《无机材料物理性能》第4讲ppt课件.ppt

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1、无机材料物理性能2021年7月31日第四讲弹性模量弹性模量的单位和应力的单位相同为Pa。对于同一种各向同性体材料弹性模量是一个常数泊松比泊松比和弹性模量一样，是物质固有的常数。对于塑性、弹性材料和复合材料μ介于1到1/2之间；对多数金属μ介于1/4到1/3之间；对于大多数无机材料，μ介于1/5到1/4之间横向变形系数G(剪切模量)、E（弹性模量）、μ（泊松比）之间有下列关系：弹性柔顺系数Sij:十位数表示应变方向，个位数表示应力方向由于倒顺关系，Sij=Sji上限模量－两相体系的弹性模量PP12l两相系统弹性模量最高值下限模量－PP假定两相所受应力相同，得到两相系统弹性模量的最低

2、值EL两相体系的弹性模量下限模量－PPδ=εlδ1=ε1l1δ2=ε2l2δ=δ1+δ2两相应力相同假定两相所受应力相同，得到两相系统弹性模量的最低值EL弹性模量与气孔率的关系E0是气孔率为零时的E值，p为气孔率,b为与陶瓷制备工艺有关的常数,常数f1、f2取决于气孔的形状和取向。陶瓷的弹性模量随气孔率的表达式为：E=E0(1-f1p+f2p2)式中p是孔隙率，f1和f2分别等于1.9和0.9。对于相对低的孔隙率，p2可以忽略不计，于是近似地得到E/E0=1-1.9p。杨氏模量孔隙率理想弹性:受到外力后，平衡形变是瞬时达到的与时间无关。理想粘性:受到外力后，形变是随时间线性发展的

3、。粘弹性：非晶体、多晶体在比较小的应力时可以同时表现出弹性和粘性滞弹性：无机固体和金属这种与时间有关的弹性粘弹性与滞弹性应力弛豫时间的含义：表达了一种材料在恒定变形下，势能消失时间的长短，是材料内部结构性质的重要指标，对于材料变形性质有决定性的影响。松弛时间短，势能消失快，这种材料接近虎克固体.弛豫时间表示材料在外力作用下，从不平衡状态通过内部结构重新调整组合达到平衡状态所需的时间。弛豫时间与滞弹性的关系：材料的粘度越大，弹性模量越小，弛豫时间越长，滞弹性越大。粘弹性和滞弹性粘弹性------材料在比较小的应力作用下，可以同时表现出弹性和粘性。与理想的弹性应变比较，前者应力和应变

4、不随时间滞后，后者有一定的滞后。滞弹性------与时间有关的弹性，即E(t)。对于蠕变，应力和应变有Ec(t)=0/(t)对于弛豫，应力和应变有Er(t)=(t)/0也即弹性模量随时间而变化，并不是一个常数。未弛豫模量------测量时间小于松弛时间，随时间的形变还没有机会发生时的弹性模量；弛豫模量------测量的时间大于松弛时间，随时间的形变已发生的弹性模量。标准线性固体的力学行为标准线性固体应力－应变与时间的关系(c)(b)蠕变：施加恒定应力，应变随时间而增加驰豫：施加恒定应变，应力随时间而减小σεt蠕变:当对材料施加恒定应力σ0时，其应变随时间而增加的现象典型的

5、蠕变曲线.瞬时发生的和时间没有关系应变与时间成正比加速蠕变阶段。应变率随时间增加，最后到d点断裂蠕变减速阶段应变速率随时间递减（斜率减小）稳态蠕变阶段加速蠕变阶段oa段形变是瞬时发生的和时间没有关系第一阶段蠕变ab，蠕变减速阶段A为常数。低温时n=1，；高温时n=2/3，第二阶段蠕变bc，稳态蠕变阶段（常数）应变与时间成正比第三阶段蠕变cd，加速蠕变阶段。应变率随时间增加，最后到d点断裂....外加应力对稳态应变速率影响大，表示为K和n为常数。n为蠕变应力指数，因材料不同在2-20之间变化，典型的陶瓷材料n一般为0.5-8之间。温度或压力较低时，稳定态蠕变阶段变长，当温度和压力增

6、加时，稳定态蠕变阶段缩短，甚至不出现。高温蠕变理论位错运动理论扩散蠕变理论晶界蠕变理论高温蠕变主要有以下几种理论:位错运动理论位错攀移示意图高温蠕变理论1高温蠕变的位错运动理论(位错的攀移）：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。位错运动除产生滑移外，位错攀移也能产生宏观上的形变。扩散蠕变理论高温蠕变理论2扩散蠕变理论：把蠕变过程看成是外力作用下沿应力作用方向扩散的一种形式。受拉晶界与受压晶界产生应力造成空位浓度差，质点由高浓度向低浓度扩散，即原子迁移到平行于压应力的晶界，导致晶粒伸长，引起形变沿晶粒内部扩散的稳态蠕变速率扩散蠕变理论沿晶界扩散扩散的稳态蠕

7、变速率高温蠕变理论εε..多晶陶瓷中存在着大量晶界，当晶界位向差大时，可以把晶界看成是非晶体。高温时，其粘度变小，从而易发生粘滞流动，而产生蠕变。3、晶界蠕变理论高温蠕变理论温度应力显微结构化学组成晶体结构影响蠕变的因素温度升高，稳态蠕变速率增大。这是由于温度升高，位错运动和晶界滑移加快，扩散系数增大。稳态蠕变速率随应力增加而增大，单纯受压应力作用不会形成蠕变，只有在剪应力作用下，材料才会滑移、扩散，从而蠕变。气孔、晶粒尺寸、玻璃相都对蠕变性能影响很大。随着共价键结构增加，扩散及