材料结构与性能总结
材料结构与性能总结
一、基本概念:
1、七大晶系：①立方晶系 a=b=c,α=β=γ=90o，有简单立方、体心立方、面心立方三种布拉菲晶胞②三方晶系 a=b=c,α=β=γ≠90o，有一种简单三方布拉菲晶胞③四方晶系 a=b≠c,α=β=γ=90o，有简单四方、体心四方二种布拉菲晶胞④正交晶系 a≠b≠c,α=β=γ=90o，有简单正交、底心正交、体心正交、面心正交四种布拉菲晶胞。
2、肖特基缺陷：在晶体内部形成空位，而表面产生新的原子层，结果就在晶体内部产生空位但没有间隙原子，这种缺陷称为肖特基缺陷。
3、佛伦克尔缺陷：间隙原子和空位成对出现的缺陷称为佛伦克尔缺陷。
4、金属键：金属中自由电子与金属正离子之间构成的键。
5、共有化运动：在晶体结构中，大量的原子按一定的周期有规则的排列在空间构成一定形式的晶格。如果原子是紧密堆积的，原子间间距很小。晶体中原子能级上的电子不完全局限在某一个原子上，可以由一个原子转移到相邻的原子上去，结果电子可以在整个晶体中运动。
6、能带（允带）：固体中若有N个原子，每个原子内的电子有相同的分立的能级，当这N 个原子逐渐靠近时，原来束缚在单原子中的电子，不能在一个能级上存在，从而只能分裂成N个非常靠近的能级，因为能量差甚小，可看成能量连续的区域，称为能带。
7、半导体：导电性能介于金属和绝缘体之间，具有负的电阻温度系数的一类物质。
8、非晶：无规则的外形和固定的熔点，内部结构也不存在长程有序，但在若干原子间距内的较小范围内存在结构上的有序排列—短程有序。
9、单晶：指整个晶体主要由原子（或离子）的一种规则排列方式所贯穿。
10、多晶：是由大量的微小单晶体随机堆积而成的整块材料。
11、超导体：低于某一温度出现超导电性的物质。
12、快离子导体：有一类离子晶体，有数目相当大的载流子，载流子浓度与温度无明显关系，其平均自由程大，离子导电激活能低，它们的离子电导率与液体电解质差不多，甚至更高，这类例子化合物叫做快离子导体。
13、贮存材料：在室温和常压条件下能迅速吸氢或反应生成氢化物，使氢以氢化物的形式贮存起来，在需要的时候，适当加温或减小压力使这些贮存的氢释放出来以供使用的材料。
14、原子团簇: 由几个至上千个原子、分子结合成相对稳定的微观和亚微观聚集体叫做团簇。
15、幻数：某些原子数目的团簇出现的频率特别高，结构也特别稳定，这些原子出现频率特别高的原子数目叫做幻数。
16、纳米材料:是指材料的基本结构单元至少有一维的特征尺寸介于1～100 nm，并由于纳米尺寸效应，表面、界面效应和量子尺寸效应而表现出奇异的、不同于相应的体材料所具备的物理或化学特性的材料或材料体系。
17、溶胶－凝胶法：用含有高化学活性组分的化合物做前驱体，并进行水解、醇解、缩聚反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经一段时间放置后，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶经过干燥、烧结去除水及有机成分，得到纳米材料。
18、玻璃化温度：粘度相当于1013泊时的温度，用Tg 表示。
19、过冷度：晶态材料的热力学熔点Tm 与玻璃转化温度之间的差值，用ΔT 表示，即ΔT=Tm-Tg 。
20、准晶：具有准周期平移格子构造的固体，其中的原子呈定向有序排列，但不
做周期性平移重复。
21、电介质：能够承受较强的外电场，同时在外电场的作用下，束缚电荷出现短
程运动与位移，结果使正负电荷中心偏移，通过这种方式来传递、存储或记录外
电场的影响。
22、电介质的极化：在外电场中，电介质表面出现极化电荷的现象。
23、自发极化：对于一些特殊的材料，晶胞不进结构上没有对称中心，而且在无
外力作用时晶胞本身的正、负电荷中心不重合，即晶胞具有极性，由于这种极化
状态是在外场为零时自发建立起来的，因此称为自发极化。
24、电畴：由于晶体构造的周期性和重复性。晶胞的固有电矩便会沿着同一方向
排列整齐，电偶极矩在一定的子区域内取向相同，这些区域就称为电畴或畴。
论述题：
1、试简述面缺陷与材料的行为？
答：（1）对位错运动有阻碍作用，所以细化晶粒，增加晶界含量，可以改善材料
的力学性能，既提高强度又增加韧性。
（2）原子的混乱排列成为扩散的快速通道和固态相变成核的优先位置。
（3）晶界等处的原子活性较高，以及杂质的存在，使材料易被氧化和腐蚀。
2、画出Si 、GaAs 材料的实际二维能带图并简述其结构性能。
答：
①硅的价带的极大值位于k=0处，三维晶体中为一球形等能面；硅导带多能谷结
构，三维晶体中存在6个能量最小值；硅的导带底和价带顶在k 空间处于不同的
k 值，为间接带系半导体。
②砷化镓价带极大值位于k=0处，导带极小值也在k=0处，为直接带系型半导体，
与硅的间接带系相比光能转换效率更高；砷化镓的禁带宽度（Eg)比硅大，晶体
管的工作温度上限与Eg 有关，因此砷化镓工作温度上限比硅高，而且大的禁带
宽度是晶体管击穿电压大。
3、试述超导体的特点
答：①完全导电性（零电阻），超导体进入超导态时，其电阻率实际上等于零。
1.1e v 1.42e v
（例如：室温下将超导体放入磁场中，冷却到低温进入超导状态，去掉外加磁场后，线圈产生感生电流，由于没有电阻，此电流将永不衰减。即超导体的“持久电流”。）
②完全抗磁性(迈斯纳效应)：当超导体冷却到临界温度以下而转变为超导态后，只要周围的外加磁场没有强到破坏超导性的程度，超导体就会把穿透到体内的磁力线完全排斥出体外，在超导体内永远保持磁感应强度为零。超导体的这种特殊性质被称为“迈斯纳效应”。
③存在临界参数：临界温度（Tc），超导体必须冷却至某一临界温度以下才能保持其超导性。
临界电流密度（Jc），通过超导体的电流密度必须小于某一临界电流密度才能保持超导体的超导性。
临界磁场（Hc），施加给超导体的磁场必须小于某一临界磁场才能保持超导体的超导性。
4、试述高温超导体的结构特点
答：①层状钙钛矿结构，可以看作是由导电层和绝缘的组合层构成的夹层状结构。
②导电层是由一层或几层Cu-O平面组成的，电导和超导都是主要发生在这些
Cu-O层上，电学性质和超导性质都具有强烈的各向异性。
③绝缘的组合层也可称作载流子库层。向CuO 面提供载流子。
超导体材料的应用：超导发电机、超导输电线路、超导计算机、高温超导过滤器、超导磁悬浮列车。
5、试述快离子导体的微观结构特点
答：①快离子导体中的载流子主要是离子，电导活化能低，在固体中可流动的数量相当大。
②快离子导体往往不是某一组成的某一材料，而是指某一特定的相。
③快离子导体的晶格中包含能量近似相等，而数量远比传导离子数目多的间隙位。
④传导离子的间隙位之间势垒不能太高，传导离子在间隙位之间可以比较容易跃迁。
⑤这些空位应彼此互相连接，间隙位的分布应取共面多面体，构成一个立体网络结构，可拥有贯穿晶格始末的离子通道的传输离子。
6、试述ZrO2氧传感器的工作原理
答：ZrO2具有快离子导体的结构，但是室温下不稳定，可通过加入少量的碱土金属氧化物或稀土氧化物，使ZrO2保持其稳定为萤石结构，成为快离子导体。
氧传感器的工作原理为：内层电极与大气接触，所以氧气浓度高，外层电极与排气接触，氧气浓度低。当排放的废气中所含的氧相对少，氧化锆两侧的电极所接触到的氧气高低落差大，所产生的电动势也相对高(将近1V)；当燃烧完成多余的氧气较多时，氧化锆两侧的白金层的氧气落差小，因此所产生的电动势低(将近0V)。电动势的信号传送到调节系统，通过改变油量大小进行相应的调节。
