材料重要術(shù)語和概念

重要術(shù)語和概念

第一章緒論

化學元素(elements)

化學元素，簡稱元素，是化學元素周期表中的基本組成，現(xiàn)有113種元素，其中

原子序數(shù)從93至也13號的元素是人造元素。

物質(zhì)(matter)

物質(zhì)是客觀實在，且能被人們通過某種方式感知和了解的東西,是元素的載體。

材料(materials)

材料是能為人類經(jīng)濟地、用于制造有用物品的物質(zhì)。

化學纖維(man-madefiber,chemicalfiber)

化學纖維是用天然的或合成的高聚物為原料，主要經(jīng)過化學方法加工制成的纖

維。可分為再生纖維、合成纖維、醋酯纖維、無機纖維等。

芯片

芯片是含有一系列電子元件及其連線的小塊硅片，主要用于計算機和其他電子設(shè)

備。

光導纖維(opticalwaveguidefibre)

光以波導方式在其中傳輸?shù)墓鈱W介質(zhì)材料，簡稱光纖。

激光

(lightamplificationbvstimulatedemissionofradiation簡寫為：laser)

激光是利用輻射計發(fā)光放大原理而產(chǎn)生的一種單色(單頻率)、定向性好、干涉

性強、能量密度高的光束。

超導

物質(zhì)在某個溫度下電阻為零的現(xiàn)象為超導，我們稱具有超導性質(zhì)的材料為超導

體。

*仿生材料

仿生材料是模仿生物結(jié)構(gòu)或功能，人為設(shè)計和制造的一類材料。

材料科學(materialsscience)

材料科學是一門科學，它從事于材料本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、分析方面的研究，它的目的在

于提供材料結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一描繪，或給出模型，并解釋這種結(jié)構(gòu)與材料的性能之間的

關(guān)系。

材料工程(materialsengineering)

材料工程屬技術(shù)的范疇，目的在于采用經(jīng)濟的、而又能為社會所接受的生產(chǎn)工藝、

加工工藝控制材料的結(jié)構(gòu)、性能和形狀以達到使用要求。

材料科學與工程(materialsscienceandengineering)

材料科學與工程是研究有關(guān)材料的成份、結(jié)構(gòu)和制造工藝與其性能和使用性能間

相互關(guān)系的知識及這些知識的應(yīng)用，是一門應(yīng)用基礎(chǔ)科學。材料的成份、結(jié)構(gòu)，

制造工藝，性能及使用性能被認為是材料科學與工程的四個基本要素。

*成份(composition)

成分是指材料的化學組成及其所占比例。

*組織結(jié)構(gòu)

組織結(jié)構(gòu)是表示材料微觀特征的。組織是相的形態(tài)、分布的圖象，其中用肉眼和

放大鏡觀察到的為宏觀組織，用顯微鏡觀察到的為顯微組織，用電子顯微鏡觀察

到的為電子顯微組織。結(jié)構(gòu)是指材料中原子或分子的排列方式。

性能(property)

性能是指材料所具有的性質(zhì)與效用。

工藝(process)

工藝是將原材料或半成品加工成產(chǎn)品的方法、技術(shù)等

使用性能

材料在具體的使用條件和環(huán)境下所表現(xiàn)出來的行為。

第二章

電負性(electronegativity)

周期表中各元素的原子吸引電子能力的一種相對標度為電負性，又稱負電

性。元素的電負性愈大,吸引電子的傾向愈大，非金屬性也愈強。電負性的定義和

計算方法有多種,每一種方法的電負性數(shù)值都不同，比較有代表性的有3種:①LC

鮑林提出的標度。根據(jù)熱化學數(shù)據(jù)和分子的鍵能,指定氟的電負性為3.98,計算

其他元素的相對電負性。②RS密立根從電離勢和電子親合能計算的絕對電負性。

③AL阿萊提出的建立在核和成鍵原子的電子靜電作用基礎(chǔ)上的電負性。利用電

負性值時，必須是同一套數(shù)值進行比較。

元素的電負性值(鮑林標度)

元素電負性氫2.20銃1.36鋰0.98鈦1.54鈉0.93鈕

1.63鉀0.82格1.66鋤0.82鎰1.55Ife0.79鐵1.83被1.57鉆

1.88鎂1.31銀1.91鈣1.00銅1.90鋸0.95鋅1.65?0.89硼

2.04鋁1.61種2.18錢1.81睇2.05錮1.78祕2.02銘2.04氧

3.44碳2.55硫2.58硅1.90硒2.55褚2.01氟3.98錫1.96氯

3.16鉛2.33浪2.96氮3.04碘2.66磷2.19

離子鍵(ionicbond)

離子鍵是通過異性電荷之間的吸引產(chǎn)生的化學結(jié)合作用，又稱電價鍵。電離

能小的金屬原子(如堿金屬)和電子親合能大的非金屬原子(如鹵素)接近時，前

者將失去電子形成正離子,后者將獲得電子形成負離子,正負離子通過庫侖作用

相互吸引。當這種吸引力與離子的電子云之間的排斥力達到平衡時，形成穩(wěn)定的

以離子鍵結(jié)合的體系。

離子鍵的特征是作用力強,而且隨距離的增大減弱較慢;作用不受方向性和

飽和性的限制,一個離子周圍能容納多少個異性離子及其配置方式，由各離子間

的庫侖作用決定。以離子鍵結(jié)合的體系傾向于形成晶體，以便在一個離子周圍形

成盡可能多的離子鍵，例如NaCl分子傾向于聚集為NaCl晶體,使每個鈉(或氯)

離子周圍的離子鍵從1個變?yōu)?個。

共價鍵(covalentbond)

共價鍵是原子之間通過共享電子而產(chǎn)生的化學結(jié)合作用。典型的共價鍵存在

于同核雙原子分子中，由每個原子提供一個電子構(gòu)成成鍵電子對。這對電子的自

旋方向相反，集中在中間區(qū)域,并吸引帶正電的兩個原子的核心部分而把它們結(jié)

合起來。在異核雙原子分子中，2個原子的核心部分對成鍵電子的吸引力不同，成

鍵電子偏向一方,例如在氟化氫分子中電子偏向氟,這種化學鍵稱為極性鍵。共價

鍵的特征是有飽和性、方向性和作用的短程性。一個原子能形成的典型共價鍵的

數(shù)目等于該原子的價電子數(shù)，稱為它的原子價。共價鍵之間有特定的相對取向，

例如水分子呈彎曲形，而二氧化碳分子是直線形的。共價鍵的方向性使分子具有

特定的幾何形狀。

金屬鍵(metallicbond)

使金屬原子結(jié)合成金屬的相互作用。金屬原子的電離能低，容易失去電子而

形成正離子和自由電子,正離子整體共同吸引自由電子而結(jié)合在一起。金屬鍵可

看作高度離域的共價鍵，但沒有飽和性和方向性。金屬鍵的顯著特征是成鍵電

子可在整個聚集體中流動,這使金屬呈現(xiàn)出特有的屬性：良好的導熱性和導電性、

高的熱容和燧值、延展性和金屬光澤等。

*分子鍵

惰性氣體分子間是靠分子鍵結(jié)合的，其實質(zhì)是分子偶極矩間的庫侖相互作用，這

種結(jié)合鍵較弱。其分子間相互作用力為范德華力。

氫鍵(hydrogenbond)

一個與電負性高的原子X共價結(jié)合的氫原子(X—H)帶有部分正電荷,能再

與另一個電負性高的原子(如Y)結(jié)合,形成一個聚集體X-H…Y的化學結(jié)合作用。

X、Y原子的電負性越大、半徑越小，則形成的氫鍵越強。例如,F-H…F是最強

的氫鍵。氫鍵表面上有飽和性和方向性:一個H原子只能與兩個其他原子結(jié)

