【正文】 度 ↘ ， 塑性 、 韌性 ↗ ， 內(nèi)應(yīng)力消除 。 缺陷：制耳； 優(yōu)點(diǎn)：使硅鋼片的特定晶界 、 晶向平行于磁力線方向 ， 提 高導(dǎo)磁率 ， 減小磁滯耗損 。 柔性鏈 、 剛性鏈 高聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)： 晶性高聚物：排列規(guī)則有序無定性 高聚物：排列規(guī)則無序 材料的 結(jié)構(gòu) ? 相： (1) 定義：具有相同的物理或化學(xué)性能并與該系統(tǒng)的其 余部分以界面分開的物質(zhì)部分 。 (20~40%) 氣相：即材料中的氣孔 ， 使性能下降 。 多晶體中 ， 晶粒位向不同 ， 存在位向差 ， 晶粒交界處原子排列不一致 ， 存在一個(gè)過渡層 ， 即晶界 。 如空位 (正常晶格結(jié)點(diǎn)上 ， 未被原子占有而空著的位置 )、 間隙 (不占有正常的晶格位置 ， 而處在晶格間隙中的多余原子 )、 置換原子 (置換晶格結(jié)點(diǎn)上的原子 ，占據(jù)正常結(jié)點(diǎn) )。材料科學(xué)與工程方法論 中南大學(xué) 王德志 材料科學(xué)與工程的整體觀 材料結(jié)構(gòu)、性能與表征的因果關(guān)系 材料設(shè)計(jì)與制備的統(tǒng)一性 四 方法論概述 一 三 五 提綱 六 環(huán)境、能源、信息、軍工、鐵道材料的發(fā)展觀 材料科學(xué)與工程研究的客觀規(guī)律性 二 四 、材料結(jié)構(gòu)、性能與表征的因果關(guān)系 材料的結(jié)構(gòu)與 性能 核心關(guān)系 其核心是圍繞 : “結(jié)構(gòu)與性能” 的相互辯證關(guān)系 材料的結(jié)構(gòu)與 性能 組織結(jié)構(gòu) 材料性能 材料的結(jié)構(gòu)與 性能 ? 材料的合成與制備 ：研究獲取材料的手段，以工藝技術(shù)的進(jìn)步為標(biāo)志； ? 成分與組織結(jié)構(gòu) ：反映材料的本質(zhì)，是認(rèn)識材料的理論基礎(chǔ)； ? 材料特性 ：表征了材料固有的性能，是選用材料的重要依據(jù)； ? 服役行為與使用壽命 ：與材料的加工和服役條件相結(jié)合來考察材料的使用壽命，它往往成為 MSE 的最終目標(biāo)。 材料的 結(jié)構(gòu) ? 材料的晶體結(jié)構(gòu)： (1) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)： a. 典型的晶體結(jié)構(gòu) 在金屬元素中 ， 約 90%以上的金屬晶體結(jié)構(gòu)屬于如下三種密排的晶格形式： 體心立方 () 面心立方 () 密排六方 () bodycentered cubic facecentered cubic hexagonal closepacked 材料的 結(jié)構(gòu) b. 實(shí)際的晶體結(jié)構(gòu) ◆ 點(diǎn)缺陷：是一種在三維空間各個(gè)方向上尺寸都很小 ， 尺寸范圍約為一個(gè)或幾個(gè)原子間距的缺陷 。 主要是晶界和亞晶界。 缺點(diǎn)：強(qiáng)度低 、 熱穩(wěn)定性差 ， 應(yīng)控制在一定范圍 。 大分子鏈的構(gòu)象： 由于單鍵內(nèi)旋引起的原子在空間占據(jù)不同位置所構(gòu)成的分子鏈 的各種形象 。 (顯微鏡下所觀察到的金屬中的各種晶粒的大小 、 形態(tài)和分布 ) 材料的 結(jié)構(gòu) ? 金屬的加工工藝與結(jié)構(gòu)、性能的關(guān)系 ? 金屬塑性變形后的組織結(jié)構(gòu)與性能 (1) 塑性變形后金屬的組織結(jié)構(gòu)： a. 顯微組織的變化：形成 “ 纖維組織 ” ； b. 亞結(jié)構(gòu)的細(xì)化：位錯(cuò)纏結(jié) 、 晶粒破碎； c. 織構(gòu)現(xiàn)象的產(chǎn)生： 織構(gòu)：在塑性變形過程中 ， 晶粒轉(zhuǎn)動 ， 當(dāng)變形量達(dá)到一定程 度 (70~90%以上 )時(shí) ， 會使絕大部分晶粒的某一位向與 外力方向趨于一致 。 