无机材料物理性能知识点整理
《无机材料物理性能》第1讲
学习内容
1. 力学性能：受力形变与脆性断裂理论。 2. 热学性能：热容、热膨胀、热传导、热稳
定性等。 3. 光学性能：透光性、反射性、颜色等。 4. 电学性能：导电性和介电性。 5. 磁学性能：磁性理论和铁氧体的磁性与结构。
课程安排
该课共50个学时 上课22次课 习题2次课 复习1次课
我的希望
无机非金属材料在工程应用中应注意的问题： 脆性大、塑韧性低：要注意低应力下的失效，
注意安全性与可靠性。 成本与应用：仅数千元的铁质柴油机，若用
全陶瓷，其价格要提高2～3个数量级。 强度设计与材料的合理使用：抗拉强度差，
但抗压强度却很高。要尽可能地用其长处。
我国陶瓷发展简史－－陶器
瓷器
学习研究方法
Hale Waihona Puke 材料性能研究注意问题 研究材料性能，要注意性能的复合与转换。
材料性能研究注意问题
研究材料性能，要注意性能的发展与改造 。
材料科学与工 程是研究无机非金 属材料合成与制备 、组成与结构、性 能与使用效果四者 关系的科学。
使用效能
组成与结构
性能
合成与制备工艺
材料科学与工程研究对象间的关系
材料科学偏重于研究材料的合成与制 备、组成与结构、性能及使用效能各组元 本身及其相互关系，
材料性能的研究，有助于研究材料的内部结构 对材料性能的要求，决定了材料生产工艺
材料性能研究注意问题
现象与本质 同一材料不同性能，只是相同 的内部结构在不同的外界条件下所表现出 的不同行为。 这也说明，不同的外界条件下，材料 的性能是不同的，即一种材料有多种性能。
材料性能研究注意问题
材料性能的划分只是为了学习和研究的 方便。 要注意材料间的各种性能既有区别， 又有联系。
无机材料物理性能—第四章讲义
对金属材料其汽化潜热和熔点之间存在如下关系:
H f RTm
对大多数陶瓷材料则有:
H f (3~ 4)RTm
阳离子的配位数与熔点
阳离子配位数
Tm(℃)
ThO2 8
3300
TiO2 6
1840
离子半径与熔点
MgO CaO
SrO
SiO2 4
1730
BaO
离子半径比
Tm(℃)
0.51 0.71 2800 2570
不同，通常工程上所用的平均热容是指物体温度T1到T2所吸收
的热量的平均值：
C均
=
Q T2 -T1
T1——T2的范围越大，精确度越差。
7
物体的热容还与热过程有关，Cp > Cv。
恒压热容 恒容热容
CP
=
Q T
P
=
H T
P
CV
=
Q T
V
=
E T
V
Q为热量，E为内能，H为焓。
热力学第二定律可以到处Cp和Cv的关系：
U
(r)
U
(r0
)
1 2
x
2
这时的势能曲线为抛物线型的。如不略去x3项，那么：
U (r)
U (r0
)
1 x2
2
1 3
x3
则，势能曲线为非对称的。即显示出热膨胀。
27
4.2.3 热膨胀与其它性能的关系
4.2.3.1 热膨胀和结合能、熔点的关系
热膨胀系数与熔点的关系 0.038 7.0 106
T熔
Ei
n
1 2
h
i
按照玻耳兹曼统计理论，晶体内振动能量为Ei的谐振子的数目
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）。
无机材料性能
无机材料性能无机材料是指由无机元素构成的物质，其性能直接影响着材料在各个领域的应用。
本文将重点讨论无机材料的性能特点，包括物理性能、化学性能和热性能，并探讨其在不同领域的应用。
一、物理性能无机材料的物理性能是指其在物质内部结构及外部表现方面的特点。
首先，无机材料具有高硬度。
例如，金刚石是目前最硬的材料之一，其硬度高达10级。
高硬度使得无机材料在磨擦、切割和抛光等方面有广泛的应用。
