材料科学-材料性能与指标
材料科学-材料性能与指标
溶剂都可以将其溶解； • 交联型高分子在有机溶剂中不溶解，但能溶胀，使材
料体积膨胀，性能变差； • 不同的高分子材料，其分子链以及侧基不同，对各种
有机溶剂表现出不同的耐受性； • 组织结构对耐溶剂性也有较大影响。
– 例如，作为结晶性聚合物，聚乙烯在大多数有机溶剂中都难 溶，因而具有很好的耐溶剂性。
2.1.4 耐老化性 (3) Chemical stability of polymers ——高分子材料面临的问题
应力-应变曲线
无明显屈服的塑性材料拉伸曲线
树脂材料拉伸曲线
(MPa)
900
800
锰钢
700
600
硬铝
500
低碳钢
400
300
200 退火球墨铸铁
100
(%)
0 10 20 30
延展性或塑性的表征
• 延伸率
elongation
l f l0 100%
l0
< 5%：
脆性材料
材料性能测试
材料性能测试
材料性能测试是指对材料的各种性能进行测试和评价，以确定材料的质量和适用范围。
材料性能测试是材料科学研究的重要内容之一，也是保证产品质量和安全的重要手段。
材料性能测试通常包括力学性能、物理性能、化学性能、热学性能等方面的测试。
首先，力学性能测试是对材料在外力作用下的性能进行测试和评价。
力学性能测试的主要内容包括拉伸性能、弯曲性能、压缩性能、硬度等指标的测试。
这些指标可以反映材料在受力情况下的性能表现，对材料的强度、韧性、刚性等特性进行评价。
其次，物理性能测试是对材料的物理性质进行测试和评价。
物理性能测试的主要内容包括密度、热膨胀系数、导热系数、电阻率等指标的测试。
这些指标可以反映材料的物理性质，对材料的密度、热传导性能、电导率等特性进行评价。
再次，化学性能测试是对材料的化学性质进行测试和评价。
化学性能测试的主要内容包括腐蚀性能、耐热性、耐腐蚀性等指标的测试。
这些指标可以反映材料在化学环境中的性能表现，对材料的耐腐蚀性、耐热性等特性进行评价。
最后，热学性能测试是对材料的热学性质进行测试和评价。
热学性能测试的主要内容包括热传导性能、热膨胀系数、比热容等指标的测试。
这些指标可以反映材料在热学环境中的性能表现，对材料的热传导性能、热膨胀性能等特性进行评价。
综上所述，材料性能测试是对材料各项性能进行全面测试和评价的过程，可以帮助人们了解材料的特性和适用范围，为材料的选择和应用提供依据。
在材料科学研究和工程实践中，材料性能测试具有重要意义，对于提高材料的质量和性能，推动材料科学的发展具有重要作用。
第3讲-材料的性能-2011
验力保持10~15S测定的维氏硬度值为580。
维 氏 硬 度 特 点
优点： 缺点： 应用：
适用范围广，从极软到极硬材料都可测量;测量
精度高，可比性强；能测较薄工件。
测量操作较麻烦，测量效率低。
广泛用于科研单位和高校，用于薄件表面硬度检 验。不适于大批生产和测量组织不均匀材料。
疲 劳（ Fatigue ）
材料的工艺性能是材料力学、物理、化学性能的综合表现。 主要反映材料生产或零部件加工过程的可能性或难易程度。
1）材料可生产性：得到材料可能性和制备方法。
2）铸造性：将材料加热得到熔体，注入较复杂的型腔后冷却
凝固，获得零件的方法。例如：
流动性：充满型腔能力
收缩率：缩孔数量的多少和分布特征
偏析倾向：材料成分的均匀性
洛 氏 硬 度 应 用
生产中应用最广泛的硬度试验方法。
可用于成品检验和薄件表面硬度检验。 不适于测量组织不均匀材料。
维氏硬度试验原理
• 与布氏硬度试验原理基本相同。 • 只是压头改用了金刚石四棱锥体。
• 维 氏 硬 度 压 头—锥面夹角为136º 的
金刚石正四棱锥体
维 氏 硬 度 试 验 原 理
义力与所产生的流之间的比例常数来表征，如热导率、扩散系数等。
新材料的发展还提出了一些难以用单项性能进行评价的材料特征。如金 属材料的可焊性，材料的可加工性，高温熔盐气氛下的腐蚀性能等。
2、显微结构表征
显微结构表征包括观察组织的形貌、确定其原子排列方式和分析化 学祖分。
分析方法可按照观察形貌的显微镜、测定结构的衍射仪及分析成分 的各种谱仪进行分类。 1）形貌观察 2）结构测定 3）化学组分分析
