第五章 材料
材料科学基础_第五章材料的形变和再结晶
材料科学基础_第五章材料的形变和再结晶材料的形变是指材料在外力作用下发生的形状、尺寸及结构的变化。
形变可以分为弹性变形和塑性变形两种形式。
弹性变形是指物质在外力作用下只发生形状的改变,而不发生组织内部结构的改变,当外力消失时,物质能恢复到原来的形状。
塑性变形是指物质在外力作用下发生形状和内部结构的改变,当外力消失时,物质不能恢复到原来的形状。
形变过程中,材料的内部晶粒会发生滑移、动晶界和晶界迁移等变化,这些变化有助于减小材料中的位错密度,同时也能影响晶粒的尺寸、形状和分布。
当形变达到一定程度时,晶粒内部会产生高密度的位错,这会导致晶体的韧性下降,同时也容易引起晶粒的断裂和开裂。
因此,形变过程中产生的位错对材料的性能具有重要影响。
再结晶是指在材料的形变过程中,通过退火处理使晶粒重新长大,去除或减小形变过程中产生的位错和晶界等缺陷,从而改善材料的力学性能和其他性能。
再结晶的发生与材料的种类、成分、形变方式等因素有关。
再结晶可以通过两种方式实现:显微再结晶和亚显微再结晶。
显微再结晶是指晶粒在正常晶界上长大,形成新的晶粒;亚显微再结晶是指材料中的一些晶粒发生部分再结晶,形成较大的再结晶晶粒。
再结晶的发生和发展受到晶粒的尺寸、形状和分布的影响。
晶粒尺寸越小,再结晶发生越容易,且再结晶晶粒的尺寸也越小。
再结晶晶粒的尺寸和分布对材料的性能影响很大。
晶粒尺寸较小的材料通常具有优良的力学性能和高韧性,且易于加工。
因此,控制再结晶晶粒的尺寸和分布对材料的性能优化和加工有重要意义。
总之,材料的形变和再结晶是材料科学中重要的研究领域。
通过研究形变和再结晶的机制和规律,可以优化材料的性能和加工过程,从而推动材料科学的发展和应用。
材料科学基础-第5章2013
弹簧元件表示的弹性变形部分 —— 与时间无关,
Voigt-Kelvin 模型—— 描述蠕变回复、弹性后效和弹
E 为松弛常数。
性记忆等过程:
粘弹性变形特点——应变落后于应力—–弹性滞后。 施加周期应力时形成的应力 - 应变曲线回线所包含的
d ( t ) E dt
交变载荷(振动)下吸收不可逆变形功 的能力。虽然这两个名词有时可以混用, 但严格来说循环韧性与内耗是有区别的: 循环韧性——指金属在塑性区内加载时吸 收不可逆变形功的能力——消振性; 内耗——指金属在弹性区内加载时吸收不 可逆变形功的能力。
弹性滞后——表明加载时消耗于材料的变形功大于 卸载时材料回复所释放的变形功,多余的部分变形 功已被材料内部所消耗——内耗现象——用弹性滞 后环的面积度量其大小。
面积——应力循环一周所损耗的能量——内耗。
5.2 晶体的塑性变形
当施加的应力超过弹性极限e时,材料会发生塑性变形——产
生不可逆的永久变形。 大多数多晶体工程材料,变形与各晶粒的变形相关。 一、单晶体的塑性变形 在常温和低温下,单晶体的塑性变形——主要形式为滑移 (Slip);其次有孪晶(Twins)、扭折(Twist)等方式。 高温下,单晶体的塑性变形——主要形式为扩散性变形和晶界 滑动与移动等。 滑移——在切应力作用下,晶体的一部分沿着一定晶面(滑移 面)和一定晶向(滑移方向)相对另一部分发生相对位移的现象。
2014-6-11 材料科学基础CAI教材 曾德长 13
其应力、应变符合Hooke定律——应力去除后应变 回复为零。 粘壶 —— 由装有粘性流体的气缸和活塞组成;活 塞的运动是粘性流动的结果 —— 符合 Newton 粘性 流动定律。 Maxwell模型——解释应力松弛机制:
耐火材料第五章
→C4AF、C3A、C2F使CaO-MgO(2370 ℃)系统的始熔温度降低
900~1000℃。 C3S本身熔点高,但易与SiO2、MgO反应生成低熔物。所
以,提高白云石材料的高温性能,必须尽量降低Al2O3、氧化铁以及SiO2
等杂质。
二、化学组成对镁质制品性能的影响
耐火材料与高温陶瓷国家重点实验室培育基地
Al2O3的影响 铝铁比A/F = 0.64 铝铁比A/F <0.64 铝铁比A/F >0.64 CaO-MgO-C3S-C4AF CaO-MgO-C3S-C4AF-C2F CaO-MgO-C3S-C4AF-C3A 1295℃ 1290 ℃ <1300 ℃
→C3A、C2F的影响相似。
2.0
C/S质量比
相组合
0
MgO M2 S 镁硅砖 1860
0-0.93
MgO M2 S CMS 1502
0.93
MgO CMS 1490
0.93-1.4
MgO CMS C3MS2 1490
1.4
MgO C3MS2 1575
1.4-1.87
1.87
MgO MgO C3MS2 C2S C2S 镁钙砖 1575 1890
矿物 M MK 2400 MA 2130 MF 1750 不一致 C3S 1900 分解 M2S 1890 C2S 2130 CMS 1498 不一致 C3MS2 1575
5
C2F 1435