7、试述贮氢合金的结构特点以及吸氢、放氢原理。
答：特点①储氢合金中，氢密度极高。金属氢化物的氢密度与液态氢、固态氢的相当，约是氢气的1000倍。
②一般储氢合金中，氢分解压较低，所以用金属氢化物贮氢时并不必用耐压钢瓶。
吸氢、放氢原理：改变温度和压力的条件,使反应正向或逆向进行即可实现吸氢或放氢，反应如下：
恒定温度：通过改变压力实现吸氢或放氢。将金属至于T1温度，高于P1压力，金属会与氢反应生成氢化物，即金属吸氢；低于P1的气氛中，氢化物发生分解释放出氢气。
恒定压力：通过改变温度也可实现
吸氢或放氢。压力为P2时，
当温度高于T2时，（如T3）
氢化物发生分解释放出氢气,
将温度降到T2温度以下（如T1 ），
金属与氢反应生成氢化物。
8、原子团簇的四个效应
答：同位数效应、量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应。（？不知如何详述）
9、试述金刚石、石墨、C60的结构特征以及性质的不同点。
答：金刚石是碳的同素异构体，晶体结构为正四面体，为等轴晶，在单位晶胞中，C原子具有高度的对称性。C原子位于四面体的角顶及中心，C—C原子间为共价键，配位数为4。
石墨也是碳的同素异构体，，它的结晶格架为六边形层状结构，是一种混合型晶体：层内存在共价键，层间以范德华力结合，兼具有原子晶体、分子晶体的特征和特性。
C60是碳的第三种同素异构体，C60由20个六边形、12个五边形组成的32面体；形状类似于足球，球是空心的；每三个面的交点处为一个C原子，共60个；C-C 键的杂化介于sp3和sp2之间，以共价键为主，具有方向性和饱和性。
性能的差异：三者都是碳的同素异构体，具有相似的化学性质，但由于碳原子的排列顺序不同，导致物理方面的性质差别较大。金刚石硬度很大，且较脆，密度较大，纯净的为无色透明状，有金刚光泽，不溶于水，可溶于有机溶剂，不具有导电性；石墨呈灰黑色，硬度很小，质软，易于变形，具有良好的塑韧性，可以导电，不溶于水，易溶于CS2 等有机溶剂；C60固体是黑色固态分子晶体，密度不高，低于金刚石和石墨，非常软，在任何方向上都可以在较小的压力下变形，属于半导体材料，常态下不导电，不溶于水，易溶于CCl4 、甲苯等非极性分子，掺入一定量的碱金属，可形成超导体。
10、试画出纳米材料的硬度（H）、韧性（K）、熔点（Tm)、热膨胀系数（a)与粒径的关系图并解释。
答:①硬度
硬度是由晶粒的尺寸和缺陷决定的，在纳米晶体中存在一个临界尺寸dc: 当d
②韧性
多晶材料的变形可以用外加应力施加下的扩散蠕变机制来解释，随着粒径的减小，蠕变速率增加，塑韧性增加。
③熔点
熔点反应了质点间结合力的大小，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，因此熔化时所需增加的内能小得多，即温度不需要很高就可熔化。随着粒径的减小，熔点急剧降低。
④热膨胀系数
热膨胀系数与物质内原子间的斥力、引力大小及原子间的键能大小直接相关。随着粒径的减小，热膨胀系数增加。
11、试述非晶材料的微观结构特征。
答：①只存在小区间范围内的短程有序，在近程或次近邻的原子间的键合（如配位数、原子间距、键角、键长等）具有某种规律性，但没有长程序结构。
②非晶态材料的电子衍射是漫散的中心衍射斑点。X射线衍射图上非晶没有特征峰。但由于短程有序，仍存在择优性衍射，出现非晶态馒头峰。
③非晶材料在电子显微镜下看不到晶粒间界、晶格缺陷等形成的衍衬反差。
④任何体系的非晶态固体与其对应的晶态材料相比，都是亚稳态。当温度升高时，在某个很窄的温度区间，原子重排会发生明显的结构相变。
12、试简述制备非晶态材料需要控制哪些工艺参数，在试验中如何获得这些参数值。
答：非晶态材料的特点：无固定熔点，存在玻璃化转变温度，长程无序，短程有序，整体结构均匀。
制备非晶态材料需要控制的工艺参数：过冷度，冷却速度。
获得方法：过冷度ΔT =Tm－Tg其中Tg：玻璃化转变温度，Tm：熔点
冷却速度：非晶形成条件：冷速快，晶核形成长大速度慢，即单位时间内形成的晶核数量少。
临界冷速：Q=Tm-Tn/tn
非晶形成：冷却速度大于Q。
13、试述非晶材料的性能。
答：①力学性能
高强度、高硬度：非晶态的结构在宏观上是各向同性的，没有晶态材料中常见的晶界和缺陷等各种局部不均匀。这样就使得非晶态材料具有很高的强度和硬度。高韧性：非晶态材料中原子排列不规则，原子不是整齐的排在晶面上，而是犬牙交错，这使得材料断裂需要较高的能量，因而韧性较大。
②耐蚀性能
非晶态材料比相同成分的晶态材料具有强得多的耐腐蚀性能。
主要因为:(1)非晶态的结构在宏观上是各向同性的，没有晶态材料中常见的晶界和缺陷等各种局部不均匀，这使得腐蚀液无缝可钻。
(2)非晶态材料的自身活性较高，能够在表面迅速的形成钝化膜。一旦钝化膜局部破裂能立即自动修复。
14、根据BaTiO3的晶体结构特点画出BaTiO3的介温图谱（-150℃～200℃），并
解释各个温度段的晶体结构特点。实验中一般通过什么方法来降低BaTiO3d的居里温度，并解释降低的原理。
答：三方 a=b=c，α=β=γ≠90o
正交 a≠b≠c,α=β=γ=90o
四方 a=b≠c, α=β=γ=90o
立方a=b=c, α=β=γ=90o
立方
四方
正交
三方
实验中一般通过掺杂的方法降低BaTiO3的居里温度，如SrTiO3，主要是因为Sr —O键能大于Ba—O键，O键被锁定，电子云不易变形；另外SrTiO3居里温度为-250℃，远小于BaTiO3的居里温度Tc=120℃。
15、试画出介电常数与频率的关系图，并简单解释。
答：
①当电场频率较低时，电子位移极化、离子位移极化、取向极化都跟得上电场的变化，因此极化程度高，介电系数大。
②在高频区（紫外），只有电子位移极化能跟上电场的变化，介电系数降低到只有电子位移极化所贡献的值，介电常数很小。
材料物理性能考试复习资料
1. 影响弹性模量的因素包括:原子结构、温度、相变。 2. 随有温度升高弹性模量不一定会下降。如低碳钢温度一直升到铁素体转变为 奥氏体相变点，弹性模量单调下降，但超过相变点，弹性校模量会突然上升，然后又呈单调下降趋势。这是在由于在相变点因为相变的发生，膨胀系数急剧减小，使得弹性模量突然降低所致。 3. 不同材料的弹性模量差别很大，主要是因为材料具有不同的结合键和键能。 4. 弹性系数Ks 的大小实质上代表了对原子间弹性位移的抵抗力，即原子结合 力。对于一定的材料它是个常数。 弹性系数Ks 和弹性模量E 之间的关系:它们都代表原子之间的结合力。因为建立的模型不同，没有定量关系。（☆） 5. 材料的断裂强度：a E th /γσ= 材料断裂强度的粗略估计：10/E th =σ 6. 杜隆-珀替定律局限性:不能说明低温下，热容随温度的降低而减小，在接近 绝对零度时，热容按T 的三次方趋近与零的试验结果。 7. 德拜温度意义: ① 原子热振动的特征在两个温度区域存在着本质差别，就是由德拜温 度θD 来划分这两个温度区域: 在低θD 的温度区间，电阻率与温度的5次方成正比。 在高于θD 的温度区间，电阻率与温度成正比。 ② 德拜温度------晶体具有的固定特征值。 ③ 德拜理论表明:当把热容视为(T/θD )的两数时，对所有的物质都具有 相同的关系曲线。