14-材料力學性能130102

復習：第九章先進材料的力學性能一、前言二、復合材料的力學性能定義：兩種或兩種以上性質不同的物質組合而成的一種多相固體材料分類：基體基體：高分子（環(huán)氧樹脂）、金屬（Al、Cu）、陶瓷（Al2O3、Si3N4）增強相：性質、含量、大小、分布、形狀（顆粒、晶須、纖維）研究方法：宏觀：變形、強度；細觀：斷裂研究界面：表面改性，界面工程復合材料的“混合定則”各種復合材料的力學性能---高分子、金屬、陶瓷高分子基復合材料---玻璃鋼金屬基復合材料陶瓷基復合材料增韌增強三、多孔材料的力學性能概述多孔材料為什么要研究其力學性能？有哪些力學性能特點？影響因素？海綿聚氨酯軟木鋁蜂窩三、多孔材料的力學性能概述多孔材料自然界：鳥的翅膀、骨；木材、樹葉自然的選擇---材料利用率最高的結構人工夾芯板（支撐重物）泡沫塑料（吸振，包裝材料）多孔材料分類閉孔和開孔；蜂窩和海綿多孔材料的描述孔隙率（密度）孔徑、通孔度、比表面積*：多孔材料密度；s：固體密度泡沫金屬？泡沫Al（吸音防火）三、多孔材料的力學性能多孔材料的壓縮曲線三區(qū)線彈性區(qū)。多孔材料彈性變形應力平臺區(qū)。骨架彎曲、塑性變形或斷裂，隨后增多致密化區(qū)。骨架完全損壞，骨架材料本體受壓變形力學性能指標1、壓縮模量閉孔：通孔：圖多孔材料的壓縮應力-應變曲線E*:壓縮模量Es:骨架材料的壓縮模量Ch≈1.5;Cf≈1.0三、多孔材料的力學性能力學性能指標2、屈服應力值應力平臺三種情況(圖)臨界應力值（表）圖多孔材料的壓縮失效類型表多孔材料壓縮屈服應力失效類型臨界應力閉孔通孔彈性彎曲

el*/Es0.15(ρ*/ρs)30.05(ρ*/ρs)2塑性變形

pl*/s0.5(ρ*/ρs)20.3(ρ*/ρs)3/2開裂

f*/f0.33(ρ*/ρs)20.65(ρ*/ρs)3/2Es,

s,f:多孔材料骨架的模量、屈服強度和斷裂強度彈性變形時，臨界應力對應的彈性應變量只與結構有關，與材料無關通孔彈性應變極限為0.05，遠高于實心材料力學性能指標2、屈服應力值固體組分性質的影響圖多孔材料的壓縮失效類型圖多孔材料固體組分性質對壓縮曲線的影響彈性材料變化平坦塑性材料伴隨應力下降脆性材料呈鋸齒狀波動3、能量吸收實心和多孔材料的壓縮應力-應變曲線虛線為單位體積吸收的能量相同峰值應力下，多孔材料吸收能量大圖實心和多孔材料的能量吸收彈性(b)塑性(c)脆性包裝防護參數(shù)多孔材料的制備？一例MaterialasandDesign閉孔材料高分子顆粒金屬包覆燒結美國加州大學休斯研究實驗室有限公司和加州理工學院開發(fā)密度僅0.9mg/cm3，比泡沫塑料輕100倍。第九章先進材料的力學性能四、塊狀非晶合金的力學性能制備急冷：106K/s，100mm薄帶合金化：Pd基、Ni基、Fe基1K/S，100mm圓柱特性彈性應變量可達2.2%一般金屬＜0.2%高溫下玻璃態(tài)（高塑性）抗拉強度高（鐵基可達2440MPa）斷裂韌性大（Zr基非晶：KIC=55）機理？材料抗拉強度/MPa彈性模量/GPaPd80Si20133067Pd77Cu6Si17153096Pd64Ni16P20156093Pd16Ni64P201760106Pt64Ni16P20186096Fe80B203530166Fe80P13C73040122Fe80P16C3B12440135Fe78B10Si123330118Ni78Si10B12245064Co78Si10B12300088如何確認是否非晶合金？非晶合金的變形與斷裂行為

中國基礎科學研究進展2008非晶無晶界、位錯高強、高硬、高彈脆性材料也有塑性，不同材料有較大差異剪切變形，可分為韌性非晶、脆性非晶韌性斷裂沿剪切帶發(fā)生斷裂，斷口脈絡花樣脆性斷裂鏡面區(qū)、混合區(qū)、粗糙區(qū)鏡面區(qū)有納米尺度的條紋非晶塑性未表達出來，是實驗條件所致沖壓試驗方法---提高切應力分量發(fā)現(xiàn)明顯的剪切變形帶，有穩(wěn)定的剪切變形能力PhysicalReviewB(2007,75,134201)AppliedPhysicsLetters(2007,90,191909)馬氏體相變=塑性？A.L.Greer,K.L.Rutherford,andI.M.Hutchings,Wearresistanceofamorphousalloysandrelatedmaterials,InternationalMaterialsReviews,47(2002)87-112非晶合金的磨損性能？高硬度，一般耐磨特殊現(xiàn)象表面形成氧化膜能力的影響無形變強化局部高溫產(chǎn)生晶化-硬度、脆性增加，耐磨性復雜軟硬雙相非晶合金涂層的制備及其抗沖蝕磨損性能研究LiuYH,WangG,WangRJ,etal.Science,2007,315(9):1385-1388HofmannDC,SuhJY,WiestA,etal.Nature,2008,451(28):1085-1089軟、硬兩種原子區(qū)域組成的微結構，2%的塑性第九章先進材料的力學性能五、納米材料的力學性能納米金屬材料納米Cu的超塑性Hall-Petch關系反Hall-Petch關系機理?As-annealedCu(500℃,48h)ConventionalCGCuAs-depositiednmCu