1、3.3 工程材料的物理性能、化學(xué)性能工程材料的物理性能、化學(xué)性能材料的物理性能材料的物理性能電、磁、聲、光、熱、電、磁、聲、光、熱、熔點(diǎn)、密度以及熱膨脹系數(shù)等。熔點(diǎn)、密度以及熱膨脹系數(shù)等。材料的化學(xué)性能材料的化學(xué)性能耐腐蝕性和抗氧化性。耐腐蝕性和抗氧化性。3.3.1 電性質(zhì)及其影響因素和超導(dǎo)現(xiàn)象電性質(zhì)及其影響因素和超導(dǎo)現(xiàn)象3.3.2 材料的磁性質(zhì)及磁性材料材料的磁性質(zhì)及磁性材料3.3.3 材料的熱性質(zhì)材料的熱性質(zhì)3.3.4 材料的化學(xué)性質(zhì)材料的化學(xué)性質(zhì)3.3 工程材料的物理性能、化學(xué)性能工程材料的物理性能、化學(xué)性能3.3.1 電性質(zhì)及其影響因素和超導(dǎo)現(xiàn)象電性質(zhì)及其影響因素和超導(dǎo)現(xiàn)象 材料的電性

2、能是材料的重要物理性能之一。導(dǎo)材料的電性能是材料的重要物理性能之一。導(dǎo)電材料、電阻材料、電熱材料、半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)電材料、電阻材料、電熱材料、半導(dǎo)體材料、超導(dǎo)材料和絕緣材料等都是以材料的電性能為基礎(chǔ)。材料和絕緣材料等都是以材料的電性能為基礎(chǔ)。 3.3.1 電性質(zhì)及其影響因素和超導(dǎo)現(xiàn)象電性質(zhì)及其影響因素和超導(dǎo)現(xiàn)象1. 電阻率與電導(dǎo)率電阻率與電導(dǎo)率（1）電阻）電阻R R=L/A，單位，單位，與被測試樣的幾何形狀，與被測試樣的幾何形狀有關(guān)。有關(guān)。（2）電阻率）電阻率 單位單位m。1. 電阻率與電導(dǎo)率電阻率與電導(dǎo)率電阻率電阻率的意義的意義：微觀水平上阻礙電流流動的度量。微觀水平上阻礙電流流動的度量。電

3、阻率電阻率表征材料導(dǎo)電性的重要物理量。表征材料導(dǎo)電性的重要物理量。按照按照值的大小與范圍：值的大小與范圍：超導(dǎo)體：超導(dǎo)體：0；導(dǎo)體：導(dǎo)體：=10-810-5m；半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：=10-5107m；絕緣體：絕緣體：=1071020m。（3）電導(dǎo)率）電導(dǎo)率描述材料導(dǎo)電性的另一參數(shù)。描述材料導(dǎo)電性的另一參數(shù)。定義：物質(zhì)傳送電流的能力，是電阻率的倒數(shù)，定義：物質(zhì)傳送電流的能力，是電阻率的倒數(shù)， 即即=1/，單位單位-1m-1。電導(dǎo)率的決定因素：電導(dǎo)率的決定因素： 與材料中的載流子的密度與材料中的載流子的密度n、載流子帶的電量、載流子帶的電量 e 和和載流子的遷移速度載流子的遷移速度的關(guān)系：的關(guān)系： =

4、n e 1. 電阻率與電導(dǎo)率電阻率與電導(dǎo)率l（1）溫度）溫度l1）金屬材料：溫度越高，電阻率越高。）金屬材料：溫度越高，電阻率越高。多數(shù)金屬和合金電阻率和溫度關(guān)系為：多數(shù)金屬和合金電阻率和溫度關(guān)系為： t=20(1+T) 其中，其中，為電阻溫度系數(shù)；為電阻溫度系數(shù)；T=(t-20) 。除了過。除了過渡金屬外，純金屬的渡金屬外，純金屬的410-3/ 。2）半導(dǎo)體材料：溫度越高，電阻率越低）半導(dǎo)體材料：溫度越高，電阻率越低2. 影響電阻率的因素影響電阻率的因素l（2）雜質(zhì)元素）雜質(zhì)元素l雜質(zhì)元素增加了對電子的散射作用，使金屬雜質(zhì)元素增加了對電子的散射作用，使金屬電阻率增大。電阻率增大。l（2）變形

