川大学无机材料物理性能

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1、无机材料物理性能芶立教学方式与内容教师讲授+课堂讨论+课后作业考核:Finalexam(60%)+Practice(15%)+Attendance(15%)+Discussion(10%)教学内容:突出基本概念、原理和关键点弱化理论推导重点：力学（塑性形变、微裂纹)/热学/光学/电学（介电）/磁学先修课程：大学物理、理论力学、材料力学、材料科学基础第一章无机材料的受力形变无机材料的应力、应变及弹性形变应力应变无机材料的弹性变形行为课堂讨论题:Al2O3片/Al片/硅橡胶受到压力和弯折力时,会有哪些现象?产

2、生这些现象的原因是什么?无机材料的应力、应变及弹性形变各种材料在外力作用下，发生形状和大小的变化，称为形变。应力:单位面积上所受的内力式中F为外力，σ为应力，应力的单位为Pa，A为面积。名义应力、真实应力应变:物体内部各质点之间的相对位移的。一根长度为L0的杆，在单向拉应力作用下被拉长到Ll，则应变的定义为：体积元单位面积上的力可分解为法向应力和剪切应力无机材料的弹性变形行为1、广义虎克定律横向变形：泊松比:横向变形系数μ=y/x=z//x剪切应变：1.10式引入剪切模量G体积变化引入体积模量K。

3、杨氏模量E；剪切模量G；体积模量K的相互关系各向同性材料：E=2G(1+μ)=3K(1-2μ)弹性模量E实际上和原子间结合力曲线上任一受力点的曲线斜率有关。在不变外力的情况下，tgα就反映了弹性模量E的大小。原子间结合力弱，如图中曲线1，α1较小，tgα1较小，E1也就小；原子问结合力强，如图中曲线2，α2和tgα2都较大，E2也就大。两相系统中弹性模量的估算上限弹性模量EH：下限弹性模量EL：对于连续基体内含有封闭气孔时，总弹性模量的经验公式为：E=E0(1-1.9P+0.9P2)E0为无气孔时的弹性模

4、量P为气孔率粘弹性与滞弹性粘弹性（Visoelasticity）自然界中实际存在的材料，其形变一般介于理想弹性固体与理想粘性液体之间，即具有固体的弹性又具有液体的粘性。最典型的是高分子材料；一些非晶体，有时甚至多晶体在比较小的应力时实际固体中弹性应变的产生与消除需要有限时间。固体和金属这种与时间有关的弹性称为滞弹性。聚合物的粘弹性可以认为仅仅是严重发展的滞弹性。粘弹性材料的力学性质与时间有关蠕变：在恒定的应力时，材料的应变随时间增长而增加的现象。Ec(t)=0/(t)弛豫：在恒定的应变时，材料的内部的

5、应力随时间增长而减小的现象。Er(t)=(t)/01.2材料中晶相的塑性形变塑性形变是指一种在外力移去后不能恢复的形变。塑性（Plasticity）材料在外力去除后仍保持部分应变的特性无机材料的塑性形变，远不如金属塑性变形容易。材料经受此种形变而不破坏的能力叫延展性。此种性能在材料加工和使用中都很有用，是一种重要的力学性能。无机材料的致命弱点就是在常温时大都缺乏这种性能，使得材料的应用大大受到限制。晶格滑移晶体受力时，晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动，叫做滑移。滑移是在剪切力作用下在一定滑移系统上

6、进行滑动面和滑动方向组成晶体的滑移系统滑移面上F方向的应力=Fcosφ/A此应力在滑移方向上的分剪应力τ=Fcosφcosλ/A如何保证cosφcosλ较大？塑性形变的位错运动理论实际晶体中存在位错缺陷，当受剪应力作用时，并不是晶体内两部分整体相互错动，而是位错在沿移面上沿滑移方向运动。使位错运动所需的力比使晶体两部分整体相互滑移所需的力小得多。所以实际晶体的滑移是位错运动的结果。位错运动激活能和位错形成能无外力：金属0.1-0.2eV；无机材料1eV有外力：滑移系统少，分剪切力小晶界塞积温度升高，利于

7、塑性形变位错形成能E=aGb2金属3A,无机材料>5A复习陶瓷的离子键、共价键-----滑移困难（理想材料：滑移系统少、分剪切力小、其它晶粒；实际材料：分剪切力不够大，晶界阻碍位错运动）-----没有塑性形变决定了陶瓷的制备工艺、陶瓷的性能陶瓷的显微结构：晶相、玻璃相、气相1.3无机材料的高温蠕变典型的蠕变曲线可以分为四段：起始段oa。在外力作用下发生瞬时弹性形变。第一阶段蠕变ab，也叫蠕变减速阶段。应变速率随时间递减。第二阶段蠕变bc，也叫稳态蠕变阶段。蠕变速率几乎保持不变。第三阶段蠕变cd，也叫加速蠕

8、变阶段。应变率随时间增加而增加，即蠕变曲线变陡，最后到d点断裂。高温蠕变理论一、蠕变的位错运动理论无机材料中晶相的位错在低温下遇到障碍难以发生运动，在高温下原子热运动加剧，可以使位错从障碍中解放出来，引起蠕变。当温度增加时，位错运动的速度加快。除位错运动产生滑移外，位错攀移也能产生宏观上的形变。攀移（位错移出滑移面的运动）是位错运动的另一种形式。这个理论能够较好的解释蠕变减速阶段和加速蠕变阶段的特点高温蠕变理论二、扩散蠕变理论