材料物理性能 ppt课件

包括热容、热膨胀、热传导、热稳定性等等。本章学习这些热学性 能的有关概念、物理本质、影响因素、测量方法和工程意义。
第1节 热学性能的物理基础
1、各种热学性能的物理本质 材料各种热学性能的物理本质，均与晶格热振动有关。
晶格热振动：固体材料（包括晶体和非晶体），点阵中的质点（原子、离 子）实际上并不是固定不动的，而总是围绕其平衡位置作微小振动。如金 属铝、NaCl(面心立方)中离子…。
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材料物理性能
中南大学出版社 龙毅，李庆奎，强文江
第一章 材料的热学性能
热学性能：各种材料及其制品都是在一定温度环境下使用的，在使 用过程中将对不同的温度做出反映，所表现出的不同热物理性能。
如环境温度变化材料膨胀或收缩，同时吸收或放出热量，但不同材 料表现不同的值；材料各部分温度不同时…。
可将晶格热振动分解成三个方向的线性振动。设每个质点的质量为
m，在任一瞬间该质点在x方向的位移为xn。其相邻质点的位移为xn-1
xn+1 。该质点的运动方程为：
Em为微观弹
性模量。
描述： 相邻质点振动位移间的关系。
说明： 临近质点的振动存在一定的相位差，即各质点的热振动不是孤 立的，与临近质点存在相互作用。
《材料物理性能》
序论
1.材料的性能问题回顾
研究材料和生产材料的目的→材料 →材料能否达到要求和 优劣、性能价格比（科技发展对材料的性能要求越来越高）。
对于每一实际应用的材料→要求其具有一种或多种（综合）性能。 有些场合要求材料某方面的指标越高越好，如超导材料：在努力 提高其临界温度Tc，扩大其应用领域；有些场合要考虑其“性能价
通过材料性能的学习，可以掌握材料性能的基本概念、物理本质、 变化规律及性能指标的工程意义，了解影响材料性能的各种因素及材料 性能与其化学成分、组织结构间的关系，掌握改善和提高材料性能、充 分发挥材料性能潜力的主要途径，同时了解材料性能的测试原理、方法 及相关仪器设备。
只有这样才能在合理选用材料、提高材料性能和开发新材料过程中 具有必须的基本知识、基本技能和明确的思路。
热振动的剧烈程度与温度有关。温度不太高时各质点在其平衡位置作微 小振动，温度升高振动加剧，甚至产生扩散（非均质材料），温度升至一 定程度，振动周期破坏，材料熔化，晶体材料表现出固定熔点。
只讨论温度不太高时材料的热学性能。温度变化，质点热振动变化，导 致…。
第1节 热学性能的物理基础
2、质点的简谐振动方程
3、质点的热振动与物体热量 构成物体各质点热运动动能的总和即为物体的热量。温度升高，质
点振动频率和振幅增加，热量增加。与热容有关。
第1节 热学性能的物理基础
4、声频支振动和光频支振动 材料中质点间存在很强的相互作用力，一个质点的振动会影响其临近
如为什么合金热导率较纯金属低？为什么陶瓷材料较金属材料热膨胀系 数小？石墨与金刚石哪个热膨胀系数大？为什么？等等。 ●物理性能指标的工程意义：
物理性能指标在实际工程上有何应用。 ●了解物理性能指标的测试方法和原理，相关仪器，试样准备。 注意：金属材料、无机非金属材料、高分子材料表现出不同的物理性能， 如材料热稳定性（耐热震性）只对无机非金属材料有意义，导电热敏效 应只对半导体材料有意义等等。学习时将三大类材料物理性能的共性融 合在一起，同时兼顾其个性。
材料在不同制造工艺条件下所表现出来的承受加工的能力，是物理、 化学性能的综合。如铸造性能、塑性加工性能、焊接性能、切削加工 性能等。直接影响材料使用的方式、成本、生产效率等。
2.为什么要学习和研究材料的性能
材料性能学是材科科学与工程一级学科专业基础课。因为材料科 学的根本任务是：材料制备、提高材料性能、开发性能优异的新材料、 研究材料的应用，以满足各行业对材料性能要求日益提高的需要。最终 归结到材料性能上。
格 比”，即达到使用要求即可。
那么，性能如何表征和测试、性能的物理本质、影响性能的因素、 如何正确选择材料和提高材料的性能是材料科学的基础知识。
总之，我们使用和研究材料，必须首先对其性能要有充分的了解。
材料性能分类、概况？
材料的性能（使用性能和工艺性能）
●力学性能 在外力作用下所表现出的行为：
弹性变形、塑性变形、断裂→弹性模量、硬度、强度、塑性、韧性、
参考书：
材料物理性能 哈尔滨工业大学出版社 邱成军等 TB303/Q712
材料物理性能
机械工业出版社，陈騑騢
TB303/C417
金属材料物理性能
冶
无机材料物理性能
清华大学出版社 关振铎等
71.2241/460
工程材料的性能、设计与选材 机械工业出版社，柴惠芬,石德珂编
疲劳等等。作为结构材料最重要的性能指标。 ●物理性能
由材料的物理本质所决定的性能，如电子能带结构的不同决定材料 导电性的不同等。是材料在热、电、磁、光等作用下通过材料的物理 本质所表现出的不同性能。如密度、热膨胀性、导电性、磁性、导热 性、熔点等。作为功能材料最重要的性能指标。 ●化学性能
材料在一定环境条件下抵抗各种介质化学作用的能力。如耐腐蚀性 能、抗氧化性能等。 ★工艺性能
学习材料物理性能主要是为功能材料的研究和使用打基础。
本课程学习的内容和要求
学习热学性能、电学性能、磁学性能和光学性能。 ●掌握基本概念：
有关概念与现象及表征，如热导率、磁畴、硬磁与软磁材料、热电效 应、半导体的热敏、光敏现象等等。 ●物理本质：
如热膨胀是怎么产生的，不同材料为什么有不同的磁性等。从材料原 子结构、电子层、晶格运动等内部因素认识材料物理性能的本质和机理。 ●影响因素、与化学成分及组织结构之间的关系：
3.本课程的学习目的、内容
工程材料按照其用途可分为：结构材料和功能材料
●在以机械工业为主导的时代：主要使用结构材料，主要追求材料高强 度、高韧性、耐高温等，即材料力学性能。
●当今人类进入了信息时代：功能材料越来越重要，发展迅速。如信 息技术、电子计算机、机器人领域，太空、海洋等领域要求材料具有很 高的功能性。材料物理性能是功能材料的基础，如音像技术与材料的磁 学性能有关、超导材料与材料的电性能相关、隔热材料与材料的热学性 能相关、光导纤维与材料的光学性能有关等。