材料物理课程总结 PPT课件
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《材料物理总复习》PPT课件
• (1)材料必须多孔，并且相互连通的气孔 要多。 • (2)吸声材料应不易虫蛀、腐朽，且不易 燃烧。 • (3)吸声材料强度一般较低，应设置在墙 裙以上，以免碰撞破坏。 • (4)吸声材料均匀分布在室内各个表面上， 不应只集中在天花板或墙壁的局部。
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动画
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60
第六章 材料的声学
• 6.1 声波的产生与传播 • 6.2 室内声波和吸声材料 • 6.3 水中声学和水声材料 • 6.4 其他声学及其材料
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43
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45
光在材料中传播时，遇到不均匀的结构产生的次级波， 与主波方向不一致，会与主波合成出现干涉现象，使光 偏离原来的方向，从而引起散射现象。
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动画
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42
• 为什么金属材料的吸收系数大？而绝缘材 料的吸收系数小？
• 金属的价电子处于未满带，吸收光子后呈激发态，发生碰 撞而发热。金属和半导体吸收系数都很大。
• 绝缘体吸收系数小是由于其价电子所处的能带是满带的， 光子能量不足以使价电子跃迁到导带，在可见光波长区域 吸收系数小，但是在紫外光区域，光子能量越来越大，直 到光子能量达到禁带宽度，绝缘性材料的电子会吸收光子 能量从满带跃迁到导带，使其在紫外光区域吸收系数急剧 增大。
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第六章 材料的声学
• 6.1 声波的产生与传播 • 6.2 室内声波和吸声材料 • 6.3 水中声学和水声材料 • 6.4 其他声学及其材料
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光在材料中传播时，遇到不均匀的结构产生的次级波， 与主波方向不一致，会与主波合成出现干涉现象，使光 偏离原来的方向，从而引起散射现象。
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• 为什么金属材料的吸收系数大？而绝缘材 料的吸收系数小？
• 金属的价电子处于未满带，吸收光子后呈激发态，发生碰 撞而发热。金属和半导体吸收系数都很大。
• 绝缘体吸收系数小是由于其价电子所处的能带是满带的， 光子能量不足以使价电子跃迁到导带，在可见光波长区域 吸收系数小，但是在紫外光区域，光子能量越来越大，直 到光子能量达到禁带宽度，绝缘性材料的电子会吸收光子 能量从满带跃迁到导带，使其在紫外光区域吸收系数急剧 增大。
材料物理性能(课件)
· 热重法(Thermogravimetry)： 测量质量与温度的关系 。 · 用途： 测量有机物分解温度 ， 研究高聚物的热稳定性
TIM
Ni(OH)2
19
（二）热容
■ 热分析方法 · 差热分析(Differential thermal analysis, DTA)： 测量试样与参比物之 间温差与时间或温度的关系 。分析所采用的参比物应是热惰性物质 ， 即在 整个测试温度范围内不发生分解、相变和破坏 ，也不与被测物质发生化学 反应 。参比物的热容、热传导系数等应尽量与试样接近。
5
（一 ）热学性能的物理基础
■ 晶格热振动
· 晶格热振动： 晶体点阵中质点围绕平衡位置的微小振动 。材料 热学性能的物理本质均与其晶格热振动相关。 · 晶格振动是三维的 ， 当振动很微弱时 ， 可认为原子作简谐振动。 振动频率随弹性模量Em增大而提高。
x=ACOS(ot+p)
· 温度升高时质点动能增大 ， 1/2 mv2= 1/2 kT, ∑ (动能)i ＝热能 · 质点热振动相互影响 ，相邻质点间的振动存在一定的相位差， 晶格振动以波（格波） 的形式在整个材料内传播 。格波在固体中的 传播速度： v = 3 * 103m/s, 晶格常数a为10-10 m数量级 ，格波最高频 率：v / 2a = 1.5 * 1013 Hz · 频率极低的格波： 声频支振动； 频率极高的格波： 光频支振动
■ 亚稳态组织转变为稳定态要释放 热量 ，热容 －温度曲线向下拐折。
H
TC
T
二级相变焓和热容随温度的变化
17
（二）热容
■ 热容的测量
· 量热计法 。低温及中温区： 电加热法 · 高温区：撒克司法
P：搅拌器 ，C： 量热器筒 18
TIM
Ni(OH)2
19
（二）热容
■ 热分析方法 · 差热分析(Differential thermal analysis, DTA)： 测量试样与参比物之 间温差与时间或温度的关系 。分析所采用的参比物应是热惰性物质 ， 即在 整个测试温度范围内不发生分解、相变和破坏 ，也不与被测物质发生化学 反应 。参比物的热容、热传导系数等应尽量与试样接近。
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（一 ）热学性能的物理基础
■ 晶格热振动
