材料物理性能及测试

材料性能研究注意问题
现象与本质 同一材料不同性能只是相同的 内部结构，在不同的外界条件下所表现出 的不同行为。 这也说明，不同的外界条件下，材料
的性能是不同的，即一种材料有多种性能。
材料性能研究注意问题
材料性能的划分只是为了学习和研究的 方便。 要注意材料间的各种性能既有区别， 又有联系。
反映周期性特征：只需概括空间三个方向上的周期大 小，原胞可以取最小重复单元（物理学原胞），结点只 在顶角上。

反映对称性特征：
晶体都具有自己特殊对称性。

结晶学上所取原胞体积不一定最小，结点不一定只在顶 角上，可以在体心或面心上（晶体学原胞）； 原胞边长总是一个周期，并各沿三个晶轴方向； 原胞体积为物理学原胞体积的整数倍数。
如：石器：坚硬，但难成型 陶器：容易成型，但 很不坚硬。 目标是：既要容易成型，又要具有坚硬的特征。 →提高质量，这就是矛盾的统一体。解决改进的 途径，由所要求的性能来决定。
材料性能研究目的
★ 材料性能的研究，既是材料开发的出发点，也
是其重要归属。
★ 材料性能的研究，有助于研究材料的内部结构。
★ 对材料性能的要求，决定了材料生产工艺 。
陶瓷材料的特点： 塑性差、硬度高、加工性能差。 制备特点： 不是生产大量不同品种与规格的原料材料， 而是直接生产成产品走向市场。 要求更高：
具备材料的知识，还要具备机械设计与机械 加工的知识。要强调跨学科。综合性的科学与工程 方面的研究。
陶瓷材料在工程应用中应注意的问题：
脆性大、塑韧性低：要注意低应力下的失效， 注意安全性与可靠性。 成本与应用：仅数千元的铁质柴油机，若用 全陶瓷，其价格要提高2～3个数量级。
有关理论方程式。
要求：
1. 课前预习：包括一些普通物理知识；
2. 要认真作笔记：能力+考核； 3. 自己完成作业，检验学习的效果+考核。 4. 注意复习和阅读相关文献，撰写相关专业 论文。
学习内容
1. 力学性能：应力、应变、脆性断裂、强度等。 2. 热学性能：热容、热膨胀、热传导、热稳
定性等。
3. 光学性能：透光性、反射性、颜色等。
堆积方式：在堆积时把一层的球心对准另一层球隙， 获得最紧密堆积，可以形成两种不同最紧密晶格排列。
AB AB AB排列 （六角密角密排晶格，（如Be、Mg、Zn、Cd）， 后一种晶格为立方密排晶格，或面心立方晶格（如 Cu、Ag、Au、Al）
材料性能研究注意问题
研究材料性能，要注意性能的复合与转换。
研究材料性能，要注意性能的发展与改造 。
陶瓷科学与技术是研 究无机非金属材料合成与 制备、组成与结构、性能 与使用效果四者关系的科 学。
使用效能
组成与结构 性能 合成与制备工艺 材料科学与工程研究对象间的关系
陶瓷科学偏重于研究材料的合成与制备、组成与结构、性能及使 用效能各组元本身及其相互关系.。 陶瓷工程则着重于研究如何利用这些规律性的研究成果去研制、 开发关生产新材料、新产品。
1 . 点子 空间点阵学说中所称的点子，代表着结构中相同的位 置，也为结点，也可以代表原子周围相应点的位置。
关于结点的说明：
当晶体是由完全相同的一种原子组成，结点可以是原子本身位置。
当晶体中含有数种原子，这数种原子构成基本结构单元（基元）， 结点可以代表基元重心，原因是所有基元的重心都是结构中相同 位置，也可以代表基元中任意点子
原子层叠起来，各层球完全对应，形成简单立方晶格；
这种晶格在实际晶体中不存在，但是一些更复杂的晶格
可以在简单立方晶格基础上加以分析。
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原子球的正方排列
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简单立方晶格典型单元
简单立方晶格的原子球心形成一个三维立方格子结 构，整个晶格可以看作是这样一个典型单元沿着三 个方向重复排列构成的结果。
材料物理性能及测试
化学与材料工程系
第 0 章
材料性能的定义
绪论
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：
★ 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。
材料性能的划分

