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)研究和工程實踐，已經(jīng)充分認(rèn)識到物質(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，則描述事件的時間尺度也應(yīng)越長。 不同的學(xué)科關(guān)注不同尺度的時空中發(fā)生的事件。 現(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)識還在不斷深化，因而對其劃分也就還處于變動之中。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)象會在幾個尺度層次中發(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)計科學(xué)家按研究對象的空間尺度劃分為三個層次：:尺度對應(yīng)于宏觀材料: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)計研究。:典型尺度在1Lm量級，這時材料被看作連續(xù)介質(zhì)，不考慮其中單個原子、分連續(xù)模型尺度子的行為。:空間尺度在:空間尺度在1nm量級,是原子、分子層次的設(shè)計。1〕，即國外有的計算材料學(xué)家，按空間和時間尺度劃分四個層次〔宏觀這是人類日?；顒拥闹饕秶?，即人通過自身的體力，或借助于器械、機械等所能通達(dá)的時空。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 )，時間尺度則大致在0.01秒(短跑時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。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。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。微觀其尺度主要在微米量級，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、分相時產(chǎn)生的液滴等。⑷納觀其尺度范圍在納米至微米量級 ，即10-6~10-9m,大致相當(dāng)于幾十個至幾百個原子集合體的尺寸。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,不能再簡單地以其統(tǒng)計平均量作為表征，微結(jié)構(gòu)中的缺陷、摻雜等所起的作用明顯加大。不同凝聚狀態(tài)在結(jié)構(gòu)上有什么不同?rii.2陶瓷材料的強化影響陶住WW?度的因索繪多方而的點料強度的本質(zhì)圮內(nèi)部質(zhì)A｛原7-、離T、分子)i可的結(jié)件力-為r便村料實際強度捉高創(chuàng)理論?度的數(shù)低氏期以來邊行了人量硏究U從對材料附形變及斷裂的分析可劉h盯晶林結(jié)構(gòu)既宦的情況T，控制強度的A要W素仃三個.朗那性模詁E.斷裂功〔斷裂萄加能丿和裂紋尺寸「具中E是菲給構(gòu)顒感的、與微觀結(jié)構(gòu)"天.但對單相材料、徹觀結(jié)構(gòu)対的影響不兒唯可以控制的址W料中的微裂紉可以把微製紋理解為齊種缺陷的總和「所W強化描施人多從消除缺陷和阻itH發(fā)屣著手-值得提出的冇卜列兒牛力而U微山I高密度與裔純度為「消除缺K,捉爲(wèi)W體的完整性，細(xì)*密、勻、純址吟詢陶瓷發(fā)展的一個亟要方而-近年來出現(xiàn)了許多微晶、禹密氐禹純度陶瓷，例如用熱壓丁藝制適的陶瓷密度搖近理論f仏兒乎沒仃氣扌L.持別値得捉出的各種纖維材料及晶須?衣1七列出些纖維M煩的特性，從農(nóng)中可以看出，將玦體材料制成細(xì)纖約提裔一個數(shù)械級廁制成M預(yù)則規(guī)高兩個數(shù)；i滋月理論強度的人小同數(shù)S級.晶須提高強度的主耍愎W2■就是大人提髙了關(guān)體的完戟性’實峻指出”胡煩?皮囲lb*須啟面H徑時墻加血降低?預(yù)加崗力人為地預(yù)加［2力,在材料董血造成-層壓回力層，就可提高材料的抗張強度.腕性斷裂通菇繪^r張應(yīng)力作用hji-s面開始，如果在農(nóng)而造成一層殘余壓屁力宦■則在材料便用過程屮表而受河拉伸破壞之前首先?？朔硌狪?