名词：元素、物质、材料、化学纤维、芯片、光导纤维、激光、超导、仿生 ...

名词：元素、物质、材料、化学纤维、芯片、光导纤维、激光、超导、仿生 ... 重要术语和概念 第一章 绪论 化学元素(elements) 化学元素，简称元素，是化学元素周期中的基本组成，现有113种元素，其中原子序数从93到113号的元素是人造元素。 物质(matter) 物质是客观实在，且能被人们通过某种方式感知和了解的东西,是元素的载体。 材料(materials) 材料是能为人类经济地、用于制造有用物品的物质。 化学纤维 (man-made fiber, chemical fiber) 化学纤维是用天然的或合成的高聚物为原料，主要经过化学方法加工制成的纤维。可分为再生纤维、合成纤维、醋酯纤维、无机纤维等。 芯片 芯片是含有一系列电子元件及其连线的小块硅片，主要用于计算机和其他电子设备。 光导纤维 (optical waveguide fibre) 光以波导方式在其中传输的光学介质材料，简称光纤。 激光 (light amplification by stimulated emission of radiation简写为: laser) 激光是利用辐射计发光放大原理而产生的一种单色(单频率)、定向性好、干涉性强、能量密度高的光束。 超导 物质在某个温度下电阻为零的现象为超导，我们称具有超导性质的材料为超导体。 *仿生材料 仿生材料是模仿生物结构或功能，人为和制造的一类材料。 材料科学(materials science) 材料科学是一门科学，它从事于材料本质的发现、方面的研究，它的目的在于提供材料结构的统一描绘，或给出模型，并解释这种结构与材料的性能之间的 关系。 材料工程(materials engineering) 材料工程属技术的范畴，目的在于采用经济的、而又能为社会所接受的生产工艺、加工工艺控制材料的结构、性能和形状以达到使用要求。 材料科学与工程(materials science and engineering) 材料科学与工程是研究有关材料的成份、结构和制造工艺与其性能和使用性能间相互关系的知识及这些知识的应用，是一门应用基础科学。材料的成份、结构，制造工艺，性能及使用性能被认为是材料科学与工程的四个基本要素。 *成份(composition) 成分是指材料的化学组成及其所占比例。 *组织结构 组织结构是表示材料微观特征的。组织是相的形态、分布的图象，其中用肉眼和放大镜观察到的为宏观组织，用显微镜观察到的为显微组织，用电子显微镜观察到的为电子显微组织。结构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质与效用。 工艺 (process) 工艺是将原材料或半成品加工成产品的方法、技术等 使用性能 材料在具体的使用条件和环境下所表现出来的行为。 第二章 电负性 ( electro negativity ) 周期表中各元素的原子吸引电子能力的一种相对标度为电负性，又称负电性。元素的电负性愈大,吸引电子的倾向愈大,非金属性也愈强。电负性的定义和计算方法有多种,每一种方法的电负性数值都不同,比较有代表性的有3种:?LC鲍林提出的标度。根据热化学数据和分子的键能,指定氟的电负性为3.98,计算其他元素的相对电负性。?RS密立根从电离势和电子亲合能计算的绝对电负性。?AL阿莱提出的建立在核和成键原子的电子静电作用基础上的电负性。利用电负性值时,必须是同一套数值进行比较。 元素的电负性值(鲍林标度) 元素 电负性 氢 2.20 钪 1.36 锂 0.98 钛 1.54 钠 0.93 钒 1.63 钾 0.82 铬 1.66 铷 0.82 锰 1.55 铯 0.79 铁 1.83 铍 1.57 钴 1.88 镁 1.31 镍 1.91 钙 1.00 铜 1.90 锶 0.95 锌 1.65 钡 0.89 硼 2.04 铝 1.61 砷 2.18 镓 1.81 锑 2.05 铟 1.78 铋 2.02 铊 2.04 氧 3.44 碳 2.55 硫 2.58 硅 1.90 硒 2.55 锗 2.01 氟 3.98 锡 1.96 氯 3.16 铅 2.33 溴 2.96 氮 3.04 碘 2.66 磷 2.19 离子键(ionic bond ) 离子键是通过异性电荷之间的吸引产生的化学结合作用，又称电价键。电离能小的金属原子(如 碱金属 )和电子亲合能大的非金属原子(如卤素)接近时,前者将失去电子形成正离子,后者将获得电子形成负离子,正负离子通过库仑作用相互吸引。当这种吸引力与离子的电子云之间的排斥力达到平衡时,形成稳定的以离子键结合的体系。 离子键的特征是作用力强,而且随距离的增大减弱较慢;作用不受方向性和饱和性的限制,一个离子周围能容纳多少个异性离子及其配置方式,由各离子间的库仑作用决定。以离子键结合的体系倾向于形成晶体,以便在一个离子周围形成尽可能多的离子键,例如NaCl分子倾向于聚集为NaCl晶体,使每个钠(或氯)离子周围的离子键从1个变为6个。 共价键(covalent bond) 共价键是原子之间通过共享电子而产生的化学结合作用。典型的共价键存在于同核双原子分子中,由每个原子提供一个电子构成成键电子对。这对电子的自旋方向相反,集中在中间区域,并吸引带正电的两个原子的核心部分而把它们结合起来。在异核双原子分子中,2个原子的核心部分对成键电子的吸引力不同,成键电子偏向一方,例如在氟化氢分子中电子偏向氟,这种化学键称为极性键。共价键的特征是有饱和性、方向性和作用的短程性。一个原子能形成的典型共价键的数目等于该原子的价电子数,称为它的原子价。共价键之间有特定的相对取向,例如水分子呈弯曲形，而二氧化碳分子是直线形的。共价键的方向性使分子具有特定的几何形状。 金属键 (metallic bond ) 使金属原子结合成金属的相互作用。金属原子的电离能低,容易失去电子而形成正离子和自由电子,正离子整体共同吸引自由电子而结合在一起。金属键可看作高度离域的 共价键 ,但没有饱和性和方向性。金属键的显著特征是成键电子可在整个聚集体中流动,这使金属呈现出特有的属性:良好的导热性和导电性、高的热容和熵值、延展性和金属光泽等。 *分子键 惰性气体分子间是靠分子键结合的，其实质是分子偶极矩间的库仑相互作用，这种结合键较弱。其分子间相互作用力为范德华力。 氢键(hydrogen bond) 一个与电负性高的原子X共价结合的氢原子(X—H)带有部分正电荷,能再与另一个电负性高的原子(如Y)结合,形成一个聚集体X—H„Y的化学结合作用。X、Y原子的电负性越大、半径越小, 则形成的氢键越强。例如,F—H„F是最强的氢键。氢键表面上有饱和性和方向性:一个H原子只能与两个其他原子结合,X—H„Y要尽可能成直线。但氢键H„Y之间的作用主要是离子性的,呈现的方向性和饱和性主要是由X和Y之间的库仑斥力决定的。氢键可以在分子内形成,称为内氢键;也可以在两个分子之间形成。分子间的氢键可使很多分子结合起来,形成链状、环状、层状或立体的网络结构。 氢键的键能比较小,通常只有17,25千焦/摩尔。但氢键的形成对物质的性质有显著影响,例如使熔点和沸点升高;溶质与溶剂之间形成氢键,使溶解度增大;在核磁共振谱中氢键使有关质子的化学位移移向低场;在红外光谱中氢键X—H„Y的形成使X—H的特征振动频率变小并伴有带的加宽和强度的增加;氢键的形成决定蛋白质分子的构象,在生物体中起重要的作用。 晶体 (crystal) 微粒(原子、分子或离子) 在空间呈三维周期性规则排列的固体。自然界的物质有3种存在形态,即气体、液体和固体, 固体物质又有晶体和非晶态之分,例如玻璃是非晶态物质。固体物质中绝大多数都是晶体,如金属、合金、硅酸盐,大多数无机化合物和有机化合物,甚至植物纤维都是晶体。有些晶体具有规则的多面体外形,如水晶,称为单晶体;有些则没有规则整齐的外形,如金属,整个固体是由许多取向随机的微小单晶颗粒组合而成,这样的固体称为多晶体。 晶体的一切性质无不与其内部结构有三维周期性这个特征密切相关,如晶体具有固定的熔点、各向异性、对称性、能使X射线发生衍射。固体物质是否为晶体,一般用X射线衍射法予以鉴定。另外，晶体还具有对称性。 准晶 (Quasicrystal) 准晶是同时具有长程准周期平移性和非晶体学旋转对称性的固态有序相。准周期性和非晶体学对称性构成了准晶结构的核心特征。 非晶(noncrystal) 与晶体不同，非晶体原子排列是短程有序、长程无序，固体的性能是各向同性的。 液晶(liquid crystal) 液晶态是介于三维有序晶态与无序晶态之间的一种中间态。在热力学上是稳定的，它既具有液体的易流动性，又具有晶体的双折射等各向异性的特征。处于液晶态的物质，其分子排列存在位置上的无序性，但在取向上仍有一维或二维的长程有序性，因此液晶又可称为“位置无序晶体”或“取向有序液体”。液晶材料都是有机化合物，有小分子也有高分子，其数量已近万种，通常将其分为二大类，热致液晶和溶致液晶。热致液晶只在一定温度范围内呈现液晶态，即这种物质的晶体在加热熔化形成各向同性的液体之前形成液晶相。热致液晶又有许多 类型，主要有向列型、近晶型和胆甾型。 基元 组成晶体的原子、离子、分子或原子团统称称为晶体的基本结构单元，简称基元。 点阵 晶体基元周期性排列的点的集合就称为“晶格”(或点阵)，这些点被称为格点。因此，可以说晶体的结构是由组成晶体的基元加上空间点阵来决定的。 晶胞(unit cell) 晶胞是晶体的基本结构单位。反映晶体结构三维周期性的晶格将晶体划分为一个个彼此互相并置而等同的平行六面体,即为晶胞。