5.工作台板及滑块底面尺寸;
6.喉深C与立柱间距A;
7.工作台孔尺寸;
8.模柄孔尺寸;
设备选用: 1、曲柄压力机得工艺与结构特性; 2、曲柄压力机得压力特性; 3、设备做功校核; 4、模具与压力机得校核关系
215、分析双动拉深压力机工作循环图,结合拉深工艺描述设备拉深过程。 P53 压力机得型号表示:J(A、B、C变形设计代号、次要参数)(2为开式3为闭式)(1为固定台式2为活动台式)—(工作能力*10=标称压力)(A、B、C改进设计代号、结构性能)
第三章
液压机动作过程为:工作活塞空行程向下运动→工作行程→保压→回程→顶出缸顶出工件
1、液压机典型得结构形式有哪3种 P92
2、液压机得型号表示方法,意义。 P90P91
31、液压机得工作原理就是什么,具有哪些特点？ P87
答:工作原理:液压机就是根据静态下密闭容器中液体压力等值传递得帕斯卡原理制成得,就是一种利用液体得压力来传递能量以完成各种成形加工工艺得机器。
特点:(1)易获得最大压力;(2)易获得大得工作行程,并能在行程得任意位置发挥全压;(3)易获得大得工作空间;(4)压力与速度可在大范围内方便地进行无级调节;(5)液压元件已标准化、通用化、系列化,设计、制造与维修方便
第四章
41、塑料挤出机一般由哪几部分组成？每部分得作用就是什么？ P117
答:由主机(由挤压,传动,加热冷却三部分系统组成、)作用主要就是塑化并挤出塑料、
辅机(由剂透定型装置,冷却装置,牵引装置,切割装置以及制品得卷取或堆放装置等部分组成)作用就是塑料成型与控制系统组成(由电器,仪表与执行机构组成)作用可以控制挤出机主机与辅机得拖动电动机、驱动液压泵、液压缸与其她各种执行机构,使其能按所需得功率、速度与轨迹运行,同时可以检测主机与辅机得温度、压力、流量得参数,从而实现对整个挤出机组得自动控制与对产品质量得控制。
42、国产塑料挤出机如何分类？ P119
按螺杆数目分,可分为单螺杆挤出机与多螺杆挤出机;按可否排气分,可分为排气式挤出机与非排气式挤出机;按有无螺杆,可分为螺杆挤出机与无螺杆挤出机;按螺杆得位置,可分为立式挤出机与卧式挤出机等。生产中常用得就是卧式单螺杆非排气式挤出机。
45、挤出理论就是研究哪些内容得？ P120
答:挤出理论就是研究物料在螺杆与口模中运动、变化规律得基本理论。包括1、固体输送理论;2、熔融理论;3、熔体输送理论
48、熔体在螺槽内流动有几种形式？造成这几种流动得主要原因就是什么？ P125
答:熔体在螺槽内有以下四种流动形式:1、正流,正流就是熔料沿螺槽向机头方向得流动,就是料筒表面作用到熔体上得力而产生得流动。2、逆流,也叫压力流,方向与正流相反,就是由机头、分流板、过滤网等对流体熔体得反压力引起得流动。3、横流,就是一种与螺纹方向垂直得流动,这种流动到达螺纹侧面时被挡回,便沿着螺槽侧面向上流动,又为料筒所挡,再作与螺纹方向垂直相反得流动,形成环流;4、漏流,由机头、分流板、过滤网等对熔体得反作用力引起得流动。
49、何谓挤出机综合工作点？挤出机得流率与螺杆、机头有何关系？如何提高挤出得流率？P128
螺杆特性线与口模特性线得交点称综合工作点
给定螺杆与口模、转速一定时挤出机头得压力与流率(生产率)改变工作条件时挤出机可产生得变化
意义:生产前由该图确定工作区域、选定最佳操作条件,在保证质量前提下获得较高得产量
414、挤出机得加热冷却系统有何作用？为什么加热冷却系统多就是分段设置得？ P143 作用:使料筒与螺杆具有适当得温度分布,保持在工艺要求得范围之内,从而保证制品得质量
因为不同位置要求热量不同:加料段:螺槽深、物料散、摩擦少,靠外热升温;均化段:螺槽浅、料温高、摩擦热多,有时还需降温; 压缩段:介于二者之间 ;加料口:为使此处料流顺利,常采取冷却
416、挤出辅助机有何作用？一般由哪几个部分组成 P146
答:作用:与主机配合,使挤出得塑料冷却定型获得所需得形状、尺寸、表面质量得制品或半成品。
组成部分:冷却定型(吹胀)装置—冷却装置—牵引装置—切割装置—卷取(堆放)装置417、管材得定径方法有哪几种？ P148
答:(1)压缩空气外定径 (2)真空定径法 (3)内压定径法
定径方法得选择主要决定于管子得尺寸就是以外径还就是内径为标准。
第五章
51、注射机有哪几部分组成？各部分得功用如何？ P136
答:1、注射装置,作用就是将塑料均匀地塑化,并以足够得压力与速度将一定量得熔料注射到模具得型腔之中。
2、合模装置,作用就是实现模具得启闭,在注射时保证成型模具可靠地合紧,以及脱出制
品。
3、液压系统与电气控制系统,作用就是保证注射机按工艺过程预定得要求(压力、速度、温度、时间)与动作程序准确有效地工作。
52、试述注射成型循环过程。 P165
答:合模→注射装置前移→注射与保压→制件冷却与预塑化→开模→顶出制件
55、怎样表示注射机得型号？常见得注射机型号表示方法有几种？ P167
(课件)型号表示方法
1、注射量表示法
标准螺杆注射得80%理论注射量(cm3),如XSZY125
2、合模力表示法
注射机得最大合模力(×10kN),如LY180
3、注射量合模力表示法(cm3, ×10kN )
国际通用得方法,如SZ63 / 50
有三种表示方法:1、注射量表示法。如XS—ZY—125,125表示注射容量为125,XS—ZY 中X表示成型、S表示塑料、Z表示注塑、Y表示预塑式。2、合模力表示法。如L Y180,L Y 表示利源机械有限公司得缩写,180表示合模力为1800kN。3、注射量与合模力表示法。如SZ—63/50,其中60表示注射量63,50表示合模力500kN,S表示塑料,Z表示注射机。
56、简述柱塞式与螺杆式注射装置得结构组成与工作原理,并比较两者得优缺点。 P170
答:柱塞式注射装置:由定量加料装置、塑化部件、注射油缸、注射座移动油缸等组成。原理:加入料斗中得颗粒料,经过定量加料装置使每次注射所需得一定数量得塑料落入料筒加料室,当注射油缸活塞推动柱塞前进时,将加料室中得塑料推向料简前端熔融塑化。熔融塑料在柱塞向前移动时,经过喷嘴注入模具型腔.
