材料物理性能

第一章

1、应力：单位面积上所受的内力ζ=F/A

2、应变：描述物体内部质点之间的相对运动ε=△L/Lo

3、晶格滑移：晶体受力时，晶体的一部分相对另一部分发生平移滑动。条件：①移动较小

的距离即可恢复、②静电作用上移动中无大的斥力

4、塑性形变过程：①理论上剪切强度：克服化学键所产生的强度。当η>ηo时，发生滑移

（临界剪切应力），η=ηm sin(2πx/λ),x<<λ时，η=ηm（2πx/λ）。由虎克定律η0=Gx/λ.则Gx/λ=ηm（2πx/λ）→ηm=G/2π;②位错运动理论：实际晶体中存在错位缺陷，当受剪应力作用时，并不是晶体内两部分整体相互错动，而是位错在滑移面上沿滑移方向运动，使位错运动所需的力比是晶体两部分整体相互华东所需的力小的多，故实际晶体的滑移是位错运动的结果。位错是一种缺陷，位错的运动是接力式的；③位错增值理论：在时间t内不但比N个位错通过试样边界，而且还会引起位错增值，使通过便捷的位错数量增加到NS个，其中S位位错增值系数。过程机理画图

5、高温蠕变：在高温、恒定应力的作用下，随着时间的延长，应变不断增加。⑴起始阶段

0-a：在外力作用下瞬时发生弹性形变，与时间无关。⑵蠕变减速阶段a-b：应变速率随时间递减，即a-b段的斜率dε/dt随时间的增加而愈小，曲线愈来愈平缓。原因：受阻碍较小，容易运动的位错解放出来后，蠕变速率就会降低；⑶稳态蠕变阶段b-c：入编速率几乎保持不变，即dε/dt=K（常数）原因：容易运动的位错解放后，而受阻较大的位错未被解放。⑷加速入编阶段c-d:应变绿随时间增加而增加，曲线变陡。原因：继续增加温度或延长时间，受阻碍较大的位错也能进一步解放出来。影响入编的因素：⒈温度，温度升高，入编增加。⒉应力，拉应力增加，蠕变增加，压应力增加，蠕变减小⒊气孔率增加，蠕变增加，晶粒愈小，蠕变率愈小。⒋组成。⒌晶体结构。

6、弹性形变：外力移去后可以恢复的形变。塑性形变：外力移去后不可恢复的形变

第二章

7、突发性断裂（快速扩展）：在临界状态下，断裂源处的裂纹尖端所受的横向拉应力正好

等于结合强度时，裂纹产生突发性扩展。（一旦扩展，引起周围盈利的再分配，导致裂纹的加速扩展，出现突出性断裂）

8、裂纹缓慢生长：当裂纹尖端处的横向拉应力尚不足以引起扩展，但在长期受应力的情况

下，特别是同时处于高温环境中时，还会出现裂纹的缓慢生长。

9、理论结合强度：无机材料的抗压强度大约是抗拉强度的10倍。δth=(EΥ/a)0.5→(Υ=aE/100)

→δth=E/10(a：晶格常数，Υ：断裂表面能断裂表面能Υ比自由表面能大。这是因为储存的弹性应变能除消耗于形成新表面外，还有一部分要消耗在塑性形变、声能、热能等方面。

10、Griffith微裂纹理论：⑴Inglis尖端分析：孔洞两个端部的应力取决于孔洞的长度和

端部的曲率半径而与孔洞的形状无关。应用：修玻璃通过打孔增加曲率来减慢裂纹扩展。

⑵Griffith能量分析：物体内储存的弹性应变能的降低大于等于开裂形成两个新表面所需

的表面能。（产生一条长度2C的裂纹，应变能降低为We，形成两个新断面所需表面能为Ws）。裂纹进一步扩展（2dc，单位面积所释放的能量为dWe/2dc，形成新的单位表面积所需的表面能为dWs/2dc。）当dWe/2dc

