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材料力学与热力学研究
材料力学与热力学研究近年来，材料力学与热力学的研究受到越来越多的关注。
这两个学科在材料科学中扮演着非常重要的角色，其贡献不断地拓宽了材料科学的研究范围和应用领域，也为我们开拓了更加广阔的视野和未来。
一、材料力学材料力学是研究材料的力学性能和破坏行为的学科，包括材料静态和动态力学性能、材料疲劳、断裂、塑性、蠕变和冷却等方面。
材料力学旨在研究材料在外力作用下的行为和变形规律，以及材料的破坏行为和失效原因，从而为材料的设计和优化提供基础支持。
在材料力学的研究中，常常会涉及到强度、硬度、韧性等方面的描述指标。
例如，通过拉伸试验得到材料的屈服点和极限强度等指标，能够直观地了解材料的强度性能；硬度测试可以反映材料抗划伤、压痕和穿孔等方面的性能；韧性指标可以反映材料破坏前的变形和裂纹扩展过程，并预测材料破坏时的应变和应力状态，为材料的选材和使用提供指导。
二、热力学热力学是研究物质与能量之间相互转化和传递关系的学科。
它旨在研究物质热性质、热力学过程和热力学平衡，研究物质的热力学性质和变化规律，以及热力学过程的能量转换和热力学平衡的特征。
在热力学研究中，常常会涉及到温度、热量、热容、熵等方面的描述指标。
例如，温度是描述物质热状态的基本参量，热量是物质热状态变化时的能量变化量，热容是描述物质在温度变化时吸收或释放热能的指标，熵是描述物质的无序程度和热力学过程方向性的指标。
三、材料力学和热力学的结合材料力学和热力学的结合是目前材料科学研究的重要趋势之一。
通过材料力学和热力学的结合，可以研究材料热力学性质对材料力学性能的影响和作用机理，以及材料力学性质对热力学过程的影响和作用机理，从而为材料的设计和开发提供更加丰富的信息和数据。
例如，材料的温度、应力、应变等材料力学变量往往会影响材料的热力学状态和性质，例如热传导性能、热膨胀系数等，因此，在设计材料的过程中需考虑材料力学和热力学之间的相互作用。
另外，通过材料力学和热力学的结合，还可以研究材料的相变规律和相变途径，进一步了解材料热力学特性和材料力学性能之间的关系。
材料物理性能(第三章-材料的热学性能)
光频支可以看成相邻原子振动方向相反， 形成一个范围很小，频率很高的振动。
如果振动着的质点中包含频率甚低的格 波，质点彼此之间的位相差不大，则格波类 似于弹性体中的应变波，称为“声频支振 动”。格波中频率甚高的振动波，质点彼此 之间的位相差很大，邻近质点的运动几乎相 反时，频率往往在红外光区，称为“光频支 振动”。
当
＜0时 ΔQ＞0，热量沿 x 轴正方向传递。
＞0时，ΔQ＜0，热量沿 x 轴负方向传递。 对于非稳定传热过程：
式中： ＝密度（density）， ＝恒压热容。
二、固体材料热传导的微观机理（micro-mechanism） 气体导热——质点间直接碰撞；金属导热——自由
电子间碰撞；固体导热——晶格振动（格波）＝声子碰 撞，并且格波分为声频支和光频支两类。
1. 声子和声子传导
根据量子理论、一个谐振子的能量是不连续的，能量 的变化不能取任意值，而只能是最小能量单元——量子 （quantum）的整数倍。一个量子所具有的能量为hv。晶 格振动的能量同样是量子化的。声频支格波（acoustic frequency）—弹性波—声波（acoustic wave）—声子。把 声频波的量子称为声子，其具有的能量为 hv=hω ，固体热 传导公式：
2．德拜比热模型
德拜考虑了晶体中原子的相互作用，把晶 体近似为连续介质（continuous medium）。
式中，
＝德拜特征温度 ＝德拜比热函数，
其中,
由上式可以得到如下的结论： • （1）当温度较高时，即， 即杜隆—珀替定律。 • （2）当温度很低时，即
， ，计算得
这表明当T→0时，CV与T3成正比并趋于0，这就是 德拜T3定律，它与实验结果十分吻合，温度越低，近 似越好。
如果振动着的质点中包含频率甚低的格 波，质点彼此之间的位相差不大，则格波类 似于弹性体中的应变波，称为“声频支振 动”。格波中频率甚高的振动波，质点彼此 之间的位相差很大，邻近质点的运动几乎相 反时，频率往往在红外光区，称为“光频支 振动”。
当
＜0时 ΔQ＞0，热量沿 x 轴正方向传递。
＞0时，ΔQ＜0，热量沿 x 轴负方向传递。 对于非稳定传热过程：
式中： ＝密度（density）， ＝恒压热容。
二、固体材料热传导的微观机理（micro-mechanism） 气体导热——质点间直接碰撞；金属导热——自由
电子间碰撞；固体导热——晶格振动（格波）＝声子碰 撞，并且格波分为声频支和光频支两类。
1. 声子和声子传导
