无机材料物理性能1力学

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材料物理性能第一章 (2)

在能源科学技术中的应用
i) 保温材料的优选和保温材料结构的优化设计。
ii) 远红外加热技术，以获得最佳的能量利用率。 iii) 太阳能的利用：要求尽可能多地吸收太阳辐射，
并且要最大限度地抑制集热器本身的热损。
在电子技术和计算机技术中的应用
i) 在超大规模集成电路（容量和密集度迅速增大）中，要求集成块的基底材料导热性能优良。
自由电子的贡献
CV CVl CVe T 3 T
点阵振动热容自由电子热容
常温下，自由电子热容微不足道高温和低温时，电子热容不能够忽略
合金成分的影响
合金的热容是每个组成元素热容与其质量百分比的乘积之和。
n
C X1C1 X 2C2 X nCn X iCi
无机材料的热容
高于D 时，趋于常数；低于D 时，与 T 3成正比与材料结构的关系不大相变时，热容出现了突变单位体积的热容与气孔率有关
Cp a bT cT 2
不同温度下某些陶瓷材料的热容
相变时，热容出现了突变。
金属材料的热容
➢ 自由电子对热容的贡献 ➢ 合金成分对热容的影响 ➢ 相变时的热容变化
电学、热学、磁学性能电学、光学性能电学、热学性能光学、热学、电学性能
课程内容
➢ 材料的热学、电学、磁学、光学等性能； ➢ 热学、电学、磁学、光学等现象的物理本质； ➢ 热学、电学、磁学、光学等性能的测量； ➢ 材料物理性能的工程意义及从理论上设计材料。
第一章材料的热学性能
热容热膨胀热传导热稳定性

3N

2

kT

e kT

2

无机材料物理性能-习题讲解

2. 已知金刚石的相对介电常数r=5.5，磁化率=-2.17×10-5，试计算光在金刚石中的传播速度
c c c v n rr r (1 ) 3 108 5.5 (1 2.17 105 ) 1.28108 m / s
引起散射的其它原因还有：缺陷、杂质、晶粒界面等。
7. 影响热导率的因素有哪些？
温度的影响:

低温：主要是声子传导。自由程则有随温度的升高而迅速降低的特点，低温时，上限为晶粒的距离，在高温时，下限为晶格的间距。

高温下热辐射显著，光子传导占优势；
在低温时，热导率λ与T3成比例。高温时,λ则迅速降低。结晶构造的影响：声子传导与晶格振动的非谐和有关。晶体结构越复杂，晶格振动的非谐和越大，自由行程则趋于变小，从而声子的散射大， λ 低。
9.证明固体材料的热膨胀系数不因内含均匀分散的气孔而改变
对于内含均匀分散气孔的固体材料，可视为固相与气相组成的复合材料，其热膨胀系数为：
V KW / K W /
i i i i i i i
由于空气组分的质量分数Wi≈0，所以气孔对热膨胀系数没有贡献。
10. 影响材料散热的因素有哪些？
第三章
材料的光学性能
---习题讲解
1. 试述光与固体材料的作用机理
在固体材料中出现的光学现象是电磁辐射与固体材料中的原子、离子或电子之间相互作用的结果。一般存在两种作用机理：一是电子极化，即在可见光范围内，电场分量与传播过程中遇到的每一个原子都发生相互作用，引起电子极化，即造成电子云和原子核的电荷中心发生相互位移，所以当光通过介质时，一部分能量被吸收同时光速减小，后者导致折射。二是电子能态转变：即电磁波的吸收和发射包含电子从一种能态向另一种能态转变的过程。材料的原子吸收了光子的能量之后可将较低能级的电子激发到较高能级上去，电子发生的能级变化与电磁波频率有关。

无机材料物理性能知识总结

第一章物理基础知识与理论物理性能本质：外界因素（作用物理量）作用于某一物体，如：外力、温度梯度、外加电场磁场、光照等，引起原子、分子或离子及电子的微观运动，在宏观上表现为感应物理量，感应物理量与作用物理量呈一定的关系，其中有一与材料本质有关的常数——材料的性能。

