材料物理性能

前言

　　隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與高等教育改革的深化，應(yīng)用型本科作為高等教育的一個辦學(xué)層次，在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的作用和地位越來越顯示出強(qiáng)有力的生命力。為適應(yīng)社會對應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需求，我們對材料科學(xué)與工程專業(yè)應(yīng)用型本科人才培養(yǎng)目標(biāo)、模式和課程體系改革作了探索與實(shí)踐。為服務(wù)于培養(yǎng)目標(biāo)、課程體系的改革方向和教學(xué)要求，在統(tǒng)一協(xié)調(diào)與優(yōu)化整合的基礎(chǔ)上，我們編寫了體現(xiàn)應(yīng)用型本科特色的系列教材，《材料物理性能》為其中之一。在編寫過程中，我們主要把握以下幾點(diǎn)：　　以材料學(xué)二級學(xué)科——無機(jī)非金屬材料專業(yè)作為平臺，適當(dāng)延伸材料學(xué)科相關(guān)專業(yè)——金屬材料、高分子材料的內(nèi)容，介紹材料的力學(xué)性能、熱學(xué)性能、光學(xué)性能、電學(xué)性能、磁學(xué)性能及功能轉(zhuǎn)換性能。著力描述材料力、熱、光、電、磁的物理本質(zhì)；闡述這些材料的物理性能與成分、組成、結(jié)構(gòu)、工藝過程的關(guān)系及變化規(guī)律。介紹溫度、壓力、電場、磁場、輻射、化學(xué)介質(zhì)、力場等環(huán)境條件下材料物理性能的穩(wěn)定性及其變化過程。介紹與物理性能相關(guān)的特殊材料，如現(xiàn)代功能材料。突出材料物理性能的實(shí)踐性、應(yīng)用性較強(qiáng)的內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)生工程基本能力的培養(yǎng)。對反映材料學(xué)科前沿的研究現(xiàn)狀作了簡介，以拓寬學(xué)生的視野。注重教材內(nèi)容的更新，體現(xiàn)教學(xué)改革的階段性成果。以務(wù)實(shí)、適用為原則，簡化不必要的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，文字做到少而精?！　”窘滩挠甥}城工學(xué)院吳其勝教授、蔡安蘭副教授、楊亞群講師編寫。具體分工如下：吳其勝教授編寫緒論、第1章、第3章，并負(fù)責(zé)全書的統(tǒng)稿工作；蔡安蘭副教授編寫第2章、第4章；楊亞群講師編寫第5章、第6章。在本書出版過程中，得到了鹽城工學(xué)院院領(lǐng)導(dǎo)的支持，在此表示感謝?！　?yīng)用型本科教材的編寫，只是一種探索，限于編者學(xué)識水平有限，書中不足與不妥之處在所難免，懇請各位教師、學(xué)生給予批評指正。

內(nèi)容概要

本書以無機(jī)材料為主要對象，并適當(dāng)延伸至聚合物等材料，介紹了材料的力、熱、光、電、磁、功能轉(zhuǎn)換性能及其發(fā)展，介紹各種性能的重要原理及微觀機(jī)制、材料成分、組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系及主要制約規(guī)律。闡述溫度、壓力、電場、磁場、輻射、化學(xué)介質(zhì)、力場等環(huán)境條件下材料物理性能的穩(wěn)定性及其變化過程。簡要介紹與物理性能相關(guān)的特殊材料，重點(diǎn)介紹現(xiàn)代功能材料。    本書可作為高等院校，尤其是應(yīng)用型本科院校的無機(jī)非金屬材料、金屬材料、高分子材料與工程、材料物理、材料化學(xué)等專業(yè)的教材，也可供工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

