材料性能研究技术(第1部分)

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1、材料性能研究技术ResearchTechnology for Materials properties 第一部分材料科学的重要性材料是社会进步的物质基础与先导材料的不断发展与进步一直是人类社会前进的重要基础之一；它是人类赖以生存、发展的物质基础因此，人类的历史曾以使用的主要材料加以划分，包括石器时代、青铜器时代、铁器 (钢铁 )时代等纵观人类发展史，社会发展对材料提出更高的要求，促进新材料的发展；而一种重要的新材料的发现与应用，又推动人类社会的进步现在人类已进人信息社会， 材料、能源和信息技术 是当前国际公认的新技术革命的三大支柱。一个国家的材料的品种、数量和质量，已成为衡量该国科学技术、国民

2、经济水平和国防力量的重要标志。信息社会对 材料科学提出了更高的要求。材料科学 成为信息社会的基石。传感器件半导体芯片半导体技术液晶材料光学材料金属材料磁性材料移动通讯数码拍照拍照功能显示功能金属外壳信号接受对话功能电子线路照片存储功能材料介电材料材料的分类按状态分，材料可分为 单晶、多晶、非晶、准晶 和 液晶 。按化学的角度，材料则可分为 无机材料 与 有机材料 。目前常根据材料的用途：结构材料 主要利用其力学性质，这类材料是机械制造、工程建筑、交通运输、航空航天等各种工业的物质基础。功能材料 是指除强度外还有其他功能的材料。它们对外界环境具有灵敏的反应能力，即对外界的光、热、电、磁、压力、气

3、氛等各种刺激，可以有选择性地作出反应，从而有许多特定的用途。电子、激光、能源、通讯、生物等许多新技术的发展都需要相应的功能材料。材料的多样性能源材料金属材料无机非金属材料光电材料有机高分子材料智能材料生物材料生态环境材料复合材料单晶多晶非晶准晶液晶建筑材料航空航天材料结构材料功能材料信息材料材料的性能性能本质：外界因素（作用物理量）作用于某一物体，如：外力、外界因素（作用物理量）作用于某一物体，如：外力、温度梯度、外加电场磁场、光照等，引起原子、分子温度梯度、外加电场磁场、光照等，引起原子、分子或离子及电子的微观运动，在宏观上表现为感应物理或离子及电子的微观运动，在宏观上表现为感应物理量，量，

4、感应物理量与作用物理量呈一定的关系，其中有一些与材料本质有关的常数 材料的性能。材料与物性、现象、用途间的关系：具体化 现象经济性材料作用改善原料工艺条件物性用途以材料为中心，从物性 现象 用途周转循环，巧妙地应用此表征方法逐步改进材料，不断创造出性能更好、更稳定的制品。在工程实践，首先注意材料的物性，然后考虑它与外界条件相互作用出现的各种现象，最后联系到用途，作为制品出售。材料的性能不同的化学组成和组织结构决定其具有不同的特性和功能。如材料的高强，高硬，耐温，耐腐，绝缘和各种电，磁，光及生物相容性能等，已广泛应用于机械，电子，宇航，医学工程等领域，成为近代科学技术的重要组成部分。按用途分类：

5、力学性能 和 物理性能 材料的力学性能 又称机械性能，是材料在力的作用下所表现出来的性能。主要包括：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。材料的性能 材料的物理性能 是材料在给定物理场刺激下产生的响应行为或表现。主要包括：密度、熔点、热膨胀性、导热性、导电性和磁性等。如何获得材料的性能参数？直接或借助工具、装置或设备对材料进行测试课程的研究内容1 . 研究对象材料的力学和物理性能的测试技术2 . 研究方法借助工具、装置或设备进行实际测试采用数学方法对采集的数据进行处理课程的教学目的 本课程属于材料专业必修课程。通过本课程学习使学生更深入理解所修的相关基础课程 本课程属于实验性课程。在材料研究及应

