1什么是能源材料

1、1什么是新能源材料？答：新能源材料是指那些正在發(fā)展的,可能支撐新能源系統(tǒng)的建立,滿足各種新能源及節(jié)能技術(shù)所要求的一類材料,諸如太陽電池材料、儲氫材料、燃料電池材料、核能材料、熱電轉(zhuǎn)換材料等。2為什么要發(fā)展新型能源材料？答（1）人類社會對能源的需求不斷增加。（2）能源結(jié)構(gòu)發(fā)生變化（3）能源應(yīng)用形態(tài)有所改變（4）礦物能源面臨枯竭，礦物燃燒造成環(huán)境污染。（5）提高效率,降低成本（6）信息技術(shù)的發(fā)展要求電池小型化、輕型化、長的服務(wù)時(shí)間和工作壽命。環(huán)境保護(hù)的呼聲愈來愈高。（無毒、無污染）天然能源（石油、煤）在不斷消耗。航天領(lǐng)域（如衛(wèi)星用電）和現(xiàn)代化武器（軍事通信設(shè)備）對輕質(zhì)高能二次電池的需求迫切。3舉例

2、說明新型能源材料的應(yīng)用前景新型二次電池，儲氫材料及金屬氫化物鎳電池;鋰離子嵌入材料及液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池;聚合物電解質(zhì)鋰離子電池。在小型便攜式電子器件中獲得了廣泛應(yīng)用,在電動(dòng)工具、電動(dòng)車、照相機(jī)、手機(jī)、筆記本電腦等各種電子器件中也正在逐步得到應(yīng)用。鋰電池的應(yīng)用，航空航天衛(wèi)星上采用的電源電動(dòng)飛機(jī)電動(dòng)汽車,燃料電池發(fā)電燃料電池用于筆記本電腦，燃料電池用于電動(dòng)汽車，AIP燃料電池在艦艇上的應(yīng)用4什么是形狀記憶效應(yīng)答：具有一定初始形狀的固體材料，在某一低溫狀態(tài)下經(jīng)過塑性形變后（另一形狀），通過加熱到這種材料固有的某一臨界溫度以上時(shí)，材料又恢復(fù)初始形狀的效應(yīng)。材料在外力加載過程中，應(yīng)變隨應(yīng)力增加，將此材

3、料在一定溫度下加熱，則殘余應(yīng)變降為零，材料全部恢復(fù)原狀。5形狀記憶合金，形狀記憶高分子的記憶原理是什么答：形狀記憶高分子有固定相和可你相構(gòu)成，固定相的作用是初始形狀的記憶和恢復(fù)，第二次變形和固定則是由可逆相來完成。將材料加熱使成型以后，再施加外力變形，然后冷卻，凍結(jié)在變形態(tài)，經(jīng)受熱刺激后即可恢復(fù)原形。形狀記憶合金：材料在外力加載過程中，應(yīng)變隨應(yīng)力增加，產(chǎn)生彈性形變，卸載時(shí)，將此材料在一定溫度下加熱，則殘余應(yīng)變降為零，材料全部恢復(fù)原狀。6形狀記憶合金可以在哪些領(lǐng)域得到應(yīng)用答：航空，航天，能源，汽車工業(yè)，電子，醫(yī)療，機(jī)械，建筑，服裝，玩具。7形狀記憶材料的分類和各自的應(yīng)用特點(diǎn)答：形狀記憶合金：強(qiáng)度

4、高，形變恢復(fù)驅(qū)動(dòng)力大，剛性和強(qiáng)度高，穩(wěn)定性好，不易燃燒，耐熱性好，不易老化，使用壽命長。形狀記憶高分子：形變量大，形變加工方8便，形變恢復(fù)溫度易與調(diào)節(jié)，保溫和絕緣性能好易著色，不銹蝕，質(zhì)輕和價(jià)廉什么是半導(dǎo)體材料,它與導(dǎo)體、絕緣體得區(qū)別是什么？答：絕緣體，價(jià)帶為滿帶，禁帶較寬，電子很難從滿帶激發(fā)到上面的空帶，不能導(dǎo)電；導(dǎo)體，價(jià)帶被填滿，電子在外場作用下，很容易在該能帶中由低能態(tài)躍遷至高能帶，從而形成電流；半導(dǎo)體，價(jià)帶為滿帶，禁帶較窄，不大的能量即可將電子由滿帶激發(fā)進(jìn)入空帶，從而在滿帶中留下空穴。9、集成電路中廣泛使用得PN結(jié)利用了半導(dǎo)體材料得什么性質(zhì)？單向?qū)щ娦源穑篜N結(jié)上外加正向電壓，即P型接

