无机材料物理性能3强度
什么叫无机材料物理性能特性
什么叫无机材料物理性能特性无机材料是指由无机化合物构成的材料，它们具有广泛的应用领域，如电子、光电子、能源、环境等。
无机材料的性能特性直接影响着其在各个领域的应用效果。
那么，什么叫无机材料的物理性能特性呢？首先，我们来了解一下无机材料的物理性能。
无机材料的物理性能可以分为多个方面，包括机械性能、热学性能、电学性能、光学性能和磁学性能等。
机械性能是指无机材料抵抗外力破坏的能力，通常包括硬度、弹性模量、抗弯强度等指标。
例如，金刚石是一种硬度极高的无机材料，可以用来制作切割工具；陶瓷材料具有较高的抗压强度，适合用于建筑材料等领域。
热学性能是指无机材料在热环境下的表现，包括热导率、热膨胀系数、热稳定性等指标。
例如，氧化铝具有较低的热导率，可用作隔热材料；石墨烯具有优异的热导率，适合用于制作散热材料。
电学性能是指无机材料在电场或电流作用下的表现，包括导电性、介电性等指标。
例如，金属材料具有良好的导电性，适合用于制作电子元件；氧化铁具有优良的磁电耦合效应，适合用于磁存储器件。
光学性能是指无机材料在光学环境下的表现，包括透明度、折射率、发光性等指标。
例如，玻璃材料具有良好的透明性，适合用于光学器件；半导体材料具有发光性能，在光电子领域有重要的应用。
磁学性能是指无机材料在磁场作用下的表现，包括磁导率、磁饱和磁矩等指标。
例如，铁氧体材料具有良好的磁导率和磁饱和磁矩，适合用于制作磁性材料。
综上所述，无机材料的物理性能特性对于其应用效果具有重要影响。
了解无机材料的物理性能特性可以帮助我们更好地选择和应用材料，并优化其性能。
未来，随着科学技术的不断发展，我们有望进一步改进无机材料的物理性能，推动无机材料在各个领域的应用。
无机材料物理性能
无机材料物理性能无机材料是指不含有碳元素的材料，包括金属、陶瓷、玻璃等。
这些材料在工程和科学领域中具有广泛的应用，其物理性能对于材料的选择和设计具有重要意义。
本文将就无机材料的物理性能进行探讨。
首先，无机材料的物理性能包括密度、硬度、熔点、导热性、电性能等多个方面。
其中密度是指单位体积内的质量，硬度是材料抵抗外力的能力，熔点是材料从固态到液态的转变温度，导热性是材料传导热量的能力，电性能是材料导电、绝缘的特性。
这些性能直接影响着材料的使用性能和加工工艺。
其次，金属材料通常具有较高的密度和硬度，良好的导热性和电性能。
这使得金属材料在结构件、导电元件等方面有着广泛的应用。
而陶瓷材料则具有较高的硬度和熔点，优异的绝缘性能，因此在耐磨、绝缘等方面有着重要的作用。
玻璃材料则具有较低的密度和熔点，优良的透光性和化学稳定性，被广泛应用于光学器件和化学容器等领域。
再次，无机材料的物理性能受其晶体结构、化学成分等因素的影响。
例如，金属材料的晶体结构多为紧密排列的金属原子，因此具有良好的导热性和电性能；陶瓷材料的晶体结构多为离子键或共价键，因此具有较高的硬度和熔点；玻璃材料则是非晶态结构，因此具有较好的透光性和化学稳定性。
最后，随着科学技术的不断发展，人们对无机材料物理性能的研究也在不断深入。
通过调控材料的晶体结构、化学成分等手段，人们可以改善材料的物理性能，拓展其应用领域。
例如，通过合金化、热处理等工艺手段，可以提高金属材料的硬度和强度；通过掺杂、烧结等工艺手段，可以改善陶瓷材料的导电性能；通过控制成分、制备工艺等手段，可以改善玻璃材料的光学性能。
综上所述，无机材料的物理性能对于材料的选择和设计具有重要意义，其性能受晶体结构、化学成分等因素的影响，通过工艺手段可以改善和拓展其应用领域。
希望本文的内容能够对无机材料的物理性能有所了解，并对相关领域的研究和应用提供一定的参考。
无机材料物理性能习题库
2、材料的热学性能2-1 计算室温（298K ）及高温（1273K ）时莫来石瓷的摩尔热容值，并请和按杜龙-伯蒂规律计算的结果比较。