德拜温度表征了热容对温度的依赖性。本质上， 徳拜温度反应物质内部原子间结合力的物理量。 8. 固体材料热膨胀机理： （1） 固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中质点间平均距离随温度升 高而增大。 （2） 晶体中各种热缺陷的形成造成局部点阵的畸变和膨胀。随着温度升 高，热缺陷浓度呈指数增加，这方面影响较重要。 9. 导热系数与导温系数的含义: 材料最终稳定的温度梯度分布取决于热导率，热导率越高，温度梯度越小;而趋向于稳定的速度,则取决于热扩散率,热扩散率越高，趋向于稳定的速度越快。 即:热导率大，稳定后的温度梯度小，热扩散率大，更快的达到“稳定后的温度梯度”（☆） 10. 热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，故又称为抗热震 性。 热稳定性破坏(即抗热振性)的类型有两种：抗热冲击断裂性和抗热冲击损伤性。 11. 提高材料抗热冲击断裂性能的措施 ①提高材料强度σ，减小弹性模量E ，σ/E 增大，即提高了材料柔韧性，这样可吸收较多的应变能而不致于开裂。晶粒较细，晶界缺陷小，气孔少且分散者，强度较高，抗热冲击断裂性较好。
《材料结构与性能》习题
《材料结构与性能》习题 第一章 1、一 25cm长的圆杆，直径 2.5mm，承受的轴向拉力4500N。如直径拉细成 2.4mm，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。 2、举一晶系，存在S14。 3、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95%的 Al 2O（3 E=380GPa）和 5%的玻璃相（ E=84GPa），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=0,t= ∞以及 t= τε（或τσ）时的纵坐标。 6、一 Al 2O3晶体圆柱（图1.28 ），直径 3mm，受轴向拉力 F ，如临界抗剪强度τ c=130MPa，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 1.75J/m 2；Si-O 的平衡原子间距为 1.6 ×10-8 cm；弹性模量值从60 到 75GPa。 2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73GPa；γ =1.56J/m 2；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=380GPa，μ =0.24 ，求 KⅠc值，设极限载荷达50 ㎏。计算此材料的断裂表面能。 5、一钢板受有长向拉应力350 MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的 中心穿透缺陷，长 8mm（=2c）。此钢材的屈服强度为 1400MPa，计算塑性区尺 寸 r 0及其与裂缝半长 c 的比值。讨论用此试件来求 KⅠc值的可能性。 6、一陶瓷零件上有以垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：①2mm；②0.049mm；③ 2μ m，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 2 1.62 MPa〃m。讨论诸结果。 7、画出作用力与预期寿命之间的关系曲线。材料系ZTA陶瓷零件，温度在 2 ，慢裂纹扩展指数-40 ，Y 取π 。设保 900℃， KⅠc为 10MPa〃m N=40，常数 A=10 证实验应力取作用力的两倍。 8、按照本章图 2.28 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： 782，784，866，884，884，890，915，922，922，927，942， 944，1012 以及 1023MPa。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。
材料物理性能复习总结
1、 ?拉伸曲线： ?拉伸力F－绝对伸长△L的关系曲线。 ?在拉伸力的作用下，退火低碳钢的变形过程四个阶段： ?1）弹性变形：O～e ?2）不均匀屈服塑性变形：A～C ?3）均匀塑性变形：C～B ?4）不均匀集中塑性变形：B～k ?5）最后发生断裂。k～ 2、弹性变形定义： ?当外力去除后，能恢复到原形状或尺寸的变形－弹性变形。 ?弹性变形的可逆性特点： ?金属、陶瓷或结晶态的高分子聚合物：在弹性变形内，应力－应变间具有单值线性 关系，且弹性变形量都较小。 ?橡胶态高分子聚合物：在弹性变形内，应力－应变间不呈线性关系，且变形量较大。 ?无论变形量大小和应力－应变是否呈线性关系，凡弹性形变都是可逆变形。 3、弹性比功：（弹性比能、应变比能），用a e 表示， ?表示材料在弹性变形过程中吸收弹性变形功的能力。 ?一般用材料开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 ?物理意义：吸收弹性变形功的能力。 ?几何意义：应力σ-应变ε曲线上弹性阶段下的面积。 4、理想弹性材料：在外载荷作用下，应力-应变服从虎克定律，即σ＝Eε，并同时满足3个条件，即： ?①应变对于应力的响应是线性的； ?②应力和应变同相位； ?③应变是应力的单值函数。
?材料的非理想弹性行为： ?可分为滞弹性、伪弹性及包申格效应等几种类型 5、滞弹性(弹性后效) ?滞弹性：是指材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹 性应变的现象。 6、实际金属材料具有滞弹性。 ?1）单向加载弹性滞后环 ?在弹性区内单向快速加载、卸载时，加载线与卸载线会不重合（应力和应变不同步）， 形成一封闭回线，称为弹性滞后环。 ?2）交变加载弹性滞后环 ?交变载荷时，若最大应力＜宏观弹性极限，加载速率比较大，则也得到弹性滞后环(图 b)。 ?3）交变加载塑性滞后环 ?交变载荷时，若最大应力＞宏观弹性极限，则得到塑性滞后环（图c）。 7、材料存在弹性滞后环的现象说明：材料加载时吸收的变形功> 卸载时释放的变形功，有一部分加载变形功被材料所吸收。 ?这部分在变形过程中被吸收的功，称为材料的内耗。 ?内耗的大小：可用滞后环面积度量。 8、金属材料在交变载荷(振动)下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫金属的“内耗”。 ?严格说，循环韧性与内耗是有区别的，但有时常混用。 ?循环韧性： ?指材料在塑性区内加载时吸收不可逆变形功的能力。 ?内耗： ?指材料在弹性区内加载时吸收不可逆变形功的能力 9、循环韧性：也是金属材料的力学性能，因它表示在交变载荷(振动)下吸收不可逆变形功的能力，故又称为消振性。 ?材料循环韧性越高，则自身的消振能力就越好。 ?高的循环韧性可减振：如汽轮机叶片（1Cr13），机床材料、发动机缸体、底座等选 用灰铸铁制造。 ?低循环韧性可提高其灵敏度：如仪表和精密机械、重要的传感元件。 ?乐器所用材料的循环韧性越低，则音质越好。 10、伪弹性有些合金如（Au金-Cd镉，In铟-Tl铊等）在受一定应力时会诱发形成马氏体，相应地产生应变，应力去除后马氏体立即逆变为母相，应变回复 11、当材料所受应力超过弹性极限后，开始发生不可逆的永久变形，又称塑性变形。 12、单晶体受力后，外力在任何晶面上都可分解为正应力和切应力。 ?正应力：只能引起弹性变形及解理断裂。 ?只有在切应力的作用下，金属晶体才能产生塑性变形。 13、金属材料常见的塑性变形方式：滑移和孪生两种。 14、滑移现象： ?表面经抛光的金属单晶体在拉伸时，当应力超过屈服强度时，在表面会出现一些与 应力轴成一定角度的平行细线。 ?在显微镜下，此平行细线是一些较大的台阶（滑移带）。 ?滑移带：又是由许多小台阶组成，此小台阶称为滑移线