材料性能学
材料性能学材料性能学是材料科学的一个重要分支领域，研究材料的性能与结构之间的关系。
材料性能包括力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能、光学性能等多个方面。
材料性能的优劣直接影响材料的应用范围和效果。
力学性能是材料性能学的重要内容之一，涉及材料的强度、硬度、韧性、耐磨性等指标。
力学性能的研究可以通过各种试验方法来获得。
常见的试验包括拉伸试验、冲击试验、硬度试验等。
力学性能的好坏决定了材料在受力领域的应用范围，优秀的力学性能可以使材料承受更大的载荷，具有很好的抗疲劳和耐磨损能力。
热学性能是材料在热环境下的性能表现，主要包括热导率、热膨胀系数、热稳定性等指标。
热学性能的研究对于材料在高温、低温环境下的应用具有重要意义。
例如，高导热材料可以应用于散热器、热交换器等领域，而低热膨胀系数的材料则适用于高精度仪器、光学设备等需要保持稳定尺寸的领域。
电学性能是材料导电性能的表现，主要包括电导率、介电常数、电阻率等指标。
电学性能是材料应用于电子、电力工程等领域的基础。
例如，电导率高的材料可以用作导线、电极等；而具有高介电常数的材料适用于电容器、绝缘材料等。
磁学性能是材料在磁场中的性能表现，主要包括磁导率、磁饱和强度、磁滞损耗等指标。
材料的磁学性能在电子、通信、磁存储等领域有广泛应用。
例如，磁导率高的材料可以用于制造电感器件、变压器等。
光学性能是材料在光学领域的表现，主要包括透光性、折射率、反射率等指标。
材料的光学性能对于光学器件、光学传感器等的设计和制造非常重要。
例如，透明度高的材料可以用于玻璃、光电子器件等；而具有特定折射率的材料可以用于制造透镜、光纤等。
综上所述，材料性能学研究材料的力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能、光学性能等多个方面。
材料性能的好坏直接影响材料的应用范围和效果。
在材料设计和应用领域中，常常需要从以上多个方面综合考虑，选择合适的材料。
金属材料的力学性能指标
金属材料的力学性能指标金属材料是工程中常用的材料之一，其力学性能指标对于材料的选择和设计具有重要意义。
力学性能指标是评价金属材料力学性能的重要依据，主要包括强度、韧性、塑性、硬度等指标。
下面将对金属材料的力学性能指标进行详细介绍。
首先，强度是评价金属材料抵抗外部力量破坏能力的指标。
强度可以分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度等。
其中，屈服强度是材料在受到外部力作用下开始产生塑性变形的应力值，抗拉强度是材料在拉伸状态下抵抗破坏的能力，抗压强度是材料在受到压缩力作用下抵抗破坏的能力。
强度指标直接影响着材料的承载能力和使用寿命。
其次，韧性是材料抵抗断裂的能力。
韧性指标包括冲击韧性、断裂韧性等。
冲击韧性是材料在受到冲击载荷作用下抵抗破坏的能力，断裂韧性是材料在受到静态载荷作用下抵抗破坏的能力。
韧性指标反映了材料在受到外部冲击或载荷作用下的抗破坏能力，对于金属材料的使用安全性具有重要意义。
再次，塑性是材料在受力作用下产生塑性变形的能力。
塑性指标包括伸长率、收缩率等。
伸长率是材料在拉伸破坏前的延展性能指标，收缩率是材料在受力破坏后的收缩性能指标。
塑性指标直接影响着金属材料的加工性能和成形性能，对于金属材料的加工工艺和成形工艺具有重要影响。
最后，硬度是材料抵抗划伤、压痕等表面破坏的能力。
硬度指标包括洛氏硬度、巴氏硬度等。
硬度指标反映了材料表面的硬度和耐磨性能，对于金属材料的耐磨性和使用寿命具有重要意义。
综上所述，金属材料的力学性能指标是评价材料性能的重要依据，强度、韧性、塑性、硬度等指标直接影响着材料的使用性能和工程应用。
在工程设计和材料选择中，需要根据具体的工程要求和使用环境，综合考虑各项力学性能指标，选择合适的金属材料，以确保工程的安全可靠性和经济性。
材料的性能-工程材料
材料的性能-工程材料引言材料是工程设计和制造中至关重要的因素之一。
不同材料的性能直接影响到工程的可靠性、耐用性、平安性等方面。