· 晶格热振动： 晶体点阵中质点围绕平衡位置的微小振动 。材料 热学性能的物理本质均与其晶格热振动相关。 · 晶格振动是三维的 ， 当振动很微弱时 ， 可认为原子作简谐振动。 振动频率随弹性模量Em增大而提高。
x=ACOS(ot+p)
· 温度升高时质点动能增大 ， 1/2 mv2= 1/2 kT, ∑ (动能)i ＝热能 · 质点热振动相互影响 ，相邻质点间的振动存在一定的相位差， 晶格振动以波（格波） 的形式在整个材料内传播 。格波在固体中的 传播速度： v = 3 * 103m/s, 晶格常数a为10-10 m数量级 ，格波最高频 率：v / 2a = 1.5 * 1013 Hz · 频率极低的格波： 声频支振动； 频率极高的格波： 光频支振动
■ 亚稳态组织转变为稳定态要释放 热量 ，热容 －温度曲线向下拐折。
H
TC
T
二级相变焓和热容随温度的变化
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（二）热容
■ 热容的测量
· 量热计法 。低温及中温区： 电加热法 · 高温区：撒克司法
P：搅拌器 ，C： 量热器筒 18
材料的基本物理性质与力学性质(ppt57页)
D V o 100% Vo
影响材料的：强度 ；吸水性 耐久性 ；导热性
5、孔隙率－指材料体积内，孔隙体积与 总体积之比。直接反映材料的致密程度。
公式:
P Vo V 1 V (1 o ) 100%
孔隙率与Vo 密实度V的o 关系:
P+D=1
孔结构－孔隙率＋孔径尺寸＋开口形状
影响材料的: 强度、 吸水性、耐久性、 导热性
• 塑性－材料在外力的作用下产生变形，当外 力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并 且不产生裂缝的性质。
• 实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性 变形。
荷载 A
弹塑性材料的变 形曲线
0
b a 变形
ob—塑性变形 ab—弹性变形
低碳钢的应力应变(σ～ε)曲线
第1章
内 容： ➢ 材料的基本物理性质 ➢ 材料的基本力学性质 ➢ 材料的耐久性
1.1 材料的基本物理性质
内 容： • 材料的状态参数 • 材料的结构参数 • 材料与水有关的性质 • 材料的热工性质
一、材料的状态参数
1、密度----材料在绝对密实状态下单位体积的 质量。单位g/cm3或kg/m3。
公式 :
Q
At(T2 T1)
式中 λ－热导率（W/m.K） 热阻 R=1/ λ
Q－传导的热量（J）
A－热传导面积（m2）
δ－材料的厚度（m）
t－热传导时间（s）
(T2-T1)－材料两侧温差（K）
• 材料的热导率越小，绝热性能越好。 • 影响热导率的因素：
材料内部的孔隙构造－密闭的空气使λ降低
材料的含水情况－含水、结冰使λ增大 • 常见热导率参数：
• 泡沫塑料 λ＝0.035 水 λ＝0.58 • 大理石 λ＝3.5 冰 λ＝2.2 • 钢材 λ＝58 空气 λ＝0.023 • 混凝土 λ＝1.51 松木 λ＝1.17～0.35
影响材料的：强度 ；吸水性 耐久性 ；导热性
5、孔隙率－指材料体积内，孔隙体积与 总体积之比。直接反映材料的致密程度。
公式:
P Vo V 1 V (1 o ) 100%
孔隙率与Vo 密实度V的o 关系:
P+D=1
孔结构－孔隙率＋孔径尺寸＋开口形状
影响材料的: 强度、 吸水性、耐久性、 导热性
• 塑性－材料在外力的作用下产生变形，当外 力取消后，仍保持变形后的形状和尺寸，并 且不产生裂缝的性质。
• 实际的材料并不存在理想的弹性变形和塑性 变形。
荷载 A
弹塑性材料的变 形曲线
0
b a 变形
ob—塑性变形 ab—弹性变形
低碳钢的应力应变(σ～ε)曲线
第1章
内 容： ➢ 材料的基本物理性质 ➢ 材料的基本力学性质 ➢ 材料的耐久性
1.1 材料的基本物理性质
内 容： • 材料的状态参数 • 材料的结构参数 • 材料与水有关的性质 • 材料的热工性质
一、材料的状态参数
1、密度----材料在绝对密实状态下单位体积的 质量。单位g/cm3或kg/m3。
公式 :
Q
At(T2 T1)
式中 λ－热导率（W/m.K） 热阻 R=1/ λ
Q－传导的热量（J）
A－热传导面积（m2）
δ－材料的厚度（m）
t－热传导时间（s）
(T2-T1)－材料两侧温差（K）
• 材料的热导率越小，绝热性能越好。 • 影响热导率的因素：
材料内部的孔隙构造－密闭的空气使λ降低
材料的含水情况－含水、结冰使λ增大 • 常见热导率参数：
• 泡沫塑料 λ＝0.035 水 λ＝0.58 • 大理石 λ＝3.5 冰 λ＝2.2 • 钢材 λ＝58 空气 λ＝0.023 • 混凝土 λ＝1.51 松木 λ＝1.17～0.35
材料物理学ppt课件
Vx12kx2 22m02x2
式中k， 4202m；k弹性系数 0固 ；有频率
代入薛定谔方程， 得到谐振子的运动微分方程：
2 2 V E
2m
2 2m
d 2
dx2
2
2m02 x2
E
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
的几率 ），波函数是空间和时间的函数，并且是复数，
即Φ = Φ(x，y，z，t)
自由粒子(动量、能量不随时间或位置改变）的波函数：
2 i ( px Et )
0e h
r,t
Ae
i
( Et
pr )
0 、 A 常数
（描述自由粒子的波是平面波）
波函数的性质：波函数乘上一个常数后，所描写的粒子状态不变（粒子在 空间各点出现的几率总和等于1，所以粒子在空间各点出现的几率只决定于 波函数在各点强度的比例，而不决定于强度的绝对大小）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
