材料专业-专业术语中英文.pdf

选取电子衍射 Selected Area Diffraction SAD 介电常数 dielectric permittivity 耗散因数 介质损耗角 dissipation factor 老化系数 aging coefficient 平面耦合系数 planar coupling coefficient 镀镍 Nickel Plated 镀铬 Chrome Plated 镀黄铜 Brass Plated 轴承合金 Bearing Alloy 易溶合金 Fusible Alloy 分析电子显微镜 AFM Analytical electron microscope 透射电子显微镜 TEM Transmission electron microscope 调幅 amplitude modulators 第二泛音发生器 second harmonic generators 声波传感器 acoustic wave transducers 弹簧用碳钢片 Carbon Steel Strip For Spring Use 冷轧状态 Cold Rolled Strip 回火状态 Annealed Strip 淬火及回火状态 Hardened 片 高硼低硫 LS 定取向 钢片之磁力及电力性能 Magnetic and Electrical Properties of SI ORIENT CORE HI B LS 晶粒取向电器用硅 硅 钢片 高硼低硫 LS 定取向钢片之机械性能及夹层系 数 Mechanical Properties and Lamination Factors of SI ORIENT CORE HI B LS 晶粒取向电器用硅 硅 钢片 高硼 HI B 定取向 芯钢片 定取向芯钢片及高硼低 硫 LS 定取向芯钢片之厚度及阔度公差 Physical Tolerance of SI ORIENT CORE HI B SI ORIENT CORE 压痕的特征尺寸也很小 需要用读数显微镜测出 故得名 固溶强化 solid solution strengthening 在纯金属中加入溶质原子 间隙型或置换型 形成固溶合金 或多相合金中 的基体相 将显著提高屈服强度 此即为固溶强化 形变强化 strain strengthening 从图 3 2 的应力 应变曲线上可以看出 材料屈服以后 随着塑性变形量 的增加 所需的应力是不断增加的 这种现象叫形变强化 也叫加工硬化 形变 强化是金属强化的 重要方法之一 它能为金属材料的应用提供安全保证 也是某 些 金属塑性加工 工艺所必须具备的条件 如拔制 晶界强化 grain size strengthening 随着晶粒细化 晶界所占体积增加 金属的强度和塑性是同时提高的 这种 强化工艺称为晶界强化 弥散强化 第二相强化 dispersion strengthening 所谓第二相强化是指在金属基体 通常是固溶体 中还存在另外的一个或几 个相 这些相的存在使金属的强度得到提高 择优取向 preferred orientation 在一般多晶体中 每个晶粒有不同于相邻晶粒的结晶学取向 从整体看 所有 晶粒的取向是任意分布的 但某些情况下 晶体的晶粒在不同程度上围绕某些特 殊的取向排列 就称为择优取向或简称织构 再结晶 recrystallization 金属塑性变形后 被拉长了的晶粒重新生核 结晶 变为等轴晶粒这种现象 称为再结晶 再结晶温度 recrystallization temperature 再结晶温度是开始产生再结晶现象的最低温度 对纯金属 再结晶温度约为 Tm 式中 Tm 为金属的熔点 热处理 heat treatment 热处理是对固体金属或合金进行加热 保温和冷却处理以便得到所需性质的 一种加工工艺 其原理是利用扩散 晶核化 沉积和晶体增长等现象 使金属或 合金的组织发生变化 进而获得均匀的或改性的机械和物理性质 扩散型相变 非扩散型相变 transformation involving diffusion diffusionless transformation 根据冷却速度的不同 存在着二大类固态相变 一类是相变时存在原子扩散 为扩散型相变 如珠光体 贝氏体转变 还有一类是不存在原子的扩散 但原子 也发生了重排 为非扩散型相变 如马氏体相变 马氏体 martensite 马氏体是高温相以很快的速度冷却 以非扩散转变形成的产物 钢在高温奥 氏体化后淬火得到马氏体 贝氏体 bainite 贝氏体是在奥氏体化后被过冷到珠光体转变温度区间以下 马氏体转变温度 区间以上这一中温区间 所谓 贝氏体转变温度区间 转变而成的由铁素体及其 内分布着弥散的碳化物所形成的亚稳组织 退火 annealing 将组织偏离平衡态的钢加热到适当温度 保温一段时间 然后缓慢冷却 炉冷 以获得接近平衡态组织的热处理工艺叫退火 正火 normalizing 将钢件加热到 Ac3 以上 30 50 保温后取出在空气中冷却 这是正火 淬火 quenching 将钢件加热到奥氏体化温度并保温后 急冷 油冷或水冷 至室温 从而使 奥氏体变成马氏体的处理为淬火 回火 tempering 回火指将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度 保温一段 时间后在空气或水 油等介质中冷却的金属热处理 