熔点 2800 ℃
1、 MgO-C的氧化还原反应
1、MgO的稳定性随T↑, △G↑, 稳定性↓
CO稳定性随T↑,△G↓, 稳定性↑ 2、MgO的稳定性随P'Mg↑, △G↓,稳定性↑ CO稳定性随P'CO ↑, △G↑,稳定性↓
第五章_柔软复合材料解析
聚芳酰胺纤维纸
Nomex®芳香聚酰胺绝缘材料已在各种电气设备, 在各种特殊场合都得到广泛应用达40年
敞开 干式变压器
发电机
交、直流电机 密封电机
环氧浇注变压器
气体变压ห้องสมุดไป่ตู้ 油浸变压器
整流器
二、柔软复合材料的种类 1、6520聚酯薄膜绝缘纸复合材料
由聚酯薄膜涂以 粘合剂与一层绝 缘纸板复合而成
E级绝缘结构普遍采用这种 复合材料作为槽绝缘、匝 间、相间和衬垫绝缘
5—橡胶辊,6—绝缘纸板开卷架,7—成品收卷辊架
三、柔软复合材料的制造设备
加热压力
粘合剂
通 风
辊
纤维
纸
收卷 (品)成
薄
膜
上胶辊 带
纤维
钢丝刮 纸
刀
橡皮 辊 张力
辊
三层卧式复合机
三、柔软复合材料的制造设备
纤维纸
加热辊 橡皮辊
纤维纸
切边刀 收卷
平台
刮刀 漆槽
加热元件 烘箱
成卷(薄膜 )
三层立式复合机示意图
1.0 1.5~2.5 2.2
2.7 3.1 3.1~3.2 3.0~5.0
4.5 5.0~6.0
聚芳酰胺纤维纸
聚芳酰胺纤维纸
低温性能
耐湿性
由于NOMEX独特 的聚合结构, 可以在各种低 温条件下应用
NOMEX产品在环境 相对湿度95%时, 其介电强度是完全 干燥状态下的90%
聚芳酰胺纤维纸
聚芳酰胺纤维纸
需经高温轧光实现致密化 轧光
及内部粘结。
检查
聚芳酰胺纤维纸
NOMEX纸的机械性能在纵向(MD)和横 向(XD)上产生很大的差别。
第五章 固溶体半导体材料
李斌斌
5.1 固溶体的概念
5.2 SiGe固溶体 5.3 应用 Nhomakorabea
5.1 固溶体
凡在固体条件下,一种组分(溶剂)内“溶解” 了其它组分(溶质)而形成的单一、均匀的晶态 固体称为固溶体。
固溶体半导体材料是某些元素半导体或者化合物 半导体相互溶解而形成的一种具有半导体性质的 固态溶液材料,又称为混晶半导体或者合金半导 体。
SiGe合金是目前较为成熟的一种高温热电材料, 适用于制造由放射线同位素供热的温差发电器, 并已得到实际应用。
1977年旅行者号太空探测器首次采用SiGe合金作 为温差发电材料; 在此后美国NASA的空间计划中,SiGe差不多完 全取代PbTe材料。
其它内容
见教材
赝晶生长--共度生长
临界厚度---应力没有释放
产生位错和形成表面起伏是释放SiGe失配应 力的两种方式。
当Ge组分较低时(x<0.2),通过产生位错 来释放失配引起的应力; 当Ge组分介于0.2~0.6之间时将会导致形成 台阶,诱导生成均匀的3D岛; 当Ge组分大于0.6时,遵循SK模式三维生长, 利于形成表面起伏来释放失配引起的应力。 可以用来生长高组分表面起伏的多量子阱
电学性质--禁带宽度
Eg ( x) a bx cx
2 2
1.115 0.43x 0.0206 x (0 x 0.85)
Eg ( x) 2.01 1.27 x(0.85 x 1)
带隙和温度的关系
E
Si g
1.206 2.7310 T
4
第5章 材料的形变和再结晶4
steel or, lead. Platinum and white gold are, at present, the most popular materials.
White gold(白金) is an alloy of gold (i.e., it is gold and silver or palladium(钯). This is where the concept of Karat (开,克拉) comes in. Karat is a measure of the purity of the material.
2. 晶粒越细,塑韧性提高
细晶粒材料中,应力集中小,裂纹不易萌生; 晶界多,裂纹不易传播,在断裂过程中可吸收较 多能量,表现出高韧性。
晶界在塑性变形中的作用
协调作用:协调相邻晶粒变形
障碍作用:阻碍滑移的进行 促进作用:高温变形时两相邻晶粒沿晶界滑动 起裂作用:晶界阻碍滑移晶界应力集中
Strength or elongation
Cu
回答:为什么钻戒不用纯金而是用白金作为托 架的问题?
利用合金固溶强化理论,白金的硬度显然比纯金的高 ,以保证钻石不会从戒指中脱落。
4)屈服现象与应变时效
①屈服现象
上屈服点:试样开始屈服时对应的应力
下屈服点:载荷首次降低的最低载荷 屈服伸长:试样在此恒定应力下的伸长
拉伸试验时, p 接近于恒定。
m'
塑形变性前,ρm很低,v很大,τ 很大;这就是上屈服点 高的原因。
3. 弥散强化 4. 加工硬化
6. 应变时效
7. 柯氏气团 8. 形变织构
Questions?
1. 为什么工程上很少用纯金属?
