材料結(jié)構(gòu)與性能答案

1.材料的結(jié)構(gòu)層次有哪些，分別在什么尺度，用什么儀器進(jìn)行分析?現(xiàn)在，人們通過大量的科學(xué)研究和工程實(shí)踐,已經(jīng)充分認(rèn)識(shí)到物質(zhì)結(jié)構(gòu)的尺度和層次是有決定性意義的。在不同的尺度下,主要的，或者說起決定性的問題現(xiàn)象和機(jī)理都有很大的差異，因此需要我們用不同的思路和方法去研究解決這些問題。更值得注意的是空間尺度與時(shí)間尺度還緊密相關(guān),不同空間尺度下事件發(fā)生及進(jìn)行的時(shí)間尺度也很不相同。一般地講，空間尺度越大的,則描述事件的時(shí)間尺度也應(yīng)越長。不同的學(xué)科關(guān)注不同尺度的時(shí)空中發(fā)生的事件?，F(xiàn)代科學(xué)則按人眼能否直接觀察到，且是否涉及分子、原子、電子等的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或機(jī)制，而將世界粗略地劃分為宏觀（Macro-scopic）世界和微觀（Microscopic）世界。之后，又有人將可以用光學(xué)顯微鏡觀察到的尺度范圍單獨(dú)分出，特別地稱作/顯微結(jié)構(gòu)（世界）。隨著近年來材料科學(xué)的迅速發(fā)展，材料科學(xué)家中有人將微觀世界作了更細(xì)致地劃分。而研究基本粒子的物理學(xué)家可能還會(huì)把尺度向更小的方向收縮，并給出另外的命名。對于宏觀世界，根據(jù)尺度的不同，或許還可以細(xì)分為/宇宙尺度/太陽系尺度/地球尺度和/工程及人體尺度等。人類的研究尺度已小至基本粒子，大至全宇宙。但到目前為止，關(guān)于/世界的認(rèn)識(shí)還在不斷深化，因而對其劃分也就還處于變動(dòng)之中。即使是按以上的層次劃分，其各界之間的邊界也比較模糊，有許多現(xiàn)象會(huì)在幾個(gè)尺度層次中發(fā)生。在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中，對于材料結(jié)構(gòu)層次的劃分尚不統(tǒng)一,可以列舉出許多種劃分方法,例如:有的材料設(shè)計(jì)科學(xué)家按研究對象的空間尺度劃分為三個(gè)層次：（1） 工程設(shè)計(jì)層次:尺度對應(yīng)于宏觀材料，涉及大塊材料的加工和使用性能的設(shè)計(jì)研究。（2） 連續(xù)模型尺度:典型尺度在1Lm量級(jí),這時(shí)材料被看作連續(xù)介質(zhì),不考慮其中單個(gè)原子、分子的行為。（3） 微觀設(shè)計(jì)層次:空間尺度在1nm量級(jí),是原子、分子層次的設(shè)計(jì)。國外有的計(jì)算材料學(xué)家，按空間和時(shí)間尺度劃分四個(gè)層次〔1〕，即⑴宏觀這是人類日?；顒?dòng)的主要范圍，即人通過自身的體力,或借助于器械、機(jī)械等所能通達(dá)的時(shí)空。人的衣食住行，生產(chǎn)、生活無不在此尺度范圍內(nèi)進(jìn)行。其空間尺度大致在0.1mm（目力能辨力最小尺寸）至數(shù)萬公里人力跋涉之最遠(yuǎn)距離），時(shí)間尺度則大致在0.01秒（短跑時(shí)人所能分辨的速度最小差異）至100年（人的壽命差不多都在百年以內(nèi)）?，F(xiàn)今風(fēng)行的人體工程學(xué)就是以人體尺度1m上下為主要參照的。⑵介觀介觀的由來是說它介于/宏觀與/微觀之間。其尺度主要在毫米量級(jí)。用普通光學(xué)顯微鏡就可以觀察。在材料學(xué)中其代表物是晶粒，也就是說需要注意微結(jié)構(gòu)了,如織構(gòu)，成分偏析，晶界效應(yīng),孔中的吸附、逾滲、催化等問題都已開始顯現(xiàn)?，F(xiàn)在，介觀尺度范圍的研究成果在材料工程領(lǐng)域，如耐火材料工業(yè)、冶金工業(yè)等行業(yè)中有許多直接而成功的應(yīng)用。⑶微觀其尺度主要在微米量級(jí),也就是前面所說/顯微結(jié)構(gòu)（世界）0。