回火的作用在于 提高组 织稳定性 使工件在使用过程中不再发生组织转变 从而使工件几何尺寸和性能保 持稳定 消除内应力 以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸 调整 材料的力学性能以满足使用要求 时效 ageing 时效是指合金经固溶处理或冷塑性变形后 在室温或一定温度保温 以达到 沉淀硬化目的的工艺 人工时效 artifical aging 人工时效是在高于室温以上 通过过饱和固溶体中可溶组分的脱溶 使合金 强化的热处理 自然时效 natural aging 自然时效是在室温下 通过过饱和固溶体中可溶组分自发的脱溶 使合金强 化的处理 控制轧制 controlled rolling 把金属材料压力加工和热处理工艺相结合 同时利用形变强化与相变强化的 一种形变热处理工艺 铝 锂合金 Al Li alloy 铝 锂合金是一种新型铝合金材料 具有较高的强度和弹性模量 是航空航天 工业理想的结构材料 用于飞机上 可减轻飞机重量 8 16 铝锂合金还具有良好 的抗辐照特性和较高的电阻率 经受中子辐照后残留放射性低 可用作核聚变装置 中的真空容器 此外 铝锂合金在一定温度和应变速率下具有很好的超塑性 可用 以制造超塑性 扩散焊接结构 应用于航空和车辆等各个领域 紫铜 red copper 紫铜即纯铜 黄铜 brass 黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金 青铜 bronze 最早使用的青铜是 Cu Sn 合金 现在把除黄铜以外的铜合金都称为青铜 型钛合金 titanium alloy 金属钛有两种异构体 一种是密排六方结构的 相 是低温稳定相 另一种 是体心立方结构的 相 是高温稳定相 成分中含有 相稳定元素 在室温稳定 状态基本为 相的钛合金为 型钛合金 型钛合金 titanium alloy 成分中含有 相稳定元素 在室温稳定状态基本为 相的钛合金为 型钛 合金 型钛合金 titanium alloy 成分中含有较多的 稳定剂 在室温稳定状态由 及 相所组成的钛合金 为 型钛合金 钛铝化合物为基的钛合金 Ti Al intermetallic compound 钛铝化合物是指 Ti3Al TiAl TiAl3 这些金属间化合物 钛铝化合物为基的钛 合金是一种新型钛合金 钛铝化合物为基的高温钛合金与普通钛合金及镍基高温 合金比较 高温性能明显优于普通钛合金 已与镍基高温合金相近 结构陶瓷 structure ceramics 结构陶瓷是指作为工程结构材料使用的陶瓷材料 主要利用其高机械强度 耐高温 耐腐蚀 耐摩擦 以及高硬度等性能 陶瓷虽然抗压强度相当高 但抗 拉强度却很小 是一种脆性材料 结构陶瓷按其组份可分为氧化物陶瓷和非氧化 物陶瓷 有些结构陶瓷也具有功能陶瓷的性能如 ZrO2 陶瓷等 相变增韧 phase transformation toughening 相变增韧是一种有效的增强 增韧方法 利用多晶多相陶瓷中某些相组分在 不同温度的相变 从而达到增强 增韧的效果 这统称为相变增韧 例如 利用 ZrO2 的马氏体相变可以改善陶瓷材料的力学性能 ZrO2 相变增韧又分为应力诱导相变增韧 微裂纹增韧和表面压应力三种 相变增韧不但存在于 ZrO2 陶瓷中 将 ZrO2 相颗粒加入其它陶瓷材料中也能产 生相变增韧的效果 ZrO2 相变增韧 zirconium oxide phase transfotmation toughening ZrO2 存在三种晶型 立方 四方 单斜 其中四方相向单斜相的相变伴随 有较大的体积变化 7 这种相变体积变化是相变增韧的基础 应力诱导相变增韧 stress induced phase transformation toughening 分散于陶瓷基体内的四方 ZrO2 相颗粒 从高温向低温变化 当温度低于 1100 时 由于陶瓷基体的约束 不能发生四方向单斜的相变 四方 ZrO2 相颗 粒以亚稳态的形式存在于室温 当陶瓷基体受到外力的作用 解除了对四方 ZrO2 相颗粒的约束 四方 ZrO2 相颗粒就发生相变 降低裂纹尖端的应力场强度 达 到增强 增韧的目的 微裂纹增韧 microcrack toughening 分散于陶瓷基体内的四方 ZrO2 相颗粒 在降温过程或受力后相变 在裂纹 尖端产生多条微裂纹 从而增大了断裂表面能 达到增韧的效果 表面增韧 surface toughening 分散于陶瓷基体表面的四方 ZrO2 相颗粒 由于在一个面上没有受到约束 相对于基体内的四方 ZrO2 相颗粒 比较容易相变 在降温或受力后 表面的四 方 ZrO2 相颗粒发生相变 产生体积膨胀 使得陶瓷材料的表面受到压应力 达 到增强 增韧的效果 弥散增韧 dispersion toughening 陶瓷基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细粉末 达到增韧的效果 这称为弥 散增韧 这种细粉料可以是金属粉末 加入陶瓷基体之后 以其塑性变形 来吸 收弹性应变的释放能 从而增加了断裂表面能 改善了韧性 细粉料也可以是非 金属颗粒 在与基体生料颗粒均匀混合之后 烧结时 多存在于晶界相中 以其 高弹性模量和高温强度增加了整体的断裂表面能 特别是高温断裂韧性 纤维增韧 