其次，无机材料具有高熔点和高热稳定性。
许多无机材料在高温下仍可保持其形状和性能，例如陶瓷材料常被应用于高温炉具和发动机部件等领域。
此外，无机材料还具有良好的导电性和导热性。
金属材料是最常见的导电材料，而导热材料如铜和铝则常用于传热领域。
二、化学性能无机材料的化学性能主要包括抗腐蚀性、化学稳定性和化学反应活性。
首先，无机材料常具有良好的抗腐蚀性，能够在恶劣的化学环境下保持其性能稳定。
例如，不锈钢由铁、铬和镍等金属元素构成，具有耐酸性和耐热性，在化学工业中得到广泛应用。
其次，无机材料的化学稳定性使其能够长期稳定地存在于各种介质中。
例如，玻璃材料由无机氧化物构成，具有优异的化学稳定性，广泛用于光学、建筑和化学实验仪器等领域。
此外，无机材料也可以表现出一定的化学反应活性。
例如，氧化锌是一种多功能无机材料，具有光催化、抗菌和药物传递等特性，可应用于环境治理和医疗领域。
三、热性能无机材料的热性能是指在温度变化下其物理和化学性质的变化。
一方面，无机材料具有较低的热膨胀系数，即在温度变化下体积的变化较小。
这使得无机材料在高温下仍能维持其形状和尺寸的稳定性。
另一方面，无机材料的热导率较高，即能够快速传导热量。
这在热管理领域中非常重要，例如散热器和热交换器等设备常用金属和陶瓷材料。
四、应用领域无机材料的良好性能使其在各个领域均有广泛应用。
在结构材料方面，陶瓷材料常用于建筑、航空航天和电子器件中。
在电子材料方面，半导体材料如硅和氮化硼被广泛用于电子元器件的制造。
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,名词解释
第一章1.形变（变形）：材料的形状和尺寸随外力作用而改变的现象。
2.弹性模量：表征材料抵抗变形的能力。
3.滞弹性：弹性行为与时间有关，表征材料的形变在应力移去后能够恢复但不能立即恢复的能力。
4.剪切应变：材料的内部一体积元上的两个面元之间的夹角的变化。
5.应变松弛：固体材料在恒定载荷下，变形随时间延续而缓慢增加的不平衡过程，或材料变形后内部原子由不平衡到平衡的过程，也称蠕变或徐变。
6.应力松弛：在持续外力作用下，发生形变着的物体，在总的形变值保持不变的情况下，由于徐变变形渐增，弹性变形相应减小，由此使物体的内部应力随时间延续而逐渐减少的过程。
即一体系因外界原因引起的不平衡状态逐渐转为平衡状态的过程。
7.塑性形变：在超过材料的屈服应力作用下，产生变形，外力移去后不能恢复的形变。
8.塑性：表征材料经受塑性变形而不被破坏的能力。
9.硬度：表示材料表面在承受局部静压力下抵抗变形的能力。
10.断裂功：指材料在抵抗外力破坏时，单位面积上所需吸收的功。
11.蠕变：材料在恒定载荷作用下，随着时间延长持续发生塑性变形的现象。
12.冲击韧性：指材料在冲击载荷下吸收塑性变形功和断裂功的能力。
13.滑移：是刃型位错沿滑移面从晶体内部移出的过程或刃型位错沿滑移面的运动。
14.静态疲劳（亚临界裂纹扩展）：在持久载荷下发生的断裂。
15.动态强度：指材料抵抗冲击载荷作用而不至于发生断裂破坏的能力。
第二章1.抗热震性（抗热冲击性）：指材料承受温度骤变而不至于被破坏的能力。
2.比热容：指单位质量材料升高（降低）1K所需吸收（放出）的热量。
3.热膨胀：物体的体积或长度随温度升高而增大的现象。
4.热导率：指热量流过材料的速率。
5.热扩散系数：表征物体内部温度趋于均衡的能力，其大小直接影响物体中的温度梯度分布。
6.热抗震系数：为脆性无机材料抗热震断裂能力的度量。
第三章1.电偶极子：由一个正电荷q和另一个符号相反、数量相等的负电荷-q由于某种原因而坚固的互相束缚与不等于零的距离上所组成。