量子力学的应用
⑴一维势阱问题 势阱—在某一定区域内，势能有固定的值。 设一粒子处于势能为V的势场中，沿x方向做一维运动，势能满足下列边界条件：
V
0xa，Vx0
x0和xa，Vx
t
(1.6)
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
③定态薛定谔方程 由于势能与时间无关，薛定谔方程可进行简化．设方程的一种特解为：
x ,y ,z .t. x ,y ,z ft
式中k， 4202m；k弹性系数 0固 ；有频率
代入薛定谔方程， 得到谐振子的运动微分方程：
2 2 V E
2m
2 2m
d 2
dx2
2
2m02 x2
E
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
的几率 ），波函数是空间和时间的函数，并且是复数，
即Φ = Φ(x，y，z，t)
自由粒子(动量、能量不随时间或位置改变）的波函数：
2 i ( px Et )
0e h
r,t
Ae
i
( Et
pr )
0 、 A 常数
（描述自由粒子的波是平面波）
波函数的性质：波函数乘上一个常数后，所描写的粒子状态不变（粒子在 空间各点出现的几率总和等于1，所以粒子在空间各点出现的几率只决定于 波函数在各点强度的比例，而不决定于强度的绝对大小）。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
量子力学的应用
⑴一维势阱问题 势阱—在某一定区域内，势能有固定的值。 设一粒子处于势能为V的势场中，沿x方向做一维运动，势能满足下列边界条件：
V
0xa，Vx0
x0和xa，Vx
t
(1.6)
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
③定态薛定谔方程 由于势能与时间无关，薛定谔方程可进行简化．设方程的一种特解为：
x ,y ,z .t. x ,y ,z ft
《材料物理化学》PPT课件
材料是全球新技术革命的四大标志之一 （新材料技术、新能源技术、信息技术、 生物技术）。
什么是材料科学？
材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、 热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边 缘交叉基础应用学科，它运用电子显微镜、X-射线衍射、 热谱、电子离子探针等各种精密仪器和技术，探讨材料的 组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、 化学性能之间的规律的一门基础应用学科，是研究材料共 性的一门学科。
大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、 硅石、菱镁矿、白云母等）为原料制造的。
3. 有机高分子材料（高聚物）
高聚物是由一种或几种简单低 分子化合物经聚合而组成的分子量 很大的化合物。高聚物的种类繁多， 性能各异，其分类的方法多种多样。 按高分子材料来源分为天然高分子 材料和合成高分子材料；按材料的 性能和用途可将高聚物分为橡胶、 纤维、塑料和胶粘剂等。
特种玻璃（亦称为新型玻璃）是指采用精制、高 纯或新型原料，通过新工艺在特殊条件下或严格控制 形成过程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃。
特种玻璃包括SiO2含量在85%以上或55%以下的硅 酸盐玻璃、非硅酸盐氧化物玻璃（硼酸盐、磷酸盐、 锗酸盐、碲酸盐、铝酸盐及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）、 非氧化物玻璃（卤化物、氮化物、硫化物、硫卤化物、 金属玻璃等）以及光学纤维等。
复合材料的种类繁多，目前还没有统 一的分类方法，下面根据复合材料的三要素 来分类。按基体材料分类，有金属基复合材 料，陶瓷基复合材料，水泥、混凝土基复合 材料，塑料基复合材料，橡胶基复合材料等； 按增强剂形状可分为粒子、纤维及层状复合 材料；依据复合材料的性能可分为结构复合 材料和功能复合材料。
0.1.2 根据材料的性能分类
功能材料是具有优良的电学、磁学、光 学、热学、声学、力学、化学和生物学 功能及其相互转化的功能，被用于非结 构目的的高技术材料。
什么是材料科学？
材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、 热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边 缘交叉基础应用学科，它运用电子显微镜、X-射线衍射、 热谱、电子离子探针等各种精密仪器和技术，探讨材料的 组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、 化学性能之间的规律的一门基础应用学科，是研究材料共 性的一门学科。
大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、 硅石、菱镁矿、白云母等）为原料制造的。
3. 有机高分子材料（高聚物）
高聚物是由一种或几种简单低 分子化合物经聚合而组成的分子量 很大的化合物。高聚物的种类繁多， 性能各异，其分类的方法多种多样。 按高分子材料来源分为天然高分子 材料和合成高分子材料；按材料的 性能和用途可将高聚物分为橡胶、 纤维、塑料和胶粘剂等。