多年以來借助于光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡、X）衍射分析、電子探針等技術(shù)對于晶態(tài)、非晶態(tài)材料在這一尺度范圍的行為表現(xiàn)有較多的研究,許多方法已成為材料學(xué)的常規(guī)手段。在材料學(xué)中，這一尺度的代表物有晶須、雛晶、分相時(shí)產(chǎn)生的液滴等。⑷納觀其尺度范圍在納米至微米量級(jí)，即10-6?10-9m,大致相當(dāng)于幾十個(gè)至幾百個(gè)原子集合體的尺寸。在這一尺度范圍已經(jīng)顯現(xiàn)出量子性,已經(jīng)不再能將研究對象作為/連續(xù)體0,不能再簡單地川血趙扇藏出和丑y斛勒業(yè)業(yè)率梁砒算」嗚射觀甲叩甸坯咐顯並陣眾曲如刖游審翌述嚥判解沖幽亠汕門詢國部並轉(zhuǎn)蔑湖臓購琳干謨色…朋期謠徘'凰口訊丸出整【常（孫朝附MJ）魁融手華衷禪丄宙藥』黑已*算哋宴V!砂儕勒hii番黒胡華踽刃等軽YIE聃第￥團(tuán)華丑舸禪呻歆、謚啤聿一理I?.華列羽器爭環(huán)■-r.nji^ar?^辭t貝工w密馳訓(xùn)屈j蓋叩護(hù)i“打"星h：岸茸n『;苛以出遙緞汚-事憨即擊丑畜呻期山|丿厚丁弓屮非年的諜丑弄皋融麓廉坯駟駕昵堆卄旳槪出匕曾L1幕站心忙HT卜羽親I丿澤擁岸丑寫胡啤罷聊憶￥!了則皿陰⑵呻閹則啤辭卯列璟閘曙財(cái)屮購畫?矽M'卅爭瞬葦國壷匹軟14啣」伸!加￥￥乳鞋一?網(wǎng)切沐?[ "翁喜廉卜1屮￥囪鬲聊型底「廠翁耍離&施皐都剛蜃習(xí)率瞠ar擄喜濮I一草議輻￥柯軽'觀拯廊率瞠慨斡勃誦琳'陽星帀止小華W皿咄軸如屮覇拐喬卅幅*L壟濁當(dāng)邂樑闿覇拐堆母書即川醬剖耶碣軾V￡9早報(bào)去“‘旬鍥毎必豺超墨毀圍軸熹皚旱工出醉宙懈【血聶軸越購烈'越遢豊T爛爭毘丄冊卅半山皿「嘰了孫更?一囲韻■專聶圍服訂齊韓Tva、iet刑壷卑軸剌側(cè)冒瞬'別彌鞫烈丄￥更輕賈打超星卩廠呷幽"）1【嘰"?1/晞丄U関卅瞬甜副‘士事斟尊甘屮I用唯尉羈務(wù)飛旨爭7＞出刑駆總坷5疣灌朗詢門煌甲搏籬笏蠶瓢曲材膽’笏議聴「汕h懈斡普朋1?爭13膽一勒*￥±^?MWW鄭‘I計(jì)謝甘由址山黑早帥焉帕影i■軸灣灣醉翳It書3出討°2霸融｛碾用浮鏈彌）肛薩!?TN驚羽蚯曲Q三【上事岡那T調(diào)超艇冉聊7F圍哺君9S酗馬靜刖丑'嘰M毋岳硏旌彌裁苑曲「田懈陣戦官°癢抱暮￥」「$垂張衍舲t卩躱68菊軽決礦『:詡嗣舐蝕矛懈斡臥：4■華片彳海劉〔丄&丁竄'丄空聘削畀業(yè)平硏勲酚:忖⑴門”丟畀霆莎朋超離懈斡鳥翊惻:綣耐匪硏博斡竭酬屮LZ回士鄉(xiāng)粵豆丁酗霧號(hào)翠并遁獴回士Z°￥皿晉血宙#切魯駙昜程耀'別詢切出冊彩疆'殘峯￥#書倂去44彫査帀

內(nèi)部將比押fii以更大速率收縮，此時(shí)楚農(nóng)血受爪內(nèi)部莞拉,結(jié)果直表洵形成殘留壓機(jī)力b圖1-54士熱惻化玻璃板受橫時(shí)廳川［時(shí)彼余隔力,作用應(yīng)力及合成應(yīng)力分布的情形-這種熱韌化技術(shù)近年來發(fā)展到用于其他結(jié)構(gòu)陶瓷材料?淬冷不僅在表贏誥成從3力川訕還可使訕程細(xì)化口利用?廚fiik⑴內(nèi)部的熱膨岷系數(shù)不同他可以達(dá)到頂加戯力的效眼（3） 化學(xué)強(qiáng)化如果要求表面殘余壓應(yīng)力更高，則熱韌化的辦法就難以做到‘此時(shí)就要采用化啓曲化（離T龍換）的辦法，這種技術(shù)是通過改變農(nóng)簡的化學(xué)組成,使我甘的摩爾休積比內(nèi)部的大。由丁去向休積版大受到內(nèi)部材料的限制，就產(chǎn)生-種兩向狀態(tài)的叢應(yīng)力?？梢哉J(rèn)為這種.SjAilK力和體積變化的關(guān)蔡近似服從冼屯定彳匚如果體積變化為2%1E=70GPa,p=0.251咖衣間杯應(yīng)力陸遲930MPa.通常是用一種丈的離子置換小的，由于受擴(kuò)散限制及受惜電離子的影響，實(shí)踐上，壓力層的厚度被限制在數(shù)百微米范圍內(nèi)口在化學(xué)強(qiáng)化的玻皤板中，應(yīng)力分布情況和熱惻化玻璃不同,直熱惻化玻璃屮形狀接近拋物線月最大的屁血*問力接近內(nèi)部最大帳夙力的兩倍，但在化學(xué)強(qiáng)化中、血常不是拋物線形.