5、）變形l塑性變形后，金屬晶體中的晶體缺陷增多，塑性變形后，金屬晶體中的晶體缺陷增多，引起電阻率的增高。引起電阻率的增高。2. 影響電阻率的因素影響電阻率的因素馬基申馬基申(Matthiessen)定律：定律：總總=t+dt溫度對電阻率的影響。溫度對電阻率的影響。雜質(zhì)對電阻率的影響。由于在純金屬中加入少量的合雜質(zhì)對電阻率的影響。由于在純金屬中加入少量的合金元素金元素(雜質(zhì)雜質(zhì))增加了對電子的折射作用，使金屬的電阻增加了對電子的折射作用，使金屬的電阻率增大。率增大。d形變對電阻率的影響。材料塑性變形后，金屬晶體中形變對電阻率的影響。材料塑性變形后，金屬晶體中的晶體缺陷增多，引起電阻率的增高。的晶體

6、缺陷增多，引起電阻率的增高。3.3.1 電性質(zhì)及其影響因素和超導(dǎo)現(xiàn)象電性質(zhì)及其影響因素和超導(dǎo)現(xiàn)象 -200以上，以上，隨溫度升高線性增加，斜率幾乎相隨溫度升高線性增加，斜率幾乎相等；等；-100以下，雜質(zhì)和變形對電阻率的影響。以下，雜質(zhì)和變形對電阻率的影響。（2）半導(dǎo)體材料：溫度越高，電阻率反而下降）半導(dǎo)體材料：溫度越高，電阻率反而下降原因：溫度升高材料內(nèi)載流體的數(shù)目增加，表現(xiàn)為溫度原因：溫度升高材料內(nèi)載流體的數(shù)目增加，表現(xiàn)為溫度 升高，電阻率降低升高，電阻率降低本征半導(dǎo)體：電阻率是由純材料本身決定的本征半導(dǎo)體：電阻率是由純材料本身決定的 =(Eg/2kT)-CC為常數(shù)與溫度無關(guān)；為常數(shù)與溫度

7、無關(guān)；Eg為禁帶能量寬度；為禁帶能量寬度；k為波爾茲曼為波爾茲曼常數(shù)。常數(shù)。3.3.1 電性質(zhì)及其影響因素和超導(dǎo)現(xiàn)象電性質(zhì)及其影響因素和超導(dǎo)現(xiàn)象對對1/T作圖，得到一條直線，斜率為作圖，得到一條直線，斜率為Eg/2k，可見可見Eg越大，電阻率對溫度變化越敏感越大，電阻率對溫度變化越敏感3. 超導(dǎo)現(xiàn)象超導(dǎo)現(xiàn)象超導(dǎo)現(xiàn)象超導(dǎo)現(xiàn)象:大多數(shù)高純金屬冷卻到大多數(shù)高純金屬冷卻到0K附近時，電阻逐漸減附近時，電阻逐漸減小到一個表征該金屬特性的微小值。也有一些材料在很小到一個表征該金屬特性的微小值。也有一些材料在很低溫度下電阻突然從某個值降低到零，再進(jìn)一步降溫電低溫度下電阻突然從某個值降低到零，再進(jìn)一步降溫電阻

8、保持零不變。具有這種性質(zhì)的材料，稱為超導(dǎo)體，電阻保持零不變。具有這種性質(zhì)的材料，稱為超導(dǎo)體，電阻為零時的溫度稱為臨界溫度阻為零時的溫度稱為臨界溫度TC超導(dǎo)體的特征：零電阻；抗磁性，溫度處于超導(dǎo)體的特征：零電阻；抗磁性，溫度處于TC以下時外加以下時外加磁場完全被排除在超導(dǎo)體之外磁場完全被排除在超導(dǎo)體之外3.3.1 電性質(zhì)及其影響因素和超導(dǎo)現(xiàn)象電性質(zhì)及其影響因素和超導(dǎo)現(xiàn)象超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用：超導(dǎo)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用：發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)：1911年荷蘭的年荷蘭的H.K.Onnes首先發(fā)現(xiàn)汞的超導(dǎo)性。鉛、首先發(fā)現(xiàn)汞的超導(dǎo)性。鉛、錫、鈮鈦、鈮鍺等金屬、合金和金屬間化合物具有超導(dǎo)性，錫、鈮鈦、鈮鍺等金屬、合金和金屬