5、正極,N型接負(fù)極，電流便從P型一邊流向N型一邊，空穴和電子都向界面運(yùn)動(dòng)，使空間電荷區(qū)變窄，電流可以順利通過。如果N型接外加電壓得正極，P型接負(fù)極，則空穴和電子都向緣離界面得方向運(yùn)動(dòng)，使空間電荷區(qū)變寬，電流不能流過。這就是PN結(jié)得單向?qū)щ娦?。大部分半?dǎo)體器件是不同得PN結(jié)組成得。10、太陽能電池材料得基本要求是什么？哪些材料可以制造太陽能電池？答：1、半導(dǎo)體材料得禁帶不能太寬2、要有較高得光電轉(zhuǎn)換效律3、材料本身對環(huán)境不造成污染4、材料便于工業(yè)化生產(chǎn)且材料性能穩(wěn)定單晶硅，多晶硅，砷化鎵，氮化鎵，11、有機(jī)半導(dǎo)體材料與無機(jī)半導(dǎo)體材料得本質(zhì)區(qū)別是什么？答：有機(jī)半導(dǎo)體材料是分子型晶體材料，其特征由材料

6、得分子性質(zhì)決定。有機(jī)半導(dǎo)體沒有三維晶體點(diǎn)陣，而且它們得分子內(nèi)和分子間得相互作用、局域結(jié)構(gòu)無序、非晶和結(jié)晶區(qū)域以及化學(xué)雜質(zhì)也不同，能帶結(jié)構(gòu)要比單晶獲非晶無機(jī)半導(dǎo)體得能帶結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，并會出現(xiàn)許多新得物理現(xiàn)象。9物質(zhì)的磁性可分為哪幾類，請簡要說明各自的特點(diǎn)；答：1.某些物質(zhì)當(dāng)它們受到外磁場H作用后，感生出與(H)方向相反的磁化強(qiáng)度(M),磁化率xvO，這種磁性稱為抗磁性。表現(xiàn)出磁化率小于零的物質(zhì)稱為抗磁性物質(zhì)。抗磁性物質(zhì)有;惰性氣體、大部分有機(jī)化合物。2.許多物質(zhì)在受到外磁場作用后，感生出與磁化磁場同方向的磁化強(qiáng)度M,磁化率X0,但數(shù)值很小，僅顯示微弱磁性。這種磁性稱為順磁性。順磁性物質(zhì):稀土金屬

7、和鐵族元素的鹽類、除Be以外的堿金屬和堿土金屬以及在居里溫度以上的鐵磁元素Fe、Ni、Co。3.鐵磁性物質(zhì)只要在很小的磁場作用下就能被磁化到飽和，不但磁化率0,而且數(shù)值大到10-106數(shù)量級，其磁化強(qiáng)度M與磁場強(qiáng)度H之間的關(guān)系是非線性的復(fù)雜函數(shù)關(guān)系。這種類型的磁性稱為鐵磁性。磁性很強(qiáng),通常所說的磁性材料主要是指這類物質(zhì)。4.反鐵磁性HM當(dāng)TTN時(shí),順磁性當(dāng)TTN時(shí)，磁化率降低，并逐漸趨于定值。這類物質(zhì)的磁化率在溫度等于TN的地方存在極大值。TN稱為奈耳溫度。內(nèi)部磁矩反平行排列，相臨近的兩種相反方向的磁矩相互抵消，使得總磁矩為零。反鐵磁性物質(zhì)有過渡族元素的鹽類及化合物，如MnO、Cr2O3、Co

8、O等。5.亞鐵磁性HM亞鐵磁性是未抵消的反鐵磁性結(jié)構(gòu)的鐵磁性。宏觀上:磁性與鐵磁性相同，僅僅是磁化率的數(shù)量級稍低一些,大約為1-103數(shù)量級。內(nèi)部磁結(jié)構(gòu)上:與反鐵磁性的相似，具有相反排列的磁矩,但相反排列的磁矩不等量。典型的亞鐵磁性材料有尖晶石型鐵氧體、石榴石型鐵氧體，稀土鉆金屬化合物和一些過渡族金屬、非金屬化合物等。10舉例說明某一新型磁性材料的特點(diǎn)及應(yīng)用前景;答：1.軟磁材料主要是指那些容易反復(fù)磁化,且在外磁場去掉后,容易退磁的磁性材料。高磁導(dǎo)率低矯頑力。用途:軟磁材料在電子工業(yè)中主要是用來導(dǎo)磁?？捎米髯儔浩鳌⒕€圈、繼電器等電子元件的導(dǎo)磁體。2.硬磁材料：硬磁材料是指那些難以磁化,且除去外

9、場仍能保留高的剩余磁化強(qiáng)度的材料,又稱永料。(磁鐵)特點(diǎn):具有高矯頑力。用途:硬磁材料主要用來儲藏和供給磁能,作為磁場源。硬磁材料在電子工業(yè)中廣泛用于各種電聲器件、在微波技術(shù)的磁控管中亦有應(yīng)用。3.非晶態(tài)磁性材料與晶態(tài)相比,具有高強(qiáng)度、高耐腐蝕性與高電阻率、高磁導(dǎo)率、低損耗的特性。三大類:過渡金屬-類金屬非晶合金,主要包括鐵基非晶合金、鐵鎳基非晶合金和鈷基非晶合金;(2)稀土-過渡族非晶合金，如TbFeCo、GaTbFe等；過渡金屬-過渡金屬非晶態(tài)合金，如FeZr、CoZr等。4.納米磁性材料特性:超順磁性,如無磁滯,高磁導(dǎo)率,低損耗、高飽和磁化強(qiáng)度等原因:與磁相關(guān)的特征物理長度恰好處于納米量