根据量子理论、一个谐振子的能量是不连续的，能量 的变化不能取任意值，而只能是最小能量单元——量子 （quantum）的整数倍。一个量子所具有的能量为hv。晶 格振动的能量同样是量子化的。声频支格波（acoustic frequency）—弹性波—声波（acoustic wave）—声子。把 声频波的量子称为声子，其具有的能量为 hv=hω ，固体热 传导公式：
2．德拜比热模型
德拜考虑了晶体中原子的相互作用，把晶 体近似为连续介质（continuous medium）。
式中，
＝德拜特征温度 ＝德拜比热函数，
其中,
由上式可以得到如下的结论： • （1）当温度较高时，即， 即杜隆—珀替定律。 • （2）当温度很低时，即
， ，计算得
这表明当T→0时，CV与T3成正比并趋于0，这就是 德拜T3定律，它与实验结果十分吻合，温度越低，近 似越好。
中科大材料力学与热学性能
一、名词解释1、滞弹性在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象弹性比功表示金属材料吸收弹性变形功的能力。
一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功。
包申格效应：材料经过预先加载并产生少量塑性变形，卸载后，再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载规定残余伸长应力降低的现象，称为包申格效应。
河流花样：裂纹跨越若干相互平行的而且位于不同高度的解理面；解理裂纹与很多螺型位错相遇，汇合台阶高度足够大时，便成为在电镜下可以观察到的河流花样。
穿晶断裂：金属断裂时裂纹穿过晶内。
穿晶断裂可以是韧性断裂如室温下的穿晶断裂也可以是脆性断裂（如低温下的穿晶断裂）沿晶断裂：金属断裂时裂纹沿晶界扩展。
沿晶断裂多为脆性断裂。
断口形貌呈冰糖状应力场强度因子在线弹性断裂力学中，表示带初始裂纹构件的裂纹尖端处应力场奇异性性态的一个参数。
或者反映裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量，称为应力强度因子。
裂纹扩展能量释放率：把裂纹扩展单位面积时系统释放势能的数值称为裂纹扩展能量释放率，简称能量释放率或能量率。
驻留滑移带：金属在循环应力长期作用下，形成永久留或再现的循环滑移带称为驻留滑移带，具有持久驻留性疲劳条带电镜断口分析表明，第二阶段的断口特征是具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样，称为疲劳条带（疲劳条纹，疲劳辉纹）应力腐蚀断裂：金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所产生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。
磨损：机件表面相接触并作相对运动使，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑（松散的尺寸与形状均不同的碎屑）使表面材料逐渐流失（导致机件尺寸变化和质量损失）造成表面损伤的现象即为磨损。
应力松弛：材料在恒定变形条件下，应力随时间的延续而逐渐减少的现象。
蠕变：金属在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。
3问答1金属解理典型组织特征2弹性模量是否对组织敏感合金化、热处理（显微组织）冷塑性变形对弹性模量的影响较小，所以，金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标。
材料力学性能---热稳定性
Anhui University of Technology Materials Physics Properties
14
2. 对于多孔、粗粒、干压和部分烧结的制品，目的是提 高抗热冲击损伤性能，措施有： 降低材料的强度σf，提高弹性模量E，使 材料在胀缩时所储存的用以开裂的弹性 应变能小； 选择断裂表面能2reff大的材料，一旦开裂 就会吸收较多的能量使裂纹很快止裂。
5
2. 热应力的计算 (1) 平面陶瓷薄板：
αl E σx =σz = ∆T 1− µ
在t = 0的瞬间， σ x=σz=σmax，如果正好 达到材料的极限抗拉强 度σf ，则前后两表面开 平面陶瓷薄板的热应力图 裂破坏，从而得材料所 能承受的最大温差为： (2) 对于其他非平面薄板状材料：
∆Tmax
适用于一般的玻璃、陶瓷和电子 陶瓷材料
Anhui University of Technology
Materials Physics Properties
7
1. 第一热应力断裂抵抗因子R