9、間化合物具有超導(dǎo)性，Tc很低，約很低，約423.2K。1986年，發(fā)現(xiàn)氧化物陶瓷超導(dǎo)體年，發(fā)現(xiàn)氧化物陶瓷超導(dǎo)體Ba-La-Cu-O，Tc為為30K。第一代鑭系超導(dǎo)體：第一代鑭系超導(dǎo)體：La-Cu-Ba氧化物，氧化物，Tc為為91K；第二代釔系超導(dǎo)體：第二代釔系超導(dǎo)體：Y-Ba-Cu氧化物；氧化物；Tc為為92.3K的釔系超導(dǎo)的釔系超導(dǎo)薄膜；薄膜；第三代鉍系超導(dǎo)體：第三代鉍系超導(dǎo)體：Bi-Sr-Ca-Cu氧化物，氧化物，Tc為為114120K。1990年發(fā)現(xiàn)新的不含銅的釩系復(fù)合氧化物，年發(fā)現(xiàn)新的不含銅的釩系復(fù)合氧化物，Tc高達(dá)高達(dá)132K。3.3.1 電性質(zhì)及其影響因素和超導(dǎo)現(xiàn)象電性質(zhì)及其影響因

10、素和超導(dǎo)現(xiàn)象 應(yīng)用：超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)懸浮列車、超導(dǎo)輸電、超應(yīng)用：超導(dǎo)發(fā)電機(jī)、超導(dǎo)懸浮列車、超導(dǎo)輸電、超導(dǎo)貯能導(dǎo)貯能（1）超導(dǎo)磁懸浮列車：速度高達(dá)）超導(dǎo)磁懸浮列車：速度高達(dá)400一一500千米千米/時時 （2）超導(dǎo)計(jì)算機(jī)）超導(dǎo)計(jì)算機(jī) ：計(jì)算速度為一般大型計(jì)算機(jī)速：計(jì)算速度為一般大型計(jì)算機(jī)速度的度的100倍到倍到1000倍倍3.3.1 電性質(zhì)及其影響因素和超導(dǎo)現(xiàn)象電性質(zhì)及其影響因素和超導(dǎo)現(xiàn)象3.3.2 材料的磁性質(zhì)及磁性材料材料的磁性質(zhì)及磁性材料物質(zhì)的磁性：抗磁性、順磁性和鐵磁性三類。物質(zhì)的磁性：抗磁性、順磁性和鐵磁性三類?？勾判院晚槾判圆牧蠟槿醮判圆牧?。抗磁性和順磁性材料為弱磁性材料。 工業(yè)上應(yīng)

11、用的是鐵磁性和亞鐵磁性材料。根工業(yè)上應(yīng)用的是鐵磁性和亞鐵磁性材料。根據(jù)磁性材料在外磁場作用下的性能：軟磁和硬據(jù)磁性材料在外磁場作用下的性能：軟磁和硬磁材料。磁材料。1. 磁化率和磁導(dǎo)率磁化率和磁導(dǎo)率描述材料磁性的參數(shù)：相對磁導(dǎo)率描述材料磁性的參數(shù)：相對磁導(dǎo)率r 、磁化率、磁化率和磁化強(qiáng)度和磁化強(qiáng)度M。磁化定義：磁性材料在磁場的作用下，使感生的或固有的磁偶極子磁化定義：磁性材料在磁場的作用下，使感生的或固有的磁偶極子(原原子中環(huán)繞原子核運(yùn)動的電子造成的子中環(huán)繞原子核運(yùn)動的電子造成的)排列時取向趨于一致，這種現(xiàn)排列時取向趨于一致，這種現(xiàn)象稱為磁化。象稱為磁化。磁化強(qiáng)度磁化強(qiáng)度M描述磁性的強(qiáng)弱和磁化

12、狀態(tài)，即單位體積內(nèi)的總磁矩描述磁性的強(qiáng)弱和磁化狀態(tài)，即單位體積內(nèi)的總磁矩（材料內(nèi)部的電子自旋磁矩、軌道磁矩之和）。（材料內(nèi)部的電子自旋磁矩、軌道磁矩之和）。磁化率磁化率:=M/H；H-磁場強(qiáng)度；磁場強(qiáng)度；磁導(dǎo)率：磁導(dǎo)率：=B/H，r=/0，相對磁導(dǎo)率，相對磁導(dǎo)率，0-真空磁導(dǎo)率；真空磁導(dǎo)率；磁化強(qiáng)度定義：磁化強(qiáng)度定義：B=0H+0M，M為在外磁場的作用下，材料中因磁矩為在外磁場的作用下，材料中因磁矩沿外磁場方向排列而使磁場強(qiáng)化的量度。沿外磁場方向排列而使磁場強(qiáng)化的量度。磁化率與相對磁導(dǎo)率的關(guān)系：磁化率與相對磁導(dǎo)率的關(guān)系：=r-13.3.2 材料的磁性質(zhì)及磁性材料材料的磁性質(zhì)及磁性材料2. 材料