材料基础第5章习题课
单晶体的塑性变形 ——孪生
1.定义:是指晶体的一部分沿一定晶面和晶向相对于另 一部分所发生的切变。
2.孪生的特点: ① 孪生使晶格位向发生改变; ② 所需切应力比滑移大得多, 变形速度极快, 接近声速; ③ 孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距. ④ 孪生变形在应力-应变曲线上也很有特点 ⑤ HCP晶格金属滑移系少, BCC晶格金属只有在低温 或冲击作用下才发生孪生变形,FCC晶格金属,一 般不发生孪生变形。 ⑥ 对塑性变形贡献小
合金的塑性变形——多相合金
1.结构:基体+第二相。 2.分类依据:第二相粒子尺寸大小 聚合型两相合金 与基体晶粒尺寸属同一数量级, 两相性能接近:按强度分数相加计算。
弥散分布型两相合金 第二相粒子细小而弥散地分布 在基体晶粒中。 不可变形粒子的强化作用(位错绕过机制) ; 可变形微粒的强化作用(位错切割粒子的机制)。
材料科学与工程学院 材料科学基础
zhanglei.hubu@
1、什么是弹性变形?并用双原子模型来解释其物理本质。 【答】弹性变形是指外力去除后能够完全恢复的那部分变形, 可从原子间结合力的角度来了解它的物理本质。 原子处于平衡时,其原子间距为r0,位能U处于最低 位臵,相互作用力为零,这是最稳定的状 态。当原子受力后将偏离其平衡位臵,原 子间距增大时将产生引力;原子间距减小 时将产生斥力。这样,外力去除后,原子 都会恢复其原来的平衡位臵,所产生的变 形便完全消失,这就是弹性变形。
孪生与滑移的异同
滑 移 相同点
晶体位向
孪 生
是塑变的形式;沿一定的晶面、晶向进行;不改变结构 。
不改变(对抛光面观察无重 现性) 改变,形成镜面对称关系(对 抛光面观察有重现性)
不 同 点
第五章 radioss材料本构
Introduction to RADIOSS for Impact第五章:材料材料本构关系失效模式本节介绍•Law2–Johnson-Cook模型•Law27–弹塑性脆性材料•Law36–弹塑性列表•Law42–Ogden(超弹性材料)•Law70–泡沫材料MATERIAL LAWS:各向同性弹性Description Model Name Keyword/MAT Law#线弹性Elastic(Hooke)/ELAST1超弹性Tabulated Hyperelastic n/a69 Ogden n/a82MATERIAL LAWS: 弹塑性各向同性Description Model Name Keyword/MAT Law#von Mises hardening withoutdamage (von Mises无损伤硬化)Johnson-Cook/PLAS_JOHNS2Zerilli-Armstrong/PLAS_ZERIL2 Drücker-Prager for rock or concrete by polynomial/DPRAG110 Rigid material/RIGID13 Drücker-Prager with cap n/a81 Drücker-Prager for rock or concrete by function/DPRAG21 Tabulated piecewise linear/PLAS_TAB36 Cowper-Symonds/COWPER44Zhao/ZHAO48 Connection material/CONNECT59 Advanced connection material n/a83MATERIAL LAWS:弹塑性各向同性(CONT’D)Description Model Name Keyword/MAT Law#von Mises hardening withoutdamage Tabulated quadratic in strain rate/PLAS_T360 Hansel model/HANSEL63Ugine and Alz/UGINE_ALZ64Elastomer/ELASTOMER65Visco-Elastic n/a66Yoshida-Uemori n/a78 High strength steel n/a80von Mises hardening with brittle damage (von Mises脆性损伤硬化)Reinforced concrete/CONC24 Aluminum, glass,etc./PLAS_BRIT27 Predit rivets/PREDIT54 Brittle materials/JOHN_HOLM79第五章:材料MATERIAL LAWS:弹塑性各向同性(CONT’D)DescriptionModel Name Keyword/MAT Law#von Mises hardening withdamage(von Mises韧性损伤硬化)Ductile damage for solids and shells/DAMA22 Ductile damage for solids/PLAS_DAMA23von Mises withvisco-plastic flow (von Mises黏塑性流动)Ductile damage for porous materials,Gurson/GURSON52第五章:材料MATERIAL LAWS:复合材料&正交各向异性Description Model Name Keyword/MAT Law# Linear elastic orthotropic shells线弹性正交异性壳单元Fabric/FABRI19Nonlinear elastic for anisotropic shells非线性弹性各向异性的壳单元Fabric/FABRI_A58near pseudo-plastic orthotropic solidswithout strain rate非线性假塑性正交异性实体(无应变率)Honeycomb/HONEYCOMB28 Cosserat Medium/COSSER68 Thermal Hill Orthotropic n/a73 Thermal Hill Ortho3D n/a74Nonlinear pseudo-plastic orthotropicsolids with strain rate非线性假塑性正交异性实体(有应变率)Crushable foam/VISC_HONEY50Elastic-plastic orthotropic shells弹塑性正交异性壳Hill/HILL32 Hill Tabulated/HILL_TAB43 Three-Parameter Barlat/BARLAT357 Anisotropic Hill/HILL_MMC72第五章:材料MATERIAL LAWS:正交弹塑性复合材料Description Model Name Keyword/MAT Law#Elasto-plastic orthotropic composites 正交弹塑性复合材料Tsai-Wu Formula for solids/3D_COMP12 Composite solid/COMPSO14 Composite Shell Chang-Chang/CHANG15 Composite shell/COMPSH25Foam model/TSAI_TAB53第五章:材料MATERIAL LAWS:黏性Description