σ f (1 − µ ) 由 ∆Tmax = 可知： Tmax值越大，说明材料能承 αl E 受的温度变化越大，即热稳定性越好。
3 2 rm
11
Anhui University of Technology
Materials Physics Properties
1.5 热稳定性
四、抗热冲击损伤性能
对于一些含有微孔的材料和非均质金属陶瓷，裂纹在瞬 时扩张过程中，可能被微孔和晶界等所阻止，而不致引起材 料的完全断裂。 考虑问题的出发点： 从断裂力学的观点出发，以应变能-断裂能为判据，即 材料的破坏不仅是裂纹的产生（包括原材料中的裂纹），而 且还包括裂纹的扩展和传播，尽管有裂纹，但当把它抑制在 一个很小的范围，也可能不致使材料的完全破坏。
14
2. 对于多孔、粗粒、干压和部分烧结的制品，目的是提 高抗热冲击损伤性能，措施有： 降低材料的强度σf，提高弹性模量E，使 材料在胀缩时所储存的用以开裂的弹性 应变能小； 选择断裂表面能2reff大的材料，一旦开裂 就会吸收较多的能量使裂纹很快止裂。
5
2. 热应力的计算 (1) 平面陶瓷薄板：
αl E σx =σz = ∆T 1− µ
在t = 0的瞬间， σ x=σz=σmax，如果正好 达到材料的极限抗拉强 度σf ，则前后两表面开 平面陶瓷薄板的热应力图 裂破坏，从而得材料所 能承受的最大温差为： (2) 对于其他非平面薄板状材料：
∆Tmax
适用于一般的玻璃、陶瓷和电子 陶瓷材料
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Materials Physics Properties
7
1. 第一热应力断裂抵抗因子R
σ f (1 − µ ) 由 ∆Tmax = 可知： Tmax值越大，说明材料能承 αl E 受的温度变化越大，即热稳定性越好。
3 2 rm
11
Anhui University of Technology
Materials Physics Properties
1.5 热稳定性
四、抗热冲击损伤性能
对于一些含有微孔的材料和非均质金属陶瓷，裂纹在瞬 时扩张过程中，可能被微孔和晶界等所阻止，而不致引起材 料的完全断裂。 考虑问题的出发点： 从断裂力学的观点出发，以应变能-断裂能为判据，即 材料的破坏不仅是裂纹的产生（包括原材料中的裂纹），而 且还包括裂纹的扩展和传播，尽管有裂纹，但当把它抑制在 一个很小的范围，也可能不致使材料的完全破坏。
材料性能力学热学性能课件
• 材料性能概述 • 力学性能 • 热学性能 • 物理性能
CHAPTER
定义与分类
材料性能是指材料在某种特定条件下的表现，包括力学、热学、光学、电学、磁学 等方面的性能。
材料性能的分类可以根据不同的标准进行划分，如按材料的组成成分、结构特点、 制备工艺等。
不同种类的材料具有不同的性能特点，因此需要根据实际应用场景选择合适的材料。
1. 高分子材料的结晶度、分子量及其分布对物理和化学 性能的影响规律；
详细描述 2. 高分子材料的热稳定性、耐候性及化学稳定性；
3. 高分子材料的可塑性、弹性及耐磨性等物理性能；
4. 高分子材料的制备工艺、改性及复合强化等措施对 性能的影响。
案例三：纳米材料的物理与化学性能研究
• 总结词：纳米材料具有尺寸效应和量子效应等特点，在光电、 催化、生物医药等领域具有广泛的应用前景，研究其物理和化 学性能对于开发新产品、提高应用效果具有重要意义。
结果评估
根据试验数据和分析结果， 对材料的性能进行综合评 估，提出改进意见和建议。
CHAPTER
案例一：新型合金材料的力学与热学性能研究
总结词：合金材料在航空航天、汽车等领域应用广泛，研 究其力学和热学性能对于提高产品质量、降低成本具有重 要意义。
2. 合金材料的强化机制和优化方法；
详细描述
3. 合金材料在高温、低温等极端条件下的性能表现及稳 定性；
透射系数
描述材料对光透射能力的参数， 与玻璃等材料的透光性相关。
吸收系数
描述材料对光吸收能力的参数， 与光的穿透深度有关。
折射系数
描述光在材料中传播方向改变 程度的参数，与光的偏振现象
相关。
CHAPTER
实验室测试
CHAPTER
定义与分类
材料性能是指材料在某种特定条件下的表现，包括力学、热学、光学、电学、磁学 等方面的性能。
材料性能的分类可以根据不同的标准进行划分，如按材料的组成成分、结构特点、 制备工艺等。
不同种类的材料具有不同的性能特点，因此需要根据实际应用场景选择合适的材料。
1. 高分子材料的结晶度、分子量及其分布对物理和化学 性能的影响规律；
详细描述 2. 高分子材料的热稳定性、耐候性及化学稳定性；
3. 高分子材料的可塑性、弹性及耐磨性等物理性能；
4. 高分子材料的制备工艺、改性及复合强化等措施对 性能的影响。