fibre toughening 在陶瓷中加入高弹性模量的纤维 纤维均布于陶瓷基体中 受力时 由于纤 维的强度及弹性模量高 大部分应力由纤维承受 减轻了陶瓷的负担 而且纤维 还可以阻止裂纹扩展 起到增韧的作用 层状化增韧 lamellar toughening 将陶瓷材料层状化 增加裂纹扩展时的阻力 也能达到增强 增韧的效果 层状结构可以使裂纹扩展时发生偏转 纳米陶瓷 nanocrystalline ceramics 具有纳米级晶粒尺寸的陶瓷材料为纳米陶瓷 纳米级晶粒尺寸使得陶瓷材料 的性能得到改善 目前已有纳米 Al2O3 ZrO2 TiO2 Si3N4 SiC 等陶瓷粉料 和陶瓷制品 硅酸盐水泥 portland cement 硅酸盐水泥在建筑上主要用于配制砂浆和混凝土 作为大量应用的工程材 料 其最重要的性质是强度 体积变化以及与环境相互作用的耐久性 其中 水 泥的强度是评比水泥质量的重要指标 是划分标号的依据 影响水泥强度的因素 很多 主要有浆体组成 熟料矿物组成 水灰比 水化程度 温度与压力等 硬化水泥浆体 hard cement ingredient 硬化水泥浆体是由无数钙矾石的针状晶体和多种形貌的 C S H 再夹杂 着六方板状的氢氧化钙和单硫型水化硫铝酸钙等晶体交织在一起而形成的 它们 密集连生交叉结合 又受到颗粒间的范德华力或化合键的影响 硬化水泥浆就成 为由无数晶体编织而成的 毛毡 而具有强度 玻 璃 glass 玻璃是无机氧化物的熔融混合物 它们并没有特有的固定的组成 玻璃按组 分可分为三种主要类型 钠钙硅 硼硅酸以及铅硅酸玻璃 钢化玻璃 lempered glass 如果能在玻璃表面层中产生 永久性 压应力 就可以使生产的玻璃制品的强 度比常规状态高 要使这样的制品发生断裂 就需要较高的张应力 这是因为在 使这类表面缺陷承受张应力之前 必须先克服表面的压应力 经过处理而使表面 处于压应力状态的玻璃被称为钢化玻璃 大分子链 macromolecules 大分子链是组成高分子材料 也称为聚合物 的基本单元 大分子链的分子 量很大 通常几万 再大者可达数百万 主要是由 C H O N P S 等原子 以共价键方式成链 这种分子链被称为大分子链 按其主链所包含原子的种类 可分为 碳链高分子化合物 主链全部为碳原子 如聚烯烃 聚二烯烃等 表 3 1 1 杂键高分子化合物 主链除碳原子外 还可有 O N P S 等元素 这类 高分子化合有聚酯 聚醚 聚酰胺等 表 3 1 2 元素有机聚合物 主链是由 Si Ti Al B 等原子和 O 原子构成 侧基一般为有机基团 如有机硅树脂 有机硅橡胶等 分子量 molecular weight 分子量是分子中各原子量的总和 单体 monomer 单体是能自身聚合或与其他类似的化合物共聚而生成聚合物的简单化合物 聚合物 polymer 聚合物是由聚合生成的具有重复链节的化合物 链节 monomeric unit 链节是聚合物分子链上 含与真实单体或假想单体相同原子种类和原子数目 的重复单元 聚合度 degree of polymerization 大分子链中链节的重复次数 称之为聚合度 分子量的多分散性 distribution of molecular weight 高分子化合物是由大量的大分子链组成的 各个大分子链的链节数不同 大 分子链的长短不同 分子量也不同 高分子化合物中大分子链分子量不等的现象 称为分子质量的多分散性 这是高分子化合物的一大特点 这种分子量的分散性 决定了高分子化合物的物理 力学性能的大分散度 官能度 functionality 官能度是指在一个链节上能接上新分子的位置数 加聚反应 addition reaction 加聚反应是指由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应 缩聚反应 condensation reaction 缩聚反应是指由一种或多种单体相互混合而连接成聚合物的同时析出 缩出 某种低分子物质 如水 氨 醇 卤化氢等 的反应 构型 configuration 分子链中各种基团的空间分布称为分子链的构型 线型 linear 大分子链的形状有三种 线型 支化型 体型 或网型 图 3 55 线型高分子的结构是整个分子链呈细长线条状 通常卷曲成不规则的线团 但受 拉时可以伸展为直线 支化型 branched 大分子链的形状有三种 线型 支化型 体型 或网型 图 3 55 支化型大分子 链的结构是在大分子主链节上有一些或长或短的小支链 整个大分子呈树枝状 体型 或网型 network 大分子链的形状有三种 线型 支化型 体型 或网型 图 3 1 6 体型高分子的 结构是大分子链之间通过支链或化学键连接成一体的所谓交联结构 在空间呈网 状 构象 conformation 由于单键内旋引起的原子在空间占据不同位置所构成的分子链的各种形象 即为大分子链的构象 单键内旋 rotation of single chain bonds 组成大分子链的每个单键 都有一定的键长和键角 并且能在保持键长和键 角不变的情况下任意旋转 每个单键围绕相邻单键按一定角度进行的旋转运动称 为单键的内旋转 柔顺性 flexibility 大分子链由于构象变化 获得不同卷曲程度的特性为大分子链的柔顺性 柔 顺性与大分子链中单键内旋的难易程度有关 无定型 noncrystalline 