的歿余壓應(yīng)力a通過定加熱、冷如制度在點和人為地引入我余!hJ應(yīng)力的過秫叫做熱回化U這種技術(shù)已召丈r泛用丁制造安全璇墻(鋼比玻璃h如汽一乍t機門囂眼鏡用方法址將跛璃加熱到轉(zhuǎn)變溫度以上但低于熔點，然后淬冷，這樣，表而防即冷卻變成剛性的血內(nèi)邯仍處j軟比狀態(tài)環(huán)冇冇用力.齊以肩繼純冷幼兒內(nèi)部將比衣面以更人速率收縮，此時tt農(nóng)面受壓，內(nèi)祁受拉，結(jié)果衣農(nóng)面形成殘幣壓應(yīng)力.圖1?54址熱韌化玻璃板受櫛向彎曲時，殘余應(yīng)力，作用應(yīng)力及合成應(yīng)力分布的悄形。這種熱韌化技術(shù)近年來發(fā)展到用丁典?他結(jié)構(gòu)陶瓷材料，淬冷不儀在農(nóng)血造成壓應(yīng)力血n還可使晶粒細(xì)化.利用衣何層紜內(nèi)部的熱膨脹系數(shù)不同，也可以達(dá)到預(yù)加應(yīng)力的效果.化學(xué)強化如果要求農(nóng)而殘余壓應(yīng)力更高，則熱韌化的辦法就難以做到，此時就要采用化學(xué)強化(離子交換)的辦法。這種技術(shù)址通過改變農(nóng)面的化學(xué)組成，使農(nóng)血的燃爾體積比內(nèi)部的人。由于農(nóng)面體積脹人受到內(nèi)部材料的限制,就產(chǎn)生■種兩向狀態(tài)的壓應(yīng)力.可以認(rèn)為這種農(nóng)面壓力和體積變化的關(guān)系近似服從虎克定律，如果體枳變化為2%,E=70GPa,尸0.25,則農(nóng)面圧應(yīng)力高達(dá)930MPa.通常址用一種人的離子置換小的，由于受擴散限制及受帶電離r的彫響，實踐上，爪力層的悍度披限制在數(shù)白微米范m內(nèi)。左化學(xué)強化的玻璃板中，應(yīng)力分布悄況和熱韌化玻血不同，在熱韌化玻璃中形狀接近拋物純,11報人的衣面壓應(yīng)力接近內(nèi)部掖人張値力的兩倍，但立化學(xué)強化中.通常不是拋物線形，而是在內(nèi)祁存則化學(xué)強化的玻璃可以內(nèi)部裂紋能n發(fā)擴展。郴信會得到更r泛的丿?也在一個按近平直的小的張應(yīng)力K,到化學(xué)強化區(qū)突然變?yōu)閴簯?yīng)力.農(nóng)面壓應(yīng)力號內(nèi)部張應(yīng)力則化學(xué)強化的玻璃可以內(nèi)部裂紋能n發(fā)擴展。郴信會得到更r泛的丿?也此外，將農(nóng)血拋光及化學(xué)處理用以消除衣面缺陷也能捉高強度-強化材料的一個巫耍發(fā)展是復(fù)介材料丫舟岀現(xiàn)?&合材料址近年來迅速發(fā)展的領(lǐng)域之一.陶瓷材料的增韌所謂增切就圮捉筒陶ft材料強度及改書陶瓷的脆性，是陶瓷材料耍解決的重要問題。y金屬材料相比.陶瓷材料仃極窩的強度，其彈性模量比金屬人很多.但人冬數(shù)陶瓷材料缺乏塑性變形能力和韌性，見農(nóng)1?7,極限應(yīng)變小10.1%-0.2%,在外力的作用下呈現(xiàn)脆性.并n抗沖擊、抗熱沖苗能力也很差.脆件斷裂往往導(dǎo)致了材料被破壞.一般的陶瓷材料玄室溫下塑性為冬，這是因為大多數(shù)t：M瓷材料品體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、滑移系統(tǒng)少，位錯生成能高，而n位錯的可動性瀉。韌化的主要機理右應(yīng)力誘導(dǎo)相變增切，相變誘發(fā)微裂紋增韌，錢余應(yīng)力增切等。兒種增韌機理并不7r.?HIF斥，但在不同條件下冇一種或兒種機理起主要作用。柑變增韌：利用多M多郴陶瓷中某些相成分玄不同溫度的相變，從和增韌的效果,統(tǒng)稱為柑變增韌.例如，利用的馬氏體相變來改善陶瓷材料的力學(xué)性能，址冃前引人注n的研究領(lǐng)域。研究了多利「？的相變增韌，由四方郴轉(zhuǎn)變成單斜相，體積增人3%5%,如部分穩(wěn)定，四方多晶陶瓷仃ZP),增韌陶瓷(ZTA),增韌莫來石陶瓷(ZTM).增韌尖晶石陶瓷,增韌鈦酸鉗陶瓷，增韌陶瓷，增韌以及增韌等.《中PSZ陶瓷較為成Jft.TZP.ZTA.ZTM研究得也較多.PSZ/TZP.ZTA答的新裂韌性已達(dá)，仃的為達(dá)，但溫?升禹時,相變增刖失效-半部分穩(wěn)定陶論燒菇致密后,四力機顆袒彌散分布于具他樹瓷《體中(包捕本閉加刖甘亞穩(wěn)pq方相躺!他受到某體的抑制啲處jM應(yīng)力狀態(tài),這時-?