（1） 当T=298K ，Cp=a+bT+cT -2=87.55+14.96´10-3´298-26.68´105/2982=87.55+4.46-30.04 =61.97´4.18J/mol ×K=259.0346J/mol ×K （2） 当T=1273K ，Cp=a+bT+cT -2=87.55+14.96´10-3´1273-26.68´105/12732=87.55+19.04-1.65 =104.94´4.18J/mol ×K=438.65 J/mol ×K 据杜隆-珀替定律：(3Al2O 3×2SiO 4) Cp=21*24.94=523.74 J/mol ×K 2-2康宁玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：λ=0.021J/(cm ×s ×℃); α=4.6´10−6/℃;σp =7.0Kg/mm 2，E=6700Kg/mm2，μ=0.25。
求其第一及第二热冲击断裂抵抗因子。
第一冲击断裂抵抗因子：ER f a m s )1(-==66679.8100.754.61067009.810-´´´´´´´=170℃第二冲击断裂抵抗因子：E R f am ls )1(-=¢=170´0.021=3.57 J/(cm ×s) 2-3一陶瓷件由反应烧结氮化硅制成，其热导率λ=0.184J/(cm ×s ×℃)，最大厚度=120mm 。
如果表面热传递系数h=0.05 h=0.05 J/(cm J/(cm 2×s ×℃)，假定形状因子S=1，估算可安全应用的热冲击最大允许温差。
无机非金属材料物理性能
脆性断裂的特点： 1)断裂前无明显的预兆; 2)断裂处往往存在一定的缺陷(裂纹，伤痕); 3)由于缺陷的存在，实际断裂强度远远小于理 论强度. 脆性断裂的微观过程： 突发性裂纹扩展； 裂纹的缓慢生长。
断裂现象：
01
金属类：先是弹 性形变，然后是 塑性变形，直到 断裂。
02
高分子类：先是 弹性形变(很大)， 然后是塑性变形， 直到断裂。
c
K IC Ya
>应用 已知应力，材料，确定结构安全的最大裂纹长度 已知裂纹长度，材料，确定结构安全的最大应力
Y
断裂韧度是用高强度钢制
aKIC 造的飞机、导弹和火箭的 零件，及用中低强度钢制 造气轮机转子、大型发电 机转子等大型零件的重要 性能指标。
已知应力，裂纹长度，确定结构安全的材料
>影响断裂韧性的因素 成分组织结构 a.化学成分 b.晶粒尺寸 c.夹杂及第二相
物体内储存的弹性应
许多细小的裂纹或缺
变能的降低，大于等
陷，在外力作用下，
于产生由于开裂形成
这些裂纹或缺陷附近
两个新表面所需的表
会产生应力集中的现
面能，就会造成裂纹
象。当应力大到一定
的扩展，反之，则裂
程度时，裂纹开始扩
纹不会扩散。
展而导致材料断裂。
临界应力的推导：
We1=(1/2) F△l P33
在微小位移d(△l)上外力做的功dW=(Fi+1/2dF)d△l
4裂纹扩展的动力与阻力
阻力：KIC 或 2γ
内裂的薄板为例 KI=π1/2σc1/2. 当为临界值时， 有KIC=π1/2σcc1/2, 故KIC2= πσc2c 代入P55:3-16
2.5.1裂纹的起源
无机材料物理性能
无机材料物理性能无机材料是指在自然界中存在的，或者是人工合成的，不含有碳的材料。
它们的物理性能对于材料的应用具有重要意义。
无机材料的物理性能主要包括热性能、电性能、光学性能和力学性能等方面。
首先，热性能是无机材料的重要性能之一。
热导率是评价材料导热性能的重要指标，无机材料中的金属和陶瓷材料通常具有较高的热导率，而聚合物材料的热导率较低。
此外，无机材料的热膨胀系数也是其热性能的重要表征之一，它决定了材料在温度变化时的尺寸变化程度。
这些热性能参数对于材料在高温或者低温环境下的应用具有重要意义。
其次，电性能是无机材料的另一个重要性能。
导电性和绝缘性是评价材料电性能的重要指标。
