《材料科学与工程基础》教案.doc

川大学教案【理、工科】

掌握疲劳 强度的概

念

4.1.8.3疲劳极限和疲劳强度

图 4-49 难点

了解并理 解疲劳断 裂机理

高分了材料宏观疲劳断裂过程:

2()

DTA ——差热分析

Fig 17.2

图 4-51

难点

（2）与温度T 相关

T —Tg

Cp 发生突变

DSC ——示差扫描量热仪 测

试原

理示意图。 比热容与温度 比热容与相变 一级相变，二级相变

3. 比热容（C P ）或Cv

定义：IKg 质量的固体（或液体）升高（或降低）PC 时，所增加 （或减

少）的（振动能量）热量。固体多用Cp

。单位：

J - mol'1 - K 」。

Cp 〉

Cv

。 比热=热容/原子量,单位J ・Kg-I ・K 1

比热容的大小：主要取决于化学结构 等容热容 内能对温度的曲线上的斜率等压热容：嬉对温度的曲线 上的斜率 同体热容理论 经典理论 量了理论 原子的振动---晶格的振动 谐振了 随机振动 德拜模型 金属C P <1,

容易加热、容易冷却。单原子 晶体24.9；银24.3；铝

25.1。

银 C P =0.25

Fe C P =0.50

热容小，很快冷

要点 区分：热 容和比热

Fig

17.1

高分子 C P 1.0〜2.0

例 / HDPE

LDPE PS

天然橡胶

PVC

环氧树脂

热容大

2.31 1.90 1.20 1.92 1.05 1.05

影响高分了比热容Cp 的因素

（1）分了链柔顺性

温度的升高是由于分子过 其间内摩擦引起的，柔性 链，运动单元小内摩擦小, 反上升慢，热高量大，热 能动能

难点:理解 热容的宏 观效应，及 影响因素

4.2.2热膨胀性

(1)热膨胀材料的体积随温度升高而增大的现象 原因：

原子或分子的热运动

晶体：原子在晶格内平衡位是附近震动，T t ,振幅f,原子平均间 距个 非晶体：原子的振动和转变。

动；

(2)热膨胀类型，单位：K 1

线膨胀 a z =(l//)d//dT

化 高分了沿主振动；链节、链段，转

自由体积一运动的空间

一维，温度升高1度，线尺寸相对变

体膨胀 a v =(l/V)d V/dT

热膨胀系数a 不是常数，其影响因素: %1 温度 %1 结构

三维，温度升高1度，体积相对变化

T 升高，a 增大

键能大，a 减小

取向 交联度 a 减小

柔顺性

结晶度

刚性， 柔性，

a at

20

Fig 17.3

图 4-54

表4・

13

难点

无机材料 金属 高分子

a 小,I (y5~i (y6

中，1 〜3Xl (y5 大，2.5~25Xl (y5

4-2-2耐热性 1.

概念 耐热性一一指在受负荷下，材料失去其物理机械性能而发生永久 变形的温度。 指材料的使用上限温度

高分了材料 常温及中温条件下使用，＜500°C, 一般170

。。 钢——550°C ；合金——900°C ；

石墨——3000°C o

陶瓷——2000°Co

25

表 4-14

Fig7.25

表 4-15

2.耐热性表征：

高分子材料——物理状态［Tg 无定形

Tm 结晶 工业上的表征方法及指标 。、£

马丁耐热温度

热变形温度 > 材料在一定负荷条件下，产生规定变形的温 度 维卡软化温度

屈服

脆韧转变影响因素

(1) 结构因素：刚性链

A

结晶 耐热性 交联

(2) 分子量 耐热性 (3) 增索剂

耐热性f (4) 填料，纤维增强

耐热性

2()

分

图 4-57 图 4-58

@4-59

4-2-4高分子材料的燃烧特性

有机材料、有机聚合物(含C、H元素)。

1.高分子材料引燃和燃烧(略讲)

燃烧：较高温度下与氧剧烈反应，并发出热和光。

引燃过程：外部热原分解固体材料的表面层；产生可燃气化物,

与空气混合——致燃烧

燃烧过程：材料不断热分解，始终在表面空气中燃烧，无残清。

2.燃烧特性及影响因素

临界氧指数：能够维持稳定燃烧的最小氧浓度

>0.27的聚合物是有自熄性。

(1)仅由C、H、O元素组成，临界氧指数为0.16〜0.18

(2)含卤族元素(F、Cl、Br、D,临界氧指数大于0.40

(3)含磷、氮等元素，临界氧指数高

(4)加入阻燃剂和无机填料，可以提高临界氧指数。(吸收热量，温度下

降；隔氧)

(5)

3.高分了材料的阻燃flame retardancy 结构和

组成

提高热稳定性

引入卤族、磷、氮等元素阻燃剂和无机填料

吸收热量

降低温度

隔离氧图4-60

表4-16

表4-17

临界氧指数的影响因素

表4・

18

高分子材料的阻燃是重点