1、工程材料的物理、化學(xué)性能及常用功能材料,物理性能,化學(xué)性能,可以用電、磁、光和熱性能來描述,耐腐蝕性和抗氧化性,目的,（1）了解材料常用的物理、化學(xué)性能特點，（2）了解結(jié)構(gòu)以及加工工藝對物理、化學(xué)性能的影響規(guī)律。,1 電性能,2 磁性能,3熱性能,4光學(xué)性能,工程材料的物理、化學(xué)性能及常用功能材料,5腐蝕與氧化,1 電學(xué)性能,一、導(dǎo)電性： 1、金屬的電子能帶結(jié)構(gòu)特點 2、絕緣體和半導(dǎo)體的電子能帶結(jié)構(gòu)特點 3、影響材料電導(dǎo)率的因素 材料的導(dǎo)電性一般用電阻率（）來表示，電阻率表示單位長度、單位面積導(dǎo)體的電阻，其單位為m。電阻率越低，材料的導(dǎo)電性越好 根據(jù)電阻率數(shù)值的大小可把材料分為： 超導(dǎo)體：0

2、導(dǎo)體：10-8-10-5m 半導(dǎo)體：10-5-107m 絕緣體：107-1020m 通常金屬的電阻率隨溫度的升高而增加，而非金屬材料則與此相反,1 電學(xué)性能,二、超導(dǎo)性 三、介電性： 1、材料的極化：電子極化、離子極化、分子極化 2、介電強(qiáng)度 四、鐵電性：能自發(fā)極化的材料叫鐵電材料 五、壓電性和電致伸縮現(xiàn)象 材料在應(yīng)力場作用下發(fā)生極化而產(chǎn)生電場；反之，在外加電場作用下使介電材料發(fā)生極化，從而導(dǎo)致其尺寸發(fā)生變化 六、熱電效應(yīng)： 工業(yè)上常用熱電偶器件來測量高溫或控制溫度,2 磁學(xué)性能,一、磁化：材料在磁場作用下，使感生的或固有的磁偶極子排列時聚向趨于一致 二、磁化率： 磁化強(qiáng)度M和磁場強(qiáng)度H的比值

3、 三、磁性分類： 抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性 四、磁性材料 1、軟磁材料：特點磁導(dǎo)率高，矯頑力小，磁滯損耗低 2、硬磁材料：永磁材料具有高的剩余磁感強(qiáng)度、高的矯頑力,2 磁學(xué)性能,五、磁化曲線,3 熱學(xué)性能,材料受熱時，有三個重要的效應(yīng)：材料的吸熱、傳熱和熱膨脹 一、熱容：Cp 1mol固體溫度升高1K所需的熱量 二、熱導(dǎo)率： 兩個相距1cm，面積為1cm2的平行平面，如果這兩個平面的溫度度1K，則在1秒內(nèi)從一個平面?zhèn)鲗?dǎo)到另一個平面的熱量，單位為J/cm.s.k 材料導(dǎo)熱性的好壞直接影響著材料的使用性能，如果零件材料的導(dǎo)熱性太差，則零件在加熱或冷卻時，由于表面和內(nèi)部產(chǎn)生溫差，膨

4、脹不同，就會產(chǎn)生變形或裂紋。熱交換器等傳熱設(shè)備的零部件一般常用導(dǎo)熱性好的材料（如銅、鋁等）來制造 通常，金屬及合金的導(dǎo)熱性遠(yuǎn)高于非金屬材料 三、熱膨脹： 用線膨脹系數(shù)描述，即每升高1K，在單位長度上的長度變化量,4 光學(xué)性能,太空探索 氣象預(yù)測 資源考察 軍事偵察,光學(xué)系統(tǒng)收集信息,4 光學(xué)性能,材料在與特征光譜或連續(xù)光譜的光子發(fā)生交互作用時，表現(xiàn)出一些很有應(yīng)用價值的光學(xué)性能 一、吸收和透射 如果光子不具有使電子激發(fā)到更高能級的能量，那么光子可以透過材料而不被吸收，這種材料就是透明的。光子是透射材料還被吸收，取決于光子能量和導(dǎo)帶與價帶間的能隙的關(guān)系 二、折射和反射 三、光學(xué)材料 1、光導(dǎo)纖維：

