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無機非金屬材料性能 版權信息
- ISBN：9787030200761
- 條形碼：9787030200761 ; 978-7-03-020076-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
無機非金屬材料性能 內容簡介
本書從材料學和材料物理角度出發，以無機非金屬材料各種性質或特性的基本規律及機理、影響因素和典型材料及其應用為主線，系統介紹了無機非金屬材料的力學性能、熱學性質與抗熱震性、電學性能、磁學性能、光學性能、功能耦合與轉換特性以及敏感特性等，內容覆蓋了傳統陶瓷與優選陶瓷材料、玻璃、半導體、晶體、炭素材料(碳纖維、石墨和金剛石)、耐火材料以及建筑材料等，并且吸納了相關領域尤其是納米無機非金屬材料方面的新近科研成果。
無機非金屬材料性能 目錄
目錄
前言
第1章 力學性能 1
1.1 彈性性能 2
1.1.1 彈性模量的概念、物理意義及特性 3
1.1.2 彈性模量與熔點和原子體積的關系 6
1.1.3 彈性模量與溫度的關系 6
1.1.4 彈性模量與氣孔率的關系 8
1.1.5 復合材料的彈性模量 9
1.1.6 滯彈性 11
1.2 硬度 13
1.2.1 硬度的種類及其測試方法 13
1.2.2 硬度的影響因素及其與其他性能的關系 17
1.3 斷裂強度 18
1.3.1 陶瓷材料的理論斷裂強度 19
1.3.2 Griffith脆性斷裂理論 21
1.3.3 強度的影響因素 24
1.3.4 強度的統計性質 31
1.3.5 聯合強度理論和脆性材料的優化使用 35
1.3.6 復合材料的強度 37
1.4 斷裂韌性和斷裂功 45
1.4.1 應力強度因子和斷裂韌性 45
1.4.2 斷裂韌性的影響因素 52
1.4.3 斷裂功 61
1.4.4 裂紋的起源與擴展 64
1.5 塑性和超塑性 65
1.5.1 塑性變形行為的一般規律 66
1.5.2 塑性變形的位錯理論 70
1.5.3 塑性變形的影響因素 73
1.5.4 超塑性的分類與機制 75
1.5.5 超塑性的影響因素 78
1.6 蠕變 80
1.6.1 陶瓷材料蠕變的一般規律 80
1.6.2 蠕變機理 81
1.6.3 蠕變的影響因素 83
1.7 疲勞性能 85
1.7.1 靜態疲勞(亞臨界裂紋擴展) 86
1.7.2 循環疲勞 90
1.8 沖擊性能 95
1.8.1 沖擊性能的一般特征 95
1.8.2 表征材料沖擊性能的特征參數 96
1.8.3 沖擊性能的影響因素 98
1.8.4 沖擊損傷機理 100
1.8.5 沖擊性能的研究方法 102
思考題和習題 106
參考文獻 107
第2章 熱學性能和抗熱震性 110
2.1 熱學性能 111
2.1.1 熔點 111
2.1.2 比熱容 113
2.1.3 熱膨脹系數 115
2.1.4 熱導率 124
2.2 熱應力 139
2.2.1 熱應力的分類 139
2.2.2 第二類熱應力的計算 140
2.3 抗熱震性 143
2.3.1 抗熱震性評價理論 143
2.3.2 熱震剩余強度的預測 150
2.3.3 抗熱震性的影響因素及其改善途徑 151
思考題和習題 163
參考文獻 164
第3章 電學性能 166
3.1 基本概念和基本規律 167
3.1.1 電偶極矩 167
3.1.2 宏觀介質中的電磁運動規律 168
3.1.3 復介電常數 171
3.1.4 歐姆定律 172
3.2 介電性能 172
3.2.1 電介質的極化 172
3.2.2 介質弛豫和德拜方程 180
3.2.3 介質損耗的影響因素 182
3.2.4 介電強度 183
3.2.5 典型介電材料的介電特性及其應用 184