10、級；例如:磁單疇尺寸,超順磁性臨界尺寸,交換作用長度,以及電子平均自由路程等大致處于1-100nm量級。當(dāng)磁性體的尺寸與這些特征物理長度相當(dāng)時(shí),就會呈現(xiàn)反常的磁學(xué)性質(zhì)。3.磁性液體納米級磁性微粒分散在基液內(nèi)形成的均勻膠體溶液,同時(shí)具有磁體的磁性和液體的流動(dòng)性。主要特點(diǎn):在磁場作用下,可以被磁化；具有液體的流動(dòng)性,可以運(yùn)動(dòng)。在靜磁場作用下,磁性顆粒將沿著外磁場方向形成一定有序排列的團(tuán)鏈簇,從而使得液體變?yōu)楦飨虍愋缘慕橘|(zhì)。11表征超導(dǎo)體的基本參數(shù)有哪些,如何定義的？答：零電阻現(xiàn)象和完全抗磁性是超導(dǎo)體兩個(gè)最基本、互相獨(dú)立的特性。超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變溫度Tc臨界磁場Hc:高于Hc的磁場作用于超導(dǎo)態(tài)的超導(dǎo)體時(shí),磁

11、力線將穿入超導(dǎo)體，超導(dǎo)態(tài)被破壞而轉(zhuǎn)入正常態(tài)。(3)臨界電流密度Jc。就是保持超導(dǎo)態(tài)的最大輸入電流超導(dǎo)體的三個(gè)性能指標(biāo),一般說是越高越好。12、材料出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象的基本條件是什么？答：超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變溫度Tc(2)臨界磁場Hc:(3)臨界電流密度Jc13、舉例說明超導(dǎo)材料在生活中的應(yīng)用趨勢。答：強(qiáng)電強(qiáng)磁應(yīng)用(1)讓電流暢通無阻超導(dǎo)發(fā)電機(jī)(3)電力儲藏(4)核磁共振儀(1)制造超導(dǎo)通信電纜(2)用超導(dǎo)體制造雷達(dá)天線、導(dǎo)航天線、通信天線和電視天線,可使天線輻射效率增加幾百倍以上,而天線的損耗電阻減小幾個(gè)數(shù)量級;(3)超導(dǎo)量子干涉器(SQUID)和它的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用(4)冷子管和超導(dǎo)計(jì)算機(jī)抗磁性應(yīng)用磁懸浮列車第

12、一節(jié)設(shè)計(jì)制作對材料的性能要求一、材料與工程聯(lián)系的紐帶是性能選擇材料制造和加工材料使用材料進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造元器件或結(jié)構(gòu)件f分析材料的失效原因改善產(chǎn)品性能研制具有更好性能的產(chǎn)品使用性能材料有效、可靠地進(jìn)行工作所需要的性能,包括力學(xué)性能(機(jī)械性能)、物理性能和化學(xué)性能。工藝性能加工過程所反映出來的性能。金屬材料工藝性能包括鑄造性能、塑性加工(塑性成型)性能、切削加工性能、焊接性能等材料和材料工程的核心:2材料的性能以及如何去達(dá)到所希望的這些性能二、材料性能的幾點(diǎn)屬性材料性能是各種負(fù)荷作用的響應(yīng)材料的性能是在定過程中材料行為的集中一而又具體的體現(xiàn)，即材料對于各種負(fù)荷作用的響應(yīng)。廣義負(fù)荷:力學(xué)負(fù)荷各種外力

13、能量的作用、熱學(xué)負(fù)荷溫度、熱量的作用，有時(shí)還有溫度梯度、加熱與冷卻速度的影響電負(fù)荷電場與磁場的作用理化負(fù)荷化學(xué)介質(zhì)作用、各種物理作用,如輻射這些作用有作用時(shí)間與范圍的問題，因此對應(yīng)著各種各樣的過程，如拉伸過程、蠕變過程、疲勞過程、磁化過程、導(dǎo)電過程、腐蝕過程、應(yīng)力腐蝕斷裂過程等。在這些過程中材料表現(xiàn)出力學(xué)性3能、物理性能、化學(xué)性能等。材料性能的條件性材料通過所具備的性能服務(wù)于人類材料的性能是一種參量，用于表征材料在給定外界條件下的行為外界條件不同相同材料也會有不同的性能材料的性能具有相對意義,具有條件性。材料的斷裂強(qiáng)度這個(gè)力學(xué)性能，若不注明外界條件，無法判斷和使用例如，含30%Zn的黃銅其室溫