Model Name Keyword/MAT Law#Visco-elastic粘弹性Boltzmann/BOLTZMANN34 Generalized Kelvin-Voigt/FOAM_VISC35 Visco-Elastic Foam Tabulated/VISC_TAB38 Generalized Maxwell-Kelvin/KELVINMAX40 Hyper visco-elastic/OGDEN42 Hyper visco-elastic/VISC_HYP62 Tabulated hyper visco-elastic/FOAM_TAB70 Tabulated visco-elastic foam n/a77 Isotropic visco-elastic/VISC/PRONY n/aVisco-plastic 粘塑性Closed cell, elasto-plastic foam/FOAM_PLAS33第五章:材料MATERIAL LAWS:流体动力材料Description Model Name Keyword/MAT Law# Strain rate and temperaturedependence on yield stress与应变率和温度相关的屈服应力Hydrodynamic Johnson-Cook/HYD_JCOOK4Turbulent viscous flow粘滞紊流Hydrodynamic viscous fluid/HYDRO6Elastio-plastic hydrodynamic粘弹性流体动力学von Mises isotropic hardeningwith polynomialpressure/HYDPLA3 Semi-analytical elasto-plastic/SAMP76Multiphase Gray EOS+Johnson shear lawGray model/GRAY16 Hydrodynamics流体动力学Lee-Tarver material/LEE-TARVER41Elastio-plastic hydrodynamic withthermal softening粘塑性热软化流体动力材料Steinberg-Guinan Material/STEINB49Hydrodynamic material with P-α porous material model流体材料带P-α多孔材料模型Porous material/POROUS75第五章:材料MATERIAL LAWS:炸药材料模型Description Model Name Keyword/MAT Law#Detonation driven by time由时间控制的爆炸材料模型Jones Wilkins Lee/JWL5Hydrodynamics流体动力材料模型Lee-Tarver/LEE-TARVER41Multi-materials 多种材料模型Solid, liquid, gas and explosives/MULTIMAT51第五章:材料RADIOSS中材料失效模型Type Description Keyword/FAIL/CHANG Chang-Chang Failure criteria for composites复合材料的失效准则/CONNECT Failure Normal & Tangential for connectors连接器的法向&切向/EMC Extended Mohr Coulomb Dpendent on effective plastic strain有效塑性应变失效Energy isotrop Specific energy/ENERGY比内能/FLDFLD Forming Limit Diagram成形极限图/HASHIN Hashin Composite model复合模型/JOHNSON Johnson-Cook Ductile failure塑性失效/LAD_DAMA Ladeveze delamination Composite delamination复合材料分层/NXTNXT Similar to FLD, but based on stresses类似于FLD,但基于应力/PUCKPuck Composite model复合材料模型Type Description Keyword/FAILFailure Failure criteria for plastic strain连接关系的失效模型/SNCONNECT Spalling &Johnson-Cook Ductile and spalling韧性和层裂/SPALLINGStrain failure Damage accumulation with user funct使用用户函数积累合同规定失效模型/TAB1Tuler-Butcher Failure due to fatigue疲劳失效/TBUTCHERTraction Strain failure应变失效/TENSSTRAIN User failure model--/USERi Ductile material Bao-Xue-Wierzbicki modelWierzbicki失效模型/WIERZBICKIDuctile failure model Wilkins modelWilkins失效模型/WILKINSRADIOSS中材料失效模型REVIEW: 弹塑性材料应力应变曲线Original Slide by Loughborough University. CC By2.0•In the plastic range, plastic deformation or permanent reduction in cross-sectional area is significant• A continuous use of nominal or engineering stress is no longer accurate真实应力应变曲线A true•True Stress: a stressdefined with respect to the current or true cross-sectional area, A true asP xσtrue =Original Slide by Loughborough University . CC By2.0非线性材料曲线T o account for material necking true stress and true strain is used in most material models where all outputs are noted in true stress and true strainNecking Point紧缩点Engineering (Nominal) Stress vs.Strain1.Ultimate strength2.Yield strength3.Proportional Limit Stress4.Rupture5.Offset strain (typically0.002).