合,X-H-Y要盡可能成直線。但氫鍵H-Y之間的作用主要是離子性的,呈現(xiàn)的

方向性和飽和性主要是由X和Y之間的庫侖斥力決定的。氫鍵可以在分子內(nèi)形成，

稱為內(nèi)氫鍵;也可以在兩個分子之間形成。分子間的氫鍵可使很多分子結(jié)合起來，

形成鏈狀、環(huán)狀、層狀或立體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

氫鍵的鍵能比較小，通常只有17?25千焦/摩爾。但氫鍵的形成對物質(zhì)的性

質(zhì)有顯著影響，例如使熔點和沸點升高;溶質(zhì)與溶劑之間形成氫鍵，使溶解度增大;

在核磁共振譜中氫鍵使有關(guān)質(zhì)子的化學位移移向低場;在紅外光譜中氫鍵

X-H-Y的形成使X—H的特征振動頻率變小并伴有帶的加寬和強度的增加;氫鍵

的形成決定蛋白質(zhì)分子的構(gòu)象,在生物體中起重要的作用。

晶體(crystal)

微粒(原子、分子或離子)在空間呈三維周期性規(guī)則排列的固體。自然界的

物質(zhì)有3種存在形態(tài)，即氣體、液體和固體，固體物質(zhì)又有晶體和非晶態(tài)之分，

例如玻璃是非晶態(tài)物質(zhì)。固體物質(zhì)中絕大多數(shù)都是晶體，如金屬、合金、硅酸鹽,

大多數(shù)無機化合物和有機化合物,甚至植物纖維都是晶體。有些晶體具有規(guī)則的

多面體外形,如水晶，稱為單晶體;有些則沒有規(guī)則整齊的外形,如金屬，整個固體

是由許多取向隨機的微小單晶顆粒組合而成,這樣的固體稱為多晶體。

晶體的一切性質(zhì)無不與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有三維周期性這個特征密切相關(guān)，如晶體

具有固定的熔點、各向異性、對稱性、能使X射線發(fā)生衍射。固體物質(zhì)是否為晶

體,一般用X射線衍射法予以鑒定。另外，晶體還具有對稱性。

準晶(Quasicrystal)

準晶是同時具有長程準周期平移性和非晶體學旋轉(zhuǎn)對稱性的固態(tài)有序相。

準周期性和非晶體學對稱性構(gòu)成了準晶結(jié)構(gòu)的核心特征。

非晶(noncrystal)

與晶體不同，非晶體原子排列是短程有序、長程無序，固體的性能是各向同

性的。

液晶(liquidcrystal)

液晶態(tài)是介于三維有序晶態(tài)與無序晶態(tài)之間的一種中間態(tài)。在熱力學上是

穩(wěn)定的，它既具有液體的易流動性，又具有晶體的雙折射等各向異性的特征。處

于液晶態(tài)的物質(zhì)，其分子排列存在位置上的無序性，但在取向上仍有一維或二維

的長程有序性，因此液晶又可稱為“位置無序晶體”或“取向有序液體”。液晶

材料都是有機化合物，有小分子也有高分子，其數(shù)量已近萬種，通常將其分為二

大類，熱致液晶和溶致液晶。熱致液晶只在一定溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)液晶態(tài)，即這種

物質(zhì)的晶體在加熱熔化形成各向同性的液體之前形成液晶相。熱致液晶又有許多

類型，主要有向列型、近晶型和膽留型。

基元

組成晶體的原子、離子、分子或原子團統(tǒng)稱稱為晶體的基本結(jié)構(gòu)單元，簡稱基元。

點陣

晶體基元周期性排列的點的集合就稱為“晶格”（或點陣），這些點被稱為格點。

因此，可以說晶體的結(jié)構(gòu)是由組成晶體的基元加上空間點陣來決定的。

晶胞（unitcell）

晶胞是晶體的基本結(jié)構(gòu)單位。反映晶體結(jié)構(gòu)三維周期性的晶格將晶體劃分

為一個個彼此互相并置而等同的平行六面體，即為晶胞。晶胞包括兩個要素:一是

晶胞的大小、型式;另一是晶胞的內(nèi)容,前者主要指晶胞參數(shù)的大小，即平行六面

體的邊長a、b、c和夾角a、8、Y的大小，以及與晶胞對應(yīng)的空間點陣型式,

即屬于簡單格子P還是帶心格子I、F或C等;后者主要指晶胞中有哪些原子、離

子以及它們在晶胞中的分布位置等。

面心立方結(jié)構(gòu)（fee）,體心立方結(jié)構(gòu)（bee）和密排六方結(jié)構(gòu)（hep）

金屬所具有的典型晶體結(jié)構(gòu)為面心立方結(jié)構(gòu)（fee）（圖2-27）,體心立方結(jié)構(gòu)

（bee）圖2-28）和密排六方結(jié)構(gòu)（hep）圖2-29）,皆屬于立方結(jié)構(gòu)晶系。

具有面心立方結(jié)構(gòu)的常見金屬有：y-Fe、Al、-Co、Ni、Cu、Ag、Au、

Pt,等

具有體心立方結(jié)構(gòu)的常見金屬有：Ti、V、Cr、-Fe、-Zr、Nb、Mo、

Ta、W等

具有密排六方結(jié)構(gòu)的常見金屬有：-Ti、-Zr、Co、Mg、Zn等

硅酸鹽結(jié)構(gòu)

硅酸鹽結(jié)構(gòu)是一種共價晶體的結(jié)構(gòu)，硅酸鹽的基本結(jié)構(gòu)單元就是［Si04/四面

體（圖2-33）,硅原子位于氧原子四面體間隙中，每個氧原子外層只有7個電子,

為T價，還能和其他金屬離子鍵合，其中Si的配位數(shù)是4,氧的配位數(shù)是2,

Si-0-Si的結(jié)合鍵間鍵角接近145°。這種硅氧四面體可以孤立地在結(jié)構(gòu)中存在，

如鎂橄欖石MgzSiOi,銘英石ZrSiO,等；也可以通過其頂點互相連接；除可以連

成骨架狀外，還可以連成鏈狀和層狀（圖2-34）。莫萊石就是鏈狀硅酸鹽，高嶺

土和滑石則是層狀硅酸鹽。

離子晶體結(jié)構(gòu)

離子晶體是由正負離子通過離子鍵，按一定方式堆積起來而形成的，也就是說，

離子晶體的基元是離子而不是原子了，這些離子化合物的晶體結(jié)構(gòu)必須確保電中

性，而又能使不同尺寸的離子有效地堆積在一起。多數(shù)鹽類，堿類（金屬氫氧化

物）及金屬氧化物都形成離子晶體。

周期性

對空間點陣，可以看成是由幾何點沿空間三個不共面的方向各按一定距離無

限重復地平移構(gòu)成（圖2-20）,每個方向的一定平移距離稱為該點陣在該方向的

周期，故周期性也可以稱之為平移對稱性。理想晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是組成晶體的原

子、分子或原子團等在三維空間中有規(guī)則地周期性重復排列，這種周期性排列是

晶體最基本的特點，也是研究晶體各種物理性質(zhì)的重要基礎(chǔ)。

對稱性

晶體的對稱性是指晶體經(jīng)過某種幾何變換（平移、旋轉(zhuǎn)等操作）仍能恢復原狀的

特性。

配位數(shù)