晶胞包括两个要素:一是晶胞的大小、型式;另一是晶胞的内容,前者主要指晶胞参数的大小,即平行六面体的边长a 、b、c和夹角α、β、γ的大小, 以及与晶胞对应的空间点阵型式,即属于简单格子P还是带心格子I、F或C等;后者主要指晶胞中有哪些原子、离子以及它们在晶胞中的分布位置等。 面心立方结构(fcc)，体心立方结构(bcc)和密排六方结构(hcp) 金属所具有的典型晶体结构为面心立方结构(fcc)(图2-27)，体心立方结构(bcc)(图2-28)和密排六方结构(hcp)(图2-29)，皆属于立方结构晶系。 具有面心立方结构的常见金属有:γ-Fe 、Al、-Co、Ni、Cu、Ag、Au、Pt，等 具有体心立方结构的常见金属有:、V、Cr、-Fe、-Zr、Nb、Mo、 Ta、W等 具有密排六方结构的常见金属有:-Ti、-Zr、Co、Mg、Zn等 硅酸盐结构 4,,,SiO4 硅酸盐结构是一种共价晶体的结构，硅酸盐的基本结构单元就是四面体(图2-33)，硅原子位于氧原子四面体间隙中，每个氧原子外层只有7个电子，为-1价，还能和其他金属离子键合，其中Si的配位数是4，氧的配位数是2，Si-O-Si的结合键间键角接近145?。这种硅氧四面体可以孤立地在结构中存在，如镁橄榄石MgSiO ，锆英石ZrSiO等;也可以通过其顶点互相连接;除可以连244 成骨架状外，还可以连成链状和层状(图2-34)。莫莱石就是链状硅酸盐，高岭土和滑石则是层状硅酸盐。 离子晶体结构 离子晶体是由正负离子通过离子键，按一定方式堆积起来而形成的，也就是说，离子晶体的基元是离子而不是原子了，这些离子化合物的晶体结构必须确保电中性，而又能使不同尺寸的离子有效地堆积在一起。多数盐类，碱类(金属氢氧化物)及金属氧化物都形成离子晶体。 周期性 对空间点阵，可以看成是由几何点沿空间三个不共面的方向各按一定距离无限重复地平移构成(图2-20)，每个方向的一定平移距离称为该点阵在该方向的周期，故周期性也可以称之为平移对称性。理想晶体的内部结构是组成晶体的原子、分子或原子团等在三维空间中有规则地周期性重复排列，这种周期性排列是晶体最基本的特点，也是研究晶体各种物理性质的重要基础。 对称性 晶体的对称性是指晶体经过某种几何变换(平移、旋转等操作)仍能恢复原状的特性。 配位数 对于简单晶格，配位数CN为晶格中任一原子周围最近邻且等距离的原子数; 致密度 原子体积占总体积的百分数。若以一个晶胞来计算，致密度就是晶胞中原子体积 34,r与晶胞体积之比，即k=nv/V，其中v为单个原子的体积，V为晶胞体积，,v3 n为一个晶胞中的原子数。 离子半径(ionic radius) 离子半径是反映 离子大小的一个物理量。离子可近似视为球体,离子半径的导出以正、负离子半径之和等于 离子键 键长这一原理为基础,从大量X射线晶体结构分析实测键长值中推引出离子半径。离子半径的大小主要取决于离子所带电荷和离子本身的电子分布,但还要受离子化合物结构型式(如配位数等)的影响。 负离子配位多面体 负离子配位多面体指的是离子晶体结构中，与某一个正离子成配位关系而且相邻的各个负离子中心线所构成的多面体。 空位(vacancy) 如果晶格中某格点上的原子空缺了，则称为空位，这是晶体中最重要的点缺陷。 *间隙原子(interstice) 脱位原子有可能挤入格点的间隙位置，形成间隙原子。 色心 (color center): 离子晶体的某些点缺陷是有效电荷的中心，他们可能束缚电子，这种缺陷的电子结构能吸收可见光而使该晶体着色，故称这种能吸收可见光的晶体缺陷为色心。 刃位错、螺位错: 晶体中由于滑移或晶体失配,原子或离子排列的点阵结构发生畸变的线型缺陷轨道称为位错线,简称位错(dislocation)。晶体中位错的基本类型为刃型位错和螺型位错。图2-47是刃型位错模型，可以看到，与完整晶格相比，它多了一个半原子面，而且这个半原子面象个“劈”一样，楔入完整晶体，终止于晶体中，面的边缘是一条线，这条线周围若干个原子距离内的原子的规则排列遭到破坏，这就形成了刃位错。如果让晶体中的一部分在切应力作用下滑移，如图2-48所示，可以发现，发生滑移与未发生滑移的交界处也是一条直线，其附近原子的规则排列也被破坏了，如图2-48b所示，这些原子呈螺旋状分布，称这种位错为螺型位错。 晶界(crystal boundary, grain boundary) 不同取向的晶粒之间的界面。 孪晶界(twin boundary) 孪晶间的界面叫孪晶界，其界面两侧的原子排列成镜面对称。 相(phase) 相是指系统中的物质结构均匀的部分。气体在平衡条件下，不论有多少组分，都是均匀的，因此气相只有一种。固体内部就比较复杂了。在固体材料中，具有同样聚集状态，同样原子排列特征性质,并以界面相互隔开的均匀组成部分称之为“相”。相可以是单质，也可以是化合物。材料的性能与各组成相的性质、形态、分布和数量直接有关。 组织 组织是相的形态、分布的图象，其中用肉眼和放大镜观察到的为宏观组织，用显微镜观察到的为显微组织，用电子显微镜观察到的为电子显微组织。 相图 (phase diagram) 平衡状态下物系的组分、物相和外界条件间相互关系的几何描述为相图,也称状态图或平衡图。凝聚体系的相图多数是恒压下的温度-组分关系图。 *杠杆定律 确定某种成份的合金在二相区中各相的相对含量的法则。首先要确定各单相的成份。在一定温度下，两单相的成份是确定的，就是温度水平线与相界线的交点所对应的成份。如图2-58所示，现在我们考虑成份为 C %(wt)的A合金在t1温度下液、固二相的相对含量。从图中可以看出，液相浓度为 C %(wt)，固L相浓度为 C%(wt),假设合金的质量为1，液相质量为W，固相质量为W，则W+WαLαL=1，另外合金A中的含Ni量应该等于液相含Ni量和固相合Ni量之和，即W C αLL+ WC= 1xC，由这二式可以得出W/ W=( C- C)/(C- C)= rb /ar ，再变换α αLααL 一下可得W?ar = W?rb ，这个关系式与以r为支点，以a、b二点为受力端Lα 点的杠杆平衡时的关系类似，故称其为杠杆定律。 匀晶相图 这种相图的特点是两组元不但在液态无限互溶，而且在固态也无限互溶。结晶时，都是从液相中结晶出单相固溶体。我们把从液相结晶出单相固溶体的结晶过程称为匀晶转变。具有这类相图的二元合金系有Cu-Ni、Ag-Au、Fe-Ni、Cr-Mo、Cu-Au等，有些硅酸盐材料如镁橄榄石(Mg SiO)-铁橄榄石(FeSiO)等也具有此2422类特征。 共晶反应(eutectic reaction) 在共晶相图上有单相区。两单相区之间为双相区。另外还都有一条水平线，如Pb-Sn相图上MEN(图2-60 b)，这表示在水平线所对应的这个特定温度下有三相共存。E点是二条液相线AE和BE的交点，在E点的上方是液相，其下方是α、β二相共存区。这说明，相当于E点成份的液相在冷却至三相共存线的温度时，会同时结晶出成份为M的α相和成份为N的β相，这种反应可以写成如下形式: TE L,，, EMN, 这种由某一成份液相在恒温下同时结晶出二个成份不同的固相的反应称为共晶反应，发生共晶反应的温度T为共晶温度，成份为E点的合金为共晶合金。共E 晶组织为α相和β相的机械混合物，它们通常呈层片状相间分布。 共晶相图(eutectic phase diagram) 两组元在液态无限互溶，固态有限互溶或完全不互溶，冷却过程中发生共晶反应的相图为共晶相图。具有共晶相图的合金系有Pb-Sn、Al-Si、Pb-Bi等，一些硝酸盐也具有共晶相图。 包晶反应(peritectic reaction) 包晶反应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个 TP L，,固定成份的固相,其反应式可表示为，包晶反应的产物是单相固,,BDP 溶体。 *包晶相图 (peritectic phase diagram) 两组元在液态无限固溶，固态下有限互溶(或不互溶)并发生包晶反应的二元系相图称为包晶相图，Pb-Ag就形成包晶相图，陶瓷ZrO-CaO也形成包晶相图。在2 包晶相图上也存在单相区、双相区、三相区，也是只有在特定的温度下才能三相共存。 Fe-C相图 Fe-C相图是Fe-C合金的二元相图，是材料科学尤其是金属热处理最重要的相图之一。 *共析反应 (eutectoid reaction) 共析反应是由一固定成份的固相在特定温度下同时析出两种固相的反应,其反应 TP ,,，,式可表示为，共析反应的产物是两种固相的机械混合物。 PDB, *铁素体 (ferrite) 铁或其内固溶有一种或数种其他元素所形成的、晶体点阵为体心立方的固溶体。 *奥氏体 γ(austenite) 铁内固溶有碳和〔或〕其他元素的、晶体结构为面心立方的固溶体。它是以英国冶金学家R.Austen的名字命名的。 *珠光体 (pearlite) 本意是奥氏体从高温缓慢冷却时发生共析转变所形成的产物，其立体形态为铁素体薄层和碳化物(包括渗碳体)薄层交替重叠的层状复相物。广义则包括过冷奥氏体发生珠光体转变所形成的层状复相物。这种组织是以其金相形态酷似珍珠母甲壳外表面的光泽而得名。 固溶体 (solid solution) 固态条件下,一种组分(溶剂)内 “溶解”了其他组分(溶质)而形成的单一、均匀的晶态固体。固溶体有置换型(替位型)和间隙型(填隙型)两种:溶质原子位于溶剂晶格中某些结点位置时形成置换型固溶体;溶质原子位于溶剂晶格中某些间隙位置时形成间隙型固溶体。 *能带 (energy band) 能带是描述晶体中电子能量状态的一个物理概念。