本文将介绍工程材料的性能特点，包括力学性能、热性能、化学性能以及其它一些重要性能参数。
力学性能力学性能是材料工程中最根本、最重要的性能之一。
它包括强度、韧性、硬度、弹性模量等指标。
强度是指材料抵抗外部力量破坏的能力，常由抗拉强度或抗压强度来表示。
韧性是指材料在受到外部应力作用下发生塑性变形的能力，常由断裂韧性或冲击韧性来衡量。
硬度是指材料抵抗刮削或压痕的能力，可用洛氏硬度或维氏硬度进行测量。
弹性模量那么表示了材料在受力后会恢复原状的能力。
热性能热性能是材料在受热或受冷时的表现，包括导热性、热膨胀系数、比热容等。
导热性是材料传导热量的能力，由热传导率来度量。
热膨胀系数那么表示材料在温度变化时的体积膨胀或收缩程度。
比热容是指单位质量材料在温度升高1℃时所吸收或释放的热量。
化学性能化学性能是指材料与环境中化学物质发生反响的性能，包括耐腐蚀性、氧化性、复原性等。
耐腐蚀性是材料抵抗化学腐蚀侵蚀的能力，常用酸碱腐蚀试验来评估。
氧化性表示材料与氧气接触时的性能，如金属氧化后形成氧化膜。
复原性是指材料复原他物的能力，用于一些特定工艺中。
其它重要性能参数除了上述的根本性能指标外，还有一些其它重要的性能参数需要考虑。
例如，电导率是指材料导电的能力，常用于电子器件中。
磁性是指材料对磁场的反响能力，用于电磁设备的制造。
透光性是指材料对光线透过的能力，一些光学器件中十分重要。
总结工程材料的性能对工程设计和制造至关重要。
不同材料的性能特点决定了它们的适用范围和工程应用的可行性。
力学性能、热性能、化学性能以及其它一些重要性能参数都需要考虑进去。
通过综合评估材料的性能，可以选择最适宜的材料来满足工程需求。
以上是关于工程材料性能的简要介绍，希望对读者有所帮助。
注意：以上文档为人工智能助手生成，仅供参考。
根据实际需求，建议根据完整性、准确性以及个性化需求进行修改和完善。
材料科学与材料制备工艺与性能测试与分析与材料物性与加工工艺
生物材料
具有良好的生物相容性和功能 性，用于医疗器械、组织工程 和药物载体等。
智能材料
具有传感、驱动和响应等功能 ，用于智能制造、航空航天和 机器人等领域。
绿色材料
具有环保、节能和可循环等特 点，符合可持续发展的要求。
03 材料制备工艺方 法
粉末冶金技术及其应用
01 02
粉末冶金基本原理
等
定期对产品进行质量抽检， 确保产品稳定性
建立完善的质量管理体系和测 试标准
关注环保和可持续发展要求
01
选择环保的材料和制备工艺，降低对环境的污染
02
提高材料的利用率和回收率，减少资源浪费
开发新型环保材料，推动可持续发展进程
03
THANKS
感谢观看
材料的物性对加工工艺的选择和加工效果具有重要影响，同时加工工艺也会影响材料的物性。例如，加 工过程中的温度和压力变化可能会改变材料的硬度和韧性等物性。
02 材料科学基础
原子结构与键合类型
01
02
03
原子结构
包括原子核与核外电子排 布，决定了材料的化学性 质和物理性质。
键合类型
离子键、共价键、金属键 和分子间作用力等，影响 材料的力学、热学、电学 等性能。
粉末冶金是利用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原 料，经过成形和烧结制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺 技术。
粉末冶金技术应用
粉末冶金技术已广泛应用于制造机械零件、磁性材料、硬质合金、金属 陶瓷、超导材料等。
03
粉末冶金技术发展趋势
随着科技的进步，粉末冶金技术正朝着高性能、高精度、高效率、低成
02
弹性模量对加工工 艺的影响
材料科学_材料性能与指标
材料科学_材料性能与指标材料科学是研究材料性能与指标的学科，主要研究材料的物理、化学和力学性质，以及材料的结构和组织特征。
材料性能与指标是评价材料质量和适用性的重要参数，对于材料的选取和应用具有重要意义。
本文将从多个方面介绍材料的性能与指标。
首先，材料的物理性能是材料科学中非常重要的一个方面。
物理性能包括密度、熔点、导热性、导电性、磁性等。
密度是材料单位体积的质量，影响着材料的重量和体积。