特种玻璃（亦称为新型玻璃）是指采用精制、高 纯或新型原料，通过新工艺在特殊条件下或严格控制 形成过程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃。
特种玻璃包括SiO2含量在85%以上或55%以下的硅 酸盐玻璃、非硅酸盐氧化物玻璃（硼酸盐、磷酸盐、 锗酸盐、碲酸盐、铝酸盐及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）、 非氧化物玻璃（卤化物、氮化物、硫化物、硫卤化物、 金属玻璃等）以及光学纤维等。
复合材料的种类繁多，目前还没有统 一的分类方法，下面根据复合材料的三要素 来分类。按基体材料分类，有金属基复合材 料，陶瓷基复合材料，水泥、混凝土基复合 材料，塑料基复合材料，橡胶基复合材料等； 按增强剂形状可分为粒子、纤维及层状复合 材料；依据复合材料的性能可分为结构复合 材料和功能复合材料。
0.1.2 根据材料的性能分类
功能材料是具有优良的电学、磁学、光 学、热学、声学、力学、化学和生物学 功能及其相互转化的功能，被用于非结 构目的的高技术材料。
材料物理性能总结PPT文档68页
材料物理性能总结
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
材料物理学PPT课件
表面是指基片（衬底）的表面状态 。 基片的作用：承载薄膜材料与作为外延衬底。 淀积物在表面形成薄膜的过程是：吸附→成核→
长大（二维或三维）。 表面的缺陷与形貌会延伸到薄膜中。 表面存在的应力也会影响薄膜的生长。 表面的状态对薄膜的性质影响非常大。
§2.2材料的界面
2.2.1界面的定义和种类
2.2.3 相界
1. 非共格相界 两相结构不同或晶格常数差别很大时，交界区
称非共格相界。 2. 共格相界
当两相结构一样，晶格常数差别较小，通过晶 格常数扩张与收缩，使得晶界两侧的原子排列按 原晶格结构连贯地结合。
3. 准共格相界:晶格结构相同，但晶格常数差
别较大，过渡区主要由失配位错组成
2.2.4 分界面
高技术新材料如金属间化合物，超晶格、多层膜和各
种薄膜材料，纳米固体材料以及颗粒、晶须、纤维等增强
金属基或增韧的陶瓷基复合材料中，由于界面的原子结构、
化学成分不同于界面两侧体材料，而且在界面上很容易发
生化学反应。
所以界面的性质与界面两侧的体材料有很大差别，界
面对材料的性能起着重要的作用，甚至有时能起控制作用。
1.表面的范围
根据研究内容而定，是一个过渡区（若干Å 至数 m）。
2.理想表面与实际表面
（1）理想表面表面原子排列除上部无原子外与 体内一样。
（2）实际表面 未清洁过的表面（ Uncleaned surface）； 清洁表面（Cleaned surface）； 真空清洁表面 。
1.1.2清洁表面的的原子排布
相与相的交界面称界面（Boundary ， Interface）。 晶粒与晶粒间的交界区称晶粒间界（Grain Boundary
GB），又称晶界或粒界。 对多相凝聚体系统，各相间的界面称相界（Phase
长大（二维或三维）。 表面的缺陷与形貌会延伸到薄膜中。 表面存在的应力也会影响薄膜的生长。 表面的状态对薄膜的性质影响非常大。
§2.2材料的界面
2.2.1界面的定义和种类
2.2.3 相界
1. 非共格相界 两相结构不同或晶格常数差别很大时，交界区
称非共格相界。 2. 共格相界
当两相结构一样，晶格常数差别较小，通过晶 格常数扩张与收缩，使得晶界两侧的原子排列按 原晶格结构连贯地结合。
3. 准共格相界:晶格结构相同，但晶格常数差
别较大，过渡区主要由失配位错组成
2.2.4 分界面
高技术新材料如金属间化合物，超晶格、多层膜和各
种薄膜材料，纳米固体材料以及颗粒、晶须、纤维等增强
金属基或增韧的陶瓷基复合材料中，由于界面的原子结构、
化学成分不同于界面两侧体材料，而且在界面上很容易发
生化学反应。
所以界面的性质与界面两侧的体材料有很大差别，界
面对材料的性能起着重要的作用，甚至有时能起控制作用。
1.表面的范围
根据研究内容而定，是一个过渡区（若干Å 至数 m）。
2.理想表面与实际表面
（1）理想表面表面原子排列除上部无原子外与 体内一样。
（2）实际表面 未清洁过的表面（ Uncleaned surface）； 清洁表面（Cleaned surface）； 真空清洁表面 。
1.1.2清洁表面的的原子排布
相与相的交界面称界面（Boundary ， Interface）。 晶粒与晶粒间的交界区称晶粒间界（Grain Boundary
GB），又称晶界或粒界。 对多相凝聚体系统，各相间的界面称相界（Phase
材料物理性能与力学性能PPT课件
3. 弹性模量的影响因素
弹性模量是构成材料的离子或分子之间键合强度的主 要标志，凡是影响键合强度的因素均能影响弹性模量。 如：键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温 度、加载方式和速度等。
第22页/共119页
1）键合方式和原子结构 共价键、离子键、金属键----较高 分子键----较弱 原子半径越大，E越小
5）温度----温度升高，E降低 特例：橡胶。其弹性模量随温度升高而增加。
第25页/共119页
6）加载条件和负荷持续时间 加载方式、速率和负荷持续时间对金属材料、陶瓷材料 影响很小。 对于高分子聚合物，负荷时间延长，E下降。
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4、比例极限和弹性极限
p
Fp A0
Fp：比例极限对应的应力 A0 ：试棒的原始截面面积
第39页/共119页
第四节 塑性变形及其性能指标
