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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ZrO2142

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