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1、材料结构与性能读书报告问题：1. 理解记忆th、c、Kc 公式 c 临界应力 critical stress 临界的意思 th 理论应力theory 理论的意思 Kc 材料的本证参数 硬度表示法 最常用的指标有三种：布氏硬度，洛氏硬度和维氏硬度。 布氏硬度的含意：用一定直径的淬硬钢球，在一定的载荷（p）作用下，压入试件表面，停留一段时间，然后除去载荷，测量压痕的面积，压痕越小表示抵抗塑性变形能力（即硬度）越大，越大硬度越小，用“HB”来表示。 洛氏硬度的含意：在规定的外加载荷下，将钢球或金刚石压头垂直压入试件表面，产生压痕，测试压痕深度，利用洛氏硬度计算公式HR=（K-H)/C便可计算出洛氏硬
2、度。简单说就是压痕越浅，HR值越大，材料硬度越高。用HRC来表示。比如HRC60，即代表在试验载荷为150kg下，使用顶角为120度的金刚石圆锥压头时，试件的压痕深度为0.08mm。 维氏硬度的含意：是利用顶角为136度的金刚石四方角锥体作压头，在一定的载荷下压入试件表面，留下方形压痕，根据对角线的长度，即可查出硬度值，用“HV”来表示。 一般都是用洛氏硬度来衡量刀刃的硬度，也就是HRC值，通常一把好刀的刀刃硬度应在洛氏威尔硬度50s以上，60s以下，简而言之，硬度越高，抗磨损能力越高，但脆性也越大。 2.高硬材料的特性 3.实际强度与理论强度为什么有差异？ 对于纯净单晶体，其理论切变强度Tm
3、表达式为G/2，也就是其理论屈服强度，而对于实际晶体材料中，存在各种微观缺陷，如位错等，位错大量滑移标志塑性变形开始，屈服强度是位错滑移的阻力，所以实际晶体的屈服强度远低于理论屈服强度. 4.强度的尺寸效应 尺寸效应：一般来讲，随着颗粒尺寸的量变，在一定条件下会引起颗粒性质的质变。对纳米颗粒而言尺寸变小，同时其比表面积亦显著增加，从而磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化性及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化，产生一系列新奇的性质。比如金属纳米颗粒对光吸收显著增加，并产生吸收峰的等离子共振频移；小尺寸的纳米颗粒磁性与大块材料有明显的区别，并且与大尺寸固态物质相比纳米颗粒的熔点会显著下降，例如
4、2nm的金颗粒熔点为600K，随着粒径增加熔点迅速上升，块状金为1337K。 强度的尺寸效应： 5.强度的分散性 分散性是固体粒子的絮凝团或液滴，在水或其他均匀液体介质中，能分散为细小粒子悬浮于分散介质中而不沉淀的性能. 强度的分散性： 6.显微结构对强度的影响晶粒的尺寸：晶粒越小，越高，断裂强度与晶粒直径的平方成正比。由于晶界比晶粒内部弱，所以多晶材料破坏多是沿晶界断裂。气孔率的影响：强度随气孔率的增加而降低，这是因为气孔率不仅减小了负荷面积，而且在气孔附近区域应力集中，减弱材料的负荷能力。 7.断裂韧性在设计选材方面的应用断裂韧性： 8.提高陶瓷材料强度的案例（SEM、TEM) 影响陶瓷材
5、料强度的因素是多方面的,材料强度的本质是内部质点(原子、离子、分子）间的结合力，为了使材料实际强度提高到理论强度的数值，长期以来进行了大量研究。从对材料的形变及断裂的分析可知，在晶体结构既定的情况下，控制强度的主要因素有三个，即弹性模量E，断裂功（断裂表面能） 和裂纹尺寸 。其中E是非结构敏感的， 与微观结构有关，但对单相材料，微观结构对 的影响不大，唯一可以控制的是材料中的微裂纹，可以把微裂纹理解为各种缺陷的总和。所以强化措施大多从消除缺陷和阻止其发展着手。值得提出的有下列几个方面。（1） 微晶, 高密度与高纯度 为了消除缺陷,提高晶体的完整性,细、密、匀、纯是当前陶瓷发展的一个重要方面。近
