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材料物理導論(第三版)(含光盤) 版權信息
- ISBN：9787030335777
- 條形碼：9787030335777 ; 978-7-03-033577-7
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
材料物理導論(第三版)(含光盤) 內容簡介
本書根據"材料大學科"的思路,借鑒靠前材料學科新教材的編寫方式，主要闡述材料科學中的物理方面內容,不僅論述材料的物理性能及其微觀機理，而且介紹現代材料的多個專題進展，兼顧到材料的力學、熱學、電學、磁學、光學、聲學以及材料的功能轉換等內容，書中專題內容可作為學生的課外閱讀資料，也可作為課堂小組討論材料使用。本書作為教材使用時基本內容可在大約50個學時講授完畢。
材料物理導論(第三版)(含光盤) 目錄
目錄
前言
第1章 材料的力學 1
1.1 材料的形變 1
1.1.1 應力 1
1.1.2 應變 2
1.1.3 彈性形變 3
1.1.4 黏性形變 5
1.2 材料的塑性、蠕變與黏彈性 6
1.2.1 材料的塑性 6
1.2.2 材料的蠕變 6
1.2.3 材料的黏彈性 7
1.3 材料的斷裂與機械強度 11
1.3.1 材料的理論結合強度 12
1.3.2 材料的脆性斷裂與韌性斷裂 12
1.3.3 材料的裂紋斷裂理論 13
1.3.4 材料的斷裂韌性 14
1.3.5 材料的硬度 14
1.4 材料的量子力學基礎 15
1.4.1 古典量子論 15
1.4.2 量子力學的假設 16
1.4.3 薛定諤方程 17
1.4.4 量子力學的應用 18
1.5 專題：材料的力學與顯微結構 21
1.5.1 納米陶瓷復合材料顯微結構對力學性能的影響 22
1.5.2 微米陶瓷復合材料顯微結構對力學性能的影響 25
1.5.3 層狀結構復合材料顯微結構對力掌性能的影響 32
1.5.4 相變增韌復合材料顯微結構對力學性能的影響 35
習題 36
參考文獻 37
第2章 材料的熱學 39
2.1 熱力學與統計力學概要 39
2.1.1 熱力學與統計力學的關系 39
2.1.2 熱力學概要 39
2.1.3 統計力學概要 41
2.2 材料的熱容量 43
2.2.1 品格的熱振動 43
2.2.2 熱容量的經驗定律 44
2.2.3 熱容量的經典理論 44
2.2.4 熱容量的量子理論 45
2.2.5 實際材料的熱容量 46
2.3 材料的熱膨脹 47
2.3.1 熱膨脹的定義 47
2.3.2 熱膨脹的微觀機理 48
2.3.3 實際材料的熱膨脹 49
2.4 材料的熱傳導 49
2.4.1 熱傳導的定義 49
2.4.2 材料熱傳導的微觀機理 50
2.4.3 實際材料的熱導率 51
2.5 材料的熱穩定性 52
2.5.1 熱穩定性的定義 52
2.5.2 材料的熱應力斷裂 52
2.5.3 材料的熱應力損傷 54
2.5.4 實際材料的熱穩定性 54
2.6 專題：集成電路用基片材料 55
2.6.1 氧化鋁陶瓷 56
2.6.2 氮化鋁陶瓷 56
2.6.3 金剛石薄膜材料 60
2.6.4 復合陶瓷 62
2.6.5 聚合物-陶瓷復合基片材料 65
2.6.6 金屬基復合材料 66
習題 68
參考文獻 69
第3章 材料的電學 71
3.1 金屬的自由電子論 71
3.1.1 金屬的自由電子氣模型 71
3.1.2 金屬的電導率 72
3.2 能帶理論 73
3.2.1 布洛赫定理 73
3.2.2 準自由電子近似的電子能譜 73
3.2.3 導體、半導體與介電體的區別 74
3.3 材料的電導 76
3.3.1 電子型電導 76
3.3.2 離子型電導 86
3.3.3 實際材料的電導率 87
3.4 材料的介電性 88
3.4.1 材料的電極化 88
3.4.2 材料的電損耗 93
3.4.3 材料的電擊穿 96
3.5 材料的超導電性 98
3.5.1 材料的超導電現象 98