而是在內(nèi)部存在一個(gè)接近乎直的小的張應(yīng)力區(qū)*到化學(xué)強(qiáng)化區(qū)突然變?yōu)閴簯?yīng)力口表面壓應(yīng)力|」內(nèi)部張機(jī)力Z比可達(dá)數(shù)|丫你如果內(nèi)部磁力恨小?則化學(xué)強(qiáng)化的玻璃可以切割和鉆L但如果壓應(yīng)力層較薄而內(nèi)祁張肌力較大.內(nèi)部裂統(tǒng)腿II發(fā)擴(kuò)展「破壞時(shí)可能裂成碎塊?化學(xué)強(qiáng)化方叢II前尚冇發(fā)展屮?Ki會(huì)得到更廣泛的用此外，將表比拋光及化啓處那用以消除表何缺陷也能提高強(qiáng)度口強(qiáng)化材料的…個(gè)巫要發(fā)展龍復(fù)合杠4的冷現(xiàn)=復(fù)件材料是E年來川速發(fā)展的領(lǐng)域二■=（4） 陶瓷材料的增韌所謂增惻就杲提咼陶瓷材料強(qiáng)度及改魯陶瓷的脆性’是陶瓷材料要解決的巫要問迥L打金屈材料相比,陶瓷材料仃極訃的強(qiáng)度.比彈性模量比金屈大很釦門心數(shù)陶瓷材料缺乏塑性變形能力和韌性、S1.S1-7.極限悶變小丁0.1%-0.2%.在外力的作fflh'ff.現(xiàn)脆性.M抗沖山、抗熱沖山能力也很進(jìn).脆件斷裂往超汗致了材料被破壞. 般的陶瓷材料祀鍛溫卜耶性為零「這是為為丈多數(shù)陶瓷材料胡休結(jié)構(gòu)復(fù)雜-滑移系統(tǒng)少.位錯(cuò)生威能高』『幾位楮的可動(dòng)性殆.韌化的匕要機(jī)珅肓航力誘訂抿變增韌幣變誘發(fā)微裂紋增韌,殘余皿力增切等a幾種增韌機(jī)理并不山flUlb/Fjn/r^h，條件下-仃-種或兒種機(jī)珅.起工韭作乩和變增惻：利用劣卅滲和陶瓷中共些相成分直不同溫度的相變，從血増M啲效果:統(tǒng)稱知：lI變增惻?例如，利用的兮氏（+11［變來改善陶瓷材料的力學(xué)性能,上II前引人注1丨的研究領(lǐng)域.研究r多種7的相變增韌川陰力相轉(zhuǎn)變成單斜札休積增大3%5%,如部分穩(wěn)定卜方多胡陶瓷（TZP）,增韌陶瓷（ZTA）,增韌莫來右陶瓷（ZTM）,增韌尖胡石陶瓷*增韌鈦霰鋁陶瓷，增韌陶瓷廛同以及增韌仏其屮PSZ陶瓷較曲成SftJZP.ZTA,ZTMKi|'究得也K?,PS乙TZ巳ZTA竽的新裂制性

已達(dá)R的高達(dá)，但溫度升商時(shí)，相變增韌失效.T1部分穩(wěn)迅陶瓷燒結(jié)致密片小方和顆粒彌散分術(shù)F淇他陶瓷牯體屮(辺蘋本身X冷卻時(shí)亞穩(wěn)四方相顆粒受到基體的抑制而處于壓應(yīng)力狀態(tài)，這時(shí)基體沿顆粒連線方訕也處于曲應(yīng)力狀態(tài)。材料在外力作用下所產(chǎn)4的裂紋尖端附近由丁陰力集屮的作用’存在燦力場懇而減輕「對卩」方相顆粒的束縛帝檢力的誘發(fā)作用下會(huì)發(fā)心|訕單斜帕的轉(zhuǎn)變并發(fā)生體積膨脹別變和體積膨脹的過程除消耗能量外地將狀1裂紋作用區(qū)產(chǎn)力二者均陰.止裂紋的曠展貝仃增洲外力做口才能使裂紋繼無廣展｛上材料強(qiáng)度和新裂韌性丈福度提仏成此，這種微結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)空…種不同的增韌機(jī)理?在軌化鉀卩具右亞穩(wěn)態(tài)I川方相的盤狀沉沉的微粒.如圖1^5所小?首先，隨著裂紋發(fā)展與致的陰力增力Ila會(huì)使四力結(jié)構(gòu)的沉淀相通過目氏休相變轉(zhuǎn)變?yōu)閱卧冋緲?gòu),這-相變吸收了能量并導(dǎo)致體積膨川T仝脹悶力。這種微區(qū)的形變在裂紋附邁尤為明顯…比況相變的粒子周國的喰力場會(huì)吸收額外的能盤，汁形成許多微裂紋a這些微紡構(gòu)的變化訂效地降低」裂紋尖端附近的冇效應(yīng)力強(qiáng)度a第-“由丁沉淀顆粒對裂紋的阻滯作用和打域殘余應(yīng)力場的效應(yīng).會(huì)引起製紋的偏轉(zhuǎn).裂紋16轉(zhuǎn)又引起裂紋的衣面積和有澈脆性斷裂的本質(zhì)是什么？格里菲斯微裂紋理論是如何解釋的？1.脆性斷裂是突然發(fā)生的斷裂，斷裂前基本上不發(fā)生塑性變形，沒有明顯征兆，因而危害性很大。