无机材料物理性能-讲义
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。
无机材料物理性能考点09级
1、材料的各种热性能的物理性质均与晶格振动有关。
2、无机材料的热容与材料结构的关系式不大的。
一、1、应力：每个面上有一个法向应力σ和两个剪应力τ。
应力分量σ，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：如果体积元任意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。
【虎克定律：ε=σ/E表达了应力与应变间的线性关系】2、弹性模量，温度升高，因热膨胀，原子间距变大，E降低。
Eu=E1+E2；Eu为两相系统弹性模量的最高值，称为上限模量。
1/EL=V2/E2+V1/E1；如果两相的应力相同，则可得两相系统弹性模量的最低值EL，该值也叫下限模量。
计算弹性模量经验公式：E=E0（1—1.9P+0.9P*P）；E0为材料无气孔时的弹性模量，P为气孔率。
当气孔率达50%时此式仍可用。
3、粘弹性：一些非晶体，有时甚至多晶体在比较小的应力时可以同时变现出粘性和弹性的性质。
滞弹性：无机固体和金属，作用应力引起弹性应变以及应力消失应变消除需要有限时间，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。
】【弛豫：如果施加恒定应变ε0，则应力将随时间减小，这种现象叫弛豫。
】4、晶格滑移：晶体受力时，晶体的一部分相对于另一部分发生平移滑动，叫做滑移。
规律：晶体中滑移总是发生在主要晶面和主要晶向上（这些晶面和晶向指数小，原子密度大，柏氏矢量小）。
（滑移面和滑动方向组成晶体的滑移系统）。
影响因素：①几何因素②静电作用因素。
滑移面上F方向的应力：σ=Fcosυ/A，此应力在滑移方向上的分剪应力为τ=Fcosυ/A×cosλ（当τ≥τ0时，发生滑移）。
5、位错：指晶体材料的一种内部微观缺陷，即原子的局部不规则排列（晶体学缺陷）。
无机材料物理性能第一章
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
无机材料物理性能第11讲
n T
VG
Gn＋VB
n B
n = -1时，相当于串联状态；n = 1时相当于并联状态；n = 0时，
对应于晶粒均匀分散在晶界中的
情况。
ln T VG ln G＋VB ln B
实际材料中，当晶粒和晶界之间 的电导率、介电常数、多数载流 子差异很大时，往往在晶粒和晶 界之间产生相互作用，引起各种 陶瓷材料特有的晶界效应。
由于Cooper电子对受声子散射时，不会改变它的总动量， 因此也不会改变电流，这样即使去掉外场，电流也不会减少， 因而获得超导电性。由于Cooper电子对的束缚能比较小，因此 只有在低温下，也即只有在临界温度以下， 才能形成Cooper 电子对，出现超导相。
获得Nobel prize in 1972
不同的原因。 2. 本征半导体材料的导电机理及电学特性。 3. PN结的形成过程。 4. PN结为什么具有单向导电性？ 5. 超导体的两个基本特征和三个重要指标是什么？ 6. 画图分析两种导体组成的回路中产生的热电效应（设两
接触端温度不同）。
第6章 无机材料的电导
第6章 无机材料的电导
二、表面效应
表面效应：半导体表面吸附气体时电导率发生变化。 吸附气体的种类：H2、O2、CO、CH4、H2O等。
第6章 无机材料的电导
三、西贝克效应（温差电动势效应）
半导体陶瓷的西贝克效应
第6章 无机材料的电导
概念：半导体两端有温差时，由于多数载流子要扩散到冷 端，结果在半导体两端就产生了温差电动势，这种现象称 为西贝克效应。
第6章 无机材料的电导
6. 陶瓷超导体
1966年在陶瓷中首次发现超导特性；
1986年发现临界温度高于30K的陶 瓷（LaBa)2CuO4 (1987年获得诺贝 尔物理奖)
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。
无机材料物理性能第2讲
抗蠕变性能就较好。
1.6 无机材料的超塑性
超塑性：一些晶粒尺寸非常细小的无机材料在较高温度下 受到一个缓慢增大的荷载作用时，其永久形变能力发生较 大幅度的提高，远大于常规变形极限的现象。