晶体是由大量原子规则排列组成的,在晶体中原子的外层电子运动已不再局限在该原子附近,而是可以在整个晶体中运动。这种情况称为电子运动的共有化。其结果是:,个孤立原子有,个相同的能级,在晶体中变成,个能量略有差别的不同等级，构成能带。 *空带 没有被电子或空穴填充的能带。 *导带 (conduction band) 金属的价带之上的最低能带有大量电子,但没有占满所有的能带,这些电子在电场作用下,可以在晶体中运动,引起电流,因此这种能带称为导带。 价带(valence band) 一系列能带中，能量最高的满带被称为价带。 *禁带(forbidden band) 有些晶体中,能带和能带之间有一定的间隔,这个间隔中的能量一般是该晶体电子不能具有的,所以称此间隔为禁带。禁带往往表示价带和最低导带之间的能量间隔。 *能隙(energy gap) 固体中电子两相邻能带相隔的能量范围称为能隙,亦称为禁带宽度。 第三章 *弹性(elastic property) 弹性是反映晶格中原子在外力作用下自平衡位置产生可逆位移的力学性能之一。 *虎克定律 当材料发生弹性变形的时候，应力与应变呈线性关系，即σ,Eε，这就是著名的虎克定律，E为杨氏模量，σ为应力，既单位面积所受的力，ε为应变，既单位长度的伸长。 塑性(plastic property) 塑性是指材料断裂前发生塑性变形的能力。 延伸率 延伸率指的是试样拉断后标距的伸长和原始标距的百分比。 断面收缩率(percentage reduction of area) 断面收缩率是试样拉断后，缩颈处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。 *强度(strength) 强度是材料或物件经得起变形的能力。 *屈服强度(yield strength) 屈服强度是试样在拉伸过程中，开始产生塑性变形所须的应力。通常用标距部分残余伸长达到原标距长度的规定数值时之力除以原横截面积所得的应力来表示，一般取残余应变0.2%。 *抗拉强度(tensile strength) 抗拉强度是在拉伸试验中，试样所能承受的最大负荷除以原横截面积所得的应力值。 韧性(toughness) 韧性是材料在外力作用下,在塑性形变过程中吸收能量的能力。吸收能量愈大,韧性愈好。 断裂韧性fracture toughness 断裂韧性是断裂力学中，量度裂纹扩展阻力的主要指标之一，它反映具有裂纹的材料对外界作用的一种抵抗能力。 硬度(hardness) 硬度是指材料表面上不大的体积内抵抗变形或破裂的能力。 布式硬度 (Brinell hardness ) 用一定直径的球体(钢球或硬质合金球)以相应的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量的表面压痕直径计算的一种压痕硬度值。 洛式硬度(Rockwell hardness) 在初始试验力及总试验力先后作用下，将压头(金刚石圆锥或钢球) 压入试样表面，经规定保持时间后卸除主试验力，用测量的残余压痕深度增量计算的一种压痕硬度值。 维式硬度(Vickers hardness) 将相对面夹角为,,,?的正四棱锥体金刚石压头以选定的试验力(,,(,,,,,,(,,)压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，用测量的压痕对角线长度计算的一种压痕硬度值 显微硬度(microhardness) 显微硬度主要用于确定很薄的材料、细金属丝、小型精密零件(如钟表和仪表 零件)的硬度,测定淬硬表面的硬度变化率,研究小面积内硬度的变化以及在金相 学中研究金属中不同相体的硬度等。测量方法与维氏硬度基本相同,但载荷很小,以克力计数;压痕的特征尺寸也很小,需要用读数显微镜测出,故得名。 固溶强化 在纯金属中加入溶质原子(间隙型或置换型)形成固溶合金(或多相合金中的基体相)，将显著提高屈服强度，此即为固溶强化。 *形变强化 从图3-2的应力,应变曲线上可以看出， 材料屈服以后，随着塑性变形量的增 加，所需的应力是不断增加的，这种现象叫形变强化，也叫加工硬化。形变强化是金属强化的 重要方法之一,它能为金属材料的应用提供安全保证,也是某些 金属塑性加工 工艺所必须具备的条件，如拔制。 *晶界强化 随着晶粒细化，晶界所占体积增加，金属的强度和塑性是同时提高的。这种强化工艺称为晶界强化。 第二相强化 所谓第二相强化是指在金属基体(通常是固溶体)中还存在另外的一个或几个相，这些相的存在使金属的强度得到提高。 *择优取向(preferred orientation) 在一般多晶体中,每个晶粒有不同于相邻晶粒的结晶学取向,从整体看,所有晶粒的取向是任意分布的。但某些情况下,晶体的晶粒在不同程度上围绕某些特殊的取向排列,就称为择优取向或简称织构。 *再结晶(recrystallization) 金属塑性变形后，被拉长了的晶粒重新生核、结晶，变为等轴晶粒这种现象称为再结晶。 *再结晶温度(recrystallization temperature) 再结晶温度是开始产生再结晶现象的最低温度。对纯金属，再结晶温度约为,.,T，式中T为金属的熔点。 mm *热处理(heat treatment) 热处理是对固体金属或合金进行加热、保温和冷却处理以便得到所需性质的一种加工工艺。其原理是利用扩散、晶核化、沉积和晶体增长等现象，使金属或合金的组织发生变化，进而获得均匀的或改性的机械和物理性质。 *扩散型相变、非扩散型相变、 根据冷却速度的不同，存在着二大类固态相变，一类是相变时存在原子扩散，为扩散型相变，如珠光体、贝氏体转变;还有一类是不存在原子的扩散，但原子也发生了重排，为非扩散型相变，如马氏体相变。 *马氏体(martensite) 马氏体是高温相以很快的速度冷却，以非扩散转变形成的产物。钢在高温奥氏体化后淬火得到马氏体。 贝氏体(bainite) 贝氏体是在奥氏体化后被过冷到珠光体转变温度区间以下，马氏体转变温度区间以上这一中温区间(所谓“贝氏体转变温度区间”)转变而成的由铁素体及其内分布着弥散的碳化物所形成的亚稳组织。 退火 将组织偏离平衡态的钢加热到适当温度,保温一段时间,然后缓慢冷却(炉冷)以获得接近平衡态组织的热处理工艺叫退火。 正火 将钢件加热到Ac以上30-50?，保温后取出在空气中冷却，这是正火 3 淬火(quenching) 将钢件加热到奥氏体化温度并保温后，急冷(油冷或水冷)至室温，从而使奥氏体变成马氏体的处理为淬火。 回火(tempering) 回火指将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度,保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理。回火的作用在于:?提高组织稳定性,使工件在使用过程中不再发生组织转变,从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。?消除内应力,以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。?调整钢铁的力学性能以满足使用要求。 时效(ageing) 时效是指合金经固溶处理或冷塑性变形后，在室温或一定温度保温，以达到沉淀硬化目的的工艺。 人工时效(artifical aging) 人工时效是在高于室温以上，通过过饱和固溶体中可溶组分的脱溶，使合金强化的热处理。 自然时效(natural aging) 自然时效是在室温下，通过过饱和固溶体中可溶组分自发的脱溶，使合金强化的处理。 控制轧制 把金属材料压力加工和热处理工艺相结合，同时利用形变强化与相变强化的一种形变热处理工艺。 铝-锂合金 铝-锂合金是一种新型铝合金材料,具有较高的强度和弹性模量,是航空航天工业理想的结构材料,用于飞机上,可减轻飞机重量8,16%。铝锂合金还具有良好的抗辐照特性和较高的电阻率,经受中子辐照后残留放射性低,可用作核聚变装置中的真空容器。此外,铝锂合金在一定温度和应变速率下具有很好的超塑性,可用以制造超塑性/扩散焊接结构,应用于航空和车辆等各个领域。 紫铜 紫铜即纯铜。 黄铜 黄铜是以锌为主要添加元素的铜合金。 青铜 最早使用的青铜是Cu-Sn合金，现在把除黄铜以外的铜合金都称为青铜 *α型钛合金 (α - titanium alloy) 金属钛有两种异构体，一种是密排六方结构的α相，是低温稳定相;另一种是体心立方结构的β相，是高温稳定相。成分中含有α相稳定元素，在室温稳定状态基本为α相的钛合金为α型钛合金。 *β型钛合金 (β - titanium alloy) 成分中含有β相稳定元素，在室温稳定状态基本为β 相的钛合金为β型钛合金。 *α+β型钛合金(α-β titanium alloy) 成分中含有较多的 β 稳定剂，在室温稳定状态由 α及β 相所组成的钛合金 为α+β型钛合金。 *钛铝化合物为基的钛合金 钛铝化合物是指TiAl,TiAl,TiAl这些金属间化合物。钛铝化合物为基的钛合金33 是一种新型钛合金。钛铝化合物为基的高温钛合金与普通钛合金及镍基高温合金比较，高温性能明显优于普通钛合金，已与镍基高温合金相近。 ***结构陶瓷 结构陶瓷是指作为工程结构材料使用的陶瓷材料，主要用于高机械强度、耐高温、耐腐蚀、耐摩擦，以及高硬度等性能。陶瓷虽然抗压强度相当高，但抗拉强度却很小，是一种脆性材料。结构陶瓷按其组份可分为氧化物陶瓷和非氧化物陶瓷，有些结构陶瓷也具有功能陶瓷的性能如ZrO陶瓷等。 