13、的各類磁性材料的各類磁性根據(jù)根據(jù)和和r的大小，材料的磁性分為抗磁性、順磁性和鐵磁性。的大小，材料的磁性分為抗磁性、順磁性和鐵磁性?？勾判圆牧峡勾判圆牧希翰牧蟽?nèi)部的磁矩削弱了外磁場，則：材料內(nèi)部的磁矩削弱了外磁場，則0，即，即r 1，0，如，如Ag、Cu、Au等材料。等材料。順磁性材料順磁性材料：材料內(nèi)部的磁矩稍稍增強(qiáng)了外磁場，則：材料內(nèi)部的磁矩稍稍增強(qiáng)了外磁場，則0，即，即r 1，0，如氧及一些高溫下的溶液。，如氧及一些高溫下的溶液。鐵磁性材料鐵磁性材料：外磁場作用下產(chǎn)生很強(qiáng)的磁化強(qiáng)度，外磁場去除后仍保：外磁場作用下產(chǎn)生很強(qiáng)的磁化強(qiáng)度，外磁場去除后仍保持相當(dāng)大的永久磁性。持相當(dāng)大的永久磁性。

14、r1，0，如過渡金屬，如過渡金屬Fe、Co、Ni、Y等。等。亞鐵磁性材料亞鐵磁性材料：0 ，宏觀上與鐵磁性材料類似，只是飽和磁化強(qiáng)，宏觀上與鐵磁性材料類似，只是飽和磁化強(qiáng)度比鐵磁性的低，如鐵氧體鐵酸鹽的陶瓷磁性材料度比鐵磁性的低，如鐵氧體鐵酸鹽的陶瓷磁性材料 。3.3.2 材料的磁性質(zhì)及磁性材料材料的磁性質(zhì)及磁性材料3. 磁化曲線磁化曲線 3.3.2 材料的磁性質(zhì)及磁性材料材料的磁性質(zhì)及磁性材料 磁滯現(xiàn)象：退磁過程中磁化強(qiáng)度磁滯現(xiàn)象：退磁過程中磁化強(qiáng)度M的變化落后于磁場強(qiáng)的變化落后于磁場強(qiáng)度度H的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。的變化，這種現(xiàn)象稱為磁滯現(xiàn)象。Ms飽和磁化強(qiáng)度；飽和磁化強(qiáng)度；Mr剩余

15、磁化強(qiáng)度；剩余磁化強(qiáng)度；Hc矯頑力。矯頑力。 4. 磁性材料磁性材料磁性材料（鐵磁性和亞鐵磁性材料）分類：軟磁材料和硬磁性材料（鐵磁性和亞鐵磁性材料）分類：軟磁材料和硬磁材料。磁材料。軟磁材料：在磁場作用下易于磁化，去掉磁場后又很容易軟磁材料：在磁場作用下易于磁化，去掉磁場后又很容易退磁化的材料。退磁化的材料。軟磁材料特性：較高的軟磁材料特性：較高的、較高的、較高的Bs、較小的、較小的Hc和較低的和較低的磁滯損失。磁滯損失。應(yīng)用：制造磁導(dǎo)體，例如變壓器、繼電器的磁芯、磁極頭應(yīng)用：制造磁導(dǎo)體，例如變壓器、繼電器的磁芯、磁極頭等等。為了減少因磁場變化在磁性材料中產(chǎn)生的電流等等。為了減少因磁場變化在

16、磁性材料中產(chǎn)生的電流-渦渦流的能量損失，對于軟磁材料的電阻率要求較高。流的能量損失，對于軟磁材料的電阻率要求較高。常用的軟磁材料：工業(yè)純鐵；常用的軟磁材料：工業(yè)純鐵；Fe-Si、Fe-Ni固溶體合金和固溶體合金和陶瓷鐵氧體材料。陶瓷鐵氧體材料。3.3.2 材料的磁性質(zhì)及磁性材料材料的磁性質(zhì)及磁性材料硬磁材料：難于磁化又難于退磁化的材料，又稱硬磁材料：難于磁化又難于退磁化的材料，又稱永磁材料。永磁材料。硬磁材料特性：較高的硬磁材料特性：較高的Hc和和Mr。應(yīng)用：制造各種永久磁鐵的磁性材料，如用于電應(yīng)用：制造各種永久磁鐵的磁性材料，如用于電表和電話、錄音機(jī)和電視機(jī)中等。表和電話、錄音機(jī)和電視機(jī)中等