无定型结构也称为非晶态结构 结晶度 degree of crystallinity 高分子化合物中结晶区所占的重量百分数即为结晶度 玻璃化转变温度 glass transition temperature 高分子化合物在玻璃态和橡胶态之间的转变温度 玻璃态 glass state 在 Tg 温度以下 高聚物的弹性模量较高 较刚 硬 称之为玻璃态 橡胶态 rubber state 在 Tg 温度以上 高聚物表现出柔软而富有弹性 如橡胶 故这一阶段称之 为高弹态或橡胶态 粘流态 viscous flow state 当温度高于 Tf 后 变形量随温度升高进一步迅速增加 高聚物开始产生粘 性流动 处于所谓粘流态 粘流温度 软化温度 viscous flow temperature Tf 为高弹态与粘流态间的转变温度 叫做粘流温度或软化温度 熔点 melting point 熔点是固体熔化的温度 老化 aging 材料在环境作用下逐步失效的过程 降解 degradation 降解是由气候 热 光 氧 射线等作用引起的大分子链断裂或化学结构发 生失效的过程 交联 cross link 交联是在橡胶分子链之间或同一分子链内嵌入交联键 形成网状结构的过程 热固性塑料 thermosetting plastics 热固性塑料为体型结构 其成型加工是用相对低分子量的粘稠体和固化剂混 合 在一定温度和压力下发生聚合反应 在成型时产生强烈地交联 形成三维网 状结构 网状结构一旦形成后不能改变 所以不可循环使用 热塑性塑料 thermoplastics 热塑性塑料是线型链状结构 加热时是软的 可注射入模子成型 在取出前 需冷却 成型过程中不发生进一步聚合 可反复多次成型 橡胶 rubber 橡胶是在线型链状结构中形成少量的交联 具有较好弹塑性的一类高分子材 料 拉拔强化 drawing strenghtening 和金属冷拉可以造成强烈的加工硬化类似 一些高分子材料在 Tg 温度附近 冷拉 也可使其强度和弹性模量大幅度提高 称之为拉拔强化 橡胶增韧 rubber toughening 橡胶增韧是指在塑料等高分子材料中掺入橡胶粒子以达到增韧目的的一类 工艺 聚乙烯 polyethylene 聚乙烯是以乙烯为单体聚合制得的聚合物 英文缩写 PE 聚乙烯在塑料总 产量中居首位 聚乙烯具有优良的力学性能 绝缘性 耐寒性 化学稳定性 吸 水性和低透气性 无毒 易于加工成型 聚氯乙烯 polyvinyl chloride 聚氯乙烯是氯乙烯 的聚合物 英文缩写 PVC 聚氯乙烯是仅次于聚乙烯的 第二大塑料品种 玻璃化温度80 85 C 密度1 35 1 45克 厘米3 使用温度 15 60 C PVC 具有优良的耐酸碱 耐磨 耐燃及绝缘性能 与大多数增塑剂的混合 性好 因此可大幅度改变材料的力学性能 加工性能优良 价格便宜 但对光 热稳 定性差 100 C 以上或光照下性能迅速下降 聚苯乙烯 polystyrene 聚苯乙烯是苯乙烯的聚合物 英文缩写 PS 聚苯乙烯结构式为 是典型的 线型无定型高聚物 由于有取代基苯环 结晶度低 柔顺性差 所以具有较大的刚 度 它比重小 几乎不吸水 具有优良的耐蚀性 电阻大 是很好的隔热 防震 防潮和高频绝缘材料 聚苯乙烯添加发泡剂后可制成泡沫塑料 比重只有 0 033g cm3 是隔音 包装 救生的极好材料 ABS 塑料 ABS plastics ABS 塑料是丙烯腈 A 丁二烯 B 苯乙烯 S 3 种 单体 的接枝共 聚物 实际上往往是含丁二烯的接枝共聚物与丙烯腈 苯乙烯共聚物 AS 或 SAN 的混合物 ABS 是一种强度高 韧性好 耐油 耐酸 碱 盐及化学试剂 综合性能 优良 易于加工成型的高分子材料 聚酰胺 polyamide 聚酰胺俗称尼龙 英文缩写 PA 这种热塑性塑料或由二元胺和二元酸缩聚 而成 或由氨基酸脱水成内酰胺再聚合而成 结构式分别为根据胺与酸中的碳原 子数或氨基酸中的碳原子数 分别命名为尼龙 66 尼龙 6 等品种 氟塑料 fluoric plastics 氟塑料是含氟塑料的总称 机械工业中应用最多的是聚四氟乙烯 F 4 其结 构式为 CF2 CF2 n 聚甲基丙烯酸甲脂 polymethacrylates 聚甲基丙烯酸甲脂 俗称有机玻璃 英文缩写 PMMA 结构式为 是典型 的无定形结构 取代基为极性集团 酚醛塑料 novalac plastics 酚醛塑料 英文缩写 PF 是由酚类和醛类在酸或碱的催化下缩聚而成的酚醛 树脂 再加入添加剂而制得的高聚物 应用最多的酚醛树脂是苯酚和甲醛的缩聚 物 环氧塑料 epoxy plastics 环氧塑料 英文缩写 EP 是环氧树脂加固化剂后形成的热固性塑料 常用固 化剂为胺类和酸酐类 复合材料 composite materials 复合材料是由两种或两种以上的组分材料通过适当的制备工艺复合在一起 的新材料 其既保留原组分材料的特性 又具有原单一组分材料所无法获得的或 更优异的特性 基体 matrix 复合材料中占主要组分的材料称为基体 增强材料 reinforced materials 增强材料是复合材料的重要组成部分 相对基体而言 主要起到增强作用 复合材料中的增强材料就其形态而言 主要有纤维及其织物 晶须和颗粒 就其 组成的性质而言又可分为有机增强材料 金属增强材料和无机非金属增强材料 见图 3 80 混合法则 