3.3 鐵電與反鐵電特性 188
3.3.1 鐵電體的基本特性 188
3.3.2 鐵電體自發極化的微觀機理 192
3.3.3 鐵電體的電疇和極化反向 195
3.3.4 鐵電體分類 198
3.3.5 鐵電體的應用 200
3.3.6 反鐵電體的基本特性和微觀結構 202
3.4 離子電導 206
3.4.1 載流子濃度 206
3.4.2 離子遷移率 207
3.4.3 離子電導率 209
3.4.4 擴散與離子電導 210
3.4.5 影響離子電導率的因素 212
3.5 半導體的電學性能 216
3.5.1 半導體的能帶解釋 216
3.5.2 半導體中的電子電導 217
3.5.3 典型半導體材料及其應用 229
3.6 超導電性和超導材料 231
3.6.1 超導體的電磁學基本特征 231
3.6.2 超導電性的宏觀電磁學規律 234
3.6.3 超導材料的分類及典型材料 237
3.6.4 超導材料的應用 241
思考題和習題 243
參考文獻 244
第4章 磁學性能 245
4.1 磁性本質與磁性分類 247
4.1.1 磁性的表征參數 247
4.1.2 磁性的本質 248
4.1.3 磁性的分類 249
4.2 磁疇和交換作用 253
4.2.1 磁疇 253
4.2.2 交換作用 256
4.3 磁滯回線、磁導率和磁致損耗 262
4.3.1 磁滯回線 262
4.3.2 磁導率 263
4.3.3 *大磁能積 263
4.3.4 損耗系數和品質因數 263
4.4 鐵氧體的磁性與結構 264
4.4.1 尖晶石型鐵氧體 264
4.4.2 石榴石型鐵氧體 266
4.4.3 磁鉛石型鐵氧體 266
4.5 磁性陶瓷及其應用 267
4.5.1 軟磁鐵氧體 267
4.5.2 硬磁鐵氧體 268
4.5.3 旋磁鐵氧體 269
4.5.4 矩磁鐵氧體 270
4.5.5 壓磁鐵氧體 272
4.5.6 磁泡鐵氧體 273
4.5.7 磁記錄材料 273
4.5.8 磁性復合材料 274
思考題和習題 276
參考文獻 276
第5章 光學性能 277
5.1 光的折射、反射、吸收、散射和透射特性 278
5.1.1 光折射特性——折射率和色散 278
5.1.2 光反射特性與光導纖維 282
5.1.3 光吸收與散射特性——吸收系數和散射系數 287
5.1.4 無機材料的透光性 292
5.2 漫反射和表面光澤 296
5.3 不透明性和半透明性 298
5.3.1 不透明性和乳濁化 298
5.3.2 半透明性 302
5.4 無機材料的顯色機理與陶瓷顏料 303
5.5 熒光與熒光物質 305
5.5.1 熒光及其產生機理 305
5.5.2 熒光物質的主要類別 306
5.6 激光和激光器基質材料 310
5.6.1 激光及其產生條件 310
5.6.2 對固體激光器基質材料的性能要求 310
5.6.3 固體激光器基質材料的種類及特性 311
5.7 紅外透過材料及其特性 318
5.7.1 紅外技術的起源和應用 318
5.7.2 紅外系統對紅外透過材料的性能要求 319
5.7.3 紅外透過材料的種類及特性 320
5.8 非線性光學效應 325
5.8.1 線性光學與非線性光學 325
5.8.2 非線性光學材料 326
思考題和習題 327
參考文獻 327
第6章 功能的耦合與轉換特性 329
6.1 力-熱-電功能轉換圖——Heckmann圖 330
6.2 壓電效應 332
6.2.1 壓電效應及其產生機理 332
6.2.2 表征壓電效應的特性參數 333
6.2.3 壓電材料的應用 339
6.3 壓磁效應與壓磁材料 344
6.3.1 壓磁效應的概念 344
6.3.2 描述壓磁效應的特性參數 344
6.3.3 壓磁材料的種類、性質及其應用 345