例子:材料实验结果Necking Point.Data Only valid till this point !And now….Generation of Material Data for Simulation.1. Generate engineering Stress-Strain-Curve© 2017 Altair Engineering, Inc. Proprietary and Confidential. All rights reserved.RADIOSS Introduction,v20171.Generate engineering Stress-Strain-Curve2.Generate true Stress-Strain-Curveο=σ(1+ε)例子:材料实验结果1.Generate engineering Stress-Strain-Curve2.Generate true Stress-Strain-Curve3.Generate plastic True-Stress-Strain-Curve (subtract elastic the part of the curve)例子:材料实验结果例子:材料实验结果1.Generate engineering Stress-Strain-Curve2.Generate true Stress-Strain-Curve3.Generate plastic True-Stress-Strain-Curve(subtract elastic the part of the curve)4. When necessary extrapolate Material Data to 100%1.Generate engineering Stress-Strain-Curve2.Generate true Stress-Strain-Curve3.Generate plastic True-Stress-Strain-Curve (subtract elastic the part of the curve)4.Extrapolate Material Data to 100%-Linear -Swift -Voce -Cut off例子:材料实验结果第五章:材料Question?Q:工程应力应变和真实应力应变间的差异?A:真实应力需要考虑拉伸实验件的瞬时面积。
材料科学基础-第5章
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第二节 形核
一、自发形核
2. 临界大小
在一定过冷度下,ΔGV为负值,而σ恒 为正值。可见晶体总是希望有最大的体
五、结晶的一般过程
温度变化规律: 材料的熔体在熔点以上不断
散热,温度不断下降,到理论结 晶温度并不是马上变成固态的晶 体,继续降温而出现过冷。过冷 到某一程度开始结晶,放出结晶 潜热,可能会使其温度回升。到 略低于熔点的温度时,放出的热 量和散热可达到平衡,这时处于 固定温度,在冷却曲线上出现平 台。结晶过程完成,没有潜热的 补充,温度将重新不断下降,直 到室温。
第五章 晶体生长与晶体缺陷
• 概述 • §5.1 液体的性质和结构 • §5.2 凝固的热力学条件 • §5.3 形核过程 • §5.4 晶体的长大 • §5.5 铸锭的组织 • §5.6 单晶体的凝固
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第五章 晶体生长与晶体缺陷
• §5.7 玻璃态与金属玻璃 • §5.8 点缺陷 • §5.9 线缺陷 • §5.10 面缺陷
示为n为n单i 位n 体=积ex原p(子-数△小G/,knT)i为在n个原于中(含5.有1)i个原子的原子团 数 知目,当,△△GG增为加原时子,团n 与i 减数小目。相△同的G的单来个源原有子两的个自,一由个能与差固。、由液式相(5.1)
的自由能差有关,另一个是把固相与液相分开的界面能:前者在平 衡温度时为零,低于熔点时为负值,高于熔点时为正值;后者永 远为正值。
晶核而长大,所以金属凝固时,晶核必须要求等
土木工程材料(第5章 气硬性胶凝材料)
灰砂砖和硅酸盐制品
石灰与天然砂或硅铝质工业废料混合均匀,
加水搅拌, 经压振或压制,形成硅酸盐制品。 为使其获早期强度,往往采用高温高压养护 或蒸压,使石灰与硅铝质材料反应速度显著 加快,使制品产生较高的早期强度。如灰砂
第一节 建筑石膏
建筑石膏及其制品具有轻质,高强,隔热,吸声, 美观及易于加工等优点,因此用途广泛,是一种有 发展前途的新型建筑材料之一。 自然界中存在有天然的无水石膏CaSO4和二水石膏 CaSO4〃2H2O。 在建筑工程中所使用的石膏是由天然二水石膏经过 加工而成的半水石膏CaSO4〃1/2H2O,又成熟石膏。 天然二水石膏在加工时随温度和压力等条件的不同, 会得到结构和性能不同的产物。 高强度石膏硬化后,密实度大,强度高,可用语建 筑抹灰或者 制成石膏制品,但成本高,建筑石膏生 产方便,成本低,可在建筑工程中广泛大量使用。
三 建筑石膏的技术性质
建筑石膏的技术要求有强度、细度和凝结时 间。并按强度和细度分为优等品、一等品和 合格品。具体技术要求见GB9776-1988。
(1)凝结硬化速度快 建筑石膏的浆体,凝结硬化速度很快。 一般石膏的初凝时间仅为10min左右,终凝 时间不超过30min,这对于普通工程施工操 作十分方便。有时需要操作时间较长,可加 入适量的缓凝剂,如硼砂、动物胶、亚硫酸 盐酒精废液等。
途,分为砌筑砂浆和抹面砂浆。
石灰土(灰土)和三合土
石灰与粘土或硅铝质工业废料混合使用,制成
石灰土或石灰与工业废料的混合料,加适量的 水充分拌合后,经碾压或夯实,在潮湿环境中 使石灰与粘土或硅铝质工业废料表面的活性氧 化硅或氧化铝反应,生成具有水硬性的水化硅
第5章 高强高模高分子材料
专用于纤维的概念介绍
(2) 断裂强度与相对断裂强度:是指测定纤维在标准 状态下受恒速增加的负荷作用直至断裂时的负荷值。 如果负荷是以纤维单位面积所受力的大小表示,断 裂强度的单位为帕(Pa)或千帕(kPa)。如果负 荷是以纤维的单位线密度所受的力的大小表示,则 测定的断裂强度称为“相对断裂强度”,法定计量 单位为牛顿/特(N/tex),过去常用的(非法定计 量单位)单位为克/旦。
模量/Gpa 模 量 密 度 熔点/℃ /cN/dtex /g.cm-3
14-17 1.38-1.40 255-265
4.9-5.7 4.4-5.7 3.1-4.5 2.8-5.3 2.6-3.5 0.33 0.40 0.61
26-40 28-42 15-20 12-20 17-22 580 640 660 620 10-24
数值 160 500 无强度损失 无强度损失 3170 2720 无模量损失
性能 在空气中高温下长期使用的温度℃ 分解温度℃ 拉伸强度MPa 在室温下16个月 在50℃空气中2个月 在100℃空气中
拉伸弹性模量GPa
在200℃空气中 在室温下16个月
在50℃空气中2个月
在100℃空气中 在200℃空气中 收缩率% 热膨胀系数(10-6×℃-1) 纵向0-1000℃ 横向0-1000℃ 室温比热容(J/g.℃) 室温下导热系数[W/(m.K)] 垂直于纤维方向 平行于纤维方向 燃烧热(KJ/g)
无模量损失
113.6 110.3 4×10-4 -2 50 1.42 4.110×10-2 4.816×10-2 34.8
5.2.1.3 用途
表5-6
用途分类 产业用纺织品
Kevlar纤维的用途
