材料物理性能

1、1.根据受力应变特征材料分为：脆性材料，延性材料，弹性材料。2.材料受载荷后形变的三个阶段：弹性形变，塑形形变，断裂3.弹性模量 ：材料在弹性变形阶段内正应力和对应的正应变的比值。意义 ：反映材料抵抗应变的能力，是原子间结合强度的标志。影响因素 （键合方式，晶体结构，温度，复相的弹性模量）。 机理：对于足够小的形变应力与应变成线性关系，系数为弹性模量，物理本质是原子间结合力抵抗外力的宏观表现，弹性系数和弹性模量是反映原子间结合强度的标志。4.滞弹性 ：固体材料的应变产生与消除需要有限的时间，这种与时间有关的弹性称为滞弹性。衡量指标 ：应力弛豫和应力蠕变。应力弛豫 ：在持续外力作用下发生形变的物

2、体在总变形值保持不变的情况下， 徐变变形增加使物体的内部应力随时间延续而逐渐减少的现象。应力蠕变：固体材料在恒定荷载下变形随时间延续而缓慢增加的不平衡过程。5.塑性形变 指一种在外力移去后不能回复的形变。滑移系统 ：滑移方向和滑移面。 产生条件 ：a- （几何条件）面间距大滑移矢量小b （静电条件）每个面上是同种电荷原子，相对滑移面上的电荷相反。 无机非材料不产生原因：a. 滑移系统少； b. （位错运动激活能大）位错运动需要克服的势垒比较大，位错运动难以实现。 施加应力， 或者由于滑移系统少无法达到临界剪应力，或者在达到临界剪应力之前就导致断裂；c. 伯格斯矢量大。6.高温蠕变定义： 材料在

3、高温下长时间受到小应力作用出现蠕变现象。影响因素 ：温度和应力。机理 ：a 晶格机理 （位错攀移理论，由于热运动位错线处一列原子移去或移入，位错线向上移一个滑移面。）b 扩散蠕变理论 （空位扩散流动，应力造成浓度差，导致晶粒沿受拉方向伸长或缩短引起形变）c 晶界机理 （多晶体蠕变，高温下晶界相对滑动，剪应力松弛，有利蠕变。低温下晶界本身是位错源，不利蠕变）7.理论断裂强度 ：理论下材料所能承受的最大应力。实际强度 ：实际情况中材料在外加应力作用下，沿垂直外力方向拉断所需应力。8.断裂韧性 ：是材料的固有性能，由材料的组成和显微结构所决定，是材料的本征参数。物理意义： 反映了具有裂纹的材料对外界

4、作用的抵抗能力。9.微裂纹能量判据 ：弹性应变能的变化率等于或大于裂纹扩展单位裂纹长度所需的表面能增量，裂纹失稳而扩展。脆性断裂本质 ：微裂纹的快速扩展。10.亚临界裂纹扩展 ：脆性材料在受到低于其临界应力的使用应力作用下裂纹扩展取决于温度，应力和环境介质， 随着时间的推移而缓慢扩展。机理：环境介质的作用引起裂纹的扩展；高温下裂纹尖端的应力空腔作用。11.预测材料寿命方法：无损探伤法和保证试验法12.材料强度影响因素： a 内在因素 ：材料的物性，如弹性模量，热膨胀系数，导热性，断裂能 b 显微结构 ：相组成、晶界（晶相、玻璃相、微晶相）、晶粒尺寸（尺寸小强度大）、气孔（有气孔强度小）、微裂纹

5、（长度、尖端的曲率大小）c 外在因素 ：使用温度（先不大后温度升高强度降低最后出现塑性形变）、应力、气氛环境、试样的形状大小（越大强度越低）、表面（例如：无机材料的形变滖温度升高而变化的情况）d. 工艺因素 ：原料的纯度粒度形状、成型方法、升温制度、降温速率、保温时间、气氛及压力等。13.提高强度改善韧性原则：在一定条件下，晶体中的滑移系统数目及可动程度都是物质本质结构所决定，脆性本质难以改变，要从脆性的根源和量度入手。关键是 ：提高材料的断裂能，便于提高抵抗裂纹扩展的能力；减小材料内部所含裂纹缺陷尺寸，以减缓裂纹尖端的应力集中效应。 具体途径 ：弥散增韧，相变增韧，微晶高密度高均匀度高纯度，