^木沿顆粒連線方向也處弓爪應(yīng)力狀態(tài).材料在外力作用卜所產(chǎn)工的裂級尖端附近由于應(yīng)力東屮的件用，存帝張應(yīng)力場’從血減車詐了對W方村顆札｛的耒縛，丸M力的誘發(fā)作用下會發(fā)住向單斜郴的轉(zhuǎn)變井發(fā)生件枳膨肌相變和體積夠脹的過程除消耗能晶外，還將tr主裂紋布用K產(chǎn)生口應(yīng)力二者均陰止裂紋的擴外力做功才能便裂紅繼續(xù)擴艇月;是財料強度和新裂韌性人tefe捉高-肉此.這種$也結(jié)構(gòu)會產(chǎn)牛???種不M的増韌機理.在氧化怙屮具fl業(yè)穩(wěn)態(tài)W力相的盤狀沉直的微轉(zhuǎn).W1-55W示「肖先.BBtt裂線發(fā)抵詐致的幀力増加U會ft仙力結(jié)構(gòu)的沉直曲通過馬氏你相變轉(zhuǎn)變?yōu)樯晷苯Y(jié)構(gòu).這相變吸牧r能fl辨導(dǎo)K休積爾報產(chǎn)生張曲力.這種做K的形變在裂紋附近尤為明顯「武次，相變的粒子周國的應(yīng)力場會吸收額外的能卡仁并形成許多徹裂紋.這些微納構(gòu)的變化仃效地腎低了裂紋尖端附近的初效應(yīng)力強te.第7.山丁沉淀W粒對裂紋的m滯柞用和局域殘斜皿力場的效$匚會引起製紋的偏轉(zhuǎn)=裂紋偏轉(zhuǎn)乂引起裂線的衣面積和竹效3?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，實際斷裂強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論強度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=(P/n)/A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：a=(P/n)/A孔周圍力管端面積減小為 A1，孔周圍局部應(yīng)力為：a=(P/n)/A1應(yīng)力集中：材料中存在裂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，裂紋尖端處的應(yīng)力遠(yuǎn)超過表觀應(yīng)力。應(yīng)力集中強度理論-斷裂的條件：當(dāng)裂紋尖端的局部應(yīng)力等于理論'強度ath=(Ys曰ro02時，裂紋擴展，沿著橫截面分為兩部分，此時的外加應(yīng)力為斷裂強度.即 CLn=2a(c/「0嚴(yán)=(Ys曰心嚴(yán)'斷裂強度 ac=(ysE/4c)1/2 i考慮裂紋尖端的曲率半徑是一個變數(shù)，即不等i于S其一般式為： ae=y(ysE/c)i/2:y是裂紋的幾何(形狀)因子- IIID2.2Griffith提出的關(guān)于裂紋擴展的能量判據(jù)彈性應(yīng)變鏈的變化率3W/ac等于或大于裂紋擴展單位裂紋長度所需的喪面能増量05tX＞裂紋失穩(wěn)而擴展O斷裂強度(臨界應(yīng)力)的計算= —g-根據(jù)Griffith能量判據(jù)計算材料斷裂強度(臨界應(yīng)力)-外力作功，單位體積內(nèi)儲存彈性應(yīng)變能：W=Ue/AL=(1/2)P△UAL=(1/2)時咖E卜設(shè)平板的厚度為1個單位，半徑為C的裂紋其丫彈性應(yīng)變能為，Ue=Wx裂紋的體積(7iC2x1)=KCg2E將該式求導(dǎo)可得：平面應(yīng)力狀態(tài)下擴展單位長度的微裂紋釋放應(yīng)變能為’

JUe/平面應(yīng)力狀態(tài)下擴展單位長度的微裂紋釋放應(yīng)變能為’

JUe/dC=tiCMEC平面應(yīng)力條件）或dUE/dC=71（1-護(hù)）Ca^/E（平面應(yīng)變條件）由于擴展單位長度的裂紋所需的表面能為=eug/ac（gPdUsZ2dC）=2y,IslIslHI斷裂強度（臨界應(yīng)力）的表達(dá)式：HICTf=[2Eys/nC]嚴(yán)（平面應(yīng)力條件）HIlil<7尸[2Eys/（l-[12血c嚴(yán)（平面應(yīng)變條件）lil控制強度的三個參數(shù)-彈性模量E：取決于材料的組分，晶體的結(jié)構(gòu).氣孑鳥對其他顯微結(jié)構(gòu)較不敏感口-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。