具体说明 缆绳、编织线绳、编织带、织物(过滤布、 蓬布等)、非织造布 (耐热毡)、土工布 (增强材料) 防弹衣、切割料(安全手套、安全围裙等)、 防腐蚀衣 帘子线或帘子布、动力带、胶管(高压软管、 耐热软管等)、复合材料(航空机部件、压 力容器、体育用品、塑料增强等) 摩擦材料、密封材料、工业用纸(耐热绝缘 纸、工业特种纸) 建筑材料(幕墙、地基屋顶材料)、补强材 料(钢筋替代材料、筒管基材等)
材料科学基础第五章 材料的相结构及相图
SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY
贵州师范大学 2)尺寸因素
化学与材料科学学院
溶质原子溶入溶剂晶格会引起晶格点阵畸变,使晶体能量升高。 晶格畸变能
能量越高,晶格越不稳定。
单位体积畸变能的大小与溶质原子溶入的数量及溶质原子的相对尺寸有关:
SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY
贵州师范大学
化学与材料科学学院
1)晶体结构因素
溶质与溶剂的晶格结构相同→固溶度大。 例如:具有面心立方结构的Mn、Co、Ni、Cu,在γ-Fe中 固溶度较大,而在α-Fe中固溶度较小。 溶质与溶剂的晶格结构相同是形成无限固溶体的必要条件。
贵州师范大学
化学与材料科学学院
1)无限固溶体
无限固溶体都是置换固溶体? 2)有限固溶体 间隙固溶体只能是有限固溶体?
SCHOOL OF CHEMISTRY AND MATERIAL SCIENCE OF GUIZHOU NORMAL UNIVERSITY
贵州师范大学
化学与材料科学学院
按溶质原子分布分类 1)有序固溶体 2)无序固溶体
贵州师范大学
化学与材料科学学院
基本概念
组元:组成材料的最基本的、独立的物质,简称元。
金属元素:Cu、Al、Fe 非金属元素:C、N、O 化合物: Al2O3, MgO, Na2O, SiO2 单一组元组成:纯金属、 Al2O3晶体等 材料: 二元合金 多组元组成,含合金 三元合金
组元:
纯元素
合金:指由两种或两种以上的金属或金属与非金属 经熔炼或其它方法制成的具有金属特性的物质。
材料性能学第5章
图5-9 F-R再生核模型
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a—交变应力为零,循环开 始时,裂纹处于闭合状态。 b—随拉应力增加,裂纹前 端因解理断裂向前扩展。 c—在切应力作用下,沿 45°方向在很窄范围内产生 局部塑性变形。 d—发生塑性钝化,裂纹停 止扩展。 e—应力为零或进入压应力 周期,裂纹闭合,其尖端重 图5-10 脆性疲劳条带形成过程示意图 新变得尖锐,但裂纹已经向 前扩展了一个条带的距离。
以提高疲劳抗力。 ▶ 晶界开裂产生裂纹
晶界弱化、粗化等也会使晶界开裂。强化、净化、 细化晶界,可提高材料的疲劳抗力。 ▶ 材料内部的缺陷(如气孔、夹杂、分层、各向异 性、相变或晶粒不均匀等),都会因局部的应力集 中而引发裂纹。
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疲劳裂纹扩展的方式和机理 ▶ 疲劳裂纹扩展,按扩展方向可分为两个阶段
常将0.05~0.10mm的裂纹定义为疲劳裂纹核, 由此来确定疲劳裂纹的萌生期。
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疲劳裂纹一般都萌生于零件的表面,可能有三 个位置: 对纯金属或单相合金,尤其是单晶体,裂纹多 萌生在表面滑移带处,即所谓驻留滑移带的地方。 当经受较高的应力/应变幅时,裂纹萌生在晶 界处,特别是在高温下更为常见。 对一般的工业合金,裂纹多萌生在夹杂物或第 二相与基体的界面上。
在电子显微镜下可显示出疲劳条带。疲劳带是每次循环 加载时形成的。
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图5-7 疲劳条带 (a)韧性条带×1000 (b)脆性条带×600
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► 裂纹扩展的塑性钝化模型(L-S模型)
a—交变应力为零,循环开始时, 裂纹处于闭合状态。 b—拉应力增加,裂纹张开,且 顶端沿最大切应力方向产生滑移。 c—拉应力达到最大时,滑移区 扩大,裂纹顶端变为半圆形,并 停止扩展。裂纹顶端由于塑性变 形产生塑性钝化,应力集中减少。 d—应力反向,滑移方向改变, 裂纹表面被压拢,裂纹顶端弯折 成一对耳状切口。 e—压应力最大值时,裂纹完全 图5-8 韧性疲劳条带形成过程示意图 闭合,并恢复到开始状态。
材料科学基础第五章1.1
抗拉强度
屈服强度 弹性极限
低碳钢ζ—ε曲线
静拉伸示意图
载荷-伸长曲线
真应力-应变曲线(考虑动态截面积的变化)
不同材料,其应力-应变曲线不同,如:
屈服强度(σ0.2) :有的金属材料的屈服点极不明显 ,在测量上有困难,因此为了衡量材料的屈服 特性,规定产生永久残余塑性变形等于一定值( 一般为原长度的0.2%)时的应力,称为条件屈服 强度或简称屈服强度σ0.2
d 式中ζ为应力;dt
一些非晶体,有时甚至多晶体,在比较小的应 力时可以同时表现出弹性和粘性,这就是粘弹性现 象。 粘弹性变形的特点是应变落后于应力。当加上 周期应力时,应力—应变曲线就成一回线,所包含 的面积即为应力循环一周所损耗的能量,即内耗。
5.2晶体的塑性变形 应力超过弹性极限,材料发生塑性变形,即产 生不可逆的永久变形。 5.2.1单晶体的塑性变形 在常温和低温下,单晶体的塑性变形主要通过 滑移方式进行的,此外,尚有孪生和扭折等方式。 1.滑移
纳米铜的室温超塑性
一、概述
金属的应力—应变曲线 金属在外力作用下一般经历弹性变形(elastic deformation)、弹塑性变形(plastic deformation)和断裂(fracture)三个阶段。
1.工程应力一应变曲线
工程应力一应变(ζ-ε)曲线: ζ= P/Ao ε= (L-Lo)/ Lo P—为载荷 Ao—原始试样的截面积 L、Lo—变形后和变形前试样的长度 低碳钢ζ—ε曲线如图5.1(P151)
1.包申格效应 材料经预先加载产生少量塑性变形(小于4%), 而后同向加载则e升高,反向加载则e下降。此现 象称之为包申格效应。它是多晶体金属材料的普遍 现象。
实际材料T10钢的包辛格效应
第五章材料的磁学性能
(2) 自旋磁矩
每个电子本身作自旋运动,产生一个沿自旋轴方向的 自旋磁矩(electronic spin magnetic moment)。因此 可以把原子中每个电子都看作一个小磁体,具有永久 的轨道磁矩和自旋磁矩,如图5-4所示。实验测定电子 自旋磁矩在外磁场方向上的分量恰为一个玻尔磁子: (5-17)
ez l B l
式中,ml为电子运动状态的磁量子数,下角z表示外磁 场方向;μB为玻尔磁子(Bohr magneton),是电子磁矩 的最小单位,其值为 eh B 9.27 1024 ( J T 1 )(5-16) 4me 式中 , e , h和 me 分别为电子电量、普朗克(Planck) 常量和电子质量。
5.1.1 磁学基本量
(1)磁感应强度和磁导率 1820年,奥斯特发现电流能在周围空间产生磁场, 一根通有I安培(A)直流电的无限长直导线,在距导线 轴线r米(m)处产生的磁场强度H(magnetic field strength)为:
H
I
(5-1)
2r
在国际单位制中,的单位为安培/米(A/m)。
