无机材料物理性能自主学习PPT剖析.pptx

无机材料物理性能;§1.1 应力与应变; 1.1.2 应变 应变描述的是在外力作用下物体内部各质点之间 的相对位移，应变可分为正应变和剪切应变两类。 考虑一根长度为 的杆在单向拉应力作用下被拉 长到 ，相应的正应变可以定义为： ;§1.2 无机材料的弹性形变; 单独作用时，在y、z方向的收缩为： 定义横向变形系数μ： 式中μ为泊松比，是一个无量纲的物理量; 如果上述长方体各面分别受均匀分布的正应力 则任一方向上总的正应变为3个应力分量在这一方向上 所分别引起的应变分量的加和，即： ; 1.2.2 单晶的弹性常数 单晶、具有组织结构的材料以及纤维增强的复合材 料等则具有明显的方向性。在这种情况下，各种弹性常 数随方向而不同。描述这类材料在弹性形变阶段的应力 -应变关系就需要借助所谓的广义胡克定律。 对于各向异性材料， 。它们 在受单向正应力 作用时，y方向的应变为： ; 1.2.3 弹性模量的物理本质 从原子尺度上看，弹性模量E是原子间结合强度的一个标志。共价键、离子键结合的晶体结合力强，E都较大。分子键结合力弱，这样键合的物体E较低。此外，改变原子间距离也将影响弹性模量。 多晶多相材料表现出了典型的各向同性弹性性质。从物理本质上看，多晶多相材料的弹性模量不再仅仅是原子间结合力曲线的斜率，还与材料的组成、显微结构以及所存在的缺陷等密切相关。; 1.2.4 多相材料的弹性模量 在两相系统中，假定组成材料的两相具有相同的泊 松比，在外力作用下两相的应变相同，则根据力的平衡 条件，可得下面公式： 式中， 分别为第一相及第二相成分的弹性模量； 分别为第一相及第二相成分的体积分数。 ; 如果假定两相所受的应力相同，则由下式可以得到两 相系统弹性模量的最低值 ，该值也叫下限模量： 对连续基体内的密闭气孔，一般可用下面经验公式计 算弹性模量 ， 为材料无气孔时的 弹性模量；P为气孔率。 ; 1.2.5 弹性模量的测定 方法：静态法和动态法 静态法：采用常规的三点弯曲加载方式，通过测定试样的应力-应变曲线，在曲线的线弹性范围内确定材料的弹性模量。在线弹性范围内，测得的应力-应变曲线为一条理想的直线，在该直线上任意取两点计算出其斜率即为弹性模量值。 动态法：也称谐振法。在三点弯曲受力方式下，用无机材料制成的杆件会因为外加荷载的周期性变化而相应按一定模式发生振动。根据杆件弯曲振动模式的谐振频率即可求出材料的弹性模量，而根据杆件扭曲振动模式的谐振频率则可求出剪切模量。;§1.3 无机材料中晶相的塑性形变; 1.3.1 晶格滑移 晶体中的塑性形变有两种基本方式：滑移和孪生。 滑移：晶体的一部分相对于另一部分的平移滑动。 晶体中的滑移总是发生在一些特定的晶面和晶向上，这些晶 面和晶向指数较小，原子密度大，也就是柏氏矢量b较小，只要滑动较小的距离就能使晶体结构复原，所以比较容易滑动。滑动面和滑动方向组成晶体的滑移系统，而滑移则是在剪应力作用下在一定滑移系统上进行的。 ; 1.3.2 塑性形变的位错运动理论 位错是一种线缺陷 在原子排列有缺陷的地方一般势能较高，内力平衡时原子处于势能最低的位置。在没有缺陷的情况下，原子从一个结点位置迁移到邻近的结点位置需要克服势垒h。在晶体中存在位错的情况下，在位错处会出现势能空位，邻近的原子迁移到空位上所需克服的势垒h’就比h小。因此位错运动相对于理想晶体中原子的运动要容易。; 根据统计热力学理论，在剪应力τ作用下，位错运动速度可以由下式给出： 式中， 为与原子热振动固有频率有关的常数； 为玻尔兹曼常数；T为绝对温度。 位错只能在滑移面上运动，只有滑移面上的分剪应力才能使 H(τ)降低。无机材料中滑移系统只有有限几个，滑移面上分剪应力往往很小。; 由于滑移反应出来的宏观上的塑性形变是位错运动的结果，因此宏观测得的形