3.5.2 邁斯納效應 99
3.5.3 約瑟夫森效應 99
3.6 專題：高溫超導材料 100
3.6.1 超導理論 101
3.6.2 超導材料制備工藝 101
3.6.3 超導材料新體系 103
3.6.4 超導應用 105
3.7 專題：LED發光顯示材料 108
3.7.1 LED的概述 108
3.7.2 p-n結 108
3.7.3 復合理論 110
3.7.4 p-n結注入發光 111
3.7.5 LED的效率 111
3.7.6 LED制備技術 112
3.7.7 LED材料 114
3.7.8 LED的特性 115
3.7.9 LED應用領域 116
習題 117
參考文獻 118
第4章 材料的磁學 120
4.1 材料的磁性 120
4.1.1 材料的磁現象 120
4.1.2 材料磁性的微觀機理 121
4.1.3 材料磁性的分類 122
4.1.4 材料磁性的熱力學關系 123
4.2 材料的抗磁性和順磁性理論 124
4.2.1 材料的抗磁性理論 124
4.2.2 材料的順磁性理論 126
4.2.3 晶體場理論與軌道角動量猝滅 128
4.3 材料的鐵磁性理論 129
4.3.1 鐵磁材料的分子場理論 129
4.3.2 材料的反鐵磁性和亞鐵磁性理論 131
4.3.3 鐵磁材料的相互作用能 132
4.3.4 磁疇的形成及其穩定狀態 133
4.4 材料的磁性能指標 134
4.4.1 材料的磁導率和磁能積 134
4.4.2 材料的磁損耗與品質因子 135
4.4.3 材料的磁性頻譜 136
4.4.4 材料磁性能的穩定性 137
4.4.5 鐵氧體磁性材料 137
4.5 專題：稀土永磁材料 138
4.5.1 Nd-Fe-B材料的研究 138
4.5.2 稀土永磁材料的應用 142
習題 146
參考文獻 147
第5章 材料的光學 148
5.1 材料的透光性 148
5.1.1 光的折射與反射 148
5.1.2 光的吸收 150
5.1.3 光的色散與散射 151
5.1.4 材料的透光性和顏色 151
5.2 激光與激光材料 153
5.2.1 發光及其材料 153
5.2.2 激光及其材料 154
5.3 光的傳輸與光纖材料 155
5.3.1 光的傳輸 155
5.3.2 光學纖維材料 157
5.4 材料的非線性光學效應 158
5.4.1 材料的非線性極化 158
5.4.2 非線性光學材料 160
5.5 專題：光纖通信材料 160
5.5.1 概述 160
5.5.2 光的導引 161
5.5.3 光纖制造 164
5.5.4 光纖拉制 167
5.5.5 全包覆技術 168
5.5.6 溶膠凝膠方法 168
5.5.7 *小化缺陷 169
5.5.8 主動和從動光纖器件 170
5.5.9 氟化玻璃纖維 171
5.6 專題：光波導技術及器件 172
5.6.1 引言 172
5.6.2 平面光波導材料 173
5.6.3 平面光波導的生產工藝 174
5.6.4 光波導器件 175
5.6.5 總結 176
習題 177
參考文獻 177
第6章 材料的聲學 179
6.1 聲波的產生與傳播 179
6.1.1 聲波的產生 179
6.1.2 聲波的傳播 181
6.2 室內聲學和吸聲材料 182
6.2.1 室內聲學 182
6.2.2 吸聲材料 184
6.3 水中聲學與水聲材料 184
6.3.1 水中聲學 184
6.3.2 水聲材料 186
6.4 其他聲學及其材料 187
6.4.1 超聲及其材料 187
6.4.2 微聲及其材料 187
6.4.3 次聲 187
6.5 專題：壓電材料 188
6.5.1 壓電陶瓷材料 188
6.5.2 壓電聚合物材料 192
6.5.3 壓電復合材料 193
6.6 專題：移動通信用微波陶瓷 195
6.6.1 復合鈣鈦礦型化合物 198
6.6.2 Pb系鈣鈦礦型化合物 199
6.6.3 (Zr，Sn)TiO4系和(Ba，Sr)TiO3系 200