2 ***相变增韧 相变增韧是一种有效的增强、增韧方法，利用多晶多相陶瓷中某些相组分在不同温度的相变，从而达到增强、增韧的效果，这统称为相变增韧。例如，利用ZrO的马氏体相变2可以改善陶瓷材料的力学性能。 ZrO相变又分为应力诱导相变增韧、微裂纹增韧和表面压应力三种。相变增韧不但存在于2 ZrO陶瓷中，将ZrO相颗粒加入其它陶瓷材料中也能产生相变增韧的效果。 22 ***ZrO相变增韧 2 ZrO存在三种晶型，立方、四方、单斜。 2 23701100ÝÝ||88立方四方单斜{{ 88 其中四方向单斜的相变伴随有较大的体积变化,7,，这种相变体积变化是相变增韧的基础。 ***应力诱导相变增韧 分散于陶瓷基体内的四方ZrO相颗粒，从高温向低温变化，当温度低于1100?时，2 由于陶瓷基体的约束，不能发生四方向单斜的相变，四方ZrO相颗粒以亚稳态的形式存在2 于室温，当陶瓷基体受到外力的作用，解除了对四方ZrO相颗粒的约束，四方ZrO相颗粒22就发生相变，降低裂纹尖端的应力场强度，达到增强、增韧的目的。 ***微裂纹增韧 分散于陶瓷基体内的四方ZrO相颗粒，在降温过程或受力后相变，在裂纹尖端产生多2 条微裂纹，从而增大了断裂表面能，达到增韧的效果。 ***表面增韧 分散于陶瓷基体表面的四方ZrO相颗粒，由于在一个面上没有受到约束，相对于基体2 内的四方ZrO相颗粒，比较容易相变，在降温或受力后，表面的四方ZrO相颗粒发22 生相变，产生体积膨胀，使得陶瓷材料的表面受到压应力，达到增强、增韧的效果。 ***弥散增韧 在陶瓷基体中渗入具有一定颗粒尺寸的微细粉末，达到增韧的效果，这称为弥散增韧。这种细粉料可以是金属粉末，加入陶瓷基体之后，以其塑性变形，来吸收弹性应变的释放能，从而增加了断裂表面能，改善了韧性。细粉料也可以是非金属颗粒，在与基体生料颗粒均匀混合之后，烧结时，多存在于晶界相中，以其高弹性模量和高温强度增加了整体的断裂表面能，特别是高温断裂韧性。 ***纤维增韧 在陶瓷中加入高弹性模量的纤维，纤维均布于陶瓷基体中，受力时，由于纤维的强度及弹性模量高，大部分应力由纤维承受，减轻了陶瓷的负担，而且纤维还可以阻止裂纹扩展，起到增韧的作用。 ***层状化增韧 将陶瓷材料层状化，增加裂纹扩展时的阻力，也能达到增强、增韧的效果。层状结构可以使裂纹扩展时发生偏转。 ***纳米陶瓷 具有纳米级晶粒尺寸的陶瓷材料为纳米陶瓷。纳米级晶粒尺寸使得陶瓷材料的性能得到改善，目前已有纳米AlO、ZrO、TiO、SiN、SiC等陶瓷粉料和陶瓷制品。 232234 ***硅酸盐水泥 硅酸盐水泥在建筑上主要用于配制砂浆和混凝土，作为大量应用的工程材料，其最重要的性质是强度、体积变化以及与环境相互作用的耐久性。其中，水泥的强度是评比水泥质量的重要指标，是划分标号的依据。影响水泥强度的因素很多，主要有浆体组成、熟料矿物组成、水灰比、水化程度、温度与压力等。 ***硬化水泥浆体 硬化水泥浆体是由无数钙矾石的针状晶体和多种形貌的C,S,H，再夹杂着六方板状的氢氧化钙和单硫型水化硫铝酸钙等晶体交织在一起而形成的，它们密集连生交叉结合，又受到颗粒间的范德华力或化合键的影响，硬化水泥浆就成为由无数晶体编织而成的“毛毡” 而具有强度。 ***玻璃 玻璃是无机氧化物的熔融混合物，它们并没有特有的固定的组成。玻璃按组分可分为三种主要类型:钠钙硅、硼硅酸以及铅硅酸玻璃。 ***钢化玻璃 如果能在玻璃表面层中产生“永久性”压应力，就可以使生产的玻璃制品的强度比常规状态高。要使这样的制品发生断裂，就需要较高的张应力，这是因为在使这类表面缺陷承受张应力之前，必须先克服表面的压应力。经过处理而使表面处于压应力状态的玻璃被称为钢化玻璃。 *大分子链 大分子链是组成高分子材料(也称为聚合物)的基本单元。大分子链的分子量很大(通常几万，再大者可达数百万)，主要是由C、H、O、N、P、S等原子以共价健方式成链。这种分子链被称为大分子链。按其主链所包含原子的种类，可分为:?碳链高分子化合物，主链全部为碳原子、如聚烯烃、聚二烯烃等(表3-1-1);?杂键高分子化合物,主链除碳原子外,还可有O、N、P、S等元素, 这类高分子化合有聚酯、聚醚、聚酰胺等(表3-1-2);?元素有机聚合物，主链是由Si、 Ti、 Al、 B等原子和O原子构成, 侧基一般为有机基团,如有机硅树脂、有机硅橡胶等。 分子量(molecular weight) 分子量是分子中各原子量的总和。 单体(monomer) 单体是能自身聚合或与其他类似的化合物共聚而生成聚合物的简单化合物。 聚合物(polymer) 聚合物是由聚合生成的具有重复链节的化合物。 链节(monomeric unit) 链节是聚合物分子链上，含与真实单体或假想单体相同原子种类和原子数目的重复单元。 聚合度 大分子链中链节的重复次数, 称之为聚合度。 分子量的多分散性 高分子化合物是由大量的大分子链组成的。各个大分子链的链节数不同，大分子链的长短不同、分子量也不同，高分子化合物中大分子链分子量不等的现象称为分子质量的多分散性。这是高分子化合物的一大特点，这种分子量的分散性决定了高分子化合物的物理、力学性能的大分散度。 官能度 官能度是指在一个链节上能接上新分子的位置数。 加聚反应 加聚反应是指由一种或多种单体相互加成而连接成聚合物的反应。 缩聚反应 缩聚反应是指由一种或多种单体相互混合而连接成聚合物的同时析出(缩出)某种低分子物质(如水、氨、醇、卤化氢等)的反应。 *构型(configuration) 分子链中各种基团的空间分布称为分子链的构型。 线型，支化型,体型 大分子链的形状有三种: 线型,支化型,体型(或网型)(图3-1-6)。 线型高分子的结构是整个分子链呈细长线条状，通常卷曲成不规则的线团，但受拉时可以伸展为直线。 支化型大分子链的结构是在大分子主链节上有一些或长或短的小支链，整个大分 子呈树枝状。 体型高分子的结构是大分子链之间通过支链或化学键连接成一体的所谓交联结构，在空间呈网状。 构象(conformation) 由于单键内旋引起的原子在空间占据不同位置所构成的分子链的各种形象，即为大分子链的构象。 单键内旋 组成大分子链的每个单键,都有一定的键长和键角，并且能在保持键长和键角不变的情况下任意旋转。每个单键围绕相邻单键按一定角度进行的旋转运动称为单键的内旋转。 柔顺性 大分子链由于构象变化，获得不同卷曲程度的特性为大分子链的柔顺性。柔顺性与大分子链中单键内旋的难易程度有关。 无定型 无定型结构也称为非晶态结构。 结晶度 高分子化合物中结晶区所占的重量百分数即为结晶度 玻璃化转变温度(Tg) 高分子化合物在玻璃态和橡胶态之间的转变温度。 玻璃态 在Tg温度以下，高聚物的弹性模量较高,较刚、硬，称之为玻璃态。 橡胶态 在Tg温度以上，高聚物表现出柔软而富有弹性，如橡胶，故这一阶段称之为高弹态或橡胶态。 粘流态 当温度高于T后, 变形量随温度升高进一步迅速增加, 高聚物开始产生粘性流f 动, 处于所谓粘流态。 粘流温度(软化温度) T为高弹态与粘流态间的转变温度， 叫做粘流温度或软化温度。 f 熔点[melting point] 熔点是固体熔化的温度。 *老化 材料在环境作用下逐步失效的过程。 降解(degradation) 降解是由气候、热、光、氧、射线等作用引起的大分子链断裂或化学结构发生失效的过程。 交联(cross link) 交联是在橡胶分子链之间或同一分子链内嵌入交联键，形成网状结构的过程 热固性塑料(thermosetting plastics) 热固性塑料为体型结构，其成型加工是用相对低分子量的粘稠体和固化剂混合，在一定温度和压力下发生聚合反应，在成型时产生强烈地交联，形成三维网状结构。网状结构一旦形成后不能改变，所以不可循环使用。 热塑性塑料(thermoplastics) 热塑性塑料是线型链状结构，加热时是软的，可注射入模子成型，在取出前需冷却，成型过程中不发生进一步聚合，可反复多次成型。 *橡胶 橡胶是在线型链状结构中形成少量的交联，具有较好弹塑性的一类高分子材料。 拉拔强化 和金属冷拉可以造成强烈的加工硬化类似,一些高分子材料在Tg温度附近冷拉,也可使其强度和弹性模量大幅度提高,称之为拉拔强化。 橡胶增韧 橡胶增韧是指在塑料等高分子材料中掺入橡胶粒子以达到增韧目的的一类工艺。 *聚乙烯(polyethylene) 聚乙烯是以乙烯为单体聚合制得的聚合物。英文缩写PE。聚乙烯在塑料总产量中居首位。聚乙烯具有优良的力学性能,绝缘性、耐寒性、化学稳定性、吸水性和低透气性,无毒,易于加工成型。 聚氯乙烯 polyvinyl chloride 聚氯乙烯是氯乙烯 的聚合物。英文缩写PVC。聚氯乙烯是仅次于聚乙烯的第二大塑料品种。玻璃化温度80,85?C,密度1.35,1.45克/厘米 ,使用温度-15,60?C。PVC 具有优良的耐酸碱、耐磨、耐燃及绝缘性能,与大多数增塑剂的混合性好,因此可大幅度改变材料的力学性能。加工性能优良,价格便宜,但对光、热稳定性差,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。英文缩写PS。聚苯乙烯结构式为 ,[-CH-CH-], 是2n典型的线型无定型高聚物, 由于有取代基苯环, 结晶度低, 柔顺性差,所以具有较大的刚度。它比重小，几乎不吸水，具有优良的耐蚀性，电阻大，是很好的隔热、防震、防潮和高频绝缘材料。聚苯乙烯添加发泡剂后可制成泡沫塑料，比重 3只有0.033g/cm, 是隔音、包装、救生的极好材料。 *ABS塑料 ABS塑料是丙烯腈 (A)、 丁二烯 (B)、 苯乙烯 (S)，3种 单体 的接枝共聚物。实际上往往是含丁二烯的接枝共聚物与丙烯腈、苯乙烯共聚物(AS或SAN)的混合物。