材料物理性能绪论
1-《材料物理性能》-第一章-概论
材料物理性能第一章：概论本节主要内容(一)材料及其性能研究的重要性(二)知识体系1、材料的概念2、材料的分类3、材料科学与工程专业(三)课程简介(四)第一章：材料物理性能概论材料及其性能研究：贯穿于整个人类的文明史。
人类使用的材料，决定了人类的文明程度。
实质上——主要取决于材料的性能如何。
材料的重要性Michael Faraday 电气时代:电磁材料超级计算机个人电脑材料是信息社会的基石！传感器件半导体芯片半导体技术液晶材料光学材料金属、高分子材料磁性材料移动通讯数码拍照拍照功能显示功能外壳信号接受对话功能电子线路照片存储介电材料移动网络语音、视频本节主要内容(一)材料及其性能研究的重要性(二)知识体系1、材料的概念2、材料的分类3、材料科学与工程专业(三)课程简介(四)第一章：材料物理性能概论◼材料(materials)的概念：➢材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质。
➢材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的物质的统称。
材料是人类赖以生存和发展的物质基础,与国民经济建设、国防建设和人民生活密切相关。
20世纪70年代，把信息、材料和能源誉为当代文明的三大支柱。
80年代，以高技术群为代表的新技术革命，又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。
◼材料的分类：➢按照人为加工程度区分：✓天然材料：自然界原来就有未经加工或基本不加工可直接使用•如棉花、沙子、石材、蚕丝、煤矿、石油、铁矿、羊毛✓合成材料：人为把不同物质经化学方法或聚合作用加工而成•如塑料、合成纤维和合成橡胶天然材料材料合成材料◼材料的分类：➢按照物理化学属性区分：✓金属材料✓无机非金属材料✓有机高分子材料✓复合材料➢按照用途区分：✓建筑材料、电子材料✓航空航天材料、核材料✓生物材料、能源材料✓。
金条铜阀玻璃水泥高分子材料碳纤维复合材料◼材料的分类：➢按照结晶状态区分：✓晶体(单晶、多晶)：短程有序，长程有序✓非晶：短程有序，长程无序✓准晶：介于晶体和非晶之间，长程有序，但无平移对称性(如：5次旋转对称性)✓液晶：由固态向液态转化过程中存在的取向有序流体非晶玻璃NaCl 晶体2011诺贝尔化学奖“发现准晶体”[铝锰合金]达尼埃尔·谢赫特曼◼材料的分类：➢按照使用性能区分：◼复杂性能◼化学性能◼物理性能◼力学性能③使用性能②工艺性能①复合性能③抗渗入性②耐腐蚀性①抗氧化性④刚性③延性②韧性①强度⑥辐照性能⑤声学性能④光学性能③磁学性能②电学性能①热学性能结构材料功能材料新材料？知识体系◼材料科学与工程：是关于材料的➢组成与结构（composition and structure ）➢合成与加工（synthesis and processing ）➢基本性质（proporties ）➢与服役性能（performance ）这四个要素➢以及它们两两之间的互相联系的学科。
材料物理性能学-绪论
材料对于人类的重要作用
时间上看(人类的文明离不开材料的支撑) 原始社会:人类为了生存必须从自然界取得食物, 猎取野兽;后期人类开始用陶瓷器皿,开始煮熟 食物来食用,茹毛饮血阶段结束. 奴隶社会:人们懂得用青铜铸造一些器物. 封建社会:冶炼金属,铸造钱币等. 现代社会:硅谷,半导体,光纤,塑钢,塑料, 存储介质… 举之不尽
从地域上(近现代):谁掌握材料谁就掌握世界. 美国: 核材料,半导体材料,集成电路,隐身材料,特 殊导电材料.及各种新现象得以实现的载体如激 光材料等. 中国:目前有世界上领先的领域,如载人航天, 需要特殊材料吗?一定需要,材料上不去航天器 就上不去,或者上去后就回不来.[高低温,宇宙 射线,微重力(失重)等,我们的材料必须要适 应这些环境.]