通常，脆斷前也產(chǎn)生微量塑性變形。一般規(guī)定光滑拉伸試樣的斷面收縮率小于5%者為脆性斷裂，該材料即稱為脆性材料；反之，大于5%者則為韌性材料。脆性斷裂的特點(diǎn)1?斷裂前無明顯的預(yù)兆2?斷裂處往往存在一定的斷裂源3?由于斷裂源的存在，實(shí)際斷裂強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論強(qiáng)度2.1(1)為了傳遞力，力線一定穿過材料組織到達(dá)固定端力以音速通過力管(截面積為A),把P/n大小的力傳給此端面。遠(yuǎn)離孔的地方，其應(yīng)力為：d=(P/n)/A孔周圍力管端面積減小為A1,孔周圍局部應(yīng)力為：d=(P/n)/A1橢圓裂紋越扁平或者尖端半徑越小，其效果越明顯。應(yīng)力集中：材料中存在裂紋時(shí)，裂紋尖端處的應(yīng)力遠(yuǎn)超過表觀應(yīng)力。應(yīng)力集中強(qiáng)度理論口 口 -q?斷裂的條件：當(dāng)裂紋尖端的局部應(yīng)力等于理論強(qiáng)度J=（YsE/r0嚴(yán)時(shí)，裂紋擴(kuò)展，沿著橫截面分為兩部分，此時(shí)的外加應(yīng)力為斷裂強(qiáng)度。唧 叫=2gc/「°嚴(yán)=j=他曰「°嚴(yán)…?斷裂強(qiáng)度 ac=（ysE/4c?考慮裂紋尖端的曲率半徑是一個(gè)變數(shù)，即不等于其一般式為：ac=y{ysE/c）i/2?y是裂紋的幾何（形狀）因子。1?』2.2Griffith提出的關(guān)于裂紋擴(kuò)展的能量判據(jù)彈性應(yīng)變能的變化率QUEI西等于或大于裂紋擴(kuò)展單位裂紋長度所需的表面能増量薦％I3C,裂紋失穩(wěn)而擴(kuò)展。斷裂強(qiáng)度（臨界應(yīng)力）的計(jì)算□ □ □-根據(jù)Griffith能量判據(jù)計(jì)算材料斷裂強(qiáng)度（臨界應(yīng)力）-外力作功，單位體積內(nèi)儲(chǔ)存彈性應(yīng)變能：W=Ue/AL=（1/2）PAL/AL=（1/2）as=Q2/2E-設(shè)平板的厚度為4個(gè)單位，半徑為C的裂紋其!彈性應(yīng)變能為：Ue=Wx裂紋的體積=Wx（tiC2x1）=jtC2q2/2E將該式求導(dǎo)可得：平面應(yīng)力狀態(tài)下擴(kuò)展單位長度的微裂紋釋放應(yīng)變能為:

dUE/dC=kCq2/E（平面應(yīng)力條件）或 dUE/dC=n（l一酹）Cq2/E（平面應(yīng)變條件）由于擴(kuò)展單位長度的裂紋所需的表面能為：5US/5C（即dUs/2dC）=2ys斷裂強(qiáng)度（臨界應(yīng)力）的表達(dá)式匚Qf=[2Eys/kC]1/2（平面應(yīng)力條件）仃尸[2Eys/（l- ）底嚴(yán)（平面應(yīng)變條件）控制強(qiáng)度的三個(gè)參數(shù)?彈性模量E：取決于材料的組分、晶體的結(jié)構(gòu)、氣孑-對其他顯微結(jié)構(gòu)較不敏感。?斷裂能Yf:不僅取決于組分、結(jié)構(gòu),在很大程度上受到微觀缺陷、顯微結(jié)構(gòu)的影響，是一種織構(gòu)敏感參數(shù),起著斷裂過程的阻力作用口?裂紋半長度6材料中最危險(xiǎn)的缺陷，其作用在于導(dǎo)致材料內(nèi)部的局部應(yīng)力集中，是斷裂的動(dòng)力因素。斷裂能的種類熱力學(xué)表面能：固體內(nèi)部新生單位原子面所吸收的能量。塑性形變能：發(fā)生塑變所需的能量。相變彈性能：晶粒彈性各向異性、第二彌散質(zhì)點(diǎn)的可逆相變等特性，在一定的溫度下，引起體內(nèi)應(yīng)變和相應(yīng)的內(nèi)應(yīng)力。結(jié)果在材料內(nèi)部儲(chǔ)存了彈性應(yīng)變能。微裂紋形成能：在非立方結(jié)構(gòu)的多晶材料中，由于彈性和熱膨脹各向異性，產(chǎn)生失配應(yīng)變,在晶界處引起內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)變能大于微裂紋形成所需的表面能，在晶粒邊界處形成微裂紋。