熔点是材料固态和液态之间的过渡温度，直接影响材料的加工工艺和使用温度范围。
导热性是材料传导热量的能力，决定了材料的导热性能和热稳定性。
导电性是材料传导电流的能力，对于电子器件和导电材料非常重要。
磁性是材料具有磁场相互作用的特性，决定了材料的磁性能和应用领域。
其次，材料的化学性能也是材料性能与指标的重要方面。
化学性能包括抗腐蚀性、氧化性、可溶性等。
抗腐蚀性是材料抵御化学介质侵蚀的能力，对于材料在腐蚀环境下的使用寿命非常重要。
氧化性是材料与氧气反应的能力，直接影响材料的氧化稳定性和耐热性。
可溶性是材料在特定溶剂中溶解的能力，对于制备材料溶液和涂层具有重要意义。
再次，材料的力学性能是材料性能与指标的关键方面。
力学性能包括强度、刚度、韧性、硬度等。
强度是材料承受外力的能力，决定材料的抗拉强度、抗压强度等。
刚度是材料抵抗变形的能力，对于材料的弹性和刚性具有重要影响。
韧性是材料吸收能量的能力，决定材料的抗冲击性和断裂韧性。
硬度是材料抵抗表面损伤的能力，对于材料的耐磨性和耐腐蚀性非常重要。
最后，材料的结构和组织特征也是材料性能与指标的重要方面。
结构和组织特征包括晶体结构、晶粒尺寸、相组成等。
晶体结构是材料的分子、原子或离子的排列方式，与材料的物理和化学性质密切相关。
晶粒尺寸是材料晶粒大小的一个指标，决定材料的强度和导电性等性能。
相组成是材料不同晶相或组分的比例和分布，对材料的力学和热学性能有很大影响。
总之，材料性能与指标是评价和选择材料的关键参数。
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simple electrochemical cell
讲解：XX
corrosion cell between a steel water pipe and a copper fitting
2021/3/10
10
（2）电化学腐蚀
Electrochemistry corrosion
讲解：XX
SO2气体对铁的侵蚀过程
CH3 CH3 CH2 C CH C CH2
OC
CO
O
O
CH3 CH3
CH2 + O
CH3 C CH C
CH3 C CH2 CO
O
O
CH3 CH3
讲解：XX
2021/3/10
19
结构与耐老化性
(3) Chemical stability of polymers
• 羰基容易吸收紫外光，因此含羰基的聚合物在太阳光 照射下容易被氧化降解。
耐
碱
材
大多数金属氧化物都是碱性氧化 料
物，相应的材料表现出较强的耐 碱性，而易受酸侵蚀或溶解。
讲解：XX
2021/3/10
15
金属的耐酸碱性
• 主要是高温下浓碱液的腐蚀问题 • 镍铬铸铁中加入稀土，降低镍含量，可以降低材料成
本，又可以保证合金铸铁良好的耐碱蚀性。
耐蚀机理：碱蚀后稀土高镍铬铸铁 表面生成完整、致密的-(Fe, Cr)2O3 氧化膜和Na2SO4、FeCl3等附着物， 使材料本体受到保护。
Chapter 2 Properties of Materials
材料的性能
讲解：XX
2021/3/10
1
General Characters of Materials
讲解：XX
2021/3/10
2
本章主要内容
材料的几类主要性能：
➢ 化学性能 ➢ 力学性能 ➢ 热性能 ➢ 电性能 ➢ 磁性 ➢ 光学性能
• 金属材料和无机非金属材料有好的耐有机溶剂性能； • 热塑性高分子材料一般由线形高分子构成，很多有机
溶剂都可以将其溶解； • 交联型高分子在有机溶剂中不溶解，但能溶胀，使材
料体积膨胀，性能变差； • 不同的高分子材料，其分子链以及侧基不同，对各种
有机溶剂表现出不同的耐受性； • 组织结构对耐溶剂性也有较大影响。
2021/3/10
11
Example
海水对金属的侵蚀示意图
讲解：XX
2021/3/10
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电化学防锈——牺牲阳极法
Cathodic protection of a buried steel pipeline
Why Mg? How about Ca, Al, Zn?
