材料物理性能

前言

材料性能是構(gòu)成材料的四要素之一，也是材料得到應(yīng)用的前提。近年來(lái)，隨著材料科學(xué)與工程學(xué)科的迅速發(fā)展，許多院校在材料類專業(yè)的教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)體系上進(jìn)行了大幅度的調(diào)整，以適應(yīng)材料學(xué)科體系的形成及對(duì)材料類專業(yè)人才培養(yǎng)的要求。目前，《材料物理性能》已成為高等院校材料科學(xué)與工程類專業(yè)課“材料物理性能”的教材或主要教學(xué)參考書。本書旨在使學(xué)生盡可能地從物理效應(yīng)和微觀機(jī)理角度掌握固體材料的物理性能，弄清影響材料物理性能的各種主要因素，尋求提高材料物理性能的各種途徑，了解特殊物理效應(yīng)的功能材料在工程上的應(yīng)用，從而培養(yǎng)學(xué)生具有開發(fā)新型功能材料必要的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。本書主要涉及材料的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)和聲學(xué)等物理性能。全書共分六章，第1章介紹材料力學(xué)性能指標(biāo)的物理意義，討論材料形變與斷裂行為的基本規(guī)律及其與材料組成和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，探討提高材料力學(xué)性能的途徑和機(jī)理；第2章討論材料產(chǎn)生電學(xué)性能的機(jī)理、影響材料電學(xué)性能的因素，介紹材料各類電學(xué)性能參數(shù)的測(cè)量方法以及重要電學(xué)材料的應(yīng)用；第3章介紹材料光學(xué)性能的基本概念，揭示光子與材料相互作用產(chǎn)生各種光學(xué)現(xiàn)象的物理本質(zhì)，討論影響材料光學(xué)性質(zhì)的各種因素以及重要光學(xué)材料的應(yīng)用；第4章介紹固體材料的熱容理論，材料熱學(xué)性能的一般規(guī)律，主要測(cè)試方法及其在材料研究中的應(yīng)用；第5章介紹材料磁學(xué)性能的本質(zhì)，影響材料磁學(xué)性能的各種因素，材料磁學(xué)性能的表征以及磁性材料的應(yīng)用；第6章介紹聲波的產(chǎn)生和傳播機(jī)理，聲波與材料相互作用的機(jī)理以及幾種典型聲學(xué)材料的應(yīng)用。本書由武漢理工大學(xué)陳文、華南理工大學(xué)吳建青和西安建筑科技大學(xué)許啟明編寫。具體編寫分工如下：武漢理工大學(xué)陳文編寫第2章、第4章、第5章、第6章；華南理工大學(xué)吳建青編寫第1章；西安建筑科技大學(xué)許啟明編寫第3章。全書由武漢理工大學(xué)陳文負(fù)責(zé)統(tǒng)稿及思考題與習(xí)題的擇選。鑒于編者水平有限，書中難免有不當(dāng)之處，希望使用本教材的老師和同學(xué)及其他讀者提出寶貴意見，以便我們以后加以改進(jìn)。同時(shí)，本書在編寫過(guò)程中，參考了許多同類教材和著作，其中部分列入了書末的參考文獻(xiàn)，在此表示真誠(chéng)的感謝。

內(nèi)容概要

　　《材料物理性能》介紹了材料的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、磁學(xué)和聲學(xué)性能的基本概念、物理性質(zhì)、變化規(guī)律以及性能表征，論述了材料的性能與材料組成、結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系以及影響材料性能的主要因素，探討了提高材料各種物理性能的途徑和機(jī)理，介紹了表征物理性能主要參量的測(cè)試方法，以及具有特殊物理效應(yīng)的重要功能材料在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用?！　　恫牧衔锢硇阅堋房勺鳛楦叩仍盒２牧峡茖W(xué)與工程專業(yè)、材料物理、材料化學(xué)、冶金工程等專業(yè)的教材，也可供有關(guān)科技人員參考。