17、。常用的硬磁材料：鋼和鎢或鉻的合金等。常用的硬磁材料：鋼和鎢或鉻的合金等。3.3.2 材料的磁性質(zhì)及磁性材料材料的磁性質(zhì)及磁性材料固體材料加熱三個熱效應(yīng)：吸熱、熱膨脹和傳熱。分別用固體材料加熱三個熱效應(yīng)：吸熱、熱膨脹和傳熱。分別用熱容、線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率描述。熱容、線膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率描述。1. 摩爾熱容摩爾熱容定義：是定義：是1mol的材料溫度升高的材料溫度升高1或或1K所需要的熱量。用所需要的熱量。用Cp摩爾等壓熱容和摩爾等壓熱容和Cv摩爾等容熱容表示。材料在較摩爾等容熱容表示。材料在較高溫度時高溫度時Cv趨于趨于25Jmol-1K-1恒定值。恒定值。比熱（比熱容）：單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容比熱（

18、比熱容）：單位質(zhì)量物質(zhì)的熱容Jkg-1K-1。材料的。材料的結(jié)構(gòu)對比熱的影響不大，位錯密度、晶粒大小、空位多結(jié)構(gòu)對比熱的影響不大，位錯密度、晶粒大小、空位多少等對比熱都無影響。少等對比熱都無影響。3.3.3 材料的熱性質(zhì)材料的熱性質(zhì) 一般來說，熱容隨溫度呈連續(xù)變化，如果發(fā)生一般來說，熱容隨溫度呈連續(xù)變化，如果發(fā)生物態(tài)變化物態(tài)變化(相變相變)，熱容的改變會不連續(xù)。由于相，熱容的改變會不連續(xù)。由于相變溫度下，熱焓發(fā)生突變，熱容無限大。因此相變溫度下，熱焓發(fā)生突變，熱容無限大。因此相變對熱容的影響成為對材料進(jìn)行熱分析的基礎(chǔ)。變對熱容的影響成為對材料進(jìn)行熱分析的基礎(chǔ)。3.3.3 材料的熱性質(zhì)材料的熱性

19、質(zhì)2. 熱膨脹熱膨脹 原因：原子受熱后其能量，發(fā)生偏離平衡位置原因：原子受熱后其能量，發(fā)生偏離平衡位置的振動，導(dǎo)致原子間距離增加，使材料在宏觀的振動，導(dǎo)致原子間距離增加，使材料在宏觀上表現(xiàn)出體積或線尺寸增大。上表現(xiàn)出體積或線尺寸增大。3.3.3 材料的熱性質(zhì)材料的熱性質(zhì)雙原子模型勢能原子間距的關(guān)系雙原子模型勢能原子間距的關(guān)系(勢能曲線勢能曲線)：設(shè)設(shè)0K時，一個原子固定在原點(diǎn)，另一個在平衡位置為時，一個原子固定在原點(diǎn)，另一個在平衡位置為r0。勢能曲線為實(shí)線溫度升高原子振動的振幅加大；原子圍繞平衡位置勢能曲線為實(shí)線溫度升高原子振動的振幅加大；原子圍繞平衡位置作非對稱振動（原子振動的平衡位置不在作

20、非對稱振動（原子振動的平衡位置不在r0處，向右移）。兩原子處，向右移）。兩原子間距離增大，顯示出熱膨脹。間距離增大，顯示出熱膨脹。勢能曲線為虛線溫度升高振幅加大；平衡位置總在勢能曲線為虛線溫度升高振幅加大；平衡位置總在r0處，不會產(chǎn)生熱處，不會產(chǎn)生熱膨脹。膨脹。3.3.3 材料的熱性質(zhì)材料的熱性質(zhì)原子間結(jié)合力越大，原子間的平衡間距隨溫度變化越小，原子間結(jié)合力越大，原子間的平衡間距隨溫度變化越小，熱膨脹性越小。熱膨脹性越小。共價(jià)鍵和離子鍵為主的材料熱膨脹性最小，金屬居中，具共價(jià)鍵和離子鍵為主的材料熱膨脹性最小，金屬居中，具有范德華鍵的聚合物熱膨脹性最大。有范德華鍵的聚合物熱膨脹性最大。3.3.3