Rule of Mixtures 在复合材料中 在已知各组分材料的力学性能 物理性能的情况下 复合材 料的力学性能 如强度 弹性模量 和物理性能 密度 电导率 热导率 热膨 胀系数等 主要取决于组成复合材料的材料组分的体积百分比 vol 可用下 式表示 式中 Pc 表示复合材料的某性能 如强度 弹性模量 密度 电导率 热导率 热膨胀系数等 Pi 表示各组分材料的对应复合材料的某性能 V 表示 组成复合材料各组分的体积百分比 vol 下标 i 表示组成复合材料的组分数 包括基体 若干增强材料 上式称之为混合法则 复合材料增韧机制 toughening meahanism of composite materials 复合材料在受冲击载荷时材料发生破坏 断裂 其韧性大小取决于材料吸 收冲击能量大小和抵抗裂纹扩展的能力 以纤维增强复合材料为例 主要有纤维 的拔出 纤维与基体的脱粘 纤维搭桥等增韧机制 除了上述增韧机制外 在颗 粒 短纤维和晶须增强复合材料中 由于增强材料的存在 阻碍了裂纹在基体中 的扩展 在增韧方面 还存在有裂纹偏转 微裂纹增韧等机制 此外 在陶瓷基 复合材料中 利用氧化锆的相变产生的体积效应 引起基体产生微裂纹 从而增 加陶瓷基复合材料的韧性 这种方法称之为相变增韧机制 复合材料中界面作用 interface effect of composite materials 在复合材料中 界面往往起到把载荷由基体传递到纤维的传递作用 此外 复合材料的界面还起到诱导作用 阻断作用 散射及吸收作用等 为了保证界面 的作用 纤维与基体之间要有一定的粘结 并且两者之间的结合与增强材料及基 体的性质有关 除此之外 复合材料界面的结合方式 界面结构和性质会直接影 响和控制复合材料的性能 玻璃纤维 glass fibre 玻璃纤维是纤维增强材料中的一种 玻璃纤维具有耐高温 耐腐蚀 除碱外 热膨胀系数小等特点 但不耐磨 脆而易折 玻璃纤维与其它纤维相比 其价格 便宜 品种多 适合编织制成各种玻璃织物 因而广泛应用于航空航天领域 尤 其是民用领域 如建筑材料 交通工具 体育用品等玻璃纤维增强复合材料中 芳纶纤维 kevlar fibre 芳纶纤维是目前主要用于聚合物基复合材料的一种有机纤维 是美国杜邦公 司 Dupont 在 1968 年研制成功的 并在 1973 年正式以 Kevlar 作为其商品名 芳纶纤维的密度仅为 1 44 g cm3 其抗拉强度高达 3 4GPa 模量为 59 190GPa 因此其比强度和模量均优于玻璃纤维 特别是比强度甚至高于一般碳纤维和硼纤 维 和其它的有机纤维 如聚乙烯 尼龙和聚酯纤维 相比 耐热性较高 象 Kevlar49纤维的抗拉强度长期在150 下几乎不变 在427 下不分解 在 190 低温下不变脆 并且在高温下不易变形 尺寸稳定 特别是其柔韧性好 抗冲击 耐酸 碱 但芳纶纤维制成的聚合物基复合材料层间抗剪强度较低 碳纤维 carbon fibre 碳纤维是纤维增强材料中的一种 根据原材料不同分为人造丝 粘胶纤维 聚丙烯腈 PAN 碳纤维和沥青基碳纤维 经过碳化和石墨化后 可以分别得到 高强度碳纤维 超高强度碳纤维 高模量碳纤维 超高模量碳纤维 高强度高模 量碳纤维等 与玻璃纤维相比 碳纤维比强度和比模量有明显提高 此外 碳纤维导热 导电 耐化学腐蚀性好 但仍然较脆 且抗氧化性差 碳纤维不仅作为玻璃纤维的代用 品 用于聚合物基复合材料 而且适用于金属基复合材料 因此 碳纤维成为航 空航天领域所用先进复合材料中不可缺少的增强材料 硼纤维 boron fibre 硼纤维是在金属丝上沉积硼而形成的无机纤维 通常用氢和三氯化硼在炽热 的钨丝上反应 置换出无定形的硼沉积于钨丝表面获得 属脆性材料 抗拉强度约 3500MPa 弹性模量 400 GPa 密度只有钢材的 1 4 抗压缩性能好 在惰性气体中 高 温性能良好 在空气中超过500 C时 强度显著降低 是良好的增强材料 可与金属 塑料或陶瓷复合 制成高温结构用复合材料 由于其高的比强度和比模量 在航空 航天和军工领域获得广泛应用 碳化硅纤维 silicon carbide fibre 碳化硅纤维是陶瓷纤维 具有陶瓷特征 抗氧化 耐腐蚀 与金属基体一般 不发生反应 湿润性好 且价格便宜 可用作聚合物基 金属基和陶瓷基复合材 料的增强材料 碳化硅纤维增强复合材料主要可用于航空航天 汽车结构部件和 运动器械 滑雪板 网球拍 晶须 whisker 晶须是一种直径为零点几至几个微米的针状单晶体纤维材料 在单晶体中的 原子排列非常整齐 几乎没有多晶材料中存在的各种缺陷 如杂质 空穴和位错 等 因此从强度而言 晶须的强度接近理论极限 功能材料 functional materials 功能材料是与结构材料相对应的另一大类材料 主要利用材料的光学 电学 磁学等性能 一次功能 primary function 当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同一种形式时 材料仅起能量 传递的作用 材料的此种功能为一次功能 二次功能 secondary function 当向材料输入的能量和从材料输出的能量不属于同一种形式时 材料起能量 转换作用 材料的此种功能为二次功能 导电性 conductivity 导电性是评价材料所具有的传导电流的性质 电阻率 electric