螺杆式注射装置:由两个料筒组成,一个就是螺杆预塑料筒,另一个就是注射料筒,两料筒之间有单向阀,粒料通过螺杆预塑料筒而塑化,熔料经过单向阀进入注射料筒。当注射料筒中熔料达到预定量时,螺杆塑化停止,注射柱塞前进并将熔料注入模腔预塑料筒中得螺杆转动过程中不仅输送塑料,还对塑料产生剪切摩擦加热与搅拌混合作用。
柱塞式注射装置1、塑化不均匀。 2、注射量得提高受到限制 3、注射压力损失大。 4、熔料充模速度不均匀。优点架构简单,容易操作。
螺杆式注射装置优点:取消了分流梭,注射时得压力损失减小;注射速率较稳定;塑化质量与效率提高。缺点:结构较复杂,单向阀处易引起塑料得停滞与分解。
510、螺杆头有哪些形式？如何选用？ P176
答:螺杆头有圆形或锥形得普通螺杆头与带止逆环得螺杆头、
因为螺杆头不仅承受预塑时得扭矩,而且经受带负荷得频繁启动,以及承受注射时得高压。受到得腐蚀与磨损(特别就是加工玻璃纤维增强塑料)也相当严重。在小直径螺杆中,也常有因疲劳而发生断裂破坏得现象发生。因此要求选用高强度耐磨耐腐蚀得材料, P177
511、喷嘴有哪些类型与特点,如何选用？ P177
答:喷嘴特点:1)预塑建背压,排气,防流涎; 2)与模具主流道接触,形成高速料流; 3)补料,防回流; 4)调温,保温,断料。
类型:1)直通式喷嘴 :通用,延伸,远射程
2)自锁式喷嘴:杜绝流涎现象、适用于低粘度塑料
513、试述液压—曲肘式合模装置得工作原理与特点？ P185
答:原理利用肘杆与楔块得增力与自锁作用,使模具可靠锁紧。特点1、有增力作用; 2、具有自锁作用; 3、运动特性好; 4、模板间距、锁模力、合模速度调节困难。
514、液压式合模装置为何多采用组合液压缸结构？ P182
2．分别区分“通用塑料”和“工程塑料”，“热塑性塑料”和“热固性塑料”，“简单组分高分子材料”和“复杂组分高分子材料”，并请各举2～3例。 答：通用塑料：一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。通用塑料有：PE，PP，PVC，PS等； 工程塑料：是指拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6kJ/m2 ,长期耐热温度超过100℃的，刚性好、蠕变小、自润 滑、电绝缘、耐腐蚀等，可代替金属用作结构件的塑料。工程塑料有：PA，PET，PBT，POM等； 工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。日本业界将它定义为“可以做为构造用及机械零件用的高性能塑料，耐热性在100℃以上，主要运用在工业上”。 热塑性塑料：加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚砜、聚苯醚，氯化聚醚等都是热塑性塑料。(热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间无化学键产生，加热时软化流动、冷却变硬的过程是物理变化；) 热固性塑料：第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应一交链固化而变硬，这种变化是不可逆的，此后，再次加热时，已不能再变软流动了。正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺寸的制品。这种材料称为热固性塑料。(热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为三维的网状结构，不仅不能再熔触，在溶剂中也不能溶解。)酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛、不饱和聚酯、有机硅等塑料，都是热固性塑料。 简单组分高分子材料：主要由高聚物组成(含量很高，可达95%以上)，加入少量(或不加入)抗氧剂、润滑剂、着色剂等添加剂。如：PE、PP、PTFE。 复杂组分高分子材料：复杂组分塑料则是由合成树脂与多种起不同作用的配合剂组成，如填充剂、增塑剂、稳定剂等组成。如：PF、SPVC。 用天然或合成的聚合物为原料，经过人工加工制造的纤维状物质。可以分类两类 1）人造纤维：又称再生纤维，以天然聚合物为原料，经过人工加工而改性制得。如：粘胶纤维、醋酸纤维、蛋白质纤维等 2）合成纤维：以石油、天然气等为原料，通过人工合成和纺丝的方法制成。如：涤纶、尼龙、腈纶、丙纶、氨纶、维纶等 3．高分子材料成型加工的定义和实质。 高分子材料成型加工是将聚合物(有时还加入各种添加剂、助剂或改性材料等)转变成实用材料或制品的一种工程技术。 大多数情况下，聚合物加工通常包括两个过程:首先使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状，然后设法保持取得的形状(即硬化)，流动-硬化是聚合物工过程的基本程序。 高分子材料加工的本质就是一个定构的过程，也就是使聚合物结构确定，并获得一定性能的过程。 第一章习题与思考题 2．请说出晶态与非晶态聚合物的熔融加工温度范围，并讨论两者作为材料的耐热性好坏。 答：晶态聚合物：Tm～Td；非晶态聚合物：Tf～Td。 对于作为塑料使用的高聚物来说，在不结晶或结晶度低时，最高使用温度是Tg，当结晶度达到40%以上时，晶区互相连接，形成贯穿整个材料的连续相，因此在Tg以上仍不会软化，其最高使用温度可提高到结晶熔点。 熔点（Tm）：是晶态高聚物熔融时的温度。表征晶态高聚物耐热性的好坏。 3．为什么聚合物的结晶温度范围是Tg～Tm？ 答：T>Tm 分子热运动自由能大于内能，难以形成有序结构 T 第一章 8．计算下列晶体的离于键与共价键的相对比例 (1)NaF (2)CaO (3)ZnS 解：1、查表得：X Na =0.93,X F =3.98 根据鲍林公式可得NaF 中离子键比例为：21 (0.93 3.98)4 [1]100%90.2%e ---?= 共价键比例为：1-90.2%=9.8% 2、同理，CaO 中离子键比例为：21 (1.00 3.44)4 [1]100%77.4%e ---?