金属材料通常具有良好的导电性，而绝缘材料则具有较高的电阻率。
此外，半导体材料的导电性介于金属和绝缘材料之间，其电性能的调控对于电子器件的制备具有重要意义。
光学性能是无机材料的另一个重要性能。
透明度、折射率、反射率和光学吸收等是评价材料光学性能的重要指标。
无机材料中的玻璃、晶体和光学薄膜等材料通常具有良好的光学性能，它们在光学器件、光学仪器和光学通信等领域具有重要应用。
最后，力学性能是无机材料的另一个重要性能。
强度、硬度、韧性和蠕变等是评价材料力学性能的重要指标。
金属材料通常具有较高的强度和硬度，而聚合物材料则具有较高的韧性。
这些力学性能参数对于材料在受力状态下的性能表现具有重要意义。
总之，无机材料的物理性能对于材料的应用具有重要意义。
热性能、电性能、光学性能和力学性能是无机材料的重要性能之一，它们的表征和调控对于材料的设计、制备和应用具有重要意义。
希望本文对无机材料的物理性能有所帮助，谢谢阅读。
材料力学性能讲义
材料力学性能讲义材料力学性能讲义绪论：一、材料：无机材料、有机材料金属材料、非金属材料高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维陶瓷材料复合材料天然材料工程结构材料、功能材料信息、生物技术、新材料、环保金属：良导电、热性，光泽，良好的延展性。
自由电子、金属键（无方向性）二、性能：力学性能，物理、化学性能，加工工艺性能力学性能：金属材料在一定环境中在外力作用下所表现出来的抵抗行为。
分弹性性能与塑性性能。
力学性能指标：金属材料在外力作用下表现出来的抵抗变形及断裂的能力。
分应力、应变；强度指标、塑性指标及综合力学性能指标。
金属材料的失效形式：变形、断裂(含疲劳断裂)、磨损、腐蚀，以及加工失误三、研究内容：1）各种力学现象及行为、意义、本质概念的相互关系。
2）各种力学性能指标的概念、本质、意义，力学行为及其影响因素。
3）各种宏观失效方式的本质、机理、原因，各力学性能指标之间的相互关系及失效判据。
4）各种力学性能指标的测试技术及实际应用。
第一章：金属在单向静拉伸载荷下的力学性能单向应力、静拉伸§1-1 应力应变曲线拉伸曲线：P-ΔL 曲线ζ-ε曲线ζ= P/F0ε= ΔL/L0 = (L-L0)/L0横坐标：ΔL、ε；纵坐标：P、ζ应力应变曲线的几个阶段：弹性变形、均匀塑变(弹塑性变形)、集中塑变(缩颈)、断裂§1-2 弹性变形弹性变形的力学性能指标一、弹性变形的定义及特点：1、特点：①变形可逆②应力-应变保持直线关系③变形总量较小2、产生机理：原子间作用力原子间具有一定间距→原子间距，也即是原子半径的两倍（指同类原子），原子间作用力：吸引力、相斥力。
其性质估且不论吸引力：原子核中质子(正离子)与其它原子的电子云之间的作用力相斥力：离子之间及电子之间的作用力二者均与原子间距（2r）有关：P A A r o2r2 r4前者为引力项，后者为斥力顶。
r=r O时 P=O；r＞r O时为引力；r＜r O时为斥力r＞r O时P＞ 0，为引力，两原子间有拉进的趋势；r＜r O时P＜ 0，为斥力，两原子间有推远的趋势；r=r O时 P = 0，为平衡状态，两原子间保持距离。
无机材料物理性能题库(1)
名词解释1、包申格效应——金属材料经预先加载产生少量塑性变形（残余应变小于4%），而后再同向加载，规定残余伸长应为增加，反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。
2、塑性——材料的微观结构的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。
3、硬度——材料表面上不大体积内抵抗变形或破裂的能力，是材料的一种重要力学性能。
4、应变硬化——材料在应力作用下进入塑性变形阶段后，随着变形量的增大，形变应力不断提高的现象。