對于簡單晶格，配位數(shù)CN為晶格中任一原子周圍最近鄰且等距離的原子數(shù)；

致密度

原子體積占總體積的百分數(shù)。若以一個晶胞來計算，致密度就是晶胞中原子體積

與晶胞體積之比，即1<=村/丫，其中v為單個原子的體積v=至，V為晶胞體積,

3

n為一個晶胞中的原子數(shù)。

離子半徑（ionicradius）

離子半徑是反映離子大小的一個物理量。離子可近似視為球體，離子半徑的導

出以正、負離子半徑之和等于離子鍵鍵長這一原理為基礎(chǔ)，從大量X射線晶體

結(jié)構(gòu)分析實測鍵長值中推引出離子半徑。離子半徑的大小主要取決于離子所帶電

荷和離子本身的電子分布，但還要受離子化合物結(jié)構(gòu)型式（如配位數(shù)等）的影響。

負離子配位多面體

負離子配位多面體指的是離子晶體結(jié)構(gòu)中，與某一個正離子成配位關(guān)系而且相鄰

的各個負離子中心線所構(gòu)成的多面體。

空位（vacancy）

如果晶格中某格點上的原子空缺了，則稱為空位，這是晶體中最重要的點缺陷。

*間隙原子（interstice）

脫位原子有可能擠入格點的間隙位置，形成間隙原子。

色心（colorcenter）：

離子晶體的某些點缺陷是有效電荷的中心，他們可能束縛電子，這種缺陷

的電子結(jié)構(gòu)能吸收可見光而使該晶體著色，故稱這種能吸收可見光的晶體缺陷為

色心。

刃位錯、螺位錯：

晶體中由于滑移或晶體失配，原子或離子排列的點陣結(jié)構(gòu)發(fā)生畸變的線型

缺陷軌道稱為位錯線,簡稱位錯(dislocation)。晶體中位錯的基本類型為刃型位

錯和螺型位錯。圖2-47是刃型位錯模型，可以看到，與完整晶格相比，它多了

一個半原子面，而且這個半原子面象個'‘劈"一樣，楔入完整晶體，終止于晶體

中，面的邊緣是一條線，這條線周圍若干個原子距離內(nèi)的原子的規(guī)則排列遭到破

壞，這就形成了刃位錯。如果讓晶體中的一部分在切應(yīng)力作用下滑移，如圖2-48

所示，可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)生滑移與未發(fā)生滑移的交界處也是一條直線，其附近原子的

規(guī)則排列也被破壞了，如圖2-48b所示，這些原子呈螺旋狀分布，稱這種位錯為

螺型位錯。

晶界(crystalboundary,grainboundary)

不同取向的晶粒之間的界面。

攣晶界(twinboundary)

攣晶間的界面叫季晶界，其界面兩側(cè)的原子排列成鏡面對稱。

相(phase)

相是指系統(tǒng)中的物質(zhì)結(jié)構(gòu)均勻的部分。氣體在平衡條件下，不論有多少組分,

都是均勻的，因此氣相只有一種。固體內(nèi)部就比較復雜了。在固體材料中，具有

同樣聚集狀態(tài)，同樣原子排列特征性質(zhì)，并以界面相互隔開的均勻組成部分稱之

為“相”。相可以是單質(zhì)，也可以是化合物。材料的性能與各組成相的性質(zhì)、形

態(tài)、分布和數(shù)量直接有關(guān)。

組織

組織是相的形態(tài)、分布的圖象，其中用肉眼和放大鏡觀察到的為宏觀組織，用顯

微鏡觀察到的為顯微組織，用電子顯微鏡觀察到的為電子顯微組織。

相圖(phasediagram)

平衡狀態(tài)下物系的組分、物相和外界條件間相互關(guān)系的幾何描述為相圖，也

稱狀態(tài)圖或平衡圖。凝聚體系的相圖多數(shù)是恒壓下的溫度-組分關(guān)系圖。

*杠桿定律

確定某種成份的合金在二相區(qū)中各相的相對含量的法則。首先要確定各單

相的成份。在一定溫度下，兩單相的成份是確定的，就是溫度水平線與相界線的

交點所對應(yīng)的成份。如圖2-58所示，現(xiàn)在我們考慮成份為C%(wt)的A合金在

tl溫度下液、固二相的相對含量。從圖中可以看出，液相濃度為CL%(wt),固

相濃度為C(,%(wt),假設(shè)合金的質(zhì)量為1,液相質(zhì)量為M，固相質(zhì)量為W。，則M+W

0=1,另外合金A中的含Ni量應(yīng)該等于液相含Ni量和固相合Ni量之和，即WLCL

+W?Cu=lxC,由這二式可以得出吼/W?=(c?-C)/(C-C|,)=rb/ar,再變換

一下可得％?ar=W.,?rb,這個關(guān)系式與以r為支點，以a、b二點為受力端

點的杠桿平衡時的關(guān)系類似，故稱其為杠桿定律。

勻晶相圖

這種相圖的特點是兩組元不但在液態(tài)無限互溶，而且在固態(tài)也無限互溶。結(jié)

晶時，都是從液相中結(jié)晶出單相固溶體。我們把從液相結(jié)晶出單相固溶體的結(jié)晶

過程稱為勻晶轉(zhuǎn)變。具有這類相圖的二元合金系有Cu-Ni、Ag-Au、Fe-Ni、Cr-Mo、

Cu-Au等，有些硅酸鹽材料如鎂橄欖石(Mg?SiO。-鐵橄欖石(FezSiO?)等也具有此

類特征。

共晶反應(yīng)(eutecticreaction)

在共晶相圖上有單相區(qū)。兩單相區(qū)之間為雙相區(qū)。另外還都有一條水平線，如

Pb-Sn相圖上MEN(圖2-60b),這表示在水平線所對應(yīng)的這個特定溫度下有三

相共存。E點是二條液相線AE和BE的交點，在E點的上方是液相，其下方是a、

B二相共存區(qū)。這說明，相當于E點成份的液相在冷卻至三相共存線的溫度時，

會同時結(jié)晶出成份為M的a相和成份為N的8相，這種反應(yīng)可以寫成如下形式：

TE

LEaM+BN

這種由某一成份液相在恒溫下同時結(jié)晶出二個成份不同的固相的反應(yīng)稱為共晶

反應(yīng)，發(fā)生共晶反應(yīng)的溫度又為共晶溫度，成份為E點的合金為共晶合金。共

晶組織為a相和B相的機械混合物，它們通常呈層片狀相間分布。

共晶相圖(eutecticphasediagram)

兩組元在液態(tài)無限互溶，固態(tài)有限互溶或完全不互溶，冷卻過程中發(fā)生共晶反應(yīng)

的相圖為共晶相圖。具有共晶相圖的合金系有Pb-Sn、Al-Si、Pb-Bi等，一些硝

酸鹽也具有共晶相圖。

包晶反應(yīng)(peritecticreaction)

包晶反應(yīng)是由一固定成份的液相和一固定成份的固相相互作用生成另一個

TP

固定成份的固相，其反應(yīng)式可表示為4+劭一%，包晶反應(yīng)的產(chǎn)物是單相固

溶體。

*包晶相圖(peritecticphasediagram)

兩組元在液態(tài)無限固溶，固態(tài)下有限互溶(或不互溶)并發(fā)生包晶反應(yīng)的二元系

相圖稱為包晶相圖，Pb-Ag就形成包晶相圖，陶瓷ZrOz-CaO也形成包晶相圖。在

包晶相圖上也存在單相區(qū)、雙相區(qū)、三相區(qū)，也是只有在特定的溫度下才能三相

共存。

Fe-C相圖

Fe-C相圖是Fe-C合金的二元相圖，是材料科學尤其是金屬熱處理最重要的相圖

之一。

*共析反應(yīng)(eutectoidreaction)

共析反應(yīng)是由一固定成份的固相在特定溫度下同時析出兩種固相的反應(yīng),其反應(yīng)

式可表示為00劭+乩，共析反應(yīng)的產(chǎn)物是兩種固相的機械混合物。

*鐵素體(ferrite)

鐵或其內(nèi)固溶有一種或數(shù)種其他元素所形成的、晶體點陣為體心立方的固溶體。

*奧氏體Y(austenite)

鐵內(nèi)固溶有碳和(或)其他元素的、晶體結(jié)構(gòu)為面心立方的固溶體。它是以英國

冶金學家R.Austen的名字命名的。

*珠光體(pearlite)

本意是奧氏體從高溫緩慢冷卻時發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的產(chǎn)物，其立體形態(tài)為鐵

素體薄層和碳化物(包括滲碳體)薄層交替重疊的層狀復相物。廣義則包括過冷

奧氏體發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變所形成的層狀復相物。這種組織是以其金相形態(tài)酷似珍珠

母甲殼外表面的光澤而得名。

固溶體(solidsolution)

