无机材料性能讲义.doc

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1、第一讲绪论无机材料物理性能：研究对象、研究内容？（课程简单介绍）本次课程主要内容（对每一部分进行简单说明）：v一、材料性能的基本概述v二、无机非金属材料的特性和应用v三、材料性能研究的五方面v四、材料性能的研究方法v五、基本要求v六、考核方式v七、参考文献一、材料性能的基本概述1.材料的定义：v材料：具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质。材料学的研究内容：材料科学与工程的四要素：材料设计的工作思路：材料与物理性质、现象、用途间的关系：以材料为中心，从物性®现象®用途周转循环，巧妙地应

2、用此表征方法能容易做到逐步地改进材料，不断创造出性能更好、更稳定的制品。2.材料性能的定义：v材料性能是一种用于表征材料在给定的外界条件下的行为的参量。有多少行为，就对应地有多少性能。外界条件不同，相同的材料也会有不同的性能。性能必须量化，多数的性能都有量纲。3.材料性能的划分4.材料按性能（功能）分类二、无机非金属材料的特点和应用v不同的化学组成和材料结构决定其具有不同的特殊性质和功能。v例如：如高强，高硬，耐温，耐腐，绝缘和各种电，磁，光及生物相容性等，材料的这些性能，可以广泛应用于机械，电子，

3、宇航，医学工程等各个方面，成为近代尖端科学技术的重要组成部分。三、材料性能研究的五方面：从以下5个方面对材料进行研究1.材料性能的概念v材料性能的两层含义：第一层含义表征材料在给定外界物理场刺激下产生的响应行为或表现；第二层含义表征材料响应行为发生程度的参数，常称为性能指标，简称性能。表12.材料性能的宏观表征v用外界物理场的某一参量（外参量）与材料内部某一参量（内参量）之间的变化联系描述行为。v外参量的变化导致了内参量的相应变化，两者之间的关系由实验给出，其中一部分还能由理论描述。v表23.材料性

4、能的微观本质v材料的宏观行为和性能是材料内部因素在一定外界因素作用下的综合反映。v表34.材料性能的影响因素v外部因素：温度、介质气氛、载荷形式、试样尺寸和形状等；v内部因素：结构的影响原子结构：电子结构和化学键性质；凝聚态结构：晶体或非晶体结构、晶体点缺陷和线缺陷。组织结构：多晶体晶界、形态、大小、分布、组织缺陷和裂纹等。5.材料性能的测试方法（要求以后学生自己学习、总结）四、材料性能的研究方法v经验方法在大量占有实验数据的基础上，对数据的分析处理，整理为经验方程，用以表示它们的函数关系。例如：强

5、度与晶粒尺寸之间的关系v理论方法从机理着手，即从反映本质的基本关系出发，按照性能的有关规律、建立物理模型，用数学方法求解，得到有关理论方程式。例如德拜模型五、基本要求v授课内容：见授课计划v课堂要求：课前预习，包括一些普通物理知识；要认真作笔记－－这也是一种能力；及时复习、归纳总结，交总结报告；掌握材料性能的概念、意义、宏观表征、微观本质、影响因素和测试方法。v作业：及时交作业v考勤六、考核方式v考核方式为闭卷笔试。v题型：计算题、简答题？v成绩由平时成绩（20%）和期末成绩（80%）构成。v平时成

6、绩评分标准为作业完成情况、考勤、课堂提问。表1材料使用性能划分性能大类基本性能响应行为性能指标力学性能弹性弹性变形弹性模量、弹性比功、比例极限、弹性极限等塑性塑性变形伸长率、断面收缩率、应变硬化指数、屈服强度等硬度表面局部塑性变形硬度韧性静态断裂抗拉强度、断裂强度、静力韧度、断裂韧度等强度磨损稳定磨损速率、耐磨性等冲击冲击韧度、冲击功、多冲寿命等疲劳疲劳极限、疲劳寿命、疲劳裂纹扩展速率等高温变形及断裂蠕变速率、蠕变极限、持久强度、松弛稳定性等低温变形及断裂韧脆转变温度、低温强度等应力腐蚀应力腐蚀抗力

7、、应力腐蚀裂纹扩展速率等物理性能热学性能吸热、放热比热容热胀冷缩线膨胀系数、体膨胀系数热传导导热系数、导温系数急冷、急热及热循环抗热震断裂因子、抗热震损伤因子等磁学性能磁化磁化率、磁导率、剩磁、矫顽力、居里温度等磁各向异性磁各向异性常数等磁致伸缩磁致伸缩系数、磁弹性能等电学性能导电电阻率、电阻温度系数等介电（极化）介电常数、介电损耗、介电强度等热电热电系数、热电优值等压电压电常数、机电耦合系数等铁电极化率、自发极化强度等热释电热释电系数光学性能折射折射率、色散系数等反射反射系数吸收吸收系数散射散射系

8、数发光发光寿命、发光效率等声学性能吸收吸收因子反射反射因子、声波阻抗等耐环境性能耐腐蚀性表面腐蚀标准电极电位、腐蚀速率、腐蚀强度、耐蚀性等老化性能随时间下降各种性能随时间变化的稳定性，如老化时间、脆点时间等抗辐照性高能离子轰击中子吸收截面积、中子散射系数等表2材料行为描述及性能表征类型的一些例子行为行为亚类行为描述性能表征实验关系理论描述中间值终态值联系值变形弹性变形应力-应变（弹性段）虎克定律弹性极限杨氏模量塑性变形应力-应变（屈服至最高点）Hollomon方程屈服