案例三：纳米材料的物理与化学性能研究
• 总结词：纳米材料具有尺寸效应和量子效应等特点，在光电、 催化、生物医药等领域具有广泛的应用前景，研究其物理和化 学性能对于开发新产品、提高应用效果具有重要意义。
结果评估
根据试验数据和分析结果， 对材料的性能进行综合评 估，提出改进意见和建议。
CHAPTER
案例一：新型合金材料的力学与热学性能研究
总结词：合金材料在航空航天、汽车等领域应用广泛，研 究其力学和热学性能对于提高产品质量、降低成本具有重 要意义。
2. 合金材料的强化机制和优化方法；
详细描述
3. 合金材料在高温、低温等极端条件下的性能表现及稳 定性；
透射系数
描述材料对光透射能力的参数， 与玻璃等材料的透光性相关。
吸收系数
描述材料对光吸收能力的参数， 与光的穿透深度有关。
折射系数
描述光在材料中传播方向改变 程度的参数，与光的偏振现象
相关。
CHAPTER
实验室测试
第一章-材料的热学性能
一般情况下，常温时点阵振动贡献的热容远大于电子热容，只有在温度极低或极高时，电子热容才不能被忽略。 对于过渡族金属，由于s层、d层、f层电子都会参与振动，对热容作出贡献，也就是说过渡族金属的电子热容贡献较大，因此，过渡族金属的定容热容远大于简单金属。
2） 合金的热容
合金的摩尔热容可以由组元的摩尔热容按比例相加而得，即 式中：X1， X2，…, Xn分别是组元所占的原子分数， C1， C2，…, Cn分别为各组元的摩尔热容，这就称为纽曼－柯普定律。 说明： 定律的普适性 热处理对于合金在高温下的热容没有明显的影响
*
General Characters of Materials
*
本书主要内容
材料的几类主要性能： 热学性能 力学性能 电性能 磁性 学习目的： 了解材料的各类性能； 学习一些材料性能的表征及测试方法； 加深理解材料结构与性能的关系。
第一章 材料的热学性能
1.1 热学性能的物理基础 热平衡——动态平衡 热平衡：系统内无隔热壁时系统温度处处相等；系统与环境之间无隔热壁时系统与环境温度相等。 力平衡——无刚性壁时，无受力不均现象。 相平衡——各相之间不随时间发生变化。 化学平衡——化学组成和物质数量不随时间变化。
热容的量子理论 普朗克基本观点：质点的热振动大小不定，即动能大小不是定值，但能量是量子化的。 简化模型：
爱因斯坦量子热容模型 德拜比热模型
热容的量子理论
1)爱因斯坦热容模型： 基本观点：原子的振动是独立而互不依赖的；具有相同的周围环境，振动频率都是相同的；振动的能量是不连续的、量子化的。 结论： 高温时，Cv=3R，与杜隆-珀替公式相一致。 低温时，Cv随T变化的趋势和实验结果相符，但是比实验更快的趋近于零。 T→0K时，Cv也趋近于0，和实验结果相符。
2） 合金的热容
合金的摩尔热容可以由组元的摩尔热容按比例相加而得，即 式中：X1， X2，…, Xn分别是组元所占的原子分数， C1， C2，…, Cn分别为各组元的摩尔热容，这就称为纽曼－柯普定律。 说明： 定律的普适性 热处理对于合金在高温下的热容没有明显的影响
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General Characters of Materials
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本书主要内容
材料的几类主要性能： 热学性能 力学性能 电性能 磁性 学习目的： 了解材料的各类性能； 学习一些材料性能的表征及测试方法； 加深理解材料结构与性能的关系。
第一章 材料的热学性能
1.1 热学性能的物理基础 热平衡——动态平衡 热平衡：系统内无隔热壁时系统温度处处相等；系统与环境之间无隔热壁时系统与环境温度相等。 力平衡——无刚性壁时，无受力不均现象。 相平衡——各相之间不随时间发生变化。 化学平衡——化学组成和物质数量不随时间变化。
热容的量子理论 普朗克基本观点：质点的热振动大小不定，即动能大小不是定值，但能量是量子化的。 简化模型：
爱因斯坦量子热容模型 德拜比热模型
热容的量子理论
1)爱因斯坦热容模型： 基本观点：原子的振动是独立而互不依赖的；具有相同的周围环境，振动频率都是相同的；振动的能量是不连续的、量子化的。 结论： 高温时，Cv=3R，与杜隆-珀替公式相一致。 低温时，Cv随T变化的趋势和实验结果相符，但是比实验更快的趋近于零。 T→0K时，Cv也趋近于0，和实验结果相符。
材料的热学性能
《材料物理性能》——材料的热性能
材料的热容：杜隆—珀替定律
根据经典理论，每一个自由度的平均能量是 kT
Hale Waihona Puke 其中1 2kT
是平均动能，1 2
kT
是平均势能；
