第一章无机材料的受力变形.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * （3）、晶界相含量较少，相应的晶界相厚度较小，蠕变有时也可能完全（或近乎完全）由晶界的滑移控制。在这类蠕变中，晶粒几乎不发生任何程度的形变。 5、蠕变断裂 蠕变的最终结果是断裂。 对于晶格蠕变，位错运动在晶粒表面附近受阻，或者点缺陷在晶粒表面富集，其结果是在晶粒表面形成较大缺陷，当缺陷吃寻达到某一临界值时，就发生灾难性扩展导致的材料断裂。晶格蠕变引发的断裂主要表现为穿晶断裂。 对于晶界蠕变，引发的断裂主要表现为沿晶断裂。 6、影响蠕变的因素 温度：温度升高，蠕变增大。温度升高对位错运动和扩散都有益。 应力：蠕变随应力增加而增大。压应力阻碍蠕变进行。 组分：组成不同，蠕变不同；组成相同，物相不同，蠕变也不同。 晶体键型：共价键结构程度增加，扩散及位错运动降低，蠕变减小。 气孔：气孔率增加，抵抗蠕变的有效面积减小，蠕变率增大。 晶粒大小：晶粒越小，蠕变率越大。 玻璃相：玻璃相多，蠕变率大。玻璃相不润湿晶相，抗蠕变性能好；玻璃相完全润湿晶相，抗蠕变性能最弱。 7、提高耐火材料抗蠕变性能的途径 消除玻璃相-很难做到。 1、控制温度，改变玻璃组成，降低玻璃的润湿特性——低温下不易烧结成致密的耐火材料。 2、 改变玻璃相粘度——通过改变成分来实现。 例：在氧化镁中加入氧化铬制成镁砖，降低了玻璃相的润湿性，提高了抗蠕变的性能。在氧化镁中加入氧化铁，增加了玻璃相的润湿性，从而降低了抗蠕变的性能。 1.5.3无机材料的超塑性 一些晶粒尺寸非常细小的无机材料在特定变形条件下（较高温度、低大于应变速率），可以产生较大的永久形变（100%），这一现象，称为超塑性。 超塑性分为相变超塑性和细晶超塑性。 相变超塑性：是由于材料发生结构相变而导致的超塑性。其发生的前提是：相变过程中存在由于体积变化而引起的较大内应力；同时具有较高的相变温度。氧化锆、氧化铋的超塑性一般为相变超塑性 细晶超塑性是一种与材料结构密切相关的超塑性，它强烈依赖于结构中晶粒的尺寸和形状。其机制有：由液相粘性流动引起的超塑性和晶界滑移引起的超塑性。大多数无机材料的超塑性，属于后者。 超塑性的变形本证方程：（P27页，公式（1.53）） 其中m——应变速率敏感性系数，超塑性变形一般m值大于0.3。 P28 页图1.25，Y-TZP材料超塑性变形与普通蠕变变形对比，可见，当材料出现超塑性时，变形应力急剧降低，可以在较低应力状态下实现材料变形。——应用：如超塑性成型技术。 报道无机材料的最大超塑性伸长量达到800%。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 形变速率与位错运动的关系 单位时间内的滑移量 宏观应变率： 位错形成能： α-几何因子，为0.5～1.0 对形变速率公式的解释： 1、可见，宏观塑性变形速率取决于位错运动速度、位错密度、柏氏矢量和位错增殖系数。要形成宏观塑性变形，必须：（1）有足够多的位错；（2）位错有一定的运动速度。 2、从（宏观应变率式） b大，易变形，但（位错形成能式）位错形成能与b2成正比，b小，形成位错的能量小，位错易于形成。 3、b相当于晶格的点阵常数。金属为单元结构，点阵常数小，所以易于形成位错；无机材料都为二元以上的化合物，点阵常数较大，难以形成位错，所以，塑性差。 4、塑性形变速率对屈服强度的影响 因为：在一定的剪应力τ作用下，将使位错运动激活能H（τ）减小， τ越大，H（τ）越小，位错越易运动，所以，塑性形变速率与所受剪应力存在一定联系。 研究得到：塑性形变速率对屈服强度存在如下关系： m-位错运动速率的应力敏感性指数。（见P25表1.2） 1.4高温下玻璃相的粘性流动 粘性流动：玻璃或陶瓷材料中的玻璃相等粘性物体在剪切应力作用下发生的不可逆转的流动变形。 该形变随时间增加而增大。理想粘性流动行为遵循牛顿粘性定律，即剪切应力与应变率或流动速度梯度成成正比 ?称为粘性系数（单位：Pa·S）简称为粘度 牛顿流体 牛顿流体：在足够的剪切力下或温度足够高时，无机材料中的陶瓷晶界、玻璃和高分子的非晶部分均产生粘性形变，因此高温下的氧化物流体、低分子溶液或高分子稀溶液大多属于牛顿流体。其特点：应力与应变率之间呈线性关系。 绝对速率理论的粘性流动模型 认为液体流动是一种速率过程，某一液体层相对于邻层液体流动时，液体分子从一种平衡态越过势垒到达另一种平衡状态。在无剪切力的作用时，势能高度为E，势能曲线是对称的；有剪切应力的作用时，沿流动方向上的势垒降低△Em；