固態(tài)條件下，一種組分(溶劑)內(nèi)“溶解”了其他組分(溶質(zhì))而形成的單一、均勻

的晶態(tài)固體。固溶體有置換型(替位型)和間隙型(填隙型)兩種：溶質(zhì)原子位于溶

劑晶格中某些結(jié)點位置時形成置換型固溶體；溶質(zhì)原子位于溶劑晶格中某些間隙

位置時形成間隙型固溶體。

*能帶(energyband)

能帶是描述晶體中電子能量狀態(tài)的一個物理概念。晶體是由大量原子規(guī)則排列

組成的，在晶體中原子的外層電子運動已不再局限在該原子附近，而是可以在整

個晶體中運動。這種情況稱為電子運動的共有化。其結(jié)果是：N個孤立原子有N

個相同的能級,在晶體中變成N個能量略有差別的不同等級，構(gòu)成能帶。

*空帶

沒有被電子或空穴填充的能帶。

*導帶(conductionband)

金屬的價帶之上的最低能帶有大量電子，但沒有占滿所有的能帶,這些電子在電

場作用下,可以在晶體中運動，引起電流，因此這種能帶稱為導帶。

價帶(valenceband)

一系列能帶中，能量最高的滿帶被稱為價帶。

*禁帶(forbiddenband)

有些晶體中，能帶和能帶之間有一定的間隔,這個間隔中的能量一般是該晶體電

子不能具有的，所以稱此間隔為禁帶。禁帶往往表示價帶和最低導帶之間的能量

間隔。

*能隙(energygap)

固體中電子兩相鄰能帶相隔的能量范圍稱為能隙，亦稱為禁帶寬度。

第三章

*彈性(elasticproperty)

彈性是反映晶格中原子在外力作用下自平衡位置產(chǎn)生可逆位移的力學性能之一。

*虎克定律

當材料發(fā)生彈性變形的時候，應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，即。=E*這就是著名

的虎克定律，E為楊氏模量，。為應(yīng)力，既單位面積所受的力，￡為應(yīng)變，既單

位長度的伸長。

塑性(plasticproperty)

塑性是指材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。

延伸率

延伸率指的是試樣拉斷后標距的伸長和原始標距的百分比。

斷面收縮率(percentagereductionofarea)

斷面收縮率是試樣拉斷后，縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分

比。

*強度(strength)

強度是材料或物件經(jīng)得起變形的能力。

*屈服強度(yieldstrength)

屈服強度是試樣在拉伸過程中，開始產(chǎn)生塑性變形所須的應(yīng)力。通常用標距部分

殘余伸長達到原標距長度的規(guī)定數(shù)值時之力除以原橫截面積所得的應(yīng)力來表示，

一般取殘余應(yīng)變0.2%?

*抗拉強度(tensilestrength)

抗拉強度是在拉伸試驗中，試樣所能承受的最大負荷除以原橫截面積所得的應(yīng)力

值。

韌性(toughness)

韌性是材料在外力作用下，在塑性形變過程中吸收能量的能力。吸收能量愈大,

韌性愈好。

斷裂韌性fracturetoughness

斷裂韌性是斷裂力學中，量度裂紋擴展阻力的主要指標之一，它反映具有裂紋的

材料對外界作用的一種抵抗能力。

硬度(hardness)

硬度是指材料表面上不大的體積內(nèi)抵抗變形或破裂的能力。

布式硬度(Brinellhardness)

用一定直徑的球體(鋼球或硬質(zhì)合金球)以相應(yīng)的試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)

定保持時間后卸除試驗力，用測量的表面壓痕直徑計算的一種壓痕硬度值。

洛式硬度(Rockwellhardness)

在初始試驗力及總試驗力先后作用下，將壓頭(金剛石圓錐或鋼球)壓入試樣

表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除主試驗力，用測量的殘余壓痕深度增量計算的一種

壓痕硬度值。

維式硬度(Vickershardness)

將相對面夾角為136°的正四棱錐體金剛石壓頭以選定的試驗力(49.0

3-980.7N)壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，用測量的壓

痕對角線長度計算的一種壓痕硬度值

顯微硬度(microhardness)

顯微硬度主要用于確定很薄的材料、細金屬絲、小型精密零件(如鐘表和儀表零

件)的硬度，測定淬硬表面的硬度變化率，研究小面積內(nèi)硬度的變化以及在金相

學中研究金屬中不同相體的硬度等。測量方法與維氏硬度基本相同,但載荷很小，

以克力計數(shù);壓痕的特征尺寸也很小，需要用讀數(shù)顯微鏡測此故得名。

固溶強化

在純金屬中加入溶質(zhì)原子(間隙型或置換型)形成固溶合金(或多相合金中的基

體相)，將顯著提高屈服強度，此即為固溶強化。

*形變強化

從圖3-2的應(yīng)力一應(yīng)變曲線上可以看出，材料屈服以后，隨著塑性變形量的增

加，所需的應(yīng)力是不斷增加的，這種現(xiàn)象叫形變強化，也叫加工硬化。形變強化

是金屬強化的重要方法之一，它能為金屬材料的應(yīng)用提供安全保證，也是某些

金屬塑性加工工藝所必須具備的條件，如拔制。

*晶界強化

隨著晶粒細化，晶界所占體積增加，金屬的強度和塑性是同時提高的。這種強化

工藝稱為晶界強化。

第二相強化

所謂第二相強化是指在金屬基體(通常是固溶體)中還存在另外的一個或幾個相，

這些相的存在使金屬的強度得到提高。

*擇優(yōu)取向(preferredorientation)

在一般多晶體中，每個晶粒有不同于相鄰晶粒的結(jié)晶學取向，從整體看,所有晶粒

的取向是任意分布的。但某些情況下，晶體的晶粒在不同程度上圍繞某些特殊的

取向排列,就稱為擇優(yōu)取向或簡稱織構(gòu)。

*再結(jié)晶(recrystallization)

金屬塑性變形后，被拉長了的晶粒重新生核、結(jié)晶，變?yōu)榈容S晶粒這種現(xiàn)象稱為

再結(jié)晶。

*再結(jié)晶溫度(recrystallizationtemperature)

再結(jié)晶溫度是開始產(chǎn)生再結(jié)晶現(xiàn)象的最低溫度。對純金屬，再結(jié)晶溫度約為0.

4T??式中L,為金屬的熔點。

*熱處理(heattreatment)

熱處理是對固體金屬或合金進行加熱、保^和冷卻處理以便得到所需性質(zhì)的一種

加工工藝。其原理是利用擴散、晶核化、沉積和晶體增長等現(xiàn)象，使金屬或合金

的組織發(fā)生變化，進而獲得均勻的或改性的機械和物理性質(zhì)。

*擴散型相變、非擴散型相變、

根據(jù)冷卻速度的不同，存在著二大類固態(tài)相變，一類是相變時存在原子擴散，為

擴散型相變，如珠光體、貝氏體轉(zhuǎn)變；還有一類是不存在原子的擴散，但原子也

發(fā)生了重排，為非擴散型相變，如馬氏體相變。

*馬氏體(martensite)

馬氏體是高溫相以很快的速度冷卻，以非擴散轉(zhuǎn)變形成的產(chǎn)物。鋼在高溫奧氏體

化后淬火得到馬氏體。

貝氏體(bainite)

貝氏體是在奧氏體化后被過冷到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間以下，馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間

以上這一中溫區(qū)間(所謂“貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間”)轉(zhuǎn)變而成的由鐵素體及其內(nèi)

分布著彌散的碳化物所形成的亞穩(wěn)組織。

退火

將組織偏離平衡態(tài)的鋼加熱到適當溫度，保溫一段時間，然后緩慢冷卻(爐冷)以

獲得接近平衡態(tài)組織的熱處理工藝叫退火。

正火

將鋼件加熱到Ac：,以上30-50C,保溫后取出在空氣中冷卻，這是正火

淬火(quenching)

將鋼件加熱到奧氏體化溫度并保溫后，急冷(油冷或水冷)至室溫，從而使奧氏

體變成馬氏體的處理為淬火。

回火(tempering)