材料性能学教学大纲
《材料性能学》课程教学大纲 一、课程基本信息 课程编码： 课程类别：必修课 适用专业：材料化学 总学时：48 学分：3 课程简介：本课程是材料化学专业主干课程之一，属专业基础课。本课程主要内容为材料物理性能，以材料通用性物理性能及共同性的内容为主。通过本课程的教学，使学生获得关于材料物理性能包括材料力学性能（受力形变、断裂与强度）、热学、光学、导电、磁学等性能及其发展和应用，重点掌握各种重要性能的原理及微观机制，性能的测定方法以及控制和改善性能的措施，各种材料结构与性能的关系，各性能之间的相互制约与变化规律。 授课教材：《材料物理性能》，吴其胜、蔡安兰、杨亚群，华东理工大学出版社，2006，10。 2、参考书目: 1.《材料性能学》，北京工业大学出版社，王从曾，2007. 1 2.《材料的物理性能》，哈尔滨工业大学出版社，邱成军等，2009.1 二、课程教育目标 通过学习材料的各种物理性能，使学生掌握以下内容：各种材料性能的各类本征参数的物理意义和单位以及这些参数在解决实际问题中所处的地位；弄清各材料性能和材料的组成、结构和构造之间的关系；掌握这些性能参数的物质规律，从而为判断材料优劣、正确选择和使用材料、改变材料性能、探索新材料、新性能、新工艺打下理论基础；为全面掌握材料的结构，对材料的原料和工艺也应有所认识，以取得分析性能的正确依据。 三、教学内容与要求 第一章：材料的力学性能 重点与难点： 重点：应力、应变、弹性变形行为、Griffith微裂纹理论，应力场强度因子和平面应变断裂韧性，提高无机材料强度改进材料韧性的途径。 难点：位错运动理论、应力场强度因子和平面应变断裂韧性。
材料物理性能复习总结
第一章电学性能 1.1 材料的导电性 ，ρ称为电阻率或比电阻，只与材料特性有关，而与导体的几何尺寸无关，是评定材料导电性的基本参数。ρ的倒数σ称为电导率。 一、金属导电理论 1、经典自由电子理论 在金属晶体中，正离子构成了晶体点阵，并形成一个均匀的电场，价电子是完全自由的，称为自由电子，它们弥散分布于整个点阵之中，就像气体分子充满整个容器一样，因此又称为“电子气”。它们的运动遵循理想气体的运动规律，自由电子之间及它们与正离子之间的相互作用类似于机械碰撞。当对金属施加外电场时，自由电子沿电场方向作定向加速运动，从而形成了电流。在自由电子定向运动过程中，要不断与正离子发生碰撞，使电子受阻，这就是产生电阻的原因。 2、量子自由电子理论 金属中正离子形成的电场是均匀的，价电子与离子间没有相互作用，可以在整个金属中自由运动。但金属中每个原子的内层电子基本保持着单个原子时的能量状态，而所有价电子却按量子化规律具有不同的能量状态，即具有不同的能级。 0K时电子所具有最高能态称为费密能E F。 不是所有的自由电子都参与导电，只有处于高能态的自由电子才参与导电。另外，电子波在传播的过程中被离子点阵散射，然后相互干涉而形成电阻。 马基申定则：′，总的电阻包括金属的基本电阻和溶质（杂质）浓度引起的电阻（与温度无关）；从马基申定则可以看出，在高温时金属的电阻基本取决于，而在低温时则决定于残余电阻′。 3、能带理论 能带：由于电子能级间隙很小，所以能级的分布可看成是准连续的，称为能带。 图1-1(a)、(b)、(c)，如果允带内的能级未被填满，允带之间没有禁带或允带相互重叠，在外电场的作用下电子很容易从一个能级转到另一个能级上去而产生电流，具有这种能带结构的材料就是导体。 图1-1(d)，若一个满带上面相邻的是一个较宽的禁带，由于满带中的电子没有活动的余地，即便是禁带上面的能带完全是空的，在外电场作用下电子也很难跳过禁带，具有这种能带结构的材料是绝缘体。
材料性能学预测终结版
有相关人士称本门课通过率20%，我就不信背完这些还会挂？请进行有选择有判断的阅读——★★为重点内容注：斜体为不确定答案 一.判断 1.一切物质都是磁质，都具有磁现象，只是对磁场的响应程度不同。（√） 2.材料热膨胀系数与其结构致密度有关，结构致密的固体材料具有较大的热膨胀系数。 （√） 3.热传导过程是基于声子和电子发生的。（×） 4.材料的折射率越大，其对光的反射系数越大。（√） 5.双电桥法测定材料的电阻的精度高的原因是这种方法可以用于消除接触电阻。（×） 6.光导纤维远距离传输信号的应用是基于全反射原理。（√） 7.材料低于居里温度时，自发极化为零。（×） 8.脆性断裂就是解理断裂。（×） 9.简谐振动模型适用于材料的热膨胀过程。（×） 10.材料离子的极化率越大，折射率也越大。（√） 11.材料高于居里温度时，自发极化为零。（√） 12.激光晶体是线性光学材料。（×） 13.断口有韧窝存在，那么一定是韧性断裂。（×） 14.通常磨损过程分为稳定磨损和剧烈磨损两个阶段。（×） 15.两接触物体受压力并作纯滚动时，接触应力的最大切应力产生于物体表面。（√） 16.固体材料的真线膨胀系数是一个常数。（×） 17.激光晶体可以用于改变任何强度光的频率。（×） 18.光的波长与材料散射质点的大小越接近，材料对光的散射越小。（×） 19.帕尔帖效应原理可以用于设计热电偶温度计。（×） 20.安培伏特计法测定电阻时，毫伏计的阻值与被测电阻的阻值差别越小，测定结果越准确。 （×） 21.裂纹扩展的基本形式可分为张开型、滑开型、撕开型，其中以撕开型最危险。（×） 22.通常磨损过程分为磨合、稳定磨损和剧烈磨损三个阶段。（√） 23.材料热膨胀系数与其键合状况有关，键强大的材料有较大的热膨胀系数。（×） 24.激光晶体可以用于产生新的激光频率。（√） 25.材料不均匀结构的折射率差异越大，对光的散射越弱。（×） 26.四探针法测定材料的电阻可以用于消除接触电阻。（√） 27.磁化强度是抵消被磁化铁磁物质剩磁所需的反向外磁场强度。（×） 28.应力状态软性系数越大，材料越容易产生塑性变形。（√） 29.材料的刚度是表征材料弹性变形的抗力。（√） 30.材料弹性是表征材料弹性变形的抗力。（×）
西工大——材料性能学期末考试总结