6、预加应力，化学强化。14.热容本质 ：各个频率声子数目随温度的升高而增加，在宏观上表现为吸热。15.德拜温度 ：是晶体中能量最大声子被激发出来的特征温度。物理意义： 反映了原子间结合力的又一重要物理量，与键的强度，弹性模量，熔点有关。16.声子平均自由程 ：声子在不断的相互碰撞中，因素 ：缺陷杂质及晶格界面，声子振动频率，温度两次声子间碰撞之间声子经过的平均距离。17.电导微观本质：载流子在电场作用下的定向迁移。载流子 ：具有电荷的自由粒子在电场作用下可产生电流，即晶体中载荷电流或传导电流的粒子。载流子分类 ：电子（电子和电子空位）离子（正负离子和离子空位）18. n 型半导体 ：参与导电的主

7、要是带负电的电子。 这种半导体中电子载流子的数目多主要靠电子导电，叫做电子半导体。 P 型半导体 ：参与导电的主要是带正电的空穴。这种半导体中几乎没有自由电子，叫做空穴半导体。19.双碱效应 ：当玻璃中碱金属离子总浓度较大时，在碱金属离子总浓度相同的情况下，含两种碱金属离子比含一种碱金属离子的玻璃导电率要小，当两种比例适中时电导可降到最低。原因： 电导率主要由载流子浓度和载流子迁移率所决定。 总浓度相同考察迁移率。 在有两种碱金属离子时由于自身性质结构环境的差异，迁移相互干扰，大离子不能进入小空位，小离子进大空位不稳定。20.压碱效应 . ：含碱玻璃中加入二价金属氧化物，可使玻璃电导率降低。相

8、应阳离子半径越大效应越强。 原因 ：二价离子与氧离子结合较牢固，能嵌入玻璃网络结构，堵住离子的迁移通道， 使碱金属离子移动困难。 半径越大堵塞越明显。当超过一定限度时结构破坏，电导率上升21.电极化 ：在电场作用下电介质内的质点发生正负电荷重心的分离产生感应电荷的现象。位移式极化 （弹性的，瞬间完成的，不耗能的）松弛极化 （非弹性，需时间，耗能）22.介电损耗 ：介质损耗，指电介质在交变电场作用下的能量损耗，即由电能转变为其他形式的能。 形式： 极化损耗（常温高频）电导损耗（高温低频）23. 压电陶瓷的预极化参数 : 极化电场、温度、时间。24.磁化：在外磁场的作用下物质中形成了成对的 NS磁

9、极，各磁极有规则的取向，使磁介质宏观显示磁性的现象。 原子磁矩 ：原子核磁矩和电子磁矩。25.磁化过程： 即磁畴壁的移动和磁畴内磁矩的转向26.色散：材料的折射率随入射光的频率减小而减小的性质称为折射率的色散。27.散射：光波遇到不均匀结构产生次级波，与主波方向不同使光偏离原来的方向从而引起光束强度减弱的现象28.透光性影响因素：吸收系数、反射系数、散射系数29.影响折射率因素 ：构成材料元素的离子半径、材料的结构，晶型和非晶态、材料所受的内应力、同质异构体1.随温度升高，材料热导率变化趋势：温度升高，碰撞加剧，自由程 l 降低。 低温下声子平均自由程l 的上限为粒度的线度，高温下的下限为晶格

10、间距。a. 低温下 C与 T3 成正比，随着温度升高，l 由于温度还不高，保持在上限无多大变化，故热导率近似与T3 成比例增大。b. 随着温度进一步升高，自由程 l 降低，而且 C也不再与 T3 成正比并在德拜温度以后趋于一定值， l 的减小成主要因素，因此随温度升高迅速减小。c. 再升高温度，l 达到下限，也不再减小，由于高温时的热辐射，有一定程度的增加。2. 同种组成的晶体和非晶体他们的声子热导率随温度的变化趋势：声子热导率主要由热容所决定，高温时考虑光子导热。晶体与非晶体的比较：a. 不考虑光子导热时，非晶体的声子导热系数在所有温度下都比晶体小；b. 两者在较高温度下比较接近：晶体的声子