14、抗拉強(qiáng)度是320MPa外部條件室溫空氣拉伸負(fù)荷:、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的拉伸速度和計(jì)算方法某材料高溫力學(xué)性能50010-5=100MPa,則表示此材料在500C溫度下10萬小時(shí)后伸長率為1%的蠕變極限為100MPa3.材料性能的多樣性及評價(jià)材料性能都具有定數(shù)值的指標(biāo)強(qiáng)度塑性導(dǎo)電性耐蝕一：、性進(jìn)行材料的評價(jià):有一定背景或針對性“好”與不好”、唯”與不佳”取決于應(yīng)用場合如結(jié)構(gòu)材料力學(xué)性能：對材料進(jìn)行加工成形軟一些好（即強(qiáng)度要低、塑性要好）軟鋼、有色金屬及高分子材料的加工性能很好用某種材料做加工工具盡可能硬一些高速工具鋼、硬質(zhì)合金及超硬陶瓷等工具材料對材料進(jìn)行破碎脆一些好不能簡單地認(rèn)為結(jié)構(gòu)材料的強(qiáng)度越高越好

15、或塑性越高越好3.材料性能的多樣性及評價(jià)電子電器元件或器件的材料，需考慮其電學(xué)性能輸電線材料的電阻越小越好,銅、鋁、銀已得到廣泛應(yīng)用,無電阻的超導(dǎo)材料美好的應(yīng)用前景;電絕緣材料的電阻率越大越好,陶瓷材料和塑料電熱體材料具有較高電阻率(能使傳導(dǎo)電子在散射中損耗的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?,各種工業(yè)爐以及家用電器內(nèi)的電加熱元件,還應(yīng)具有高熔點(diǎn)、耐高溫氧化等特性和良好工藝性(如做成螺旋狀電阻絲),所以多采用合金材料,例如鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金材料6第二節(jié)材料的性能一力學(xué)性能外部施加力拉伸壓縮生拉應(yīng)力壓應(yīng)力學(xué)載荷彎曲剪切材料內(nèi)部產(chǎn)內(nèi)應(yīng)力彎曲應(yīng)力剪切應(yīng)力彈性剛度對力學(xué)性能的強(qiáng)度塑性韌性要求硬度疲勞1)彈性與剛度材料

16、受載荷作用時(shí)立即引起變形,當(dāng)載荷去除,變形立即消失而恢復(fù)至原來狀態(tài)的性能,稱為彈性。在彈性變形范圍內(nèi),載荷與變形量成正比關(guān)系,其比例常數(shù)就是彈性模量。彈性模量E、G分別為拉伸彈性模量、剪切彈性模量，可以用來衡量材料抵抗彈性變形的能力,稱為剛度。(2)強(qiáng)度一般把材料抵抗外力破壞的能力稱為強(qiáng)度,用單位面積的受力大小表承.單位為MP?？估瓘?qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度強(qiáng)度指標(biāo)是設(shè)計(jì)零件、檢查材料和制品性能的重要依據(jù)不同材料抵抗不同載荷作用和變形方式的能力不同,差別很大屈服強(qiáng)度材料在常溫和載荷作用下，剛發(fā)生塑性變形的應(yīng)力(ss)。材料發(fā)生不能恢復(fù)原樣的變形就稱為塑性變形,ss越大,其抵抗塑性變形的能力越強(qiáng),

17、越不容易發(fā)生塑性變形?？估瓘?qiáng)度使材料在常溫下發(fā)生斷裂的最大拉應(yīng)力.稱為抗拉強(qiáng)度(sb)。表示材料抵抗拉伸斷裂的能力零件如果選用強(qiáng)度高的材。料.尺寸就可適當(dāng)減小，重量也因此減輕。此外，常溫下強(qiáng)度指標(biāo)還有抗壓強(qiáng)度sbc、抗彎強(qiáng)度sbb剪切強(qiáng)度c等8（c）蠕變強(qiáng)度蠕變現(xiàn)象:在高溫下使用時(shí)，在恒定的應(yīng)力載荷下，材料不斷地發(fā)生變形材料在高溫下的強(qiáng)度與載荷作用的時(shí)間有關(guān);材料在高溫和載荷長時(shí)間作用下，抵抗緩慢塑性變形（即蠕變）的能力，稱為蠕變強(qiáng)度（d）持久強(qiáng)度對某些高溫零件.如鍋爐中的過熱蒸氣管，對蠕變變形要求并不嚴(yán)格，主要是要求在使用期間不發(fā)生破壞。這時(shí)，我們更看重材一一最大抵抗能料在定高溫和定時(shí)間作用

18、下對斷裂的力.也就是持久強(qiáng)度。塑性材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不被破壞的能力，稱為塑性。黃金0.00001mm材料塑性好壞拉伸試驗(yàn)測定材料的塑性指標(biāo)般用延伸率和斷面收縮率一來評價(jià)。延伸率（）是指試樣斷裂時(shí)的相對伸長斷面收縮率（）是指試樣斷裂時(shí)橫截面的相對收縮。工程上，將5%的材料稱為塑性材料，5%的材料稱為脆性材料。零件具有一定塑性時(shí)，過載可引起材料塑性變形，導(dǎo)致材料強(qiáng)度增加而抵抗突然斷裂。硬度材料抵抗其他物體壓入其表面的性能，稱為硬度。硬度是材料的重要力學(xué)性能之一,表示材料表面抵抗局部塑性變形和破壞的能力，是材料強(qiáng)度的又一種表現(xiàn)形式。加工工具（車刀、挫刀等）的材料硬度應(yīng)該比被加工零件硬度高