21、 材料的熱性質(zhì)材料的熱性質(zhì) 熱膨脹性表征：線膨脹系數(shù)熱膨脹性表征：線膨脹系數(shù)。 線膨脹系數(shù)線膨脹系數(shù)含義：表示溫度上升含義：表示溫度上升1時，單時，單位長度的伸長量，單位為位長度的伸長量，單位為-1 。表。表37給出了給出了部分工程材料的線膨脹系數(shù)。部分工程材料的線膨脹系數(shù)。3.3.3 材料的熱性質(zhì)材料的熱性質(zhì)3. 熱導(dǎo)率熱導(dǎo)率導(dǎo)熱：一個物體部分溫度不均勻或兩個溫度不同的物體相導(dǎo)熱：一個物體部分溫度不均勻或兩個溫度不同的物體相接觸，就會發(fā)生熱能從高溫區(qū)向低溫區(qū)傳輸，這種現(xiàn)象接觸，就會發(fā)生熱能從高溫區(qū)向低溫區(qū)傳輸，這種現(xiàn)象叫做導(dǎo)熱。叫做導(dǎo)熱。熱導(dǎo)率（熱導(dǎo)率系數(shù)）：熱導(dǎo)率（熱導(dǎo)率系數(shù)）：k，單位，

22、單位W/(mK)；表征材料傳輸；表征材料傳輸熱量的能力，熱量的能力，k值越大，材料的導(dǎo)熱性越好。值越大，材料的導(dǎo)熱性越好。k含義：含義：q=-kdT/dx，即存在溫度差的材料棒，在單位時間，即存在溫度差的材料棒，在單位時間內(nèi)通過單位橫截面積上的熱流量內(nèi)通過單位橫截面積上的熱流量q與棒的溫度梯度成正比，與棒的溫度梯度成正比，比例系數(shù)為比例系數(shù)為k。負(fù)號表示熱能從高溫向低溫傳輸。該式只。負(fù)號表示熱能從高溫向低溫傳輸。該式只適用于熱流量不隨時間而變化的情況穩(wěn)態(tài)熱流。適用于熱流量不隨時間而變化的情況穩(wěn)態(tài)熱流。3.3.3 材料的熱性質(zhì)材料的熱性質(zhì)固體材料的熱傳遞主要依靠固體材料的熱傳遞主要依靠聲子聲子和

23、和自由電子自由電子。金屬材料導(dǎo)熱金屬材料導(dǎo)熱：導(dǎo)熱載流子為自由電子，導(dǎo)熱性和：導(dǎo)熱載流子為自由電子，導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性有一定關(guān)系。導(dǎo)電性有一定關(guān)系。非金屬材料導(dǎo)熱非金屬材料導(dǎo)熱：缺少自由電子，熱傳導(dǎo)的主要載：缺少自由電子，熱傳導(dǎo)的主要載流子為聲子。聲子易受晶格缺陷的散射，熱傳導(dǎo)流子為聲子。聲子易受晶格缺陷的散射，熱傳導(dǎo)的效率低于自由電子，陶瓷和高聚物材料不是熱的效率低于自由電子，陶瓷和高聚物材料不是熱的良導(dǎo)體。的良導(dǎo)體。材料導(dǎo)熱性應(yīng)用：工程上選擇保溫或熱交換材料的材料導(dǎo)熱性應(yīng)用：工程上選擇保溫或熱交換材料的依據(jù)之一，也是零件在熱處理或其他熱加工時計(jì)依據(jù)之一，也是零件在熱處理或其他熱加工時計(jì)算時間的

24、參數(shù)。算時間的參數(shù)。3.3.3 材料的熱性質(zhì)材料的熱性質(zhì)4. 熱應(yīng)力熱應(yīng)力定義：物體中因溫度的變化而產(chǎn)生的應(yīng)力?？赡軐?dǎo)定義：物體中因溫度的變化而產(chǎn)生的應(yīng)力。可能導(dǎo)致材料的斷裂或不希望產(chǎn)生的塑性變形，也會影致材料的斷裂或不希望產(chǎn)生的塑性變形，也會影響材料的光學(xué)特性。響材料的光學(xué)特性。熱應(yīng)力的來源：熱應(yīng)力的來源：（1）熱脹冷縮受到限制而產(chǎn)生熱應(yīng)力）熱脹冷縮受到限制而產(chǎn)生熱應(yīng)力 。 =E(T0-Tf)=ET加熱時：加熱時：TfT0，0受壓縮熱應(yīng)力。受壓縮熱應(yīng)力。3.3.3 材料的熱性質(zhì)材料的熱性質(zhì)（2）因溫度梯度產(chǎn)生熱應(yīng)力。）因溫度梯度產(chǎn)生熱應(yīng)力。 樣品的大小樣品的大小 形狀形狀 固體內(nèi)部的溫度分布