超塑性
相变超塑性：由于材料发生结构相变而导致永 久性的各向异性尺寸变化。
如果玻璃相不润湿晶相，则晶界为晶粒与晶粒结合， 抵抗蠕变的性能就好；如果玻璃相完全湿润晶相， 玻璃相穿入晶界，将晶粒包围，就形成了抗蠕变最 薄弱的结构，抵抗蠕变的性能就差，其它湿润程度处 在二者之间。
➢ 4.组成 组成不同的材料其蠕变行为不同。 即使组成相同，单独存在和形成化合物，其蠕 变行为不一样。
柏氏矢量具有守恒性，一根不分叉的任何形状的位错 只有一个柏氏矢量。
三、 塑性形变速率对屈服强度的影响
YS m
式中，m为位错运动速率的应力敏感性指数。
1.4 高温下玻璃相的黏性流动
dv
dx
dv 或
dx
dr
dt
式中，常数为粘性系数或粘度，单位为 Pa s
这一定律称为牛顿定律，符合这一定律的流体叫 牛顿液体。
e u 2
0 E kT sinh
23
2kT
1
根据牛顿定律 : dv , 得:
1
dx
1
1
2
eE
0
kT
sinh 231
3kT
可近似认为
1
2
3
, 则：
expE kT
式中:
v
2
0
sinh
0
2kT
E —没有剪应力时的势垒高度；
—频率，即每秒超过势垒的次数； 0
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。
无机材料物理性能第1讲
第1节 应力与应变 第2节 无机材料的弹性形变 第3节 无机材料中晶相的塑性形变 第4节 高温下玻璃相的黏性流动 第5节 无机材料的高温蠕变 第6节 无机材料的超塑性
第1节 应力与应变
形变：材料在外力作用下发生形状和大小的变化。
图1.1 钢筋拉伸试验试样
图1.2 不同材料的拉伸应力-应变曲线
应力分量：
材料内一点的应力状 态如何？？？
。
。
图1.4 应力分量
二、应变
定义：外力作用下物体内部各质点之间的相对位移。
1. 名义应变和真实应变
一根长度为L0的杆，在单向拉应力作用下被拉长 到 L1 ，则：
(L1 L0 ) L0 L L0
称为名义应变（或工程应变）。
如果上式中分母不是L0 ，而是随拉伸而变化的真 实长度 L，则真实应变为
F
A
工程应力（名义应力）： 0 F A0
真实应力（真应力）:（2-1） F
A
也可分为：正应力和剪应力。
正应力（或法向应力）：外力方向与作用面垂直的应
力，以σ表示。
S0 S
正应力的作用结果？
想想看：力（载荷）如何作用和传递到材料内部？
外力方向与作用面方向平行时的应力为剪应力。
图1.3 剪切应变
剪应力作用结果？
压应力使原子间距变小，曲线上该点的斜率增大， 因而E将增大；张应力使原子间距离增加，因而E下降。 （实际上，压缩模量通常大于拉伸模量。）
图1.9 一些无机材料的弹性模量随温度的变化情况
（a）一些典型陶瓷材料；（b）用碳毡增强的C/C复合材料
知识拓展：弹性模量和熔点及原子体积的关系
✓ 一般地，弹性模量与熔点成正比。如，在300K下，两者 之间满足如下关系：
无机材料物理性能：介电6.4
6.4.3 电击穿
固体介质电击穿的碰撞电离理论： 在强电场作用下，固体导带中可能因冷或热发射存在一 些电子，这些电子被加速，获得动能； 高速电子与晶格振动相互作用，把能量传递给晶格； 上述两个过程在一定温度和场强下平衡时，固体介质有 稳定的电导； 当电子从电场中获得能量大于传递给晶格振动能量时， 电子动能越来越大； 大到一定值，电子与晶格振动的相互作用导致电离产生 新电子，使电子数目迅速增加，电导进入不稳定状态， 发生击穿。
6.4 介电强度
6.4.1 介质在电场中的破坏 介质的击穿：外加电场强度超过某一临界值时，介 质由介电状态变为导电状态的现象。 介电强度：相应的临界电场强度。 6耗而受热；
当外加电压足够高时，散热和发热从平衡状态转入非 平衡状态，介质的温度将越来越高，直至出现永久性 破坏。
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 完美版
