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绪论1

1 材料的力学性能5

1.1 应力及应变6

1.1.1 应力6

1.1.2 应变7

1.2 弹性形变9

1.2.1 Hooke定律9

1.2.2 弹性模量的影响因素10

1.2.3 无机材料的弹性模量12

1.2.4 复相的弹性模量13

1.2.5 弹性形变的机理15

1.3 材料的塑性形变16

1.3.1 晶体滑侈17

1.3.2 塑性形变的位错运动理论18

1.4 滞弹性和内耗22

1.4.1 黏弹性和滞弹性22

1.4.2 应变松弛和应力松弛22

1.4.3 松弛时间23

1.4.4 无弛豫模量与弛豫模量25

1.4.5 模量亏损25

1.4.6 材料的内耗26

1.5 材料的高温蠕变26

1.5.1 蠕变曲线26

1.5.2 蠕变机理27

1.5.3 影响蠕变的因素29

1.6 材料的断裂强度31

1.6.1 理论断裂强度32

1.6.2 Inglis理论33

1.6.3 Griffith微裂纹理论34

1.6.4 Orowan理论35

1.7 材料的断裂韧性35

1.7.1 裂纹扩展方式35

1.7.2 裂纹尖端应力场分析36

1.7.3 几何形状因子36

1.7.4 断裂韧性37

1.7.5 裂纹扩展的动力与阻力38

1.8 裂纹的起源与扩展38

1.8.1 裂纹的起源38

1.8.2 裂纹的快速扩展39

1.8.3 影响裂纹扩展的因素40

1.9 材料的疲劳40

1.9.1 应力腐蚀理论41

1.9.2 高温下裂纹尖端的应力空腔作用41

1.9.3 亚临界裂纹生长速率与应力场强度因子的关系42

1.9.4 根据亚临界裂纹扩展预测材料寿命42

1.9.5 蠕变断裂43

1.10 显微结构对材料脆性断裂的影响43

1.10.1 晶粒尺寸44

1.10.2 气孔的影响45

1.11 提高材料强度及改善脆性的途径46

1.11.1 金属材料的强化46

1.11.2 陶瓷材料的强化49

1.12 复合材料53

1.12.1 复合材料的分类53

1.12.2 连续纤维单向强化复合材料的强度55

1.12.3 短纤维单向强化复合材料57

1.13 材料的硬度58

1.13.1 硬度的表示方法58

1.13.2 硬度的测量59

1.14 碳纤维复合材料及其性能61

1.14.1 碳纤维简介61

1.14.2 碳纤维的结构与分类61

1.14.3 碳纤维复合材料工艺62

1.14.4 碳纤维复合材料的应用62

1.15 多孔陶瓷材料及其性能64

1.15.1 多孔陶瓷孔隙的形成64

1.15.2 多孔陶瓷材料制备技术65

1.15.3 多孔陶瓷材料性能67

习题69

2 材料的热学性能71

2.1 热学性能的物理基础71

2.2 材料的热容72

2.2.1 热容的基本概念72

2.2.2 晶态固体热容的有关定律73

2.2.3 材料的热容及其影响因素76

2.3 材料的热膨胀79

2.3.1 热膨胀的概念及其表示方法79

2.3.2 固体材料的热膨胀机理80

2.3.3 热膨胀和其他性能的关系82

2.3.4 多晶体和复合材料的热膨胀83

2.3.5 陶瓷制品表面釉层的热膨胀系数88

2.3.6 高分子材料的热膨胀88

2.4 材料的热传导89

2.4.1 固体材料热传导的宏观规律89

2.4.2 固体材料热传导的微观机理90

2.4.3 影响热导率的因素92

2.4.4 某些无机材料实测的热导率100

2.4.5 高分子材料的热导率100

2.5 材料的热稳定性101

2.5.1 热稳定性的表示方法101

2.5.2 热应力102

2.5.3 抗热冲击断裂性能104

2.5.4 抗热冲击损伤性能107

2.5.5 提高抗热震性的措施108

2.6 高分子材料的热性能109

2.6.1 热性能的基本要求及评价109

2.6.2 提高高分子材料热性能的途径110

习题111

3 材料的光学性能112

3.1 光传播的基本性质112

3.1.1 光的波粒二象性112

3.1.2 光与固体的相互作用114

3.2 光的反射和折射115

3.2.1 反射定律和折射定律115

3.2.2 折射率的影响因素116

3.2.3 晶体的双折射117

3.2.4 材料的反射系数及其影响因素119

3.2.5 光的全反射120

3.3 材料对光的吸收和色散120

3.3.1 吸收系数与吸收率120

3.3.2 光的吸收与波长的关系121

3.3.3 光的色散124

3.4 光的散射125

3.4.1 散射的一般规律125

3.4.2 弹性散射126

3.4.3 非弹性散射126

3.5 材料的不透明性与半透明性127

3.5.1 材料的不透明性127

3.5.2 材料的乳浊129

3.5.3 半透明性130

3.5.4 透明材料的颜色131

3.5.5 材料的着色132