ABS是一种强度高,韧性好,耐油,耐酸、碱、盐及化学试剂,综合性能优良,易于加工成型的高分子材料。 聚酰胺(polyamide) 聚酰胺俗称尼龙, 英文缩写PA，这种热塑性塑料或由二元胺和二元酸缩聚而成,或由氨基酸脱水成内酰胺再聚合而成。结构式分别为 [-NH(CH)-NHCO0(CH)-CO-]和[-NH(CH)CO-]。根据胺与酸中的碳原子数或2m2n-2n2N-1n 氨基酸中的碳原子数，分别命名为尼龙66, 尼龙6等品种。 氟塑料 氟塑料是含氟塑料的总称。机械工业中应用最多的是聚四氟乙烯(F-4), 其结构式为[-CF-CF-]。 22n 聚甲基丙烯酸甲脂(polymethacrylates) 聚甲基丙烯酸甲脂，俗称有机玻璃, 英文缩写PMMA，结构式为 , [-CH-C-], 是2n典型的无定形结构,取代基为极性集团。 酚醛塑料 酚醛塑料，英文缩写PF，是由酚类和醛类在酸或碱的催化下缩聚而成的酚醛树脂,再加入添加剂而制得的高聚物,应用最多的酚醛树脂是苯酚和甲醛的缩聚物。 环氧塑料 环氧塑料，英文缩写EP，是环氧树脂加固化剂后形成的热固性塑料,常用固化剂为胺类和酸酐类。 复合材料(composite materials) 复合材料是由两种或两种以上的组分材料通过适当的制备工艺复合在一起的新材料，其既保留原组分材料的特性，又具有原单一组分材料所无法获得的或更优异的特性。 基体(matrix) 复合材料中占主要组分的材料称为基体。 *增强材料(reinforced materials) 增强材料是复合材料的重要组成部分，相对基体而言，主要起到增强作用。复合材料中的增强材料就其形态而言，主要有纤维及其织物、晶须和颗粒。就其组成的性质而言又可分为有机增强材料、金属增强材料和无机非金属增强材料(见,图18)。 *混合法则(Rule of Mixtures) 在复合材料中，在已知各组分材料的力学性能、物理性能的情况下，复合材料的力学性能(如强度、弹性模量)和物理性能(密度、电导率、热导率、热膨胀系数等)主要取决于组成复合材料的材料组分的体积百分比(vol.%)，可用下 ( 1.5.1 ) 式表示: N P,PV,iic,1i 式中P 表示复合材料的某性能，如强度、弹性模量、密度、电导率、热导率、c 热膨胀系数等;P 表示各组分材料的对应复合材料的某性能;V表示组成复合材i 料各组分的体积百分比(vol.%);下标i表示组成复合材料的组分数(包括基体、若干增强材料)。上式称之为混合法则。 复合材料增韧机制 复合材料在受冲击载荷时材料发生破坏(断裂)，其韧性大小取决于材料吸收冲击能量大小和抵抗裂纹扩展的能力。以纤维增强复合材料为例，主要有纤维的拔出、纤维与基体的脱粘、纤维搭桥等增韧机制。除了上述增韧机制外，在颗粒、短纤维和晶须增强复合材料中，由于增强材料的存在，阻碍了裂纹在基体中的扩展，在增韧方面，还存在有裂纹偏转、微裂纹增韧等机制。此外，在陶瓷基复合材料中，利用氧化锆的相变产生的体积效应，引起基体产生微裂纹，从而增加陶瓷基复合材料的韧性，这种方法称之为相变增韧机制。 复合材料中界面作用 在复合材料中，界面往往起到把载荷由基体传递到纤维的传递作用。此外，复合材料的界面还起到诱导作用、阻断作用、散射及吸收作用等。为了保证界面的作用，纤维与基体之间要有一定的粘结，并且两者之间的结合与增强材料及基体的性质有关。除此之外，复合材料界面的结合方式、界面结构和性质会直接影响和控制复合材料的性能。 玻璃纤维 玻璃纤维是纤维增强材料中的一种。玻璃纤维具有耐高温、耐腐蚀(除碱外)、热膨胀系数小等特点，但不耐磨、脆而易折。玻璃纤维与其它纤维相比，其价格便宜，品种多，适合编织制成各种玻璃织物，因而广泛应用于航空航天领域，尤其是民用领域，如建筑材料、交通工具、体育用品等玻璃纤维增强复合材料中。 芳纶纤维 芳纶纤维是目前主要用于聚合物基复合材料的一种有机纤维，是美国杜邦公司(Dupont)在1968年研制成功的，并在1973年正式以Kevlar作为其商品名。3芳纶纤维的密度仅为1.44 g/cm，其抗拉强度高达3.4GPa，模量为59,190GPa，因此其比强度和模量均优于玻璃纤维，特别是比强度甚至高于一般碳纤维和硼纤维。和其它的有机纤维(如聚乙烯、尼龙和聚酯纤维)相比，耐热性较高，象Kevlar49纤维的抗拉强度长期在150?下几乎不变，在427?下不分解，在,190?低温下不变脆，并且在高温下不易变形，尺寸稳定，特别是其柔韧性好，抗冲击，耐酸、碱。但芳纶纤维制成的聚合物基复合材料层间抗剪强度较低。 碳纤维 碳纤维是纤维增强材料中的一种。根据原材料不同分为人造丝(粘胶纤维)、聚丙烯腈(PAN)碳纤维和沥青基碳纤维。经过碳化和石墨化后，可以分别得到高强度碳纤维、超高强度碳纤维、高模量碳纤维、超高模量碳纤维、高强度高模量碳纤维等。 与玻璃纤维相比，碳纤维比强度和比模量有明显提高。此外，碳纤维导热、导电，耐化学腐蚀性好，但仍然较脆，且抗氧化性差。碳纤维不仅作为玻璃纤维的代用品，用于聚合物基复合材料，而且适用于金属基复合材料。因此，碳纤维 成为航空航天领域所用先进复合材料中不可缺少的增强材料。 *硼纤维 硼纤维是在金属丝上沉积硼而形成的无机纤维。通常用氢和三氯化硼在炽热的钨丝上反应,置换出无定形的硼沉积于钨丝表面获得。属脆性材料,抗拉强度约3500MPa,弹性模量400 GPa,密度只有钢材的1/4,抗压缩性能好;在惰性气体中,高温性能良好;在空气中超过500?C时,强度显著降低。是良好的增强材料,可与金属、塑料或陶瓷复合,制成高温结构用复合材料。由于其高的比强度和比模量,在航空、航天和军工领域获得广泛应用。 碳化硅纤维(Whisker) 碳化硅纤维是陶瓷纤维，具有陶瓷特征，抗氧化、耐腐蚀，与金属基体一般不发生反应，湿润性好，且价格便宜，可用作聚合物基、金属基和陶瓷基复合材料的增强材料。碳化硅纤维增强复合材料主要可用于航空航天、汽车结构部件和运动器械(滑雪板、网球拍) 晶须(whisker) 晶须是一种直径为零点几至几个微米的针状单晶体纤维材料。在单晶体中的原子排列非常整齐，几乎没有多晶材料中存在的各种缺陷，如杂质、空穴和位错等，因此从强度而言，晶须的强度接近理论极限。 功能材料(functional materials) 功能材料是与结构材料相对应的另一大类材料，主要利用材料的光学、电学、磁学等性能。 一次功能 当向材料输入的能量和从材料输出的能量属于同一种形式时，材料仅起能量传递的作用，材料的此种功能为一次功能。 二次功能 当向材料输入的能量和从材料输出的能量不属于同一种形式时，材料起能量转换作用，材料的此种功能为二次功能。 电学性能 *导电性(conductivity) 导电性是材料所具有的传导电流的性质。 ,电阻率 (electric resistivity) 电阻率是单位横截面积、单位长度的物质的电阻值，表征材料对电流的阻碍能力的物理量。 电导率 (conductivity) , 电导率是电阻率的倒数，表征材料导电能力的物理量。 载流子 简单地说, 材料能导电是由于在电场作用下材料中产生了电荷的定向运动,而电荷的运动是通过一定的微观粒子来实现的。将带电荷的微观粒子统称为载流子,可以是自由电子或空穴;也可以是正、负离子或空位。前者为电子电导，后者为离子电导。 *迁移率 , 电导率的大小应该与载流子的数目有关系，还应该与载流子的运动速度有关。nv v,,,为了表征这个关系，人们定义了迁移率的概念，，物理薏义是在单位电E ,,nq,q场作用下载流子的运动速度，这样可得到的关系，为载流子所带电荷。 *本征半导体 具有禁带宽度小于2ev能带结构的材料为半导体。无掺杂的单质半导体为本征半导体。 *n型半导体 以电子为主要导电载流子的半导体材料被称为N型半导体，也叫做施主型半导体，因为在本征半导体中添加了施主杂质。 *P型半导体 以空穴为主要导电载流子的半导体材料被称为P型半导体，也叫受主半导体，因为在本征半导体中添加了受主杂质。 固体电解质(solid electrolyte) 固体电解质是具有离子导电性的固态物质。这些物质或因其晶体中的点缺陷或因其特殊结构而为离子提供快速迁移的通道,在某些温度下具有高的电导 率(1,610西门子/厘米),故又称为快离子导体。 *超导性(superconductivity) 某些物质在一定温度条件下电阻降为零的性质被称为超导性。材料表现超导性的条件实际有三个:?超导体进入超导态时,其电阻率实际上等于零。从电阻不为零的正常态转变为超导态的温度称为超导转变温度或超导临界温度,用T c 表示。 ?外磁场可破坏超导态。只有当外加磁场小于某一量值H c 时才能维持超导电性,否则超导态将转变为正常态,H c 称为临界磁场强度。H c 与温度的关系2为H c ?H 〔1-(T/T c ) 〕,H 是T=0K时的临界磁场强度。 00 ?超导体内的电流强度超过某一量值I c 时,超导体转变为正常导体,I c 称为临界电流。 超导体变为超导态后,除电阻为零外，体内的 磁感应强度也 恒为零,即超导体能把 磁力线 全部排斥到体外,具有完全的抗磁性。另外，超导体具有能隙。 *低温超导材料(low temperature superconducting material) 具有低临界转变温度，在液氦温度条件下工作的 超导材料。 *高温超导材料(high temperature superconducting material) 具有高临界转变温度，能在液氮温度条件下工作的 超导材料 。 绝缘性 绝缘性通常是指材料阻滞热、电或声通过的能力。 