/register.php?invitecode=7db8407acaii1hHt名词解释【力学】牛顿流体：受力后极易变形，剪切力跟速度梯度成正比符合牛顿定律的的流体；粘性系数：粘性：液体在流动时，在其分子间产生摩擦的性质，粘性大小用粘度表示，是用来表征液体性质相关的阻力因子；热稳定系数：材料承受温度急剧变化而不致破坏的能力，又称抗热震性；热冲击断裂性：材料发生瞬间断裂，抵抗这类破坏的性能；抗热冲击损伤性：热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落并不断扩展，最终破裂或变质，抵抗这类破坏的性能；静态疲劳(亚临界生长)：裂纹在使用应力下，随着时间的推移而缓慢扩展，这种缓慢扩展也称亚临界生长或静态疲劳；动态疲劳：材料在循环应力或渐增应力作用下的延时破坏；Griffith微裂纹理论：实际材料中总存在许多的细小裂纹或缺陷，在外力作用下这些裂纹和缺陷附近产生应力集中现象，当应力达到一定程度时，裂纹就开始扩展而导致断裂，故断裂不是两部分晶体同时沿整个界面拉断，而是裂纹扩展的结果；【热学】声子：晶格振动能量的量子化单元hw称为声子，h为普朗克常数，w 为晶格振动的角频率，对应每一次晶格热振动，晶体内部产生或吸收一个声子，声子是虚拟粒子，是原子激发的形态之一；格波：晶格中的所有原子以相同频率振动而形成的波，或某一个原子在平衡位置附近的振动是以波的形式在晶体中传播形成的波；晶格热振动：晶体中原子以平衡位置为中心不停地振动，是产生热容、热膨胀等现象的物理基础；热膨胀系数：物体由于温度改变而有胀缩现象，其变化能力以等压下，单位温度所导致的体积变化来表示；能流密度：在一定空间范围内，单位面积所取得的或单位重量能源所产生的某种能源的能量或功率，是评价能源的主要指标；热导率(热导系数)：是指单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量，单位是w/m2.k；【电学】电流密度：描述电路中某点电流强弱和流动方向的物理量，矢量，大小等于单位时间内通过垂直于电流方向单位面积的电量，正电荷流动方向为正方向；电导率：介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度；即电阻率的倒数，物理意义表示物质导电性能；载流子迁移率：载流子在单位电场作用下的平均漂移速率，即载流子在电场作用下运动速度的快慢量度，运动越快迁移率越大；半导体施主能级：一个能级被电子占用时成中性，不被电子占据时带正电；受主能级：一个能级不被电子占据时成中性，被电子占据时带负电；西贝克效应(温差电动势效应)：由于两种不同的电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间电压差的热电现象，具体说：半导体材料的两端如果有温度差，则在较高温度区有更多的电子被激发到导带中去，但热电子趋向于扩散到较冷的区域，当这两种效应引起的化学势梯度和电场梯度相等其方向相反时，就达到稳定状态，多数载流子扩散到冷端，产生△V/△T，结果在半导体两端就产生温差电动势；【介介电性质】正温度系数效应PTC：价控型BaTiO3半导体在居里点(正方相↔立方相相变点)附近，电阻率随温度而发生突变的现象，机理是几何半导体陶瓷晶界上具有表面能级，此表面能级可捕获载流子，从而在两边晶粒内产生一层电子损耗层，形成肖特基势垒，该势垒与介电常数有关，当温度高于居里点，介电常数剧减，势垒增加，电阻率增加；压敏效应：a.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，电阻值非常之高，几乎无电流通过，超过该临界电压，电阻迅速降低，让电流流过。
无机材料物理性能31热容32线膨胀幻灯片
无机材料物理性能31热容32线膨胀幻灯片热容和线膨胀是无机材料的两个重要物理性能。
热容是指物质吸收热量时温度升高的数量，而线膨胀是指物质在温度变化下的长度或体积发生的变化。
这两个性能对于无机材料的研究和应用具有重要意义。
下面将分别介绍热容和线膨胀的相关知识。
一、热容热容是物质吸收热量时温度上升的程度。
它是指单位质量或单位体积物质温度上升一个单位温度所需的热量。
热容的计量单位是焦耳/开尔文（J/K）。
热容是描述物质热惯性的一个重要指标。
物质的热容可以通过加热物质并测量温度变化来确定。
不同的材料具有不同的热容值，这是因为不同材料的内部结构不同，分子间相互作用力的强弱不同。
热容的大小对于材料的热传导和热扩散过程起着重要影响。
热容大的材料在吸收热量时会有较大的温度变化，而热容小的材料则温度变化较小。
热容也与材料的热稳定性和热膨胀系数有关。