k 是玻耳兹曼常
数。
若固体有N个原子，则总平均能能量， E 3NkT
则摩尔原子比热为：
CV
E T
V
3Nk
24.9J
/ K mol
《材料物理性能》
第三章 材料的热学性能
《材料物理性能》——材料的热性能
4.1 引言
热学性能：包括热容、热膨胀、热传导 等，是材料的重要物理性能之一。它在材料 科学的相变研究中有着重要的理论意义；在 工程技术包括高技术工程中也占有重要位置。
《材料物理性能》——材料的热性能
4.2 材料的热容
固体热容理论与固体的晶格振动有关。现代研究确认， 晶格振动是在弹性范围内原子的不断交替聚拢和分离。这 种运动具有波的形式，称之为晶格波(又称点阵波)。
已证明电子的平均能量为，
EF
EF0
1
2
12
kT EF0
2
则电子摩尔热容为，
,z为金属原子价数
《材料物理性能》——材料的热性能 以铜为例，计算其自由电子热容为，
《材料物理性能》——材料的热性能 温度很低时，则电子热容与原子热容之比为，
金属热容需要同时考虑晶格振动和自由电子二部分 对热容贡献，金属热容可写成，
➢ 差热分析(DTA)
差热分析是在程序控制温度下， 测量处于同一条件下样品与参比物 的温度差和温度关系的一种技术。
参比物：又称为标准试样，往往是 稳定的物质，其导热、比热容等物 理性质与试样相近，但在应用的试 验温度内不发生组织结构变化。 试样和参比物在相同的条件下加热 和冷却。试样和参比物之间的温差 通常用对接的两支热电偶进行测定。 热电偶的两个接点分别与盛装试样 和参比物坩锅底部接触，或者分别 直接插入试样和参比物中。测得的 温差电动势经放大后由x—Y记录仪 直接把试样和参比物之间的温差记录下来。
材料物理性能热学性能【精选】
看教材的图3.13和图3.14 耐火材料中氧化物多晶材料在实用温度
范围内，T升高，热导率降低。看图3.15
无机材料物理性能
27
显微结构的影响
晶体结构的影响：晶体结构愈复杂，晶格振 动的非谐性程度愈大，声子平均自由程较小， 热导率较低
MgAl2O4的热导率低于MgO或者Al2O3
无机材料物理性能
晶格振动的格波和自由电子的运动?金属中有大量自由电子所以金属的热传导性能好性能好无机材料物理性能24?其他结合键共价键和离子键主要是晶格振动的格波而自由电子的贡献非常小?晶格振动的格波是晶格振动的相互影响达到平衡实现热量的传递声子和声子热传导?格波类似在固体中传播的弹性声波其量子化是声子?格波在固体中传播是声子的传播和物质作用是声子和物质的作用热传导是声子的热传导格波无机材料物理性能25?格波在固体中传播是声子的传播格波?固体的热传导的方程是??dvvvlvc31?光子热传导?材料中除了声子的热传导还有热辐射?光子的热传导当材料中存在温度梯度的体积元辐射能量高接受的能量低而温度低的体积元与之相反能量产生转移实现热量的光子热传导?当材料中存在温度梯度相邻体积间温度高无机材料物理性能26相邻体积间温度高?一般地陶瓷材料的光子热传导是在温度相当较高时作用才明显影响热导率的因素?温度
基础是应变能-断裂能
因为材料内的气孔、晶界、杂质及缺陷 等,使得强度-压力理论不准确
二个抗热应力损伤因子，2eff断裂表面能
R'"
2
E (1
)
,
R""
2 eff E 2 (1 )
无机材料物理性能
51
提高抗热冲击断裂性能的措施
提高材料确度，减少弹性模量E，提高 /E。实质是提高材料的柔韧性
范围内，T升高，热导率降低。看图3.15
无机材料物理性能
27
显微结构的影响
晶体结构的影响：晶体结构愈复杂，晶格振 动的非谐性程度愈大，声子平均自由程较小， 热导率较低
MgAl2O4的热导率低于MgO或者Al2O3
无机材料物理性能
晶格振动的格波和自由电子的运动?金属中有大量自由电子所以金属的热传导性能好性能好无机材料物理性能24?其他结合键共价键和离子键主要是晶格振动的格波而自由电子的贡献非常小?晶格振动的格波是晶格振动的相互影响达到平衡实现热量的传递声子和声子热传导?格波类似在固体中传播的弹性声波其量子化是声子?格波在固体中传播是声子的传播和物质作用是声子和物质的作用热传导是声子的热传导格波无机材料物理性能25?格波在固体中传播是声子的传播格波?固体的热传导的方程是??dvvvlvc31?光子热传导?材料中除了声子的热传导还有热辐射?光子的热传导当材料中存在温度梯度的体积元辐射能量高接受的能量低而温度低的体积元与之相反能量产生转移实现热量的光子热传导?当材料中存在温度梯度相邻体积间温度高无机材料物理性能26相邻体积间温度高?一般地陶瓷材料的光子热传导是在温度相当较高时作用才明显影响热导率的因素?温度
基础是应变能-断裂能
因为材料内的气孔、晶界、杂质及缺陷 等,使得强度-压力理论不准确
二个抗热应力损伤因子，2eff断裂表面能
R'"