晶体结构：原子规则排列，主要体现是原子排列具有周期性，或者称长程有序。

非晶体结构：不具有长程有序。

点阵：晶体内部结构概括为是由一些相同点子在空间有规则作周期性无限分布，这些点子的总体称为点阵。

晶体由（基元）沿空间三个不同方向，各按一定的距离（周期性）地平移而构成，（基元）每一平移距离称为周期。

晶格的共同特点是具有周期性，可以用（原胞）和（基失）来描述。

分别求立方晶胞、面心晶胞和体心晶胞的原胞基失和原胞体积？（1）立方晶胞：（2）面心晶胞（3）体心晶胞晶体格子（简称晶格）：晶体中原子排列的具体形式。

晶列的特点：（1）一族平行晶列把所有点包括无遗。

（2）在一平面中，同族的相邻晶列之间的距离相等。

（3）通过一格点可以有无限多个晶列，其中每一晶列都有一族平行的晶列与之对应。

（4 ）有无限多族平行晶列。

晶面的特点：（1）通过任一格点，可以作全同的晶面与一晶面平行，构成一族平行晶面. （2）所有的格点都在一族平行的晶面上而无遗漏；（3）一族晶面平行且等距，各晶面上格点分布情况相同；（4）晶格中有无限多族的平行晶面。

格波：晶体中的原子在平衡位置附近的微振动具有波的形式。

色散关系：晶格振动谱，即频率和波矢的关系。

声子：晶格振动的能量是量子化的，晶格振动的量子单元称作声子，声子具有能量ħ ，与光子的区别是不具有真正的动量，这是由格波的特性决定的。

声学波与光学波的区别：前者是相邻原子的振动方向相同，波长很长时，格波为晶胞中心在振动，可以看作连续介质的弹性波；后者是相邻原子的振动方向相反，波长很长时，晶胞中心不动，晶胞中的原子作相对振动。

德布罗意假设:一切微观粒子都具有波粒二象性。

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。

无机材料物理性能第一章

非平衡态体系：准晶：采用淬冷方法，在不同的合金系统中发现了不符合传统结晶学理论的5次、8次、10 次与12次对称晶体。

无机非金属材料2010级
材料学
无机材料物理性能
正在发展中的几类材料：
•高温超导材料：高临界温度低（零）电阻材料
•中间化合物：两种或两种以上金属或类金属所形成的化合物。
•功能陶瓷：光纤维，介电，光电，磁性材料 •特种高温结构材料：高温陶瓷，高分子材料
无机非金属材料2010级
材料学
无机材料物理性能
围绕材料内部的一点P取一体积单元，体积元的六个面均垂直于坐标轴x,y,z。在这六个面上的作用应力可分解为法向应力σxx， σyy，σzz和剪应力τxyτyz，τzx等，如图1.2。
无机非金属材料2010级
材料学
无机材料物理性能
每个面上都有一个法向应力σ和两个剪应力τ。应力分量σ和τ 的下标第一个字母表示应力作用面的法线方向，第二个字母表示应力作用的方向。
法向应力若为拉应力，则规定为正；若为压应力，则规定为负
。剪应力分量的正负规定如下：如果体积元任一面上的法向应力与坐标轴的正方向相同，则该面上的剪应力指向坐标轴的正方向者为正；如果该面上的法向应力指向坐标轴的负方向，则剪应力指向坐标轴的负方向者为正。根据上述规定，图1.2上所表示的所有应力分量都是正的。根据平衡条件，体积元上相对的两个平行面上的法向应力应该是大小相等、正负号一样。作用在体积元上任一平面上的两个剪应力应该互相垂直。根据剪应力互等定理，τ xy=τ yx，余类推。故一点的应力状态由六个应力分量决定，即σ xx,σ yy,σ zz和τ xy，τ yz，τ zx。
无机非金属材料2010级
材料学