-裂紋半長度G：材料中最危險的缺陷，其作用在于導(dǎo)致材料內(nèi)部的局部應(yīng)力集中，是斷裂的動力因素Q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。引起相變彈性能：晶粒彈性各向異性、第二彌散質(zhì)點的可逆相變等特性，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。4.什么是延展性？延展性（ductilityandmalleability）,是物質(zhì)的一種機械性質(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、展性兩個概念相近的機械性質(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，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。一展性（Malleability）是另外一個較相似的概念，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。 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，通常上因這兩個性質(zhì)概念相近，常被稱為延展性。5?提高材料強度改善脆性的措施及其原理第六節(jié)提高材料強度的措施影響材料強度的因素是多方面的。而決定材料強度的本質(zhì)因素是材料內(nèi)部質(zhì)點的結(jié)合力。提高材料的強度是指提高其抗彈性、塑性及斷裂形變的能力，這幾項主要決定的指標(biāo)是E或G，丫及裂紋長度。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)，丫則現(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，因為裂紋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的。1提高無機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,熔點越大，模量E、G主要是提高E（或G）,即提高彈性剛度。這種方法是不可取的。這是因為人們使用的材料是大量的，添加少量的異種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、晶粒或其它材料），可使彈性模迅速增大。對于連續(xù)纖維單向強化復(fù)合材料，若纖維與基體的應(yīng)變相，即m，則有：0-0-c=cfVf+ 0-mVm0-c0-c:復(fù)合材料的彈性模量和應(yīng)力;cf:纖維材料的體積分?jǐn)?shù)、彈性模量和應(yīng)力;Em、cm: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度的最高估計，故稱為上限模量或上限強度。在復(fù)合材料中，纖維與基體的應(yīng)變是一樣的，即:￡m= 8f=cm/Em/Efcf設(shè)8m超過基體的臨界應(yīng)變時，復(fù)合材料就破壞，但此時纖維尚達(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)合材料的最低強度值 （下限強度）。cc=cm[1+Vf(Ef/Em)若纖維與基體共同受力，實際的cf及cm總會比單獨測定時的臨界值要高，故實際的復(fù)合材料強度數(shù)值介于上限與下限強度之間。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?？蓪w起增強作用。ii）短纖維也可使材料的強度增大，但短纖維的最短長度應(yīng)要有個限制。根據(jù)力的平衡條件，求出rmy冗dIc/2= fond2/4即：Ic=cfyd/2 Tmy剪應(yīng)力沿短纖維才。短纖維式中，d:纖維直徑；cfy:纖維的拉伸屈服應(yīng)力；Tmy:纖維全長達(dá)到界面的結(jié)合強度或基本的屈服強度；只有當(dāng)I>Ic時，有強化的效果。而當(dāng)I=10Ic時，強化效果可相當(dāng)于長纖維的剪應(yīng)力沿短纖維才。短纖維cc=ofy(1-lc/21)Vf+cm*(1-Vf)cm*為應(yīng)變與纖維屈服應(yīng)變相同時的基體應(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化作用取決于纖維與基體的性質(zhì)，二者的結(jié)合強度以及纖維在基體中的排列方式，要達(dá)到強化的目的，應(yīng)注意如下幾個工藝原則：①使纖維盡可能多地承擔(dān)外加負(fù)荷,方法：選用cf>c;Ef>Em的材料。