第4章 材料的性能 (1.5次).pptVIP

当材料的能隙Eg3.leV，将不能通过电子跃迁吸收可见光，材料是无色透明的；Eg1.59eV，则所有可见光都可以被吸收，材料不透明。当1.59eV Eg3.26eV时，部分光波被吸收，材料呈现不同的颜色。此外，晶格热振动对可见光和红外光产生吸收，使无机非金属晶体 (陶瓷)材料都可以吸收红外波段的光波。 65 下图为一些无机材料的透光特性。一般玻璃在紫外光区(320nm以下)有较强吸收，而石英和蓝宝石则可以较好地透过紫外线，因此紫外线波段的应用中常使用石英或蓝宝石作为材料，例如紫外光谱测量必须使用石英比色皿。 硅在红外波段有大约50%的透过率，且没有杂峰，可用作红外光谱测量的样品基片。 66 对于高分子材料，无定形高分子通常都无色透明，光透过率高，而高度结晶的高分子不透明或透明性较差，这是由于晶粒对光的散射作用。当晶粒尺寸小于光波长时对光的影响较小，也可以呈现透明。 67 当光线由一种介质进入另一种介质时，光在界面上分成了反射光和折射光，如图所示。 反射和折射可以连续发生，例如光线从空气进入介质时，一部分被反射，另一部分折射进入介质，当遇到另一界面时类似。 4.6.2 光的折射与反射 光通过透明介质分界面的反射和折射 68 1. 光的折射 材料的折射率随介质的介电常数ε的增大而增加，这是由于ε与介质的极化现象有关。 材料的折射率受其结构影响。结构越紧密，则光波传播受影响越大，折射率越大。另外，原子半径越大，折射率就越大，这是因为半径较大的原子有较大的极化率。 折射率是光学材料的重要指标，例如同样参数的光学透镜 (如眼镜片)，材料的折射率越大，透镜做得越薄。表列出了一些无机晶体材料的折射率等光学特性。 69 4.7 材料的工艺性能 材料在加工过程中对不同加工特性所反映出来的性能，称为工艺性能。它表示材料制成具有一定形状和良好性能的零件或零件毛坯的可能性及难易程度。材料工艺性能的好坏又直接影响零件的质量和制造成本。由材料到毛坯最后制成零件，一般需要经过多道加工工序，因此，要求材料具有足够的工艺适应性。 73 1. 铸造性能 铸造性能是指材料用铸造方法获得优质铸件的性能。它取决于材料的流动性和收缩性。流动性好的材料，充填铸模的能力强，可获得完整而致密的铸件；收缩率小的材料，铸造冷却后，铸件缩孔小，表面无空洞，不会因收缩不均匀而引起开裂，尺寸比较稳定。 金属材料中铸铁、青铜有较好的铸造性能，可以铸造一些形状复杂的铸件。工程塑料在某些成形工艺(如注射成形)方法中要求流动性好、收缩率小。 74 2.塑性加工性能（同铝合金） 塑性加工性能是指材料通过塑性加工(锻造、冲压、挤压、轧制等)将原材料(如各种型材)加工成优质零件(毛坯或成品)的性能。它取决于材料本身塑性高低和变形抗力(抵抗变形能力)的大小。 80 3. 焊接性能 焊接性能是指两种相同或不同的材料，通过加热、加压或两者并用将其连接在一起所表现出来的性能。 影响焊接性能的因素很多，导热性过高或过低、热膨胀系数大、塑性低或焊接时容易氧化的材料，焊接性能一般较差。 焊接性能差的材料焊接后，焊缝强度低，还可能出现变形、开裂现象。 76 硬度有很重要的实用意义，例如在加工（切削、冲压）零件时，加工工具（车刀或模具）的硬度应高于被加工零件，才能切除零件多余的边角且保持原状。 无机非金属材料由离子键和共价键构成，由于两种键的强度均较高，故一般都具有较高硬度； 金属材料的硬度主要受金属晶体结构的影响，形成固溶体或合金时可显著提高材料的硬度； 高分子材料的分子链以共价键结合，但分子链之间主要以范德华力或氢键结合，键力较弱，因此硬度通常较低。 31 4.2.3 疲劳性能 疲劳(fatigue)指材料在循环受力 (拉伸、压缩、弯曲、剪切等)下，在某点或某些点产生局部的永久性损伤，并在一定循环次数后形成裂纹或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。 疲劳破坏是一种损伤积累的过程，因此它的力学特征不同于静力破坏。在循环应力远小于静强度极限情况下破坏就可能发生，但不是立刻发生的，要经历一段时间，甚至很长的时间。 32 疲劳性能就是材料抵抗疲劳破坏的能力，常以S-N曲线表征，S为应力水平，N为疲劳寿命，即在循环载荷下，产生疲劳破坏所需的应力或应变循环数。在S-N曲线上，对