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1、第1章 绪 论金属材料料的基本本特性：结合键键为金属属键，常常规方法法生产的的金属为为晶体结结构金属在在常温下下一般为为固体，熔熔点较高高具有金金属光泽泽纯金属属范性大大，展性性、延性性也大强度较较高自由电电子的存存在，金金属的导导热和导导电性好好多数金金属在空空气中易易被氧化化高分子材材料的基基本特性性：结合键键主要为为共价键键和范德德华键分子量量大，无无明显熔熔点，有有玻璃化化转变温温度、粘粘流温度度；并有有热塑性性和热固固性两类类力学状状态有玻玻璃态、高弹态态和粘流流态，强强度较高高质量轻轻良好的的绝缘性性优越的的化学稳稳定性成型方方法较多多有长的的分子链链无机非金金属材料料（以陶陶瓷为
2、例例）的基基本特性性：结合键键主要是是离子键键、共价价键以及及它们的的的混合合键硬而脆脆、韧性性低、抗抗压不抗抗拉、对对缺陷敏敏感熔点较较高，具具有优良良的耐高高温、抗抗氧化性性能自由电电子数目目少、导导热性和和导电性性较小耐化学学腐蚀性性好耐磨损损成型方方式为粉粉末制坯坯、烧结结成型材料科学学与工程程四要素素:材料科学学与工程程的定义义（国际际公认）是是：研究究有关材材料成份份/结构构、制备备/合成成、性能能/组织织和使用用效能及及其关系系的科学学技术与与生产。第2章材料结结构简述述结合键的的类型与与材料的的物理性性能和力力学性能能的关系系： 11.物理理性能 ：熔点：熔点的的高低代代表了材
3、材料稳定定性的程程度。熔熔点与键键能值有有较好的的对应关关系。共共价键、离子键键化合物物的熔点点较高，其其中纯共共价键的的金刚石石具有最最高的熔熔点，金金属的熔熔点相对对较低，这这是陶瓷瓷材料比比金属具具有更高高热稳定定性的根根本原因因。金属属中过渡渡族金属属有较高高的熔点点，特别别是难熔熔金属WW、Moo、Taa等熔点点更高，这这可能起起因于内内壳层电电子未充充满，使使结合键键中有一一定比例例的共价价键混合合所致。具具有分子子间力结结合的材材料，它它们的熔熔点一定定偏低，如如聚合物物等。材料的的密度与与结合键键类型有有关：大大多数金金属有高高的密度度 ：金金属元素素有较高高的相对对原子量量；
4、金属属键的结结合方式式没有方方向性，总总是趋于于密集排排列。陶陶瓷材料料的密度度较低 ：原子子排列不不可能致致密，共共价结合合时，相相邻原子子的个数数要受到到共价键键数目的的限制，离离子结合合则要满满足正、负离子子间电荷荷平衡的的要求，它它们的相相邻原子子数都不不如金属属多。聚聚合物密密度最低低：次价价键结合合，分子子链堆垛垛不紧密密，并且且组成原原子（CC、H、O等）质质量较小小材料的的导电性性和导热热性与结结合键类类型有关关： 金金属键使使金属材材料具有有良好的的导电性性和导热热性， 而由非非金属键键结合的的陶瓷物物或聚合合物则在在固态下下不导电电，它们们可以作作为绝缘缘体或绝绝热体在在工
5、程上上应用。2.力学学性能：结合键键能与弹弹性模量量E：弹弹性模量量意义：即E相相当于发发生单位位弹性变变形所需需的应力力。 结结合键能能与弹性性模量两两者间有有很好的的对应关关系。 金刚石石具有最最高的弹弹性模量量值，EE10000GGPa。 其他一一些工程程陶瓷如如碳化物物、氧化化物、氯氯化物等等结合键键能也较较高，弹弹性模量量为2550一6600GGPa。 常用金金属材料料的弹性性模量约约为700一3550GPPa。 聚合物物由于二二次键的的作用，弹弹性模量量仅为00.73.55GPaa 结合键键能与强强度：一一般来说说，结合合键能高高的，强强度也高高一些。然然而强度度在很大大程度上上还