19、一工具不磨損金屬物體上打鋼印，被打鋼印的物體的硬度要求較低硬度測定在工程上被廣泛使用，其原因有如下：（）硬度值與其他機(jī)械性能如強(qiáng)度耐磨性能切削性能等存（a）、在一定關(guān)系（b）硬度測定后不會造成零件的損壞；（c）硬度測定方式較多，測定范圍可大可小.可應(yīng)用在各種硬度的材料上。韌性（）材料抵抗沖擊載荷而不破壞的能力，稱為沖擊韌性（簡稱韌性）。材料受載荷作用時(shí).不待改變形狀就立即破壞的性能，稱為脆性。脆性是與韌性相反的一種性能。用于制造結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件的材料應(yīng)具有較高的韌性。疲勞工程上許多零件如轉(zhuǎn)動(dòng)軸、連桿、彈簧，在工作過程中承受大小（和方向）發(fā)生周期性重復(fù)變化載荷（即交變載荷）的作用在零件內(nèi)部產(chǎn)生周期

20、重復(fù)變化的應(yīng)力（即交變應(yīng)力）,使材料產(chǎn)生裂紋,裂紋逐漸發(fā)展而突然斷裂的現(xiàn)象。引起材料疲勞的應(yīng)力常小于材料的抗拉強(qiáng)度甚至小于屈服,強(qiáng)度。經(jīng)多次重復(fù)交變作用而不至于引起疲勞破壞的最大應(yīng)力,稱為材料的疲勞強(qiáng)度.二物理性能(1)相對密度相對密度是材料密度與水密度的比值。是選用零件材料的依據(jù)之一飛機(jī)、汽車、火箭、衛(wèi)星減輕自重,節(jié)省燃料,相對密度較小的材料深海潛水器、平衡重捶為了性能的穩(wěn)定,相對密度較大的材料(2)熔點(diǎn)高溫下工作希望材料熔點(diǎn)較高,制備中,希望材料熔點(diǎn)較低,降低設(shè)備要求,節(jié)約能源,改善加工條件熱膨脹系數(shù)工況中常常伴隨著溫度的變化由此產(chǎn)生的材料,體積變化可能影響到材料正常效能的發(fā)揮測量(量塊塊

21、規(guī))熱膨脹系數(shù)小的金屬材料制造減小誤差工具、:,焊接或者鍍不同材料:一般要求材料的熱膨脹系數(shù)彼此相近。導(dǎo)熱率在不同場合導(dǎo)熱性能的要求不同保溫材料:希望導(dǎo)熱率盡可能小電腦材料導(dǎo)熱率越高越好散熱問題是制約電腦發(fā)展的瓶頸:。三化學(xué)性能材料受其他物質(zhì)化學(xué)作用而反映出來的性能稱為化學(xué)性能其中,材料抵抗酸、堿、鹽、水、空氣及各種溶液、潤滑油等介質(zhì)侵蝕的能力稱為耐蝕性材料在高溫下防止與周圍,。的氧作用而石被損壞的能力,稱為抗氧化性。第三節(jié)材料的性能對使用的影響沖擊改變了橫梁承受的載荷大火弱化了橫梁的強(qiáng)度并使其扭曲結(jié)構(gòu)單元開始失效,使鋼管失去支撐某些樓層地板橫梁發(fā)生彎曲墜落的樓層地板橫梁沖擊下面的樓層多米諾骨

22、牌效應(yīng),一層接一層坍塌,最終引起大廈垂直坍塌結(jié)構(gòu)材料的失效脆性斷裂金屬材料受力后沒有發(fā)生明顯的塑性變形就突然發(fā)生斷裂。脆性斷裂一般發(fā)生在高強(qiáng)度或低延展性、低韌性的金屬和合金上。另一方面,即使金有較好的性在屬延展,下列情況下,也會發(fā)生脆性斷裂如低溫厚截面高應(yīng),變率（如沖擊）,或是有缺陷。脆性斷裂引起材料失效英國二戰(zhàn)時(shí)期自由號補(bǔ)給船在北大西洋斷裂一般是因?yàn)闆_擊,而非過載。脆性斷裂特點(diǎn):很小的預(yù)先形變,斷裂面平齊而光亮,且與正應(yīng)力垂直;應(yīng)力集中導(dǎo)致在低于材料的強(qiáng)度值時(shí)就發(fā)生斷裂材料不是毫無缺陷的連續(xù)均勻介質(zhì)。材料內(nèi)部在冶煉、軋制、熱處理等各種制造過程中不可避免地產(chǎn)生某種微裂紋,而且在無損傷檢驗(yàn)是又沒