6.4 熱釋電效應與逆熱釋電效應 348
6.4.1 熱釋電效應 348
6.4.2 熱釋電效應產生的條件和機理 349
6.4.3 熱釋電材料的特性參數和優值 349
6.4.4 熱釋電材料及其應用 350
6.4.5 逆熱釋電效應 352
6.5 熱電效應與熱電材料 354
6.5.1 熱電效應 354
6.5.2 熱電材料性能的優值參數及實現高優值的途徑 355
6.5.3 熱電材料的應用 357
6.6 電光和光彈功能轉換特性 361
6.6.1 電光效應和電光材料 361
6.6.2 光彈效應 364
6.7 磁光效應與磁光材料 364
6.7.1 磁光效應 364
6.7.2 磁光材料及其應用 366
6.8 聲光效應和聲光材料 368
6.8.1 聲光效應 368
6.8.2 聲光材料及其應用 369
思考題和習題 370
參考文獻 371
第7章 敏感特性 372
7.1 力敏特性 373
7.1.1 力敏特性參數及影響因素 373
7.1.2 力敏材料及其特性 374
7.2 熱敏特性 376
7.2.1 熱敏特性機理 377
7.2.2 熱敏特性的影響因素 379
7.2.3 熱敏材料及其應用 381
7.3 光敏特性 392
7.3.1 光敏特性機理 392
7.3.2 光敏材料及其性質 393
7.4 壓敏特性 395
7.4.1 壓敏特性機理 396
7.4.2 壓敏材料及其應用 398
7.5 氣敏特性 400
7.5.1 氣敏特性機理 401
7.5.2 氣敏材料及其應用 402
7.6 濕敏特性 409
7.6.1 濕敏特性的表征參數 409
7.6.2 濕敏特性機理 410
7.6.3 濕敏材料特性及其應用 410
7.7 磁阻效應 414
7.7.1 磁阻效應 415
7.7.2 磁阻材料及其性質 415
思考題和習題 418
參考文獻 418
附錄1 本書常用單位 420
附錄2 符號表 421
附錄3 英文專業詞匯索引 425
前言
第1章 力學性能 1
1.1 彈性性能 2
1.1.1 彈性模量的概念、物理意義及特性 3
1.1.2 彈性模量與熔點和原子體積的關系 6
1.1.3 彈性模量與溫度的關系 6
1.1.4 彈性模量與氣孔率的關系 8
1.1.5 復合材料的彈性模量 9
1.1.6 滯彈性 11
1.2 硬度 13
1.2.1 硬度的種類及其測試方法 13
1.2.2 硬度的影響因素及其與其他性能的關系 17
1.3 斷裂強度 18
1.3.1 陶瓷材料的理論斷裂強度 19
1.3.2 Griffith脆性斷裂理論 21
1.3.3 強度的影響因素 24
1.3.4 強度的統計性質 31
1.3.5 聯合強度理論和脆性材料的優化使用 35
1.3.6 復合材料的強度 37
1.4 斷裂韌性和斷裂功 45
1.4.1 應力強度因子和斷裂韌性 45
1.4.2 斷裂韌性的影響因素 52
1.4.3 斷裂功 61
1.4.4 裂紋的起源與擴展 64
1.5 塑性和超塑性 65
1.5.1 塑性變形行為的一般規律 66
1.5.2 塑性變形的位錯理論 70
1.5.3 塑性變形的影響因素 73
1.5.4 超塑性的分類與機制 75
1.5.5 超塑性的影響因素 78
1.6 蠕變 80
1.6.1 陶瓷材料蠕變的一般規律 80
1.6.2 蠕變機理 81
1.6.3 蠕變的影響因素 83
1.7 疲勞性能 85
1.7.1 靜態疲勞(亞臨界裂紋擴展) 86
1.7.2 循環疲勞 90
1.8 沖擊性能 95
1.8.1 沖擊性能的一般特征 95
1.8.2 表征材料沖擊性能的特征參數 96
1.8.3 沖擊性能的影響因素 98
1.8.4 沖擊損傷機理 100
1.8.5 沖擊性能的研究方法 102
思考題和習題 106
參考文獻 107
第2章 熱學性能和抗熱震性 110