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》课后习题答案解析

课后习题《材料物理性能》第一章材料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。

解：由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。

1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。

若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。

解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。

则有当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。

0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =⨯==-σ名义应力0851.0100=-=∆=A A l l ε名义应变)(99510524.445006MPa A F T =⨯==-σ真应力)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =⨯+⨯=+=上限弹性模量)(1.323)8405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量1-11一圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉力F ，若其临界抗剪强度τf 为135 MPa,求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。

解：1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。

解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程：Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程：).1()()(0)0()1)(()1()(10//0----==∞=-∞=-=e EEe e Et t t στεσεεεσεττ；；则有：其蠕变曲线方程为：./)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为0123450.00.20.40.60.81.0σ(t )/σ(0)t/τ应力松弛曲线0123450.00.20.40.60.81.0ε(t )/ε(∞)t/τ应变蠕变曲线)(112)(1012.160cos /0015.060cos 1017.3)(1017.360cos 53cos 0015.060cos 0015.053cos 82332min 2MPa Pa N F F f =⨯=︒︒⨯⨯=⨯=︒⨯︒⨯=⇒︒⨯︒=πσπτπτ：此拉力下的法向应力为为：系统的剪切强度可表示由题意得图示方向滑移以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料力学性能的复杂性，我们会用到用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。

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。

无机材料物理性能总结

第二章无机材料的受力变形名义应力应力：单位面积所受的力。

σ=F/S真实应力应变：用来描述物体内部各质点之间的相对位移。

弹性形变：各向同性广义胡克定律：体积模量弹性系数k s ：大小反映了原子间的作用力曲线在r = r 0处斜率的大小。

弹性刚度系数大小实质上反映了原子间势能曲线极小值尖峭度的大小。

弹性系数k s 测定式架状结构石英和石英玻璃的架状结构是三维空间网络，几乎各向同性；晶体结构双链结构、环状结构（岛状结构）、层状结构为各向异性，因材料方向不同而差别很大。

温度：弹性常数随温度升高而降低。

并联模型：E u =V 2E 2+(1－V 2)E 1（上限）复相的弹性模量串联模型：1/E L =V 2/E 2+(1－V 2)/E 1（下限）应变松弛（或蠕变或徐变）：固体材料在恒定荷载下，变形随时间延续而缓慢增加的不平衡过程，或材料受力后内部原子由不平衡到平衡的过程。

当外力除去后，徐变变形不能立即消失。

应力松弛（或应力弛豫）：在持续外力作用下，发生变形着的物体，在总的变形值保持不变的情况下，由于徐变变形渐增，弹性变形相应的减小，由此使物体的内部应力随时间延续而逐渐减少。

或一个体系因外界原因引起的不平衡状态逐应力和应变正应变剪切应变弹性形变机理弹性模量影响因素因为大部分固体随温度升高而发生热膨胀现象，原子间结合力减弱因此温度对弹性刚度系数的影响，通常用弹性刚度系数的温度系数T C 表示。