回火指將經(jīng)過淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當溫度,保溫一段時間

后在空氣或水、油等介質(zhì)中冷卻的金屬熱處理?；鼗鸬淖饔迷谟?①提高組織穩(wěn)

定性,使工件在使用過程中不再發(fā)生組織轉(zhuǎn)變,從而使工件幾何尺寸和性能保持

穩(wěn)定。②消除內(nèi)應(yīng)力，以便改善工件的使用性能并穩(wěn)定工件幾何尺寸。③調(diào)整鋼

鐵的力學性能以滿足使用要求。

時效(ageing)

時效是指合金經(jīng)固溶處理或冷塑性變形后，在室溫或一定溫度保溫，以達到沉淀

硬化目的的工藝。

人工時效(artificalaging)

人工時效是在高于室溫以上，通過過飽和固溶體中可溶組分的脫溶，使合金強化

的熱處理。

自然時效(naturalaging)

自然時效是在室溫下，通過過飽和固溶體中可溶組分自發(fā)的脫溶，使合金強化的

處理。

控制軋制

把金屬材料壓力加工和熱處理工藝相結(jié)合，同時利用形變強化與相變強化的一種

形變熱處理工藝。

鋁-鋰合金

鋁-鋰合金是一種新型鋁合金材料,具有較高的強度和彈性模量,是航空航天工業(yè)

理想的結(jié)構(gòu)材料，用于飛機上，可減輕飛機重量8?16機鋁鋰合金還具有良好的

抗輻照特性和較高的電阻率,經(jīng)受中子輻照后殘留放射性低，可用作核聚變裝置

中的真空容器。此外,鋁鋰合金在一定溫度和應(yīng)變速率下具有很好的超塑性,可用

以制造超塑性/擴散焊接結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于航空和車輛等各個領(lǐng)域。

紫銅

紫銅即純銅。

黃的)

黃銅是以鋅為主要添加元素的銅合金。

青銅

最早使用的青銅是Cu-Sn合金，現(xiàn)在把除黃銅以外的銅合金都稱為青銅

*a型鈦合金(a-titaniumalloy)

金屬鈦有兩種異構(gòu)體，一種是密排六方結(jié)構(gòu)的a相，是低溫穩(wěn)定相；另一種是

體心立方結(jié)構(gòu)的B相，是高溫穩(wěn)定相。成分中含有a相穩(wěn)定元素，在室溫穩(wěn)定

狀態(tài)基本為a相的鈦合金為a型鈦合金。

*3型鈦合金(B-titaniumalloy)

成分中含有B相穩(wěn)定元素，在室溫穩(wěn)定狀態(tài)基本為6相的鈦合金為B型鈦合

金。

*a+0型鈦合金(a-8titaniumalloy)

成分中含有較多的B穩(wěn)定劑，在室溫穩(wěn)定狀態(tài)由a及B相所組成的鈦合金

為a+0型鈦合金。

*鈦鋁化合物為基的鈦合金

鈦鋁化合物是指Ti3ALTiAl,TiAk這些金屬間化合物。鈦鋁化合物為基的鈦合金

是一種新型鈦合金。鈦鋁化合物為基的高溫鈦合金與普通鈦合金及銀基高溫合金

比較，高溫性能明顯優(yōu)于普通鈦合金，已與銀基高溫合金相近。

***結(jié)構(gòu)陶瓷

結(jié)構(gòu)陶瓷是指作為工程結(jié)構(gòu)材料使用的陶瓷材料，主要用于高機

械強度、耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦，以及高硬度等性能。陶瓷雖然抗

壓強度相當高，但抗拉強度卻很小，是一種脆性材料。結(jié)構(gòu)陶瓷按其

組份可分為氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷，有些結(jié)構(gòu)陶瓷也具有功能陶

瓷的性能如ZrC>2陶瓷等。

***相變增韌

相變增韌是一種有效的增強、增韌方法，利用多晶多相陶瓷中某些相組分在不同溫度

的相變，從而達到增強、增韌的效果，這統(tǒng)稱為相變增韌。例如，利用ZrCh的馬氏體相變

可以改善陶瓷材料的力學性能。

ZrCh相變又分為應(yīng)力誘導相變增韌、微裂紋增韌和表面壓應(yīng)力三種。相變增韌不但存在于

ZrCh陶瓷中，將ZrCh相顆粒加入其它陶瓷材料中也能產(chǎn)生相變增韌的效果。

***ZrC>2相變增韌

ZrCh存在三種晶型，立方、四方、單斜。

2320?110()Y

立方四方單斜

其中四方向單斜的相變伴隨有較大的體積變化?7%,這種相變體積變化是相變增韌

的基礎(chǔ)。

***應(yīng)力誘導相變增韌

分散于陶瓷基體內(nèi)的四方ZrO2相顆粒，從高溫向低溫變化，當溫度低于11O(rc時，

由于陶瓷基體的約束，不能發(fā)生四方向單斜的相變，四方ZrO2相顆粒以亞穩(wěn)態(tài)的形式存在

于室溫，當陶瓷基體受到外力的作用，解除了對四方ZrO2相顆粒的約束，四方ZrO?相顆粒

就發(fā)生相變，降低裂紋尖端的應(yīng)力場強度，達到增強、增韌的目的。

***微裂紋增韌

分散于陶瓷基體內(nèi)的四方ZrCh相顆粒，在降溫過程或受力后相變，在裂紋尖端產(chǎn)生多

條微裂紋，從而增大了斷裂表面能，達到增韌的效果。

***表面增韌

分散于陶瓷基體表面的四方ZrCh相顆粒，由于在一個面上沒有受到約束，相對于基體

內(nèi)的四方ZrO2相顆粒，比較容易相變，在降溫或受力后，表面的四方ZrCh相顆粒發(fā)

生相變，產(chǎn)生體積膨脹，使得陶瓷材料的表面受到壓應(yīng)力，達到增強、增韌的效果。

***彌散增韌

在陶瓷基體中滲入具有一定顆粒尺寸的微細粉末，達到增韌的效

果，這稱為彌散增韌。這種細粉料可以是金屬粉末，加入陶瓷基體之

后，以其塑性變形，來吸收彈性應(yīng)變的釋放能，從而增加了斷裂表面

能，改善了韌性。細粉料也可以是非金屬顆粒，在與基體生料顆粒均

勻混合之后，燒結(jié)時，多存在于晶界相中，以其高彈性模量和高溫強

度增加了整體的斷裂表面能，特別是高溫斷裂韌性。

***纖維增韌

在陶瓷中加入高彈性模量的纖維，纖維均布于陶瓷基體中，受力時，由于纖維的強度

及彈性模量高，大部分應(yīng)力由纖維承受，減輕了陶瓷的負擔，而且纖維還可以阻止裂紋擴展，

起到增韌的作用。

***層狀化增韌

將陶瓷材料層狀化，增加裂紋擴展時的阻力，也能達到增強、增韌的效果。層狀結(jié)構(gòu)

可以使裂紋擴展時發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

***納米陶瓷

具有納米級晶粒尺寸的陶瓷材料為納米陶瓷。納米級晶粒尺寸使得陶瓷材料的性能得

到改善，目前已有納米AI2O3、ZrO2,TiO2>Si3N4,SiC等陶瓷粉料和陶瓷制品。

***硅酸鹽水泥

硅酸鹽水泥在建筑上主要用于配制砂漿和混凝土，作為大量應(yīng)用的工程材料，其最重

要的性質(zhì)是強度、體積變化以及與環(huán)境相互作用的耐久性。其中，水泥的強度是評比水泥質(zhì)

量的重要指標，是劃分標號的依據(jù)。影響水泥強度的因素很多，主要有漿體組成、熟料礦物

組成、水灰比、水化程度、溫度與壓力等。

***硬化水泥漿體

硬化水泥漿體是由無數(shù)鈣磯石的針狀晶體和多種形貌的C-S-H,再夾雜著六方板狀

的氫氧化鈣和單硫型水化硫鋁酸鈣等晶體交織在一起而形成的，它們密集連生交叉結(jié)合，又

受到顆粒間的范德華力或化合鍵的影響，硬化水泥漿就成為由無數(shù)晶體編織而成的“毛氈”