23、有被發(fā)現(xiàn)。在使用過程中由于應(yīng)力集中、疲,勞、腐蝕等原因,裂紋會進(jìn)一步擴(kuò)展。當(dāng)裂紋尺寸達(dá)到臨界尺寸時(shí),就會發(fā)生低應(yīng)力脆斷的事故。疲勞失效90%的材料失效是由疲勞引起的特點(diǎn):反復(fù)的加載/卸載,但最大應(yīng)力低于材料的強(qiáng)度通常失效的構(gòu)件中都存在尖角（如飛機(jī)的安全艙門,窗戶等）金屬零件產(chǎn)生疲勞斷裂的原因:表面狀態(tài)疲勞斷裂絕大多數(shù)起源于構(gòu)件的表面1、2、零件的幾何形狀及尺寸3、裝配與連接效應(yīng)對零件的疲勞壽命有很大影響4、載荷特性5、材料的組織和性能使用環(huán)境、第四節(jié)常用材料的特征一、金屬材料的特征金屬一般是晶體,主要以金屬鍵結(jié)合,大多數(shù)金屬晶體具有比較高的對稱性和高的配位數(shù),典型晶體結(jié)構(gòu)為面心立方、體心立方和

24、密排六方。金屬材料中元素的價(jià)電子因其電離能低電子很容易電離,為整個(gè)晶體所公有。由于外層電子可以在金屬正離子組成的晶格內(nèi)“自由“運(yùn)動(dòng)故金屬材料具有不同于其他材料,的許多特征。優(yōu)良的力學(xué)性能。金屬材料在具有較高強(qiáng)度的同時(shí),有很好的塑性、韌性廣泛應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)材料。,高的彈性模量與高的結(jié)合能。因此使得金屬材料具有較高的熔點(diǎn)、剛度、強(qiáng)度等特性。某些理化性能。優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性等,有的金屬材料減摩（如鋼）、耐蝕（鋁材、銅及合金以及高耐蝕的鎳基合金等）。4性能范圍廣泛從輕金屬到重金屬從堿金屬貴金屬到過渡.。、金屬,它們的密度、彈性模量、強(qiáng)度以及抗氧化能力（氧化形成能）等,均可在數(shù)倍、數(shù)十倍乃至數(shù)百倍范圍變

25、動(dòng),這樣為各種工程應(yīng)用提供很大的選擇余地。5.優(yōu)良的加工性能。包括塑性成形性、鑄造性、切削加工及電加工等性能?？蔁崽幚硇约捌渌砻娓男浴ｄ摬暮筒簧儆猩饘俨牧希ㄤX合金、銅合金、鈦合金等）都可以通過一定的加熱與冷卻方法大幅度（一般可成倍地）有目的地改善、提高材料的性能;還可以通過化學(xué)熱處理、表面強(qiáng)化以及其他表面處理方法（如表面激光處理、離子注入、氣相沉積等）明顯改變工件表層的性能39。一般金屬材料價(jià)格比較便宜并且容易獲得。金屬材料具有較好的綜合性能,用途最為廣泛,歷史也悠久缺點(diǎn):一、地上限（某些金屬如銅,其礦藏開采年限只有球資源有幾十年）二、在特高溫度（大于1050C）及某些特殊介質(zhì)中金屬材料不

26、能勝任工作。在工程材料中,金屬材料（尤其是鋼鐵）使用最廣。機(jī)器制造產(chǎn)品中鋼鐵材料占95%,有色金屬占4.5%,塑料占0.5%汽車制造業(yè)中,有色金屬與塑料占的比例稍微多些。鋼鐵占72%,鋁合金占53%,塑料占85%.美國福特汽車公司某年統(tǒng)計(jì)資價(jià)格便宜和容易獲得,而且能夠提供多種性能、多種用途的材料。40鋼鐵被用來大量制造機(jī)械產(chǎn)品二、無機(jī)非金屬材料的特征無機(jī)非金屬材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氯化物、鹵化物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料,是除金屬材料和有機(jī)材料以外的所有材料的統(tǒng)稱。無機(jī)非金屬材料是20世紀(jì)40年代以后,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展從傳統(tǒng)的硅酸鹽材料演變而來

27、的,其典型代表就是陶瓷材料。1陶瓷材料的元素之間的結(jié)合鍵主要為離子鍵共價(jià)鍵或.、離子-共價(jià)鍵?；瘜W(xué)鍵的特點(diǎn)是高的鍵能、鍵強(qiáng),它們賦予一料高化學(xué)穩(wěn)定性耐高溫耐腐蝕高強(qiáng)這大類材、度等基本屬性。陶瓷材料的彈性模量是各類材料中最高的要高24個(gè)數(shù)24量級。陶瓷屬脆性材料。陶瓷斷裂前無塑件變形,沖擊韌性極41低,抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度低得多。硬度高。陶瓷也是各類材料中硬度最高的,達(dá)也是它的最大特點(diǎn)之一盡管陶瓷的硬度也隨溫度的升高而降低但在高溫下,仍有較高的數(shù)值,硼化物、碳化物在1000C仍可具有400HV（維氏硬度）以上硬度。熔點(diǎn)高高溫強(qiáng)度好是很有前途的高溫材料用陶瓷材料制5.、,。造的發(fā)動(dòng)機(jī)體積小,熱效率高