应用：温度补偿材料，即一种异常的弹性性质材料（Tc 是正的)，补偿一般材料的负Tc值。

例如：低温石英有一个方向Tc 是正值，低温石英在570o C 通过四面体旋转，进行位移式相转变，变成充分膨胀的敞旷高温型石英结构。

原因：对高温石英和低温石英施加拉伸应力，前者由于Si －O －Si 键是直的，仅发生拉伸，后者除拉伸外，还有键角改变，即发生转动运动。

随着温度的增加，其刚度增加，温度系数为正值。

温度补偿材料具有敞旷结构，内部结构单位能发生较大转动的物质，这种敞旷式结构具有小的配位数。

无机材料的结构与性能分析

无机材料的结构与性能分析无机材料是指在化学成分上以金属元素和非金属元素为主体的化合物或混合物。

它们在生活中应用广泛，比如建筑材料、电子元器件、光学玻璃、汽车部件等。

而无机材料的结构与性能分析是非常重要的，因为它们直接影响了无机材料的应用效果。

一、无机材料的结构分析无机材料的结构通常分为晶体结构和非晶体结构两类。

1.晶体结构晶体是由具有规则排列的原子、离子或分子组成的固体，表现出一定的外形和性质。

晶体的结构通常是由几何形体与晶格点构成的。

几何形体是指原子组成的三维块状结构，而晶格点是指在晶体中由原子、离子或分子占据的特定位置，它们通过共享价电子和形成离子键、共价键以实现紧密结合。

晶体的结构可以用X 射线、电子衍射和中子衍射等手段进行分析。

以具有代表性的金刚石为例，金刚石的晶体结构为立方晶系，其中每个碳原子与四个相邻的碳原子等距离相连，这种强的共价键使得金刚石晶体含有高硬度和高折射率等优良性质，可用于工业领域的切割和磨损材料。

2.非晶体结构与晶体不同的是，非晶体是没有规则排列结构和长程周期的无定形物质，具有随机分布的结构。

它们由于内部的不规则性，导致其物理性质与晶体存在较大差异。

非晶体通常通过玻璃化技术或溅射薄膜技术等手段进行制备。

虽然非晶体因其固态无规则性与制备难度等原因一度备受忽略，但在一些高科技领域如薄膜太阳能电池、固态电池和光纤通信等方面已经展现出了强大的实用价值。

二、无机材料的性能分析无机材料的性能分析通常从材料的物理学、化学和机械学三个方面进行考量。

1.物理性能物理性能是指材料在内部和周围环境下表现出来的响应。

它包括热容、热导率、电阻率、介电常数、磁性等特性。

其中，介电常数和磁性是重要的功能性材料性能，因为它们与电磁波和电子的交互作用有关，对于光学和电子应用方面的材料设计具有重要意义。

以具有代表性的二氧化硅为例，二氧化硅具有高折射率、低荧光和机械强度高等性质，使得它在微电子材料、纳米表面修饰和槽层制备等领域中具有广泛应用。

无机材料物理性能

弹性模量：使物体产生伸长一倍变形量所需的应力上限弹性模量：两相通过并联组合得到混合系统的E 值称之~~下限弹性模量：两相通过串联组合得到混合系统的E 值称之~~粘弹性：某些非晶体或多晶体在应力较小时间时表现粘性弹性滞弹性：无机固体和金属的弹性模量依赖于时间的现象蠕变：当对粘弹性体施加恒定应力σ0时，其应变随时间而增加的现象弛豫：当施加恒定应变ε0在粘弹性体上，应力随时间而减小的现象。

影响蠕变的因素：1.温度2.应力3.显微结构的影响4.组成5.晶体结构塑性形变：指在一中外力移去后不能恢复的形变。

塑性形变的两种基本方式：滑移和孪晶声频支：相邻原子具有相同的振动方向光频支：相邻原子振动方向相反，形成了一个范围很小，频率很高的振动热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象热传导：当固体材料一端的温度比另一端高时，热量会从热端自动的传向冷端，这个现象就称~~。

声子热导的机理：声子与声子的碰撞产生能量转移(声子：声频波的量子)介质损耗：电场作用下，单位时间内电介质因发热而损耗的电能抗热震断裂性：材料发生瞬时断裂，抵抗这种破坏的性能。

抗热震损伤性：在热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落并不断发展，最终碎裂或变质，抵抗这类破坏的性能。

热应力因子：由于材料热膨胀或收缩引起的内应力双碱效应（中和效应）：当玻璃中碱金属离子总浓度较大时，碱离子总浓度相同的情况下，含两种碱金属离子比含一种碱金属离子的玻璃电导率要小。

当两种碱金属浓度比适当时，电导率可以降到很低。

压碱效应：含碱玻璃中加入二价金属氧化物，尤其是重金属氧化物，可使玻璃电导率降低热稳定性：材料在温度急剧变化而不被破坏的能力，也被称为抗热震性。

铁电体:能够自己极化的非线性介电材料，其电滞回路和铁磁体的磁滞回路形状相近似。

稳定传热：物体内温度分布不随时间改变。

载流子的迁移率：载流子在单位电场中的迁移速率。

移峰效应：在铁电体中引入某种添加物生成固溶体，改变原来的晶胞参数和离子间的相互关系，使居里点向低温或高温方向移动。

无机材料物理性能

最典型的是高分子材料；一些非晶体，有时甚至多晶体在比较小的应力时

实际固体中弹性应变的产生与消除需要有限时间。固体和金属这种与时间有关的弹性称为滞弹性。聚合物的粘弹性可以认为仅仅是严重发展的滞弹性。
粘弹性材料的力学性质与时间有关