6.6.4 BaO-TiO2系微波陶瓷 200
6.6.5 BaO-Ln2O3-TiO2系陶瓷 201
6.6.6 BiNbO3介電陶瓷 202
6.6.7 A(B'1/3B''2/3)O3體系 202
6.6.8 其他系列陶瓷 203
6.6.9 工藝研究進展 203
習題 204
參考文獻 205
第7章 材料的功能轉換 206
7.1 力-熱-電功能轉換 207
7.1.1 Heckmann圖 207
7.1.2 熱彈性能的熱力學 209
7.1.3 力熱電性能的熱力學 211
7.1.4 不同條件測量的系數關系 212
7.2 電-光和光-彈功能轉換 214
7.2.1 電光效應 214
7.2.2 光彈效應 215
7.3 功能轉換材料 217
7.3.1 壓電材料 217
7.3.2 熱釋電材料 220
7.3.3 光電材料 222
7.3.4 熱電材料 223
7.3.5 電光材料 225
7.3.6 磁光材料 226
7.3.7 聲光材料 228
7.4 專題：復合智能材料 230
7.4.1 智能材料的概念和定義 231
7.4.2 智能材料系統與結構用材料 232
7.4.3 壓電陶瓷/聚合物復合材料 242
7.4.4 組成智能傳感器的接口芯片 245
7.4.5 智能傳感器的主要功能及其應用 247
7.4.6 開發智能材料的戰略意義 248
7.4.7 智能材料存在的問題與研究方向 249
7.4.8 智能材料與材料科學的關系及其發展趨勢 249
參考文獻 250
后記 251
前言
第1章 材料的力學 1
1.1 材料的形變 1
1.1.1 應力 1
1.1.2 應變 2
1.1.3 彈性形變 3
1.1.4 黏性形變 5
1.2 材料的塑性、蠕變與黏彈性 6
1.2.1 材料的塑性 6
1.2.2 材料的蠕變 6
1.2.3 材料的黏彈性 7
1.3 材料的斷裂與機械強度 11
1.3.1 材料的理論結合強度 12
1.3.2 材料的脆性斷裂與韌性斷裂 12
1.3.3 材料的裂紋斷裂理論 13
1.3.4 材料的斷裂韌性 14
1.3.5 材料的硬度 14
1.4 材料的量子力學基礎 15
1.4.1 古典量子論 15
1.4.2 量子力學的假設 16
1.4.3 薛定諤方程 17
1.4.4 量子力學的應用 18
1.5 專題：材料的力學與顯微結構 21
1.5.1 納米陶瓷復合材料顯微結構對力學性能的影響 22
1.5.2 微米陶瓷復合材料顯微結構對力學性能的影響 25
1.5.3 層狀結構復合材料顯微結構對力掌性能的影響 32
1.5.4 相變增韌復合材料顯微結構對力學性能的影響 35
習題 36
參考文獻 37
第2章 材料的熱學 39
2.1 熱力學與統計力學概要 39
2.1.1 熱力學與統計力學的關系 39
2.1.2 熱力學概要 39
2.1.3 統計力學概要 41
2.2 材料的熱容量 43
2.2.1 品格的熱振動 43
2.2.2 熱容量的經驗定律 44
2.2.3 熱容量的經典理論 44
2.2.4 熱容量的量子理論 45
2.2.5 實際材料的熱容量 46
2.3 材料的熱膨脹 47
2.3.1 熱膨脹的定義 47
2.3.2 熱膨脹的微觀機理 48
2.3.3 實際材料的熱膨脹 49
2.4 材料的熱傳導 49
2.4.1 熱傳導的定義 49
2.4.2 材料熱傳導的微觀機理 50
2.4.3 實際材料的熱導率 51
2.5 材料的熱穩定性 52
2.5.1 熱穩定性的定義 52
2.5.2 材料的熱應力斷裂 52
2.5.3 材料的熱應力損傷 54
2.5.4 實際材料的熱穩定性 54
2.6 專題：集成電路用基片材料 55
2.6.1 氧化鋁陶瓷 56
2.6.2 氮化鋁陶瓷 56
2.6.3 金剛石薄膜材料 60
2.6.4 復合陶瓷 62
2.6.5 聚合物-陶瓷復合基片材料 65
2.6.6 金屬基復合材料 66
習題 68
參考文獻 69
第3章 材料的電學 71
3.1 金屬的自由電子論 71
3.1.1 金屬的自由電子氣模型 71