③



复 杂 性 能
此图片说明人类使用的材料，决定了人类的 文明程序，实质上，这里谈的主要是材料的性能。
材料性能研究的重要性
2.材料性能决定了材料用途
如：绝缘基板材料，首先必须要具有一定的强度，以便能 够承载起安装在其上的集成电路元件及布在其上的电 路线，要有均匀而平滑的表面，以便进行穿孔、开槽 等精密加工，从而能够构成细微而精密的图形，应有 优良的绝缘性能(尤其是在高频下)，要有充分的导热性， 以迅速散发电路上因电流产生的热，硅与基片的热膨 胀系数之差应较小，从而保证基片与电路间良好的匹
1 . 氯化钠结构



















表示钠

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简单立方晶格单元沿着三个方向重复排列构成的图形
2. 体心立方晶格 • • • • • • • • •
体心立方晶格的典型单元 体心立方晶格的堆积方式
排列规则：层与层堆积方式是上面一层原子球心对 准下面一层球隙，下层球心的排列位置用A标记， 上面一层球心的排列位置用B标记，体心立方晶格 中正方排列原子层之间的堆积方式可以表示为 ： AB AB AB AB…
配性，电路与基片就不会剥离
3.
材料性能的研究，有助于研究材料的内部结构
如：根据nλ=2dsinθ，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。结构决定了性能，而性能则是
内部结构某些方面的体现。
4.
对陶瓷材料性能的要求，决定了陶瓷材料生 产的工艺过程。
4. 电学性能：导电性和介电性。
5. 磁学性能：磁性理论和铁氧体的磁性与结构。
课程安排
该课共32个学时 上课15次课 复习1次
1.1 晶体结构
晶体结构
固体的结构分为： 非晶体结构
1.1.1 空间点阵 1.1.2 1.1.3 密勒指数 倒格子
多晶体结构 晶体结构：原子规则排列，主要体现是原子排列具有周期 性，或者称长程有序。有此排列结构的材料为晶体。 晶体中原子、分子规则排列的结果使晶体具有规则的几何 外形，X射线衍射已证实这一结论。
原胞概念的引出：
由于晶格周期性，可取一个以结点为顶点，边长等于 该方向上的周期的平行六面体作为重复单元，来概括 晶格的特征。 即每个方向不能是一个结点（或原子）本身，而是一 个结点（或原子）加上周期长度为a的区域，其中a叫 做基矢 。 这样的重复单元称为原胞。
平行六面体
原胞（重复单元）的选取规则
体心立方晶格的特点：
为了保证同一层中原子球间的距离等于A-A层之间的 距离，正方排列的原子球并不是紧密靠在一起； 由几何关系证明，间隙=0.31r0，r0为原子球的半径。 具有体心立方晶格结构的金属：Li、Na 、K、 Rb、 Cs、 Fe等，
3.原子球最紧密排列的两种方式
密排面：原子球在该平面内以最紧密方式排列。
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机械性能 高强材料、超硬材料、耐磨材料、 韧性材料、摩擦材料等 热学性能 耐火材料、绝热材料（保温材料）、 传热材料、防火材料等 化学性能 耐腐蚀材料、防水材料、吸附材料、 离子交换材料、催化剂载体、胶凝材料等 光学性能 电光材料、导光材料、透光材料、 荧光材料、发光材料、感光材料、分光材料等
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非晶体结构：不具有长程有序。有此排列结构的材料为非
晶体。 了解固体结构的意义： 固体中原子排列形式是研究固体 材料宏观性质和各种微观过程的基础。
1.1.1
空 间 点阵
一、布喇菲的空间点阵学说 晶体内部结构概括为是由一些相同点子在空间 有规则作周期性无限分布，这些点子的总体称 为点阵。
（该学说正确地反映了晶体内部结构长程有序特征，后 来被空间群理论充实发展为空间点阵学说，形成近代关 于晶体几何结构的完备理论。）
强度设计与材料的合理使用：抗拉强度差， 但抗压强度却很高。要尽可能地用其长处。
我国陶瓷发展简史－－陶器
学习研究方法
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。
学习研究方法
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
结点示例图
2 . 点阵学说概括了晶体结构的周期性 晶体由基元沿空间三个不同方向，各按一定的距离周期 性地平移而构成，基元每一平移距离称为周期。
在一定方向有着一定周期，不同方向上周期一 般不相同。
基元平移结果：点阵中每个结点周围情况都一样。
3 . 晶格的形成
通过点阵中的结点，可以作许多平行的直线族 和平行的晶面族，点阵成为一些网格------晶格。







表示氯

钠离子与氯离子 分别构成面心立 方格子，氯化钠 结构是由这两种 格子相互平移一 定距离套购而成。