讲解：XX
2021/3/10
13
(3) Chemical stability of polymers
• 改进聚合物分子结构 • 加入适当助剂
– 抗氧化剂 – 光屏蔽剂 – 紫外线吸收剂 – 淬灭剂
讲解：XX
2021/3/10
21
2.2 力学性能 Mechanical Property
——材料抵受外力作用的能力
F
F
F
F
F
F
拉伸
压缩
讲解：XX
2021/3/10
6
生长应力与热应力
金属的氧化动力学曲线常常由于发生氧化膜的开裂与剥落而 偏离理论公式，并失去保护作用。
氧比膜中的应力与松弛是决定氧化动力学的重要因素。
讲解：XX
2021/3/10
7
讲解：XX
2021/3/10
8
讲解：XX
学腐蚀
Electrochemistry corrosion
• 聚四氟乙烯有极好的耐老化性能
– 氟原子与碳原子形成牢固的化学键；
– 氟原子的尺寸大小适中，一个紧挨一个，能把碳链紧紧 包围住。
• 分子链中含有不饱和双键、聚酰氨的酰氨键、聚碳酸 酯的酯键、聚砜的碳硫键、聚苯醚的苯环上的甲基等 等，都会降低高分子材料的耐老化性。
讲解：XX
2021/3/10
20
耐老化性的提高
弯折
讲解：XX
剪切
2021/3/10
22
2.2.1 材料的强度(Strength)
➢ 拉伸强度 Tensile strength ➢ 弯曲强度 Flexural strength ➢ 扭转强度 Torsional strength ➢ 抗压强度 Compression strength ➢ 冲击强度 Impact strength
讲解：XX
2021/3/10
16
高分子材料：
化学稳定性好，耐酸耐碱
讲解：XX
(3) Chemical stability of polymers
• 主链原子以共价键结合 • 长分子链对反应基团的保护 • 电绝缘性，无电化学腐蚀
2021/3/10
17
2.1.3 耐有机溶剂性 (3) Chemical stability of polymers
4
3.1.1 耐氧化性 （1）化学锈蚀
(1) Chemical stability of metal materials
金属氧化反应的 主要过程示意图
讲解：XX
吸附
氧化物成核 生长 氧溶解
氧化膜生长 内氧化
缝隙 孔洞 微裂纹
宏观裂纹
2021/3/10
5
几种金属的表面氧化膜对比
多孔氧化膜 致密氧化膜 松散氧化膜
• 氧气的参与：
(1) RH + •O－O• R • + •O－OH (2) R • + •O－O• R－O－O• RH RO－OH+R • (3) RO－OH+RH RO• + •OH (4) RO• + •OH ROH + R • (5) HO• + RH R • + H 2O
• 自由基形成后导致 链的断裂（降解）：
学习目的：
1. 了解材料的各类性能； 2. 学习一些材料性能的表征及测试方法； 3. 加深理解材料结构与性能的关系。
讲解：XX
2021/3/10
3
2.1 化学性能 Chemical Performance
——材料抵抗各种介质作用的能力
溶蚀性 耐腐蚀性 抗渗透性 抗氧化性
化学稳定性
讲解：XX
2021/3/10
– 例如，作为结晶性聚合物，聚乙烯在大多数有机溶剂中都难 溶，因而具有很好的耐溶剂性。
讲解：XX
2021/3/10
18
2.1.4 耐老化性 (3) Chemical stability of polymers ——高分子材料面临的问题
• 光照下形成自由基：
CH3 CH2C CHCH2
h -H+
CH3 CH2C CH CH
思考：
• 为什么有的金属（如铝）比较活泼，但在 空气中很稳定？
• 为什么在潮湿环境下金属材料容易生锈？ • 材料应用中有哪些防锈方法？
讲解：XX
2021/3/10
14
2.1.2 耐酸碱性
(2) Chemical stability of non-metal materials
耐酸材料
以酸性氧化物SiO2为主