极化率(polarizability) 极化率是衡量原子、离子、分子在电场作用下极化强度的微观参数, 通常用α表示,α为原子、离子、分子在电场作用下形成的偶极矩与作用于原子、离子、分子上的有效内电场之比。 *极化强度(polarization) 极化强度是电介质单位体积中电偶极矩的矢量和。 ,介质极化系数 为了将极化强度P和宏观实际有效电场E相联系, 人们定义, 式中为P,,,E,00 ,12真空介电常数，,,8.85，10F/m(法/米), 为电介质的极化系数，是个无量,0 纲的数。 绝对介电常数、相对介电常数 ,,r D电介质在电场E中极化后产生的电场可用电感应强度表征, D,,E，P,,E，,,E,,E(1，,),,,E,,E, 式中为电介质的绝对介电,00000r 常数, 为电介质的相对介电常数, 也是一个无量纲的数，,,,/,,可见,r0r 。绝对介电常数、相对介电常数都是物理学中讲平板电容时引入的参,,1，,r 数, 表征电介质极化并储存电荷的能力，是个宏观物理量。 电子位移极化 在外电场作用下,原子外围的电子云相对于原子核发生位移形成的极化叫电子位移极化,也叫形变极化。 离子位移极化 离子晶体在电场作用下离子间的键合被拉长, 导致电偶极矩的增加, 被称为离子位移极化,象Nacl在电场作用下就会发生位移极化。 偶极子取向极化 偶极子取向极化是极性电介质的一种极化方式。组成极性电介质中的极性分子具有恒定的偶极矩。无外加电场时，这些极性分子的取向在各个方向的几率是相等的，就介质整体来看，偶极矩等于零。在电场作用下，这些极性分子除贡献电子极化和离子极化外，其固有的偶极矩将沿外电场方向有序化，沿外场方向取向的偶极子比和它反向的偶极子的数目多，所以介质整体出现宏观偶极矩。这种极化现象为偶极子取向极化。 松弛极化 当材料中存在着弱联系电子、离子和偶极子等松弛质点时，热运动使这些松弛质点分布混乱，而电场力图使这些质点按电场规律分布，最后在一定温度下，电场的作用占主导，发生极化。这种极化具有统计性质，叫作松驰极化。松驰极 化是一种不可逆的过程，多发生在晶体缺陷处或玻璃体内。 电介质的击穿 电介质只能在一定的电场强度以内保持绝缘的特性。当电场强度超过某一临界值时，电介质变成了导体，这种现象称为电介质的击穿，相应的临界电场强度称为介电强度或击穿电场强度。 介质损耗 将电介质在电场作用下，单位时间消耗的电能叫介质损耗。 *氧化铝、氧化铍、碳化硅及氮化铝 氧化铝、氧化铍、碳化硅及氮化铝是几种新型高性能介电陶瓷材料。可作为集成电路基板材料。其中的氧化铝应用最为普通。氧化铝陶瓷介电损耗低，电性能与温度的关系不大，机械强度高，化学稳定性好，已被广泛应用于基板材料。氧化铍的最大优点是导热系数高，介电常数较低，但由于其毒性大，价格高而限制了其应用。碳化硅的导热性优于氧化铝，但烧结困难。近年来，氮化铝基板由于其得天独厚的优点，已引起国内外的普遍关注。日本商品化AlN的热传导率已达260W/m.k, 是目前普遍使用的氧化铝的10倍,而其他电性能与AlO相当。目前23氮化铝作为基板使用要解决的是其金属化技术的可靠性,多层布线技术及降低成本等问题。 光学性能 光透射(transmittance) 光透射是指光对介质的穿透现象。 吸收(absorption of light) 光的吸收是光在介质中传播时部分能量被介质吸收的现象 *反射(reflection) 光反射是指光被表面折回的现象，遵循光的反射定律，既反射角等于入射角。这种反射为镜反射。 *折射 当光从一种介质1进入另一种介质2时, 其速度和传播方向发生变化，即发生了折射。与界面法向形成入射角和折射角(图3-2-17), 与间关系与两iiii2211 种材料的折射率有关。 sin inv111， 式中、分别为光在材料1和材料2中的传播速,,n,vv2112sin inv222 度, 为材料2相对于材料1的折射率。 n21 折射率还与入射光的频率有关，随频率的减小(或波长的增加)而减小，这种性质称为折射率的色散。 光子 光具有波动和微粒二重性，当考虑光与电子之间的能量转换时，把光当成粒子来看待，称为光子。光子是最早发现的构成物质的基本粒子之一。光子所具有的能 c量不是连续的，而是与其频率有关，光子能量，式中为光的频率，E,hz,hvv, ,34,1,h为光的波长，为普朗克常数， h,6.6.2，10J,S 选择吸收 材料对不同波长的光的吸收能力不同，对某种波长的光吸收率很高，而对另外一些波长的光吸收率很低，这种现象被称为选择吸收。 *漫反射(diffuse reflection) 当光线照射到一粗糙不平的表面，则在局部位置入射角的实际大小并不一样，因而反射光的方向也不一致，形成了漫反射。 *光泽 光泽是材料表面在光照条件下所显现出的色泽，光泽与镜反射和漫反射的相对含量密切相关，当镜反射光带宽度窄但强度高时，可以获得高的表面光泽。 透光性 透光性是指光对介质的穿透能力。 *荧光材料 荧光材料是一类发光材料。由于当外界任一形式的能量将电子由价带激发至导带后,该电子又返回到价带时发出的光子频率在可见光范围内，所以材料发光。 ,8如果在激发除去之后的内，电子跳回价带时，同时发光。这种光为荧光，10S 该发光材料为荧光材料。 磷光材料 磷光材料是一类发光材料。发磷光的材料含有杂质，并在禁带中建立施主能级。当激发的电子从导带跳回价带时，首先跳到施主能级上并被捕获。当电子再从捕获陷阱溢出返回价带时，才会发光，因而延迟了发光的时间(图3-2-25c)。通常人们把这种激发停止后一定时间内能够发光的材料称为磷光材料。 粒子数反转 粒子数反转是产生激光的必要条件, 即通过使高能级上的电子数多于低能级的电子数，从而实现受激辐射几率大于吸收几率。 光导纤维 (optical waveguide fibre) 光以波导方式在其中传输的光学介质材料，简称光纤。光导纤维由纤芯和包层两部分组成。有两种纤维结构可以形成波导传输,即阶跃(折射率)型和梯度(折射率)型。阶跃型光导纤维的纤芯与包层间折射率是阶梯状的,纤芯的折射率大于包层,入射光线在纤芯和包层间界面产生全反射,因此呈锯齿状曲折前进。梯度型光导纤维的纤芯折射率从中心轴线开始向着径向逐渐减小。因此,入射光线进入光纤后,偏离中心轴线的光将呈曲线路径向中心集束传输,光束在梯度型光导纤维中传播时,形成周期性的会聚和发散,呈波浪式曲线前进。故梯度型光导纤维又称聚焦型光导纤维。 全反射(total reflection) 全反射是光从光密介质射向光疏介质且当入射角大于临界角时,光被界面全部反射回原介质不再进入光疏介质中的现象。 光存储材料 光存储材料是通过调制激光束，以光点的形式把信息编码记录在镀膜介质中的一类功能材料。根据存储方式不同，光存储材料可分为三种类型，?只读式，?一次写入多次读出，?可擦重写方式。 光电转换材料(photoelectric conversion material) 光电转换材料是将太阳能转换为电能的一类材料。主要用于制作太阳能电池。 磁学性能 *磁感应强度(magnetic induction) 任何物质在外磁场作用下，除了外磁场外，由于物质内部原子磁矩的有序排列，还要产生一个附加磁场。在物质内部，外磁场和附加磁场的总和称之为磁感应强度,是矢量,常用符号B表示。在国际单位制(SI)中,磁感应强度的单位是特斯拉,简称特(T)。 介质磁导率(magnetic permeability) 磁导率是描述磁介质磁性的物理量之一。常用符号μ表示,等于磁介质中磁感应强度B与磁场强度H之比。 相对磁导率 相对磁导率是描述磁介质磁性的物理量之一，其定义为磁导率μ与真空磁导率μ 之比。 0 磁化强度(magnatization) 描述磁介质磁化状态的物理量，常用符号M表示。定义为单位体积内分子 磁矩 m的矢量和。在国际单位制(SI)中,磁化强度M的单位是安培/米(A/m)。 *磁化率(magnetic susceptibility) 表征磁介质属性的 物理量 。常用符号χ 表示,等于磁化强度M与磁场强度Hm 之比,即 M= χH m 抗磁性 根据磁化强度的大小、正负，可将磁性分为抗磁性、顺磁性、铁磁性和反铁磁性四类(图3-2-32)。 ,当磁化强度为负值时，物质表现出抗磁性。抗磁性一般较弱，磁化率为负 ,5值，在量级。金属等具有这种性质。周期表中前18种元素的Bi,Cu,Ag,Au10 单质表现为抗磁性,而且这些元素构成了陶瓷材料中几乎所有的阴离子,故陶瓷材料的大多数原子是抗磁性的。 顺磁性 M当磁化强度与外磁场方向一致，为正值且与磁场强度成正比时，物质为顺磁性。顺磁性的大小还与温度有关，温度越高，顺磁磁化率越小。顺磁物质的磁化 ,5率一般也很小，室温下约。一般含有奇数个电子的原子或分子，电子未填满10 壳层的原子或离子如过渡族单质、稀土、锕系及铝、铂等金属都属于顺磁物。 铁磁性 3对于铁、钴、镍这几种金属，磁化率均为正，且可达10数量级,属于强磁性物质,这种磁性称为铁磁性。铁磁体的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超过这一温度，铁磁性转变为强顺磁性。这个温度称之为居里点。 *反铁磁性 反铁磁性物质磁性特征是磁化率几乎为零。这种现象的存在与温度有关，只在某 T,T个温度以下存在，这个温度称为尼尔点T。当，反铁磁体与顺磁体有相同nn MnO的磁化行为。反铁磁性物质大都是非金属化合物，如。 磁滞回线(hysteresis loop) 磁滞回线是显示磁滞现象的闭合磁化曲线。 剩磁(residual magnetism) 剩磁是移去外加磁场，仍保留在试件中的磁性。 *矫顽力(coercivity) 铁磁体磁化到饱和后，使他的磁化强度或磁感应强度降低到零所需要的反向磁场称为矫顽力。 