6、取决决于材料料的其他他结构因因素，如如材料的的组织，因因此强度度与键能能之间的的对应关关系不如如弹性模模量明显显。结合键键能与塑塑性：金金属键赋赋予材料料良好的的塑性，而而离子键键、共价价键结合合，使塑塑性变形形困难，所所以陶瓷瓷材料的的塑性很很差。 但是高高分子材材料由于于次价键键结合，表表现良好好的塑性性。我们在研研究影响响材料性性能的各各种因素素时，不不能忽视视的是：尽管一一种材料料的基本本性质取取决于它它的原子子或分子子结构，但但其本体体性质则则是由原原子或分分子的排排列状态态所控制制的。如如果把物物质的成成分看作作是砖的的话，那那么决定定一座房房子的最最终性能能和特征征的是用用怎样的
7、的方式把把砖垒起起来。所所以，研研究聚集集态结构构特征、形成条条件及其其对制品品性能的的影响是是控制产产品质量量和设计计材料的的重要基基础。高分子材材料中不不同范德德华力的的作用：范德华键键包括：静电力力、诱导导力和色色散力，属属于物理理键，系系次价键键，不如如化学键键强大，但但能很大大程度改改变材料料性质。静电力发发生在具具有永久久偶极的的分子之之间，键键合强度度大约是是共价键键的1/50到到1/2200。永永久偶极极是由于于共价键键所结合合的原子子具有不不同的电电负性引引起的，电电负性表表示的是是原子核核吸引价价电子的的强度大大小。原原子核的的质子数数目越多多，被填填充的电电子壳层层离核越
8、越近，原原子核的的电负性性就越大大。随着着温度的的升高，大大分子的的热运动动增加会会使偶极极作用降降低。在在偶极矩矩相等且且偶极对对称排列列的情况况下其偶偶极可相相互抵消消，如聚聚四氟乙乙烯。具具有偶极极-偶极极结合力力的聚合合物可以以溶解在在许多极极性液体体中。诱导力是是极性分分子的永永久偶极极与它在在其他分分子上引引起的诱诱导偶极极之间的的相互作作用力，例例如带负负电荷的的永久偶偶极排斥斥另一个个分子中中呈电中中性原子子的电子子，因此此在另一一个分子子上诱导导产生一一个偶极极，这个个诱导偶偶极又导导致一个个偶极偶极键键的强度度增加。诱诱导力强强度是永永久偶极极强度的的1/110,但但与温度
9、度无关。色散力是是电子运运动引起起电子云云变形而而产生瞬瞬时偶极极之间的的相互作作用力，占占所有分分子间作作用力的的-由由色散力力产生的的强度是是主价键键或共价价键的11/5000到11/10000，与与温度有有关。非非极性高高聚物中中的分子子间作用用力主要要是色散散力。第3章 高分子子材料简简介温度/时时间依赖赖性：所谓粘粘弹性，是是指具有有类似于于粘性液液体和纯纯弹性固固体两者者的性质质，粘性性液体具具有作用用力与变变形速率率成比例例的性质质，纯弹弹性固体体具有作作用力和和变形成成比例的的性质。对对粘性系系统所作作的功是是完全转转化成热热能而消消耗掉的的；与之之相反，对对弹性系系统作功功，
10、所有有的功以以势能形形式贮存存起来。高高分子材材料具有有这样的的两重性性，以致致它的力力学性能能是非常常复杂而而又有趣趣的。高高分子材材料对温温度和时时间强烈烈的依赖赖关系是是由于高高分子具具有粘弹弹性的结结果。粘粘弹性是是与“时间”相关的的概念！实际上上，多数数物质对对外力作作用的响响应表现现为弹性性和粘性性双重特特性。对对于高分分子材料料，这种种粘弹特特性特别别突出。 时间也也能改变变塑料和和橡胶。同同在室温温下，处处于玻璃璃态的塑塑料若在在几百年年的时间间尺度上上可以看看成象橡橡胶一般般易于变变形。虽虽然塑料料的历史史还没这这么久，我我们无法法用实验验证明这这一点，但但欧洲有有几百年年历
