材料学概论复习知识点

第一章 材料中的原子排列

第一节 原子的结合方式

1 原子结构

2 原子结合键

（1）离子键与离子晶体

原子结合：电子转移，结合力大，无方向性和饱和性；

离子晶体；硬度高，脆性大，熔点高、导电性差。如氧化物陶瓷。

（2）共价键与原子晶体

原子结合：电子共用，结合力大，有方向性和饱和性；

原子晶体：强度高、硬度高（金刚石）、熔点高、脆性大、导电性差。如高分子材料。

（3）金属键与金属晶体

原子结合：电子逸出共有，结合力较大，无方向性和饱和性；

金属晶体：导电性、导热性、延展性好，熔点较高。如金属。

金属键：依靠正离子与构成电子气的自由电子之间的静电引力而使诸原子结合到一起的方式。

（3）分子键与分子晶体

原子结合：电子云偏移，结合力很小，无方向性和饱和性。

分子晶体：熔点低，硬度低。如高分子材料。

氢键：（离子结合）X-H---Y（氢键结合），有方向性，如O-H—O

（4）混合键。如复合材料。

3 结合键分类

（1） 一次键 （化学键）：金属键、共价键、离子键。

（2） 二次键 （物理键）：分子键和氢键。

4 原子的排列方式

（1）晶体：原子在三维空间内的周期性规则排列。长程有序，各向异性。

（2）非晶体：――――――――――不规则排列。长程无序，各向同性。

第二节 原子的规则排列

一 晶体学基础

1 空间点阵与晶体结构

（1） 空间点阵：由几何点做周期性的规则排列所形成的三维阵列。

（2） 特征：a 原子的理想排列；b 有14种。

其中：

空间点阵中的点－阵点。它是纯粹的几何点，各点周围环境相同。

描述晶体中原子排列规律的空间格架称之为晶格。

空间点阵中最小的几何单元称之为晶胞。

（3） 晶体结构：原子、离子或原子团按照空间点阵的实际排列。

特征：a 可能存在局部缺陷； b 可有无限多种。

2 晶胞

从图

在该段中的变线段

(T

即为非粮馆举性段, 压液线可看出即整个拉伸过程可分为以下四个阶段。 * /

）称线弹性段，其斜率即为弹性模量 E,对应的最高应力值

虎克定律（r=Ec成立。而ab段, 在该段内所产生的应变仍是弹性的， 但它与应力已不成正比。b

点相对立白 勺应力

第五早材料力学

主讲：钱民刚

第一节 概论

材料力学是研究各种类型构件（主要是杆）的强度、刚度和稳定性的学科，它提供 了有关的基本理论、计算方法和试验技术，使我们能合理地确定构件的材料、尺寸 和形状，以达到安全与经济的设计要求。

♦一、材料力学的基本思路

（一）理论公式的建立

理论公式的建立思路如下：

（一）低碳钢材料拉伸和压缩时的力学性质低碳钢（通常将含碳量在0.3%以下 的钢称为低碳钢，也叫软钢）材料拉伸和压缩时的 （7- e曲线如图5-1所示。 陶度箓n

------- 搬面设计

为确保构件不致因强度/、丸而破坏, 应使其最

——该啊瓯丽于材料的极限应力0- u, 物出射和 （力与姻（美系）

* 变形 外力

T ］表小，即 临界前载

应力力布1£配

IX 没有屈服阶段，也酸 _ 曲线的一条割线的斜率，作为其弹性模量。它

1 故衡量铸铁拉伸强度的唯一指标就是它被拉断时

/,在较小的拉应力作用下即被拉断，且其延伸率很小，故铸铁TE

与拉伸相比，可看出这类材料的抗压能力要比抗拉

事蝌性变形也较为蛾显。破坏断口为斜断面，这表明试件是因 m max

对于塑性材料制成的杆，通常取屈服极限①良或名义屈服极限 （T 该段内应力基本上不变，但应变却在迅速增长，而且在该段内所产生的应变 成分，除弹性应变外，还包含了明显的塑性变形，该段的应力最低点 （7S称为屈服