一、塑性变形机理 定义：材料微观组织的相邻部分产生永久性位移，并不 引起材料破裂的现象。 1：金属材料的塑性变形机理：滑移、孪生 滑移系越多，塑性越好
复习： 滑移：晶体的一部分对于另一部分沿一定晶面和晶向发生相对
滑动，滑动后原子处于新的稳定位置。 滑移通常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。
第6页/共119页
五、本课程学习注意问题：
预备知识：材料力学和金属学方面的基本理论知识。 理论联系实际:是实用性很强的一门课程。某些力学性能指
标根据理论考虑定义,而更多指标则按工程实用 要求定义。 重视实验: 通过实验既可掌握力学性能的测试原理，又可 掌握测试技术，了解测试设备，进一步理解所 测的力学性能指标的物理意义与实用意义。 做些练习: 加深理解――巩固所学的知识。
消除方法：进行较大塑性变形；再结晶退火
《材料物理性能干货》PPT课件
2、 电子交换积分A>0 充分条件
Rab 3 r
——
（ 具有一定晶体结构）
为什么温度升高铁磁性转变为顺磁性？
1）温度升高，原子间距最大，交互作用降低；
2）温度升高，热运动破坏了磁矩的同相排列（自发磁化）；
3）当温度升高到T>Tc ，自发磁化不存在，铁磁性转变为 顺磁性。
4、 铁磁性物质的基本特征
（3-1）
I Q nqls n qs tt
j I n q nq E （3-2）
s
如何理解材料的电导现象 必须明确几个问题☺
☺参与迁移的是哪种载流子——有关载流子类别 的问题 carrier sort
☺载流子的数量有多大——有关载流子浓度、载 流子产生过程的问题 carrier density
☺载流子迁移速度的大小——有关载流子输运过
( 物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度)
s＜0的则称为负磁致伸缩。负磁致伸缩则是沿场磁 化方向缩短，在垂直于磁化方向伸长，镍属于这 一类。
磁性材料
B
软磁材料的特征
•具有较高的磁导率和较高的饱和 磁感应强度；
oH
• 较小的矫顽力（矫顽力很小，
即磁场的方向和大小发生变化时
磁畴壁很容易运动）和较低磁滞
损耗，磁滞回线很窄；
软铁、坡莫合金、硒钢片、铁
•
在磁场作用下非常容易磁化；
铝合金、铁镍合金等。 由于软磁材料磁滞损耗小，
• 取消磁场后很容易退磁化
适合用在交变磁场中，如变压
器铁芯、继电器、电动机转子
、定子都是用软件磁性材料制
成。
磁性材料
(二) 硬磁材料
硬磁材料又称永磁
材料，难于磁化又难于退磁。
(推荐)《材料物理性能》PPT课件
焓 内能
P
比定容热容：材料温度升高时，体积恒定，所测得的比热容。
cp与cv哪个大？ cp＞cv 原因？ cp测量方便，cv更具理论意义。对于固体材料二者差别很小，可忽 略，但高温下差别增大。cp、cv与温度之间的关系（三个阶段）。 12
二、晶态固体热容的经验定律与经典理论
19世纪提出，认为热容与温度和材料种类无关。
CV,m
3R1
2 TD3
D T 0
x3 d
ex 1
xe3 T DTD1
ω x
kT
讨论： （1）高温时（T＞＞θD ） ex 1x
1mol原子的原子个数为N（阿佛加德罗常数 6.02 ×1023），1mol原子 的总能量为： E＝3NkT＝3RT
＝3R＝3 × 8.314≈25J/K·mol
(2) 实际上大部分元素的在常温以上原子热容接近该值，但对于轻元素 与实际值差别较大。
13
二、晶态固体热容的经验定律与经典理论
2. 化合物的热容定律——奈曼－柯普定律
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。
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。
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
P
比定容热容：材料温度升高时，体积恒定，所测得的比热容。
cp与cv哪个大？ cp＞cv 原因？ cp测量方便，cv更具理论意义。对于固体材料二者差别很小，可忽 略，但高温下差别增大。cp、cv与温度之间的关系（三个阶段）。 12
二、晶态固体热容的经验定律与经典理论
19世纪提出，认为热容与温度和材料种类无关。
CV,m
3R1
2 TD3
D T 0
x3 d
ex 1
xe3 T DTD1
ω x
kT
讨论： （1）高温时（T＞＞θD ） ex 1x
1mol原子的原子个数为N（阿佛加德罗常数 6.02 ×1023），1mol原子 的总能量为： E＝3NkT＝3RT
＝3R＝3 × 8.314≈25J/K·mol
(2) 实际上大部分元素的在常温以上原子热容接近该值，但对于轻元素 与实际值差别较大。
13
二、晶态固体热容的经验定律与经典理论
2. 化合物的热容定律——奈曼－柯普定律
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。
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。
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
材料物理性能与力学性能解析PPT课件
2、多次冲击试验： 当试样破坏前承受的冲击次数少于500-1000次，试样断
裂的规律与一次冲击相同；当冲击次数大于105次时，破坏后 具有典型的疲劳断口特征。 冲击功-冲断次数曲线（A-N曲线）： 随冲击功A的减小，冲断次数增加。
第1页/共48页
3、冲击韧性及工程意义 1）一次冲击： 冲击韧度（冲击值）：用冲击吸收功除以试样缺口处截面（cm2）