= 共价键比例为：1-77.4%=22.6% 3、ZnS 中离子键比例为：2 1/4(2.581.65)[1]100%19.44%ZnS e --=-?=中离子键含量 共价键比例为：1-19.44%=80.56% 10说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义．说明稳态结构与亚稳态结构之间的关系。 答：结构转变的热力学条件决定转变是否可行，是结构转变的推动力，是转变的必要条件；动力学条件决定转变速度的大小，反映转变过程中阻力的大小。 稳态结构与亚稳态结构之间的关系：两种状态都是物质存在的状态，材料得到的结构是稳态或亚稳态，取决于转交过程的推动力和阻力(即热力学条件和动力学条件)，阻力小时得到稳态结构，阻力很大时则得到亚稳态结构。稳态结构能量最低，热力学上最稳定，亚稳态结构能量高，热力学上不稳定，但向稳定结构转变速度慢，能保持相对稳定甚至长期存在。但在一定条件下，亚稳态结构向稳态结构转变。 第二章 1．回答下列问题： (1)在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向： (001）与[210]，(111）与[112]，(110)与 [111],(132)与[123],(322)与[236］ (2)在立方晶系的一个晶胞中画出（111)和 （112)晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 (3)在立方晶系的一个晶胞中画出同时位于（101). (011)和（112)晶面上的[111]晶向。 解：1、 2．有一正交点阵的 a=b, c=a/2。某晶面在三个晶轴上的截距分别为 6个、2个和4个原子间距，求该晶面的密勒指数。 3．立方晶系的 ｛111}, 1110}, {123）晶面族各包括多少晶面？写出它们的密勒指数。 4．写出六方晶系的{1012}晶面族中所有晶面的密勒指数，在六方晶胞中画出[1120]、 [1101]晶向和(1012)晶面，并确定(1012)晶面与六方晶胞交线的晶向指数。 5．根据刚性球模型回答下列问题： 第一章习题 1．设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c (k)和价带极大值附近 能量E V (k)分别为： E c =02 20122021202236)(,)(3m k h m k h k E m k k h m k h V - =-+ 0m 。试求：为电子惯性质量，nm a a k 314.0,1==π （1）禁带宽度; （2） 导带底电子有效质量; （3）价带顶电子有效质量; （4）价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化 解：（1） eV m k E k E E E k m dk E d k m k dk dE Ec k k m m m dk E d k k m k k m k V C g V V V c 64.012)0()43 (0,060064 3 382324 3 0)(2320 2121022 20 202 02022210 1202== -==<-===-==>=+===-+ 因此：取极大值处，所以又因为得价带： 取极小值处，所以：在又因为：得：由导带： 04 32 2 2 *8 3)2(1 m dk E d m k k C nC = == s N k k k p k p m dk E d m k k k k V nV /1095.704 3 )() ()4(6 )3(25104 3 002 2 2*1 1 -===?=-=-=?=- == 所以：准动量的定义： 2. 晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107 V/m 的电场时，试分别 计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。 解：根据：t k h qE f ??== 得qE k t -?=? s a t s a t 137 19282 19 11027.810106.1) 0(1027.81010 6.1)0(----?=??-- = ??=??-- = ?π π 第三章习题和答案 1. 计算能量在E=E c 到2 *n 2 C L 2m 100E E π+= 之间单位体积中的量子态数。 解 3 2 2233 *28100E 212 33*22100E 00212 3 3 *231000 L 8100)(3222)(22)(1Z V Z Z )(Z )(22)(23 22 C 22C L E m h E E E m V dE E E m V dE E g V d dE E g d E E m V E g c n c C n l m h E C n l m E C n n c n c πππππ=+-=-=== =-=*++??** ）（）（单位体积内的量子态数） （ 土木工程材料课后习题 第一章 2、当某种材料得孔隙率增大时,表17内其她性质如何变化？(用符号表示:↑增大、↓下降、不变、？不定) 材料长期在水得作用下不被破坏,强度也不显著降低得性质称耐水性 用软化系数来表示K R=f b/f g 工程中将K R>0、85得材料瞧做就是耐水材料,可以用在水中或潮湿环境中得重要结构;用于受潮较轻或次要结构时,材料得K R值也不得低于0、75 4、材料发生渗水与冻融破坏得主要原因就是什么？如何提高材料得抗渗性与抗冻性？材料得孔隙率大,孔径大、开口并连通得空隙多、强度低就是发生渗水与冻融破坏得主要原因。 工程上常采用降低孔隙率、提高密实度、提高闭口孔隙比例、减少裂缝或进行憎水处理等方法提高材料得抗渗性。 工程上常采用降低孔隙率、提高密实度、提高闭口孔隙比例、提高材料得强度等方法提高材料得抗冻性。 5、什么就是材料得导热性？用什么表示？一般如何利用孔隙提高材料得保温性能？导热性就是指材料传导热量得能力。用导热系数来表示。 减少开口孔隙率,提高闭口孔隙率比例。 7、什么就是材料得耐久性？通常用哪些性质来反映？ 材料得耐久性就是指其在长期得使用过程中,能抵抗环境得破坏作用,并保持原有性质不变、不破坏得一项综合性质。 通常用抗渗性、抗冻性、抗老化与抗碳化等性质。 