热容大的材料在热膨胀过程中会有较大的形变。
二、线膨胀线膨胀是指物质在温度变化下长度发生变化的现象。
一般来说，物质在升高温度时会线膨胀，而在降低温度时会线收缩。
线膨胀也是一个描述物质热惯性的指标。
线膨胀是由材料的内部分子结构和化学键的性质决定的。
不同的材料具有不同的线膨胀系数，其计量单位是1/开尔文（1/K）。
线膨胀系数是指单位长度物质温度升高一个单位温度时长度增加的比例。
线膨胀系数可以通过实验测量得到。
线膨胀过程对于无机材料的应用至关重要。
材料的线膨胀性能决定了材料在温度变化下是否会产生应力和变形。
例如，铁路线路的轨道材料必须具有良好的线膨胀性能，以适应不同温度下的长度变化。
此外，线膨胀性能还对电子器件的热稳定性和封装工艺起着重要作用。
总之，热容和线膨胀是无机材料的两个重要物理性能。
热容描述了物质吸热能力的大小，线膨胀描述了物质在温度变化下长度变化的程度。
这两个性能对于无机材料的研究和应用具有重要意义，对于热传导、热稳定性和应力变形等方面产生影响。
无机材料物理性能第4讲
自学
3.3.4 裂纹扩展阻力曲线
3.4 无机材料中裂纹的缓慢扩展
裂纹扩展的三种形式（按裂纹扩展速率划分）： ➢ 快速失稳扩展 ➢ 稳态扩展 ➢ 缓慢扩展
裂纹缓慢扩展的结果：裂纹尺寸逐渐加大，直 至达到临界尺寸转变为失稳而导致材料的断裂。
注意：裂纹缓慢扩展与稳态扩展的区别？（教材P71）
材料的强度取决于荷载作用的时间或加载速率， 这种现象称为疲劳。包括：
材料力学性能的微观本质
宏观行为（性能）
微观本质
弹性变形 塑性变形
粘弹性变形 蠕变
键合在不破坏条件下的伸缩或旋转 （可逆）
晶体的滑移、孪晶、扭折；非晶体 的粘性流动（不可逆）
高分子链段的伸展+粘性流动
晶格滑移、晶界滑移、原子扩散
断裂 磨损
裂纹萌生+裂纹扩展 表面局部塑性变形+断裂
裂纹尖端附近空腔的形成
一些多晶多相陶瓷（如热压 Si3N4）在高温下长期受力作用， 晶界玻璃相的结构粘度下降， 毛细管力在此处引起局部应力， 使晶界发生蠕变或粘性流动， 晶界处的气孔、夹杂物及结构 缺陷逐渐长大，形成空腔，空 腔进一步沿晶界方向长大、联 通形成次裂纹，与主裂纹汇合 就形成裂纹的缓慢扩展。
3.3 显微结构对断裂韧性的影响
➢ 无机材料的断裂韧性较低的根本原因：在裂纹扩 展过程中，除了形成新表面消耗能量之外，几乎 就没有其他可以显著消耗能量的机制
➢ 提高无机材料的断裂韧性的出发点：调整材料的 显微结构，以进一步提高材料的裂纹扩展阻力
➢ 增韧措施：裂纹偏转增韧、裂纹桥接增韧、微裂 纹增韧、相变增韧
增韧机理：当主裂纹遇到这些裂纹时会发生分叉转 向前进，增加扩展过程中的表面能；同时，主裂纹 尖端应力集中被松弛，致使扩展速度减慢，从而使 材料的韧性增加。
无机材料物理性能第3讲
2.1.1 固体材料的理论断裂强度
1、理论断裂强度的物理模型
σ
在外力作用下，解理面间
的原子结合遭到破坏，从而引
a0
起晶体的脆性断裂。当原子处
于平衡位置时，原子间的作用
m
n 力为零；在拉应力作用下，原
子间距増大，引力也增大。原
子间结合力—原子间距曲线上 的最高点代表晶体的最大结合
力，即理论断裂强度th 。
2.3 无机材料断裂强度测试方法（自学）
要求：
1、搞懂为什么通常测试无机材料断裂强度要采取弯 曲方法，而不测拉伸强度？
2、熟悉弯曲强度测试方法的加载方式、试样形状及 尺寸、强度计算公式。
3、了解陶瓷材料按其强度下限值分类的方法。 4、搞懂实验室制备与工业化生产材料的强度差异的
原因？
注：GB/T 6569-1986 <<工程陶瓷弯曲强度实验方法>> 已被GB/T 6569-2006 <<精细陶瓷弯曲强度试验方法>> 代替！
2、 Inglis裂纹尖端应力集中理论 Inglis （英格里斯）1913年提出。
该理论考虑了裂纹端部一点的应力，认为当tip等于材 料的理论强度时，裂纹就会被拉开，c 随之变大， tip又 进一步增加。如此恶性循环，导致材料迅速断裂。
σ
tip 2
c a
E
a
σtip
σtip
c
E
4c
仅考虑了裂纹端部一点
通常情况下，≈E/100，th ≈ E/10； 熔融石英纤维 th=24.1GPa E/4 碳化硅晶须 th=6.47GPa E/23 氧化铝晶须 th=15.2GPa E/33 尺寸较大的材料实际强度比理论强度低