除了结构方面的考虑之外,机翼的前缘还全部包 覆上了一层特制的吸波材料 特制的吸波材料.此外,B—2A的整个 特制的吸波材料 吸波油漆. 机体都喷涂上了特制的吸波油漆 吸波油漆
汽车速度测量: 汽车速度测量
材料和性能不可分—材料的物理性能
电学性能——导电,介电和压电性等; 光学性能——与光的作用和发光等; 热学性能——热容,热传导,热稳定; 磁学性能——永磁,硬磁,软磁等; 化学性能——反应性,催化等; 生物功能——人造器官,骨骼和牙齿等.
Байду номын сангаас
B—2A隐身战略轰炸机 机身长21.03米, 高5.18米, 翼展为52.43米.
B—2A隐身战略轰炸机: 机身长21.03米,高5.18米,翼展为52.43米
B—52轰炸机的为1000平方米 米格—29为25平方米, 雷达反射截面 B—lB为不足 平方米, 不足l.0 不足 而B—2A只有不到 平方米 只有不到0.1平方米 只有不到 平方米,仅仅相当于天空中 的一只飞鸟的雷达反射截面
材料物理性能
材料物理性能材料的物理性能是指材料在受力、受热、受光、受电、受磁等外界作用下所表现出的性质和特点。
它是材料的内在本质，直接影响着材料的使用性能和应用范围。
材料的物理性能包括了热学性能、光学性能、电学性能、磁学性能等多个方面。
首先，热学性能是材料的一个重要物理性能指标。
热学性能包括导热性、热膨胀性和热稳定性等。
导热性是指材料传导热量的能力，通常用热导率来表示。
热膨胀性是指材料在温度变化下的体积变化情况，通常用线膨胀系数来表示。
热稳定性是指材料在高温环境下的性能表现，包括了热变形温度、热老化等指标。
这些性能对于材料在高温环境下的应用具有重要意义。
其次，光学性能是材料的另一个重要物理性能。
光学性能包括透光性、反射率、折射率等指标。
透光性是指材料对光的透过程度，通常用透光率来表示。
反射率是指材料对光的反射程度，通常用反射率来表示。
折射率是指材料对光的折射程度，通常用折射率来表示。
这些性能对于材料在光学器件、光学仪器等领域的应用具有重要意义。
此外，电学性能是材料的另一个重要物理性能。
电学性能包括导电性、介电常数、电阻率等指标。
导电性是指材料导电的能力，通常用电导率来表示。
介电常数是指材料在电场中的极化能力，通常用介电常数来表示。
电阻率是指材料对电流的阻碍程度，通常用电阻率来表示。
这些性能对于材料在电子器件、电气设备等领域的应用具有重要意义。
最后，磁学性能是材料的另一个重要物理性能。
磁学性能包括磁导率、磁饱和磁化强度、矫顽力等指标。
磁导率是指材料对磁场的导磁能力，通常用磁导率来表示。
磁饱和磁化强度是指材料在外磁场作用下的最大磁化强度，通常用磁饱和磁化强度来表示。
矫顽力是指材料在外磁场作用下的抗磁化能力，通常用矫顽力来表示。
这些性能对于材料在磁性材料、电机、传感器等领域的应用具有重要意义。
综上所述，材料的物理性能是材料的重要特性，直接影响着材料的使用性能和应用范围。
不同类型的材料具有不同的物理性能，因此在材料选择和应用过程中，需要充分考虑材料的物理性能指标，以确保材料能够满足特定的使用要求。
第一章材料物理性能绪论.ppt
三、研究材料疲劳裂纹的扩展
四、研究淬火钢的回火
ρ
110 230 300
t(℃)
第五节导体合金及精密电阻
一、导体合金 Ag：ρ=1.47μΩ•cm
Cu：ρ=1.724μΩ•cm
AL：ρ=2.61μΩ•cm
二、精密电阻合金
锰铜 86Cu-12Mn-2Ni 康铜 Cu-40Ni-1.5Mn 新康铜 82.5Cu-12Mn-1.5Fe 新锰铜 67Mn-33Cu 三、加热合金
第六节影响电阻的因素
一、温度 二、应力 三、组织结构 塑性变形 热处理 四、合金元素及相结构 固溶体 有序化
