材料物理性能复习资料整理

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1、第一章力学性能材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变。材料承受外力作用、抵抗变形的能力及其破坏规律，称为材料的力学性能或机械性能。材料在单位面积上所受的附加内力称为应力。法向应力导致材料伸长或缩短，而剪切应力引起材料的切向畸变。应变是用来表征材料在受力时内部各质点之间的相对位移。对于各向同性材料，有三种基本类型的应变：拉伸应变ε，剪切应变γ和压缩应变Δ。若材料受力前的面积为A0，则s0=F/A0称为名义应力。若材料受力后面积为A，则sT=F/A称为真实应力。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（Hook）定律（σ=Eε）。E

2、是弹性模量，又称为弹性刚度。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能力（即刚度）的大小。E越大，越不容易变形，表示材料刚度越大。弹性模量是原子间结合强度的标志之一。泊松比：在拉伸试验时，材料横向单位面积的减少与纵向单位长度的增加之比值。粘性形变是指粘性物体在剪切应力作用下发生不可逆的流动形变，该形变随时间增加而增大。材料在外应力去除后仍保持部分应变的特性称为塑性。材料发生塑性形变而不发生断裂的能力称为延展性。在足够大的剪切应力t作用下或温度T较高时，材料中的晶体部分会沿着最易滑移的系统在晶粒内部发生位错滑移，宏观上表现为材料的塑性形变。滑移和孪晶：晶体

3、塑性形变两种基本形式。蠕变是在恒定的应力σ作用下材料的应变ε随时间增加而逐渐增大的现象。位错蠕变理论：在低温下受到阻碍而难以发生运动的位错，在高温下由于热运动增大了原子的能量，使得位错能克服阻碍发生运动而导致材料的蠕变。扩散蠕变理论：材料在高温下的蠕变现象与晶体中的扩散现象类似，蠕变过程是在应力作用下空位沿应力作用方向（或晶粒沿相反方向）扩散的一种形式。晶界蠕变理论：多晶陶瓷材料由于存在大量晶界，当晶界位相差大时，可把晶界看成是非晶体，在温度较高时，晶界粘度迅速下降，应力使得晶界发生粘性流动而导致蠕变。自然界中实际存在的材料，其形变介于理想弹性固体与理性粘性液体之间，

4、既具有固体的弹性又具有液体的粘性，即粘弹性。常见的力学松弛现象有蠕变、应力松弛、滞后和力损耗。应力松弛是指在恒定的应变时，材料内部的应力随时间增长而减小的现象。蠕变和应力松弛属于静态力学松弛过程或称静态粘弹性。在交变应力作用下，形变落后于应力变化的现象称为滞后。当应变与应力同相位时，没有滞后现象，发生形变所做的功等于恢复原状时获得的功，而当应变滞后于应力δ相位时，则每一循环周期都要损耗能量，称为力损耗。在交变应力作用下发生的滞后和力损耗属于动态力学松弛或动态粘弹性。时温等效原理：材料的粘弹性力学松弛现象，不仅与时间有关，而且与温度有关。升高温度与延长时间对分子运动及其

5、引起的粘弹性行为是等效的，可借助转换因子aT将某一温度测定的粘弹性数据转换为另一温度T0的对应数据，这就是时温等效原理。Griffith断裂理论：断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面断开，而是裂纹扩展的结果，裂纹尖端会产生应力集中，裂纹的存在使得实际材料的断裂强度低于理论结合强度。陶瓷、玻璃等脆性材料有微米级微观线度的裂纹时，就会发生低于理论结合强度的断裂；而金属和非晶态高聚物则在毫米级宏观尺寸的裂纹时，才会发生低应力的断裂。抗拉强度是指在拉伸试验机上，在规定的试验温度、湿度和拉伸速率下，在哑铃形标准试样上施加拉伸负荷，直至试样断裂时所承受的最大应力σf。硬度是衡量材料

6、软硬程度的一种力学性能。（压入法和刻划法）一般可认为，硬度表征了材料表面上不大体积内抵抗塑性形变或断裂破坏的能力。常用的材料硬度有布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度及显微硬度等第一章热学性能晶体中的原子以平衡位置为中心不停地振动，称为晶格热振动。当温度不太高时，原子的振动可看做是“谐振子”，线性谐振子的能量为：En=(n+1/2)hv(n=0,1,2,…)，可见晶格热振动的能量是量子化的，以hv为单元来增加能量，称这种能量单元为声子。热容量是指物质分子或原子热运动的能量Q随温度T的变化率。1g物质的热容量称为比热容，简称比热。1mol物质的热容量称为摩尔热容。当加热在恒压条

7、件下进行时，所测定的热容为定压热容（Cp）。当加热在保持物体体积不变条件下进行时，所测定的热容为定容热容（CV）。Cp>CV热膨胀机理：详见《材料物理导论》P58材料的长度或体积在不加压力时随温度的升高而变大的现象称为热膨胀。在仪器、仪表及电真空技术中，要求应用具有特殊膨胀系数的合金，这些合金统称为膨胀合金。固体材料的热膨胀本质，在于晶格点阵实际上在做非简谐振动，晶格振动中相邻质点间的作用力实际上是非线性的，点阵能曲线也是非对称的。点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。结构紧密的晶体比结构疏松材料的热膨胀系数ɑ大；有机高分子材料的热膨胀系数ɑ一般