什么是延展性？延展性（ductilityandmalleability），是物質(zhì)的一種機(jī)械性質(zhì)，表示材料在受力而產(chǎn)生破裂（fracture）之前，其塑性變形的能力。延展性是由延性、展性兩個(gè)概念相近的機(jī)械性質(zhì)合稱。常見金屬及許多合金均有延展性。在材料科學(xué)中，延性（Ductility）是材料受到拉伸應(yīng)力（tensilestress）變形時(shí)，特別被注目的材料能力。延性它主要表現(xiàn)在材料被拉伸成線條狀時(shí)。展性（Malleability）是另外一個(gè)較相似的概念，但它表示為材料受到壓縮應(yīng)力（compressivestress）變形，而不破裂的能力。展性主要表現(xiàn)在材料受到鍛造或軋制成薄板時(shí)。延性和展性兩者間并不總是相關(guān)，如黃金具有良好的延性和展性，但鉛僅僅有良好的展性而已。然而，通常上因這兩個(gè)性質(zhì)概念相近，常被稱為延展性。提高材料強(qiáng)度改善脆性的措施及其原理第六節(jié)提高材料強(qiáng)度的措施影響材料強(qiáng)度的因素是多方面的。而決定材料強(qiáng)度的本質(zhì)因素是材料內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的結(jié)合力。提高材料的強(qiáng)度是指提高其抗彈性、塑性及斷裂形變的能力，這幾項(xiàng)主要決定的指標(biāo)是E或G，y及裂紋長度。彈性模量表示原子間的結(jié)合力，它是一種結(jié)構(gòu)不敏感性能常數(shù)，Y則現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)有關(guān)（但單相材料的微觀結(jié)構(gòu)對其影響不大）。故關(guān)鍵的因素是是裂紋長度，因?yàn)榱鸭y長度與工藝過程有關(guān),是可以改變的，所起的效果也是不錯(cuò)的。1提高無機(jī)材料抗彈性形變的能力主要是提高E（或G）,即提高彈性剛度。方法一：改變材料中的鍵合力（原子結(jié)構(gòu)）。由于對于同類材料來說，熔點(diǎn)越大，模量E、G也就越大。因此，可試圖變換其中的原子，而使健合力提高，從而達(dá)到增大E、G的目標(biāo)，而提高抗彈性形變的能力。這種方法是不可取的。這是因?yàn)槿藗兪褂玫牟牧鲜谴罅康模砑由倭康漠惙N原子所起的作用較小，E、G代表晶格的平均鍵合力，是結(jié)構(gòu)不敏感性能。方法二：復(fù)合材料i）在基體中加入彈性模量高的復(fù)合材料（纖維、晶?；蚱渌牧希墒箯椥阅Ｑ杆僭龃?。對于連續(xù)纖維單向強(qiáng)化復(fù)合材料，若纖維與基體的應(yīng)變相，即￡C=￡f=￡m，則有：ac=afVf+amVmf+Vm=1Ec、ac:復(fù)合材料的彈性模量和應(yīng)力；f、Ef、af:纖維材料的體積分?jǐn)?shù)、彈性模量和應(yīng)力；m、Em、am:基體材料的體積分?jǐn)?shù)、彈性模量和應(yīng)力；上述式子所描述的為理想狀態(tài)，也是對復(fù)合材料彈性模量的強(qiáng)度的最高估計(jì)，故稱為上限模量或上限強(qiáng)度。在復(fù)合材料中，纖維與基體的應(yīng)變是一樣的，即：￡m=￡f=am/Em=af/Ef設(shè)￡m超過基體的臨界應(yīng)變時(shí)，復(fù)合材料就破壞，但此時(shí)纖維尚達(dá)到其臨界應(yīng)力。據(jù)這一條件，將上式代入（）中，可求得復(fù)合材料的最低強(qiáng)度值（下限強(qiáng)度）。ac=am[1+Vf（Ef/Em-1）若纖維與基體共同受力，實(shí)際的af及am總會(huì)比單獨(dú)測定時(shí)的臨界值要高，故實(shí)際的復(fù)合材料強(qiáng)度數(shù)值介于上限與下限強(qiáng)度之間。例子：玻璃、硼等脆性材料為纖維聚酯環(huán)氧樹脂、鉛等延性材料的基體。可對基體起增強(qiáng)作用。ii）短纖維也可使材料的強(qiáng)度增大，但短纖維的最短長度應(yīng)要有個(gè)限制。