2.1 熱學性能 111
2.1.1 熔點 111
2.1.2 比熱容 113
2.1.3 熱膨脹系數 115
2.1.4 熱導率 124
2.2 熱應力 139
2.2.1 熱應力的分類 139
2.2.2 第二類熱應力的計算 140
2.3 抗熱震性 143
2.3.1 抗熱震性評價理論 143
2.3.2 熱震剩余強度的預測 150
2.3.3 抗熱震性的影響因素及其改善途徑 151
思考題和習題 163
參考文獻 164
第3章 電學性能 166
3.1 基本概念和基本規律 167
3.1.1 電偶極矩 167
3.1.2 宏觀介質中的電磁運動規律 168
3.1.3 復介電常數 171
3.1.4 歐姆定律 172
3.2 介電性能 172
3.2.1 電介質的極化 172
3.2.2 介質弛豫和德拜方程 180
3.2.3 介質損耗的影響因素 182
3.2.4 介電強度 183
3.2.5 典型介電材料的介電特性及其應用 184
3.3 鐵電與反鐵電特性 188
3.3.1 鐵電體的基本特性 188
3.3.2 鐵電體自發極化的微觀機理 192
3.3.3 鐵電體的電疇和極化反向 195
3.3.4 鐵電體分類 198
3.3.5 鐵電體的應用 200
3.3.6 反鐵電體的基本特性和微觀結構 202
3.4 離子電導 206
3.4.1 載流子濃度 206
3.4.2 離子遷移率 207
3.4.3 離子電導率 209
3.4.4 擴散與離子電導 210
3.4.5 影響離子電導率的因素 212
3.5 半導體的電學性能 216
3.5.1 半導體的能帶解釋 216
3.5.2 半導體中的電子電導 217
3.5.3 典型半導體材料及其應用 229
3.6 超導電性和超導材料 231
3.6.1 超導體的電磁學基本特征 231
3.6.2 超導電性的宏觀電磁學規律 234
3.6.3 超導材料的分類及典型材料 237
3.6.4 超導材料的應用 241
思考題和習題 243
參考文獻 244
第4章 磁學性能 245
4.1 磁性本質與磁性分類 247
4.1.1 磁性的表征參數 247
4.1.2 磁性的本質 248
4.1.3 磁性的分類 249
4.2 磁疇和交換作用 253
4.2.1 磁疇 253
4.2.2 交換作用 256
4.3 磁滯回線、磁導率和磁致損耗 262
4.3.1 磁滯回線 262
4.3.2 磁導率 263
4.3.3 *大磁能積 263
4.3.4 損耗系數和品質因數 263
4.4 鐵氧體的磁性與結構 264
4.4.1 尖晶石型鐵氧體 264
4.4.2 石榴石型鐵氧體 266
4.4.3 磁鉛石型鐵氧體 266
4.5 磁性陶瓷及其應用 267
4.5.1 軟磁鐵氧體 267
4.5.2 硬磁鐵氧體 268
4.5.3 旋磁鐵氧體 269
4.5.4 矩磁鐵氧體 270
4.5.5 壓磁鐵氧體 272
4.5.6 磁泡鐵氧體 273
4.5.7 磁記錄材料 273
4.5.8 磁性復合材料 274
思考題和習題 276
參考文獻 276
第5章 光學性能 277
5.1 光的折射、反射、吸收、散射和透射特性 278
5.1.1 光折射特性——折射率和色散 278
5.1.2 光反射特性與光導纖維 282
5.1.3 光吸收與散射特性——吸收系數和散射系數 287
5.1.4 無機材料的透光性 292
5.2 漫反射和表面光澤 296
5.3 不透明性和半透明性 298
5.3.1 不透明性和乳濁化 298
5.3.2 半透明性 302
5.4 無機材料的顯色機理與陶瓷顏料 303
5.5 熒光與熒光物質 305
5.5.1 熒光及其產生機理 305
5.5.2 熒光物質的主要類別 306
5.6 激光和激光器基質材料 310
5.6.1 激光及其產生條件 310