6、年来出现了许多微晶、高密度、高纯度陶瓷,例如用热压工艺制造的 陶瓷密度接近理论值,几乎没有气孔，特别值得提出的是各种纤维材料及晶须。（2）预加应力 人为地预加应力,在材料表面造成一层压应力层,就可提高材料的抗张强度。脆性断裂通常是在张应力作用下,自表面开始,如果在表面造成一层残余压应力层,则在材料使用过程中表面受到拉伸破坏之前首先要克服表面上的残余压应力。通过一定加热、冷却制度在表面人为地引入残余压应力的过程叫做热韧化。这种技术已被广泛用于制造安全玻璃(钢化玻璃),如汽车飞机门窗,眼镜用玻璃。方法是将玻璃加热到转变温度以上但低于熔点,然后淬冷,这样,表面立即冷却变成刚性的,而内部仍处于软化状态
7、,不存在应力。在以后继续冷却中,内部将比表面以更大速率收缩,此时是表面受压,内部受拉,结果在表面形成残留压应力。（3）化学强化 如果要求表面残余压应力更高,则热韧化的办法就难以做到,此时就要采用化学强化(离子交换)的办法。这种技术是通过改变表面的化学组成,使表面的摩尔体积比内部的大。由于表面体积胀大受到内部材料的限制,就产生一种两向状态的压应力。可以认为这种表面压力和体积变化的关系近似服从虎克定律.（4）陶瓷材料的增韧所谓增韧就是提高陶瓷材料强度及改善陶瓷的脆性,是陶瓷材料要解决的重要问题。与金属材料相比，陶瓷材料有极高的强度，其弹性模量比金属大很多。但大多数陶瓷材料缺乏塑性变形能力和韧性，极
8、限应变小于0.10.2，在外力的作用下呈现脆性，并且抗冲击、抗热冲击能力也很差.脆件断裂往往导致了材料被破坏。一般的陶瓷材料在室温下塑性为零，这是因为大多数陶瓷材料晶体结构复杂、滑移系统少，位错生成能高,而且位错的可动性差。实际例子：氮化硅陶瓷中添加碳纤维。 9.提高陶瓷断裂韧性的案例 传统陶瓷主要采用天然的岩石、矿物、粘土等材料做原料。而新型陶瓷则采用人工合成的高纯度无机化合物为原料，在严格控制的条件下经成型、烧结和其他处理而制成具有微细结晶组织的无机材料。它具有一系列优越的物理、化学和生物性能，其应用范围是传统陶瓷远远不能相比的，这类陶瓷又称为特种陶瓷或精细陶瓷。新型陶瓷控化学成分主要分为
9、两类：一类是纯氧化物陶瓷，如Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2等；另一类是非氧化物系陶瓷，如碳化物、硼化物、氮化物和硅化物等。按照其性能与特征又可分为：高温陶瓷、超硬质陶瓷、高韧陶瓷、半导体陶瓷。电解质陶瓷、磁性陶瓷、导电性陶瓷等。随着成分、结构和I：艺的不断改进，新剂陶瓷层出不穷。按其应用不同又可将它们分为工程结构陶瓷和功能陶瓷两类。在工程结构上使用的陶瓷称为工程陶瓷，它主要在高温下使用，也称高温结构陶瓷。这类陶瓷具有在高温下强度高、硬度大、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优点，是空间技术、军事技术、原子能、业及化工设备等领域中的重要材料。工程陶瓷有许多种类，但目前世界上
10、研究最多，认为最有发展前途的是氯化硅、碳化硅和增韧氧化物三类材料。精密陶瓷氨化硅代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高工件温度，从而提高热效率，降低燃料消耗，节约能源，减少发动机的体积和重量，而且又代替了如镍、铬、钠等重要金属材料，所以，被人们认为是对发动机的一场革命。氮化硅可用多种方法制备，工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1600K反应后获得：3Si2N2 Si3N4（条件1600K）也可用化学气相沉积法，使SiCl4和N2在H2气氛保护下反应，产物Si3N4积在石墨基体上，形成一层致密的Si3N4层。此法得到的氮化硅纯度较高，其反应如下：SiCl42N26H2Si3N412HCl氯化硅、碳化硅等新型陶瓷还可用来制造发动机的叶片、切削刀具、机械密封件、轴承、火箭喷嘴、炉子管道等，具有非常广泛的用途。 实际例子：评定内容报告1报告2报告3报告4报告5报告671基本知识302前沿知识103解决问题的能力304合作学习与诚信205专业表达能力10个人自评合计（100）小组评定合计（100）班级评定、确认分数 指导教师确认参考文献：