第一章 电阻分析
第一节金属的导电性及其物理本质 一、金属的导电性
导体σ=104～108 （c/s） 半导体σ=10-7～104 （c/s） 绝缘体σ=10-8～10-18 （c/s）
二、金属导电的物理本质
1.经典电子理论
σ=ne2t/（2m） 2.量子自由电子理论
neff2 1 σ=
2m μ μ称为散射几率
四、碳钢的电阻
Wc＜0.02％时 Wc＞0.02％时 Wc＜0.9％的退火钢在20℃时 ρ20=（10.5 +3Wc+2Wc2）（μΩ•cm） Wc＜01％的钢，经850℃淬火后，在20 ℃时 ρ20=（10.3 +1.6Wc+12.6Wc2）（μΩ•cm） 1000℃淬火时 ρ20=（10.3 +9.3Wc+7.4Wc2）（μΩ•cm）
3.能带理论
三、影响金属导电性的因素
1.温度ρT=ρ0（1+αT） α=
2.应力的影响 ρ=ρ0（1+φp）
3.冷加工变形的影响 ρ=ρ（T）+ Δρ Δρ= Δρ（空位）+ Δρ（位错）
绪论 第1章 材料的力学性能
4、 应力－应变曲线(σ-ε曲线)
拉伸曲线（力－伸长曲线）的不足之处是曲
线的形状 与拉伸试样的几何尺寸有关 ，只能反映
特定试样的力学性质。
若用应力－应变曲线 σ （ F/A0 ） - (Δ L/LO)
表示，它与试样的几何尺寸无关，其形状相似。
同时还可直接从σ -ε 曲线上直接读出力学性能指
标。
20
三、名义应力与真实应力
1、名义应力
在拉伸试验过程中，试样的横截面积不断减
小，如果用外力除以横截面积，得到的应力为条
件应力。
2、真实应力
F A0
如果用任意时刻的外力除以横截面积，得到 的应力为真实应力。
F S A
21
3、真实应力与名义应力的关系
F F S= ＝ ＝ A A0 (1
材料物理性能
主讲 唐正霞
材料的定义
经过人类劳动获得的、在进一步的加工过程中仍然 保持原质的劳动对象称为材料。 金属材料、非金属材料、高分子材料、复合材料
2
材料的四要素
结构与组成 合成与加工 材料的性质 使用性能
3
材料性能的定义
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。 从定义可以看出：
得回火托氏体，以及冷变形强化等，可以有效地提
高弹性极限，使弹性比功增加。 仪表弹簧因要求无磁性 ，常用铍青铜或磷青铜 等软弹簧材料制造。这类材料E值较低而σe较高 ， 故其弹性变形功也比较大。可以在弹性范围内对能
量有很大的吸收能力。
41
3.1.3
塑 性 变 形
1、塑性变形方式及特点
金属材料常见的塑性变形方式为滑移和孪生。
规律和原理。
12
3.1.1
材料物理性能
参考书： 参考书：
材料物理性能 哈尔滨工业大学出版社 邱成军等 材料物理性能 金属材料物理性能 无机材料物理性能
TB303/Q712 TB303/C417 75.211 W35 71.2241/460
机械工业出版社， 机械工业出版社，陈騑騢 冶金工业出版社 王润
清华大学出版社 关振铎等
工程材料的性能、 机械工业出版社，柴惠芬, 工程材料的性能、设计与选材 机械工业出版社，柴惠芬,石德珂编 71.22/501 材料物理性能 龙毅，李庆奎， 中南大学出版社 龙毅，李庆奎，强文江
3.本课程的学习目的、内容 3.本课程的学习目的、 本课程的学习目的
结构材料和 工程材料按照其用途可分为： 工程材料按照其用途可分为：结构材料和功能材料 在以机械工业为主导的时代 主要使用结构材料 机械工业为主导的时代： 结构材料， ●在以机械工业为主导的时代：主要使用结构材料，主要追求材料高 强度、高韧性、耐高温等，即材料力学性能。 强度、高韧性、耐高温等，即材料力学性能。 力学性能