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：
无机材料物理性能知识点整理
无机材料物理性能知识点整理无机材料物理性能知识点整理1.铁电体与铁磁体的定义和异同答：铁电体是指在一定温度范围内具有自发极化，并且自发极化方向可随外加电场作可逆转动的晶体。
铁磁体是指具有铁磁性的物质。
2.本征（固有离子）电导与杂质离子电导答：本征电导是源于晶体点阵的基本离子的运动。
这种离子自身随着热振动离开晶体形成热缺陷。
这种热缺陷无论是离子或者空位都是带电的，因而都可作为离子电导载流子。
显然固有电导在高温下特别显著；第二类是由固定较弱的离子的运动造成的，主要是杂质离子。
杂质离子是弱联系离子，所以在较低温度下杂质电导表现显著。
相同点：二者的离子迁移率和电导率表达形式相同不同点：a.本征离子电导载流子浓度与温度有关，而杂质离子电导载流子浓度与温度无关，仅决定于杂质的含量B.由于杂质载流子的生成不需要提供额外的活化能，即他的活化能比在正常晶格上的活化能要低得多，因此其系数B比本征电导低一些C.低温部分有杂质电导决定，高温部分由本征电导决定，杂质越多，转折点越高3.离子电导和电子电导答：携带电荷进行定向输送形成电流的带点质点称为载流子。
载流子为离子或离子空位的为离子电导；载流子是电子或空穴的为电子电导不同点：a.离子电导是载流子接力式移动，电子电导是载流子直达式移动B.离子电导是一个电解过程，符合法拉第电解定律，会发生氧化还原反应，时间长了会对介质内部造成大量缺陷及破坏；而电子电导不会对材料造成破坏C.离子电导产生很困难，但若有热缺陷则会容易很多；一般材料不会产生电子电导，一般通过掺杂形式形成能量上的自由电子D.电子电导的电导率远大于离子电导（原因：1.当温度升高时，晶体内的离子振动加剧，对电子产生散射，自由电子或电子空穴的数量大大增加，总的效应还是使电子电导非线性地大大增加；2.在弱电场作用下，电子电导和温度成指数式关系，因此电导率的对数也和温度的倒数成直线关系；3.在强电场作用下，晶体的电子电导率与电场强度之间不符合欧姆定律，而是随场强增大，电导率有指数式增加4.铁电体与反铁电体答：铁电体是指在一定温度范围内具有自发极化，并且自发极化方向可随外加电场作可逆转动的晶体；反铁电体是指晶体中相邻的离子沿反平行方向发生自发极化，宏观上自发极化为零且无电滞回线的材料不同点：1.在反铁电体的晶格中，离子有自发极化，以偶极子形式存在，偶极子成对的按反平行方向排列，这两部分偶极子的偶极矩大小相等，方向相反；而在铁电体的晶格中，偶极子的极性是相同的，为平行排列2.反铁电体具有双电滞回线，铁电体具有电滞回线3.当外电场降至零时，反铁电体无剩余极化，铁电体存在剩余计5.声频支与光频支的异同答：相同点：声频支与光频支都是由于一维双原子点阵的振动引起的，且都是独立的格波，频率都与元胞振动频率相同不同点：1.声频支是相邻原子具有相同的振动方向，表示了元胞的质量中心的振动；光频支是相邻两种原子振动方向相反，表示了元胞的质量中心维持不同，因而引起了一个范围很小，频率很高的振动2.声频支是低温下的格波，频率小影响范围广，是同一类原子不同晶胞之间相互振动引起的；光频支是晶体熔融温度下的格波，频率高，影响范围小，是不同类原子同一晶胞之间相互振动引起的。
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。
材料物理性能考试重点
第一章无机材料的受力形变1．形变：材料在外力的作用下发生形状与尺寸的变化2．影响弹性模量大小的因素？①化学键(本质)：共价键、离子键结合力强，弹性模量大。
分子键结合力弱，弹性模量小。
②原子间距：正应力使原子间距减小，弹性模量增大；张应力使原子间距增大，弹性模量减小。