3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应133

3.6.1 电光效应及电光晶体133

3.6.2 光折变效应135

3.6.3 非线性光学效应137

3.7 光的传输与光纤材料138

3.7.1 光纤发展概况和基本特征138

3.7.2 光纤材料的制备139

3.7.3 光纤的应用140

3.8 材料的光发射141

3.8.1 激励方式141

3.8.2 材料发光的基本性质142

3.9 特种光学材料及其应用143

3.9.1 固体激光器材料及其应用143

3.9.2 光存储材料146

习题147

4 材料的电导性能148

4.1 电导的物理现象148

4.1.1 电导率与电阻率148

4.1.2 电导的物理特性149

4.2 离子电导150

4.2.1 载流子浓度150

4.2.2 离子迁移率151

4.2.3 离子电导率152

4.2.4 离子电导率的影响因素154

4.2.5 固体电解质ZrO2156

4.3 电子电导157

4.3.1 电子迁移率157

4.3.2 载流子浓度158

4.3.3 电子电导率160

4.3.4 电子电导率的影响因素161

4.4 金属材料的电导165

4.4.1 金属电导率165

4.4.2 电阻率与温度的关系166

4.4.3 电阻率与压力的关系167

4.4.4 冷加工和缺陷对电阻率的影响168

4.4.5 电阻率的各向异性171

4.4.6 固溶体的电阻率171

4.5 固体材料的电导174

4.5.1 玻璃态电导174

4.5.2 多晶多相固体材料的电导176

4.5.3 次级现象178

4.5.4 固体材料电导混合法则179

4.6 高分子材料的电导179

4.7 半导体陶瓷的物理效应180

4.7.1 晶界效应180

4.7.2 表面效应183

4.7.3 西贝克效应185

4.7.4 p-n结186

4.8 超导体188

4.8.1 概述188

4.8.2 约瑟夫逊效应189

4.8.3 超导体的分类190

4.8.4 超导体的应用190

习题191

5 材料的磁学性能193

5.1 基本磁学性能193

5.1.1 磁学基本量193

5.1.2 物质的磁性分类195

5.2 抗磁性和顺磁性196

5.2.1 原子本征磁矩196

5.2.2 抗磁性199

5.2.3 物质的顺磁性200

5.2.4 金属的抗磁性与顺磁性201

5.2.5 影响金属抗、顺磁性的因素202

5.3 铁磁性与反铁磁性204

5.3.1 铁磁质的自发磁化204

5.3.2 反铁磁性和亚铁磁性205

5.3.3 磁畴206

5.3.4 磁化曲线和磁滞回线207

5.4 磁性材料的动态特性210

5.4.1 交流磁化过程与交流回线210

5.4.2 磁滞损耗和趋肤效应211

5.4.3 磁后效应和复数磁导率212

5.4.4 磁导率减落及磁共振损耗214

5.5 磁性材料及其应用216

5.5.1 软磁材料216

5.5.2 硬磁材料219

5.5.3 磁信息存储材料221

5.5.4 纳米磁性材料223

5.6 稀土永磁材料224

5.6.1 稀土永磁化合物的晶体结构224

5.6.2 稀土永磁材料的研究进展229

习题241

6 材料的功能转换性能243

6.1 介质的极化与损耗243

6.1.1 介质极化相关物理量243

6.1.2 极化类型245

6.1.3 宏观极化强度与微观极化率的关系249

6.1.4 介质损耗分析250

6.1.5 材料的介质损耗253

6.1.6 降低材料介质损耗的方法256

6.2 介电强度257

6.2.1 介电强度的定义257

6.2.2 固体电介质的击穿257

6.2.3 影响材料击穿强度的因素260

6.3 压电性能261

6.3.1 压电效应及其逆效应261

6.3.2 压电材料主要表征参数263

6.3.3 压电陶瓷的预极化265

6.3.4 压电陶瓷的稳定性265

6.3.5 压电材料的研究进程266

6.3.6 压电材料及其应用267

6.4 热释电性能270

6.4.1 热释电效应及其逆效应270

6.4.2 热释电材料271

6.4.3 热释电材料的应用272

6.5 铁电性273

6.5.1 铁电性的概念273

6.5.2 铁电体的分类275

6.5.3 铁电体的起源276

6.5.4 铁电体的性能及其应用277

6.5.5 反铁电体279

6.5.6 铁电性、压电性、热释电性之间的关系280

6.6 热电性能280

6.6.1 热电效应280

6.6.2 热电材料282

6.6.3 热电材料的应用285

6.7 光电性能285

6.7.1 光电效应286

6.7.2 光电材料及其应用287

6.8 智能材料289

6.8.1 智能材料的特征与构成290

6.8.2 智能材料的分类291

6.8.3 智能金属材料291

6.8.4 智能无机非金属材料293

6.8.5 智能高分子材料295

习题296

参考文献298