材料结构与性能.doc

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1、n以材料受力的情况为主线，分别是材料的弹性变形、塑性变形和断裂n弹性变形----可逆、虎克定律n塑性变形----特点是不可逆、机制是滑移和孪晶，陶瓷中特色还有：蠕变和高温粘性流动n断裂----理论、强度、结构、方式和加载方式n应力：单位面积上所受内力n由于材料的面积在外力作用下，可能有变化，A就有变化，有名义应力和实际（真实）应力n应变：描述物质内部各质点之间的相对位移n名义位移的应变：n实际应变和L0有关，可以通过公式推导获得n应力和应变之间关系----虎克定律弹性常数与原子间结合力的关系n弹性模量E是原子之间的结合力的一个标志n结合键、原子之间的距离、外力作用也将改变弹性模量的值n

2、温度升高，原子之间距离变大，弹性模量下降显微结构对弹性常数的影响n工程陶瓷具有非常复杂的显微结构特征：包括晶粒、异相、气孔、杂质等，计算材料的弹性模量和切变模量将非常困难n一般从宏观均质的设想出发，进行平均弹性模量和切变模量的计算n把材料看成材料的串联或者并联，我们可以得到其上限模量和下限模量，如下面的公式表示：陶瓷材料弹性常数和气孔率关系n多气孔陶瓷材料可以看成二相材料，其中一相的刚度为0n陶瓷材料的弹性模量随气孔率变化的表达式是粘弹性n定义：一些非晶体,有时甚至多晶体在比较小的应力时同时表现出粘性和弹性n所有高分子材料都有这种性质n滞弹性：材料和时间有关的弹性，即时间的滞后n蠕变：

3、固定外力，但材料的应变不断增加的现象，本质是：弹性模量不断减少n弛豫：材料上恒定应变，但应力随着时间而减少的现象。其本质也是弹性模量的减少n问题：为什么材料在长时间的应力或者应变作用下总发生弹性模量减少?n驰豫时间t：定义应力s是原始应力s0的0.37(1/e)的时间，所以有：n另外，应力驰豫满足Arrhenius公式，即有n材料中粘弹性现象，在无机材料特别是含有玻璃相或者非晶态材料中存在，随着含量增加，这种现象严重n一般地，陶瓷材料的高温比较明显，对材料性能影响明显。但我们也可以利用这些现象，如材料制备中的HP或者HIP无机材料的塑性n塑性形变：外力移去后不能够恢复的形变n延展性：材

4、料经受塑性形变而不破坏的能力n这是无机材料的致命弱点，无法进行机械加工n现在有非常少的陶瓷材料：如Ti-Si-C系化合物塑性形变的基本方式n晶体的塑性形变过程包括：滑移和孪晶n滑移：晶体的一部分相对另外一部分发生滑移，形成滑移带n晶体的滑移是各向异性，总是沿着特定的晶面和取向发生，也称滑移系n滑移系取决于晶体结构的几何学特征，亦受结构化学因素和外界条件的影响滑移系n滑移面是原子密集的重要结晶面，如：面心立方{111}，六方密堆的(0001)，滑移方向是原子排列最密的方向，如面心立方<110>，六方密堆的<2110>n共价晶体的价键方向性，离子晶体的静电相互作用力，对陶瓷晶体滑移系的可动

5、性起决定性影响n离子半径比和极化率，负荷加载速率和温度，是重要因素临界切变强度n当作用于某滑移面上的滑移方向的切应力分量达到临界值，滑移系开始运动n滑移方向和作用力交角j，滑移面法线和应力轴向交角f，cos×fcosj是取向因子，其值0-0.5，F/A是屈服强度n临界切应力不仅取决于晶体结构，亦受温度和应变速率的影响，屈服强度则受晶体的生长条件和纯度的影响理论切变强度n把晶体看成二排排列规则的原子层,它们之间的作用力可以简化成二种：同层原子作用力(和原子的位移无关)，异层原子的作用力(和位移有关)n把原子之间的作用力考虑上，方程是正弦函数，即n但由于这计算是理论计算，没有考虑晶体的结构

6、缺陷、应力集中效应、原子热运动的影响、应变硬化等，误差比较大n作用：提供理论方面的分析，精细结构材料的理论计算等位错的基本模型和性质n晶体的滑移是以非刚性的原子的移动为基础的，一般以位错为基础n位错有二种：刃位错和螺位错，研究位错的性质即可以了解晶体中原子层的滑移n位错的性质包括位错的特点：移动、反应、位错的增值和消失等陶瓷的塑性行为n晶体塑性变形的重要机理是位错运动n陶瓷滑移系的激活受价键方向性和静电作用力的限制，陶瓷材料主要呈脆性，这时位错不只是对塑性变形有贡献，而且由于位错的塞积，引起裂纹成核，导致脆性断裂单晶陶瓷的塑性n材料的本征位错密度低，需要较高应力才能够激活，滑移位错可能

7、增殖，形成位错带，具有较高的位错密度n高的位错源密度，导致不同滑移面上位错的相互作用，反而限制了晶体的塑性变形n材料表面的微裂纹的情况将影响其塑性多晶陶瓷的塑性n不仅取决于晶体本身，而且受晶界的影响n高温下，由于位错运动、晶界滑移、二相软化等条件，陶瓷表现一定的塑性n考虑时要结合本征因素(晶内滑移系的情况、晶界的应力、晶粒大小和分布)和外来因素(杂质在晶界上的情况、晶界的第二相、气孔)二方面考虑高温下玻璃相的粘性流动n玻璃相在高温下，粘度下降，