2
E (1
)
,
R""
2 eff E 2 (1 )
无机材料物理性能
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提高抗热冲击断裂性能的措施
提高材料确度，减少弹性模量E，提高 /E。实质是提高材料的柔韧性
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由于材料热膨胀或收缩引起的内应力称为热应力。
14.提高抗热冲击断裂性能的措施（69）
提高陶瓷材料抗热冲击断裂性能的措施，主要根据是抗热冲击断裂因子所涉及的各个性能参数对热稳定性的影响。
（1）提高材料强度，减少弹性模量E，使提高。
（2）提高材料的热导率，使提高。
（3）减少材料的热膨胀系数，小的材料，在同样的温差下，产生的热应力小。
（2）差热分析是在程序控制温度下，将被测材料与参比物在相同条件下加热或冷却，测量试样与参比物之间温差（）随温度（T）时间（t）的变化关系。
（3）差示扫描量热法是在程序温度控制下用差动方法测量加热或冷却过程中，在试样和标样的温度差保持为零时，所要补充的热量与温度和时间的关系的分析技术，一般分为功率补偿差示扫描量热法和热流式差示扫描量热法。
疲劳条带
电镜断口分析表明，第二阶段的断口特征是具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样，称为疲劳条带（疲劳条纹，疲劳辉纹）
应力腐蚀断裂：
金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所Hale Waihona Puke 生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。
磨损：
机件表面相接触并作相对运动使，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑（松散的尺寸与形状均不同的碎屑）使表面材料逐渐流失（导致机件尺寸变化和质量损失）造成表面损伤的现象即为磨损。
3疲劳对缺陷（缺口，裂纹及组织缺陷）十分敏感，由于疲劳破坏是从局部开始的，所
以他对缺陷具有高度的选择性。
4疲劳断裂也是裂纹萌生与扩展的过程。
所有资料均为本人亲自整理，限于材料系内部童鞋们专用，谢绝一切外借行为。
孙兆威
1.材料的热学性能包括热容、热膨胀、热传导、热稳定性、熔化和升华等。（41）
2.什么是热容？什么是杜隆-珀替定律和奈曼-柯普定律？（42）
1）物质的鉴定
热分析谱图可作为物质的指纹图，这早已被地质学家、陶瓷学家和冶金学家所证实。其特点是多种混合物不经分离很快获得各个特征扫描图谱。
（2）进行热力学研究
用热分析方法可测定各种热力学函数，如各种潜热、比热容、生成热、反应热、爆燃热等。以及对各种合金，浓溶液相图的研究。
（3）动力学研究
研究物质在程序温度过程中的反应速度、反应活化能和反应级数等。
河流花样：
裂纹跨越若干相互平行的而且位于不同高度的解理面；解理裂纹与很多螺型位错相遇，汇合台阶高度足够大时，便成为在电镜下可以观察到的河流花样。
穿晶断裂：
金属断裂时裂纹穿过晶内。穿晶断裂可以是韧性断裂如室温下的穿晶断裂也可以是脆性断裂（如低温下的穿晶断裂）
沿晶断裂：
金属断裂时裂纹沿晶界扩展。沿晶断裂多为脆性断裂。断口形貌呈冰糖状
应力场强度因子
在线弹性断裂力学中，表示带初始裂纹构件的裂纹尖端处应力场奇异性性态的一个参数。或者反映裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量，称为应力强度因子。
裂纹扩展能量释放率：
把裂纹扩展单位面积时系统释放势能的数值称为裂纹扩展能量释放率，简称能量释放率或能量率。
驻留滑移带：
金属在循环应力长期作用下，形成永久留或再现的循环滑移带称为驻留滑移带，具有持久驻留性
应力松弛：材料在恒定变形条件下，应力随时间的延续而逐渐减少的现象。
蠕变：
金属在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。
3问答
1金属解理典型组织特征
2弹性模量是否对组织敏感
合金化、热处理（显微组织）冷塑性变形对弹性模量的影响较小，所以，金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标。
3标准试样延伸率大小1五倍（大）2十倍（小）
疲劳断裂特点
1疲劳是低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂，其断裂应力水平往往低于材料抗拉强度，甚至屈服强度。
