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1、 材料性能的影响因素材料化学组成和显微结构不同，决定其有不同的特性；材料的内部分子层次上，原子、离子之间的相互作用和化学键合对材料性能产生决定性的影响；多晶多相材料的显微结构的不同，影响材料的大部分性能。晶体结合类型、特征：（1） 离子晶体：离子键合、高硬度、高升华热，可溶于极性溶剂、低温不导电，高温离子导电。（2） 共价晶体：共价键合、高硬度、高熔点，几乎不溶于所有溶剂，高折射率，强反射本领。（3） 金属晶体：金属键合、高密度、导电率高，延展性好，只溶于液体金属。（4） 分子晶体：范德华力结合，高热膨胀，易溶于非极性有机溶剂中，低熔点、沸点，压缩系数大，保留分子的性质。（5） 氢键：低熔点、
2、沸点，结合力高于无氢键的类似分子。单晶体是由一个微小的晶核各向均匀生长而成，其内部的粒子基本上按其特有的规律整齐排列。晶体微粒（包括离子、原子团）在空间排列有一定的规律晶体性质：1.均与性；2.各向异性；3.规则的多面体外形；4.确定的熔点；5.对称性晶体可分为单晶、多晶、微晶等微晶：粒度很小的晶体组成的物质（显晶质、隐晶质、单晶、多晶）晶体和非晶体的区别如下：晶体有规则的几何外形 非晶体没有一定的外形晶体有固定的熔点 非晶体没有固定的熔点晶体显各向异性 非晶体显各向同性按热力学观点看：晶体一般都具有最低的能量，因而较稳定 非晶体一般能量较高，都处于介稳或亚稳态晶格确定步骤：1.确定基本结构单
3、元；2.将结构基元看做一点；3.这些几何点聚焦形成点阵（面角守恒：同组晶体和对应面之间夹角恒定不变）材料应用考虑因素：使用寿命、性能、可靠性、环境适应性、性价比。材料性能是一种用于表征材料在给定外界条件下的行为参量。同一材料不同性能，只是相同的内部结构，在不同的外界条件下所表现出的不同行为。材料性能的研究：材料性能的研究，既是材料开发的出发点，也是其重要归属。 材料强度、表面光洁度、绝缘性能、热导性、热膨胀系数等是衡量基板材料好坏的重要指标。材料性能的研究，有助于研究材料的内部结构。材料性能就是内部结构的体现，对结构敏感性能，更是如此。同样，材料的性能，也反应了材料的内部结构。应力及应变材料在
4、外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变。应力：材料单位面积上所受的附加内力，其值等于单位面积上所受的外力。应力；若受力后的面积为A，则=为真实应力。应变：用来表征材料受力时内部各质点之间的相对位移。对于各向同性材料，有三种基本的应变类型：拉伸应变，剪切应变和压缩应变。拉伸应变是指材料受到垂直于截面积方向的大小相等、方向相反并在同一直线上的两个拉伸应力时材料发生的形变。一根长度为l。的材料，在拉应力作用下被拉长到l1，则其拉伸应变为 =（l1-l。）/l。=l/l。真实应变定义为： T =剪切应变是指下来受到平行于截面积方向的大小相等、方向相反的两个剪切应力时发生的形变，在剪切了作用下，材料发
5、生偏斜，该偏斜角的正切值定义为剪切应变：=压缩应变：指材料周围受到均匀应力P时，其体积从起始时的V0变化为V1的形变 =（V1-V0)/V0=V/V0总弹性应变能非常小是所有脆性材料的特征；弹性形变对于理想的弹性材料，在应力作用下会发生弹性形变，其应力与应变关系服从胡克定律，即应力与应变成正比 =E式中的比例系数E称弹性模量，又称弹性刚度后杨氏模量。 弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗形变的能力的大小。在单方向收应力X时，y方向的应变yx=-yxx=-yxX/Ex=S21XS21=-yx/Ex 称为弹性柔顺系数，称为横向形变系数弹性模量E反应材料抵抗正应变的能力；剪切模量G反应