第1节 热学性能的物理基பைடு நூலகம் 节
4、声频支振动和光频支振动 材料中质点间存在很强的相互作用力， 材料中质点间存在很强的相互作用力，一个质点的振动会影响其临近 质点的振动，进而影响到其它区域质点的振动。 质点的振动，进而影响到其它区域质点的振动。相邻质点间的振动存在 一定相位相差，即晶格振动以弹性波的形式在整个材料内传播， 一定相位相差，即晶格振动以弹性波的形式在整个材料内传播，这种弹 格波。 性波称为格波 弹性波是多频率振动的组合波，频率高者传播较快。 性波称为格波。弹性波是多频率振动的组合波，频率高者传播较快。 声频支振动：振动质点中频率甚低的格波，质点彼此之间位相差不大， 声频支振动：振动质点中频率甚低的格波，质点彼此之间位相差不大， 则格波类似于弹性体中的应变波（与声音频率相当）。 则格波类似于弹性体中的应变波（与声音频率相当）。 光频支振动：格波中频率甚高的振动波，质点间位相差很大， 光频支振动：格波中频率甚高的振动波，质点间位相差很大，邻近质 点的运动几乎相反，频率住往在红外光 点的运动几乎相反，频率住往在红外光区。 声频支振动可看成相邻质点具有相同的振动方向；光频支振动可看成 可看成相邻质点具有相同的振动方向 声频支振动可看成相邻质点具有相同的振动方向；光频支振动可看成 相邻质点振动方向相反 振动方向相反。 相邻质点振动方向相反。 对于离子型晶体 离子型晶体， 负离子间存在相对振动，对于光频支振动， 对于离子型晶体，正、负离子间存在相对振动，对于光频支振动，异 号离子间有反向位移，便构成了一个偶极子， 号离子间有反向位移，便构成了一个偶极子，在振动过程中此偶极子的 偶极矩周期性变化，根据电动力学，它会发射电磁波 电磁波， 偶极矩周期性变化，根据电动力学，它会发射电磁波，其强度决定于振 幅大小。在室温下，所发射的这种电磁波是微弱的， 幅大小。在室温下，所发射的这种电磁波是微弱的，如果从外界发射相 应频率的红外光，则会被晶体强烈吸收，从而激发总体振动。这就是离 应频率的红外光，则会被晶体强烈吸收，从而激发总体振动。这就是离 子晶体具有很强的红外光吸收特性的原因。 子晶体具有很强的红外光吸收特性的原因。
材料物理性能绪论概要
Composition
聊城大学材料科学与工程学院
Stru条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定 的规范所获得的表征参量。 从定义可以看出：
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。
聊城大学材料科学与工程学院
压电性
聊城大学材料科学与工程学院
结构件 电线、电缆 大规模集成电路
航空航天 超声波元件，滤波器
绪论
3.材料性能的研究，有助于研究材料的内部结构 如根据晶体材料能使X射线产生衍射的特性，就可以根据布拉 格公式nλ=2dsinθ(X射线在晶体中的衍射现象必须满足布拉格 (Bragg)公式)，利用晶体对X-ray的衍射图象，就可以推知晶体 中面网间距d，进而就可以分析晶体的结构。
聊城大学材料科学与工程学院
绪论
考试要求
1. 闭卷考试； 2. 成绩=80%期末成绩+20%平时成绩； 3. 平时成绩=考勤(不定时)+作业(质量)； 4. 三次缺席或两次不交作业，按规定取消考试；(请假除外，有 假条)
聊城大学材料科学与工程学院
绪论
二十一世纪世界各 国重点和优先发展
的技术是什么？ ①新材料技术、②信息技术、③能源技术、④生物技术、⑤先 进制造技术、⑥航空航天技术、⑦环境保护技术等已经成为影 响人类进步的重要技术。其中新材料技术是重中之重的技术。 其他任何技术的发展都离不开材料的发展。没有高性能的材料 作为基础，现代社会的文明很难再上一层楼！