材料性能学 第一章材料单向静拉伸的力学性能 一、名词解释。 1.工程应力:载荷除以试件的原始截面积即得工程应力σ，σ=F／A0。 2.工程应变：伸长量除以原始标距长度即得工程应变ε，ε=Δl／l0。 3.弹性模数：产生100％弹性变形所需的应力。 4.比弹性模数（比模数、比刚度）：指材料的弹性模数与其单位体积质量的比值。（一般适用于航空业） 5.比例极限σp：保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力，即在拉伸应力—应变曲线上开始偏离直线时的应力值。 6.弹性极限σe：弹性变形过渡到弹-塑性变形（屈服变形）时的应力。 7.规定非比例伸长应力σp：即试验时非比例伸长达到原始标距长度(L0)规定的百分比时的应力。 8.弹性比功(弹性比能或应变比能) a e: 弹性变形过程中吸收变形功的能力，一般用材料弹性变形达到弹性极限时单位体积吸收的弹性变形功来表示。 9.滞弹性：是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。 10.粘弹性：是指材料在外力作用下，弹性和粘性两种变形机理同时存在的力学行为。 11.伪弹性：是指在一定的温度条件下，当应力达到一定水平后，金属或合金将产生应力诱发马氏体相变，伴随应力诱发相变产生大幅的弹性变形的现象。 12.包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形（1-4%），然后再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 13.内耗：弹性滞后使加载时材料吸收的弹性变形能大于卸载时所释放的弹性变形能，即部分能量被材料吸收。（弹性滞后环的面积） 14.滑移：金属材料在切应力作用下,正应力在某面上的切应力达到临界切应力产生的塑变,即沿一定的晶面和晶向进行的切变。 15.孪生：晶体受切应力作用后,沿一定的晶面(孪生面)和晶向(孪生方向)在一个区域内连续性的顺序切变,使晶体仿佛产生扭折现象。 16.塑性：是指材料断裂前产生塑性变形的能力。 17.超塑性：在一定条件下，呈现非常大的伸长率(约1000％)，而不发生缩颈和断裂的现象。 18.韧性断裂：材料断裂前及断裂过程中产生明显的塑性变形的断裂过程。 19.脆性断裂：材料断裂前基本上不产生明显的宏观塑性变形，没有明显预兆，往往表现为突然发生的快速断裂过程。 20.剪切断裂：材料在切应力的作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂。 21.解理断裂：在正应力的作用下，由于原子间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂。 22.韧性：是材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 23.银纹：聚合物材料在张应力作用下表面或内部出现的垂直于应力方向的裂隙。当光线照射到裂隙面的入射角超过临界角时，裂隙因全反射而呈银色。 24.河流花样：在电子显微镜中解理台阶呈现出形似地球上的河流状形貌，故名河流状花样。 25.解理台阶：解理断裂断口形貌中不同高度的解理面之间存在台阶称为解理台阶。 26.韧窝：微孔聚集形断裂后的微观断口。 27.理论断裂强度：在外加正应力作用下，将晶体中的两个原子面沿着垂直于外力方向拉断所需的应力称为理论断裂强度。 28.真实断裂强度：用单向静拉伸时的实际断裂拉伸力Fk除以试样最终断裂截面积Ak所得应力值。 29.静力韧度：通常将静拉伸的σ——ε曲线下所包围的面积减去试样断裂前吸收的弹性能。 二、填空题。 1. 整个拉伸过程的变形可分为弹性变形，屈服变形，均匀塑性变形，不均匀集中塑性变形四个阶段。 2. 材料产生弹性变形的本质是由于构成材料原子（离子）或分子自平衡位置产生可逆位移的反应。 3. 在工程中弹性模数是表征材料对弹性变形的抗力，即材料的刚度，其值越大，则在相同应力下产生的弹性变形就越小。
材料物理性能复习思考题汇总
材料物理性能复习思考题汇总 第一章绪论及材料力学性能 一．名词解释与比较 名义应力:材料受力前面积为A,则δ。=F/A,称为名义应力 工程应力：材料受力后面积为A。，则δT =F/A。，称为工程应力 拉伸应变：材料受到垂直于截面积方向大小相等，方向相反并作用在同一条直线上的两个拉伸应力时发生的形变。 剪切应变：材料受到平行于截面积大小相等，方向相反的两个剪切应力时发生的形变。 结构材料：以力学性能为基础，以制造受力构件所用材料 功能材料：具有除力学性能以外的其他物理性能的材料。 晶须：无缺陷的单晶材料 弹性模量：材料发生单位应变时的应力 刚性模量：反映材料抵抗切应变的能力 泊松比：反映材料横向正应变与受力方向线应变的比值。（横向收缩率与轴向收缩率的比值） 形状因子：塑性变形过程中与变形体尺寸，工模具尺寸及变形量相关参数。 平面应变断裂韧性：一个考虑了裂纹尺寸并表征材料特征的常数 弹性蠕变：对于金属这样的实际弹性体，当对它施加一定的应力时，它除了产生一个瞬时应变以外，还会产生一个随时间而变化的附加应变（或称为弛豫应变），这一现象称为弹性蠕变。 蠕变：在恒定的应力δ作用下材料的应变随时间增加而逐渐增大的现象 材料的疲劳：裂纹在使用应力下，随着时间的推移而缓慢扩展。 应力腐蚀理论：在一定环境温度和应力场强度因子作用下，材料中关键裂纹尖端处，裂纹扩展动力与裂纹扩展阻力的比较，构成裂纹开裂和止裂的条件。 滑移系统：滑移面族和滑移方向为滑移系统 相变增韧：利用多晶多相陶瓷中某些相成分在不同温度的相变，从而增韧的效果，统称相变增韧 弥散强化：在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细粉料，达到增韧效果，这称为弥散增韧 屈服强度：屈服强度是金属材料发生屈服现象时的屈服极限，亦即抵抗微量塑性变形的应力 法向应力：导致材料伸长或缩短的应力 切向应力：引起材料切向畸变的应力 应力集中：受力构件由于外界因素或自身因素导致几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。
材料性能学
1、低碳钢在拉伸过程中的变形阶段？ 答：变形阶段：弹性变形→屈服变形→均匀塑性变形→不均匀集中塑性变形 2、高分子材料塑性变形的机理是什么？ 答：高分子材料的塑性变形机理因其状态的不同而异，结晶态高分子材料的塑性变形由薄晶转变为沿应力方向排列的微纤维束的过程；非晶态高分子材料的塑性变形有两种方式，即在正应力作用下形成银纹或在切应力作用下无取向分子链局部转变为排列的纤维束3、高分子材料屈服与金属材料屈服有何不同？ 答：高分子材料的屈服与金属屈服的不同：①高分子材料与金属材料有着不同的屈服现象；②高分子材料的应力-应变曲线不仅依赖于时间和温度，海依赖于其他因素；③高分子的屈服点很难给以确切的定义，通常把拉伸曲线上出现的最大应力点定义为屈服点，其对应的应变约为5%-10%，如无极大值的出现，则其应变2%处的应力为屈服点。 4、试述韧性断裂与脆性断裂的区别，为什么说脆性断裂最危险？ 答：韧性断裂是材料断裂前及断裂过程中产生明显宏观的断裂过程，韧性断裂时一般裂纹扩展过程较慢，且其断口能用肉眼或放大镜观察。脆性断裂是材料断裂前基本不产生明显的宏观塑性变形，没有明显预兆，往往表现为突然发生的快速断裂过程。因而脆性断裂具有很大的危险性。 5、缺口试样的三个效应 答：①缺口能造成应力应变集中；②缺口改变了缺口前方的应力状态，使平板中材料所受的应力由原来的单向拉伸变为两向或三向拉伸；③在有缺口的条件下，由于出现了三向应力，试样的屈服应力比单向拉伸时要高，即产生了缺口强化现象，使材料的塑性得到强化。 6、如何理解塑性材料“缺口强化”现象？ 答：缺口强化纯粹是由于三向应力约束了材料塑性变形所致，材料本身的δs值并未发生变化，我们不能把缺口强化看做是强化材料的一种手段。 