11、史的的教堂上上的窗玻玻璃能观观察到上上薄下厚厚的变化化。另一一方面橡橡胶在极极短时间间内观察察则成为为塑料，例例如飞机机上的橡橡胶轮胎胎在高速速下遇到到外来物物体的撞撞击会像像玻璃一一样碎掉掉，原因因就是如如此。 密度和支支链化程程的区别别：对同一种种高分子子材料，密密度大小小表示支支化的程程度，支支链化程程度越小小，密度度越大，材材料硬度度强度越越好，而而韧性降降低。对对于高分分子材料料来说，密密度大小小表示高高分子链链之间接接近的程程度，或或者说密密堆的程程度。第4章 静载载载荷作用用下的力力学性能能应变 (strrainn)：当当材料受受到外力力作用而而又不产产生惯性性移动时时，其几几何
12、形状状和尺寸寸会发生生变化，这这种变化化称为应应变或形形变。应力( strresss)：材材料发生生宏观变变形时，其其内部分分子及原原子间发发生相对对位移，产产生分子子及原子子间对抗抗外力的的附加内内力，达达到平衡衡时，附附加内力力与外力力大小相相等，定定义单位位面积上上的附加加内力为为应力。平平衡时，其其值与单单位面积积上所受受的外力力相等。模量（mmoduuluss） ：对于理理想的弹弹性固体体，应力力与应变变的关系系服从虎虎克定律律，即应应力与应应变成正正比，比比例常数数称为弹弹性模量量，简称称模量。弹弹性模量量的单位位与应力力的单位位相同 。拉伸应变变：材料料在拉伸伸作用下下产生的的形
13、变称称为拉伸伸应变，也也称相对对伸长率率。 拉伸应应力：这种拉伸伸应变和和拉伸应应力的定定义在工工程上被被广泛运运用，称称为工程程应变和和工程应应力或习习用应变变和习用用应力。真应力：用真实实的瞬时时截面积积A代替替A0除除其相应应的拉伸伸力得得到的应应力。真应变：因试样样长度在在不断变变化，某某一瞬时时拉伸试试样的长长为l ，载荷荷增量ddF ，伸伸长d l ，则则该瞬时时应变率率为d l / l，则则试样自自l0伸长至至l后，总总应变率率为真应应变，记记为t真应变与与工程应应变之间间的关系系（若假假设拉伸伸过程中中体积不不变）： 若拉伸变变形是等等体积变变化，则则真应力力总是大大于工程程应
14、力，真真应变总总是小于于工程应应变。弹性：是是指材料料在外力力作用下下保持和和恢复固固有形状状和尺寸寸的能力力。拉伸强度度 Teensiile strrenggth：在规定定的实验验温度、湿度和和实验速速度下，在在标准试试样上沿沿轴向施施加拉伸伸载荷直直至断裂裂前试样样承受的的最大载载荷P与与试样横横截面的的比值。屈服强度度（yiieldd sttrenngthh）：又又称为屈屈服极限限 ，是是材料屈屈服的临临界应力力值，定定义为材材料开始始产生宏宏观塑性性变形时时的应力力。对于于屈服现现象明显显的材料料，屈服服强度就就是屈服服点的应应力（屈屈服值）； 如果果材料的的应力应变曲曲线不能能明确表
15、表示屈服服应力而而且试样样在较高高的应变变值发生生断裂时时，x%补偿屈屈服应力力可作为为材料的的一个特特征值来来使用。x%补偿偿屈服应应力x%：应应力应应变曲线线偏离线线性响应应至应变变的x%时的应应力，即即从应变变轴x %处作作斜率为为E的直直线。或或者说是是与应力力-应变变的直线线关系的的极限偏偏差达到到规定值值时的应应力， 通常为为0.22%的永永久形变变.有些钢材材(如高高碳钢)无明显显的屈服服现象，通通常以发发生微量量的塑性性变形(0.22)时时的应力力作为该该钢材的的屈服强强度，称称为条件件屈服强强度。应变硬化化： 继继续拉伸伸时，由由于分子子链取向向排列，使使硬度提提高，从从而需要要更大的的力才能能形变。 比弹性模模量E/：材料料的弹性性模量与与其单位位体积质质量(密密度)的的比值，也也称为比比模量或或比刚度度，单位位为m或或cm。强迫高弹弹形变：玻璃态态聚合物物本来被被冻结的的链段开开始运动动，高分分子链的的伸展提提供了材材料大的的形变。这这种运动动本质上上与橡胶胶的高弹弹形变一一样，只只不过是是在外力力作用下下发生的的，是链链段的运运动。为为了与普普通的高高弹形变变相区别别，通常常称为强强迫高弹弹形变。压缩