第16页/共48页
裂纹的三种基本类型： (1)张开型(I型)裂纹 拉应力垂直作用于裂纹面，裂纹沿作用力方向张开，扩展 方向和拉应力垂直。 (2)滑开型(Ⅱ型)裂纹 切应力平行于裂纹面，并且与裂纹前沿线垂直，裂纹沿裂纹 面平行滑移扩展 (3)撕开型(Ⅲ型)裂纹 切应力平行作用于裂纹面，并且与裂纹线平行，裂纹沿裂纹面 撕开扩展。
冲 击 功
三类材料的冲击功-温度曲线
第6页/共48页
低温脆性的宏观解释：
第7页/共48页
韧脆转化温度及其评价方法
工程上希望确定一个材料的冷脆转化温度，在此温度以上只要
应力还处于弹性范围，材料就不会发生脆性破坏。在冷脆转化
温度的确定标准一旦
建立之后，实际上是按照
吸
冷脆转化温度的高低来选
收 的
择材料。例如，有两种材
当r=0时，应力为无穷大。但实际上对一般金属材料，当应力超 过材料的屈服强度，将发生塑性变形，在裂纹尖端将出现塑性 区，裂纹尖端的应力分布发生改变。
讨论塑性区的意义： 1）断裂是裂纹的扩展过程，裂纹扩展所需的能量主要是消耗于 塑性变形功，材料的塑性区尺寸大，消耗的塑性变形功也越大， 材料的断裂韧性KIc相应地也就越大。 2）由于我们是根据线弹性断裂力学来讨论裂纹尖端的应力应变 场的，当塑性区尺寸过大时，线弹性断裂理论是否依然适用？ 因此我们必须讨论不同应力状态的塑性区以及塑性区尺寸的决 定因素。
裂的规律与一次冲击相同；当冲击次数大于105次时，破坏后 具有典型的疲劳断口特征。 冲击功-冲断次数曲线（A-N曲线）： 随冲击功A的减小，冲断次数增加。
第1页/共48页
3、冲击韧性及工程意义 1）一次冲击： 冲击韧度（冲击值）：用冲击吸收功除以试样缺口处截面（cm2）
第16页/共48页
裂纹的三种基本类型： (1)张开型(I型)裂纹 拉应力垂直作用于裂纹面，裂纹沿作用力方向张开，扩展 方向和拉应力垂直。 (2)滑开型(Ⅱ型)裂纹 切应力平行于裂纹面，并且与裂纹前沿线垂直，裂纹沿裂纹 面平行滑移扩展 (3)撕开型(Ⅲ型)裂纹 切应力平行作用于裂纹面，并且与裂纹线平行，裂纹沿裂纹面 撕开扩展。
冲 击 功
三类材料的冲击功-温度曲线
第6页/共48页
低温脆性的宏观解释：
第7页/共48页
韧脆转化温度及其评价方法
工程上希望确定一个材料的冷脆转化温度，在此温度以上只要
应力还处于弹性范围，材料就不会发生脆性破坏。在冷脆转化
温度的确定标准一旦
建立之后，实际上是按照
吸
冷脆转化温度的高低来选
收 的
择材料。例如，有两种材
当r=0时，应力为无穷大。但实际上对一般金属材料，当应力超 过材料的屈服强度，将发生塑性变形，在裂纹尖端将出现塑性 区，裂纹尖端的应力分布发生改变。
讨论塑性区的意义： 1）断裂是裂纹的扩展过程，裂纹扩展所需的能量主要是消耗于 塑性变形功，材料的塑性区尺寸大，消耗的塑性变形功也越大， 材料的断裂韧性KIc相应地也就越大。 2）由于我们是根据线弹性断裂力学来讨论裂纹尖端的应力应变 场的，当塑性区尺寸过大时，线弹性断裂理论是否依然适用？ 因此我们必须讨论不同应力状态的塑性区以及塑性区尺寸的决 定因素。
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金属：主要由一种原子组成，结构简单，金属键无方向性， 滑移系统多，塑性好。 无机材料：组成复杂、结构复杂。共价键有方向性，同号 离子相遇，斥力极大。只有个别滑移系统才能满足几何条 件与静电作用条件。滑移系统很少，塑性差。
4、塑性变形机理
实验证明，滑移是位错在切应力作用下运动的结果。
➢材料的高温蠕变
１）oa 在外力作用下发生瞬时弹性形变
２）ab 蠕变减速阶段。特点是应变速率随时间递减。
d Atn
dt
低温时， n 1， Aln t
高温时，
材料Ⅲ弹性材料（橡胶）：如上图曲线（c），没有残余形 变。
➢弹性形变
1、弹性的特点
（1）可逆性 （2）单值线性（线弹性）
G
E
（3）变形量较小
一般：金属、陶瓷、结晶态高聚物小于1%
x
例外：橡胶态高聚物：1000%、非线性
x
2、弹性变形的本质
弹性变形本质：构成材料的 原子（离子）或分子从平衡 位置产生可逆位移的反映。
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。 ➢滑移是在剪应力作用下在一定滑移系统上进行的。 ➢不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。
1.滑移条件
产生滑移条件：
面间距大； 移动距离短； 相对滑移面上的电荷相反。
滑移总是在密排面
（滑移面）上密排方向 （滑移方向）进行。
一个滑移面与其面上的一个滑移方向组成一个滑移系。
Байду номын сангаас
2.滑移的临界分切应力
滑移面上沿滑移方向的分切应力（）
F cos
A
F cos cos cos cos
A
cos
滑移的临界分切应力（c）：在滑移面上沿滑移 方面开始滑移的最小分切应力。
c s cos cos
3、金属与非金属晶体滑移难易的比较
如果晶体只有一个滑移系统，产生滑移的机会就很少。 如果有多个滑移系统，达到临界切应力的机会就多。
是应力从原始值 0 松弛到
1 e
0
所需时间
➢材料的塑性形变
0
塑性指标
断后伸长率（延伸率）: 断面收缩率：
l1 l0 100 %
l0
A0 A1 100 %
A0
δ和ψ都是材料的塑性指标，表示金属的塑性变形能力。
弹屈性服极强限度es、:产 生0.2弹: 金性属变开形始而塑不性产变生形塑的性最变小形应的力最；大应力； 抗拉强度 b : 材料抵抗大塑性变形的能力，反映极限承载能力。
E0—材料无气孔时的弹性模量 ，P —为气 孔率.