根據(jù)力的平衡條件，求出tmyndlc/2=afnd2/4即：Ic=afyd/2tmy式中，d:纖維直徑；afy：纖維的拉伸屈服應(yīng)力；tmy：剪應(yīng)力沿纖維全長達(dá)到界面的結(jié)合強(qiáng)度或基本的屈服強(qiáng)度；只有當(dāng)丨＞lc時(shí)，短纖維才有強(qiáng)化的效果。而當(dāng)丨=101c時(shí)，強(qiáng)化效果可相當(dāng)于長纖維的95%。短纖維復(fù)合材料強(qiáng)度為：ac=afy（1-lc/21）Vf+am*（1-Vf）om*為應(yīng)變與纖維屈服應(yīng)變相同時(shí)的基體應(yīng)力。問題：纖維和晶須的品種不多，應(yīng)用受到限制。iii） 纖維復(fù)合材料的工藝原則由于纖維的強(qiáng)化作用取決于纖維與基體的性質(zhì)，二者的結(jié)合強(qiáng)度以及纖維在基體中的排列方式，要達(dá)到強(qiáng)化的目的，應(yīng)注意如下幾個(gè)工藝原則：使纖維盡可能多地承擔(dān)外加負(fù)荷，方法：選用af>am；Ef>Em的材料。這是因?yàn)楫?dāng)兩者的應(yīng)變相同時(shí)，纖維與基體所受的應(yīng)力之比為弱性模量之比，即：af/am=Ef/Em；結(jié)合強(qiáng)度相當(dāng)，使基體中所承受的應(yīng)力能傳遞到纖維上，過弱時(shí)，纖維的作用較小，其體材料則如存在缺陷一樣，使總體的強(qiáng)度降低；過強(qiáng)時(shí)，纖維可分擔(dān)大部分應(yīng)力，但在斷裂過程中，沒有纖維自基體中撥出這種吸收能量的作用，使復(fù)合材料表現(xiàn)為脆性斷裂；應(yīng)力的方向應(yīng)與纖維平行；纖維與基體膨脹系數(shù)相艾匹配，最好應(yīng)要使af略大于am，這樣，當(dāng)溫度由高降低時(shí)，纖維受拉，基體受壓，能起到預(yù)應(yīng)力的作用；二者在高溫下的要具有好的化學(xué)相容性。iv） 纖維強(qiáng)化復(fù)合材料的失效機(jī)制有四種：基體開裂、分層、纖維斷裂和界面脫膠。2提高無機(jī)材料抗斷裂能力a）斷裂的原因：存在一條（多數(shù)情況下為微觀的）最長的初始裂紋。裂紋產(chǎn)生的原因：?遺留在工件上的制造或加工缺陷；?工件運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于摩擦、腐蝕或形變強(qiáng)化的結(jié)果導(dǎo)致的初始裂紋。其結(jié)果必然導(dǎo)致應(yīng)力集中（即應(yīng)力在工件上分布不均勻），當(dāng)這些初始裂出現(xiàn)在如下一些重要地方時(shí)，更容易導(dǎo)致試件的破壞。?表面上：劃痕、刀痕、受壓或錘擊部位，腐蝕損傷，易造成缺口；?試樣內(nèi)：在硬質(zhì)點(diǎn)（熔渣夾雜物、彌散罐頭化物、脆性相等）的周界處，在滑移系統(tǒng)的交界處，晶界上。b）措施i） 盡可能地減小初始裂紋的長度。方法：?清除表面上的或組織中的不均勻性，以避免可導(dǎo)致危險(xiǎn)的應(yīng)力集中源常采用精整表面（如常采用拋光與化學(xué)處理的防腐蝕和防磨損的方法）和表面強(qiáng)化（有表面熱處理和化學(xué)強(qiáng)化的方法）。表面熱處理：如鋼化玻璃。方法是將玻璃加熱到轉(zhuǎn)變溫度以上，熔點(diǎn)以下，然后淬冷，這樣就會(huì)出現(xiàn)如下的現(xiàn)象：剛淬冷時(shí)，表面由于冷卻變?yōu)閯傂?，處于受拉狀態(tài)，而在材料內(nèi)部，仍然是熔融狀態(tài)，相對來說處于受壓狀態(tài)。繼續(xù)冷卻，在材料的表面幾乎與剛冷卻時(shí)相同，但在材料內(nèi)部卻以更大的速率繼續(xù)收縮，處于受拉狀態(tài)，其結(jié)果在材料表面形成了殘留壓應(yīng)力，從而提高了其強(qiáng)度。其它，如Al2O3在1700于硅油中淬冷，除了造成表面的壓應(yīng)力外，還可使晶粒細(xì)化，提高強(qiáng)度。陶瓷的釉的膨脹系數(shù)a應(yīng)要略小于坯體，才可使釉帶有壓應(yīng)力?；瘜W(xué)強(qiáng)化：通過離子交換的辦法，改變表面的化學(xué)組成，使表面的摩爾體積大于其內(nèi)部，也可產(chǎn)生壓應(yīng)力。