蠕变：在恒定的应力时，材料的应变随时间增长而增加的现象。 Ec(t)= 0 / (t)
无机材料物理性能
芶立
教学方式与内容

教师讲授+课堂讨论+课后作业
Final exam(60%)+Practice(15%)+ Attendance(15%) + Discussion(10%)

考
核
:

教学内容: 突出基本概念、原理和关键点
重点：力学（塑性形变、微裂纹)/热学/光学/电学（介电） /磁学

•弹性模量E实际上和原子间结合力曲线上任一受力点的曲线斜率有关。在不变外力的情况下，tgα就反映了弹性模量E的大小。原子间结合力弱，如图中曲线 1，α1 较小， tgα1 较小，E1也就小；原子问结合力强，如图中曲线2，α2和tgα2 都较大，E2也就大。
两相系统中弹性模量的估算
先修课程：大学物理、理论力学、材料力学、材料科学基础
第一章无机材料的受力形变
无机材料的应力、应变及弹性形变

应力应变无机材料的弹性变形行为课堂讨论题: Al2O3片/Al片/硅橡胶受到压力时,会有哪些现象?产生这些现象的原因是什么?
无机材料的应力、应变及弹性形变

各种材料在外力作用下，发生形状和大小的变化，称为形变。应力: 单位面积上所受的内力

材料物理性能--第一章

下面考察 OA和OB 之间夹角变化。
OA与OA之间的畸变夹角为：
u 同理，OB与OB之间的畸变夹角为 y 由此可见，线段 OA与OB之间原来的直角 AOB减少 v u 了。 x y
v 1 v (v dx v) x dx x
因此，平面 xz与yz 之间的剪应变为：

在第三周期中(如Na，Mg，A1，Si等)弹性模量随原子序数一起增大，这与价电子数目的增加及原子半径的减小有关。周期表中同一族的元素(如Be，Mg，Ca，Sr，Ba 等)，随原子序数的增加和原子半径的增大弹性模量减小。可以认为，弹性模量E随原子间距a的减小

过渡族金属表现出特殊的规律性，它们的弹性模量都比较大(如Sc，Ti，V，Cr，Mn， Fe，Co，Ni等)，这可以认为是由于d-层电子引起较大原子结合力的缘故。它们与普通金属的不同处在于随着原子序数的增加出现一个最大值，且在同组过渡族金属中弹性模量与原子半径一起增大，这在理论上还没有解释。

含有纤维的复合材料，在平行于纤维的方向上受到张力的作用，引起纤维和基质同样的伸长，如果基质和纤维的泊松比相同，则复合材料的弹性模量可由上式给出。因为应变相同，所以主要的应力由弹性模量大的纤维来承担。同时，估算金属陶瓷、玻璃纤维、增强塑料以及在玻璃基体中含有晶体的半透明材料的弹性模量是比较满意的。
xy
大多数多晶材料虽然微观上各晶粒具有方向性，但因晶粒数量很大，且随机排列，故宏观上可以当作各向同性体处理。对于弹性形变，金属材料的泊松比为 0.29~0.33 ，无机材料为 0.2 ～ 0.25 。无机材料的弹性模量 E 随材料不同变化范围大，约为109 ～ 1011Pa。
单晶及具有织构的材料或复合材料（用纤维增强）具

《无机材料物理性能》课后习题答案.doc

解:&) 4.909x10 《材料物理馅能》第一章材料的力学性能1.1 一圆杆的直径为2.5 mm、长度为25cm并受到4500N的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm ,且拉伸变形后圆杆的体积不变，求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。