5、光在光電纖維中傳播的基本原量是全反射 2、光學(xué)薄膜：如增透膜、偏振膜、分光膜、濾光膜等,5腐蝕與氧化,腐蝕,材料與周圍環(huán)境介質(zhì)發(fā)生某種化學(xué)反應(yīng)而使其性能退化的現(xiàn)象。,化學(xué)腐蝕,電化學(xué)腐蝕,是指材料與環(huán)境介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。例如發(fā)動機(jī)燃燒室受燃?xì)飧g、液壓管道受 化工產(chǎn)品侵蝕等,是指材料在電解液中由于形成微電池而引起的腐蝕。是材料腐蝕的主要形式,5腐蝕與氧化,陰極反應(yīng) 2H+ + 2e- H2 O2 + 2H2O + 4e- 4OH- O2 + 4H+ + 4e- 2H2O,5腐蝕與氧化,兩極的形成方式,(1) 兩種連接在一起的不同材料,5腐蝕與氧化,兩極的形成方式,(2) 材料中存在兩種不同

6、相或成分偏析區(qū)域與基體,(3) 材料中存在局部殘余應(yīng)力，通常高應(yīng)力區(qū)呈陽極，低應(yīng)力區(qū)呈陰極。與之相似，當(dāng)晶粒不均勻時，具有較細(xì)晶粒的區(qū)域呈陽極，具有較粗晶粒的區(qū)域呈陰極。,(4) 電解質(zhì)溶液中存在濃度差異 通常與高濃度的溶液相接觸的金屬呈陰極，與低濃度溶液相接觸的金屬呈陽極。,5腐蝕與氧化,提高耐腐蝕性途徑,（1）合金化 工程上通過合金化來達(dá)到以下目的： 形成單相合金。 減小多相合金中組成相間的電極電位差。 使材料表面鈍化。例如形成致密的氧化膜。,（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計 此外，從結(jié)構(gòu)設(shè)計方面可采取如下方法： 防止形成閉合回路。例如，當(dāng)鋼管與銅緊固件連接時，可使用塑料等使鋼管與銅緊固件之間保持電絕緣。

7、在連接的材料之間避免出現(xiàn)裂縫。,5腐蝕與氧化,提高耐腐蝕性途徑,(3) 涂層 涂層用來隔絕陽極區(qū)域與陰極區(qū)域。常用的有油脂、油漆、陶瓷以及金屬鍍層。 (4) 陰極保護(hù),(5) 材料的選擇與熱處理 通過選擇適當(dāng)?shù)牟牧吓c適合的熱處理制度，可以防止或減緩腐蝕。例如鑄件中的偏析會導(dǎo)致形成細(xì)小的電化學(xué)微電池，可以通過均勻化處理（擴(kuò)散退火）來改善耐腐蝕性能。,5腐蝕與氧化,耐熱性,熱穩(wěn)定性 ：是指材料在高溫下的抗氧化性。 金屬在高溫下可與氧反應(yīng)，在表面生成氧化物薄膜。 n M + m O2 Mn O2m 定義P-B比率 = M氧化物金屬/nM金屬氧化物,可將氧化物分為三類： 多孔型 氧化物與金屬的體積比率大于1，此時，氧化膜呈多孔狀，例如，鎂的氧化膜。 致密型 氧化物與金屬的體積比率接近1，此時，形成一種附著力強(qiáng)，無孔的，具有保護(hù)性能的氧化膜，例如，鋁或鉻的氧化膜。 剝落型 氧化物與金屬的體積比率小于1，此時，剛形成的氧化膜具有鈍化作用，然而，隨著氧化膜的增厚，在氧化膜與金屬間的界