温度升高，原子间距增大，弹性模量降低。
3．弹性模量的测定⏹静态法：采用常规三点弯曲试验加载方式；在正式读数前，在低载荷进行几次反复加载、卸载；试样尺寸有要求。
误差较大⏹动态法：三点弯曲受力，外加载荷周期性性变化，产生谐振；弯曲振动测E，扭曲振动测G；试样尺寸有要求。
误差较小4．塑性：材料在外力去除后仍保持部分应变而不能恢复的特性5．延展性：材料发生塑性形变而不断裂（破坏）的能力6．晶体塑性形变两种基本形式：•滑移是指在剪切应力作用下晶体一部分相对于另部分发生平移滑动。
在显微镜下可观察到晶体表面出现宏观裂纹，并构成滑移带。
•孪晶是晶体材料中原子格点排列一部分与另部分呈镜像对称的现象。
镜界两侧的晶格常数可能相同、也可能不同。
7．晶体滑移的条件几何条件：滑移一般发生在晶面指数小、原子密度大的晶面（主要晶面）和晶面指数小的晶向（主要晶向）上：由于晶面指数小的面，面间距越大，原子间的作用力越小，易产生相对滑动；晶面指数小的面，原子的面密度大，滑过滑动平面使结构复原所需的位移量最小，即柏氏矢量小，也易于产生相对滑动。
静电作用因素：同号离子存在巨大的斥力，如果在滑动过程中相遇，滑动将无法实现。
8．粘度定义：使相距一定距离的两个平行平面以一定速度相对移动所需的力。
单位：Pa· s，9．影响粘度的因素？温度：一般温度升高，粘度下降。
时间：从高温状态冷却到退火点，再加热其粘度随时间增加而增加；而预先在退火点以下保持一定时间后，其粘度随时间增加而降低，但时间大大缩短。
组成：改性阳离子不同，粘度变化不同；但改性阳离子的加入，在任何温度下总会使粘度降低。
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。
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直径
d/mm 2.5
2.4
995(MPa)
0.0816
917(MPa)
圆面积
S/mm2 4.909
4.524
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。
4
2-2. 一试样长 40cm,宽 10cm,厚 1cm，受到应力为 1000N 拉力，其杨氏模量为
3.5×109 N/m2，能伸长多少厘米?
（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：
对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料电试力卷保相护互装作置用调与试相技互术关，系电通，力1根保过据护管生高线产中0不工资仅艺料可高试以中卷解资配决料置吊试技顶卷术层要是配求指置，机不对组规电在范气进高设行中备继资进电料行保试空护卷载高问与中题带资2负料2，荷试而下卷且高总可中体保资配障料置2试时32卷，3各调需类控要管试在路验最习；大题对限到设度位备内。进来在行确管调保路整机敷使组设其高过在中程正资1常料中工试，况卷要下安加与全强过，看度并25工且52作尽22下可护都能1关可地于以缩管正小路常故高工障中作高资；中料对资试于料卷继试连电卷接保破管护坏口进范处行围理整，高核或中对者资定对料值某试，些卷审异弯核常扁与高度校中固对资定图料盒纸试位，卷置编工.写况保复进护杂行层设自防备动腐与处跨装理接置，地高尤线中其弯资要曲料避半试免径卷错标调误高试高等方中，案资要，料求编试技5写、卷术重电保交要气护底设设装。备备置管4高调、动线中试电作敷资高气，设料中课并技3试资件且、术卷料中拒管试试调绝路包验卷试动敷含方技作设线案术，技槽以来术、及避管系免架统不等启必多动要项方高方案中式；资，对料为整试解套卷决启突高动然中过停语程机文中。