28、。許多陶瓷材料高溫下不氧化、抗熔融金屬的侵蝕性高,可用來制作坩堝等。6.導(dǎo)電能力在很大范圍內(nèi)變化,大部分陶瓷可作絕緣材料,有的可作半導(dǎo)體材料,還可以作壓電材料、熱電材料和磁性材料等。此外利用陶瓷的光學(xué)特件可作激光材料光學(xué)纖維等有,、。的陶瓷在人體內(nèi)無特殊反應(yīng),可作人造器官（稱為生物陶瓷）。缺點(diǎn)性脆加工性能差可靠性尚未很好解決屬新型而年:、,輕的材料,主要用于某些特殊場合（先進(jìn)陶瓷）和一般日常用途（傳統(tǒng)陶瓷）。陶瓷材料具有優(yōu)良的理化性能和極好的耐高溫、耐腐蝕性能,原料來源廣泛作為高溫結(jié)構(gòu)材料和功能材料以及其他某些特殊領(lǐng)42域材料,具有極其重要的應(yīng)用前景。三、高分子材料的特征高分子材料是由成千上萬

29、個(gè)小分子單體通過聚合反應(yīng)以共價(jià)鍵結(jié)合起來的長鏈分子而構(gòu)成的。與晶體材料（金屬、陶瓷）相比較,高分子材料的性能具有一系列不同的特點(diǎn):1密度小高分子材料比金屬和陶瓷的密度都小000-2000kg/.。，m3；聚丙烯為910kg/m3，而泡沫塑料只有10kg/m3。塑料比鋼鐵、銅輕得多,與鋁、鎂相當(dāng),對產(chǎn)品輕量化有利；2.強(qiáng)度低,但比強(qiáng)度高。一般高分子材料的抗拉強(qiáng)度只有幾十兆帕,比金屬低得多；但是由于密度小,其比強(qiáng)度（單位質(zhì)量的強(qiáng)度）卻很高某些塑料的比強(qiáng)度比鋼鐵還高某些工程塑料能夠代替部分金,。屬材料制造多種機(jī)器零部件;低的彈性模量和高彈性。彈性模量約220MPa，比金屬低得多，它的彈件變形量可達(dá)1

30、00%一1000%,而金屬只有0.1%左右;優(yōu)良的電（絕緣）性能。對電機(jī)、電器、儀器儀表、電線電纜的絕緣43起著重要的推進(jìn)作用。而添加適當(dāng)導(dǎo)電填料又可成為特殊導(dǎo)電材料;優(yōu)良的減摩、耐磨和自潤滑性能。許多高分子材料可在液體介質(zhì)中或少油、無油干摩擦條件下運(yùn)行性能優(yōu)于金屬;,優(yōu)良的耐腐蝕性能。對酸、堿和某些化學(xué)藥品一般都具有良好的耐蝕性能。在一些質(zhì)中,如含氯離子的酸性介質(zhì),特殊介其耐腐蝕能力勝過金屬,甚至勝過一般的不銹鋼;優(yōu)良的透光性。不少塑料是透明的,如有機(jī)玻璃、聚苯乙烯的透光率可達(dá)90%以上。不少高分子材料還具有優(yōu)良的隔熱、隔音性,是很好的輕型建筑材料;可加工性好,可用各種方法成形與加工,單件生

31、產(chǎn)成本低廉。因此,高分子材料具有高彈性、絕緣性、抗腐蝕性以及自潤滑減摩耐磨性能,還具有質(zhì)量輕、容易加工成形、原料豐富及價(jià)格低廉等特點(diǎn)。高分子材料可以用做一般結(jié)構(gòu)材料電絕緣材料耐腐蝕材料減摩耐磨自潤滑材,、料,密封材料,膠黏材料及各種功能材料。缺點(diǎn)絕對強(qiáng)度剛度水（低于300C）:、平低,不耐熱、可燃和易老化四復(fù)合材料的特征復(fù)合材料是由兩種或兩種以上材料組成,它具有任何單、一材料所不具備的性能?；炷?膠合板和玻璃鋼玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（俗稱玻璃鋼）是將玻璃纖維（絲）嵌入聚合物（多為樹脂）而制成,由玻璃纖維獲得強(qiáng)度,樹脂保證塑性用復(fù)合材料可以生產(chǎn)出其他材料所不及的質(zhì)輕。、強(qiáng)度高、延展性好和耐高溫的

32、材料,還可以生產(chǎn)出既硬又耐沖擊的切削工具?，F(xiàn)在許多新發(fā)展的材料都與復(fù)合材料有關(guān),如美國先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)中,碳纖維復(fù)合材料占40%一50%,垂直起飛（包括直升機(jī)）的飛機(jī)中可達(dá)65%。當(dāng)然這些先進(jìn)復(fù)合材料是相當(dāng)昂45貴的。汽車工業(yè)涉及十一大類材料:鋼板、塑料、橡膠、涂料、有色金屬合金、鑄件、陶瓷和玻璃、金屬復(fù)合材料等節(jié)能、安全、輕質(zhì)、高速、舒適、美觀車用材料的要求汽車塑料件20世紀(jì)60年代以安全為目的的內(nèi)飾件（通用塑料為主）;年代后期發(fā)到以安全節(jié)件（以70展、能為目的的外裝工程塑料和復(fù)合材料為主）;80年代以后節(jié)能安全為目的的功能件汽車上的原材料結(jié)構(gòu)組成、,發(fā)生較大的變化。黑色金屬（尤其是鑄鐵和普通鋼材