resistivity 电阻率是单位横截面积 单位长度的物质的电阻值 表征材料对电流的阻碍 能力的物理量 电导率 conductivity 电导率是电阻率的倒数 表征材料导电能力的物理量 载流子 carrier 简单地说 材料能导电是由于在电场作用下材料中产生了电荷的定向运动 而电荷的运动是通过一定的微观粒子来实现的 将带电荷的微观粒子统称为载流 子 可以是自由电子或空穴 也可以是正 负离子或空位 前者为电子电导 后者 为离子电导 迁移率 mobility 电导率的大小应该与载流子的数目 有关系 还应该与载流子的运动速度 有 关 为了表征这个关系 人们定义了迁移率的概念 物理薏义是在单位电场 作用下载流子的运动速度 这样可得到 的关系 为载流子所带电荷 本征半导体 intrinsic semiconductor 具有禁带宽度小于 2ev 能带结构的材料为半导体 无掺杂的单质半导体为本 征半导体 n 型半导体 n type semiconductor 以电子为主要导电载流子的半导体材料被称为 N 型半导体 也叫做施主型 半导体 因为在本征半导体中添加了施主杂质 P 型半导体 P type semiconductor 以空穴为主要导电载流子的半导体材料被称为 P 型半导体 也叫受主半导 体 因为在本征半导体中添加了受主杂质 固体电解质 solid electrolyte 固体电解质是具有离子导电性的固态物质 这些物质或因其晶体中的点缺陷 或因其特殊结构而为离子提供快速迁移的通道 在某些温度下具有高的电导 率 1 106 西门子 厘米 故又称为快离子导体 超导性 superconductivity 某些物质在一定温度条件下电阻降为零的性质被称为超导性 材料表现超导 性的条件实际有三个 超导体进入超导态时 其电阻率等于零 从电阻不为零的正常态转变为超 导态的温度称为超导转变温度或超导临界温度 用 Tc 表示 外磁场可破坏超导态 只有当外加磁场小于某一量值 Hc 时才能维持超导 电性 否则超导态将转变为正常态 Hc 称为临界磁场强度 Hc 与温度的关系为 Hc H0 1 T T c 2 H0 是 T 0K 时的临界磁场强度 超导体内的电流强度超过某一量值 Ic 时 超导体转变为正常导体 Ic 称为 临界电流 超导体变为超导态后 除电阻为零外 体内的 磁感应强度也 恒为零 即超导 体能把 磁力线 全部排斥到体外 具有完全的抗磁性 另外 超导体具有能隙 低温超导材料 low temperature superconducting material 具有低临界转变温度 在液氦温度条件下工作的超导材料 高温超导材料 high temperature superconducting material 具有高临界转变温度 能在液氮温度条件下工作的超导材料 绝缘体 insulator 绝缘性通常是指材料阻滞热 电或声通过的能力 极化率 polarizability 极化率是衡量原子 离子 分子在电场作用下极化强度的微观参数 通常用 表示 为原子 离子 分子在电场作用下形成的偶极矩与作用于原子 离子 分子上的有效内电场之比 极化强度 polarization 极化强度是电介质单位体积中电偶极矩的矢量和 介质极化系数 polarization coefficient of dielectric materials 为了将极化强度 P 和宏观实际有效电场 E 相联系 人们定义 式中 为真空 介电常数 F m 法 米 为电介质的极化系数 是个无量纲的数 绝对介电常数 相对介电常数 absolute dielectric constant relative dielectric constant 电介质在电场 E 中极化后产生的电场可用电感应强度 D 表征 式中 为电介质的绝对介电常数 为电介质的相对介电常数 也是一个无量纲的 数 可见 绝对介电常数 相对介电常数都是物理学中讲平板电容时引入的 参数 表征电介质极化并储存电荷的能力 是个宏观物理量 电子位移极化 也叫形变极化 electronic polarization 在外电场作用下 原子外围的电子云相对于原子核发生位移形成的极化叫电 子位移极化 也叫形变极化 离子位移极化 ionic polarization 离子晶体在电场作用下离子间的键合被拉长 导致电偶极矩的增加 被称为 离子位移极化 象 Nacl 在电场作用下就会发生位移极化 偶极子取向极化 dipole orientation polarization 偶极子取向极化是极性电介质的一种极化方式 组成极性电介质中的极性分 子具有恒定的偶极矩 无外加电场时 这些极性分子的取向在各个方向的几率是 相等的 就介质整体来看 偶极矩等于零 在电场作用下 这些极性分子除贡献 电子极化和离子极化外 其固有的偶极矩将沿外电场方向有序化 沿外场方向取 向的偶极子比和它反向的偶极子的数目多 所以介质整体出现宏观偶极矩 这种 极化现象为偶极子取向极化 松弛极化 relaxation 当材料中存在着弱联系电子 离子和偶极子等松弛质点时 热运动使这些松 弛质点分布混乱 而电场力图使这些质点按电场规律分布 最后在一定温度下 电场的作用占主导 发生极化 这种极化具有统计性质 叫作松驰极化 松驰极 化是一种不可逆的过程 多发生在晶体缺陷处或玻璃体内 电介质的击穿 breakdown of dielectric medium 电介质只能在一定的电场强度以内保持绝缘的特性 