而具有強度。

***玻璃

玻璃是無機氧化物的熔融混合物，它們并沒有特有的固定的組成。玻璃按組分可分為三種主

要類型：鈉鈣硅、硼硅酸以及鉛硅酸玻璃。

***鋼化玻璃

如果能在玻璃表面層中產(chǎn)生“永久性”壓應(yīng)力，就可以使生產(chǎn)的

玻璃制品的強度比常規(guī)狀態(tài)高。要使這樣的制品發(fā)生斷裂，就需要較

高的張應(yīng)力，這是因為在使這類表面缺陷承受張應(yīng)力之前，必須先克

服表面的壓應(yīng)力。經(jīng)過處理而使表面處于壓應(yīng)力狀態(tài)的玻璃被稱為鋼

化玻璃。

*大分子鏈

大分子鏈是組成高分子材料（也稱為聚合物）的基本單元。大分子鏈的分子量很

大（通常幾萬，再大者可達數(shù)百萬），主要是由C、H、0、N、P、S等原子以共價

健方式成鏈。這種分子鏈被稱為大分子鏈。按其主鏈所包含原子的種類，可分為：

①碳鏈高分子化合物，主鏈全部為碳原子、如聚烯煌、聚二烯垃等（表3T-1）；

②雜鍵高分子化合物,主鏈除碳原子外,還可有0、N、P、S等元素，這類高分子

化合有聚酯、聚酸、聚酰胺等（表3-1-2）；③元素有機聚合物，主鏈是由Si、Ti、

Al、B等原子和0原子構(gòu)成，側(cè)基一般為有機基團，如有機硅樹脂、有機硅橡膠

等。

分子量（molecularweight）

分子量是分子中各原子量的總和。

單體（monomer）

單體是能自身聚合或與其他類似的化合物共聚而生成聚合物的簡單化合物。

聚合物(polymer)

聚合物是由聚合生成的具有重復鏈節(jié)的化合物。

鏈節(jié)（monomericunit）

鏈節(jié)是聚合物分子鏈上，含與真實單體或假想單體相同原子種類和原子數(shù)目的重

復單元。

聚合度

大分子鏈中鏈節(jié)的重復次數(shù)，稱之為聚合度。

分子量的多分散性

高分子化合物是由大量的大分子鏈組成的。各個大分子鏈的鏈節(jié)數(shù)不同，大分子

鏈的長短不同、分子量也不同，高分子化合物中大分子鏈分子量不等的現(xiàn)象稱為

分子質(zhì)量的多分散性。這是高分子化合物的一大特點，這種分子量的分散性決定

了高分子化合物的物理、力學性能的大分散度。

官能度

官能度是指在一個鏈節(jié)上能接上新分子的位置數(shù)。

加聚反應(yīng)

加聚反應(yīng)是指由一種或多種單體相互加成而連接成聚合物的反應(yīng)。

縮聚反應(yīng)

縮聚反應(yīng)是指由一種或多種單體相互混合而連接成聚合物的同時析出（縮出）某

種低分子物質(zhì)（如水、氨、醇、鹵化氫等）的反應(yīng)。

*構(gòu)型（configuration）

分子鏈中各種基團的空間分布稱為分子鏈的構(gòu)型。

線型，支化型，體型

大分子鏈的形狀有三種：線型，支化型,體型（或網(wǎng)型）（圖3-1-6）o

線型高分子的結(jié)構(gòu)是整個分子鏈呈細長線條狀，通常卷曲成不規(guī)則的線團，但受

拉時可以伸展為直線。

支化型大分子鏈的結(jié)構(gòu)是在大分子主鏈節(jié)上有一些或長或短的小支鏈，整個大分

子呈樹枝狀。

體型高分子的結(jié)構(gòu)是大分子鏈之間通過支鏈或化學鍵連接成一體的所謂交聯(lián)結(jié)

構(gòu)，在空間呈網(wǎng)狀。

構(gòu)象(conformation)

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，即為

大分子鏈的構(gòu)象。

單鍵內(nèi)旋

組成大分子鏈的每個單鍵,都有一定的鍵長和鍵角，并且能在保持鍵長和鍵角不

變的情況下任意旋轉(zhuǎn)。每個單鍵圍繞相鄰單鍵按一定角度進行的旋轉(zhuǎn)運動稱為單

鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

柔順性

大分子鏈由于構(gòu)象變化，獲得不同卷曲程度的特性為大分子鏈的柔順性。柔順性

與大分子鏈中單鍵內(nèi)旋的難易程度有關(guān)。

無定型

無定型結(jié)構(gòu)也稱為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。

結(jié)晶度

高分子化合物中結(jié)晶區(qū)所占的重量百分數(shù)即為結(jié)晶度

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)

高分子化合物在玻璃態(tài)和橡膠態(tài)之間的轉(zhuǎn)變溫度。

玻璃態(tài)

在Tg溫度以下，高聚物的彈性模量較高,較剛、硬，稱之為玻璃態(tài)。

橡膠態(tài)

在Tg溫度以上，高聚物表現(xiàn)出柔軟而富有彈性，如橡膠，故這一階段稱之為高

彈態(tài)或橡膠態(tài)。

粘流態(tài)

當溫度高于Tr后，變形量隨溫度升高進一步迅速增加，高聚物開始產(chǎn)生粘性流

動，處于所謂粘流態(tài)。

粘流溫度(軟化溫度)

「為高彈態(tài)與粘流態(tài)間的轉(zhuǎn)變溫度，叫做粘流溫度或軟化溫度。

熔點[meltingpoint]

熔點是固體熔化的溫度。

*老化

材料在環(huán)境作用下逐步失效的過程。

降解(degradation)

降解是由氣候、熱、光、氧、射線等作用引起的大分子鏈斷裂或化學結(jié)構(gòu)發(fā)生失

效的過程。

交聯(lián)(crosslink)

交聯(lián)是在橡膠分子鏈之間或同一分子鏈內(nèi)嵌入交聯(lián)鍵，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的過程

熱固性塑料(thermosettingplastics)

熱固性塑料為體型結(jié)構(gòu)，其成型加工是用相對低分子量的粘稠體和固化劑混合，

在一定溫度和壓力下發(fā)生聚合反應(yīng)，在成型時產(chǎn)生強烈地交聯(lián)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)

構(gòu)。網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)一旦形成后不能改變，所以不可循環(huán)使用。

熱塑性塑料(thermoplastics)

熱塑性塑料是線型鏈狀結(jié)構(gòu)，加熱時是軟的，可注射入模子成型，在取出前需冷

卻，成型過程中不發(fā)生進一步聚合，可反復多次成型。

*橡膠

橡膠是在線型鏈狀結(jié)構(gòu)中形成少量的交聯(lián)，具有較好彈塑性的一類高分子材料。

拉拔強化

和金屬冷拉可以造成強烈的加工硬化類似,一些高分子材料在Tg溫度附近冷拉，

也可使其強度和彈性模量大幅度提高,稱之為拉拔強化。

橡膠增韌

橡膠增韌是指在塑料等高分子材料中摻入橡膠粒子以達到增韌目的的一類工藝。

*聚乙烯(polyethylene)

聚乙烯是以乙烯為單體聚合制得的聚合物。英文縮寫PE。聚乙烯在塑料總產(chǎn)量

中居首位。聚乙烯具有優(yōu)良的力學性能，絕緣性、耐寒性、化學穩(wěn)定性、吸水性

和低透氣性,無毒,易于加工成型。

聚氯乙烯polyvinylchloride

聚氯乙烯是氯乙烯的聚合物。英文縮寫PVC。聚氯乙烯是僅次于聚乙烯的第二

大塑料品種。玻璃化溫度80?85°C,密度1.35?1.45克/厘米，使用溫度-15?

