【正文】 r3 Properties of Materials 14 Chapter3 Properties of Materials 15 Chapter3 Properties of Materials 16 Chapter3 Properties of Materials 17 Chapter3 Properties of Materials 18 Chapter3 Properties of Materials 19 Chapter3 Properties of Materials 20 思考： ? 為什么有的金屬（如鋁）比較活潑，但在空氣中很穩(wěn)定？ ? 為什么在潮濕環(huán)境下金屬材料容易生銹？ ? 材料應用中有哪些防銹方法？ Chapter3 Properties of Materials 21 耐酸堿性 耐酸材料 以酸性氧化物 SiO2為主 耐 堿 材 料 大多數(shù)金屬氧化物都是堿性氧化物， 相應的材料 表現(xiàn)出較強的耐堿性，而易受酸侵蝕或溶解。 – 例如，作為結晶性聚合物，聚乙烯在大多數(shù)有機溶劑中都難溶，因而具有很好的耐溶劑性。 結構與 耐老化性 Chapter3 Properties of Materials 27 (3) Chemical stability of polymers ? 改進聚合物分子結構 ? 加入適當助劑 – 抗氧化劑 – 光屏蔽劑 – 紫外線吸收劑 – 淬滅劑 耐老化性 的提高 ? 在介紹應力 應變曲線的基礎上，介紹材料的彈性變形、塑性變形、高溫蠕變及其它力學性能的理論描述、產(chǎn)生的原因、影響因素。在我們身邊注意到的經(jīng)驗是金屬具有延展性，陶瓷硬而脆，橡膠具有很大的彈性形變，如此等等。本章我們將研究這些概念如何使強度、塑性、斷裂和高溫行為得以定性和定量描述和理解。 ? 固溶體或合金的強度高于純金屬； – 雜質(zhì)原子的存在對位錯運動具有牽制作用。 ? 所以硬度沒有統(tǒng)一的定義 ,各種硬度單位也不同 ,彼此間沒有固定的換算關系。 43 (2)HB表示方法： 數(shù)字 + 硬度符號 + 數(shù)字 / 數(shù)字 / 數(shù)字 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 硬度值 (HBW或 HBS) 鋼球直徑 載荷 定時 280 HBS10/3000/30； 50 HBW5/750。 (4)布氏硬度的優(yōu)缺點： 46 2．洛氏硬度 （ 1）測量原理 測量壓痕深度值的大小 21 FFF ??hkHR??金剛石壓頭 k= 淬火鋼球 k= Rockwell, 1919年 47 洛氏硬度計 HRA HRB HRC 表示方法為硬度數(shù)據(jù) +硬度符號，如50HRC 48 適用于： 測定極薄工件； 經(jīng)各種表面處理后工件的表面層硬度。 54 5. 努氏硬度試驗： 一種顯微硬度試驗方法 與維氏顯微硬度區(qū)別： 投影面積 Knoop 55 2lFHK ?壓痕細長，且只測量長對角線長度，精確度較高。 ? 陶瓷材料也常用顯微硬度法來測量 ,其原理和維氏硬度法一樣 ,但是把硬度試驗的對象縮小到顯微尺度以內(nèi) ,它能測定在顯微觀察時所評定的某一組織組成物或某一組成相的硬度。顯微硬度試驗法比較適于測定硬而脆的材料的硬度 ,所以也適用于測量陶瓷材料的硬度 Chapter3 Properties of Materials 59 ? 陶瓷及礦物材料常用的劃痕硬度叫做莫氏硬度 ,它只表示硬度由小到大的順序 ,不表示硬度的程度 ,后面的礦物可劃破前面的礦物表面。 ? 高分子材料硬度通常較低 – 分子鏈之間主要以范德華力或氫鍵結合，鍵力較弱 Chapter3 Properties of Materials 63 疲勞性能 —— 材料抵抗疲勞破壞的能力 ? 疲勞（ fatigue）：材料在循環(huán)受力（拉伸、壓縮、彎曲、剪切等）下，在某點或某些點產(chǎn)生局部的永久性損傷，并在一定循環(huán)次數(shù)后形成裂紋、或使裂紋進一步擴展直到完全斷裂的現(xiàn)象。 鍵強與熱膨脹 膨脹的差異 —— 原子間的鍵合力越強，則熱膨脹系數(shù)越小 。 – 高溫處的晶格振動較劇烈，再加上電子運動的貢獻增加，其熱導率隨溫度升高而增大。 Chapter3 Properties of Materials 71 Examples Chapter3 Properties of Materials 72 ?