2疲劳是脆性断裂。由于一般疲劳的应力水平比屈服强度低，所以不论是韧性材料还是脆性材料，在疲劳断裂前均不会发生塑性变形及有形变预兆，它是长期积累的损伤过程中，经裂纹萌生和缓慢亚稳扩展到临界尺寸时才突然发生的。
一、名词解释
1、滞弹性
在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象
弹性比功
表示金属材料吸收弹性变形功的能力。一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功。
包申格效应：
材料经过预先加载并产生少量塑性变形，卸载后，再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载规定残余伸长应力降低的现象，称为包申格效应。
（4）减少表面热传递系数h。
（5）减少产品的有效厚度。
15.热分析方法有几种？它们的定义？（70----71）
热分析方法有：普通热分析、差热分析（DTA）、示差扫描量热法（DSC）、热重分析（TG）和热膨胀分析等。
（1）普通热分析法是测量材料在加热或冷却过程中热效应所产生的温度和时间的关系的一种分析方法。
热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，所以又称为热抗震性。
从无机材料受热损坏的形式来看，可分成两种类型：一种是材料发生瞬时断裂，抵抗这类破坏的性能称为抗热冲击断裂性；另一种是在热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落，并不断发展，最终破裂或变质，抵抗这类破坏的性能称为抗热冲击损伤性。
11.什么是热应力？其计算公式怎样？（63）
（4）结构与物理性能关系的研究
例如络合物稳定性与其结构关系、高分子的物理性能与一般结构和超分子结构的关系，生物大分子的结构与生物功能的关系等，都可以采用热分析方法进行研究。
By孙兆威
注：材料系专用，谢绝外传
热容是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1K所需要增加的能量。
（元素的热容定律）杜隆-珀替定律：恒压下元素的原子热容为25J/(K•mol)；
（化合物的热容定律）奈曼-柯普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。
7.什么是热稳定性？无机材料受热损坏类型有几种？（60----62）
（4）热重法就是在程序控制温度下测量材料的质量与温度关系的一种分析技术，把试样的质量作为时间或温度的函数记录分析，得到的曲线称为热重曲线。
16.简述热分析的应用（71----72）
差热分析、热重、差示扫描量热和热机械分析是热分析的四大支柱，用于研究物质的物理现象（结晶性质的变化、融化、升华、吸附等）和化学现象（脱水、分解、氧化、还原等），几乎在所有自然科学中得到应用。（
14.提高抗热冲击断裂性能的措施（69）
提高陶瓷材料抗热冲击断裂性能的措施，主要根据是抗热冲击断裂因子所涉及的各个性能参数对热稳定性的影响。
（1）提高材料强度，减少弹性模量E，使提高。
（2）提高材料的热导率，使提高。
（3）减少材料的热膨胀系数，小的材料，在同样的温差下，产生的热应力小。
（2）差热分析是在程序控制温度下，将被测材料与参比物在相同条件下加热或冷却，测量试样与参比物之间温差（）随温度（T）时间（t）的变化关系。
（3）差示扫描量热法是在程序温度控制下用差动方法测量加热或冷却过程中，在试样和标样的温度差保持为零时，所要补充的热量与温度和时间的关系的分析技术，一般分为功率补偿差示扫描量热法和热流式差示扫描量热法。
疲劳条带
电镜断口分析表明，第二阶段的断口特征是具有略呈弯曲并相互平行的沟槽花样，称为疲劳条带（疲劳条纹，疲劳辉纹）
应力腐蚀断裂：
金属在拉应力和特定的化学介质共同作用下，经过一段时间后所Hale Waihona Puke 生的低应力脆断现象，称为应力腐蚀断裂。
磨损：
机件表面相接触并作相对运动使，表面逐渐有微小颗粒分离出来形成磨屑（松散的尺寸与形状均不同的碎屑）使表面材料逐渐流失（导致机件尺寸变化和质量损失）造成表面损伤的现象即为磨损。
3疲劳对缺陷（缺口，裂纹及组织缺陷）十分敏感，由于疲劳破坏是从局部开始的，所
以他对缺陷具有高度的选择性。
4疲劳断裂也是裂纹萌生与扩展的过程。
所有资料均为本人亲自整理，限于材料系内部童鞋们专用，谢绝一切外借行为。
孙兆威
1.材料的热学性能包括热容、热膨胀、热传导、热稳定性、熔化和升华等。（41）
2.什么是热容？什么是杜隆-珀替定律和奈曼-柯普定律？（42）
1）物质的鉴定
热分析谱图可作为物质的指纹图，这早已被地质学家、陶瓷学家和冶金学家所证实。其特点是多种混合物不经分离很快获得各个特征扫描图谱。