25、固體內(nèi)部的溫度分布材料的導(dǎo)熱率和溫度變化速率材料的導(dǎo)熱率和溫度變化速率 熱應(yīng)力產(chǎn)生熱應(yīng)力產(chǎn)生：物體在迅速加熱或冷卻時，外表溫：物體在迅速加熱或冷卻時，外表溫度變化比內(nèi)部快，外表尺寸變化比內(nèi)部大，因而度變化比內(nèi)部快，外表尺寸變化比內(nèi)部大，因而鄰近單元的自由膨脹和自由壓縮變受到限制，產(chǎn)鄰近單元的自由膨脹和自由壓縮變受到限制，產(chǎn)生熱應(yīng)力。生熱應(yīng)力。3.3.3 材料的熱性質(zhì)材料的熱性質(zhì)（3）多相復(fù)合材料因各自膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生熱應(yīng)力。）多相復(fù)合材料因各自膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生熱應(yīng)力。 在多相復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)中常存在熱應(yīng)力。在多相復(fù)合材料與結(jié)構(gòu)中常存在熱應(yīng)力。消除熱應(yīng)力方法消除熱應(yīng)力方法： 塑性材料金屬材料和

26、高聚物材料，可通過材料的塑性塑性材料金屬材料和高聚物材料，可通過材料的塑性變形消除；變形消除； 脆性材料陶瓷，工業(yè)上采用退火處理消除熱應(yīng)力。脆性材料陶瓷，工業(yè)上采用退火處理消除熱應(yīng)力。3.3.3 材料的熱性質(zhì)材料的熱性質(zhì)1. 腐蝕的概念腐蝕的概念定義：材料在周圍介質(zhì)的作用下，使其基體遭受定義：材料在周圍介質(zhì)的作用下，使其基體遭受破壞的現(xiàn)象稱為腐蝕。破壞的現(xiàn)象稱為腐蝕。分類分類(腐蝕原理不同腐蝕原理不同)：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕三類。電化學(xué)腐蝕對金屬材料的危害物理腐蝕三類。電化學(xué)腐蝕對金屬材料的危害性最大。性最大。3.3.4 材料的化學(xué)性質(zhì)材料的化學(xué)性質(zhì)（1）化學(xué)

27、腐蝕）化學(xué)腐蝕定義：是指材料在與環(huán)境介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。定義：是指材料在與環(huán)境介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。特點(diǎn)：材料與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用而不產(chǎn)生電流，特點(diǎn)：材料與周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)作用而不產(chǎn)生電流，腐蝕產(chǎn)物沉積在材料表面。腐蝕產(chǎn)物沉積在材料表面。（2）電化學(xué)腐蝕）電化學(xué)腐蝕定義：金屬與酸、堿、鹽等電介質(zhì)溶液接觸時發(fā)生作用而定義：金屬與酸、堿、鹽等電介質(zhì)溶液接觸時發(fā)生作用而引起的腐蝕。引起的腐蝕。特點(diǎn)：產(chǎn)生電流。特點(diǎn)：產(chǎn)生電流。（3）物理腐蝕）物理腐蝕定義：是指由于單純的物理溶解而產(chǎn)生的腐蝕，如鋼鐵在定義：是指由于單純的物理溶解而產(chǎn)生的腐蝕，如鋼鐵在液態(tài)鋅中的溶解。液態(tài)鋅中的溶解。3.3.4

28、 材料的化學(xué)性質(zhì)材料的化學(xué)性質(zhì)2. 腐蝕速度的表示方法腐蝕速度的表示方法“失重法失重法”或或“增重法增重法”根據(jù)腐蝕前后質(zhì)量變化評定腐根據(jù)腐蝕前后質(zhì)量變化評定腐蝕速度的方法。測定金屬均勻腐蝕速度的最簡單方法。蝕速度的方法。測定金屬均勻腐蝕速度的最簡單方法。腐蝕速率腐蝕速率V：用材料在腐蝕性介質(zhì)中暴露一段時間后單位時：用材料在腐蝕性介質(zhì)中暴露一段時間后單位時間內(nèi)單位面積的重量變化間內(nèi)單位面積的重量變化 (失重或增重失重或增重) 表示，即表示，即 V=(W1W0)/st=W/st W1、W0分別為試樣腐蝕前后的重量分別為試樣腐蝕前后的重量(g)；s試樣的表面積試樣的表面積(m2)；t腐蝕時間腐蝕時