7、试比较布氏硬度与维氏硬度试验原理的异同？ 答：维氏硬度的试验原理与布氏硬度基本相似，都是根据压痕单位面积所承受的载荷来计算硬度值的。所不同的是维氏硬度试验所用的压头是两相对面夹角α为136°的金刚石四棱锥体，而布氏硬度的压头是直径为D的淬火钢球或硬质合金钢球。 8、试说明低温脆性的物理本质？ 答：低温脆性的物理本质：当实验温度t 材料结构与性能（珍藏版） 一、何为金属键？金属的性能与金属键有何关系？ 二、试说明金属结晶时，为什么会产生过冷？ 三、结合相关工艺或技术说明快速凝固的组织结构特点。 四、画出铁碳合金相图，并指出有几个基本的相和组织？说明它们的结构和 性能特点。 五、说明珠光体和马氏体的形成条件、组织形态特征和性能特点。 六、试分析材料导热机理。金属、陶瓷和玻璃导热机制有何区别？将铬、 银、Ni-Cr合金、石英、铁等物质按热导率大小排序，并说明理由。 七、从结构上解释，为什么含碱土金属的玻璃适用于介电绝缘？ 八、列举一些典型的非线性光学材料，并说明其优缺点。 九、什么是超疏水、超亲水？超疏水薄膜对结构与表面能有什么要求？ 十、导致铁磁性和亚铁磁性物质的离子结构有什么特征？ 答案自测 特别重要的名词解释 原子半径：按照量子力学的观点，电子在核外运动没有固定的轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定的半径。根据原子间作用力的不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径。通常把统和双原子分子中相邻两原子的核间距的一半，即共价键键长的一半，称作该原子的共价半径（r c）；金属单质晶体中相邻原子核间距的一半称为金属半径 （r M）；范德瓦尔斯半径（r V）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引的两相邻原子核间距的一半，如稀有气体。 电负性：Parr等人精确理论定义电负性为化学势的负值，是体系外势场不变的条件下电子的总能量对总电子数的变化率。 相变增韧：相变增韧是由含ZrO2的陶瓷通过应力诱发四方相（t相）向单斜相（m相）转变而引起的韧性增加。当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成的较大应力场将会诱发其周围亚稳t-ZrO2向稳定m-ZrO2转变，这种转变为马氏体转变，将产生近4%的体积膨胀和1%-7%的剪切应变，对裂纹周围的基体产生压应力，阻碍裂纹扩展。而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性。 Suzuki气团：晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别。这种不均匀分布的溶质原子具有阻碍位错运动的作用，也成为Suzuki气团。 第１章绪论 金属材料的基本特性: ①结合键为金属键，常规方法生产的金属为晶体结构 ②金属在常温下一般为固体,熔点较高 ③具有金属光泽 ④纯金属范性大，展性、延性也大 ⑤强度较高 ⑥自由电子的存在，金属的导热和导电性好 ⑦多数金属在空气中易被氧化 高分子材料的基本特性： ①结合键主要为共价键和范德华键 ②分子量大，无明显熔点,有玻璃化转变温度、粘流温度;并有热塑性和热固性两类 ③力学状态有玻璃态、高弹态和粘流态,强度较高 ④质量轻 ⑤良好的绝缘性 ⑥优越的化学稳定性 ⑦成型方法较多 ⑦有长的分子链 无机非金属材料（以陶瓷为例）的基本特性: ①结合键主要是离子键、共价键以及它们的的混合键 ②硬而脆、韧性低、抗压不抗拉、对缺陷敏感 ③熔点较高,具有优良的耐高温、抗氧化性能 ④自由电子数目少、导热性和导电性较小 ⑤耐化学腐蚀性好 ⑥耐磨损 ⑦成型方式为粉末制坯、烧结成型 材料科学与工程四要素: 材料科学与工程的定义(国际公认)是：研究有关材料成份／结构、制备／合成、性能/组织和使用效能及其关系的科学技术与生产。 第２章材料结构简述 结合键的类型与材料的物理性能和力学性能的关系: 1.物理性能: ①熔点：熔点的高低代表了材料稳定性的程度。熔点与键能值有较好的对应关系。共价键、离子键化合物的熔点较高，其中纯共价键的金刚石具有最高的熔点，金属的熔点相对较低,这是陶瓷材料比金属具有更高热稳定性的根本原因。金属中过渡族金属有较高的熔点，特别是难熔金属Ｗ、Mo、Ta等熔点更高，这可能起因于内壳层电子未充满，使结合键中有一定比例的共价键混合所致。具有分子间力结合的材料,它们的熔点一定偏低，如聚合物等。 ②材料的密度与结合键类型有关：大多数金属有高的密度：金属元素有较高的相对原子量；金属键的结合方式没有方向性，总是趋于密集排列。陶瓷材料的密度较低：原子排列不可能致密，共价结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制，离子结合则要满足正、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。聚合物密度最低:次价键结合,分子链堆垛不紧密，并且组成原子(C、Ｈ、Ｏ等)质量较小 ③材料的导电性和导热性与结合键类型有关: 金属键使金属材料具有良好的导电性和导热性, 而由非金属键结合的陶瓷物或聚合物则在固态下不导电，它们可以作为绝缘体或绝热体在工程上应用。 ２．力学性能: ①结合键能与弹性模量E：弹性模量意义:即E相当于发生单位弹性变形所需的应力。结合键能与弹性模量两者间有很好的对应关系。金刚石具有最高的弹性模量值,Ｅ=１00０GPａ。其他一些工程陶瓷如碳化物、氧化物、氯化物等结合键能也较高,弹性模量为2５0一60０GPa。常用金属材料的弹性模量约为70一350GPa。聚合物由于二次键的作用,弹性模量仅为0.7—３.5GPａ ②结合键能与强度:一般来说，结合键能高的,强度也高一些。然而强度在很大程度上还取决于材料的其他结构因素，如材料的组织，因此强度与键能之间的对应关系不如弹性模量明显。 ③结合键能与塑性:金属键赋予材料良好的塑性,而离子键、共价键结合，使塑性变形困难，所以陶瓷材料的塑性很差。但是高分子材料由于次价键结合，表现良好的塑性。 我们在研究影响材料性能的各种因素时，不能忽视的是:尽管一种材料的基本性质取决于它的原子或分子结构,但其本体性质则是由原子或分子的排列状态所控制的。如果把物质的成分看作是砖的话，那么决定一座房子的最终性能和特征的是用怎样的方式把砖垒起来。所以，研究聚集态结构特征、形成条件及其对制品性能的影响是控制产品质量和设计材料的重要基础。 高分子材料中不同范德华力的作用： 范德华键包括：静电力、诱导力和色散力，属于物理键，系次价键，不如化学键强大，但能很大程度改变材料性质。 静电力发生在具有永久偶极的分子之间，键合强度大约是共价键的1/5０到１／200。永久偶极是由于共价键所结合的原子具有不同的电负性引起的,电负性表示的是原子核吸引价电子的强度大小。原子核的质子数目越多,被填充的电子壳层离核越近,原子核的电负性就越大。随着温度的升高，大分子的热运动增加会使偶极作用降低。在偶极矩相等且偶极对称排列的情况下其偶极可相互抵消,如聚四氟乙烯。具有偶极-偶极结合力的聚合物可以溶解在许多极性液体中。 诱导力是极性分子的永久偶极与它在其他分子上引起的诱导偶极之间的相互作用力,例如带负电荷的永久偶极排斥另一个分子中呈电中性原子的电子，因此在另一个分子上诱导产生一个偶极,这个诱导偶极又导致一个偶极-偶极键的强度增加。