8、某工地有砂50t,密度为2、65g/cm3,堆积密度为1450kg/m3;石子100t,密度为2、70g/cm3,堆积密度为1500kg/m3、试计算砂石得空隙率,若堆积高度为1、2m,各需要多大面积存放？ 砂:绝对密实体积V1=50*1000/2650=18、87m3 自然状态下得体积V2=50*1000/1450=34、48m3 砂得空隙率为P1=(34、4818、87)/34、48=45、28% 存放面积为S1=3*34、48/1、2=86、2m2 石:绝对密实体积V3=100*1000/2700=37、04m3 自然状态下得体积V4=100*1000/1500=66、67m3 砂得空隙率为P2=(66、6737、04)/66、67=44、44% 存放面积为S2=3*66、67/1、2=166、675m2 第二章 3、花岗石与大理石各有何特性及用途？ 花岗石特性:(1)、密度大。(2)、结构致密,抗压强度高。(3)、孔隙率小,吸水率低。(4)、材质坚硬。(5)、装饰性好。(6)、耐久性好。 用途:用于高级建筑结构材料与装饰材料 第二章 2-1、曲柄压力机由那几部分组成？各部分的功能如何？ 答：曲柄压力机由以下几部分组成：1、工作机构。由曲柄、连杆、滑块组成，将旋转运动 转换成往复直线运动。2、传动系统。由带传动和齿轮传动组成，将电动机的能量传输至工作机构。3、操作机构。主要由离合器、制动器和相应电器系统组成，控制工作机构的运行状态，使其能够间歇或连续工作。4、能源部分。由电动机和飞轮组成，电动机提供能源，飞轮储存和释放能量。5、支撑部分。由机身、工作台和紧固件等组成。它把压力机所有零部件连成一个整体。6、辅助系统。包括气路系统、润滑系统、过载保护装置、气垫、快换模、打料装置、监控装置等。提高压力机的安全性和操作方便性 2-2、曲柄压力机滑块位移、速度、加速度变化规律是怎样的？它们与冲压工艺的联系如何？ 答：速度的变化规律为正弦曲线，加速度的变化规律为余弦曲线，位移的变化规律为 滑块位移与曲柄转角的关系：??????-+ -=)2cos 1(4)cos 1(S αλαR 滑块速度与曲柄转角的关系：)2sin 2R(sin v αλαω+ = 滑块速度与转角的关系：)2cos (cos a 2αλαω+- =R 曲轴受转矩：)2sin 2sin (αλα+=FR M L 2-5装模高度的调节方式有哪些？各有何特点？ 1. 调节连杆长度。该方法结构紧凑，可降低压力机的高度，但连杆与滑块的铰接处为球头， 且球头和支撑座加工比较困难，需专用设备。螺杆的抗弯性能亦不强。 2. 调节滑块高度。柱销式连杆采用此种结构，与球头式连杆相比，柱销式连杆的抗弯强度 提高了，铰接柱销的加工也更为方便，较大型压力机采用柱面连接结构以改善圆柱销的受力。 3. 调节工作台高度。多用于小型压力机。 2-7、开式机身和闭式机身各有何特点？应用于何种场合？P26 1. 开式机身：操作空间三面敞开，工作台面不受导轨间距的限制，安装、调整模具具有较 大的操作空间，与自动送料机构的连接也很方便。但由于床身近似C 形，在受力变形时产生角位移和垂直位移，角位移会加剧模具磨损和影响冲压力质量，严重时会折断冲头。开式机身多用于小型压力机。 2. 闭式机身：形成一个对称的封闭框形结构，受力后仅产生垂直变形，刚度比开式机身好。 但由于框形结构及其它因素，它只能前后两面操作。整体机身加工装配工作量小，需大型加工设备，运输和安装困难。但采用组合机身可以解决运输和安装方面的困难。闭式机身广泛运用于中大型压力机。 2-9、转键离合器的操作机构是怎样工作的?它是怎样保证压力机的单次操作？P28 答：单次行程：先用销子11将拉杆5与右边的打棒3连接起来，后踩下踏板使电磁铁6通 电，衔铁7上吸，拉杆向下拉打棒，离合器接合。 在曲轴旋转一周前，由于凸块2将打棒向右撞开，经齿轮带动关闭器回到工作位置挡住尾板，迫使离合器脱开，曲轴在制动器作用下停止转动，滑块完成一次行程. 绪论 1. 半导体的基本特性？ ①电阻率大体在10-3~109Ω?cm范围 ②整流效应 ③负电阻温度系数 ④光电导效应 ⑤光生伏特效应 ⑥霍尔效应 2. 为什么说有一天，硅微电子技术可能会走到尽头？ ①功耗的问题 存储器工作靠的是成千上万的电子充放电实现记忆的，当芯片集成度越来越高耗电量也会越来越大，如何解决散热的问题？ ②掺杂原子均匀性的问题 一个平方厘米有一亿到十亿个器件，掺杂原子只有几十个，怎么保证在每一个期间的杂质原子的分布式一模一样的呢？是硅微电子技术发展遇到的又一个难题 ③SiO2层量子隧穿漏电的问题 随着器件尺寸的减小，绝缘介质SiO2的厚度也在减小，当减小到几个纳米的时候，及时很小的电压，也有可能使器件击穿或漏电。量子隧穿漏电时硅微电子技术所遇到的另一个问题。 ④量子效应的问题 如果硅的尺寸达到几个纳米时，那么量子效应就不能忽略了，现有的集成电路的工作原理就可能不再适用 第一章 ⒈比较SiHCl3氢还原法和硅烷法制备高纯硅的优缺点？ ⑴三氯氢硅还原法 优点：产率大，质量高，成本低，是目前国内外制备高纯硅的主要方法。 缺点：基硼、基磷量较大。 ⑵硅烷法 优点 ①除硼效果好；（硼以复盐形式留在液相中） ②无腐蚀，降低污染；（无卤素及卤化氢产生） ③无需还原剂，分解效率高； ④制备多晶硅金属杂质含量低（SiH4的沸点低） 缺点：安全性问题 相图 写出合金Ⅳ由0经1-2-3的变化过程 第二章 ⒈什么是分凝现象？平衡分凝系数？有效分凝系数？ 答：⑴分凝现象：含有杂质的晶态物质溶化后再结晶时，杂质在结晶的固体和未结晶的液体中浓度不同，这种现象较分凝现象。 ⑵平衡分凝系数：固液两相达到平衡时，固相中的杂质浓度和液相中的杂 质浓度是不同的，把它们的比值称为平衡分凝系数，用K0表示。 K0=C S/C L 材料成型工艺基础（第三版）部分课后习题答案 第一章 ⑵.合金流动性决定于那些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？ 答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。 ②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？ 