极限。这时，试件上原光滑表面将会出现与轴线大致成 45。的滑移线，这是由于试 件材料在45。的斜截面上存在着最大剪应力而引起的。 对于塑性材料来说，由于屈 服时所产生的显著的塑性变形将会严重地影响其正常工作，故 （7S是衡量塑性材料

扩散

1.扩散通量J

单位时间通过单位面积的物质质量。

图1.扩散圆柱

设dt时间扩散距离为dx，扩散圆柱体积为dxAV，对应的扩散物质质量dxAcVcm

单位时间通过单位面积的物质质量。

vcdtdxcdtAmJ v为扩散的速度，c为质量浓度。

2.菲克第一定律

扩散通量J正比于浓度梯度。

xCDJ

3.菲克第二定律

对于浓度随时间变化的情况（非稳态扩散）

对于图1中的扩散圆柱，扩散流入和流出的通量不同，会导致圆柱中的物质浓度随时间变化。

单位时间内浓度变化所带来质量的变化

AJJtdxAC21 dxdJtC

代入菲克第一定律，得：

22xCxCdxdtC

4.扩散方程求解

扩散方程通解为

00201222222deerfdeDtxAdeAC A1，A2为常数，由边界条件确定

①．两端不受影响型

边界条件

12,,,0CCxCCxt

菲克第一第二定律熟练推导。

记住4个公式与边界条件，能够自己推导出浓度公式 代入边界条件，得222212211CCACCA

最终得到浓度公式为：2)2(22)(221212121CCDtxerfCCCCerfCCC

②．一端不受影响型

边界条件：

0,,0,0CCxCCxts

代入边界条件，得ssCACCA2012

最终得到浓度公式为：ssssCDtxerfCCCerfCCC)2()(00

5.互扩散

两种扩散系数不同的物质通过接触面相互扩散。扩散系数不同会导致分界面移动。移动方向为自扩散系数大的一侧。（这也叫kirkendall效应）。

【复合材料概论】复习重点应试宝典

第⼀章总论1、名词：复合材料基体增强体结构复合材料功能复合材料

复合材料(Composite materials)，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的⽅法，在宏观上组成具有新性能的材料。

包围增强相并且相对较软和韧的贯连材料，称为基体相。

细丝(连续的或短切的)、薄⽚或颗粒状，具有较⾼的强度、模量、硬度和脆性，在复合材料承受外加载荷时是主要承载相，称为增强相或增强体。它们在复合材料中呈分散形式，被基体相隔离包围，因此也称作分散相。

结构复合材料：⽤于制造受⼒构件的复合材料。

功能复合材料：具有各种特殊性能（如阻尼，导电，导磁，换能，摩擦，屏蔽等）的复合材料。2、在材料发展过程中，作为⼀名材料⼯作者的主要任务是什么？

（1）发现新的物质，测试其结构和性能；

（2）由已知的物质，通过新的制备⼯艺，改变其显微结构，改善材料的性能；（3）由已知的物质进⾏复合，制备出具有优良性能的复合材料。3、简述现代复合材料发展的四个阶段。

第⼀代：1940-1960 玻璃纤维增强塑料

第⼆代：1960-1980 先进复合材料的发展时期

第三代：1980-2000 纤维增强⾦属基复合材料

第四代：2000年⾄今多功能复合材料（功能梯度复合材料、智能复合材料）4、简述复合材料的命名和分类⽅法。

增强材料+（/）基体+复合材料

按增强材料形态分：连续纤维复合材料，短纤维复合材料，粒状填料复合材料，编织复合材料；

按增强纤维种类分类：玻璃纤维复合材料，碳纤维复合材料，有机纤维复合材料，⾦属纤维复合材料，陶瓷纤维复合材料，混杂复合材料（复合材料的“复合材料”）；按基体材料分类：聚合物基复合材料，⾦属基复合材料，⽆机⾮⾦属基复合材料；

按材料作⽤分类：结构复合材料，功能复合材料。5、简述复合材料的共同性能特点。

(1)、综合发挥各组成材料的优点，⼀种材料具有多种性能；

(2)、复合材料性能的可设计性；

(3)、制成任意形状产品，避免多次加⼯⼯序。