這是因為當(dāng)兩者的應(yīng)變相同時，纖維與基體所受的應(yīng)力之比為弱性模量之比，即： cf/cm=Ef/Em②結(jié)合強度相當(dāng)，使基體中所承受的應(yīng)力能傳遞到纖維上，過弱時，纖維的作用較小，其體材料則如存在缺陷一樣，使總體的強度降低；過強時，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；③應(yīng)力的方向應(yīng)與纖維平行;④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，纖維受拉，基體受壓，能起到預(yù)應(yīng)力的作用；⑤二者在高溫下的要具有好的化學(xué)相容性。iv）纖維強化復(fù)合材料的失效機制有四種：基體開裂、分層、纖維斷裂和界面脫膠。2提高無機材料抗斷裂能力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;?工件運轉(zhuǎn)時，由于摩擦、腐蝕或形變強化的結(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，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（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）和表面強化（有表面熱處理和化學(xué)強化的方法）。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，熔點以下，然后淬冷，這樣就會出現(xiàn)如下的現(xiàn)象：剛淬冷時，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，從而提高了其強度。其它，如Al2O3在1700C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：(T=KAV/V=[E/3(1-2卩)]XV/V)](Tii)優(yōu)化材料的顯微結(jié)構(gòu)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(7f= (7f= (T0+Kd-0.5 ((T0、KI為材料常數(shù)0、晶界間比晶粒中的容晶界間比晶粒中的容裂紋的擴展要走迂回在多晶材料中，晶界的表面能要小于晶粒本身，也即,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，

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，就提高了臨界應(yīng)力。纖維材料與晶須，強度大。［一般纖維比塊體提高1個數(shù)量級，晶須又比纖維提高一個數(shù)量級］。提高密度（減小孔隙率），氣孔對材料的強度影響很大，因為它的存在既減小了負(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，也會形成缺陷，尤其是不等價替換。?在材料中設(shè)置吸收能量的機構(gòu)?在材料中設(shè)置吸收能量的機構(gòu)增韌脆性這一致命的弱點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。現(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，多半存在于晶界相中，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，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，從而吸收斷裂時的多余能量，防止裂紋的擴展達(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，裂紋就不會快速失穩(wěn)擴展了。b）合理使用陶瓷材料，盡可能在構(gòu)件中揚長避短。長處：耐壓好，抗拉強度較差。典型例子：磚和混凝土建造的大樓很少因為其抗壓強度的不足而被壓裂或壓碎，但用混凝土制成的防空壕蓋板，卻常因為自重而被折斷。因此在設(shè)計制品時，盡可能地用其長而避其短。