6、用过程，本专业学生应该掌握多种检测材料性能的基本原理与方法，通过实验操作，深入理解测试的原理，巩固具体的测试方法，并培养设计实验方案和选择材料测试方法的能力。教学安排与考核形式 课程总共 32学时， 2个学分 课堂讲授环节 1/2总学时（ 16学时） 实践环节包括： 8个必开实验； 5个选开实验成绩评定 : 实验报告 +平时成绩 1每份实验报告 10分； 2课内外考察、出勤等；实践安排本课程属于实验性课程，具体包括： 材料力学性能实验 拉伸、冲击、硬度、疲劳 KIC断裂韧性、高温蠕变性能、高温持久性能（选作） 材料物理性能实验 膨胀系数、导电性能、光学性能、弹性及滞弹性 磁性能、声学性能（选作

7、）实验项目与内容（ 1）序号实 验 名 称 内 容 提 要每 组人 数实 验时 数实 验 要 求 所 在 实 验 室1材 料 强 度 测试测 试 弹 性模 量 及 变形 断 裂 强度20 4 必 做 管 外 实 验 室2金 属 韧 脆 转变 温 度 及 评价 方 法测 试 金 属材 料 脆 性转 变 温 度20 4 必 做 X54073 硬 度 测 试测 试 不 同材 料 硬 度方 法20 4 必 做 X54064疲 劳 强 度 测试疲 劳 加 载方 法 及 频率 的 调 整10 4 必 做 管 外 实 验 室实验项目与内容（ 2）1材 料 KIC断 裂韧 性测 定 材 料 的断 裂 韧 性1

8、0 4 选 做 管 外 实 验 室2材 料 的 高 温 蠕变 性 能 测 试测 试 材 料 高温 蠕 变 曲 线及 蠕 变 强 度10 4 选 做 管 外 实 验 室3材 料 的 高 温 持久 性 能 测 试测 试 材 料 高温 持 久 强 度性 能10 4 选 做 管 外 实 验 室实验项目与内容（ 3）5膨 胀 系 数 的 测定热 差 分 析 仪的 使 用10 4 必 做 管 外 实 验 室6材 料 的 导 电 性能测 试 材 料 的电 阻 率 及 电导 率10 4 必 做 54097材 料 的 光 学 性能 测 试测 定 材 料 的辉 光 特 性 及透 光 率 特 性10 4 必 做 5

9、4098材 料 的 磁 性 能测 试测 定 材 料 的磁 曲 线 、 磁导 率 、 矫 顽力 、 磁 感 应强 度10 4 必 做 5409实验项目与内容（ 4）4材 料 的 弹 性 及滞 弹 性 测 定测 试 材 料 的弹 性 参 数 及滞 弹 性 曲 线10 4 选 做 管 外 实 验 室5材 料 的 声 学 性能 测 试测 试 材 料 声学 性 能10 4 选 做报告要求 1 用规定的报告纸工整书写 2 简述实验原理 3 简述实验的目的与内容，详细记录实验过程 4 分析讨论问题： 实验中的问题；思考题提交形式： 纸质实验报告（各班课代表）课程要求 选课代表负责联系实验安排、提交实验报告等

10、工作请各位课代表给以下邮箱发封邮件电子邮箱 （ ）实验仪器设备配置 1. 电子拉伸机 1台 2. 疲劳试验机 1台 3. 磨损试验机 1台 4. 硬度机 10台 5. 材料高温蠕变试验机 1台 6. 材料高温持久强度试验机 1台 7. 金相显微镜 40台 8. 扫描电镜 1台 9.膨胀系数仪 1台 10.热差分析仪 1台 11.平衡电桥 6台 12. 材料电导率测定仪 1台 13. 辉光测定仪 1台 14. 分光比色仪 5台 15. 材料磁性能测定仪 2台 16. 试样达标机 1台 17. 耗材，若干课程安排 1 测试技术 2 误差分析与数据处理 3 实验技术 4 材料力学性能研究技术 5 材

