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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 晶体滑移 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

1.9.2 高温下裂纹尖端的应力空腔作用 41

1.9.1 应力腐蚀理论 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

习题 61

2 材料的热学性能 63

2.1 热学性能的物理基础 63

2.2 材料的热容 64

2.2.1 热容的基本概念 64

2.2.2 晶态固体热容的有关定律 65

2.2.3 材料的热容及其影响因素 68

2.3 材料的热膨胀 71

2.3.1 热膨胀的概念及其表示方法 71

2.3.2 固体材料的热膨胀机理 72

2.3.3 热膨胀和其他性能的关系 74

2.3.4 多晶体和复合材料的热膨胀 75

2.3.5 陶瓷制品表面釉层的热膨胀系数 80

2.4 材料的热传导 80

2.4.1 固体材料热传导的宏观规律 81

2.4.2 固体材料热传导的微观机理 81

2.4.3 影响热导率的因素 84

2.4.4 某些无机材料实测的热导率 91

2.5 材料的热稳定性 92

2.5.1 热稳定性的表示方法 92

2.5.2 热应力 93

2.5.3 抗热冲击断裂性能 94

2.5.4 抗热冲击损伤性能 98

2.5.5 提高抗热震性的措施 99

习题 100

3 材料的光学性能 101

3.1 光传播的基本性质 101

3.1.1 光的波粒二象性 101

3.1.2 光的干涉和衍射 103

3.1.3 光通过固体现象 104

3.2 光的反射和折射 105

3.2.1 反射定律和折射定律 105

3.2.2 折射率的影响因素 105

3.2.3 晶体的双折射 107

3.2.4 材料的反射系数及其影响因素 108

3.3 材料对光的吸收和色散 109

3.3.1 吸收系数与吸收率 109

3.3.2 光的吸收与波长的关系 110

3.3.3 光的色散 112

3.4 光的散射 113

3.4.1 散射的一般规律 113

3.4.2 弹性散射 114

3.4.3 非弹性散射 115

3.5 材料的不透明性与半透明性 115

3.5.1 材料的不透明性 115

3.5.2 材料的乳浊 117

3.5.3 半透明性 118

3.5.4 透明材料的颜色 119

3.5.5 材料的着色 120

3.6 电光效应、光折变效应、非线性光学效应 121

3.6.1 电光效应及电光晶体 121

3.6.2 光折变效应 123

3.6.3 非线性光学效应 124

3.7.1 光纤发展概况和基本特征 125

3.7 光的传输与光纤材料 125

3.7.2 光纤材料的制备 126

3.7.3 光纤的应用 127

3.8 特种光学材料及其应用 128

3.8.1 固体激光器材料及其应用 128

3.8.2 光存储材料 131

习题 132

4 材料的电导性能 134

4.1 电导的物理现象 134

4.1.1 电导率与电阻率 134

4.1.2 电导的物理特性 135

4.2 离子电导 136

4.2.1 载流子浓度 136

4.2.2 离子迁移率 137

4.2.3 离子电导率 138

4.2.4 离子电导率的影响因素 140

4.2.5 固体电解质ZrO2 142

4.3 电子电导 143

4.3.1 电子迁移率 143

4.3.2 载流子浓度 144

4.3.3 电子电导率 146

4.3.4 电子电导率的影响因素 147

4.4 金属材料的电导 151

4.4.1 金属电导率 151

4.4.2 电阻率与温度的关系 152

4.4.3 电阻率与压力的关系 153

4.4.4 冷加工和缺陷对电阻率的影响 154

4.4.6 固溶体的电阻率 157

4.4.5 电阻率的各向异性 157

4.5 固体材料的电导 160

4.5.1 玻璃态电导 160

4.5.2 多晶多相固体材料的电导 162

4.5.3 次级现象 163

4.5.4 固体材料电导混合法则 165

4.6 半导体陶瓷的物理效应 165

4.6.1 晶界效应 165

4.6.2 表面效应 168

4.6.3 西贝克效应 170

4.6.4 p-n结 172

4.7 超导体 174

4.7.1 概述 174

4.7.2 约瑟夫逊效应 174

4.7.3 超导体的应用 175

习题 176

5 材料的磁学性能 178

5.1 基本磁学性能 178

5.1.1 磁学基本量 178

5.1.2 物质的磁性分类 180

5.2 抗磁性和顺磁性 181

5.2.1 原子本征磁矩 181

5.2.2 抗磁性 184

5.2.3 物质的顺磁性 185

5.2.4 金属的抗磁性与顺磁性 186

5.2.5 影响金属抗、顺磁性的因素 187

5.3 铁磁性与反铁磁性 189

5.3.1 铁磁质的自发磁化 189

5.3.2 反铁磁性和亚铁磁性 190

5.3.3 磁畴 191

5.3.4 磁化曲线和磁滞回线 192

5.4 磁性材料的动态特性 195

5.4.1 交流磁化过程与交流回线 195

5.4.2 磁滞损耗和趋肤效应 196

5.4.3 磁后效应和复数磁导率 197

5.4.4 磁导率减落及磁共振损耗 199

5.5 磁性材料及其应用 201

5.5.1 软磁材料 201

5.5.2 硬磁材料 204

5.5.3 磁信息存储材料 206

5.5.4 纳米磁性材料 208

习题 209

6.1.1 介质极化相关物理量 210

6 材料的功能转换性能 210

6.1 介质的极化与损耗 210

6.1.2 极化类型 212

6.1.3 宏观极化强度与微观极化率的关系 216

6.1.4 介质损耗分析 217

6.1.5 材料的介质损耗 220

6.1.6 降低材料介质损耗的方法 223

6.2 介电强度 224

6.2.1 介电强度的定义 224

6.2.2 固体电介质的击穿 224

6.2.3 影响材料击穿强度的因素 227

6.3 压电性能 228

6.3.1 压电效应及其逆效应 228

6.3.2 压电材料主要表征参数 230

6.3.3 压电陶瓷的预极化 231

6.3.4 压电陶瓷的稳定性 232

6.3.5 压电材料的研究进程 232

6.3.6 压电材料及其应用 234

6.4 铁电性 235

6.4.1 铁电性的概念 235

6.4.2 铁电体的分类 237

6.4.3 铁电体的起源 237

6.4.4 铁电体的性能及其应用 239

6.4.5 反铁电体 241

6.5 热电性能 242

6.5.1 热电效应 242

6.5.2 热电材料 243

6.6.1 光电效应 246

6.6 光电性能 246

6.5.3 热电材料的应用 246

6.6.2 光电材料及其应用 248

6.7 热释电性能 250

6.7.1 热释电效应及其逆效应——电热效应 250

6.7.2 热释电材料 251

6.7.3 热释电材料的应用 252

6.8 智能材料 253

6.8.1 智能材料的特征与构成 254

6.8.2 智能材料的分类 255

6.8.3 智能金属材料 255

6.8.4 智能无机非金属材料 257

6.8.5 智能高分子材料 259

习题 260

参考文献 261