3.1.2 金屬的電導率 72
3.2 能帶理論 73
3.2.1 布洛赫定理 73
3.2.2 準自由電子近似的電子能譜 73
3.2.3 導體、半導體與介電體的區別 74
3.3 材料的電導 76
3.3.1 電子型電導 76
3.3.2 離子型電導 86
3.3.3 實際材料的電導率 87
3.4 材料的介電性 88
3.4.1 材料的電極化 88
3.4.2 材料的電損耗 93
3.4.3 材料的電擊穿 96
3.5 材料的超導電性 98
3.5.1 材料的超導電現象 98
3.5.2 邁斯納效應 99
3.5.3 約瑟夫森效應 99
3.6 專題：高溫超導材料 100
3.6.1 超導理論 101
3.6.2 超導材料制備工藝 101
3.6.3 超導材料新體系 103
3.6.4 超導應用 105
3.7 專題：LED發光顯示材料 108
3.7.1 LED的概述 108
3.7.2 p-n結 108
3.7.3 復合理論 110
3.7.4 p-n結注入發光 111
3.7.5 LED的效率 111
3.7.6 LED制備技術 112
3.7.7 LED材料 114
3.7.8 LED的特性 115
3.7.9 LED應用領域 116
習題 117
參考文獻 118
第4章 材料的磁學 120
4.1 材料的磁性 120
4.1.1 材料的磁現象 120
4.1.2 材料磁性的微觀機理 121
4.1.3 材料磁性的分類 122
4.1.4 材料磁性的熱力學關系 123
4.2 材料的抗磁性和順磁性理論 124
4.2.1 材料的抗磁性理論 124
4.2.2 材料的順磁性理論 126
4.2.3 晶體場理論與軌道角動量猝滅 128
4.3 材料的鐵磁性理論 129
4.3.1 鐵磁材料的分子場理論 129
4.3.2 材料的反鐵磁性和亞鐵磁性理論 131
4.3.3 鐵磁材料的相互作用能 132
4.3.4 磁疇的形成及其穩定狀態 133
4.4 材料的磁性能指標 134
4.4.1 材料的磁導率和磁能積 134
4.4.2 材料的磁損耗與品質因子 135
4.4.3 材料的磁性頻譜 136
4.4.4 材料磁性能的穩定性 137
4.4.5 鐵氧體磁性材料 137
4.5 專題：稀土永磁材料 138
4.5.1 Nd-Fe-B材料的研究 138
4.5.2 稀土永磁材料的應用 142
習題 146
參考文獻 147
第5章 材料的光學 148
5.1 材料的透光性 148
5.1.1 光的折射與反射 148
5.1.2 光的吸收 150
5.1.3 光的色散與散射 151
5.1.4 材料的透光性和顏色 151
5.2 激光與激光材料 153
5.2.1 發光及其材料 153
5.2.2 激光及其材料 154
5.3 光的傳輸與光纖材料 155
5.3.1 光的傳輸 155
5.3.2 光學纖維材料 157
5.4 材料的非線性光學效應 158
5.4.1 材料的非線性極化 158
5.4.2 非線性光學材料 160
5.5 專題：光纖通信材料 160
5.5.1 概述 160
5.5.2 光的導引 161
5.5.3 光纖制造 164
5.5.4 光纖拉制 167
5.5.5 全包覆技術 168
5.5.6 溶膠凝膠方法 168
5.5.7 *小化缺陷 169
5.5.8 主動和從動光纖器件 170
5.5.9 氟化玻璃纖維 171
5.6 專題：光波導技術及器件 172
5.6.1 引言 172
5.6.2 平面光波導材料 173
5.6.3 平面光波導的生產工藝 174
5.6.4 光波導器件 175
5.6.5 總結 176
習題 177
參考文獻 177
第6章 材料的聲學 179
6.1 聲波的產生與傳播 179
6.1.1 聲波的產生 179
6.1.2 聲波的傳播 181
6.2 室內聲學和吸聲材料 182
6.2.1 室內聲學 182
6.2.2 吸聲材料 184
6.3 水中聲學與水聲材料 184
6.3.1 水中聲學 184
6.3.2 水聲材料 186