电高因气中此课资，件料电中试力管卷高壁电中薄气资、设料接备试口进卷不行保严调护等试装问工置题作调，并试合且技理进术利行，用过要管关求线运电敷行力设高保技中护术资装。料置线试做缆卷到敷技准设术确原指灵则导活：。。在对对分于于线调差盒试动处过保，程护当中装不高置同中高电资中压料资回试料路卷试交技卷叉术调时问试，题技应，术采作是用为指金调发属试电隔人机板员一进，变行需压隔要器开在组处事在理前发；掌生同握内一图部线纸故槽资障内料时，、，强设需电备要回制进路造行须厂外同家部时出电切具源断高高习中中题资资电料料源试试，卷卷线试切缆验除敷报从设告而完与采毕相用，关高要技中进术资行资料检料试查，卷和并主检且要测了保处解护理现装。场置设。备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况，然后根据规范与规程规定，制定设备调试高中资料试卷方案。
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
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。
无机材料物理性能总结
关于氧化锆的总结一氧化锆(ZrO2)自然界的氧化锆矿物原料，主要有斜锆石和锆英石。
锆英石系火成岩深层矿物，颜色有淡黄、棕黄、黄绿等，比重4．6—4．7，硬度7．5，具有强烈的金属光泽，可为陶瓷釉用原料。
相对分子质量123.22二氧化锆的物理性质白色重质无定形粉末或单斜结晶。
无臭。
无味。
在1100℃以上形成四方晶体，在1900℃以上形成立方晶体。
一般常含有少量二氧化铪，与碳酸钠共熔生成锆酸钠，锆酸钠遇水能水解成氢氧化钠和几乎不溶于水的氢氧化锆。
溶于2份硫酸和1份水的混合液中，微溶于盐酸和硝酸，慢溶于氢氟酸，几乎不溶于水。
相对密度5.85。
熔点2680℃，耐火度为2200℃。
沸点4300℃。
折光率2.2。
有刺激性。
储存桶装密封保存。
二氧化锆具有熔点和沸点高、硬度大、常温下为绝缘体、而高温下则具有导电性等优良性质。
二氧化锆有3种晶型，属于多晶相转化物。
稳定的低温相为单斜相；高于1000°时，四方相逐渐形成；高于2370°时，转变为立方晶相。
氧化锆熔点2700℃，莫氏硬度7，有两种变体，1000℃以下为单斜晶系(密度5．68g/cm3)，1000℃时生成四方晶系(密度6．10g/cm3)，此晶型转变为可逆转变，冷却过程中晶型转化时伴有7%的体积膨胀，可导致制品开裂。
加入稳定剂与Zr02生成立方晶系固溶体，可消除由上述晶型转化带来的体积膨胀。
氧化锆热导率低(1000℃，2．09W/(m·K))，线膨胀系数大(25～1500℃9．4×10-6/℃)，高温结构强度高，1000℃时耐压强度可达1200～1400MPa。
导电性好，具有负的电阻温度系数，电阻率1000℃时104Ω·cm，1700℃时6～7Ω·cm。
三氧化锆的化学性质氧化锆的化学性质十分稳定。
不溶于水、盐酸和稀硫酸，溶于热浓氢氟酸、硝酸和硫酸。
与碱共熔可生成相应的锆酸盐。
具有良好的热化学稳定性,高温导电性和较高的高温强度和韧性,也具有良好的机械、热学、电学、光学性质。
无机材料物理性能
无机材料物理性能无机材料是指由无机物质构成的材料，通常是由金属、非金属元素或其化合物组成的材料。
无机材料在工业生产和科学研究中具有重要的地位，其物理性能直接影响着材料的应用范围和性能表现。
本文将从晶体结构、热力学性质、电磁性能等方面探讨无机材料的物理性能。
首先，晶体结构是无机材料的重要物理性能之一。
晶体结构的稳定性和排列方式直接决定了材料的物理性质。