33、）的比例在下降;而有色金屬（尤其是鋁合金等輕金屬）和非金屬材料（尤其是塑料）的比例在增加在塑料中PP（聚丙烯）和高性能塑料的比例增加而PVC（聚氯。，乙烯）和ABS塑料的比例在下降。塑料件在轎車上的用量巳接近120kg。目前汽車用材仍以金屬材料為主,塑料、橡膠、陶瓷等非金屬材料也占有一定的比例。48二、航空航天器材料用材很廣泛金屬、工程塑料、橡膠、陶瓷材料幾乎應(yīng)有盡有具有優(yōu)良的力學(xué)性能、工藝性能、較低成本鋁合金、鋼、鈦合金為主（包括金屬基復(fù)合材料）的金屬材料航空航天領(lǐng)域的主體材料、結(jié)構(gòu)材料優(yōu)異的高比強(qiáng)度和比模量及抗氧化和抗腐蝕性能優(yōu)良纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料（如鋁合金基、鈦合金基、鎂合金基及鎳鋁

34、化合物基等）飛機(jī)齒輪箱殼體、飛機(jī)蒙皮、直升機(jī)旋翼槳葉重返大氣層運(yùn)載工具的防護(hù)罩、渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)葉片、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片（如風(fēng)扇葉片等）飛機(jī)航空器蒙皮的大型壁板49高分子材料在航空航天上的應(yīng)用:復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件玻璃纖維增強(qiáng)塑料、碳纖維增強(qiáng)塑料、芳綸纖維增強(qiáng)塑料、混合纖維增強(qiáng)塑料雷達(dá)罩、副翼、平尾、垂尾、機(jī)翼、機(jī)身壁板芳綸纖維增強(qiáng)塑料被稱為宇航級復(fù)合材料,它的比強(qiáng)度優(yōu)于其他纖維增強(qiáng)塑料,比剛度優(yōu)于鋁合金,線膨脹系數(shù)小,介電性能和耐腐蝕性能優(yōu)良成形工藝簡便可在180C以下溫度長期使用。在航空和宇航中使用的纖維增強(qiáng)塑料的基體主要有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和樹脂和有機(jī)硅樹脂等類型。透明件、耐燒蝕件及其他結(jié)

35、構(gòu):具有良好的光學(xué)性能足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和使用壽命,飛機(jī)透明件,包括風(fēng)擋、座艙蓋和窗玻璃等50塑料透明件:有機(jī)玻璃、玻璃塑料復(fù)合透明件。無機(jī)非金屬材料（新型的結(jié)構(gòu)陶瓷材料）常用做航空航天中的耐燒蝕件質(zhì)量輕壓縮強(qiáng)度高（接近或超過某些金屬材料）耐高溫、,、耐磨性好,硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好,且有很好的耐蝕性、絕緣、絕熱性。航天飛機(jī)在進(jìn)入太空或返回大氣層時(shí)經(jīng)受劇烈溫度變化,在幾分鐘內(nèi)從室溫達(dá)到1000C以上，為保護(hù)機(jī)體不受損傷，采用陶瓷作為熱絕緣材料，設(shè)計(jì)中用SiO2纖維編織成2萬多個(gè)陶瓷片,覆蓋機(jī)體表面約70%的面積。玻璃主要應(yīng)用于各種透明件,如玻璃塑料復(fù)合透明件,適用于制造各種飛機(jī)的防彈玻璃和抗鳥撞擊玻

36、璃等。三、機(jī)床用材特點(diǎn)廣泛應(yīng)用的機(jī)械設(shè)備共同特點(diǎn):工作環(huán)境好、受力較小且平穩(wěn),對精度和保持精度的壽命要求較高選材的主要目標(biāo):保證剛度和摩擦副零件的耐磨性承受一定的工作負(fù)荷主要用材:鑄鐵和碳鋼對各種機(jī)床進(jìn)行粗略統(tǒng)計(jì)鑄鐵約占機(jī)床自重的%,70,碳鋼占20%,合金鋼和有色金屬占10%。鑄鐵主要用做床身工作臺底座立柱橫梁等基礎(chǔ)零件碳鋼和低合金、,鋼主要用做齒輪、軸類等重要零件。近年來,工程塑料已逐步取代有色金屬,用于制造某些齒輪、渦輪、墊片、油管、皮帶輪以及罩殼等。四、工程機(jī)械、礦山機(jī)械用材特點(diǎn)礦山、電站港口道路農(nóng)田水利等建設(shè)工程中發(fā)揮著重要作用、工作條件特殊:大都是以泥沙、礦石為作業(yè)對象,其行走機(jī)構(gòu)和工作裝置的零件承受強(qiáng)烈的磨料磨損和沖擊磨損;作業(yè)工況多變,承受較大的沖擊、過載,多數(shù)失效是在低頻率、高應(yīng)力下發(fā)生的;一般為露天作業(yè)、有些在嚴(yán)寒地區(qū)使用,工作環(huán)境惡劣。選材:耐磨性、高周和低