6?熱韌化是什么處理方法（2）預(yù)加應(yīng)力人為地預(yù)加應(yīng)力右時科農(nóng)聞楚成宓圧皿力層，就可捉高材料的抗探?度-腕性斷裂通常繪奩張應(yīng)力作用下，臼衣ifiijr始》如果在衷麗造成?L械余耳應(yīng)力熾■則在材料使用過S中衣制逶到拉仲破壞之前首先耍丸服衣血I的妓余凡應(yīng)力.通過淀加熱、冷卻制度在衣W人為地引入我余爪陶力的過稈叫做熱韌化.這種技術(shù)已械r泛用J制造空全玻瞻（俐化肢璃h如汽乍艮機門商，眼te用坡屈.方法是將披厲加熱劉轉(zhuǎn)變ftSfSWMil低于熔點，然后淬拎，這樣，我面立即冷卻變成剛性的,血內(nèi)郵仍處于軟化狀態(tài)+不冇衣應(yīng)力U在以后繼續(xù)冷卻屮?內(nèi)部將比農(nóng)面以更大a率枚縮』匕時fl衣両受1仁內(nèi)部受拉■結(jié)果在農(nóng)面形誡矮留K應(yīng)力匚圖1巧4址熱切化玻簞板受攝問彎曲1時械余應(yīng)力，作用z,力及令詼應(yīng)力分桁的詁形.這種熱韌化技術(shù)近年來S展到用于H他結(jié)構(gòu)陶瓷材料，泮冷不僅在左mii?L成H：問力?恤11還可使M秋細(xì)化。W用農(nóng)血艮I」內(nèi)部的熱膨脈泵數(shù)不同，也可以達(dá)到預(yù)加應(yīng)力的效!lb7.塑性形變的特點是什么?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）。8?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，其應(yīng)變將隨時間而增加，這種現(xiàn)象叫做蠕變或徐變，此時彈性模量的數(shù)學(xué)表達(dá)式為=優(yōu)⑴二d八旳）當(dāng)對粘彈性體施加恒定應(yīng)變時，其應(yīng)力將隨時間而減小.這種現(xiàn)象叫做弛豫，此時彈性模量可表示為=瓦（滬型Eq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。9.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心和空心超導(dǎo)體（如壁和膜的厚度）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,明顯地影響物性的情形稱超導(dǎo)電性質(zhì)的尺寸效應(yīng)。，它們的物性狀態(tài)，如電磁性質(zhì)，相變，狀態(tài)的穩(wěn)屏蔽因子等所呈現(xiàn)的特征。樣品這種尺寸改變有較無機定義：同樣材質(zhì)而尺寸大小不同時，強度10?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，防止這一破壞過程發(fā)生至危害狀態(tài)，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，萌生出微小裂紋并可能擴展至斷裂， 為了微細(xì)缺陷或者夾雜物以及由晶格變形引起的微米級缺陷評價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,生出微小裂紋并可能擴展至斷裂。11?典型蠕變曲線分幾個階段，并論述各階段特點?材料在高溫下的力學(xué)性能都是和蠕變過程相聯(lián)系的。di/為常數(shù)?低溫時,A?=di/為常數(shù)?低溫時,A?=b8=A\nt高溫時，料二￡=Bt~7該曲線分四個階段:-1）皿在外力作用下發(fā)生瞬時彈性形變.2）衣^蠕變減速階段.特點是應(yīng)變速率隨時間遞減，其規(guī)律可表示為d￡?』 =€=At?3）be穩(wěn)定蠕變階段。特點是蠕變速率幾乎保持不變，即dsjdt^k（常數(shù)），所U宀&-4）C力加速蠕變階段。特點是應(yīng)變率隨時間增加而增加，最后到刁點斷裂.認(rèn)為無機材料中晶相的位錯在低溫下受到障礙難以發(fā)生運動，在高溫下，原子熱運動加劇，位錯可借助于外界提供的熱激活能和空位擴散來克服某些短程障礙，通過位錯的攀移，引起蠕變。即高溫蠕變是由位錯的攀移運動引起的。12、分別從原子間力和位能的角度闡述熱膨脹的機理。所謂線性振動是指質(zhì)點間的作用力與距離成正比，即微觀彈性模量P為常數(shù)。非線性振動是指作用力并不簡單地與位移成