5、弛豫——施加恒定应变，则应力将随时间而减小，弹性模量也随时间而降低。
6、蠕变——当对粘弹性体施加恒定应力，其应变随时间而增加，弹性模量也随时间而减小。
6、滞弹性——当应力作用于实际固体时，固体形变的产生与消除需要一定的时间，这种与时间有关的弹性称为滞弹性。
7、压电性——某些晶体材料按所施加的机械应力成比例地产生电荷的能力。
8、电解效应——离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新的物质。
9、逆压电效应——某些晶体在一定方向的电场作用下，则会产生外形尺寸的变化，在一定范围内，其形变与电场强度成正比。
10、压敏效应——指对电压变化敏感的非线性电阻效应，即在某一临界电压以下，电阻值非常高，几乎无电流通过；超过该临界电压(敏压电压)，电阻迅速降低，让电流通过。
11、热释电效应——晶体因温度均匀变化而发生极化强度改变的现象。
12、光电导——光的照射使材料的电阻率下降的现象。
13、磁阻效应——半导体中，在与电流垂直的方向施加磁场后，使电流密度降低，即由于磁场的存在使半导体的电阻增大的现象。
14、光伏效应——指光照使不均匀半导体或半导体与金属组合的不同部位之间产生电位差的现象。
15、电介质——在外电场作用下，能产生极化的物质。
16、极化——介质在电场作用下产生感应电荷的现象。
16、自发极化——极化并非由外电场所引起，而是由极性晶体内部结构特点所引起，使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩，这种极化机制为自发极化。
无机材料物理性能
无机材料物理性能
无机材料在当今社会发挥着重要作用，比如它们被广泛应用于建筑材料、家用电器、汽车零部件等重要产品的制造中。
它们的特性决定了它们在不同产品中的重要性，而它们的物理性能是决定这些特性的核心因素。
本文旨在介绍无机材料的物理性能，并讨论它们在不同产品中的应用情况。
无机材料的物理性能主要包括热导率、密度、弹性模量、抗拉强度、塑性、热稳定性等。
无机材料的热导率决定了它们在热学设计中的重要性，无机材料的密度决定了它们的重量，无机材料的弹性模量用来衡量材料的抗弯强度，抗拉强度是材料的抗拉性能，塑性是材料的变形能力，热稳定性决定了材料在高温下的稳定性。
无机材料被广泛用于各种产品，如建筑材料、电子产品、汽车零部件等。
建筑材料是一种普遍使用的无机材料，它们的物理性能决定了其在建设中的重要性。
由于其耐热性能好，无机材料也被广泛用于制造电子产品，例如内存条和处理器。
此外，无机材料的弹性模量、体积密度和抗拉强度等特性使其成为汽车零部件的重要材料。
无机材料的物理性能对于制作高质量的产品具有重要意义，它们的特性决定了它们在不同产品中的应用情况。
例如，无机材料的耐热性能使其成为电子产品的优质材料；无机材料的弹性模量和抗拉强度使其成为汽车零部件的宝贵材料。
因此，了解无机材料的物理性能对提高产品质量具有重要意义。
总之，无机材料是当今社会中普遍使用的材料，它们的物理性能
是制作各种产品的核心因素之一。
无机材料的热导率、密度、弹性模量、抗拉强度、塑性和热稳定性等特性使其在建筑材料、电子产品、汽车零部件等产品的应用十分广泛。
因此，了解无机材料的物理性能对于制作高品质的产品至关重要。
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应 力
2C J
L 2(C+dC) 裂纹失稳而扩展的能量判据:
dUW -dUE dUS
K
或 d (UW －UE ) /C dUs /C
O
N
M 应变 即： d (UW －UE ) 4dCs
滑石瓷绝缘子 1330
1715
粘土质化学瓷 840
925
锆英石质化学瓷 1740
2100
瓷砖
672
861
硬质瓷
364
490
上釉NaO—BaO—Al2O3—SiO2系微晶玻璃的抗弯强度