F 4500 、—= ---------------- =995( MPa)A 4.524x1()2真应变勺=In上=In色=In 7 = 0.0816 1° A 2.42名义应力a = — = —- =917 (MP。

) —o名义应变 ^ = - = —-1=0.0851/。

A山计算结果町知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。

1- 5 —陶瓷含体积百分比为95%的A12O3(E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa),试计算其上限和下限弹性模量。

若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。

解：令Ei=380GPa,E2=84GPa,Vi=0.95,V2=0.05。

则有上限弹性模量=E}V{ +E2V2 = 380 X 0.95 +84 X 0.05 =365.2(GF Q)下限弹性模量曲=(4 +生尸=(性 + 些广=323.1(。

「。

)E] E2 380 84当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0. 05代入经验计算公式E=E o(l-1.9P+O. 9P2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa和293. 1 GPa。

1-11 一圆柱形MO]晶体受轴向拉力F,若其临界抗剪强度弓为135 MPa,求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。

解：由题意得图示方向滑移系统的剪切强度可表示为:Feos 53。

T = -------- ；— x cos 600.00152〃r f xO.00152^- 2nFmin = ---------------- = 3.17 x 103 (N)m,n cos 53° X cos 60°此拉力下的法向应力为：(7 =317xI0_xcos60° = L12xl08(P€/) = 112(A/P6Z) 0.00152^/cos 60°0.0 应变蠕变曲线 =25.62 〜28.64GF“ 1-6试分别画出应力松弛利应变蠕变与时间的关系示意图,并算出t 二0, t=g 和L 二T 时的纵坐标表达式。

无机材料物理性能题库

无机材料物理性能题库一、填空题1、晶体中的塑性变形有两种基本方式：滑移和孪晶。

2、影响弹性模量的因素有晶体结构、温度、复相。

3、一各向异性材料，弹性模量E=109pa,泊松比u=0。

2，则其剪切模量G=（)。

4、裂纹有三种扩展方式或类型：掰开型，错开型和撕开型。

其中掰开型是低应力断裂的主要原因。

5、弹性模量E是一个只依赖于材料基本成份的参量，是原子间结合强度的一个标志，在工程中表征材料对弹性变形的抗力,即材料的刚度。

.6、无机材料的热冲击损坏有两种类型:抗热冲击断裂性和抗热冲击损伤性。

7、从对材料的形变及断裂的分析可知，在晶体结构稳定的情况下，控制强度的主要参数有三个：弹性模量,裂纹尺寸和表面能。

8、根据材料在弹性变形过程中应力和应变的响应特点，弹性可以分为理想弹性和非理想弹性两类。

9、Griffith微裂纹理论从能量的角度来研究裂纹扩展的条件，这个条件是物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。

（2分）10、在低碳钢的单向静拉伸试验中，整个拉伸过程中的变形可分为弹性变形、屈服变形、均匀塑性变形以及不均匀集中塑性变形4个阶段。

11、一25cm长的圆杆,直径2。

5mm，承受4500N的轴向拉力。

如直径拉伸成2.4mm，问:设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，拉伸后的长度为27.13 cm；在此拉力下的真应力为9.95×108 Pa、真应变为0。

082；在此拉力下的名义应力为9。

16×108 Pa、名义应变为0.085.12、热量是依晶格振动的格波来传递的,格波分为声频支和光频支两类。

13．激光的辐射3个条件：(1）形成分布反转，使受激辐射占优势；(2）具有共振腔，以实现光量子放大；（3）至少达到阀值电流密度,使增益至少等于损耗。

14、杜隆-伯替定律的内容是：恒压下元素的原子热容为25J/Kmol.15、在垂直入射的情况下，光在界面上的反射的多少取决于两种介质的相对折射率.18、导电材料中载流子是离子、电子和空位.19、金属材料电导的载流子是自由电子，而无机非金属材料电导的载流子可以是电子、电子空穴，或离子、离子空位。

无机材料物理性能1力学

材料物理性能 第一章 (2)

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