書籍目錄

1 材料的力學(xué)性能1.1 材料的形變1.1.1 應(yīng)力與應(yīng)變1.1.2 彈性形變1.2 材料的塑性、蠕變性與超塑性1.2.1 材料的塑性1.2.2 材料的蠕變性1.2.3 材料的超塑性1.3 材料的斷裂與機(jī)械強(qiáng)度1.3.1 理論斷裂強(qiáng)度1.3.2 Griffith斷裂理論與斷裂強(qiáng)度1.3.3 材料的顯微結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度的關(guān)系1.3.4 斷裂力學(xué)與材料的斷裂韌性1.3.5 材料的硬度1.4 材料的摩擦與磨損1.4.1 摩擦和磨損的概念1.4.2 摩擦和磨損的類型1.4.3 磨損方式1.4.4 磨損實(shí)驗(yàn)方法1.5 材料的增強(qiáng)與增韌1.5.1 材料增強(qiáng)和增韌的基本原理1.5.2 材料增強(qiáng)與增韌的途徑思考題與習(xí)題2 材料的電學(xué)性能2.1 導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的劃分2.1.1 能帶的基本概念2.1.2 宏觀電導(dǎo)率及與溫度的相關(guān)性2.2 金屬的導(dǎo)電性2.2.1 金屬導(dǎo)電的理論2.2.2 影響金屬導(dǎo)電性的因素2.2.3 固溶體的電阻率2.2.4 化合物、中間相、多相合金電阻率2.2.5 金屬導(dǎo)電性能的測(cè)量及應(yīng)用2.3 半導(dǎo)體的電學(xué)性能2.3.1 霍爾效應(yīng)及其應(yīng)用2.3.2 半導(dǎo)體陶瓷及物理性能2.4 電介質(zhì)材料及其介電性能2.4.1 電極化機(jī)制2.4.2 電介質(zhì)材料物理性能2.4.3 復(fù)介電常數(shù)的測(cè)量2.5 壓電材料及其物理性能2.5.1 壓電效應(yīng)2.5.2 壓電材料的物理性能參數(shù)與測(cè)量2.5.3 壓電鐵電材料的應(yīng)用2.6 熱釋電材料及其性能2.6.1 熱釋電效應(yīng)2.6.2 熱釋電參數(shù)及測(cè)量2.6.3 熱釋電材料及應(yīng)用2.7 鐵電材料及其物理性能2.7.1 鐵電效應(yīng)2.7.2 鐵電材料的性能及應(yīng)用2.7.3 鐵電性、壓電性、熱釋電性之間的關(guān)系2.8 熱電材料及其物理性能2.8.1 溫差電效應(yīng)(湯姆遜效應(yīng)、帕爾帖效應(yīng)、塞貝克效應(yīng))2.8.2 熱電勢(shì)的測(cè)量和影響因素2.8.3 常用熱電材料及應(yīng)用2.9 超導(dǎo)材料及超導(dǎo)電性2.9.1 超導(dǎo)現(xiàn)象及其物理性能2.9.2 超導(dǎo)體的分類2.9.3 超導(dǎo)材料的應(yīng)用思考題與習(xí)題3 材料的光學(xué)性能3.1 光學(xué)材料的一般知識(shí)3.1.1 光學(xué)材料的一般概念3.1.2 光學(xué)材料測(cè)試中常見的一般光學(xué)儀器3.2 電光效應(yīng)及電光晶體材料3.2.1 電光效應(yīng)3.2.2 電光器件3.2.3 電光晶體3.3 聲光效應(yīng)及聲光晶體材料3.3.1 聲光效應(yīng)3.3.2 幾種典型聲光晶體3.3.3 聲光晶體的應(yīng)用3.4 磁光效應(yīng)及磁光晶體材料3.4.1 磁光效應(yīng)3.4.2 磁光材料的特點(diǎn)3.4.3 幾種磁光晶體3.4.4 磁光晶體的應(yīng)用3.5 光折變效應(yīng)及光折變晶體3.5.1 光折變效應(yīng)的概念3.5.2 光折變效應(yīng)的特點(diǎn)3.5.3 光折變效應(yīng)的機(jī)理3.5.4 光折變材料的基本性能和參數(shù)3.5.5 光折變效應(yīng)的應(yīng)用3.5.6 光折變晶體及其性能3.5.7 光折變晶體的選擇3.6 光致變色效應(yīng)與光致變色材料3.6.1 光致變色效應(yīng)3.6.2 光致變色高分子的變色機(jī)理3.6.3 光致變色高分子材料的應(yīng)用3.7 光電導(dǎo)效應(yīng)與光電導(dǎo)材料3.7.1 光電導(dǎo)效應(yīng)3.7.2 光電導(dǎo)機(jī)理3.7.3 光電導(dǎo)材料3.7.4 光電導(dǎo)高分子的應(yīng)用3.8 光學(xué)纖維材料與非線性光學(xué)晶體3.8.1 玻璃光學(xué)纖維材料3.8.2 塑料光學(xué)纖維.3.8.3 晶體的非線性光學(xué)材料思考題與習(xí)題4 