6.4 其他聲學及其材料 187
6.4.1 超聲及其材料 187
6.4.2 微聲及其材料 187
6.4.3 次聲 187
6.5 專題：壓電材料 188
6.5.1 壓電陶瓷材料 188
6.5.2 壓電聚合物材料 192
6.5.3 壓電復合材料 193
6.6 專題：移動通信用微波陶瓷 195
6.6.1 復合鈣鈦礦型化合物 198
6.6.2 Pb系鈣鈦礦型化合物 199
6.6.3 (Zr，Sn)TiO4系和(Ba，Sr)TiO3系 200
6.6.4 BaO-TiO2系微波陶瓷 200
6.6.5 BaO-Ln2O3-TiO2系陶瓷 201
6.6.6 BiNbO3介電陶瓷 202
6.6.7 A(B'1/3B''2/3)O3體系 202
6.6.8 其他系列陶瓷 203
6.6.9 工藝研究進展 203
習題 204
參考文獻 205
第7章 材料的功能轉換 206
7.1 力-熱-電功能轉換 207
7.1.1 Heckmann圖 207
7.1.2 熱彈性能的熱力學 209
7.1.3 力熱電性能的熱力學 211
7.1.4 不同條件測量的系數關系 212
7.2 電-光和光-彈功能轉換 214
7.2.1 電光效應 214
7.2.2 光彈效應 215
7.3 功能轉換材料 217
7.3.1 壓電材料 217
7.3.2 熱釋電材料 220
7.3.3 光電材料 222
7.3.4 熱電材料 223
7.3.5 電光材料 225
7.3.6 磁光材料 226
7.3.7 聲光材料 228
7.4 專題：復合智能材料 230
7.4.1 智能材料的概念和定義 231
7.4.2 智能材料系統與結構用材料 232
7.4.3 壓電陶瓷/聚合物復合材料 242
7.4.4 組成智能傳感器的接口芯片 245
7.4.5 智能傳感器的主要功能及其應用 247
7.4.6 開發智能材料的戰略意義 248
7.4.7 智能材料存在的問題與研究方向 249
7.4.8 智能材料與材料科學的關系及其發展趨勢 249
參考文獻 250
后記 251
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材料物理導論(第三版)(含光盤) 節選
第1章 材料的力學 【要點】本章是本書重要的基礎性內容，主要闡述與材料多種力學性能有關的物理定義和數學表達式及其微觀機理。包括：應力、應變，彈性形變、黏性形變，楊氏模量、剪切模量、體積模量、泊松比，材料的塑性、蠕變與黏彈性，Maxwell模型和Voigt模型，材料的斷裂與機械強度、材料的脆性斷裂與韌性斷裂，材料的硬度，古典量子論、量子力學的假設、薛定諤方程、量子力學的應用、隧道效應，以及材料的力學與顯微結構關系專題。 1.1 材料的形變 材料在外力作用下發生形狀和尺寸的變化，稱為形變(deformation).材料承受外力作用、抵抗形變的能力及其破壞規律，稱為材料的力學性能或機械性能(mechanical property)。材料的力學性能通過有關標準試驗測量，不同材料的力學性能差異較大，圖1.1所示為典型的金屬(metals)、陶瓷(ceramics)和高聚物(polymers)的應力應變關系曲線示意圖。 圖1.1 三大類型材料的應力應變曲線示意圖 1.1.1 應力 材料發生形變時，其內部分子間或離子間的相對位置和距離會發生變化，同時產生原子間及分子間的附加內力以抵抗外力，并試圖恢復到形變前的狀態，達到乎衡時，附加內力與外力大小相等、方向相反。材料單位面積上所受的附加內力稱為應力(stress)，其值等于單位面積上所受的外力，即 (1-1) 式中，為應力；F為外力；A為面積，在國際單位制中，應力的單位為牛[頓]/米2，即N/m2，又寫為Pa。若材料受力前的面積為A0，則為名義應力；若材料受力后的面積為A，則為真實應力。實際中常用名義應力。對于形變量小的材料，二者數值上相差不大。 如果圍繞材料的內部某點取一體積元（圖1.2），其六個面均分別垂直于x、y、z軸，則作用在該體積元單位面積上的力F1、F2、F3可分解為法向應力。