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绪论
环境保护技术：该技术的发展也需要环保材料的进步，比如可降 解的塑料，污水处理所用的添加剂等都是材料的进步。
可降解塑料
材料物理性能
材料物理性能1. 引言材料物理性能是指材料在物理方面的性能特征与表现，包括其力学性能、热学性能、电学性能等。
了解材料的物理性能能够帮助我们选择合适的材料，预测材料的行为以及进行工程设计和优化。
2. 力学性能2.1 弹性模量弹性模量是材料在受力作用下产生弹性变形的能力，一般表示为杨氏模量（Young’s modulus）、剪切模量（Shear modulus）和泊松比（Poisson ratio）。
- 杨氏模量描述了材料在受拉或受压时的弹性性能，可以算作是应力与应变之间的比例系数。
- 剪切模量衡量了材料在受剪切力作用下的变形能力。
- 泊松比描述了材料在受力作用下，在两个垂直于受力方向的平面上的变形比例。
2.2 强度强度是指材料在承受外力作用下能够抵抗变形和破坏的能力。
强度可以分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。
不同类型的力学性能指标适用于不同的应用场景。
2.3 脆性和韧性脆性是指材料在受力作用下容易发生断裂的性质，表现为材料的断裂韧度较低；韧性是指材料在受力作用下能够发生塑性变形而不断裂的性质，表现为材料的断裂韧度较高。
脆性和韧性是相对的，不同材料的脆性和韧性特点不同。
3. 热学性能3.1 热膨胀系数热膨胀系数描述了材料在温度变化下的对长度、体积或密度的变化率。
材料的热膨胀系数可以影响它在温度变化下的热膨胀或收缩行为。
3.2 热导率热导率是指材料传导热量的能力，表示的是单位时间内单位温度差下，通过单位横截面积所传导的热量。
热导率可以用于描述材料的导热性能。
3.3 热容量热容量是指材料在受热时吸收热量的能力，以及在冷却时释放热量的能力。
热容量可以用于描述材料在温度变化下的热稳定性和热响应行为。
4. 电学性能4.1 电导率电导率是指材料导电的能力，表示单位长度内单位面积上的电流。
电导率可以用于描述材料的导电性能。
4.2 介电常数介电常数是指材料对电场的响应能力，表示单位电场下单位体积内储存能量的能力。
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三、学习本ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ程的意义
1.作为研究工作的基础 1.作为研究工作的基础 2.为工程构件如何选材提供一定的依据 2.为工程构件如何选材提供一定的依据 3.掌握相变的测试方法 3.掌握相变的测试方法
四、本课程与《金属物理》的区别 本课程与《金属物理》
五、学习本课程的基本要求
1.熟悉各种物理性能的基本概念及影响 1.熟悉各种物理性能的基本概念及影响 因素 2.熟悉常用的研究金属物理性能的方法 2.熟悉常用的研究金属物理性能的方法 和所用仪器 3.初步掌握主要的测定各种物理性能的 3.初步掌握主要的测定各种物理性能的 方法及主要仪器的操作技能﹡ 方法及主要仪器的操作技能﹡
材料物理性能
绪论
一、本课程的性质 二、主要内容及重点
内容 1.各种物理性能的基本概念及其物理 1.各种物理性能的基本概念及其物理 本质 2.影响物理性能的各种因素 2.影响物理性能的各种因素 3.测定物理性能的主要方法 3.测定物理性能的主要方法 4.物理性能分析在研究金属中的应用 4.物理性能分析在研究金属中的应用 重点重点-研究方法