60°CoPVC具有優(yōu)良的耐酸堿、耐磨、耐燃及絕緣性能，與大多數(shù)增塑劑的混合

性好，因此可大幅度改變材料的力學性能。加工性能優(yōu)良，價格便宜，但對光、熱

穩(wěn)定性差，100°C以上或光照下性能迅速下降。

*聚苯乙烯polystyrene

聚苯乙烯是苯乙烯的聚合物。英文縮寫PS。聚苯乙烯結(jié)構(gòu)式為？[-CHz-CH-L,是

典型的線型無定型高聚物，由于有取代基苯環(huán)，結(jié)晶度低，柔順性差，所以具有

較大的剛度。它比重小，幾乎不吸水，具有優(yōu)良的耐蝕性，電阻大，是很好的隔

熱、防震、防潮和高頻絕緣材料。聚苯乙烯添加發(fā)泡劑后可制成泡沫塑料，比重

只有0.033g/cm,是隔音、包裝、救生的極好材料。

*ABS塑料

ABS塑料是丙烯睛(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S),3種單體的接枝共聚物。

實際上往往是含丁二烯的接枝共聚物與丙烯月青、苯乙烯共聚物(AS或SAN)的混合

物。ABS是一種強度高，韌性好，耐油，耐酸、堿、鹽及化學試齊!J,綜合性能優(yōu)良,

易于加工成型的高分子材料。

聚酰胺(polyamide)

聚酰胺俗稱尼龍，英文縮寫PA,這種熱塑性塑料或由二元胺和二元酸縮聚而成，

或由氨基酸脫水成內(nèi)酰胺再聚合而成。結(jié)構(gòu)式分別為

[-NH(CH2)m-NHC00(CH2)?-2-C0-]n[-NH(CH2)M-1no根據(jù)胺與酸中的碳原子數(shù)或

氨基酸中的碳原子數(shù)，分別命名為尼龍66,尼龍6等品種。

氟塑料

氟塑料是含氟塑料的總稱。機械工業(yè)中應(yīng)用最多的是聚四氟乙烯(F-4),其結(jié)構(gòu)

_

式為[CF2-CF2-]?。

聚甲基丙烯酸甲脂(polymethacrylates)

聚甲基丙烯酸甲脂，俗稱有機玻璃，英文縮寫PMMA,結(jié)構(gòu)式為？[-CIL-C-L,是

典型的無定形結(jié)構(gòu),取代基為極性集團。

酚醛塑料

酚醛塑料，英文縮寫PF,是由酚類和醛類在酸或堿的催化下縮聚而成的酚醛樹

脂,再加入添加劑而制得的高聚物,應(yīng)用最多的酚醛樹脂是苯酚和甲醛的縮聚物。

環(huán)氧塑料

環(huán)氧塑料，英文縮寫EP,是環(huán)氧樹脂加固化劑后形成的熱固性塑料，常用固化劑

為胺類和酸酢類。

復合材料(compositematerials)

復合材料是由兩種或兩種以上的組分材料通過適當?shù)闹苽涔に噺秃显谝黄鸬男?/p>

材料，其既保留原組分材料的特性，又具有原單一組分材料所無法獲得的或更優(yōu)

異的特性。

基體(matrix)

復合材料中占主要組分的材料稱為基體。

*增強材料(reinforcedmaterials)

增強材料是復合材料的重要組成部分，相對基體而言，主要起到增強作用。

復合材料中的增強材料就其形態(tài)而言，主要有纖維及其織物、晶須和顆粒。就其

組成的性質(zhì)而言又可分為有機增強材料、金屬增強材料和無機非金屬增強材料

(見?圖18)o

*混合法則(RuleofMixtures)

在復合材料中，在已知各組分材料的力學性能、物理性能的情況下，復合材

料的力學性能(如強度、彈性模量)和物理性能(密度、電導率、熱導率、熱膨

脹系數(shù)等)主要取決于組成復合材料的材料組分的體積百分比(vol.%),(曬]下)

式表示：

N

/=!

式中Pc表示復合材料的某性能，如強度、彈性模量、密度、電導率、熱導率、

熱膨脹系數(shù)等；P,表示各組分材料的對應(yīng)復合材料的某性能；V表示組成復合材

料各組分的體積百分比（vol.%）；wi表示組成復合材料的組分數(shù)（包括基體、

若干增強材料）。上式稱之為混合法則。

復合材料增韌機制

復合材料在受沖擊載荷時材料發(fā)生破壞（斷裂），其韌性大小取決于材料吸

收沖擊能量大小和抵抗裂紋擴展的能力。以纖維增強復合材料為例，主要有纖維

的拔出、纖維與基體的脫粘、纖維搭橋等增韌機制。除了上述增韌機制外，在顆

粒、短纖維和晶須增強復合材料中，由于增強材料的存在，阻礙了裂紋在基體中

的擴展，在增韌方面，還存在有裂紋偏轉(zhuǎn)、微裂紋增韌等機制。此外，在陶瓷基

復合材料中，利用氧化錯的相變產(chǎn)生的體積效應(yīng)，引起基體產(chǎn)生微裂紋，從而增

加陶瓷基復合材料的韌性，這種方法稱之為相變增韌機制。

復合材料中界面作用

在復合材料中，界面往往起到把載荷由基體傳遞到纖維的傳遞作用。止匕外，

復合材料的界面還起到誘導作用、阻斷作用、散射及吸收作用等。為了保證界面

的作用，纖維與基體之間要有一定的粘結(jié)，并且兩者之間的結(jié)合與增強材料及基

體的性質(zhì)有關(guān)。除此之外，復合材料界面的結(jié)合方式、界面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)會直接影

響和控制復合材料的性能。

玻璃纖維

玻璃纖維是纖維增強材料中的一種。玻璃纖維具有耐高溫、耐腐蝕（除堿外）、

熱膨脹系數(shù)小等特點，但不耐磨、脆而易折。玻璃纖維與其它纖維相比，其價格

便宜，品種多，適合編織制成各種玻璃織物，因而廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，尤

其是民用領(lǐng)域，如建筑材料、交通工具、體育用品等玻璃纖維增強復合材料中。

芳綸纖維

芳綸纖維是目前主要用于聚合物基復合材料的一種有機纖維，是美國杜邦公

司（Dupont）在1968年研制成功的，并在1973年正式以Kevlar作為其商品名。

芳綸纖維的密度僅為1.44g/cn?,其抗拉強度高達3.4GPa,模量為59?190GPa,

因此其比強度和模量均優(yōu)于玻璃纖維，特別是比強度甚至高于一般碳纖維和硼纖

維。和其它的有機纖維（如聚乙烯、尼龍和聚酯纖維）相比，耐熱性較高，象

Kevlar49纖維的抗拉強度長期在150℃下幾乎不變，在427c下不分解，在一

190℃低溫下不變脆，并且在高溫下不易變形，尺寸穩(wěn)定，特別是其柔韌性好，

抗沖擊，耐酸、堿。但芳綸纖維制成的聚合物基復合材料層間抗剪強度較低。

碳纖維

碳纖維是纖維增強材料中的一種。根據(jù)原材料不同分為人造絲（粘膠纖維）、

聚丙烯脂（PAN）碳纖維和瀝青基碳纖維。經(jīng)過碳化和石墨化后，可以分別得到

高強度碳纖維、超高強度碳纖維、高模量碳纖維、超高模量碳纖維、高強度高模

量碳纖維等。

與玻璃纖維相比，碳纖維比強度和比模量有明顯提高。此外，碳纖維導熱、

導電，耐化學腐蝕性好，但仍然較脆，且抗氧化性差。碳纖維不僅作為玻璃纖維

的代用品，用于聚合物基復合材料，而且適用于金屬基復合材料。因此，碳纖維

成為航空航天領(lǐng)域所用先進復合材料中不可缺少的增強材料。

*硼纖維

硼纖維是在金屬絲上沉積硼而形成的無機纖維。通常用氫和三氯化硼在熾熱

的鴇絲上反應(yīng),置換出無定形的硼沉積于鴿絲表面獲得。屬脆性材料,抗拉強度約

3500MPa,彈性模量400GPa,密度只有鋼材的1/4,抗壓縮性能好;在惰性氣體中，

高溫性能良好;在空氣中超過500°C時，強度顯著降低。是良好的增強材料，可與

金屬、塑料或陶瓷復合,制成高溫結(jié)構(gòu)用復合材料。由于其高的比強度和比模量,

在航空、航天和軍工領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

碳化硅纖維(Whisker)