緒論1  材料的力學(xué)性能  1.1  應(yīng)力及應(yīng)變  1.2  彈性形變  1.3  材料的塑性形變  1.4  滯彈性和內(nèi)耗  1.5  材料的高溫蠕變  1.6  材料的斷裂強(qiáng)度  1.7  材料的斷裂韌性  1.8  裂紋的起源與擴(kuò)展  1.9  材料的疲勞  1.10  顯微結(jié)構(gòu)對材料脆性斷裂的影響  1.11  提高材料強(qiáng)度及改善脆性的途徑  1.12  復(fù)合材料  1.13  材料的硬度  習(xí)題2  材料的熱學(xué)性能  2.1  熱學(xué)性能的物理基礎(chǔ)  2.2  材料的熱容  2.3  材料的熱膨脹  2.4  材料的熱傳導(dǎo)  2.5  材料的熱穩(wěn)定性  習(xí)題3  材料的光學(xué)性能  3.1  光傳播的基本性質(zhì)  3.2  光的反射和折射  3.3  材料對光的吸收和色散  3.4  光的散射    3.5  材料的不透明性與半透明性  3.6  電光效應(yīng)、光折變效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)  3.7  光的傳輸與光纖材料    3.8  特種光學(xué)材料及其應(yīng)用  習(xí)題  4  材料的電導(dǎo)性能  ……5  材料的磁學(xué)性能6  材料的功能轉(zhuǎn)換性能參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　用此制備重要的功能元件：利用磁性制備計算機(jī)記憶元件；利用光學(xué)性能制備光學(xué)元件，如透明陶瓷可用作鈉光燈的燈罩，鈉光燈的發(fā)光效率高且節(jié)能，但若用普通玻璃，則因?yàn)殁c蒸氣的腐蝕作用而出問題；利用機(jī)械強(qiáng)度與化學(xué)惰性制備仿生陶瓷（人造骨骼、牙齒等）、耐高溫陶瓷等等?！　〖呻娐返慕^緣基板材料，首先必須要具有一定的強(qiáng)度，以便能夠承載起安裝在其上的集成電路元件及分布在其上的電路線，要有均勻而平滑的表面，以便進(jìn)行穿孔、開槽等精密加工，從而能夠構(gòu)成細(xì)微而精密的圖形，應(yīng)有優(yōu)良的絕緣性能，尤其是在高頻下，還要有充分的導(dǎo)熱性，以迅速散發(fā)電路上因電流產(chǎn)生的熱，電子元器件與基片的熱膨脹系數(shù)之差應(yīng)盡可能地小，從而保證基片與電路間良好的匹配性，電路與基片就不會剝離。總之，材料的強(qiáng)度、表面光潔度、絕緣性能、熱導(dǎo)性、熱膨脹系數(shù)等是衡量基板材料好壞的重要指標(biāo)。環(huán)氧樹脂等塑料是較好的基片材料，但它們的導(dǎo)熱性能不好。氧化鋁的導(dǎo)熱性能約為環(huán)氧樹脂的30倍，故氧化鋁是重要的基片材料。比氧化鋁的導(dǎo)熱性更好的材料，更有希望作基片的材料。氧化鋁單晶（亦稱為藍(lán)寶石），其導(dǎo)熱系數(shù)比氧化鋁燒結(jié)體大4倍，但卻難于獲得合適的薄片形狀。碳化硅導(dǎo)熱性較好，約10倍于氧化鋁，硬度高，可精密加工，熱膨脹系數(shù)接近硅，但卻是半導(dǎo)體，且致密燒結(jié)非常困難。現(xiàn)采用添加百分之幾的氧化鈹，并用熱壓燒結(jié)方法，獲得了導(dǎo)熱性能與絕緣性兼有的致密材料。金剛石是導(dǎo)熱系數(shù)最好的材料，絕緣性也很好，是最理想的絕緣基片材料，但是要穩(wěn)定地供給高純度且具有一定大小的片狀金剛石晶體，目前還有很大困難，要投入實(shí)際應(yīng)用，還需要做出很大的努力。以上僅從導(dǎo)熱系數(shù)指標(biāo)來討論的，實(shí)際應(yīng)用中還要考慮其他指標(biāo)。如對于大型計算機(jī)，還要考慮介電常數(shù)，因?yàn)槿艋牧系慕殡姵?shù)過大，則電子元件上的響應(yīng)時間就會變大，從而影響計算機(jī)的運(yùn)算速度。因此，用氧化鋁作基片材料，還存在著許多值得改進(jìn)之處?？傊?，對材料的使用，主要是使用其某一方面的性能。在選用材料時先考察主要性能滿足與否，再考察其他性能?！　〔牧闲阅艿难芯?，有助于研究材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。材料性能就是內(nèi)部結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)，對結(jié)構(gòu)敏感性能，更是如此。同樣，材料的性能，也反映了材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。例如，根據(jù)布拉格方程m=2dsin口，利用晶體對x射線的衍射圖像，就可以推知晶體中晶面間距，進(jìn)而就可以分析晶體的結(jié)構(gòu)。四、材料生產(chǎn)工藝任何一種新材料從發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用于實(shí)際，必須經(jīng)過適宜的制備工藝才能成為工程材料。高溫超導(dǎo)材料自1986年發(fā)現(xiàn)到20世紀(jì)末，已有15年的歷史，但仍不能普遍應(yīng)用，主要是因?yàn)闆]有找到價廉而穩(wěn)定的生產(chǎn)線材的工藝。也是如此，盡管在發(fā)現(xiàn)之初認(rèn)為它的用途十分廣泛，但到20世紀(jì)末仍處于科研階段。

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