和剪切應力，應力分量和下標的第1個字母表示應力作用面的法線方向，第2個字母代表應力作用的方向，當為拉應力和壓應力時分別規定為正和負；若體積元上某面的法向應力與坐標軸的正方向相同，則該面上的剪切應力指向坐標軸的正方向者為正；若該面上的法向應力指向坐標軸的負方向，則剪切應力指向坐標軸的正方向者為負，它們構成的應力張量(tensor)為 圖1.2 法向應力和剪切應力的示意圖 法向應力導致材料的伸長或縮短，而剪切應力引起材料的切向畸變。根據平衡條件，體積元上相對的兩個平行平面上的法向應力應該大小相等、正負號相同，同一平面上的兩個剪切應力互相垂直。根據剪切應力互等原理可知：其余類推。故一點的應力狀態由六個應力分量來決定。 1.1.2 應變 應變(strain)用來表征材料受力時內部各質點之間的相對位移。對于各向同性材料，有三種基本的應變類型：拉伸應變、剪切應變和壓縮應變。 拉伸應變是指材料受到垂直于截面積的大小相等、方向相反并作用在同一直線上的兩個拉伸應力時材料發生的形變，如圖1.3所示，一根長度為l0的材料，在拉伸應力作用下被拉長到l1，則在小伸長時，其拉伸應變為 (1-2) 真實應變定義為 (1-3) 在諸如橡膠的彈性體大伸長時，常用下式定義拉伸應變，即 剪切應變是指材料受到平行于截面積的大小相等、方向相反的兩個剪切應力時發生的形變，如圖1.4所示，在剪切應力作用下，材料發生偏斜，該偏斜角的正切值定義為剪切應變 (1-4) 在小剪切應變時 圖1.3 拉伸應變示意圖 壓縮應變是指材料周圍受到均勻應力P時，其體積從起始時的Vo變化為的形變，如圖1.5所示，定義壓縮應變為 (1-5) 圖1.4 剪切應變示意圖 圖1.5 壓縮應變示意圖 可見，應變都是無量綱的量。應變張量為 其中，余類推，應變也由六個獨立分量決定。 1.1.3 彈性形變 對于理想的彈性材料，在應力作用下會發生彈性形變(elastic deformation)，其應力與應變關系服從胡克(Hook)定律，即應力與應變成正比 (1-6) 式中的比例系數E稱為彈性模量(elastic modulus)，又稱彈性剛度。可見彈性模量是材料發生單位應變時的應力，它表征材料抵抗形變能力（即剛度）的大小。E越大，越不易變形，表示材料剛度越大。彈性模量的單位與應力的單位相同，均為N/m2。 對應于三種應變類型的彈性模量分別稱為楊氏模量E、剪切模量G和體積模量B，即 (1-7) (1-8) (1-9) 對于各向同性材料，它們之間存在如下關系： (1-10) 式中，是泊松比(Poisson ratio)，定義為在拉伸試驗中，材料橫向單位面積的減少與縱向單位長度的增加之比值，即 (1-11) 式中，A0為拉伸前材料的橫截面積；為A0的減少量；為橫向應變。在E、G、B和四個參數中只有兩個是獨立的，只要知道其中的兩個參數就足以描述各向同性材料的彈性力學行為。 彈性模量是原子間結合強度的標志之一，圖1.6所示為兩類原子間結合力與原子間距的關系曲線，彈性模量實際與該曲線上受力點的曲線斜率成正比，在共價鍵和離子鍵類型材料中的原子間結合力強，如圖1.6中曲線1，其較大，E也就大；而分子鍵型材料中的原子間結合力弱，如圖中曲線2，其較小，E則小。原子間距的不同導致彈性模量也不同，壓應力和張應力使原子間距分別減小和增大，E也就分別增大和減小。 圖1.6 原子間結合力與原子間距關系示意圖 對于兩相復合材料，采用簡化模型估算總彈性模量，其值在高彈性模量相與低彈性模量相的數值之間，若在力作用下兩相的應變相同且兩相的泊松比相同（等效于并聯復合），則上限彈性模量EH的計算公式為 (1-12) 式中，E1、E2分別為第1相和第2相成分的彈性模量；V1、V2分別為第1相和第2相成分的體積分數（其中V1+V2=1）。若假設兩相的應力相同（等效于串聯復合），則下限彈性模量EL的計算公式為 (1-13) 當連續基體內含有封閉氣孔時，其總彈性模量的經驗計算公式為 (1-14) 式中，E0為元氣孔時的彈性模量；P為氣孔率。 