磁致伸缩 当铁磁体磁化状态改变时，磁体的尺寸及形状会变化，这种现象叫磁致伸缩。定 ,义沿磁化方向单位长度发生的变化为磁致伸缩系数。磁化强度饱和时的磁致伸 ,缩系数是材料常数。 s 磁矩(magnetic moment) 描述载流线圈或微观粒子磁性的物理量。平面载流线圈的磁矩定义为m=iSn 式中i为电流强度;S为线圈面积;n为与电流方向成右手螺旋关系的单位矢量。 交换作用 交换作用是指处于不同原子的、未被填满壳层上的电子之间发生的特殊相互作用。由这种交换作用所产生的交换能J与晶格的原子间距有密切关系(图3-2-36)。当原子间距离很大时，J接近于零,随着距离的减小,相互作用增加。当原子间距a与未被填满的电子壳层的直径D之比大于3时,交换能为正值,材料 a/D,3呈现铁磁性;当时,交换能为负值,材料呈现反铁磁性 磁畴 915-93磁畴是磁矩方向一致的小区域，含有10,10个原子,体积约10cm。磁畴的形成是由于近邻原子间的交换作用。 *自发磁化 铁磁体内部自发地形成了磁化到饱和的小区域,磁畴。铁磁体的这种作用不是依赖外磁场的作用，因此称为自发磁化。自发磁化是铁磁物质的一个基本特性，是其与顺磁物质的区别所在。 软磁材料 软磁材料是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料 。软磁材料易于磁化,也易于退磁,广泛用于电工设备和电子设备中。应用最多的软磁材料是铁硅合金(硅钢片)以及各种软磁铁氧体等。 硬磁材料(permanent magnetic material) 硬磁材料也称为永磁材料，具有宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁,一经磁化即能保持恒定磁性的材料。 *磁记录材料 磁记录材料是主要被用于磁记录的一类材料，其原理是利用磁头气隙中随信息变化的磁场将磁记录介质磁化，即将随时间变化的信息磁场转变为磁记录介质按空间变化的磁化强度分布，经过相反的过程，可将记录的信息经磁头重放出来(图,3-2-43)。磁记录材料是作为硬磁材料来应用的,但它与传统硬磁材料不同,它往往不是以块状形态使用。 铁氧体 铁氧体是含铁酸盐的陶瓷磁性材料，按材料结构分，铁氧体有尖晶石型、石榴石型、磁铅石型、钙钛矿型、钛铁矿型和钨青铜型等六种。 *亚铁磁性 铁氧体磁性与铁磁性相同之处在于有自发磁化和磁畴，因此有时也被统称为铁磁性物质。但其也有与铁磁物质不同之处，表现在铁氧体一般都是多种金属氧化物复合而成，因此铁氧体中有两种取向不同的磁矩，它们方向相反，大小不等，两种磁矩之差就产生了自发磁化现象，所以严格地说，铁氧体磁性称为亚铁磁性。 第五章 零件失效分析与选材原则 失效(failure) 所谓失效就是产品失去了规定的功能，而这规定的功能是指国家有关法规、质量标准以及合同规定的对产品适用、安全和其他特性的要求。 失效分析( failure analysis) 失效分析就是判断失效产品的失效模式、查找产品的失效机理和原因，提出预防再失效的对策这样一系列的技术活动和管理活动。失效分析的对象是失效产品及其相关的失效过程，因此它是一种全过程全方位的分析。 *失效模式 (failure mode) 失效模式是指失效的外在宏观表现形式、过程规律和失效机理。 失效机理( failure mechanism) 失效机理是指失效的物理、化学变化的本质和微观过程。既要分析微观上原子、分子尺度和结构的变化，也要涉及宏观的性能。根据机械失效过程中材料发生变化的物理、化学的本质不同和过程特征的差异，可作如下分类:变形、断裂、磨损、腐蚀等，对于具体的失效问题，往往是几种不同的材料变化机理引起的。 淬透性(hardenability) 淬透性表示奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，其大小是用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度来表示的。淬透性是钢的重要工艺性能。是选材和确定热处理工艺的重要依据。 *脆性断裂(brittle fracture) 脆性断裂是几乎不伴随塑性变形而形成脆性断口(断裂面通常与拉应力垂直，宏观上由具有光泽的亮面组成)的断裂。脆性断裂一般包括沿晶脆性断裂、解理断裂、准解理断裂、疲劳断裂、腐蚀疲劳断裂、应力腐蚀断裂、氢脆断裂等。 塑性断裂 与脆性断裂不同，塑性断裂是材料断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂方式。 穿晶断裂， 穿晶断裂又称晶内断裂，裂纹穿过晶粒内部。 沿晶断裂 沿晶断裂又称晶间断裂，它是多晶体沿不同取向晶粒间晶界分离的现象 *疲劳断裂(fatigue fracture) 疲劳断裂 指金属在循环载荷作用下产生疲劳裂纹萌生和扩展而导致的断裂，其断口在宏观上由疲劳源、扩展区和最后破断区三个区域构成，在微观上可出现疲劳条痕。 解理断裂(cleavage fracture) 解理断裂是金属在正应力作用下，由于原子结合键破坏而造成的沿一定的晶体学平面(即解理面)快速分离的过程，是一种脆性断裂。 *准解理断裂 准解理断裂是介于解理断裂和韧窝断裂之间一种过渡断裂形式，准解理的形成过程是首先在许多不同部位同时产生许多解理裂纹核，然后按解理方式扩展成解理小刻面，最后以塑性方式撕裂，与相邻的解理小刻面相连，形成撕裂岭。 韧窝断口 韧窝是金属塑性断裂的主要微观特征。它是材料在微区范围内塑性变形产生的显微空洞，经形核、长大、聚集最后相互连接而导致断裂后，在断口表面上所留下的痕迹。韧窝的大小包括平均直径和深度。影响韧窝大小的主要因素从材料方面讲为第二相的大小、密度、基体的塑性变形能力、形变硬化指数等，从外界条件讲与应力大小和加载速率有关。一般在断裂条件相同时，韧窝尺寸越大，表示材料的塑性越好。 纤维区，放射区，剪切唇 金属断裂的宏观断口通常可分为三个宏观特征区，即中间的纤维区，然后是放射区和剪切唇区，这就是所谓的断口宏观特征三要素。纤维区的宏观平面与拉伸应力轴垂直，呈粗糙的纤维状，断裂从这一区开始。放射区是裂纹由缓慢扩展向快速的不稳定扩展转化的标志，其特征是放射线花样，放射线方向为裂纹扩展方向。剪切唇区是最后断裂区，表面较光滑，与拉伸应力轴的交角约45?。对于不同的材料，不同的温度和受力状态，三个区域的位置、形状、大小及分布有所不同，有时在断口上也可能只出现一种或二种形貌特征。 磨损失效(wear failure) 磨损失效是物体表面相接触并作相对运动时，材料自该表面逐渐损失以致构件失效的现象。 粘着磨损(additive wear) 粘着磨损是一种严重的磨损方式，是相对运动的物体接触表面发生了固相粘着，使材料从一个表面转移到另一表面的现象 磨粒磨损 磨粒磨损也称为磨料磨损或研磨磨损，它是当磨擦偶件一方的硬度比另一方硬度大得多时，或者在接触面之间存在着硬质粒子时，所产生的一种磨损。 疲劳磨损 疲劳磨损是指两接触面作滚动，或滑动，或是滑动与滚动复合的磨擦状态，同时在高交变接触应力的作用下，使材料表面疲劳而产生物质流失的过程，也称表面疲劳磨损或接触疲劳磨损。 腐蚀磨损 腐蚀磨损是由于外界环境引起金属表层的腐蚀产物(主要是氧化物)剥落，及与金属磨面之间的机械磨损相结合而出现的现象。 *应力腐蚀(stress corrosion) 金属构件在静应力和特定的腐蚀环境共同作用下所导致的脆性断裂为应力腐蚀。断裂前没有预兆，不易预防，危害性极大。 *氢脆 由于氢渗入金属内部导致损伤，从而使金属零件在低于材料屈服极限的静应力作用下产生的失效称为氢脆。 氢致延迟断裂 金属材料在加工、制造及使用环境下很容易受到氢的侵入，而且随后在静应力作用下，会向应力高的部位扩散聚集，当聚集的氢含量达到一定的临界浓度时，使金属原子间结合力下降而导致断裂。由于氢的扩散聚集需要一定的时间，所以断裂的发生是在加载后的某个时间，故称之为氢致延迟断裂。 *腐蚀疲劳(corrosion fatigue) 腐蚀疲劳是在交变载荷和腐蚀环境协同、交互作用下发生的材料破坏过程 电极电位(electrode potential) 某电极与标准氢电极组成一特殊的原电池，其中标准氢电极规定为负极，所测得的这种电池的电动势，称为该电极的电极电位或称氢标电极电位。各种电极的氢标电极可以表示出电极与溶液界面间电位差的相对大小 *化学腐蚀(chemical corrosion) 化学腐蚀是金属在非电化学作用下的腐蚀(氧化)过程。通常指在非电解质溶液及干燥气体中,由纯化学作用引起的腐蚀， 电化学腐蚀(electrochemical corrosion) 电化学腐蚀是 在电解质溶液中或金属表面的液膜中,服从于电化学反应规律的金属腐蚀(氧化)过程 点蚀(pitting corrosion) 产生点状的腐蚀，且从金属表面向内部扩展，形成孔穴。 晶间腐蚀(intercrystalline corrosion) 晶间腐蚀是指金属材料或构件沿晶界产生并沿晶界扩展导致金属材料或物件的损伤。 缝隙腐蚀(crevice corrosion) 由于狭缝或间隙的存在，在狭缝内或近旁发生的腐蚀 老化(ageing) 高分子材料在加工储存和使用过程中由于对一些环境因素较为敏感而导致性能逐渐下降的现象称为高分子材料的老化。 热老化(thermal ageing) 高分子材料在热环境因素作用下而导致性能逐渐下降的现象称为高分子材料的热老化。高分子材料在真空中加热30分后损失一半重量所需要的温度称为半分解温度T，常用这个参量来表示高分子材料的热稳定性。 