诱导力强度是永久偶极强度的1/１０,但与温度无关。 色散力是电子运动引起电子云变形而产生瞬时偶极之间的相互作用力,占所有分子间作用力的8０％－90％．由色散力产生的强度是主价键或共价键的１/5０0到１／10０0,与温度有 名词解释： 1加工硬化：试样发生均匀塑性变形，欲继续变形则必须不断增加载荷，这种随着随性变形的增大形变抗力不断增大的现象叫加工硬化。 2弹性比功：表示金属材料吸收弹性变形功的能力。 3滞弹性：在弹性范围内快速加载或卸载后，随着时间延长产生附加弹性应变的现象。 4包申格效应：金属材料通过预先加载产生少量塑性变形（残余应变小于1%-4%），而后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 5塑性：金属材料断裂前发生塑性变形的能力。常见塑性变形方式：滑移和孪生 6弹性极限：以规定某一少量的残留变形为标准，对应此残留变形的应力。 7比例极限：应力与应变保持正比关系的应力最高限。 8屈服强度：以规定发生一定的残留变形为标准，如通常以0.2%的残留变形的应力作为屈 服强度。 9韧性断裂是材料断裂前发生产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的断裂 过程，在裂纹扩展过程中不断的消耗能量。韧性断裂的断裂面一般平行于最大切应力并于主 应力成45度角。 10脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑形变形，没有明显征兆，危害性很大。断裂面一般与主应力垂直，端口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状。 11剪切断裂是金属材料在切应力作用下，沿着滑移面分离而造成的断裂，又分滑断和微孔聚集性断裂。 12解理断裂：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，总是脆性断裂。 13缺口效应：由于缺口的存在，在静载荷作用下，缺口截面上的应力状态发生变化，产生所谓缺口效应“ ①缺口引起应力集中，并改变了缺口应力状态，使得缺口试样或机件中所受的应力由原来的单向应力状态改变为两向或者三向应力状态。 ②缺口使得材料的强度提高，塑性降低，增大材料产生脆断的倾向。 8缺口敏感度：有缺口强度的抗拉强度Z bm与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度Zb的比值. NSR=Z bn / Z S NSR越大缺口敏感度越小 9冲击韧性：Ak除以冲击式样缺口底部截面积所得之商 10冲击吸收功：式样变形和断裂所消耗的功，称为冲击吸收功以Ak表示，单位J 11低温脆性：一些具有体心立方晶格或某些秘排立方晶格的金属，当温度降低到、某一温度时，会由韧性状态变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集变为穿晶解 理，断口特征由纤维状变为结晶状，这种现象称为低温脆性 12脆性转变温度：当温度降低时，材料屈服强度急剧增加，而塑形和冲击吸收功急剧减小。材料屈服强度急剧升高的温度，或断后延伸率，断后收缩率，冲击吸收功急剧减小的温度就是韧脆转变温度tk，tk是一个温度区间 16应力场强度因子KI :表示应力场的强弱程度，对于某一确定的点的大小直接影响应力场的大小，KI越大，则应力场各应力分量也越大 17应力腐蚀：金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后产生的低应力脆断现象第一章 3?金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指 标？ 答：由于弹性变形时原子间距在外力作用下可逆变化的结果，应力与应变关系实际上是原子 晶格热振动：固体材料由晶体或非晶体组成，点阵中的质点并不是静止不动的，而是围绕其平衡位置做微小振动。声频支振动：振动着的质点中频率甚低的格波，质点质点之间的相位差不大。光频支振动与之相反。热容：在没有相变和化学反应的条件下，材料温度升高1K时所吸收的热量。金属材料热容的影响因素：自由电子的影响，一般可忽略，低温热容缓慢下降，高温热容超过3R继续上升，合金成分对热容的影响。组织转变对热容的影响：一级相变和二级相变一级相变在相变点发生突变，二级，也剧烈变化但有限值，亚稳态组织转变，从亚稳态转变为稳态时要放出热量。热容的测量方法：量热计法，撒克司法，史密斯法和脉冲法。热分析法：差热分析，差示扫描量热法，热重法。热分析的应用：建立合金相图，热弹性马氏体相变研究，合金的有序无须转变研究，液相转变的研究。影响热膨胀性能的因素：键强，晶体结构，非等轴晶系的晶体，相变，化学成分。热膨胀系数的测量：机械杠杆式膨胀仪，光杠杆膨胀仪，电感式膨胀仪。热膨胀分析的应用：确定钢的组织转变点（切线法、极值法）研究加热转变。热导率：单位时间内通过单位截面面积的热量。热导率的测量：稳态法，非稳态法。材料的热冲击损坏类型：抗热冲击断裂性，抗热冲击损伤性。热应力：材料的热胀冷缩引起的内应力。提高抗热冲击断裂性能的措施：提高材料的强度减小弹性模量，提高材料的热导率，减小材料的热膨胀系数，减小表面散热系数，减小产品的有效厚度。载流子：材料中参与传导电流的带电粒子。费米球：在0K下自由电子在速度空间中分布形成一个中心对成球。掺杂半导体（n、p型）n型，所有结合键被价电子填满后仍有富裕的价电子，p型，价电子都成键后仍有些结合键上缺少价电子出现空穴。掺杂能级：掺入的异价原子使得局部结合键情况发生变化，导致半导体中出现附加能及。光致电导：半导体材料受到适当波长的电磁波辐射时，导电性会大幅度升高的现象。陶瓷材料的导电性：按用途分电子导电、离子导电，半导体、绝缘体。超导体：零电阻、完全抗磁，条件，温度条件、磁场条件、电流条件。磁化强度M：单位体积磁性材料内原子磁矩m的矢量总和。磁极化强度J：单位体积中磁偶极子矢量总和。材料按磁性分为：抗磁性、顺磁性、铁磁性、亚铁磁性和反铁磁性。磁致伸缩：铁磁体的长度或体积发生变化的现象。退磁场：在铁磁性材料内部，附加磁场方向和外加磁场方向相反。磁畴（三角畴、片状畴）矫顽力：畴壁越过最大的阻力峰所需要的磁场就相当于材料的矫顽力。剩余磁化强度：铁磁体磁化到饱和并去掉外磁场后，在磁化方向保留的Mr（剩余磁化强度）或Br（剩余磁感应强度）称为剩磁（用获得晶体结构或磁结构的办法来提高剩磁）磁滞损耗：铁磁性材料反复磁化一周，由于磁滞现象所造成的损耗（减小摩擦生热、或形成磁有序）。涡流损耗：感应电流所引起的损耗（做成薄片，提高电阻率）。剩余损耗：总损耗减去所剩下的损耗（控制杂质的量）。磁后效（约旦后效、李希特后效）交流（动态）磁性测量：伏安法、电桥法。OMR-正常磁电阻：传导电子受到磁场的洛伦兹力作用做回旋运动，使其有效的平均自由程减小所致。AMR-各向异性磁电阻效应：铁磁性的过渡金属、合金中，外加磁场方向平行于电流方向时的电阻率和外加磁场方向垂直电流方向时的电阻率不同。GMR-巨磁电阻效应：磁性材料的电阻率在有外磁场作用时较无外磁场作用时纯在显著变化的现象。光的本（横波、具有偏振性）质：波粒二象性。光和固相作用的本质：电子极化、电子能态转变。