答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象，称为收縮。 ②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 ⑹.何谓同时凝则和定向凝则？ 答：①同时凝则：将浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。 ②定向凝则：在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。 第二章 ⑴.试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。 答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。 ⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否相同？ 答：①主要因素：化学成分和冷却速度。 ②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。 ⑸.什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？ 答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果没球墨铸铁好？普通灰铸铁常用热处理方法有哪些？目的是什 么？ 答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。 第三章 ⑴．为什么制造蜡模多采用糊状蜡料加压成形，而较少采用蜡液浇铸成形？为什么脱蜡时水温不应达到沸点？ 答：蜡模材料可用石蜡、硬脂酸等配成，在常用的蜡料中，石蜡和硬脂酸各占50%，其熔点为50℃~60℃，高熔点蜡料可加入塑料，制模时，将蜡料熔为糊状，目的除了使温度均匀外，对含填充料的蜡料还有防止沉淀的作用。 - 第二章 思考题与例题 1. 离子键、共价键、分子键和金属键的特点，并解释金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高的原因 2. 从结构、性能等方面描述晶体与非晶体的区别。 3. 何谓理想晶体何谓单晶、多晶、晶粒及亚晶为什么单晶体成各向异性而多晶体一般情况下不显示各向异性何谓空间点阵、晶体结构及晶胞晶胞有哪些重要的特征参数 4. 比较三种典型晶体结构的特征。（Al 、α-Fe 、Mg 三种材料属何种晶体结构描述它们的晶体结构特征并比较它们塑性的好坏并解释。）何谓配位数何谓致密度金属中常见的三种晶体结构从原子排列紧密程度等方面比较有何异同 5. 固溶体和中间相的类型、特点和性能。何谓间隙固溶体它与间隙相、间隙化合物之间有何区别（以金属为基的）固溶体与中间相的主要差异（如结构、键性、性能）是什么 6. 已知Cu 的原子直径为A ，求Cu 的晶格常数，并计算1mm 3Cu 的原子数。 （ 7. 已知Al 相对原子质量Ar （Al ）=，原子半径γ=，求Al 晶体的密度。 8 bcc 铁的单位晶胞体积，在912℃时是；fcc 铁在相同温度时其单位晶胞体积是。当铁由 bcc 转变为fcc 时，其密度改变的百分比为多少 9. 何谓金属化合物常见金属化合物有几类影响它们形成和结构的主要因素是什么其性能如何 10. 在面心立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。在面心立方晶胞中画出（012）和（123）晶面。 11. 设晶面（152）和（034）属六方晶系的正交坐标表述，试给出其四轴坐标的表示。反之，求（3121）及（2112）的正交坐标的表示。（练习），上题中均改为相应晶向指数，求相互转换后结果。 12.在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标，6个面心构成一个正八面体，指出这个八面体各个表面的晶面指数，各个棱边和对角线的晶向指数。 13. 写出立方晶系的{110}、{100}、{111}、{112}晶面族包括的等价晶面，请分别画出。 工程材料 第一章金属的晶体结构与结晶 1．解释下列名词 点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。 如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半 原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即 为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？ 材料成型复习题(答案) 一、 1落料和冲孔：落料和冲孔又称冲裁，是使坯料按封闭轮廓分离。落料是被分离的部分为所需要的工件，而留下的周边是废料；冲孔则相反。 2 焊接：将分离的金属用局部加热或加压，或两者兼而使用等手段，借助于金属内部原子的 结合和扩散作用牢固的连接起来，形成永久性接头的过程。 3顺序凝固：是采用各种措施保证铸件结构各部分，从远离冒口的部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，实现由远离冒口的部分最先凝固，在向冒口方向顺序凝固，使缩孔移至冒口中，切除冒口即可获得合格零件的铸造工艺 同时凝固：是指采取一些工艺措施，使铸件个部分温差很小，几乎同时进行凝固获得合格零件的铸造工艺 4．缩孔、缩松液态金属在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩，因而在铸件最后凝固部位出现大而集中的孔洞，这种孔洞称为缩孔，而细小而分散的孔洞称为分散性缩孔，简称缩松。 5.直流正接：将焊件接电焊机的正极，焊条接其负极；用于较厚或高熔点金属的焊接。 直流反接：将焊件接电焊机的负极，焊条接其正极；用于轻薄或低熔点金属的焊接。 6 自由锻造：利用冲击力或压力使金属材料在上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间产生变形，从而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件的成形过程。 