5.6.2 對固體激光器基質材料的性能要求 310
5.6.3 固體激光器基質材料的種類及特性 311
5.7 紅外透過材料及其特性 318
5.7.1 紅外技術的起源和應用 318
5.7.2 紅外系統對紅外透過材料的性能要求 319
5.7.3 紅外透過材料的種類及特性 320
5.8 非線性光學效應 325
5.8.1 線性光學與非線性光學 325
5.8.2 非線性光學材料 326
思考題和習題 327
參考文獻 327
第6章 功能的耦合與轉換特性 329
6.1 力-熱-電功能轉換圖——Heckmann圖 330
6.2 壓電效應 332
6.2.1 壓電效應及其產生機理 332
6.2.2 表征壓電效應的特性參數 333
6.2.3 壓電材料的應用 339
6.3 壓磁效應與壓磁材料 344
6.3.1 壓磁效應的概念 344
6.3.2 描述壓磁效應的特性參數 344
6.3.3 壓磁材料的種類、性質及其應用 345
6.4 熱釋電效應與逆熱釋電效應 348
6.4.1 熱釋電效應 348
6.4.2 熱釋電效應產生的條件和機理 349
6.4.3 熱釋電材料的特性參數和優值 349
6.4.4 熱釋電材料及其應用 350
6.4.5 逆熱釋電效應 352
6.5 熱電效應與熱電材料 354
6.5.1 熱電效應 354
6.5.2 熱電材料性能的優值參數及實現高優值的途徑 355
6.5.3 熱電材料的應用 357
6.6 電光和光彈功能轉換特性 361
6.6.1 電光效應和電光材料 361
6.6.2 光彈效應 364
6.7 磁光效應與磁光材料 364
6.7.1 磁光效應 364
6.7.2 磁光材料及其應用 366
6.8 聲光效應和聲光材料 368
6.8.1 聲光效應 368
6.8.2 聲光材料及其應用 369
思考題和習題 370
參考文獻 371
第7章 敏感特性 372
7.1 力敏特性 373
7.1.1 力敏特性參數及影響因素 373
7.1.2 力敏材料及其特性 374
7.2 熱敏特性 376
7.2.1 熱敏特性機理 377
7.2.2 熱敏特性的影響因素 379
7.2.3 熱敏材料及其應用 381
7.3 光敏特性 392
7.3.1 光敏特性機理 392
7.3.2 光敏材料及其性質 393
7.4 壓敏特性 395
7.4.1 壓敏特性機理 396
7.4.2 壓敏材料及其應用 398
7.5 氣敏特性 400
7.5.1 氣敏特性機理 401
7.5.2 氣敏材料及其應用 402
7.6 濕敏特性 409
7.6.1 濕敏特性的表征參數 409
7.6.2 濕敏特性機理 410
7.6.3 濕敏材料特性及其應用 410
7.7 磁阻效應 414
7.7.1 磁阻效應 415
7.7.2 磁阻材料及其性質 415
思考題和習題 418
參考文獻 418
附錄1 本書常用單位 420
附錄2 符號表 421
附錄3 英文專業詞匯索引 425
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無機非金屬材料性能 節選
第1章 力學性能 1977年，美國福特汽車公司率先用Si3N4和SiC陶瓷制造了一臺全陶瓷燃氣輪機， 其燃氣入口溫度達1230℃，轉速為5 萬轉/分，成功運轉了25 小時。1982年，日本京都陶瓷公司（Kyocera Corp.）研制成功全陶瓷發動機小汽車。同年，瑞典沃爾沃公司和聯合公司共同研制的燃氣輪機，首次在世界上成功進行了乘用車實際行駛，其渦輪工作溫度為1100℃，轉速為5萬轉/分，成功運轉了10小時。 1986年，我國開始執行“先進結構陶瓷與絕熱發動機” 的5年研究計劃，將6105增壓柴油機活塞頂、缸蓋等關鍵部件換為陶瓷材料。