磁矩(magnetic moment)是表示磁体本质的一个物 理量。任何一个封闭的电流都具有磁矩m。其方向与 环形电流法线的方向一致,其大小为电流与封闭环形 的面积的乘积IΔS(图5-1)。在均匀磁场中,磁矩受到 磁场作用的力矩J J=m×B (5-4) 式中,J为矢量积,B为磁感应强度,其单位为:
(1) 电子轨道磁矩 电子绕原子核的轨道运动,产生一个非常小的磁场, 形成一个沿旋转轴方向的轨道磁矩。设r为电子运动轨 道的半径,L为电子运动的轨道角动量,ω为电子绕核 运动的角速度,电子的电量为e,质量为m。根据磁矩 等于电流与电流回路所包围的面积的乘积的原理,电 子轨道磁矩(electronic orbital magnetic moment)的 大小为: e e 2 2 Pe iS e( )r mr L (5-14) 2 2m 2m 该磁矩的方向垂直于电子运功轨迹平面,并符合右 手螺旋定则。它在外磁场方向上的投影,即电子轨道 磁矩在外磁场方向上的分量,满足量子化条件 (5-15) P m (m 0, 1 , 2, , l)
材科-第五章-扩散
Rn na
第 二 节 扩 散 的 微 观 机 理
考虑每次跃迁与前次跃迁的相关性,引入相关系数 f,
则:
D 1 fΓa 2 6
相关系数 f 值主要取决于晶体结构和扩散机制。
第 五 章 则:
第二节 扩散的微观机理
1 2 D f a 6
第 二 节 扩 散 的 微 观 机 理
相关系数 f 值主要取决于晶体结构和扩散机制。 如果扩散以空位机理进行, 对于金刚石结构: f=0.5 对于bcc结构: f=0.72 对于fcc结构和hcp结构:f=0.79 a值主要取决于晶体的点阵类型和点阵常数,变化不大。
基 本 概 念
第 五 章
第五章 材料中的扩散
(2)根据扩散方向 下坡扩散:原子由高浓度处向低浓度处进行的扩散。 上坡扩散:原子由低浓度处向高浓度处进行的扩散。 (3)根据是否出现新相 原子扩散:扩散过程中不出现新相。 反应扩散:由之导致形成一种新相的扩散。 3 固态扩散的条件 (1)温度足够高; (2)时间足够长; (3)扩散原子能固溶; (4)具有驱动力:化学位梯度。
置换扩散:主要以空位机制进行
式中, Δ Gf –空位形成自由能; H f H m D0 exp ΔSf – 空位形成熵; RT ΔHf –空位形成焓。
C mol/cm3、g/cm3
“-” 表示粒子从高浓度向低浓度扩散,即逆浓度梯度方向扩散
C x
浓度梯度(矢量)
C J=-D x
dC 稳定扩散: 扩散质点浓度不随时间变化,也可写为 J源自 D dx推动力: 浓度梯度
C J 、 x x C J 0、 0 t x
描述: 在扩散过程中,体系内部各处扩散质点的浓度不随 时间变化,在x方向各处扩散流量相等。
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一、围绕主题选择材料
• 选材的最基本要求
• 凡是能有力说明、烘托、突出或暗示主 题的材料就选用; • 与主题无关,不能说明、烘托和表现主 题的材料,就要坚决舍弃。
举例
我们要让一部分人先富起来,再带动大家都 富起来。让我们举个例子来说吧,生活在社 会中的个人,就像是生长在森林中的一棵树 ,一棵树不能改变气候,一部分树也不能改 变气候,只有大片大片的森林才能改变气候 。所以,应该让一部分人先富起来。
【点评】只要稍具常识,就能判断这些所谓的 研究成果大多荒谬绝伦。但是,《新快报》刊 登此新闻后,一天时间,网易转载该文后的网 上留言达7000多条;腾讯网该文留言更多达16 万;超过99%网民对韩国表示愤怒。 事发后《新快报》方面辩称:“本报社里没 有这两人(何振涛、杜克),新闻只是转载自 网上的文章。”但是,既然是从网上转载而来 ,为何报道的正文前加上“新快报讯” ?而且 ,只要做个简单的搜索,就可发现何振涛、杜 克近期在《新快报》上分别署名发表了大量国 际报道,难道堂堂《新快报》的国际新闻,都 转包给这两位网民了?实在难以自圆其说!
材料与主题
1.材料是形成主题的基础 所谓“巧妇难为无米之炊”。用材料来说明论 证思想,文章才显得有血有肉,才能做到言之有物。 有了充分的材料,写作才有坚实的基础。 2.材料是表达主题的支柱 写作的过程是双重转化的过程,先从收集的具 体材料中提炼出抽象的主题,再将抽象的主题具体 化,用具体典型的材料将主题树立起来。
• 自2005年韩国为江陵端午祭申遗成功以后,某家报馆 发现这个一个很好的炒作题材,并且有良好的新闻效应 。在随后的三年时间内,韩国人窃取中华文化被反复提 及,反复强调,最后形成了一种大众的“常识”。媒体 通过一次次刺激训练民众,犹如巴普洛夫训练他的狗。 只要听到铃铛声狗就开始分泌胃液,民众只要看到这种 新闻就不加思索地接受,并且发泄愤怒之情。最后,竟 然演变成国内一旦发布这种“新闻”,韩国通讯社或者 《朝鲜日报》就要立即回应。通过对民族主义情绪的控 制,一家媒体不单可以控制国内诸多媒体,成为唯一新 闻源,甚至能遥控韩国媒体,迫使他们一次次回应,一 次次澄清。尽管看起来这事绵延三年,每次都非常热闹 ,但是分析下来,它的实质不过是一家报馆为了多买几 张报纸,多上几次头条,因而以虚妄的理由发动起来的 一次战争。就这样,一张报纸攻击了一个国家。
【真相】韩国驻华大使辛正承8月17日在京表示 ,有关韩国《朝鲜日报》刊登“孙中山是韩国人 ”的报道说法毫无根据,属于捏造事实。“这些 内容都没有根据,是捏造出来的。我们非常重视 中国网站发布的这些内容,中国有十三亿人,其 中有两亿网民,对这样的事情我不可能一一去辟 谣。”辛正承表示,“两国网民应该根据事实交 换信息。”经国内外众多媒体追查,查明此消息 缘于7月28日天涯社区“国际观察”版一名叫 “huhuhu8hu”的网友发布的一篇题为《朝鲜日报: 孙中山原来是韩国人》的帖子。韩国成均馆大学 历史学系教授朴芬庆(愤青)也是杜撰出来的。
“韩国研究‘成果’选摘”: ●西施是韩国人。 ●李时珍是韩国人。 ●姚明是韩国人后裔。 ●毛泽东是韩国人后裔。 ●熊猫的故乡发源地在韩国。 ●“端午”起源于韩国,为其申遗。 ●佛教创始人释迦牟尼是韩国人。
●韩医针灸为国际标准,“超过中国,证明了韩 医的优秀性”。 ●在其新版的万元纸币上印着中国古代天文发明 “浑天仪”,称是其发明,为“国宝”。
• 实有其事、确凿无疑的材料;事实是无法 伪造的。 • 本身能反映客观事物的本质和主流,不是 个别偶然的现象。
三、要选择真实可靠的材料
1.小说、戏剧等文学作品:
• 材料的真实主要指的是艺术真实、本质真 实,同时还要注重细节真实。 • 文学允许虚构,但这种虚构是以生活真实 为基础,揭示生活的本质和规律,即生活 中虽然没有发生但可能发生的事件,而决 不是毫无生活根据的胡思乱想。
海岩:1954年生于北京干部家庭,著名红色女特工廖 菱航之孙。1969年应征入伍海军航空兵,退伍后历任 北京市公安局干部(炊事员、机关饭店经理),现任 中国旅游饭店业协会会长、锦江集团有限公司高级副 总裁、昆仑饭店董事长。当他兼职写作以后,作品的 题材全都围绕爱情、人性、商业、法律及公安。
• 女主角抛弃屌丝跟了高富帅的是大陆剧, 女主角拒绝高富帅选择了屌丝的是韩剧, 高富帅冒充屌丝追女主角之后表露身份的 是台剧,屌丝奋斗成高富帅被N个女主角抢 的是港剧,一群屌丝聚在一起嘲笑高富帅 的是美剧,屌丝从高富帅手里把女主角抢 到手然后一起欢乐的跳舞的是印度剧。 • 高富帅带着女友去吃大排档叫“浪漫” 穷挫矮带着女友去吃大排档叫什么?