這種表面壓應(yīng)力和體積變化的關(guān)系近似服從虎克定律：a=KAV/V=［E/3（1-2|j）］x［（AV/V）］ii） 優(yōu)化材料的顯微結(jié)構(gòu)?向微晶、高密度與高純度方向發(fā)展af=a0+KId-0.5（a0、KI為材料常數(shù)）在多晶材料中，晶界的表面能要小于晶粒本身，也即，晶界間比晶粒中的容易更容易產(chǎn)生裂紋。細(xì)晶材料晶界比例大，沿晶界破壞時(shí)，裂紋的擴(kuò)展要走迂回曲折的道路，晶粒愈細(xì)，此路程愈長。相應(yīng)地，KIc（斷裂阻力也就愈大）。再材料中的初始裂尺寸與晶粒粒度相當(dāng)，晶粒愈細(xì)，初始裂紋長度也就愈短，相應(yīng)地，就提咼了臨界應(yīng)力。纖維材料與晶須，強(qiáng)度大。［一般纖維比塊體提高1個(gè)數(shù)量級(jí)，晶須又比纖維提高一個(gè)數(shù)量級(jí)］。提高密度（減小孔隙率），氣孔對材料的強(qiáng)度影響很大，因?yàn)樗拇嬖诩葴p小了負(fù)荷面積，又可導(dǎo)致氣孔鄰近區(qū)域應(yīng)力的集中，減弱材料的負(fù)荷能力。再氣孔多分布于晶界上，往往可以構(gòu)成開裂源。雜質(zhì)的存在，可有如下幾種危害：一是形成夾雜物，在夾雜物周圍，往往是薄弱帶，從而初始裂紋容易在此產(chǎn)出；另一是形成缺陷，職固溶體替換，也會(huì)形成缺陷，尤其是不等價(jià)替換。?在材料中設(shè)置吸收能量的機(jī)構(gòu)增韌脆性這一致命的弱點(diǎn)限制了陶瓷材料的應(yīng)用。韌化成了陶瓷材料研究的核心課題之一?，F(xiàn)已探索出了一些有效的韌化途徑?方法一：彌散增韌。大基體中加入具有一定顆粒尺寸的微細(xì)粉料，如金屬粉未（可吸收彈性應(yīng)變能的釋放量，從而增加斷裂表面能，改善韌性）及非金屬粉未（在與基體生料粉未均勻混合后，在燒結(jié)或熱壓時(shí)，多半存在于晶界相中，以其高彈性模量和高溫強(qiáng)度增加了整體的斷裂表面能，特別是高溫的斷裂韌性）。要求：彌散相與基體相具有化學(xué)相容性與物理濕潤性，使其在燒結(jié)后成為完整的整體，而不臻于產(chǎn)生有害的第三種物質(zhì)。方法二：相變增韌。利用多晶多相陶瓷中某些相成分在不同溫度的相變，從而增韌的效果，統(tǒng)稱為相變增韌。如ZrO2。由單斜相轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆较鄷r(shí)，體積增大3?5%。利用這種體積變化，在基體上形成大量的微裂紋或可觀的擠壓奕力，從而吸收斷裂時(shí)的多余能量，防止裂紋的擴(kuò)展達(dá)到增韌的作用。3合理使用陶瓷材料a） 使用應(yīng)力不要超過臨界應(yīng)力，這樣，裂紋就不會(huì)快速失穩(wěn)擴(kuò)展了。b） 合理使用陶瓷材料，盡可能在構(gòu)件中揚(yáng)長避短。長處：耐壓好，抗拉強(qiáng)度較差。典型例子：磚和混凝土建造的大樓很少因?yàn)槠淇箟簭?qiáng)度的不足而被壓裂或壓碎，但用混凝土制成的防空壕蓋板，卻常因?yàn)樽灾囟徽蹟?。因此在設(shè)計(jì)制品時(shí)，盡可能地用其長而避其短。

熱韌化是什么處理方法〔2〉預(yù)加應(yīng)力人為地預(yù)加感力用材料表血違成 力咸就可料的抗張強(qiáng)也脆性斷裂通常楚在張J應(yīng)力作用W捉『1171始，如果在表血送成底殘余區(qū)應(yīng)加舊則在材料使用過程屮農(nóng)ihi受肚拉伸破壞之前首先吆￡服表ifii上的殘余壓應(yīng)力a通過一定加熱、冷卻制度在表面人為地引入殘余壓應(yīng)力的過程叫做熱韌化-這種技術(shù)己被廣泛用于制造安全玻璃（鋼化肢1闡，如汽車飛機(jī)門窗，眼鏡川玻璃匚方法是將玻璃川熱到轉(zhuǎn)變溫度取上但低于熔爲(wèi)寫后淬冷這樣依測亡即冷卻變戰(zhàn)剛性的砸內(nèi)部仍處于軟化狀態(tài)環(huán)存有應(yīng)爪在以肩繼續(xù)羚卻|山內(nèi)部將比農(nóng)血以史大逸率收縮，此時(shí)楚提血受■內(nèi)祁受執(zhí)結(jié)果rr表陽i形成殘留圧應(yīng)力.