材料的熱學(xué)性能4.1 熱容4.1.1 固體熱容理論4.1.2 影響材料熱容的因素4.1.3 熱分析及其應(yīng)用4.2 材料的熱膨脹性4.2.1 熱膨脹及熱膨脹系數(shù)4.2.2 熱膨脹系數(shù)的影響因素4.2.3 熱膨脹的應(yīng)用4.2.4 熱膨脹的測(cè)量4.3 材料的熱傳導(dǎo)4.3.1 熱傳導(dǎo)的物理機(jī)制4.3.2 熱傳導(dǎo)的影響因素4.3.3 熱傳導(dǎo)的應(yīng)用4.3.4 熱導(dǎo)率及熱阻的測(cè)量4.4 材料的熱穩(wěn)定性4.4.1 熱穩(wěn)定性的表征4.4.2 熱應(yīng)力4.4.3 抗熱沖擊性能思考題與習(xí)題5 材料的磁學(xué)性能5.1 磁性的宏觀特征5.1.1 材料的磁化現(xiàn)象和磁疇結(jié)構(gòu)5.1.2 磁化率與磁導(dǎo)率5.2 硬磁性與軟磁性5.2.1 硬磁性5.2.2 軟磁性5.3 磁致伸縮效應(yīng)和磁彈性能5.3.1 磁致伸縮效應(yīng)5.3.2 磁彈性能5.4 射頻鐵氧體及其性能表征5.4.1 概述5.4.2 射頻鐵氧體性能表征5.5 矩磁材料及其性能表征5.5.1 矩磁材料的特征5.5.2 矩磁材料5.5.3 矩磁材料的應(yīng)用5.6 鐵磁材料及其表征5.6.1 鐵磁性的基本特點(diǎn)5.6.2 鐵磁材料的性能表征5.7 巨磁電阻材料及應(yīng)用5.7.1 巨磁電阻5.7.2 自旋電子學(xué)相關(guān)概念5.7.3 巨磁電阻材料5.7.4 巨磁電阻材料的應(yīng)用思考題與習(xí)題6 材料的聲學(xué)性能6.1 聲波的產(chǎn)生與傳播6.1.1 聲波的產(chǎn)生6.1.2 聲波的傳播6.2 吸聲材料6.2.1 吸聲材料及其吸聲機(jī)理6.2.2 吸聲系數(shù)、聲阻抗6.3 水聲材料6.3.1 水聲材料及聲學(xué)特性6.3.2 水聲材料聲學(xué)性能特點(diǎn)6.4 電聲換能材料6.4.1 電聲換能機(jī)理6.4.2 電聲轉(zhuǎn)換材料6.4.3 換能器聲學(xué)性能參數(shù)思考題與習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：（3）晶界滑移蠕變多晶體的晶界由于富集雜質(zhì)，在高溫下容易形成玻璃相。有時(shí)，在陶瓷的制備過(guò)程中，故意加入一些添加劑，通過(guò)在高溫?zé)Y(jié)過(guò)程中產(chǎn)生晶界玻璃相促進(jìn)致密化。這種晶界玻璃相在高溫下粘度迅速下降，使得在外力作用下，晶界發(fā)生粘滯流動(dòng)，晶粒沿晶界產(chǎn)生相對(duì)滑移，蠕變可以通過(guò)晶界滑移發(fā)生。晶界是晶格點(diǎn)陣的畸變區(qū)，因此，即使不存在玻璃相，通過(guò)空位的定向擴(kuò)散，也能發(fā)生晶界滑移。晶界滑移可以與擴(kuò)散蠕變相結(jié)合。1.2.2.3 蠕變損傷與蠕變斷裂蠕變過(guò)程往往伴隨著孔穴的形成，特別是在應(yīng)變速率較高和晶粒尺寸較大時(shí)?？籽ǖ男纬蓪?duì)材料造成損傷，這種蠕變損傷通常包括孔穴的成核、生長(zhǎng)和連通三個(gè)階段。晶界滑移提高了晶界處尤其是三晶交匯點(diǎn)處的應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力集中超過(guò)臨界值時(shí)就會(huì)引起孔穴成核，在應(yīng)力作用下隨著應(yīng)變的增大，孔穴不斷長(zhǎng)大，最后相鄰孔穴沿著晶界合并連通。在高應(yīng)變速率下，物質(zhì)擴(kuò)散來(lái)不及填補(bǔ)由晶界滑移引起的空位聚集，晶界處的應(yīng)力集中得不到松弛，從而形成孔穴。因此，應(yīng)變速率越高，孔穴化越嚴(yán)重。晶粒越大，由晶界滑移引起的應(yīng)力集中也越大，更容易使孔穴成核。連通使孔穴起到類似裂紋的作用，并可能與材料內(nèi)部的初始裂紋連接，增大主裂紋的尺寸。隨著孔穴化的進(jìn)行，材料的力學(xué)性能不斷下降，最終在外力作用下發(fā)生蠕變斷裂。蠕變斷裂的主要形式是沿晶斷裂。1.2.3 材料的超塑性超塑性是指在應(yīng)力作用下產(chǎn)生異常大的拉伸形變而不發(fā)生破壞的能力。超塑性合金能產(chǎn)生百分之幾百甚至百分之幾千的拉伸形變。超塑性現(xiàn)象由于在成型形狀復(fù)雜的部件方面有很好的應(yīng)用前景而受到極大的關(guān)注。

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