无机材料的晶体结构可以分为离子晶体、共价晶体和金属晶体等不同类型。
离子晶体由正负离子通过离子键相互结合而成，具有高熔点、脆性和导电性等特点；共价晶体由共价键相互连接而成，具有硬度大、熔点高和绝缘性能好等特点；金属晶体由金属原子通过金属键结合而成，具有良好的导电性和延展性等特点。
不同类型的晶体结构决定了无机材料的物理性能表现。
其次，热力学性质是无机材料的重要物理性能之一。
热力学性质包括热膨胀、热导率、热容等参数。
热膨胀是指材料在温度变化时长度、体积发生的变化。
热导率是指材料在温度梯度下传导热量的能力。
热容是指材料吸收热量时温度的变化。
这些热力学性质直接影响着无机材料在高温、低温环境下的稳定性和性能表现。
另外，电磁性能是无机材料的重要物理性能之一。
电磁性能包括介电常数、磁导率、电阻率等参数。
介电常数是指材料在电场中的极化能力，影响着材料的绝缘性能和电容性能。
磁导率是指材料在磁场中的磁化能力，影响着材料的磁性能和电感性能。
电阻率是指材料对电流的阻碍能力，影响着材料的导电性能和热释放能力。
这些电磁性能直接影响着无机材料在电子器件、电磁设备等领域的应用性能。
总之，无机材料的物理性能是多方面的，包括晶体结构、热力学性质、电磁性能等多个方面。
这些物理性能直接影响着无机材料在工业生产和科学研究中的应用范围和性能表现。
因此，对无机材料的物理性能进行深入研究，对于提高材料的性能和拓展应用领域具有重要意义。
无机材料力学性能
读书报告第一章无机材料的受力形变一、基础知识(参考《材料物理性能》关振铎、张中太等编著。
清华大学出版社）1、应力σ下标的含义（第五页）单位面积上所受的内力称为应力σ＝F/Aσ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。
应力分量2、弹性形变：在外力作用下，物体发生形变，当外力撤消后，物体能恢复原状，则这样的形变叫做弹性形变。
例如弹簧。
3、滞弹性：无机固体和金属这种与时间有关的弹性。
4、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表现出弹性和粘性。
5、应变与蠕变：应变是用来描述物体内部各质点之间的相对位移的。
一根长度为Lo的杆，在单向拉应力作用下被拉长到L1，则应变的定义为：ε＝（L1－Lo）/Lo＝ΔL/Lo。
当对粘性体施加一恒定力时，其应变随时间而增加，此现象叫蠕变。
6、应力弛豫：施加一恒定应变，则应力将随时间而减少，此现象叫弛豫。
7、塑性行变：指一种在外力移去后不能恢复的形变。
8、超塑性：指在一应力作用下产生异常大的拉伸形变而不发生破坏的能力。
9、滑移系统：在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的结晶学平面上的一定结晶学方向相对于晶体的另一部分进行移动，使晶面上的原子从一个稳定平衡位置移至另一个平衡位置的过程晶体的滑移过程如图1所示滑移是金属晶体塑性变形的主要方式在滑移过程中，晶体的位向不发生改变，已滑移和未滑移部分仍保持位向的一致；每次滑移量均为晶体在滑移方向上原子间距的整倍数，这个滑移量在应力去除后不能恢复。
大量滑移的累积，构成晶体宏观的塑性变形晶体的滑移分单晶体滑移与多晶体滑移。
滑移面和滑动方向组成晶体的滑移系统。
晶体滑移示意图二、对弹性模量的理解与应用材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系（即符合胡克定律），其比例系数称为弹性模量。
弹性模量的单位是达因每平方厘米。
“弹性模量”是描述物质弹性的一个物理量，是一个总称。
弹性模量E是原子间结合强度的一个标志，是一常数。