第三节 选择材料
“选材要严,开掘要深, 不可将一点琐屑的没有意 思的事故,便填成一篇, 以创作丰富自乐。” ——鲁迅
“采集之时,贪多务得,要 跟奸商一般;而选用时, 要像关卡严厉的税吏,百 般挑剔。” ——茅盾 • 选材之所以要求严,是因 为材料的取舍决定着主题、 决定着文章的好坏。
二、要选择典型的材料
1.典型情节是突现人物性格,深化主题的最 有效的方法。 双腿瘫痪后,我的脾气变得暴躁无常, 望着望着天上北归的雁阵,我会突然把面前 的玻璃砸碎;听着听着李谷一甜美的歌声, 我会猛地把手边的东西摔向四周的墙壁。 ——史铁生《秋天的怀念》
• 《荷塘月色》
夜晚有没有蝉声?
朱自清
三、要选择真实可靠的材料
2.新闻体裁、应用文、一般的记叙文、说 明文、议论文等纪实性文章:
• 一定要选择真实可靠的材料,力戒虚妄, 才能如实地反映客观事物,帮助读者正 确地认识事物,否则,就会迷惑读者, 产生不良的影响。
一、 收集材料的方法
2. 有计划地调查采访 对生活的观察体验是作者了解生活 的重要途径,对自己不熟悉的生活则要 进行有计划、有目的的采访调查。 对于专项研究、新闻写作和报告文 学写作,主要以这种途径获取材料。国 外的新闻界一直流传着这样一句名言: “新闻是用脚写出来的”。
• 韩国人窃据中华文化的新闻最早应该是出现 在2005年11月,韩国成功地把江陵端午祭申 办为联合国人类口头和非物质遗产代表作。 从这个时候起,就出现了韩国人抢走端午节 的新闻。 • 2006年10月:《韩国拟将中医改为韩医申报 “世遗”》 • 2007年12月:《韩国将在2008年前完成“风 水申遗”工作》、《韩国试图向联合国申请 汉字为该国的世界文化遗产》 • 2008年7月:《韩国大学教授研究孙氏族谱 称 孙中山有韩血统》
一、 收集材料的方间的限制,人不可 能也没有必要亲自收集所有材料。除 却亲身收集的大量材料之外,书刊也 是祸的材料的重要来源,它来自于他 人的体验观察和收集,同样有着重要 的借鉴意义。
“ 金学 ” ,只有内容丰富才能够称之为“学”, 金庸小说中涉及到儒、释、道、诸子百家、诗 词曲赋、绘画、音乐、雕塑、书法、棋艺、中 医、易经等,简直是中华传统文化大百科,同 时又具有强烈的现代意识和政治隐喻,这些没 有广泛大量的阅读是不可能的。
第五章 材料
第一节 材料是写作的基础
材料是作者为了写作,从各方面收 集来的以及写到文章中的一系列事实 现象或其它根据。 材料是构成文章的基本要素之一。 写文章必须首先占有材料,从收集和 积累材料入手。
茹志鹃《漫谈我的创作经历》
宜阳县境)。其首领称为孙伯,即孙国首领之意。 《通志· 氏族略· 以邑为氏》载:“孙氏,周文王所封 ,世为周卿,士食采于孙,子孙因以为氏。”《翠 亨孙氏家谱》二修一卷载:“吾姓系出周孙伯之后, 世为周卿,因国为氏。”由此证明,孙氏起源于韩 国。朴芬庆称,根据对广东孙氏家族聚居遗址的调 查,可以认为,孙氏家族的生活带有明显的朝鲜色 彩,不属于中国本土文化。在原始的孙氏家族古籍 中,可以发现许多古朝鲜文字转化的外来字,充分 说明孙中山具有韩国血统。《朝鲜日报》记者正在 对这一重大发现进行跟踪报道,预计今年年底将写 成关于孙氏家族起源真相的系列书籍。关于孙中山 祖先从韩国迁往中国的考古纪录片的拍摄也在计划 之中。
第二节 收集材料
一、 收集材料的方法 1. 长期观察体验生活 材料的选取离不开现实生活,生 活的缺失容易造成写作的先天不足。 文学作品的创作常常是作者对现实生 活的体验与感受。
体验生活是作者全身心地沉入生活 之中,获得真实感受。从《儒林外史》 的杜少卿身上,我们能轻易看到作者 吴敬梓的影子。《红楼梦》“满纸荒 唐言,一把辛酸泪。都云作者痴,谁 解其中味?”曹家的自身经历让曹雪 芹刻骨铭心。
素材指的是作者从现实生活中搜集 到的、未经整理加工的、感性的、 分散的原始材料。
题材是作者将素材集中、提炼、 加工、改造后写入作品中的材料总 称,是作品中具体表现的一定社会 历史事件或生活现象。
素材与题材
广义的题材:社会生活、社会现象的 某些方面,如工业题材、军事题材等。 狭义的题材:构成一部叙事性作品内 容的一组完整的生活现象。
我在写每一篇东西的时候,哪怕是 一篇短小的散文,我都在调动我一切 储备,好像这篇写完了以后,别的东 西不准备写了似的。是的,我在写每 一篇东西的时候,都翻箱倒柜,只要 能用的都使用上来,哪怕不是用在文 字上。
素材与题材
三、要选择真实可靠的材料
• 造成材料失实的原因主要有: • 没有分清实用文章写作与文艺写作对材 料真实的理解; • 观察、体验、调查研究不够造成材料失 实; • 政治、商业利益的驱动。
“孙中山是韩国人”
《新快报》2008年7月31日 记者:何振涛、杜克 韩国成均馆大学历史学系教授朴芬庆经过 对孙氏家族族谱仔细发掘研究,包括对中国姓 氏文化古籍的研究,已经发现中国伟大革命先 驱———中国人孙中山,实际上身上流的是韩国 的血。 韩国《朝鲜日报》报道,韩国成均馆大学 历史学系教授朴芬庆表示,大约在公元前1000 年,生活在朝鲜最南端、今天的济州岛附近的 古朝鲜人,曾组成军队为周朝作战。其中一部 分由于战功显赫,被周文王封于孙(今河南省