（2）进行热力学研究
用热分析方法可测定各种热力学函数，如各种潜热、比热容、生成热、反应热、爆燃热等。以及对各种合金，浓溶液相图的研究。
（3）动力学研究
研究物质在程序温度过程中的反应速度、反应活化能和反应级数等。
河流花样：
裂纹跨越若干相互平行的而且位于不同高度的解理面；解理裂纹与很多螺型位错相遇，汇合台阶高度足够大时，便成为在电镜下可以观察到的河流花样。
穿晶断裂：
金属断裂时裂纹穿过晶内。穿晶断裂可以是韧性断裂如室温下的穿晶断裂也可以是脆性断裂（如低温下的穿晶断裂）
沿晶断裂：
金属断裂时裂纹沿晶界扩展。沿晶断裂多为脆性断裂。断口形貌呈冰糖状
应力场强度因子
在线弹性断裂力学中，表示带初始裂纹构件的裂纹尖端处应力场奇异性性态的一个参数。或者反映裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量，称为应力强度因子。
裂纹扩展能量释放率：
把裂纹扩展单位面积时系统释放势能的数值称为裂纹扩展能量释放率，简称能量释放率或能量率。
驻留滑移带：
金属在循环应力长期作用下，形成永久留或再现的循环滑移带称为驻留滑移带，具有持久驻留性
应力松弛：材料在恒定变形条件下，应力随时间的延续而逐渐减少的现象。
蠕变：
金属在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。
3问答
1金属解理典型组织特征
2弹性模量是否对组织敏感
合金化、热处理（显微组织）冷塑性变形对弹性模量的影响较小，所以，金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标。
3标准试样延伸率大小1五倍（大）2十倍（小）
疲劳断裂特点
1疲劳是低应力循环延时断裂，即具有寿命的断裂，其断裂应力水平往往低于材料抗拉强度，甚至屈服强度。
2疲劳是脆性断裂。由于一般疲劳的应力水平比屈服强度低，所以不论是韧性材料还是脆性材料，在疲劳断裂前均不会发生塑性变形及有形变预兆，它是长期积累的损伤过程中，经裂纹萌生和缓慢亚稳扩展到临界尺寸时才突然发生的。
一、名词解释
1、滞弹性
在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象
弹性比功
表示金属材料吸收弹性变形功的能力。一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功。
包申格效应：
材料经过预先加载并产生少量塑性变形，卸载后，再同向加载，规定残余伸长应力增加，反向加载规定残余伸长应力降低的现象，称为包申格效应。
（4）减少表面热传递系数h。
（5）减少产品的有效厚度。
15.热分析方法有几种？它们的定义？（70----71）
热分析方法有：普通热分析、差热分析（DTA）、示差扫描量热法（DSC）、热重分析（TG）和热膨胀分析等。
（1）普通热分析法是测量材料在加热或冷却过程中热效应所产生的温度和时间的关系的一种分析方法。
热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，所以又称为热抗震性。
从无机材料受热损坏的形式来看，可分成两种类型：一种是材料发生瞬时断裂，抵抗这类破坏的性能称为抗热冲击断裂性；另一种是在热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落，并不断发展，最终破裂或变质，抵抗这类破坏的性能称为抗热冲击损伤性。
11.什么是热应力？其计算公式怎样？（63）
（4）结构与物理性能关系的研究
例如络合物稳定性与其结构关系、高分子的物理性能与一般结构和超分子结构的关系，生物大分子的结构与生物功能的关系等，都可以采用热分析方法进行研究。
By孙兆威
注：材料系专用，谢绝外传
热容是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1K所需要增加的能量。
（元素的热容定律）杜隆-珀替定律：恒压下元素的原子热容为25J/(K•mol)；
（化合物的热容定律）奈曼-柯普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。
7.什么是热稳定性？无机材料受热损坏类型有几种？（60----62）
（4）热重法就是在程序控制温度下测量材料的质量与温度关系的一种分析技术，把试样的质量作为时间或温度的函数记录分析，得到的曲线称为热重曲线。
16.简述热分析的应用（71----72）
差热分析、热重、差示扫描量热和热机械分析是热分析的四大支柱，用于研究物质的物理现象（结晶性质的变化、融化、升华、吸附等）和化学现象（脱水、分解、氧化、还原等），几乎在所有自然科学中得到应用。（