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无机材料物理性能知识点整理
无机材料物理性能知识点整理
1.铁电体与铁磁体的定义和异同
答：铁电体是指在一定温度范围内具有自发极化，并且自发极化方向可随外加电场作可逆转动的晶体。
铁磁体是指具有铁磁性的物质。
2.本征（固有离子）电导与杂质离子电导
答：本征电导是源于晶体点阵的基本离子的运动。
这种离子自身随着热振动离开晶体形成热缺陷。
这种热缺陷无论是离子或者空位都是带电的，因而都可作为离子电导载流子。
显然固有电导在高温下特别显著；第二类是由固定较弱的离子的运动造成的，主要是杂质离子。
杂质离子是弱联系离子，所以在较低温度下杂质电导表现显著。
相同点：二者的离子迁移率和电导率表达形式相同
不同点：a.本征离子电导载流子浓度与温度有关，而杂质离子电导载流子浓度与温度无关，仅决定于杂质的含量
B.由于杂质载流子的生成不需要提供额外的活化能，即他的活化能比在正常晶格上的活化能要低得多，因此其系数B比本征电导低一些
C.低温部分有杂质电导决定，高温部分由本征电导决定，杂质越多，转折点越高
3.离子电导和电子电导
答：携带电荷进行定向输送形成电流的带点质点称为载流子。
载流子为离子或离子空位的为离子电导；载流子是电子或空穴的为电子电导
不同点：a.离子电导是载流子接力式移动，电子电导是载流子直达式移动
B.离子电导是一个电解过程，符合法拉第电解定律，会发生氧化还原反应，时间长了会对介质内部造成大量缺陷及破坏；而电子电导不会对材料造成破坏
C.离子电导产生很困难，但若有热缺陷则会容易很多；一般材料不会产生电子电导，一般通过掺杂形式形成能量上的自由电子
D.电子电导的电导率远大于离子电导（原因：1.当温度升高时，晶体内的离子振动加剧，对电子产生散射，自由电子或电子空穴的数量大大增加，总的效应还是使电子电导非线性地大大增加；2.在弱电场作用下，电子电导和温度成指数式关系，因此电导率的对数也和温度的倒数成直线关系；3.在强电场作用下，晶体的电子电导率与电场强度之间不符合欧姆定律，而是随场强增大，电导率有指数式增加
4.铁电体与反铁电体
答：铁电体是指在一定温度范围内具有自发极化，并且自发极化方向可随外加电场作可逆转动的晶体；反铁电体是指晶体中相邻的离子沿反平行方向发生自发极化，宏观上自发极化为零且无电滞回线的材料
不同点：1.在反铁电体的晶格中，离子有自发极化，以偶极子形式存在，偶极子成对的按反平行方向排列，这两部分偶极子的偶极矩大小相等，方向相反；而在铁电体的晶格中，偶极子的极性是相同的，为平行排列
2.反铁电体具有双电滞回线，铁电体具有电滞回线
3.当外电场降至零时，反铁电体无剩余极化，铁电体存在剩余计
5.声频支与光频支的异同
答：相同点：声频支与光频支都是由于一维双原子点阵的振动引起的，且都是独立的格波，频率都与元胞振动频率相同
不同点：1.声频支是相邻原子具有相同的振动方向，表示了元胞的质量中心的振动；光频支是相邻两种原子振动方向相反，表示了元胞的质量中心维持不同，因而引起了一个范围很小，频率很高的振动
2.声频支是低温下的格波，频率小影响范围广，是同一类原子不同晶胞之间相互振动引起的；光频支是晶体熔融温度下的格波，频率高，影响范围小，是不同类原子同一晶胞之间相互振动引起的。
6.抗热震断裂性与抗热震损伤性
答：材料发生瞬时断裂，抵抗这类破坏的性能称为抗热冲击断裂性能
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称为抗热冲击损伤性能。
7.热容与热膨胀
答：热容是描述材料中分子热运动的能量随温度而变化的一个物理量，定义为使物体温度升高1K所需外界提供的能量