热膨胀系数(0—3000oC) ×10-7/oC
热膨胀系 上釉温度 抗弯强度
数差
(oC) (kg/cm2)
坯料
釉
114.1
445:
材料中的裂纹型缺陷：材料中的伤痕、裂纹、气孔、 杂质等宏观缺陷。
力线n
裂纹 长度2c
力管 平板弹性体的受力情况
• 为了传递力，力线一定穿过材料组织到达固定端
力以音速通过力管（截面积为A），把P/n大小的力 传给此端面。
• 远离孔的地方，其应力为： =(P/n)/A
• 孔周围力管端面积减小为A1 ，孔周围局部应力为：
根据陶瓷薄板热应力的状态分析求 冷却的最大温差和最大冷却速度
z
z
x
x
x
y=0 z
垂直y轴各平面上的温度一致,可以自由膨胀， y=0 ； 在x和z轴方向上，表面和内部的温度有差异，内部温 度高，约束前后两个表面的收缩， x=z=0。
根据虎克定律：x= x /E－(y /E+ z /E) － T=0
= E=Ex/r0, 且 sin(2x/ )= 2x/
得
th = (s E/ r0 )1/2
与th =2 (s E/ r0 )1/2 相比两者结果是一致的。
3.1.2 塑性形变强度（剪切强度）
b
th
AB C x
u
x
a
刚性模型 剪切应力与位移的关系：
= th sin(2x/b) 当x<<b时， 根据虎克定律： =Gx/a 设： b=a 得： th =G/2
Si3N4热压 3850
SiC
4900
Si3N4烧结 3850
AlN
2800
c
th/
c
64.4 77.6
23.8 150
30.1 81.4
100 38.5
95 51.6
29.5 130 60～ 46.7 100 ～
28.0
3.2 微裂纹强度理论
3.2.1 应力集中强度理论
（1） 应力集中
流 体 的 流 动
2C
2(C+dC)
2(C+dC)
(a)
(b)
(C)
d
(d)
(a)平板受力状态 (b) 预先开有裂纹的平板受力状态
(c) 恒位移式裂纹扩展 (d) 恒应力式裂纹扩展
(c)、(d)与(b)状态相比，自由能发生了三项变化： 裂纹扩展弹性应变能的变化dUE； 裂纹扩展新生表面所增加的表面能dUS = 4dCs ； 外力对平板作功dUW。
65
49.1
1030
3520
114.1
81
33.1
1030
1400
96.8
65
31.8
1030
2600
96.8
81
15.8
1050
1400
96.8
40
56.8
1100
2740
91.2
65
26.2
1030
3160
91.2
81
10.2
1050
1260
88.6
65
23.6
1030
2810
107.5
65
42.5
在恒应力状态(d)下，外力作功： UW=P
外力作功平板中储存的弹性应变能：
UE =2·P
有
UE = UW /2
说明：
外力作功一半被吸收成为平板的弹性应变能，另一 半支付裂纹扩展新生表面所需的表面能，
由裂纹扩展的条件： (UW － UE )/ C US /C
及UE = UW /2
得
UE / C US /C
根据理论断裂强度与理论剪切强度之比值大小，可 以判断材料塑性的大小。
• th /th>10 材料为塑性，断裂前已出现显著的 塑性流变；
• th /th 1 材料为脆性； • th /th =5 需参考其他因素作判断。
断裂强度理论值和测定值
材料
Al2O3晶 须 铁晶须 奥氏型钢 硼 硬木 玻璃 NaCl Al2O3刚 玉
th = (s E/ r0 )1/2
时，裂纹扩展，沿着横截面分为两部分，此时的外 加应力为断裂强度。
即
Ln = 2 (c/ r0)1/2= th = (s E/ r0 )1/2
断裂强度
f = ( s E / 4c )1/2
考虑裂纹尖端的曲率半径是一个变数，即不等于r0 ，
其一般式为：
f =y ( s E / c )1/2