圖1-54是熱韌化玻璃板受橫|i.J彎曲時(shí)越枷力，作用夙力及合成應(yīng)力分布的情形.這種熱韌化技術(shù)近年來發(fā)展到用于其他結(jié)構(gòu)陶瓷材料'淬冷不僅在表咖逍服心較力血門還可使胡粒細(xì)化.利用提『此⑴內(nèi)部的熱膨脹系數(shù)不同他可以達(dá)到頂加陰力的效果.塑性形變的特點(diǎn)是什么？塑性形變是指一種在外力移去后不能恢復(fù)的形變;材料經(jīng)受塑性形變而不破壞的能力叫延展性（或塑性）。什么是蠕變和弛豫，什么是蠕變斷裂？當(dāng)對粘彈性體施加恒定應(yīng)力時(shí)，其應(yīng)變將隨時(shí)間而增加，這種

現(xiàn)象叫做蠕變或徐變，此時(shí)彈性模量的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：當(dāng)對粘彈性體施加恒定應(yīng)變時(shí)，其應(yīng)力將隨時(shí)間而減小，這種現(xiàn)象叫做弛豫，此時(shí)彈性模量可表示為：E?R)蠕變：材料在高溫和恒定應(yīng)力作用下，即使應(yīng)力低于彈性極限，也會(huì)發(fā)生緩慢的塑性變形,這種現(xiàn)象就稱為蠕變。材料在長時(shí)間的恒溫恒應(yīng)力作用下緩慢產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象稱為蠕變。零件由于這種變形而引起的斷裂稱為蠕變斷裂。尺寸效應(yīng)是指什么?尺寸效應(yīng)（effectofsize）

與穿透深度或相干長度可相比擬的實(shí)心和空心超導(dǎo)體（如壁和膜的厚度），它們的物性狀態(tài)，如電磁性質(zhì)，相變，狀態(tài)的穩(wěn)定性，磁通量子躍遷等等與樣品尺寸大小也有關(guān)。最顯著的如臨界尺寸，屏蔽因子等所呈現(xiàn)的特征。樣品這種尺寸改變有較明顯地影響物性的情形稱超導(dǎo)電性質(zhì)的尺寸效應(yīng)。無機(jī)定義：同樣材質(zhì)而尺寸大小不同時(shí)，強(qiáng)度材料的靜態(tài)疲勞是什么？靜態(tài)疲勞-概述材料的破壞與損傷大部分都從微細(xì)損傷現(xiàn)象開始，萌生出微小裂紋并可能擴(kuò)展至斷裂，為了防止這一破壞過程發(fā)生至危害狀態(tài)，微細(xì)缺陷或者夾雜物以及由晶格變形引起的微米級(jí)缺陷的力學(xué)行為特別是瞬間狀態(tài)下微細(xì)變化以及定量地檢測，評價(jià)材料和器件的可靠性、高精度的壽命預(yù)測、疲勞裂紋尖端開口變化和裂紋速率間的關(guān)系塑性變形與裂紋萌生間的關(guān)系等。靜態(tài)疲勞，是材料科學(xué)中的專業(yè)術(shù)語，材料的破壞與損傷大部分都從微細(xì)損傷現(xiàn)象開始，萌生出微小裂紋并可能擴(kuò)展至斷裂。典型蠕變曲線分幾個(gè)階段，并論述各階段特點(diǎn)?材料在高溫下的力學(xué)性能都是和蠕變過程相聯(lián)系的.00一週蠕歪曲■蛭00一週蠕歪曲■蛭’該曲線分四個(gè)階段：?1）OQ在外力作用下發(fā)生瞬時(shí)彈性形變■2）〃蠕變減速階段。特點(diǎn)是應(yīng)變速率隨時(shí)間遞減，其規(guī)律可表示為dt/為常數(shù)，氐溫時(shí)，理二1，€=Alnt2 .丄高溫時(shí),旳二一，s=Bt3?3）比穩(wěn)定蠕變階段。特點(diǎn)是蠕變速率幾乎保持不變，即（18；dt=k（常數(shù)），所以宀kt■4）山加速蠕變階段。特點(diǎn)是應(yīng)變率隨時(shí)間增加而增加，最后到刀點(diǎn)斷裂。認(rèn)為無機(jī)材料中晶相的位錯(cuò)在低溫下受到障礙難以發(fā)生運(yùn)動(dòng)，在高溫下，原子熱運(yùn)動(dòng)加劇，位錯(cuò)可借助于外界提供的熱激活能和空位擴(kuò)散來克服某些短程障礙，通過位錯(cuò)的攀移，引起蠕變。即高溫蠕變是由位錯(cuò)的攀移運(yùn)動(dòng)引起的。12、分別從原子間力和位能的角度闡述熱膨脹的機(jī)理。所謂線性振動(dòng)是指質(zhì)點(diǎn)間的作用力與距離成