影响折射率的因素：元素离子半径，电子结构，材料的结构、晶型、晶态。同质异构体，外界因素。半导体材料中的光吸收：激子吸收（能产生激子的光的吸收）、本征吸收（电子在带与带之间的跃迁所形成的吸收）发光寿命：发光体在激发停止之后 第一章 1、 力—伸长曲线和应力—应变曲线，真应力—真应变曲线 在整个拉伸过程中的变形可分为弹性变形、屈服变形、均匀塑性变形及不均匀集中塑性变形4个阶段 将力—伸长曲线的纵，横坐标分别用拉伸试样的标距处的原始截面积Ao 和原始标距长度Lo 相除，则得到与力—伸长曲线形状相似的应力（σ=F/Ao ）—应变（ε=ΔL/Lo ）曲线 比例极限σp ， 弹性极限σe ， 屈服点σs ， 抗拉强度σb 如果以瞬时截面积A 除其相应的拉伸力F ，则可得到瞬时的真应力S （S ＝F/A)。同样，当拉伸力F 有一增量dF 时，试样瞬时长度L 的基础上变为L ＋dL ，于是应变的微分增量应是de ＝dL / L ，则试棒自L 0伸长至L 后，总的应变量为： 式中的e 为真应变。于是，工程应变和真应变之间的关系为 2、 弹性模数 在应力应变关系的意义上，当应变为一个单位时，弹性模数在数值上等于弹性应力，即弹性模数是产生100%弹性变形所需的应力。在工程中弹性模数是表征材料对弹性变形的抗力，即材料的刚度，其值越大，则在相同应力下产生的弹性变形就越小。 比弹性模数是指材料的弹性模数与其单位体积质量（密度）的比值，也称为比模数或比刚度 3、 影响弹性模数的因素①键合方式和原子结构（不大）②晶体结构（较大）③ 化学成分 （间隙大于固溶）④微观组织（不大）⑤温度（很大）⑥加载条件和负荷持续时间（不大） 4、 比例极限和弹性极限 比例极限σp 是保证材料的弹性变形按正比关系变化的最大应力，即在拉伸应力－应变曲线上开始偏离直线时的应力值。 弹性极限σe 试样加载后再卸载，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力值 5、 弹性比功又称为弹性比能或应变比能，用a e 表示，是材料在弹性变形过程中吸收变形功 的能力。一般可用材料弹性变形达到弹性极限时单位体积吸收的弹性变形功表示。 6、 根据材料在弹性变形过程中应力和应变的响应特点，弹性可以分为理想弹性（完全弹 性）和非理想弹性（弹性不完整性）两类。 对于理想弹性材料，在外载荷作用下，应力和应变服从虎克定律σ＝M ε，并同时满足3个条件，即：应变对于应力的响应是线性的；应力和应变同相位；应变是应力的单值函数。 材料的非理想弹性行为大致可以分为滞弹性、粘弹性、伪弹性及包申格效应等类型。 00ln 0L L L dL de e L e L ===??)1ln(ln 0ε+==L L e 《材料结构与性能》课程论文 刚玉-尖晶石浇注料微结构参数控制及其强度、热震稳定性和抗渣性能研究 学生姓名：周文英 学生学号：201502703043 撰写日期：2015年11月 摘要 本文通过使用环境对耐火材料的要求，耐火材料与结构参数的分析，耐火材 料结构控制措施进展分析等方面总结了耐火材料的使用现状，并提出了下一步耐 火材料的改进措施。分别是：在基质中加入一定量的硅微粉，改变液相的粘度， 提高抗渣性；控制铝镁浇注料基质的粒径分布，使大颗粒含量一定保证其高温强度；使用球形轻骨料代替原来的致密骨料，提高气孔率，降低体积密度，提高能 源利用率，降低能耗。 关键词：铝镁浇注料；高温强度；抗渣性；热震稳定性 Abstract Requirements of the apply for fire resistance, analysis of refractory materials and structure parameters, current application and the promotion about the refractory are introduced in this paper. It included that: add some sillicon power into matrix in order to improve the viscosity of the liquid for abtaining better slag resistance; control the distribution of the particle in the matrix to ensure the high temperature strength; use spherical light aggregate instead of the original density aggregate to improve porosity and the rate of energy. Keywords:Alumina-Magnesia castable; high temperature strength; slag resistance; themal shock resistance. 金属材料性能知识大汇总 1、关于拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线的问题 低碳钢的应力－应变曲线 a、拉伸过程的变形：弹性变形，屈服变形，加工硬化（均匀塑性变形），不均匀集中塑性变形。 b、相关公式：工程应力σ=F/A0；工程应变ε=ΔL/L0；比例极限σP；弹性极限σ ε；屈服点σS；抗拉强度σb；断裂强度σk。 真应变e=ln(L/L0)=ln(1+ε) ；真应力s=σ(1+ε)= σ*eε指数e为真应变。 c、相关理论：真应变总是小于工程应变，且变形量越大，二者差距越大；真应力大于工程应力。弹性变形阶段，真应力—真应变曲线和应力—应变曲线基本吻合；塑性变形阶段两者出线显著差异。 2、关于弹性变形的问题 a、相关概念 弹性：表征材料弹性变形的能力 刚度：表征材料弹性变形的抗力 弹性模量：反映弹性变形应力和应变关系的常数，E=σ/ε；工程上也称刚度，表征材料对弹性变形的抗力。 弹性比功：称弹性比能或应变比能，是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，评价材料弹性的好坏。 包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形，再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 滞弹性：（弹性后效）是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。 弹性滞后环：非理想弹性的情况下，由于应力和应变不同步，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线。 金属材料在交变载荷作用下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫内耗 b、相关理论： 弹性变形都是可逆的。 理想弹性变形具有单值性、可逆性，瞬时性。但由于实际金属为多晶体并存在各种缺陷，弹性变形时，并不是完整的。 弹性变形本质是构成材料的原子或离子或分子自平衡位置产生可逆变形的反映材料结构与性能(珍藏版)
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