当电场强度超过某一临 界值时 电介质变成了导体 这种现象称为电介质的击穿 相应的临界电场强度 称为介电强度或击穿电场强度 介质损耗 dielectric loss 将电介质在电场作用下 单位时间消耗的电能叫介质损耗 氧化铝 氧化铍 碳化硅及氮化铝 alumina beryllium oxide silicon carbide aluminum nitride 氧化铝 氧化铍 碳化硅及氮化铝是几种新型高性能介电陶瓷材料 可作为 集成电路基板材料 其中的氧化铝应用最为普通 氧化铝陶瓷介电损耗低 电性 能与温度的关系不大 机械强度高 化学稳定性好 已被广泛应用于基板材料 氧化铍的最大优点是导热系数高 介电常数较低 但由于其毒性大 价格高而限 制了其应用 碳化硅的导热性优于氧化铝 但烧结困难 近年来 氮化铝基板由 于其得天独厚的优点 已引起国内外的普遍关注 日本商品化 AlN 的热传导率 已达 260W m k 是目前普遍使用的氧化铝的 10 倍 而其他电性能与 Al2O3 相当 目前氮化铝作为基板使用要解决的是其金属化技术的可靠性 多层布线技术及降 低成本等问题 光透射 transmittance 光透射是指光对介质的穿透现象 吸收 absorption of light 光的吸收是光在介质中传播时部分能量被介质吸收的现象 反射 reflection 光反射是指光被表面折回的现象 遵循光的反射定律 既反射角等于入射角 这种反射为镜反射 折射 refraction 当光从一种介质 1 进入另一种介质 2 时 其速度和传播方向发生变化 即发生 了折射 与界面法向形成入射角 和折射角 图 3 2 17 与 间关系与两种材料的 折射率有关 式中 分别为光在材料 1 和材料 2 中的传播速度 为材料 2 相对于材 料 1 的折射率 折射率还与入射光的频率有关 随频率的减小 或波长的增加 而减小 这 种性质称为折射率的色散 光子 photons 光具有波动和微粒二重性 当考虑光与电子之间的能量转换时 把光当成粒 子来看待 称为光子 光子是最早发现的构成物质的基本粒子之一 光子所具有 的能量不是连续的 而是与其频率 v 有关 光子能量 式中 v 为光的频率 为 光的波长 h 为普朗克常数 选择吸收 selective absorption 材料对不同波长的光的吸收能力不同 对某种波长的光吸收率很高 而对另 外一些波长的光吸收率很低 这种现象被称为选择吸收 漫反射 diffuse reflection 当光线照射到一粗糙不平的表面 则在局部位置入射角的实际大小并不一 样 因而反射光的方向也不一致 形成了漫反射 光泽 luster 光泽是材料表面在光照条件下所显现出的色泽 光泽与镜反射和漫反射的相 对含量密切相关 当镜反射光带宽度窄但强度高时 可以获得高的表面光泽 透光性 transmittance 透光性是指光对介质的穿透能力 荧光材料 fluorescence 荧光材料是一类发光材料 由于当外界任一形式的能量将电子由价带激发至导 带后 该电子又返回到价带时发出的光子频率在可见光范围内 所以材料发光 如果在激发除去之后的 内 电子跳回价带时 同时发光 这种光为荧光 该发 光材料为荧光材料 磷光材料 phosphorescent materials 磷光材料是一类发光材料 发磷光的材料含有杂质 并在禁带中建立施主能 级 当激发的电子从导带跳回价带时 首先跳到施主能级上并被捕获 当电子再 从捕获陷阱溢出返回价带时 才会发光 因而延迟了发光的时间 图 3 2 25c 通常人们把这种激发停止后一定时间内能够发光的材料称为磷光材料 粒子数反转 turning electron numbers over 粒子数反转是产生激光的必要条件 即通过使高能级上的电子数多于低能 级的电子数 从而实现受激辐射几率大于吸收几率 光导纤维 optical waveguide fibre 光以波导方式在其中传输的光学介质材料 简称光纤 光导纤维由纤芯和包 层两部分组成 有两种纤维结构可以形成波导传输 即阶跃 折射率 型和梯度 折 射率 型 阶跃型光导纤维的纤芯与包层间折射率是阶梯状的 纤芯的折射率大于 包层 入射光线在纤芯和包层间界面产生全反射 因此呈锯齿状曲折前进 梯度型 光导纤维的纤芯折射率从中心轴线开始向着径向逐渐减小 因此 入射光线进入 光纤后 偏离中心轴线的光将呈曲线路径向中心集束传输 光束在梯度型光导纤维 中传播时 形成周期性的会聚和发散 呈波浪式曲线前进 故梯度型光导纤维又称 聚焦型光导纤维 全反射 total reflection 全反射是光从光密介质射向光疏介质且当入射角大于临界角时 光被界面全 部反射回原介质不再进入光疏介质中的现象 光存储材料 optical memory materials 光存储材料是通过调制激光束 以光点的形式把信息编码记录在镀膜介质中 的一类功能材料 根据存储方式不同 光存储材料可分为三种类型 只读式 一次写入多次读出 可擦重写方式 光电转换材料 photoelectric conversion material 光电转换材料是将太阳能转换为电能的一类材料 主要用于制作太阳能电 池 磁感应强度 magnetic intensity 任何物质在外磁场作用下 除了外磁场外 由于物质内部原子磁矩的有序排 列 还要产生一个附加磁场 在物质内部 外磁场和附加磁场的总和称之为磁感 应强度 