当dWe/2dc>dWs/2dc时，裂纹失稳，迅速扩展；当dWe/2dc=dWs/2dc时，为临界状态。

应用：尽数剪裁上通过反复折导致剪断。

11、选择材料的标准：δ<δc,即使用应力小于断裂应力；Ki

度因子；Kic为平面应变断裂韧性），即使用应力场强度因子小于平面应变断裂韧性12、裂纹的起源：1.由于晶体微观结构存在缺陷，当受外力作用时，在这些缺陷外就会

引起应力集中，导致裂纹成核。2.材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹；3.由于热应力引起裂纹。

裂纹的快速扩展（脆性材料）：临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度，一旦裂纹临界尺寸就迅速扩展使材料断裂。因为裂纹扩展力G=πCζ²/E,C↑,G↑而dWs/dc=2γ是常数，因此，裂纹一旦达到临界尺寸开始扩展，G就越来越大于2γ，知道破坏。

亚临界生长：在使用应力下，裂纹随时间的推移而缓慢扩张，这种缓慢扩展叫亚临界生长。

13、防止裂纹扩展的措施：1.作用应力不超过临界应力；2.在材料中设置吸收能量的机

构3.认为地在材料中造成大量极微细的裂纹也能吸收能量。

14、应力腐蚀理论：在一定的环境，温度和应力场强度因子作用下，材料中关键裂纹尖

端处，裂纹扩展动力与裂纹扩展阻力的比较构成裂纹开裂或止裂的条纹。

15、显微结构对材料脆性断裂的影响：晶粒尺寸愈小，强度愈高；气孔率增加，强度

和弹性模量降低。

16、提高无机材料强度改进材料韧性的途径：1.微晶，高密度与高纯度，消除缺陷，提

高晶体的完整性，强度增加。2.提高抗裂能力与预加应力。（钢化玻璃）表面造成一层压应力层，脆性断裂自表面开始断裂，预加应力吼需要克服该应力后才开始破坏。3.化学强化。改变表面化学的组成，使表面的摩尔体积比内部的大，由于表面受到内部材料的限制，就产生两向状态的压应力，从而使表面残余应力更高。通常是一种大离子置换小离子来提高压应力。4.相变增韧。利用多晶多相陶瓷中某些组成成分在不同温度的相变，体积增大使围观裂纹终止，从而达到增韧的效果。5.弥散增韧。在基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细粉料，达到增韧的效果。

17、F,m的选择原则（纤维与晶体的匹配原则）：1.使纤维尽可能多的承担外加负荷。为

此，应选用强度及弹性模量比基体高的纤维。2.二者的结合强度适当，否则基体中所承受的应力无法传递到纤维上。3.应力作用的方向与纤维平行，才能发挥纤维的作用，因此应注意纤维在基体中的排列。4.纤维与基体的热膨胀系数匹配，最好是纤维的热膨胀系数略大于基体。5.考虑二者在高温下的化学相容性。必须保证高温下不发生纤维性能降低的化学反应。6.必须使Vf>Vf临界，才能起到强化作用。

第三章

18、热容：物体温度升高1K所需要增加的能量热膨胀：物体的体积或长度随温度的

升高而增大的现象。比热：单位质量的热容。

19、晶态固体热容经验定律：1.杜隆—珀替定律（元素热容定律）：恒压下元素的原子

热容为25J/（K·mol）.实际上，大部分元素的原子热容都接近该值，特别在高温时符合地更好。局限：轻元素的原子热容有较大误差2柯普定律（化合物热容定律）：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。

20、爱因斯坦，德拜模型比热模型的异同：同：都是在量子理论的基础上求得热容的

表达式，且两者在高温时与经典公式一致；异：1.爱因斯坦比热模型假设的是每个原子都是一个独立的振子，原子之间彼此无关。所导出的热容值仅在高温下与经典公式一致，而德拜模型考虑了晶体中原子的相互作用，把晶体近似为连续介质，声频支的震动也近似的看作是连续的，与实验结果十分吻合；2.爱因斯坦模型的假设忽略可原子振动之间频率的差别，导致模型在低温时不准；德拜模型考虑了晶体中原子的相互作用，高于Wmax不在声频支而在光频支范围，对热容贡献小，可忽略。当温度很低时，即T<<θD,有Cv=12/5π4NK(T/θD)3,温度越低，近似越好。