7、两相复合材料的弹性横量
在两相系统中，总弹性模量在高弹性模量成分与低弹性模 量成分的数值之间。
并联模型
串联模型
上限模量
E EAvA EBvB
下限模量
1 vA vB E EA EB
➢滞弹性
0
加载
1
卸 载
1 1 0
滞弹性：应变滞后于应力
对于实际固体相应于最大应力 的弹性应变滞后于引起这个应变 的最大负荷。因此测得的弹性模 量随时间而变化。弹性模量依赖 于时间的现象称为滞弹性。
应力松弛 应变松弛（蠕变）
力学模型
1.虎克固体模型
2.牛顿流体模型
E G
t
d
dt
t
二、组合模型
1.麦克斯韦模型
d
dt
G
应用：应力松弛
2.开尔文固体模型 应用：蠕变（应变松弛）
1 E11 3 3
2 E2 2
1 3
1 2 3 2
1 3 2
3、标准线性固体
(E1 E2 )
材料物理
2020年3月3日星期二
课程总结
• 一、力学性能 • 二、热学性能 • 三、电学性能 • 四、磁学性能
一、力学性能
➢应力与应变
0
F S0
L L0
单向拉伸应变 剪切应变 压缩应变（体积应变）
应力与应变曲线
1、说明图中三种应力-应变曲线的特点，并举例说明对应的材料。
2、如图有三种材料的应力-应变曲线，回答下列问题。 （1）哪种材料的弹性模量最高？ （2）哪种材料的延伸率（伸长率）最大？ （3）哪种材料的韧性最高？ （4）哪种材料断裂前没有明显的塑性变形？ （5）材料Ⅰ、材料Ⅱ、材料Ⅲ 分别代表什么材料？
1、说明图中三种应力-应变曲线的特点，并举例说明对应的材料。 材料Ⅰ脆性材料（陶瓷）：如上图曲线（a），即在弹性变 形后没有塑性变形（或塑性变形很小）接着就是断裂，总弹性 应变能非常小。
材料Ⅱ塑性材料（金属）：如上图曲线（b） 开始为弹性形 变，接着有一段弹塑性形变，然 后才断裂，总变形能很大。
E1E2
E1E2
E2
定义：
(E1 E2 ) E1E2
应变蠕变时间。
E1E2
应力弛豫时间。
E2
t
蠕变方程
a
a
(1
e
)
应变蠕变时间：在恒定应力作用下，应变
达到
(e 1)总 0 e
所需时间
t
应力松弛方程 0e
3、弹性模量
物理意义：
E
微观上：表征了原子间结合能的大小。
x
x
E
宏观上：表征了材料抵抗弹性变形的能力。
拉伸模量
E
，剪切模量 G
，体积模量
KP
G
E
21
K
E
31 2
：泊松比
4、弹性模量的影响因素
弹性模量，
量
E E0 11.9P 0.9P2
高温: 金属：T (0.3 ~ 0.4)Tm
陶瓷：T (0.4 ~ 0.5)Tm 高分子： T Tg
Tm : 熔点， K
所谓高温蠕变是指材料在低于屈服强度的应力作用下， 随加载时间的延长缓慢地产生塑性变形的现象。
1、典型的蠕变曲线
当外力和温度不同时， 蠕变各阶段的曲线倾斜 程度将有所变化。
滑移系在一定程度上决定了金属塑性的好坏。如面心 立方和体心立方金属的塑性好于密排六方金属。
但在相同条件下，金属塑性好坏还取决于滑移面原子 密排程度及滑移方向的数目等因素。
一个滑移系就是滑移时的一种空间取向或一种可能性。因此， 滑移系越多，金属变形能力越大。常见金属的滑移系如下：
滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大，所以面心立方金属 比体心立方金属的塑性更好。
4、塑性变形机理
实验证明，滑移是位错在切应力作用下运动的结果。
➢材料的高温蠕变
１）oa 在外力作用下发生瞬时弹性形变
２）ab 蠕变减速阶段。特点是应变速率随时间递减。
d Atn
dt
低温时， n 1， Aln t
高温时，
材料Ⅲ弹性材料（橡胶）：如上图曲线（c），没有残余形 变。
➢弹性形变
1、弹性的特点
（1）可逆性 （2）单值线性（线弹性）
G
E
（3）变形量较小
一般：金属、陶瓷、结晶态高聚物小于1%
x
例外：橡胶态高聚物：1000%、非线性
x
2、弹性变形的本质
弹性变形本质：构成材料的 原子（离子）或分子从平衡 位置产生可逆位移的反映。
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。 ➢滑移是在剪应力作用下在一定滑移系统上进行的。 ➢不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。
1.滑移条件
产生滑移条件：
面间距大； 移动距离短； 相对滑移面上的电荷相反。
滑移总是在密排面
（滑移面）上密排方向 （滑移方向）进行。
一个滑移面与其面上的一个滑移方向组成一个滑移系。
Байду номын сангаас
2.滑移的临界分切应力
滑移面上沿滑移方向的分切应力（）
F cos
A
F cos cos cos cos
A
cos
滑移的临界分切应力（c）：在滑移面上沿滑移 方面开始滑移的最小分切应力。
c s cos cos
3、金属与非金属晶体滑移难易的比较
如果晶体只有一个滑移系统，产生滑移的机会就很少。 如果有多个滑移系统，达到临界切应力的机会就多。
是应力从原始值 0 松弛到
1 e
0
所需时间
➢材料的塑性形变
0
塑性指标
断后伸长率（延伸率）: 断面收缩率：
l1 l0 100 %
l0
A0 A1 100 %
A0
δ和ψ都是材料的塑性指标，表示金属的塑性变形能力。
弹屈性服极强限度es、:产 生0.2弹: 金性属变开形始而塑不性产变生形塑的性最变小形应的力最；大应力； 抗拉强度 b : 材料抵抗大塑性变形的能力，反映极限承载能力。
E0—材料无气孔时的弹性模量 ，P —为气 孔率.