6、材料抵抗剪切应变的能力；泊松比反应材料横向正应变与受力方向线应变的比值（G=/)弹性模量的一影响因素：（1）原子结构的影响：原子间距大，弹性模量小。定义各向等同的压力P除以体积变化为材料的体积模量KK=-P/(V/V0)=-E/3(2-1)(2) 温度的影响：温度升高，弹性模量降低(3) 相变的影响：相变改变材料结构，弹性模量发生质的变化。复相位的弹性模量：在两相系统中，假定两相的泊松比相同，在力的作用下应变相同，则总弹性模量最高值Eu=E1V1+E2V2 V1，V2分别为1,2相体积分数两相材料最小模量：1/El=V1/E1+V2/E2对气孔率为P的材料弹性模量的经验式E=E0(1-1.9P
7、+0.9PP)塑性形变指外力移去后不能恢复的形变； 材料在塑性形变时不被破坏的能力叫延展性。应力应变曲线中斜率为弹性模量晶体受力时，晶体的一部分相对另一部分平移滑动，这一过程叫做滑移。晶体滑移特点：滑移距离小；滑移时不会遇到同号离子的斥力。晶体滑动总是发生在主要晶面和主要晶相上。这些晶面和晶相指数较小，原子密度较大，只要滑移较小的距离就可使晶体结构复原。滑移系统：滑移面+滑移方向金属易滑移而长生塑性变形的原因是金属的滑移系统多。 多晶材料比单晶材料更难滑移原因：对于多晶体材料，其晶粒在空间随机分布，不同方向的晶粒，其滑移面上的剪应力差别很大，即使个别晶粒已达到临界剪切应力而发生滑移，也会受到周
8、围晶粒的制约，使滑移受到阻碍而终止。所以多晶材料更不易产生滑移。 无机材料的晶格点阵常数大于金属材料，难形成位错。无机材料由于其组成复杂、结构复杂、共价键合离子键的方向性，滑移系统很少，只有少数无机材料晶体在室温下具有延展性，这些晶体都属于NaCl型结构的离子晶体结构。AlO3属于刚玉型结构，比较复杂，因而在室温下不能产生滑移。晶体的晶格滑移常是位错运动的结果；【方解石（冰洲石）具有双折射】由于无机材料滑移面少，难以得到足够的剪切力支持位错运动；多晶的位错常在晶界部位阻塞终止；无机材料的晶格点阵常数大于金属材料，更难形成位错。形变速率与剪应力大小成正比； 对于单晶要引起宏观塑性变形必须：（1）
9、有足够多的位错；（2）位错有一定的运动速度；（3）柏氏矢量大位错形成能：E=aG 形成位错所需要的能量（a.为常数，G为弹性模量，b相当于晶格点阵常数）滞弹性和内耗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应变松弛是固体材料在恒定荷载下，形变随时间延续而缓慢增加的不平衡过程，或材料受力后内部原子有不平衡的过程，也叫蠕变或形变。应力松弛是在持续外力的作用下，发生形变着的物体，在总的形变值保持不变的情况下，由于徐变形变渐增，弹性形变相应减小，由此使物体的内部应力随时间延续而逐渐减小的过程。松弛应力与松弛应变都是材料的应力与应变关系随时间而变化的现象，都是指在外界条件影响下，材
10、料内部的原子从不平衡状态通过内部结构重新组合二达到平衡状态的过程。材料内耗：由于内部原因二十机械能消耗的现象。材料的高温蠕变 金属材料、材料在长时间高温或恒应力下应变随时间缓慢的塑性变化；无机材料高温下原子热运动加剧，可以使位错从障碍中解放出来，发生运动，引起蠕变。位错释放完成蠕变以后，蠕变速率降低解释减速蠕变阶段；延长时间，受阻碍较大的位错继续释放解释加速蠕变阶段。蠕变曲线 （1） 起始段。在外力作用下发生瞬间弹性形变，即应力和应变同步（2） 第一阶段蠕变过度阶段：特点是应变随时间递减，持续时间较短（3） 第二阶段蠕变稳定蠕变：此阶段形变速率小，且恒定。（4） 第三阶段蠕变加速蠕变：特点是曲