热膨胀是指物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象
相同点：热膨胀系数与热容密切相关且有着相似的规律，两者曲线近于平行，变化趋势相同，即两者比值接近于恒值
不同点：热容具有可加性，与材料结构关系不大，气孔率大，热容小
热膨胀不具可加性，与材料结构密切联系，气孔率对其影响不大
8.裂纹快速发展与静态疲劳
答：裂纹快速发展----按照格里菲斯微裂纹理论，裂纹的快速发展，材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量，而是决定于裂纹的大小，即是由最危险的裂纹尺寸（临界裂纹尺寸）决定材料的强度，
一旦裂纹超过临界尺寸，裂纹就迅速扩展而断裂
静态疲劳是指裂纹在使用应力下，随着时间的推移而缓慢扩展，也称亚临界扩展。
裂纹缓慢扩展的结果是裂纹尺寸逐渐加大，一旦
达到临界尺寸就会失稳扩展而破坏
二.简答
1.格里菲斯微裂纹理论
答：实际材料中总是存在许多细小的裂纹或缺陷；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，
裂纹的扩展导致了材料断裂。
换句话说，断裂并不是晶体同时沿整
个原子面拉断，而是裂纹严重某一存在有缺陷的原子面发生扩展的
结果。
材料内部储存的弹性应变能的降低大于由于开裂形成两个新
表面所的表面时，裂纹将发生扩展；反之，裂纹将不会扩展
2.裂纹来源
答：1.由于晶体微观结构中存在缺陷，当受到外力作用时，在这些缺陷处就引起应力集中，导致裂纹结核
2.材料表面的机械损伤与化学腐蚀形成表面裂纹，此种裂纹最危险，裂纹的扩展常常由表面裂纹开始
3.由于热应力而形成裂纹
3.提高陶瓷材料强度的方法
答：1.利用显微结构增韧和热压烧结，使晶粒超细化，以减少气孔，裂纹尺寸和数量
2.预加压应力---材料加热后急剧冷却，进行热韧化，表面冷却
速度高于内部，因而使
材料表面引入残余压力
3.化学强化----通过改变表面的化学组成，消除表面缺陷，使表面的`摩尔体积比内部的大，并使表面残余压应力更高
4.将表面抛光或化学处理，消除表面缺陷
5.复合强化：纤维增强，晶粒增强
4热膨胀微观机理
答：固体材料热膨胀的物理本质可以归结为点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。
在热振动过程中，在质点平衡位置r0的两侧合力曲线的斜率是不等的。
温度越高，振幅越大，质点在r0两侧受力不对称情况越显著，平衡位置向右移动越多，相邻质点间平均距离就增加得越多，以致晶胞参数增大，宏观上便表现为晶体的热膨胀。
次要机理：随温度升高热缺陷浓度按指数关系增加，热缺陷的形成将造成局部晶格膨胀和畸变
5.热传导随温度如何变化
答：热传导是指当固体材料一端的温度比另一端高时，热量从热端自动的传向冷端的现象。
在温度不太高的范围内，无机材料中的热传导主要是声子传导。
但是在温度较高时，介质由于结构松弛而产生蠕变，导致介质的弹性模量迅速下降，v则呈现出随温度增大而减小的趋势
答：爱因斯坦提出的假设是：每一个原子都是一个独立的振子原子之间彼此无关，并且都以相同的角频率*a
离子电导的特点：
1、源于晶体点阵的基本离子的运动，称为固有离子电导。
这种离子自身随着热振动离开晶格形成热缺陷这种热缺陷，无论是离子或者空位都是带电的，因而都可以作为离子电导载流子。
2、由固定较弱的离子运动造成的，主要是杂质离子。
影响离子电导的因素：
1、温度，低温下杂志电导占主要地位，高温下固有电导起主导作用。
2、晶体结构，熔点高的晶体，结合力大，相应的活化能也高，电导率低。
3、晶格缺陷。