碳化硅纖維是陶瓷纖維，具有陶瓷特征，抗氧化、耐腐蝕，與金屬基體一般

不發(fā)生反應(yīng)，濕潤性好，且價格便宜，可用作聚合物基、金屬基和陶瓷基復合材

料的增強材料。碳化硅纖維增強復合材料主要可用于航空航天、汽車結(jié)構(gòu)部件和

運動器械(滑雪板、網(wǎng)球拍)

晶須(whisker)

晶須是一種直徑為零點幾至幾個微米的針狀單晶體纖維材料。在單晶體中的

原子排列非常整齊，幾乎沒有多晶材料中存在的各種缺陷，如雜質(zhì)、空穴和位錯

等，因此從強度而言，晶須的強度接近理論極限。

功能材料(functionalmaterials)

功能材料是與結(jié)構(gòu)材料相對應(yīng)的另一大類材料，主要利用材料的光學、電學、磁

學等性能。

一次功能

當向材料輸入的能量和從材料輸出的能量屬于同一種形式時，材料僅起能量傳遞

的作用，材料的此種功能為一次功能。

二次功能

當向材料輸入的能量和從材料輸出的能量不屬于同一種形式時，材料起能量轉(zhuǎn)換

作用，材料的此種功能為二次功能。

電學性能

*導電性(conductivity)

導電性是評價材料所具有的傳導電流的性質(zhì)。

電阻率P(electricresistivity)

電阻率是單位橫截面積、單位長度的物質(zhì)的電阻值，表征材料對電流的阻礙能力

的物理量。

電導率cr(conductivity)

電導率是電阻率的倒數(shù)，表征材料導電能力的物理量。

載流子

簡單地說，材料能導電是由于在電場作用下材料中產(chǎn)生了電荷的定向運動，而電

荷的運動是通過一定的微觀粒子來實現(xiàn)的。將帶電荷的微觀粒子統(tǒng)稱為載流子,

可以是自由電子或空穴；也可以是正、負離子或空位。前者為電子電導，后者為

離子電導。

*遷移率月

電導率的大小應(yīng)該與載流子的數(shù)目〃有關(guān)系，還應(yīng)該與載流子的運動速度y有關(guān)。

為了表征這個關(guān)系，人們定義了遷移率的概念〃，〃=",物理意義是在單位電

場作用下載流子的運動速度，這樣可得到b=〃的關(guān)系，4為載流子所帶電荷。

*本征半導體

具有禁帶寬度小于2ev能帶結(jié)構(gòu)的材料為半導體。無摻雜的單質(zhì)半導體為本征半

導體。

*n型半導體

以電子為主要導電載流子的半導體材料被稱為N型半導體，也叫做施主型半導

體，因為在本征半導體中添加了施主雜質(zhì)。

*P型半導體

以空穴為主要導電載流子的半導體材料被稱為P型半導體，也叫受主半導體，因

為在本征半導體中添加了受主雜質(zhì)。

固體電解質(zhì)(solidelectrolyte)

固體電解質(zhì)是具有離子導電性的固態(tài)物質(zhì)。這些物質(zhì)或因其晶體中的點缺陷或因

其特殊結(jié)構(gòu)而為離子提供快速遷移的通道,在某些溫度下具有高的電導率(1?

10"西門子/厘米)，故又稱為快離子導體。

*超導性(superconductivity)

某些物質(zhì)在一定溫度條件下電阻降為零的性質(zhì)被稱為超導性。材料表現(xiàn)超導性的

條件實際有三個:①超導體進入超導態(tài)時，其電阻率實際上等于零。從電阻不為零

的正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢B(tài)的溫度稱為超導轉(zhuǎn)變溫度或超導臨界溫度，用Tc表示。

②外磁場可破壞超導態(tài)。只有當外加磁場小于某一量值Hc時才能維持超

導電性，否則超導態(tài)將轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài),Hc稱為臨界磁場強度。Hc與溫度的關(guān)系

為Hc心H。(1-(T/Tc)2),IIo是T=0K時的臨界磁場強度。

③超導體內(nèi)的電流強度超過某一量值Ic時，超導體轉(zhuǎn)變?yōu)檎w，1c

稱為臨界電流。

超導體變?yōu)槌瑢B(tài)后，除電阻為零外，體內(nèi)的磁感應(yīng)強度也恒為零，即超

導體能把磁力線全部排斥到體外,具有完全的抗磁性。另外，超導體具有能隙。

*低溫超導材料(lowtemperaturesuperconductingmaterial)

具有低臨界轉(zhuǎn)變溫度，在液氮溫度條件下工作的超導材料。

*高溫超導材料(hightemperaturesuperconductingmaterial)

具有高臨界轉(zhuǎn)變溫度，能在液氮溫度條件下工作的超導材料。

絕緣性

絕緣性通常是指材料阻滯熱、電或聲通過的能力。

極化率(polarizability)

極化率是衡量原子、離子、分子在電場作用下極化強度的微觀參數(shù)，通常用a

表示，a為原子、離子、分子在電場作用下形成的偶極矩與作用于原子、離子、

分子上的有效內(nèi)電場之比。

*極化強度(polarization)

極化強度是電介質(zhì)單位體積中電偶極矩的矢量和。

介質(zhì)極化系數(shù)％

為了將極化強度P和宏觀實際有效電場E相聯(lián)系，人們定義P=￡。/,式中￡。為

真空介電常數(shù)，￡o=8.85xl（）T2F/m（法/米），力為電介質(zhì)的極化系數(shù)，是個無量

綱的數(shù)。

絕對介電常數(shù)￡、相對介電常數(shù)J

電介質(zhì)在電場E中極化后產(chǎn)生的電場可用電感應(yīng)強度。表征，

D=%E+P=￡OE+%%E=￡0研1+。）==EE,式中￡為電介質(zhì)的絕對介電

常數(shù)，%為電介質(zhì)的相對介電常數(shù)，也是一個無量綱的數(shù)，邑=￡/%,可見

%=1+力。絕對介電常數(shù)、相對介電常數(shù)都是物理學中講平板電容時引入的參

數(shù)，表征電介質(zhì)極化并儲存電荷的能力，是個宏觀物理量。

電子位移極化

在外電場作用下，原子外圍的電子云相對于原子核發(fā)生位移形成的極化叫電子位

移極化，也叫形變極化。

離子位移極化

離子晶體在電場作用下離子間的鍵合被拉長，導致電偶極矩的增加，被稱為離子

位移極化，象Nacl在電場作用下就會發(fā)生位移極化。

偶極子取向極化

偶極子取向極化是極性電介質(zhì)的一種極化方式。組成極性電介質(zhì)中的極性分子具

有恒定的偶極矩。無外加電場時，這些極性分子的取向在各個方向的幾率是相等

的，就介質(zhì)整體來看，偶極矩等于零。在電場作用下，這些極性分子除貢獻電子

極化和離子極化外，其固有的偶極矩將沿外電場方向有序化，沿外場方向取向的

偶極子比和它反向的偶極子的數(shù)目多，所以介質(zhì)整體出現(xiàn)宏觀偶極矩。這種極化

現(xiàn)象為偶極子取向極化。

松弛極化

當材料中存在著弱聯(lián)系電子、離子和偶極子等松弛質(zhì)點時，熱運動使這些松

弛質(zhì)點分布混亂，而電場力圖使這些質(zhì)點按電場規(guī)律分布，最后在一定溫度下，

電場的作用占主導，發(fā)生極化。這種極化具有統(tǒng)計性質(zhì)，叫作松