11、平均自由程减小至下限，也即几个晶格间距的大小；而晶体与非晶体的声子热容也都接近于3R；c. 两者曲线的重大区别在于晶体有一峰值。由于非晶体材料特有的无序结构，声子平均自由程都被限制在几个晶胞间距的量级，因而组分对其影响小。晶相和非晶相同时存在, 一般情况下，介于两者曲线之间，可能出现三种情况：a. 当材料中所含有晶相比非晶相多时，在一般温度以上，热导率随温度上升而有所下降。在高温下热导率基本上不随温度变化；b. 当材料中所含的非晶相比晶相多时，热导率随温度升高而增大；c. 如果调节非晶相和晶相为合适比例，热导率可以在某温度范围内保持常数。3.电解质、压电体、热释电体、铁电体区别联系：铁电体、热

12、释电体和压电体之间的关系：铁电体是一种极性晶体， 属于热电体。它的结构是非中心对称的， 因而也一定是压电体。压电体又必须是介电体。所以：电介质、压电体、热电体、铁电体有如下关系：一般电介质、压电体、热释电体和铁电体存在的宏观条件：* 有学者认为：铁电体不一定有完整的电滞回线，只要在外电场作用下自发偶极矩可改变方向即可。1.一圆杆的直径为 2.5mm，长度为 25cm，并受到 4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm，且拉伸变形后圆杆的体积不变， 求在此拉力下的真应力、 真应变、 名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果？2.试样长 40cm、宽 10cm、厚 1cm，受到 1000N

13、 的拉力， E=3.5 109 N/m2 ，问能伸长多少厘米？3.画两个曲线图，分别表示应力弛豫 时间的关系和应变蠕变 时间的关系，并注出： t=0 、 t= 无穷大以及 t= 或时的纵坐标。4.圆柱形晶体受轴向拉力 F，临界抗剪强度 f=135MPa，求沿图所示方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。解：， d=3mm； 法线方向与F 夹角 =60o；滑移方向与F 夹角 =53o5.求熔融石英的 合 度, 估 的表面能 1.6*10-8cm ， 性模量 从6075GPa。1.75J/m2； Si-O的平均原子 距 6. 熔融石英玻璃的性能参数 ：E=73GPa，=1.

14、56J/m2 ，理 度th=28GPa，如材料中存在最大 度 2m的内裂，且此内裂垂直于作用力的方向， 算由此而 致的 度折减系数。7.一陶瓷零件上有一垂直于拉 力的 裂， 度 （1） 2mm；（ 2） 0.049mm；（ 3） 2m。分 求上述三种情况下的 界 力。K1C=1.62MPa m1/2， Y=1.1 () ? 。并 此 果。8. 算莫来石瓷在室温（ 25）及高温（ 1000） 的摩 容 ，并与按杜隆 - 珀替定律 算的 果比 。 公式： C=a+bT+cT-2+J/(Kmol) ， 于莫来石3Al2O32SiO2，a=365.96 ；b=62.53 10 3； c= 111.52

15、 105，温度范 298 1100K部分 元素的摩 容： O：16.7 J/(K mol) ； Si ： 15.9 J/(K 杜隆 - 珀替定律：所有元素的摩 容 均 25J/(K mol) 算 果： mol)9. 康宁 1723 玻璃（硅酸 玻璃）具有下列性能参数：=0.021J/(cm s K)， =4.6 10 6K 1，f=0.069GPa ， E=66GPa， =0.25 。求第一及第二 力断裂抵抗因子。10. 一 机部件由 氮化硅制成，其 率=0.184J/(cm s K)，最大厚度 120mm。如果表面 系数h=0.05 J/(cm2 sK)，假 形状因子S=1，估算可 用的 冲

16、 最大温差。已知： 于 氮化硅：=2.5 10 6K 1，f=310MPa， E=172GPa， =0.24 。11. 出离子型半 体的 率与温度的相关数据, 数学回 分析得出关系式 : lg =A B/T(1) 求在 量温度范 内的 活化能表达式;(2)若 出 T1=500K 时 , 率 1=10-9 ( cm) 1; T2=1000K ， 率 2=10-6 ( cm)1， 算 活化能的 。提示：离子电导率：写成对数形式：或玻尔兹曼常数k=1.38 10-23J/K ；自然对数的底e=2.71812. 本征半导体中，从价带激发至导带的电子电导和价带产生的空穴电导同时存在。激发的电子数 n 可近似表示为：式中， N 为状态密度， k 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度（K）。试回答：（ 1）设 N=1023cm-3，k=8.6 10-5 eV/K 时，Si（Eg=1.1eV ）、TiO2（ Eg=3eV）在室温 （20）和 500 时所激发的电子数各是多少？（ 2）当电子和空穴同时为载流子时，半导体的电导率为