通過400小時的無水冷臺架試驗，并于1991年裝在一臺45座大客車上，成功地在京滬間往返行駛了3200千米，使我國成為世界上第三個進行無水冷陶瓷發動機裝車路試的國家。 圖為Kyocera Corp.生產的一些Al2O3、ZrO2、Si3N4和SiC等陶瓷零部件照片。 力學性能（mechanical property）是指在機械力（包括靜載荷和動載荷）作用下材料發生形變或斷裂破壞過程中所表現的行為特性，主要包括彈性、塑性、斷裂性能、蠕變、疲勞和沖擊性能等。其中彈性、塑性、斷裂性能和蠕變等均是在靜載荷作用下的特性，疲勞和沖擊性能則為動載荷作用下的特性。無機非金屬材料的化學鍵大多為離子鍵或共價鍵，鍵能高且鍵的方向性明顯。與一般的金屬材料相比，其晶體結構復雜且表面能小，所以其彈性、塑性、斷裂和沖擊行為特性與金屬材料相比差異顯著。對于大多數無機材料尤其是以利用其力學性能為主的結構型無機材料來說，力學性能是工程應用需要首先考慮的因素之一，所以掌握力學性能特點及其影響因素，對于新材料的優化設計、新產品的研制開發及其推廣應用均具有重要意義。本章主要講述無機材料的彈性、塑性、斷裂性能、蠕變、疲勞和沖擊性能及相關理論或機理，以及用于表征這些特性的材料本征參數，如彈性模量、硬度、斷裂強度、斷裂韌性、斷裂功、沖擊韌性等的物理意義、影響因素和評價方法等。 1.1 彈性性能[1~3] 材料的形狀和尺寸因外力作用而改變的現象稱為變形（deformation）。通常，彈性即指該變形在外力去除后立即恢復的力。材料種類不同，其變形行為也各不相同，圖1.1為3種典型材料的應力-應變曲線。 圖1.1 3 種典型材料的應力-應變曲線 （1）、（2）用左縱軸和下橫軸軸標，（3）用右縱軸和上橫軸軸標 在常溫常壓條件下，絕大多數無機材料的變形行為如圖1.1中曲線（1）所示，即在彈性變形（elastic deformation）后，幾乎不產生塑性變形（plastic deforma-tion）就產生脆性斷裂（brittle fracture），彈性應變能很小，這是所有脆性材料的特征。對于典型的金屬材料，如低碳鋼，首先要經歷彈性變形，接著發生屈服（yielding），繼而產生明顯的塑性變形，*后才斷裂，總變形能很大，如圖1.1中曲線（2）所示。橡皮這類高分子材料承載后則產生極大的彈性變形，如圖1.1中曲線（3）所示，而不產生殘余變形，即在撤掉外力后能完全恢復原來的形狀，故稱為彈性材料。彈性模量是表征材料彈性性能的核心指標，也是本節主要議題。 1.1.1 彈性模量的概念、物理意義及特性 常溫條件下，無機材料同金屬材料和木材等許多固體材料一樣，其彈性變形可用胡克定律（Hooke’slaw）來描述，即拉伸變形時，應力σ與應變ε的關系滿足σ=Eε（1.1）式中，E為拉伸彈性模量或稱為楊氏模量（Young’smodulus）。對于圖1.1中的Al2O3 來說，E即為曲線（1）的斜率。 剪切變形時，其剪切應力τ與剪切應變γ之間的關系為τ=Gγ（1.2）式中，G為剪切彈性模量（shear modulus）（簡稱切變模量）。受靜水壓力（等靜壓）壓縮時，其壓縮應力σ與體積應變εV 之間的關系為σ=KεV（1.3）式中，K為體積彈性模量（bulk modulus）（簡稱體積模量）。對于各向同性材料來說，剪切彈性模量G和體積彈性模量K 與拉伸彈性模量E存在如下關系：（1.4）（1.5）式中，ν 為泊松比（Poisson’sratio），它與E、G 和K 等均為表征材料彈性性質的重要特征參數。 對于一受軸向拉伸應力的各向同性圓柱體來說，在軸向伸長時，橫向要發生收縮（如圖1.2（a）所示），此時，泊松比即為橫向收縮率（εr=Δd/d）與軸向伸長率（ε1=Δl/l）的比值（1.6） 由于陶瓷材料試樣難以進行拉伸測試，常采用單向壓縮實驗來測定材料的泊松比（如圖1.2（b）所示）。此時，泊松比即為橫向膨脹率（εr=Δd/d）與軸向壓縮率（εl=Δl/l）的比值，表達式與式（1.6）相同。