材料的 結(jié)構(gòu) (2) 再結(jié)晶：變形金屬加熱到較高溫度時(shí) ， 由于原子擴(kuò)散能力增 加 ， 在晶格畸變嚴(yán)重處形成一些位向與變形晶粒不 同 ， 內(nèi)部缺陷減少的等軸小晶粒 ， 這些小晶粒不斷向 外擴(kuò)展長大 ， 直至金屬中的變形金屬全部被等軸晶取 代 ， 即冷變形組織完全消失 ， 這一過程為再結(jié)晶 。 (二次再結(jié)晶 ) 材料的 結(jié)構(gòu) 材料的 性能 材料的性能是指材料的性質(zhì)和功能。沒有一個(gè)確切的單一參數(shù)能夠準(zhǔn)確定義這個(gè)特性。 ? 剛性：金屬材料承受較高應(yīng)力而沒有發(fā)生很大應(yīng)變的特性。 ? 剛度： 材料受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。 抗拉強(qiáng)度 ?b： 材料斷裂前所承受的最大應(yīng)力值。 ? 斷裂的基本形式： 延性斷裂和脆性斷裂 ? 斷裂機(jī)理： (1) 微孔集結(jié)斷裂 (韌性斷裂 ) 斷口上出現(xiàn)拋物線型的韌窩 ， 主要是金屬和高聚物的斷裂機(jī)理； (2) 解理斷裂 (脆性斷裂 ) 是一種低能量斷裂 ， 也是晶體材料中最脆的一種斷裂；沿晶體中解理面斷開原子鍵而引起的斷裂 ， 非常平坦 ， 一晶粒內(nèi)的解理裂紋具有平直性；一個(gè)晶粒內(nèi)的一條解理裂紋可同時(shí)在兩個(gè)平行的解理面上擴(kuò)展 ， 形成解理臺階 。 Uoe也就是 △ OAB(或 △ OA’B’)的面積 ， 表示彈性 。 對于直線穿透型裂紋沿裂紋面擴(kuò)展時(shí) ， 有： 裂紋試樣的韌性俗稱斷裂韌性，實(shí)質(zhì)上是裂紋斷裂韌性。 材料的 性能 TITANIC 建造中的 Titanic 號 TITANIC的沉沒與船體材料的質(zhì)量直接有關(guān) 材料的 性能 Titanic 近代船用鋼板 Titanic 號鋼板（左圖） 和 近代船用鋼板（右圖） 的沖擊試驗(yàn)結(jié)果 ? 疲勞強(qiáng)度 ： 被測材料抵抗交變載荷的性能 。 內(nèi)耗的來源是由于材料內(nèi)部有缺陷或不均勻結(jié)構(gòu)存在 。 后兩種為強(qiáng)磁性 ， χ約為 10~106。 磁性材料：具有強(qiáng)磁性的材料 。 非金屬氧化物：包括鐵氧體 (如磁鐵礦 Fe3O4)、 強(qiáng)磁化合物 (如 EuO、 CrO2)。 這些超導(dǎo)體的轉(zhuǎn)變溫度不超過， 即必須用液氦冷卻才會出現(xiàn) (低溫超導(dǎo)體 )。 材料的 性能 ? 第二類超導(dǎo)體： 高臨界參數(shù) (高 Tc、高 Hc和高 Jc)的超導(dǎo)體，如 Nb3Sn，有兩個(gè)臨界磁場：下臨界場 Hc1和上臨界場 Hc2，當(dāng)磁場小于 Hc1時(shí)，完全處于邁斯納態(tài)，當(dāng)磁場大于 Hc2時(shí)，完全恢復(fù)正常態(tài)，當(dāng)磁場介于 Hc1和 Hc2之間時(shí)，處于“混合態(tài)”，將只存在一個(gè)臨界場的超導(dǎo)體稱為第一類超導(dǎo)體，將存在兩個(gè)臨界場的超導(dǎo)體稱為第二類超導(dǎo)體。 材料的 性能 (2) 光纖的傳光特性和集光本領(lǐng)： 物理基礎(chǔ)是全內(nèi)反射 。 在關(guān)系偏離線性時(shí) ， 材料的性能需要由高階的常數(shù)來描述 ， 如光學(xué)晶體在強(qiáng)光照射下的極化率 。 (2) 非彈性散射電子：這些電子在穿過樣品時(shí)損失了部分能量 ， 方向也有微小變化。 材料的 表征 ? 結(jié)構(gòu)表征 顯微結(jié)構(gòu)表征包括觀察組織的形貌，確定其原子排列方式和分析化學(xué)組分。 材料的 表征 1 10 100 1000 10000 ｎｍ 1 10 μｍ 10 100 1000 10000 100000 1000000 10000000 觀 察 倍率 掃 描探 針顯 微 鏡 掃 描 電 子 顯 微 鏡 光學(xué) 顯 微 鏡 分辨率 ? 結(jié)構(gòu)測定： (1) X射線衍射：包括粉末照相相分析 ， 高溫 、 常溫 、 低溫衍射儀 ， 背反射譜和透射勞厄照相 ， 測定單晶的四聯(lián)衍射化 ， 織構(gòu)的極圖測定等 。 ? 低維材料制備與分析測試結(jié)合 、性能與表征技術(shù)發(fā)展 演講完畢，謝謝觀看！