29、間(h)；V腐蝕速度腐蝕速度g/ (m2 h)3.3.4 材料的化學(xué)性質(zhì)材料的化學(xué)性質(zhì) 工程上，腐蝕深度或構(gòu)件腐蝕變薄的程度直接工程上，腐蝕深度或構(gòu)件腐蝕變薄的程度直接影響該部件的壽命，更具有實(shí)際意義。腐蝕速度影響該部件的壽命，更具有實(shí)際意義。腐蝕速度常用單位時間內(nèi)的腐蝕深度常用單位時間內(nèi)的腐蝕深度VL表示。表示。 VL=8.76V/ VL單位為單位為mm/a(a代表年代表年) ；為試樣的密度，為試樣的密度，單位為單位為gcm3；8.76為單位換算系數(shù)。為單位換算系數(shù)。3.3.4 材料的化學(xué)性質(zhì)材料的化學(xué)性質(zhì)電化學(xué)腐蝕中，金屬的腐蝕速率表示為：電化學(xué)腐蝕中，金屬的腐蝕速率表示為： V=(JAr

30、1000)/(nF)mg/(scm2)J腐蝕電流密度腐蝕電流密度(A/cm2)；Ar金屬的相對原子質(zhì)量；金屬的相對原子質(zhì)量；n參與電化學(xué)反應(yīng)的電子數(shù)；參與電化學(xué)反應(yīng)的電子數(shù)；F法拉第常數(shù)。法拉第常數(shù)。 主要由于單位時間、單位面積上陽極氧化為離子而主要由于單位時間、單位面積上陽極氧化為離子而進(jìn)入溶液的金屬量正比于因金屬陽極氧化而引起的電進(jìn)入溶液的金屬量正比于因金屬陽極氧化而引起的電流密度。流密度。3.3.4 材料的化學(xué)性質(zhì)材料的化學(xué)性質(zhì)3. 提高耐腐蝕性途徑提高耐腐蝕性途徑（1）合金化。工程上合金化的目的：）合金化。工程上合金化的目的： 形成單相合金；減少多相合金中組成相間的電極電位差；形成單相

31、合金；減少多相合金中組成相間的電極電位差；使材料表面鈍化。使材料表面鈍化。（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采取方法：）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采取方法： 防止形成閉合電路；在連接的材料之間避免出現(xiàn)裂縫。防止形成閉合電路；在連接的材料之間避免出現(xiàn)裂縫。（3）涂層。用來隔絕陽極與陰極區(qū)域，常用的有油脂、油）涂層。用來隔絕陽極與陰極區(qū)域，常用的有油脂、油漆、陶瓷以及金屬鍍層。漆、陶瓷以及金屬鍍層。（4）陰極保護(hù)。）陰極保護(hù)。（5）材料的選擇與熱處理。選擇適當(dāng)?shù)牟牧吓c熱處理方）材料的選擇與熱處理。選擇適當(dāng)?shù)牟牧吓c熱處理方 法，可以防止或減緩腐蝕。例如，通過均勻化處理防止法，可以防止或減緩腐蝕。例如，通過均勻化處理防止鑄件中的偏析，

32、改善耐腐蝕性能。鑄件中的偏析，改善耐腐蝕性能。3.3.4 材料的化學(xué)性質(zhì)材料的化學(xué)性質(zhì)4. 高分子材料的老化高分子材料的老化定義：高分子材料在加工、儲存和使用過程中，由于受到環(huán)定義：高分子材料在加工、儲存和使用過程中，由于受到環(huán) 境因素的作用，性能逐漸變化，以致喪失使用價(jià)值，這種境因素的作用，性能逐漸變化，以致喪失使用價(jià)值，這種現(xiàn)象叫做老化?，F(xiàn)象叫做老化。性能下降的原因：分子鏈發(fā)生了降解和交聯(lián)反應(yīng)。性能下降的原因：分子鏈發(fā)生了降解和交聯(lián)反應(yīng)。 降解反應(yīng)降解反應(yīng) 分子鏈斷裂分子鏈斷裂 相對分子質(zhì)量下降相對分子質(zhì)量下降 材料變軟、發(fā)粘材料變軟、發(fā)粘 喪失機(jī)械強(qiáng)度喪失機(jī)械強(qiáng)度 交聯(lián)反應(yīng)交聯(lián)反應(yīng) 高分子材料變脆或失去彈性。高分子材料變脆或失去彈性。3.3.4 材料的化學(xué)性質(zhì)材料的化學(xué)性質(zhì)4. 高分子材料的老化高分子材料的老化影響老化的環(huán)境因素：影響老化的環(huán)境因素：（1）物理因素，熱、光、高輻射和機(jī)械應(yīng)力作用；）物理因素，熱、光、高輻射和機(jī)械應(yīng)力作用；（2）化學(xué)因素，氧、臭氧、水和酸堿作用；