材料科学基础

1.MSE两个重要内容： a仪器与设备 b分析与建模

2.材料性质：功能特性和效用的描述符，是材料对电磁热光机械载荷的反应。力（硬

度强度刚度塑性韧性）物（电热磁光）化（催化性质，防化性质）

3.强度：材料抵抗外应力的能力。

4.塑性：外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能力。

5.硬度：材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的能力。

6.刚度：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。

7.疲劳强度：材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。

8.抗蠕变性：材料在恒定应力（或恒定载荷）作用下抵抗变形的能力

9.韧性：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力。

10.性能定义：在某种环境或条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定的

规范所获得的表征参量。

11.三类材料力学失效形式：断裂、磨损、腐蚀

12.材料设计：在材料使用性能（产品）设计的同时，力求改变传统的研究及设计

路线，将材料性质同时考虑进去，采取并行设计的方法。

13.时效的概念：一切有关性能随时间变化的过程统称为时效过程

14.脱溶合金随着脱溶过程硬度升高的现象称时效硬化

15.过时效：时效过程超过获得峰值硬度时，称为过时效。

16.（补充固态相变部分内容）

17.加工硬化：材料的强度和硬度随变形量的增加增大的现象。

机制：a位错滑动和林位错交割产生阻力；b林位错使F-R位错源产生割阶，带割阶的位错运动阻力加大；c形成的L-C不懂位错增大了形变的抗力;d由局部应力场产生交互作用引起硬化

影响因素：晶体结构，晶体取向或织构，堆垛层错，化学成分，显微组织的几何形状和尺寸以及位错亚结构；温度，应变速率，形变模式

18.孪生和滑移的差别：

(1)滑移使滑移面两侧相对滑动一个完整的平移矢量（柏氏矢量），而孪生则在孪晶内所有的面都滑动，滑动的距离并非是完整的平移矢量，每个面的滑动量和距孪生面的距离成正比。

(2)滑移后整个晶体的位向没有改变，而孪生则使孪晶部分的位向与基体成对称。

(3)滑移使表面出现台阶（滑移线），表面重新抛光后，滑移线消失；孪生则使表面出现浮凸，因孪晶与基体的取向不同，表面重新抛光后并浸蚀后仍能看到。

19.形变织构：多晶体晶粒取向其中分布在某个或某些取向附近的现象。原因：形变总是在趋向有利的滑移系和孪生系上发生，结果使得形变后晶体的取向并非任意的，随着形变进行，各晶粒的取向会逐渐转向一个或多个稳定的取向，这些稳定的取向取决于金属材料的晶体结构及形变方式。

20.形变（Deformation）: 材料在外力的作用下发生形状与尺寸的变化

21.力学性能或机械性能（Mechanical Property）：材料承受外力作用、抵抗形变的

能力及其破坏规律

22.应力：

23.应变（Strain）：材料受力时内部各质点之间的相对位移

有三种基本应变类型：拉伸应变ε，剪切应变γ和压缩应变△

（杨氏模量E、剪切模量G、体积模量B）

24.泊松比μ：在拉伸试验中，材料横向单位面积的减少与纵向单位面积长度的增加之比值，即在E、G、B和μ四个参数中只有两个独立：E=2G(1+μ) =3B(1-2μ)

25.由于使位错运动所需的剪切应力比使晶体两部分整体相互滑移所需的应力小得多，因此实际晶体材料的滑移是位错缺陷在滑移面上沿滑移方向运动的结果，

26.应力松弛是指在恒定的应变时，材料的内部的应力随时间增长而减小的现象。

27.滞后：交变应力作用下形变落后于应力变化的现象。原因：在外力作用和去除中，大分子的形变使大分子链段发生重排，这种过程需要一定的时间，导致应变的产生滞后于应力的作用。

28.力损耗W：当应变滞后于应力时每一循环周期损失的能量。

29. 时温等效原理：材料的粘弹性力学松弛现象，不仅与时间有关，而且与温度有关。升高温度与延长时间对分子运动及其引起的粘弹性行为是等效的，可借助转换因

子α

T 将某一温度测定的粘弹性数据转换为另一温度T

的对应数据，这就是时温等效原

理。

30.机械强度（Mechanical Strength）：材料在外力作用下抵抗形变及断裂破坏的能力根据外力作用的形式，可分为抗拉强度、抗冲强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。

31.裂纹的存在使得实际材料的断裂强度σ

f 低于理论结合强度σ

th。

32. 材料强度的尺寸效应：由于同种材料中大尺寸材料比小尺寸材料包含的裂纹数目更多，使得大尺寸材料的断裂强度较低。

33.晶格振动：材料中各原子在平衡位置的微小振动。（热学性质的原因）

34.格波：晶格振动以波的形式在晶格中传播。

35．热容：质点热运动的的能量随温度变化的一个物理量，是物体温度升高1K所需要增加的热量。（比热容，恒压热容，恒温热容）

36.

37.热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象。本质是固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。

38.影响热膨胀系数的因素：

成分与相变对膨胀系数的影响晶体缺陷对热膨胀的影响

晶体各向异性对热膨胀的影响工艺因素对膨胀系数的影响

温度对膨胀系数的影响

39.热膨胀反常：在正常的膨胀曲线上出现附加膨胀峰的现象。

40.因瓦合金：膨胀系数很小或趋于零或为负值的合金材料。

41. 因瓦效应：将与因瓦反常相关联的其它物理特性的反常行为统称为因瓦效应。

42.反常膨胀的原因：在低温状态时，由于合金的磁性使晶体的点阵常数撑大；温度升高时，由于磁矩的下降，消弱了原子间因磁性引起的扩张，使点阵常数缩小。这个量和晶体点阵常数因温度升高时的正常热膨胀同时发生，互相抵消，因而使测得的热膨胀减小，甚至出现负值。

43．（热导率）导热系数：在单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量。λ=λe+λi

λe：电子热导率，来源于自由电子的贡献：λi：离子热导率，来源于晶格振动的贡献。声子间碰撞引起的散射是晶格中热阻的主要来源；

晶体中的缺陷、杂质、晶界影响：使声子平均自由程降低，使λ减小；

温度的影响：平均自由程与温度有关，温度升高，声子的振动能量加大，频率加快，碰撞增多，自由程减小。在高温时，最小平均自由程等于几个晶格间距；在低温时，最长平均自由程长达晶粒的尺度。

化学组成的影响：一般而言，质点的原子量愈小，密度愈小，杨氏模量愈大，德拜温度愈高，则热导率愈大

气孔影响：在不改变结构状态的情况下，气孔率增大，总是使λ降低。

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，又称为抗热震性。

44.电子电导的特征是具有霍尔效应。

置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势差，这种现象称霍尔效应。

45.离子电导的特征是具有电解效应。

利用电解效应可以检验材料是否存在离子导电可以判定载流子是正离子还是负离子

46.纯金属的电阻率与声子浓度和声子平均动量的平方成正比。

47.电阻率的本质：费密面上的电子遭受声子散射是纯金属具有电阻率的根源。

48.电介质的本质特征：是以极化的方式传递、存储或记录电场的作用和影响，介电常数是表征电介质的最基本的参量。

49.电解质的极化：在外电场作用下, 电介质内部感生偶极矩的现象，称为电介质的极化。

电解质的击穿：当施加在电介质上的电压增大到一定值时，使电介质失去绝缘性的现象称为击穿