當試樣為正方柱體時，泊松比的求法與此也非常類似。 一般情況下，金屬材料的泊松比多在0.29~0.33，而大多數陶瓷材料的泊松比則為0.2~0.25，例如，AlN的為0.24，Al2O3的為0.24，Sialon的為0.25；但也有例外，如SiC的偏低，為0.14，玻璃陶瓷（Macor）的偏高，為0.29。對于氧化物來說，泊松比一般隨其理論密度的增大而增大（如圖1.3所示）。 圖1.2 圓柱體的受力變形示意圖 （a）軸向拉伸；（b）軸向壓縮 圖1.3 一些典型陶瓷材料的泊松比與其理論密度的關系 對于各向同性材料，四個彈性常數E、G、K和ν之間存在的相互關系如表1.1所示。 綜上所述，彈性模量在宏觀上指示材料抵抗外力作用下發生彈性變形能力的高低。在微觀上，彈性模量實際則是原子結合強度的一個標志，反映的是原子間距產生微小變化所需要外力的大小，這是由于材料的彈性變形實質上是在外力作用下原子由平衡位置產生了很小位移的結果。無機非金屬材料所容許的這個原子位移很小，超過某個臨界值，在常溫常壓下，鍵就會發生斷裂，在足夠高的溫度下，則會產生因原子面之間滑移而導致的塑性變形。 表1.1 各向同性材料彈性常數之間的關系 圖1.4 原子間結合力示意圖 固體材料中兩個原子間的引力和斥力可用著名的Condon Moase曲線來描述（如圖1.4所示）。彈性模量反映了兩原子從平衡間距d0離開或靠近時所需的外力，即曲線在d0處的斜率。 雖然原子間距所容許的彈性變形范圍很小（0.1%~0.2%），但所需的外力卻很大，即彈性模量對原子間距的彈性變化很敏感。 表1.2給出了一些無機非金屬材料室溫下的拉伸彈性模量，簡稱彈性模量（后文中若未作特殊說明，彈性模量均指拉伸彈性模量）。不同種類的陶瓷材料彈性模量大體上符合關系：碳化物>硼化物≈氮化物>氧化物。 表1.2 一些無機非金屬材料室溫下的彈性模量 對于晶體材料，由于其化學鍵具有明顯的方向性，加之某些晶體在不同的晶體學方向上化學鍵類型不同，彈性模量往往會呈現明顯的各向異性（anisotropy），高對稱性的單晶體更是如此。表1.3給出了MgO和石墨單晶彈性模量各向異性的實例。其中，C 為剛度系數（描述各向異性的彈性模量常數以剛度系數表示），S為彈性柔度（elastic compliance）系數。對各向同性材料，S11=1/E，S12=-γ/E，S44=2（S11-S12）=1/G。另外，對于組織具有各向異性的材料，如具有織構的材料或具有明顯方向性的復合材料，彈性模量也會隨方向不同而不同。 表1.3 MgO和石墨單晶的彈性常數 1.1.2 彈性模量與熔點和原子體積的關系 物質熔點的高低反映了其原子間結合力的大小，這與彈性模量反映原子間結合力的大小相似。因此，一般說來，彈性模量與熔點成正比例關系。例如，在300K下，彈性模量E與熔點Tm之間滿足如下關系：（1.7）式中，k 為玻爾茲曼常數；Va為原子或分子的體積。圖1.5為一些物質的彈性模量E與kTm/Va之間的關系，可見，二者符合良好的線性關系。 理論計算表明，等靜壓力下無機材料的體積彈性模量與原子對體積的4/3次方成反比。圖1.6給出了一些無機材料體積彈性模量的實測值和理論值與原子對體積之間的關系，二者符合很好的線性關系。 1.1.3 彈性模量與溫度的關系 由于原子間距及結合力隨溫度的變化而改變，彈性模量對溫度變化也較為敏感。當溫度升高時，原子間距增大，例如，由圖1.4所示的d0增至dt，dt處的曲線斜率（對應切線2）較d0處的斜率（對應切線1）減小，即彈性模量降低。因此，固體材料的彈性模量一般隨溫度的升高而降低。少數材料如石墨和C/C復合材料卻例外，尤其是C/C復合材料，彈性模量在500~1400℃反而大幅度增
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