導電性 ?介電性 ?鐵電性 ?壓電性 —— 材料被施加電場時所產(chǎn)生的響應行為 電性能 Electrical Property Chapter3 Properties of Materials 73 Electrical property 導電性能 Electrical Conductivity 金屬：導體、半導體（半導體金屬砷、碲等） 陶瓷：絕緣體、半導體 高分子材料：絕緣體、半導體、導體 其它：硅、鍺（半導體），石墨（導體） Chapter3 Properties of Materials 74 Electrical property 電阻： lRA? ??? ???? 電阻率： ? 電導率： ? = 1/? ? = nZe? 要增加材料的導電性，關鍵是增大單位體積內(nèi)載流子的數(shù)目（ n）和使載流子更易于流動（增大 ? 值） 。一般來說，離核較近的電子具有較低的能量，隨著電子層數(shù)的增加，電子的能量越來越大；同一層中，各亞層的能量是按 s、 p、 d、 f的次序增高的。這種情況實際上類似于電流產(chǎn)生磁場的情況。但是這些原子磁矩之間沒有相互作用，它們是混亂排列的，所以整個物體沒有強磁性。這一個 個的小區(qū)域叫做“磁疇”。它們在同一個磁疇中，磁矩具有相同的取向，但在不同的磁疇中磁矩有不同的取向，因而不會有磁場線延伸到物質(zhì)的外部顯示磁性。 Chapter3 Properties of Materials 91 ? 反磁性（ diamagism） ?m 0 – Hg、 Cu、 Ag、 Pb – 金剛石 、 MgO 、 NaCl – 絕大多數(shù)高分子材料 ? 順磁性（ paramagism） ?m 0 – 含有非零角動量原子（例如過渡金屬）的材料。 – Mn、 Cr ? 鐵氧體磁性（ ferrimagism） – 不同的磁矩反平行排列時，在一個方向呈現(xiàn)出凈磁矩。這是由法國科學家皮埃爾 加熱為什么會使磁體失去磁性呢？原來，加熱磁體使得其中的原子磁矩作激烈運動，結果，它們能夠掙脫鎖定它們排列方向的其他種類原子的約束，改變方向而形成 原子磁矩取向各不相同的許多磁疇。 ? 其實，這也就是制造磁體的方法。經(jīng)過磁化的半成品就變成了具有磁性的磁體。在此過程中，其中的原子磁矩受到地球磁力（地球磁場）的作用作整齊排列，并被固定下來。 ? 例如 ， γ射線是改變原子核結構產(chǎn)生的，具有很高的能量。白光是各種單色光的混合光。在涉及光傳播特性的場合，只要電磁波不是十分微弱，經(jīng)典的電磁波理論還是完全正確的。 ? 若用 υ0除 (34)式的等式二邊，則得 ? （ 35） 式 中： T稱為透射系數(shù)； α稱為吸收系數(shù)； R稱為反射系數(shù)；σ稱為散射系數(shù) 。 ? (2)電子能態(tài)轉變 (Electron Transition) 光子被吸收和發(fā)射，都可能涉及到固體材料中電子能態(tài)的轉變，如圖34所示。其次，受激電子不可能無限長時間地保持在激發(fā)狀態(tài)，經(jīng)過一個短時期后，它又會衰變回基態(tài)，同時發(fā)射出電磁波。 電子伏特與 SI制的能量單位焦耳（ J）的換算關系是 1 eV = (35) 1019 J Chapter3 Properties of Materials 111 幾種無機材料的光透過曲線 Chapter3 Properties of Materials 112 ? 金屬材料：強反射（金屬光澤）； – 電子吸收光能后激發(fā)到較高能態(tài)，隨即又以光波的形式釋放出能量回到低能態(tài) ? 無機非金屬材料： 主要受介質(zhì)的折射率差影響； – 當光線從一種介質(zhì)入射另一種介質(zhì)時，介質(zhì)的折射率差別越大，反射就越強。 Sons, 2022. 4. Michel W Barsoum. Fundamentals of Ceramics. London, IOP Publishing, 2022 5. William D, Callister J. Materials science and engineering: An introduction. 5th Ed. , USA, John Wiley amp。 半導體 ：價帶全滿，禁帶寬度在 ，此時，電子可以通過吸收能量而實現(xiàn)躍