与材料强度有关的断裂力学的特点： • 着眼于裂纹尖端应力集中区域的力场和应变场分布； • 研究裂纹生长、扩展最终导致断裂的动态过程和规律； • 研究抑制裂纹扩展、防止断裂的条件。 • 给工程设计、合理选材、质量评价提供判据。
断裂力学的分类： 断裂力学根据裂纹尖端塑性区域的范围，分为两大类： （1）线弹性断裂力学---当裂纹尖端塑性区的尺寸远小于 裂纹长度，可根据线弹性理论来分析裂纹扩展行为。 （2）弹塑性断裂力学---当裂纹尖端塑性区尺寸不限于小 范围屈服，而是呈现适量的塑性，以弹塑性理论来处理。
Ln = {[1+ /(2x+ )] c 1/2 / (2x+ )1/2 + /(2x+ )} 当 x=0, Ln = [ 2(c/ )1/2+1] 当c>> ，即裂纹为扁平的锐裂纹 Ln = 2 (c/ )1/2 当最小时（为原子间距r0）Ln = 2 (c/ r0)1/2
(3) 应力集中强度理论 断裂的条件：当裂纹尖端的局部应力等于理论强度
Th c th/
Kg/m
c
m2
5000 1540 3.3
3000 2048 3480 — 693 400 5000
1300 2.3 320 6.4 240 14.5 10.5 — 10.5 66.0 10 40.0 44.1 113
材料
th
Al2O3宝 5000 石
BeO
3570
MgO
2450
例1：由坯釉热膨胀系数不同引起。上釉陶瓷: 釉的热 膨胀系数：1 ；坯体的热膨胀系数：2
1 >2
1<2
釉受较大拉力的作用 发生龟裂或坯向内侧弯曲
坯受较强的拉力作用 釉被拉离坯面
陶瓷的无釉坯料与上釉坯料的抗弯强度
陶瓷的种类
无釉坯料(kg/cm2) 上釉坯料(kg/cm2)
粘土质绝缘子 735
910
Griffith提出的关于裂纹扩展的 能量判据
弹性应变能的变化率 UE / C等于或大于裂纹扩展单 位裂纹长度所需的表面能增量 US /C ，裂纹失稳而
扩展。
（3）断裂强度（临界应力）的计算
根据Griffith能量判据计算材料断裂强度（临界应力） 外力作功，单位体积内储存弹性应变能：
W=UE/AL=（1/2）P L/A L =（1/2）=2/2E
设平板的厚度为1个单位，半径为C的裂纹其弹性应 变能为：
UE = W 裂纹的体积=W （C2×1） = C22/2E
平面应力状态下扩展单位长度的微裂纹释放应变能为：
dUE / dC= C2/E（平面应力条件）
或
dUE / dC = (1－ 2 )C2/E （平面应变条件）
由于扩展单位长度的裂纹所需的表面能为：
(2) Orowan近似
Orowan以应力—应变正弦函数曲线的形式近似的描 述原子间作用力随原子间距的变化。
th
0
x
r0
/2
即
= th sin(2x/ )
分开单位面积的原子作功为：
U=/2 0
th
sin(2x/
)dx
=
th
/
=
2s
理论断裂强度：
th = 2 s /
x很小时，根据虎克定律：
3.1 无机材料的理论强度
强度树图 强度树图的建立：
以强度和断裂强度为树干，理论解释为树皮，支配 强度的宏观因素和微观因素为树根，将各种强度特 性以树枝形式伸展到各个应用领域。 例如：
高温材料必须在高温下具有一定的断裂强度，必须 掌握如何评价它的耐热性、热冲击、化学腐蚀和机 械冲击等特性。
多孔质材料 高温材料 结构材料
US / C =2s
断裂强度（临界应力）的表达式： f= [2E s / C]1/2 （平面应力条件） f= [2E s / (1－ 2 )C]1/2 （平面应变条件）
（4） 控制强度的三个参数
弹性模量E：取决于材料的组分、晶体的结构、气孔。 对其他显微结构较不敏感。 断裂能 f ：不仅取决于组分、结构，在很大程度上 受到微观缺陷、显微结构的影响，是一种织构敏感 参数,起着断裂过程的阻力作用。 裂纹半长度c：材料中最危险的缺陷，其作用在于导 致材料内部的局部应力集中，是断裂的动力因素。
y是裂纹的几何（形状）因子。
3.2.2 Griffith微裂纹脆断理论