1/2 光老化 高分子材料在光线作用下而导致性能逐渐下降的现象称为高分子材料的光老化。 辐照老化 高分子材料在辐射线(α、β、γ、χ射线、快中子、慢中子、离子)辐照下而导致性能逐渐下降的现象称为高分子材料的辐照老化。 氧化老化(oxidation ageing) 高分子材料与空气中氧(臭氧)发生反应而引起高分子降解或交联称为氧化老化。 生物降解(biodegradation) 生物降解是在环境介质中，通过生物的复杂作用，将有机物分子分解的过程。 第四章材料工艺 名词解释 材料工艺: 制造材料本身，以及把材料制造成为人类所能利用的产品的过程，都必须通过一定的工艺才能实现，这一系列工艺称为材料工艺。材料工艺包含两个方面的内容， 一是材料的生产工艺，一是材料的加工工艺。 材料生产工艺:材料的生产工艺就是把天然原料(包括初级人造原料)经过物理和化学变化而变成工程上有用的原材料的工艺技术，如钢铁厂冶炼生产钢材、化工厂合成塑料颗粒的过程。 材料加工工艺:材料的加工就是把材料制备成具有一定形状尺寸和性能的制品的过程。主要指材料的成形加工、内部组织结构的控制以及表面处理等，如制罐厂把薄金属带制造成易拉罐、塑料厂生产出塑料制品的过程。 工艺性能:通常指材料可被加工的能力，也称加工性能。根据特定的制造方法要求，材料的加工性能包括可焊接性、可铸造性、可切削性、可成型性和可变形性等等。它是材料能否大量工业应用的一个重要因素。 冶金: 金属材料一般从矿石中提取，往往涉及到冶炼过程，因此金属材料的生产通称为冶金。根据工艺特点的不同可分为:火法冶金、湿法冶金、电冶金以及粉末冶金等。 火法冶金:火法冶金是指利用高温(超过金属熔点温度)从矿物中提取金属或其他化合物的方法，典型的例子是钢铁材料的冶炼。 湿法冶金: 利用溶剂，借助于氧化、还原、中和、水解、络合等化学作用，对原料中金属进行提取和分离，得到金属或其化合物的过程，称为湿法冶金。其优点是环境污染少，并且能提炼低品位的矿石，但成本较高。主要用于生产锌、氧化铝、氧化铀及一些稀有金属。 电冶金:电冶金是指应用电能从矿石或其它原料中提取、回收、精炼金属的冶金过程，一般仅指电解(电化学)冶金，包括水溶液电解和熔盐电解冶金。电冶金通常用于获得高纯度金属，如高纯铝、镁、钠等金属的生产。 粉末冶金:把原料粉末在固态条件下压制成型，通过加热烧结的方式得到制品的过程称粉末冶金。与陶瓷产品的生产工艺非常相近。多用于制造切削用的硬质合金(碳化钨、碳化钛等难熔碳化物的混合物)刀头，钨、铌、钽、钛等高熔点致密合金零件等。 陶瓷生产工艺:陶瓷生产工艺就是以相图和高温物理化学为理论基础的矿物合成工艺。主要步骤为:配料、压制成型、坯块烧结和后处理。陶瓷制品的生产工艺和加工工艺是通常是合二为一的，烧结成型之后除了磨削和抛光以外，几乎不进行任何加工，因此陶瓷的生产工艺直接影响到制品的性能。 陶瓷成型:陶瓷成型就是把准备好的原材料加工成一定形状和尺寸的半成品的过程。根据坯料(可塑泥料、粉料、浆料)的不同，成型的方法主要有以下几种:湿塑成型、注浆成型、干压成型、注射成型、热压成型等。 陶瓷烧结:将干燥好的坯体放到窑或炉内加热到高温，通过一系列物理化学变化， 成瓷并获得所要求的性能的过程就是烧结。日用瓷的烧结温度一般在1250-1450 ?烧结。在烧结过程中会发生膨胀、气体产生、收缩、液相出现、晶相的长大和转变等变化，随着这些变化，气孔率降低，体积密度增大，坯体转变成具有一定尺寸形状和强度的制品。 玻璃成型:熔融的玻璃在固化时，没有明显的凝固点，也没有体积的突变，材料的粘度连续变化，在液态流动性很好，可以进行吹制成型，也可以象金属一样进行铸造、轧制、拉丝和挤压。 单晶制备:单晶材料的制备关键使是避免多余晶核的形成，保证唯一晶核的长大，因此，要求材料纯度高，凝固过程过冷度低。目前单晶制备已发展成为一种重要的专门技术。按照单晶材料原子的来源，可以分为液相法、气相法和固相法，其中液相法应用较多，如单晶硅的制备。 铸造:铸造是将金属材料由液态直接凝固成型的一种通用方法，即将熔融金属浇注到型腔内，凝固后得到一定形状的铸件。成本低廉，能大批制造出内腔形状复杂的零件，但铸件的机械性能较差。 压力加工:对固态金属施加外力，通过塑性变形得到一定形状尺寸和性能的制品的过程就是压力加工。根据加工方式的不同，压力加工可分为锻造、轧制、挤压、拉拔、冲压等过程。压力加工的一个重要特点是可改善金属材料的机械性能，可以提高材料的强度和韧性。根据加工温度的不同，通常分为热加工和冷加工。 热加工:热加工是指在再结晶温度以上进行的加工过程(再结晶温度可近似用熔点的0.4倍来估计(以绝对温度表示)，如纯铁为450?)。锻造和热轧就是典型的热加工。热加工可以改善材料的内部组织结构，缺点是表面的氧化不可避免，影响表面质量，同时尺寸精度也较低，常常用于成形毛坯。 冷加工:冷加工是指低于再结晶温度下进行的加工过程。由于温度较低，冷加工过程不能产生回复和再结晶现象。冷加工过程中工件将不断受到加工硬化，使工件成形同时也得到强化。冷加工可以获得较精密的尺寸和良好的表面质量，多用于加工比较薄的产品。 焊接:焊接是使两个分离的固态物质借助于原子间结合力而连接在一起的连接方法，通过压结、熔合、扩散、合金化、再结晶等现象，而使金属零件永久地结合。焊接是一种高速高效的连接方法，广泛地用于制造桥梁、船舶、车辆、压力容器、建筑物等大型工程结构。焊接过程对材料的影响很大，是一个很重要的工艺过程。包括电弧焊、气焊、气体保护焊、电渣焊、压力焊和钎焊等等。 切削加工:切削加工是指利用各种刀具，单纯改变零件的外形和尺寸的物理加工过程。切削加工一般不引起材料内部组织和性能的变化(少量的加工硬化除外)，可提高零件尺寸精度和表面光洁度，或者获得其它手段不易得到的特殊的形状。金属的切削加工可分为车、铣、刨、钻和磨五种基本的方法。切削过程生产效率较低，成本较高。 注射成型(注塑):利用注塑机将熔化的塑料快速注入闭合的模具内，使之冷却固化，开模得到定型的塑料制品的方法。注塑过程包括加料、塑化、注射、冷却和脱模等工序。 挤出成型(挤塑):利用挤出机，借助柱塞或螺杆的挤压作用，使受热熔化的塑料连续通过口模成型的过程。挤塑主要用于生产各种热塑性的塑料板材、棒材、管材、异型材、薄膜、电缆护层等，具有生产效率高、用途广、适应性强等特点。 模压成型(压塑):将原料放入加热的模具型腔内，加压加热使塑料发生交联化学反应而固化，得到塑料制品的过程。模压通常在油压机或水压机上进行，整个工艺包括:加料、闭模、排气、固化、脱模和清理模具等工序。 吹制成型(吹塑):吹塑类似于吹制玻璃器皿，是制造塑料中空制品或薄膜等的常用工艺。通常是把挤塑、注塑得到的管状坯料，加热软化，置于对开的模具中，将压缩空气通入使其吹胀，紧紧贴于模具的内壁，冷却后脱模即得到制品。 浇铸成型(铸塑):类似于金属的铸造，将处于流动状态的高分子材料注入特定的模具，使之固化并得到与模具型腔一致的制品的过程。其特点是铸模的成本低，可以把塑料与其它材料包封在一起，但生产效率低，尺寸精度差。浇铸成型还可以用于橡胶制品的生产。 压延成型:压延成型是生产橡胶片材(胶片)的主要成型方法，类似于金属材料的轧制。压延成型就是使材料在相对旋转的加热辊之间被压延，而连续形成一定厚度和宽度的薄板材的过程。压延之后可以趁热通过压花辊，得到压花薄膜。 表面改性:为获得材料表面与内部不同的性能，可以借助许多特殊方法改变材料表面的化学成分、物理结构和相应的性能，或者获得新的薄膜材料，这就是表面改性。表面改性包括:离子注入、离子束沉积、物理气相沉积、化学气相沉积、等离子体化学气相沉积和激光表面改性等等。 离子注入: 离子注入就是在真空中把气体或固体蒸汽源离子化，通过加速后把离子直接注入到固体材料表面，从而改变材料表面(包括近表面数十到数千埃的深度)的成分和结构，达到改善性能之目的。 物理气相沉积: 用热蒸发或电子束、激光束轰击靶材等方式产生气相物质，在真空中向基片表面沉积形成薄膜的过程称为物理气相沉积。包括:蒸发镀膜、溅射沉积和离子镀膜等物理方法。 化学气相沉积: 利用气态物质在固体表面上进行化学反应，生成固态沉积物的过程，称为化学气相沉积。包括常压化学气相沉积、低压化学气相沉积、激光化学气相沉积、金属有机化合物化学气相沉积和等离子体化学气相沉积等。 激光表面改性: 利用激光产生的热量对工件表面进行处理的过程就是激光表面 改性。激光表面改性包括:激光相变硬化、激光表面熔融、激光涂敷、激光表面合金化等。其优点是:非接触式的处理，热变形小;可以局部加热，能量密度高，处理时间短，可以在线加工，能精确控制处理条件，便于自动化过程。缺点是:设备费用较贵，成本高;处理效率低，不适宜大面积处理等等。 金属雾化喷射沉积: 金属雾化喷射沉积是指将金属熔化成液态后，雾化为熔滴颗粒，然后直接沉积在具有一定形状的收集器上，从而获得大块整体致密度接近理论密度的金属实体的过程。 金属半固态加工:在金属凝固过程中，进行剧烈搅拌，或控制固—液态温度区间，得到一种液态金属母液中均匀地悬浮着一定固相组分的固—液混合浆料，这种浆料具有某种流变特性，可以方便地进行成型加工。利用这种金属浆料加工成型的方法，称为金属的半固态加工。半固态加工的主要流程包括:金属浆料制备、半固态铸造、半固态压力加工等。 自蔓延高温合成技术:自蔓延高温合成技术也称燃烧合成，是一种利用化学反应(燃烧)本身放热制备材料的新技术。其过程为把原料按一定比例混合成型，然后通过点火引燃，使其局部发生燃烧反应，并得到所需要的反应产物。同时，燃烧反应放出的热量足以使其它部分原料逐步燃烧，使整个坯料完全发生反应，获得具有所需的一定成分和结构的材料。