是矢量 常用符号 B 表示 在国际单位制 SI 中 磁感应强度的单位是特 斯拉 简称特 T 介质磁导率 magnetic permeability 磁导率是描述磁介质磁性的物理量之一 常用符号 表示 等于磁介质中磁 感应强度 B 与磁场强度 H 之比 相对磁导率 relative magnetic permeability 相对磁导率是描述磁介质磁性的物理量之一 其定义为磁导率 与真空磁导 率 0 之比 磁化强度 magnetization 描述磁介质磁化状态的物理量 常用符号 M 表示 定义为单位体积内分子 磁矩 m 的矢量和 在国际单位制 SI 中 磁化强度 M 的单位是安培 米 A m 磁化率 magnetic susceptibility 表征磁介质属性的 物理量 常用符号 m 表示 等于磁化强度 M 与磁场强 度 H 之比 即 M m H 抗磁性 diamagnetism 根据磁化强度的大小 正负 可将磁性分为抗磁性 顺磁性 铁磁性和反铁 磁性四类 图 3 2 32 当磁化强度为负值时 物质表现出抗磁性 抗磁性一般较弱 磁化率 为负 值 在 量级 金属 等具有这种性质 周期表中前 18 种元素的单质表现为抗磁 性 而且这些元素构成了陶瓷材料中几乎所有的阴离子 故陶瓷材料的大多数原子 是抗磁性的 顺磁性 paramagnetism 当磁化强度与外磁场方向一致 为正值且与磁场强度成正比时 物质为顺 磁性 顺磁性的大小还与温度有关 温度越高 顺磁磁化率越小 顺磁物质的磁 化率一般也很小 室温下约 一般含有奇数个电子的原子或分子 电子未填满 壳层的原子或离子如过渡族单质 稀土 锕系及铝 铂等金属都属于顺磁物 铁磁性 ferromagnetism 对于铁 钴 镍这几种金属 磁化率均为正 且可达 量级 属于强磁性物质 这种磁性称为铁磁性 铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来 超过这一 温度 铁磁性转变为强顺磁性 这个温度称之为居里点 反铁磁性 antiferromagnetism 反铁磁性物质磁性特征是磁化率几乎为零 这种现象的存在与温度有关 只 在某个温度以下存在 这个温度称为尼尔点 当 反铁磁体与顺磁体有相同的 磁化行为 反铁磁性物质大都是非金属化合物 如 磁滞回线 hysteresis loop 磁滞回线是显示磁滞现象的闭合磁化曲线 剩磁 residual magnetism 剩磁是移去外加磁场 仍保留在试件中的磁性 矫顽力 coercive field 铁磁体磁化到饱和后 使他的磁化强度或磁感应强度降低到零所需要的反向 磁场称为矫顽力 磁致伸缩 magnetostriction 当铁磁体磁化状态改变时 磁体的尺寸及形状会变化 这种现象叫磁致伸缩 定义沿磁化方向单位长度发生的变化为磁致伸缩系数 磁化强度饱和时的磁致 伸缩系数 是材料常数 磁矩 magnetic moment 描述载流线圈或微观粒子磁性的物理量 平面载流线圈的磁矩定义为 式中 i 为电流强度 S 为线圈面积 n 为与电流方向成右手螺旋关系的单位矢量 交换作用 exchange effect 交换作用是指处于不同原子的 未被填满壳层上的电子之间发生的特殊相互 作用 由这种交换作用所产生的交换能 J 与晶格的原子间距有密切关系 图 3 2 36 当原子间距离很大时 J 接近于零 随着距离的减小 相互作用增加 当 原子间距 a 与未被填满的电子壳层的直径 D 之比大于 3 时 交换能为正值 材料呈 现铁磁性 当 时 交换能为负值 材料呈现反铁磁性 磁畴 domains 磁畴是磁矩方向一致的小区域 含有 个原子 体积约 磁畴的形成是由于 近邻原子间的交换作用 自发磁化 spontaneous magnetization 铁磁体内部自发地形成了磁化到饱和的小区域 磁畴 铁磁体的这种作用不 是依赖外磁场的作用 因此称为自发磁化 自发磁化是铁磁物质的一个基本特性 是其与顺磁物质的区别所在 软磁材料 soft magnet materials 软磁材料是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料 软磁材料易于磁化 也易 于退磁 广泛用于电工设备和电子设备中 应用最多的软磁材料是铁硅合金 硅钢 片 以及各种软磁铁氧体等 硬磁材料 permanent magnetic material 硬磁材料也称为永磁材料 具有宽磁滞回线 高矫顽力 高剩磁 一经磁化 即能保持恒定磁性的材料 磁记录材料 magnetic recording materials 磁记录材料是主要被用于磁记录的一类材料 其原理是利用磁头气隙中随信 息变化的磁场将磁记录介质磁化 即将随时间变化的信息磁场转变为磁记录介质 按空间变化的磁化强度分布 经过相反的过程 可将记录的信息经磁头重放出来 图 3 2 43 磁记录材料是作为硬磁材料来应用的 但它与传统硬磁材料不同 它往往不是以块状形态使用 铁氧体 ferrites 铁氧体是含铁酸盐的陶瓷磁性材料 按材料结构分 铁氧体有尖晶石型 石 榴石型 磁铅石型 钙钛矿型 钛铁矿型和钨青铜型等六种 亚铁磁性 ferrimagnetism 铁氧体磁性与铁磁性相同之处在于有自发磁化和磁畴 因此有时也被统称为 铁磁性物质 但其也有与铁磁物质不同之处 表现在铁氧体一般都是多种金属氧 化物复合而成 因此铁氧体中有