11、线较陡，说明蠕变速率随时间增加而快速增加。影响蠕变因素：1.温度：温度升高，蠕变增大；2.应力：蠕变随应力增大而增大；3.晶体组成：结合力越大，越不容易发生蠕变；4.显微结构：气孔率增加，蠕变率增加；晶粒越小，蠕变率增大；温度升高，玻璃的黏度较低，形变塑速率增大，蠕变率增大（玻璃相）；不同组成蠕变性不同；共价键成分增加，蠕变减小。材料的断裂强度脆性断裂行为：外力正应力的弹性形变，剪应力下的弹性畸变，外力撤销形变消失，剪应力足够大或温度足够高位错滑移塑性形变。但无机材料的玻璃相等非晶体相产生粘性流动=粘性形变。应力集中裂纹和缺陷扩散脆性断裂临界状态：裂纹尖端的横向拉应力=结合强度，导致裂纹扩展突
12、发性断裂长期受力：横向拉应力结合强度，裂纹缓慢生长缓慢开裂断裂韧性：K=Y 是材料的本征参数，它反应了具有裂纹的材料对外界作用的抵抗能力，即阻止裂纹扩展的能力，是材料的固有性能。裂纹起源：（1）由于晶体微观结构中存在缺陷，当受到外力作用时，在这些缺陷处就引起应力集中，导致裂纹成核（2）材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹（3）由于热应力而形成裂纹材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是取决于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸（临界裂纹尺寸）决定材料的断裂强度，一旦裂纹超过临界尺寸，断裂就会迅速扩展而断裂。蠕变断裂：多晶材料在高温时，在恒定应力作用下由于形变不断增加而导致的断裂蠕变断裂明显地
13、取决于温度和外加应力。温度越低，应力越小，则蠕变断裂所需的时间越长。蠕变断裂过程中裂纹的扩展属于亚临界扩展显微结构对材料脆性断裂的影响：（1） 晶粒尺寸：对多晶材料，晶粒越小，强度越高；多晶材料中初始裂纹尺寸与晶粒尺寸相当，晶粒越细，初始裂纹尺寸越小，临界应力越高，即屈服应力越高（2）气孔的影响：大多数陶瓷材料的强度和弹性模量都随气孔率的增加而降低。金属材料的强化：加工硬化；细晶强化（通过晶粒粒度的细化来提高金属的强度）；合金强化（通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属强度、硬度升高）；高温强化陶瓷材料的强化：微晶、高密度与高纯度；预加应力；化学强化；陶瓷材料的增韧 材料的热学性能材料的热血性
14、能包括：热容、热膨胀、热传导、热稳定性、熔化和升华等各质点热运动的动能总和，即为该物体的热量，即=热量材料的热容：热容是分子热运动随温度而变化的一个物理量；热容是物质温度上升1K所需要增加的能量；单位质量的热容叫做比热容；1mol材料的热容叫摩尔热容。金属热容：第I区，温度范围05KT第II区，温度区间很大， 第III区，温度在德拜温度D附近,比热容趋于一常数第IV区，当温度高于德拜温度D 时，热容曲线趋平缓上升趋势。材料的热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高二增大的现象称为热膨胀。线膨胀系数= 体膨胀系数=3各向异性晶体：=+ 中级晶族各向异性晶体：=+ 多晶转变体积不均与变化不均匀变化固体
15、材料的热膨胀机理：（1）固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中质点间平衡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。金属硬度增大，膨胀系数减小；对于相同组成的物质，结构紧密晶体，膨胀系数较大；熔点大，膨胀系数小。陶瓷制品表面釉层的热膨胀系数不同方向膨胀系数差太大时，会因内应力而使胚体产生裂纹，再加热时，该裂纹趋向于消失，微裂纹多见于晶界。晶体长大应力发展裂纹当选择釉的膨胀系数适当地小于胚体的膨胀系数，制品的力学强度得以提高原因： 釉层的膨胀系数比胚体的膨胀系数小，烧成后的制品在冷却过程中表面釉层的收缩比胚体小，使釉层中存在压应力，均匀分布的压应力明显地提高脆性材料的力学强度，同时，这一压