當同時受到三維方向的應力作用時，描述彈性形變采用廣義胡克定律，即 (1-15) 式中，i和j分別取值為1，2， ，6；稱為彈性剛度(elastic stiffness)，屬四階張量，采用縮寫命名法，式(1-15)變為 (1-16) 式中，p和q分別取值為1，2， ，6；分別表示和；而代表和對應的矩陣表達式為 由于存在應變儲能關系，有下列關系式，即 (1-17) 因此，彈性剛度C的獨立分量由36個減至21個，即 類似地，有關系式 (1-18) 式中，i和j分別取值為1，2， ，6；稱為彈性柔度(compliance)，屬四階張量，采用縮寫命名法，式(1-18)變為 (1-19) 式中，p和q取值分別為1，2， ，6，對應的矩陣表達式為 (1-20) 1.1.4 黏性形變 黏性形變(viscous deformation)是指黏性物體在剪切應力作用下發生不可逆的流動形變，該形變隨時間的增加而增大。理想的黏性形變行為遵循牛頓黏性定律，即剪切應力與應變率或流動速度梯度成正比 (1-21) 式中，稱為黏性系數（單位為Pa s），簡稱為黏度(viscosity)。服從牛頓黏性定律的物體稱為牛頓流體。在足夠大的剪切應力下或溫度足夠高時，無機材料中的陶瓷晶界、玻璃和高分子材料的非晶部分均會產生黏性形變，因此高溫下的氧化物流體、低分子溶液或高分子稀溶液大多屬于牛頓流體，而高分子濃溶液或高分子熔體不符合牛頓黏性定律，為非牛頓流體。 絕對速率理論的黏性流動模型認為，液體流動是一種速率過程，某一液體層相對于鄰層液體流動時，液體分子以一平衡態越過勢壘到達另一平衡狀態。在無剪切應力作用時，勢能高度為E；有剪切應力時，沿流動方向上的勢壘降低AE，根據絕對反應速率理論，算得流動速度v為 (1-22) 式中，為兩平衡態的間距；分別為相鄰分子在三維方向的間距；為每秒越過勢壘的分子數；是為玻爾茲曼(Boltzmann)常量；T為絕對溫度。 根據牛頓黏性定律可得 (1-23) 可近似認為。，則流動體積與分子體積大小相當，式(1-23)成為 (1-24) 一般情況下，剪切應力和分子體積V0均很小，此時，有近似式 (1-25) 則黏度表達式為 (1-26) 可見，剪切應力小時黏度與應力無關，此時黏度隨溫度的升高而下降。 1.2 材料的塑性、蠕變與黏彈性 1.2.1 材料的塑性 材料在外應力去除后仍保持部分應變的特性稱為塑性(plasticity).材料發生塑性形變而不斷裂的能力稱為延展性(ductility)。 在足夠大的剪切應力作用下或溫度較高時，材料中的晶體部分會沿著*易滑移的系統在晶粒內部發生位錯滑移，宏觀上表現為材料的塑性形變。滑移和孿晶是晶體塑性形變的兩種基本形式。滑移是指在剪切應力作用下晶體的一部分相對于另一部分發生平移滑動，在顯微鏡下可觀察到晶體表面出現宏觀條紋，并構成滑移帶。滑移一般發生在原子密度大和晶向指數小的晶面和品向上，例如，NaCl型結構的離子晶體，其滑移系統通常包括{110）晶面和晶向等。晶體材料的滑移系統往往不止一個，滑移系統越多，則發生滑移的可能性越大。金屬材料中金屬鍵沒有方向性，滑移系統很多，容易發生滑移而產生塑性形變，具有較好的延展性；而無機非金屬材料的離子鍵和共價鍵具有明顯的方向性，滑移系統較少，不易發生塑性形變，延展性一般較差。 由于使位錯運動所需的剪切應力比使晶體兩部分整體相互滑移所需的應力小得多，因此實際晶體材料的滑移是位錯缺陷在滑移面上沿滑移方向運動的結果，溫度高時，位錯運動的速度快，使得諸如氧化鋁等在室溫下不易滑移的脆性材料，在1000℃以上高溫時也能產生一定程度的塑性形變。由于金屬為單元結構，點陣常數較小，形成位錯所需的能量較小，容易形成較多數量的位錯，位錯運動較快，容易產生塑性形變；而無機非金屬材料一般點陣常數較大，形成位錯所需的能量也大，不易形成位錯，且位錯運動較慢，難以產生塑性形變。多晶陶瓷塑性不僅與組成陶瓷的晶粒有關，而且與組成陶瓷的晶界有關。 1.2.2 材料的蠕變 蠕變(creep)是在恒定的應力作用下材料的應變s隨時間增加而逐漸增大的現象。低溫
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