7、两相复合材料的弹性横量
在两相系统中，总弹性模量在高弹性模量成分与低弹性模 量成分的数值之间。
并联模型
串联模型
上限模量
E EAvA EBvB
下限模量
1 vA vB E EA EB
➢滞弹性
0
加载
1
卸 载
1 1 0
滞弹性：应变滞后于应力
对于实际固体相应于最大应力 的弹性应变滞后于引起这个应变 的最大负荷。因此测得的弹性模 量随时间而变化。弹性模量依赖 于时间的现象称为滞弹性。
应力松弛 应变松弛（蠕变）
力学模型
1.虎克固体模型
2.牛顿流体模型
E G
t
d
dt
t
二、组合模型
1.麦克斯韦模型
d
dt
G
应用：应力松弛
2.开尔文固体模型 应用：蠕变（应变松弛）
1 E11 3 3
2 E2 2
1 3
1 2 3 2
1 3 2
3、标准线性固体
(E1 E2 )
材料物理
2020年3月3日星期二
课程总结
• 一、力学性能 • 二、热学性能 • 三、电学性能 • 四、磁学性能
一、力学性能
➢应力与应变
0
F S0
L L0
单向拉伸应变 剪切应变 压缩应变（体积应变）
应力与应变曲线
1、说明图中三种应力-应变曲线的特点，并举例说明对应的材料。
2、如图有三种材料的应力-应变曲线，回答下列问题。 （1）哪种材料的弹性模量最高？ （2）哪种材料的延伸率（伸长率）最大？ （3）哪种材料的韧性最高？ （4）哪种材料断裂前没有明显的塑性变形？ （5）材料Ⅰ、材料Ⅱ、材料Ⅲ 分别代表什么材料？
1、说明图中三种应力-应变曲线的特点，并举例说明对应的材料。 材料Ⅰ脆性材料（陶瓷）：如上图曲线（a），即在弹性变 形后没有塑性变形（或塑性变形很小）接着就是断裂，总弹性 应变能非常小。
材料Ⅱ塑性材料（金属）：如上图曲线（b） 开始为弹性形 变，接着有一段弹塑性形变，然 后才断裂，总变形能很大。
E1E2
E1E2
E2
定义：
(E1 E2 ) E1E2
应变蠕变时间。
E1E2
应力弛豫时间。
E2
t
蠕变方程
a
a
(1
e
)
应变蠕变时间：在恒定应力作用下，应变
达到
(e 1)总 0 e
所需时间
t
应力松弛方程 0e
3、弹性模量
物理意义：
E
微观上：表征了原子间结合能的大小。
x
x
E
宏观上：表征了材料抵抗弹性变形的能力。
拉伸模量
E
，剪切模量 G
，体积模量
KP
G
E
21
K
E
31 2
：泊松比
4、弹性模量的影响因素
弹性模量，
量
E E0 11.9P 0.9P2
高温: 金属：T (0.3 ~ 0.4)Tm
陶瓷：T (0.4 ~ 0.5)Tm 高分子： T Tg
Tm : 熔点， K
所谓高温蠕变是指材料在低于屈服强度的应力作用下， 随加载时间的延长缓慢地产生塑性变形的现象。
1、典型的蠕变曲线
当外力和温度不同时， 蠕变各阶段的曲线倾斜 程度将有所变化。
滑移系在一定程度上决定了金属塑性的好坏。如面心 立方和体心立方金属的塑性好于密排六方金属。
但在相同条件下，金属塑性好坏还取决于滑移面原子 密排程度及滑移方向的数目等因素。
一个滑移系就是滑移时的一种空间取向或一种可能性。因此， 滑移系越多，金属变形能力越大。常见金属的滑移系如下：
滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大，所以面心立方金属 比体心立方金属的塑性更好。