模型锻造：它包括模锻和镦锻，它是将加热或不加热的坯料置于锻模模膛内，然后施加冲击力或压力使坯料发生塑性变形而获得锻件的锻造成型过程。 7.钎焊：利用熔点比钎焊金属低的钎料作填充金属，适当加热后，钎料熔化将处于固态的焊件连接起来的一种方法。 8.金属焊接性：金属在一定条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料对焊接加工的适应性。 9，粉末冶金：是用金属粉末做原料，经压制后烧结而制造各种零件和产品的方法。 二、 1、铸件中可能存在的气孔有侵入气孔、析出气孔、反应气孔三种。 2、金属粉末的基本性能包括成分、粒径分布、颗粒形状和大小以及技术特征等。 3、砂型铸造常用的机器造型方法有震实造型、微震实造型、高压造型、抛砂造型等。 4、影响金属焊接的主要因素有温度、压力。 5、粉末压制生产技术流程为粉末制取、配混、压制成形、烧结、其他处理加工。 6、影响液态金属充型能力的因素有金属流动性、铸型性质、浇注条件、铸件结构四个方面。 7、金属材料的可锻性常用金属的塑性指标和变形抗力来综合衡量。 8、熔化焊接用焊条通常由焊芯和药皮组成，其中焊芯的主要作用为作为电源的一个电极，传导电流，产生电弧、熔化后作为填充材料，与母材一起构成焊缝金属等。 9、金属塑性变形的基本规律是体积不变定律和最小阻力定律。 10、一般砂型铸造技术的浇注系统结构主要由浇口杯，直浇道，横浇道，内浇道组成。 11、硬质合金是将一些难熔的金属碳化物和金属黏结剂 3－7．（P 81）①在室温下，锗的有效状态密度Nc ＝1.05×1019cm －3，Nv ＝5.7×1018cm －3 ，试求锗的载流子有效质量m n *和m p * 。计算77k 时的Nc 和Nv 。已知300k 时，Eg ＝0.67eV 。77k 时Eg ＝0.76eV 。求这两个温度时锗的本征载流子浓度。②77k ，锗的电子浓度为1017 cm －3 ，假定浓度为零，而Ec －E D ＝0.01eV,求锗中施主浓度N D 为多少？ [解] ①室温下，T=300k （27℃）,k 0=1.380×10-23J/K ，h=6.625×10-34 J·S， 对于锗：Nc ＝1.05×1019cm －3，Nv=5.7×1018cm －3 ： ﹟求300k 时的Nc 和Nv ： 根据（3－18）式： Kg T k Nc h m h T k m Nc n n 3123 32 19 234032 2*32 3 0* 100968.5300 1038.114.32)21005.1()10625.6(2)2()2(2---?=??????=?=??=ππ根据（3－23）式： Kg T k Nv h m h T k m Nv p p 3123 3 2 18 2340 32 2 *32 3 0*1039173.33001038.114.32)2107.5()10625.6(2)2()2(2---?=??????=?=??=ππ﹟求77k 时的Nc 和Nv ： 19192 3 23'233 2 30* 3 2 30*'10365.11005.1)30077()'(;)'()2(2) '2(2?=??===??=c c n n c c N T T N T T h T k m h T k m N N ππ 同理： 17182 3 23' 1041.7107.5)300 77()'(?=??==v v N T T N ﹟求300k 时的n i ： 13181902 11096.1)052 .067 .0exp()107.51005.1()2exp()(?=-???=- =T k Eg NcNv n i 求77k 时的n i ： 723 1918 1902 110094.1)77 1038.12106.176.0exp()107.51005.1()2exp()(---?=?????-???=-=T k Eg NcNv n i ②77k 时，由（3－46）式得到： Ec －E D ＝0.01eV ＝0.01×1.6×10-19；T ＝77k ；k 0＝1.38×10-23；n 0＝1017；Nc ＝1.365×1019cm -3 ； ；＝＝－1619 2231917200106.610 365.12)]771038.12106.101.0exp(10[2)]2exp([??????????-=-Nc T k E Ec n N D D [毕] 3－8．（P 82）利用题7所给的Nc 和Nv 数值及Eg ＝0.67eV ，求温度为300k 和500k 时，含施主浓度N D ＝5×1015cm -3，受主浓度N A ＝2×109cm -3的锗中电子及空穴浓度为多少？ [解]1) T ＝300k 时，对于锗：N D ＝5×1015cm -3，N A ＝2×109cm -3： 【最新资料，WORD文档，可编辑修改】 工程材料 思考题参考答案 第一章金属的晶体结构与结晶 1．解释下列名词 点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。 答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位 间隙原子、 置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个 方向 上的尺寸很小。如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上 的尺 寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许 多尺寸 很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而 造成。 滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部 口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 2 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核 心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成 为非自 发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率， 细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 2. 常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、 Cr 、V 、 Mg 、Zn 各属何种晶体结构？ 答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格； α－Fe、Cr、V 属于体心立方晶格； γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb 属于面心立方晶格； Mg、Zn 属于密排六方晶格； 3. 配位数和致密度可以用来说明哪些问题？ 答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。晶体中配位数和致密度越大，则晶 第2章习题 2-1 a ）试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△ G K 与其临界晶核体积 V K 之间的关系式为 2 G V ； b ）当非均匀形核形成球冠形晶核时，其△ 所以 所以 2-2如果临界晶核是边长为 a 的正方体，试求出其厶G K 与a 的关系。为什么形成立方体晶核 的厶G K 比球形晶核要大？ 解：形核时的吉布斯自由能变化为 a ）证明因为临界晶核半径 r K 临界晶核形成功 G K 16 故临界晶核的体积 V K 4 r ； G V )2 2 G K G V b ）当非均匀形核形成球冠形晶核时, 非 r K 2 SL G V 临界晶核形成功 3 3( G ；7(2 3cos 3 cos 故临界晶核的体积 V K 3（r 非）3（2 3 3cos 3 cos V K G V 1 ( 3 卸2 3 3cos cos )G V 3 3(書 (2 3cos cos 3 ) G K % G K 与V K 之间的关系如何? G K G V G v A a3G v 6a2 3 得临界晶核边长a K G V 临界形核功 将两式相比较 可见形成球形晶核得临界形核功仅为形成立方形晶核的 1/2。 2-3为什么金属结晶时一定要有过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否 会出现过热？为什么？ 答：金属结晶时要有过冷度是相变热力学条件所需求的， 只有△ T>0时，才能造成固相的自 由能低于液相的自由能的条件，液固相间的自由能差便是结晶的驱动力。 金属结晶需在一定的过冷度下进行，是因为结晶时表面能增加造成阻力。固态金属熔 化时是否会出现过热现象，需要看熔化时表面能的变化。如果熔化前后表面能是降低的， 则 不需要过热；反之，则可能出现过热。 如果熔化时，液相与气相接触，当有少量液体金属在固体表面形成时，就会很快覆盖 在整个固体表面(因为液态金属总是润湿其同种固体金属 )。熔化时表面自由能的变化为： G 表面 G 终态 G 始态 A( GL SL SG ) 式中G 始态表示金属熔化前的表面自由能； G 终态表示当在少量液体金属在固体金属表面形成 时的表面自由能；A 表示液态金属润湿固态金属表面的面积；b GL 、CSL 、CSG 分别表示气液相 比表面能、固液相比表面能、固气相比表面能。因为液态金属总是润湿其同种固体金属，根 据润湿时表面张力之间的关系式可写出：b SG 》6GL + (SL 。这说明在熔化时，表面自由能的变 化厶G 表w o ,即不存在表面能障碍，也就不必过热。实际金属多属于这种情况。如果固体 16 3 3( G v )2 1 32 3 6 2 (G v )2 b K t K 4 G V )3 G V 6( 4 G v )2 64 3 96 3 32 r K 2 ~G ?， 球形核胚的临界形核功 (G v )2 (G v )2 (G v )2 G b K 2 G v )3 16 3( G v )2 半导体物理习题解答 1－1．（P 32）设晶格常数为a 的一维晶格，导带极小值附近能量E c （k ）和价带极大值附近能量E v （k ）分别为： E c (k)=0223m k h +022)1(m k k h -和E v (k)= 0226m k h －0 2 23m k h ； m 0为电子惯性质量，k 1＝1/2a ；a ＝0.314nm 。试求： ①禁带宽度； ②导带底电子有效质量； ③价带顶电子有效质量； ④价带顶电子跃迁到导带底时准动量的变化。 [解] ①禁带宽度Eg 根据dk k dEc )(＝0232m k h ＋0 12)(2m k k h -＝0；可求出对应导带能量极小值E min 的k 值： k min ＝ 14 3 k ， 由题中E C 式可得：E min ＝E C (K)|k=k min = 2 10 4k m h ； 由题中E V 式可看出，对应价带能量极大值Emax 的k 值为：k max ＝0； 并且E min ＝E V (k)|k=k max ＝02126m k h ；∴Eg ＝E min －E max ＝021212m k h ＝2 02 48a m h ＝11 28282 2710 6.1)1014.3(101.948)1062.6(----???????＝0.64eV ②导带底电子有效质量m n 0202022382322 m h m h m h dk E d C =+=；∴ m n ＝022 283/m dk E d h C = ③价带顶电子有效质量m ’ 022 26m h dk E d V -=，∴022 2'61/m dk E d h m V n -== ④准动量的改变量 h △k ＝h (k min -k max )= a h k h 83431= [毕] 1－2．（P 33）晶格常数为0.25nm 的一维晶格，当外加102V/m ，107V/m 的电场时，试分别计算电子自能带底运动到能带顶所需的时间。 [解] 设电场强度为E ，∵F =h dt dk =q E （取绝对值） ∴dt =qE h dk 《材料科学基础》课后习题答案 第一章材料结构的基本知识 4. 简述一次键和二次键区别 答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。 6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？ 答：材料的密度与结合键类型有关。一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。 9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。 答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。两相组织是指具有两相的组织。单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。 10. 说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义，说明稳态结构和亚稳态结构之间的关系。 答：同一种材料在不同条件下可以得到不同的结构，其中能量最低的结构称为稳态结构或平衡太结构，而能量相对较高的结构则称为亚稳态结构。所谓的热力学条件是指结构形成时必须沿着能量降低的方向进行，或者说结构转变必须存在一个推动力，过程才能自发进行。热力学条件只预言了过程的可能性，至于过程是否真正实现，还需要考虑动力学条件，即反应速度。动力学条件的实质是考虑阻力。材料最终得到什么结构取决于何者起支配作用。如果热力学推动力起支配作用，则阻力并不大，材料最终得到稳态结构。从原则上讲，亚稳态结构有可能向稳态结构转变，以达到能量的最低状态，但这一转变必须在原子有足够活动能力的前提下才能够实现，而常温下的这种转变很难进行，因此亚稳态结构仍可以保持相对稳定。 第二章材料中的晶体结构 1. 回答下列问题： （1）在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向： 32）与[236] （001）与[210]，（111）与[112]，（110）与[111]，（132）与[123]，（2 （2）在立方晶系的一个晶胞中画出（111）和（112）晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 解：（1） 纳米材料习题答案 1、简单论述纳米材料的定义与分类。 答：最初纳米材料是指纳米颗粒和由它们构成的纳米薄膜和固体。 现在广义: 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围，或由他们作为基本单元构成的材料。 如果按维数，纳米材料可分为三大类： 零维：指在空间三维尺度均在纳米尺度，如：纳米颗粒，原子团簇等。 一维：指在空间有两处处于纳米尺度，如：纳米丝，纳米棒，纳米管等。 二维：指在三维空间中有一维处在纳米尺度，如：超薄膜，多层膜等。 因为这些单元最具有量子的性质，所以对零维，一维，二维的基本单元，分别又具有量子点，量子线和量子阱之称。 2、什么是原子团簇谈谈它的分类。 3、通过Raman 光谱中任何鉴别单壁和多臂碳纳米管如何计算单壁碳纳米管直径 答：利用微束拉曼光谱仪能有效地观察到单臂纳米管特有的谱线，这是鉴定单臂纳米管非常灵敏的方法。 100-400cm-1范围内出现单臂纳米管的特征峰，单臂纳米管特有的环呼吸振动模式；1609cm-1，这是定向多壁纳米管的拉曼特征峰。 单臂管的直径d与特征拉曼峰的波数成反比，即d = 224/w d：单壁管的直径，nm；w：为特征拉曼峰的波数cm-1 4、论述碳纳米管的生长机理（图）。 答：碳纳米管的生长机理包括V-L-S机理、表面（六元环）生长机理。 （1）V-L-S机理：金属和碳原子形成液滴合金，当碳原子在液滴中达到饱和后开始析出来形成纳米碳管。根据催化剂在反应过程中的位置将其分为顶端生长机理、根部生长机理。 ①顶端生长机理：在碳纳米管顶部，催化剂微粒没有被碳覆盖的的部分，吸附并催化裂解碳氢分子而产生碳原子，碳原子在催化剂表面扩散或穿过催化剂进入碳纳米管与催化剂接触的开口处，实现碳纳米管的生长，在碳纳米管的生长过程中，催化剂始终在碳纳米管的顶端，随着碳纳米管的生长而迁移； ②根部生长机理：碳原子从碳管的底部扩散进入石墨层网络，挤压而形成碳纳米管，底部生长机理最主要的特征是：碳管一末端与催化剂微粒相连，另一端是不含有金属微粒的封闭端； （2）表面（六元环）生长机理：碳原子直接在催化剂的表面生长形成碳管，不形成合金。 ①表面扩散机理：用苯环坐原料来生长碳纳米管，如果苯环进入催化剂内部，会被分解而产生碳氢化合物和氢气同时副产物的检测结果为只有氢气而没有碳氢化化物。说明苯环没有进入催化剂液滴内部，而只是在催化剂表面脱氢生长，也符合“帽式”生长机理。 5、论述气相和溶液法生长纳米线的生长机理。 （1）气相法反应机理包括：V-L-S机理、V-S机理、碳纳米管模板法、金属原位生长。 ①V-L-S机理：反应物在高温下蒸发，在温度降低时与催化剂形成低共熔液滴，小液滴相互聚合形成大液滴，并且共熔体液滴在端部不断吸收粒子和小的液滴，最后由于微粒的过饱和而凝固形成纳米线。 ②V-S机理：首先沉底经过处理，在其表面形成许多纳米尺度的凹坑蚀丘，这些凹坑蚀丘为纳米丝提供了成核位置，并且它的尺寸限定了纳米丝的临界成核直径，从而使生长的丝为纳米级。 ③碳纳米管模板法：采用碳纳米管作为模板，在一定温度和气氛下，与氧化物反应，碳纳米管一方面提供碳源，同时消耗自身；另一方面提供了纳米线生长的场所，同时也限制了生成物的生长方向。 ④金属原位生长： （2）溶液法反应机理包括溶液液相固相、选择性吸附。 ①S-L-S机理：SLS 法和 VLS 法很相似，二者的主要差别在于 SLS 法纳米线成长的 液态团簇来源于溶液相，而 VLS 法则来自蒸气相。材料科学基础课后作业及答案(分章节)
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