11、料力学性能实验 6 材料物理性能研究技术 7 材料物理性能实验5周4周2周4周1 测试技术 在科学研究领域中，测试是人类认识客观事物最直接的手段，是科学研究的基本方法； 在工程技术领域中，工程研究、产品开发、生产监控、质量控制和性能实验等方方面面都离不开测试技术。 测试技术的发展历史 手工艺时期20世纪前，科学家多自己设计实验，制作测试仪器 仪器工程时期随着电子技术的发展，测试在科学研究和生产领域逐步形成由测试点到记录仪表的完整系统 仪器科学时期测量的基本概念 近年来，随着各种新理论、新技术和新材料的不断发展，对测试技术提出更高的要求，以达到更准确、更灵敏、更高效的测试效果，数字化、智能化和网

12、络化成为当代测试技术的重要标志 测量的定义 测量是通过实验手段获得被测对象的量值的一个操作过程 测量的目的 是要得到被测对象的量值。对于不同的对象、或相同对象不同性质的量、或相同性质但精度要求不同的量，得到其量值的方法往往不同。不同工具或不同仪表使用的测量方法或测量原理也可能完全不同测量的基本概念 测量的分类1）根据测量结果的精度要求，分为 工程测量 与 精密测量2）根据取得测量结果的方法，分为 直接测量 与 间接测量 直接测量 有两种获取被测量量值的方法：a 将被测量与标准量直接进行比较而获得被测量的测量b 用已经过标准量标定的器具、仪器对被测量直接进行测量而获得被测量的测量 间接测量 是指

13、通过获得与被测量有函数关系的其他测量值，根据函数关系确定被测量的量值的测量方法。测量的基本概念3）根据取得测量结果的条件，分为 等精度测量 与 不等精度测量 。4）根据被测对象状态，分为 静态测量 与 动态测量 。 静态测量 是对静态量或准静态量的测量。 静态量 指在测量过程中固定不变的量。 准静态量 指在测量过程中随时间缓慢变化的量，准静态测量不需要考虑时间因素对测量结果的影响 动态测量 是对动态量的测量。 动态量 指在测量过程中随时间变化的量。动态量有周期变化和非周期变化等特征测量的基本概念 测量的方法为减小测量误差，提高测量精度。常用方法包括： 1 ）偏差测量法 根据仪表指针位移（即偏差

14、）确定被测量量值。它以直接方式实现被测量与标准量的比较，测量过程简单、快捷、直观，但测量结果的精度较低。这种测量方法在工程测量中得到广泛应用 2 ）零位测量法 调整一个或几个与被测量有已知平衡关系的量（标准量或已校准过的量），通过平衡确定被测量量值。这种测量方法又称为补偿式测量法或平衡式测量法，测量过程比较复杂、费时，但能获得比较高的测量精度。例如，用电桥测量高精度电阻就常用这种方法。测量的基本概念 3 ）微差测量法 将被测量与同它只有微小差别的已知同种量（标准量）相比较，通过测量这两个量值间的差值以确定被测量的一种测量方法。这种测量方法具有响应快、测量精度高等优点，特别适用于在线控制参数的测

15、量 测试系统通过一定的测试或控制手段，获取某些被测对象的重要信息的完整系统称为测试系统。 狭义的测试系统 等同于测量系统， 广义的测试系统 包括基本的控制功能 测试系统的组成一个完整的测试系统包括：传感级 、 中间级 和 终端级 三部分测量的基本概念 测试系统的静态特征 1 ）量程 测试系统输入信号的有效工作范围。该有效工作范围的最大值称为满量程 ( Full Scale)常记为 F S。包含全部有效工作范围的信号区间称为全量程 2 ）线性度 测试系统的静态特性曲线在理想情况下是线性的，但实际上往往并非如此。线性度说明静态特性曲线与拟合直线的吻合程度。 3 ）灵敏度 测试系统输出量的变化量 y与输入量的变化量 x的比值，即代表静态特性曲线上相应点的斜率。测量的基本概念 4 ）滞后 测试系统当输入量由小到大和由大到小变化时，所得的输出量不一致的程度。 5 ）灵敏限和分辨率 当输入量由零逐渐加大，存在着某个最小值，在该值以下，系统无法正确检测到输入信号的变化。这个最小信号输入值，称为灵敏限 如果输入量从任意非零值缓慢变化，