《无机材料物理性能》4讲.ppt

无机材料物理性能 * 第四讲 理 想弹 性:受到外力后，平衡形变是瞬时达到的与 时间无关。 理想粘弹性:受到外力后，形变是随时间线性发展的。 粘 弹 性：非晶体、多晶体在比较小的应力时可以 同时表现出弹性和粘性 滞 弹 性：无机固体和金属这种与时间有关的弹性 粘弹性与滞弹性 滞弹性或粘弹性的力学模型 σ弹2 ε弹2 E2 σ弹1 ε弹1 E1 σ粘 ε粘 η 根据此模型有以下关系： ???2=?1+?3 ?3= ? ?3 ?=?1+?2 ?1=E1 ? 1 ?1=?3 ?2=E2?2 消去各元件的应力和应变，得 （?/E1)(E1+E2) ?+ E2 ?= (?/E1) ?+? 设：?? = ?/E1 ，?? = ?? (E1+E2)/ E2 = ? (E1+E2)/ E2 E1 则有 E2(?? ?+?)=???+? 定义： ?? ------ 恒定应变下的应力弛豫时间； ?? ------ 恒定应力下的应变蠕变时间。 应力弛豫时间的含义：表达了一种材料在恒定变形下，势能消失时间的长短，是材料内部结构性质的重要指标，对于材料变形性质有决定性的影响。 松弛时间短，势能消失快，这种材料接近虎克固体. 两种弛豫时间都表示材料在外力作用下，从不平衡状态通过内部结构重新调整组合达到平衡状态所需的时间。 弛豫时间与滞弹性的关系：材料的粘度越大，弹性模量越小，弛豫时间越长，滞弹性越大。 粘弹性和滞弹性 粘弹性------材料在比较小的应力作用下，可以同时表现出弹性和粘性。与理想的弹性应变比较，后者应力和应变不随时间滞后，前者有一定的滞后。 滞弹性------与时间有关的弹性，即E(t) 。 对于蠕变，应力和应变有 Ec(t)=?0/?(t) 对于弛豫，应力和应变有 Er(t)=? (t)/ ?0 也即弹性模量随时间而变化，并不是一个常数。 未弛豫模量------测量时间小于松弛时间，随时间的形变还没有机会发生时的弹性模量； 弛豫模量------测量的时间大于松弛时间，随时间的形变已发生的弹性模量。 标准线性固体的力学行为 标准线性固体应力－应变与时间的关系 (c) (b) 蠕变：施加恒定应力，应变随时间而增加 驰豫：施加恒定应变，应力随时间而减小 蠕变:当对材料施加恒定应力σ0时，其 应变随时间而增加的现象 §1-3 无机材料的高温蠕变 典型的蠕变曲线 瞬时发生的和时间没有关系 应变与时间成正比 加速蠕变阶段。应变率随时间增加，最后到d点断裂 蠕变减速阶段 oa段形变是瞬时发生的和时间没有关系 第一阶段蠕变ab，蠕变减速阶段 A为常数。 低温时n=1， ； 高温时n=2/3， 第二阶段蠕变bc，稳态蠕变阶段 （常数） 应变与时间 成正比 第三阶段蠕变cd，加速蠕变阶段。 应变率随时间增加，最后到d点断裂 高温蠕变理论 位错运动理论 扩散蠕变理论 晶界蠕变理论 高温蠕变主要有以下几种理论: 位错运动理论 位错攀移示意图 高温蠕变理论 扩散蠕变理论 高温蠕变理论 沿晶粒内部扩散的稳态蠕变速率 扩散蠕变理论 沿晶界扩散扩散的稳态蠕变速率 高温蠕变理论 ε ε 多晶陶瓷中存在着大量晶界，当晶界位向差大时，可以把晶界看成是非晶体。高温时，其粘度变小，从而易发生粘滞流动，而产生蠕变。 晶界蠕变理论 高温蠕变理论 温度 应力 显微结构 化学组成 晶体结构 影响蠕变的因素 剪应力与剪切速度梯度成正比 §1-4 高温下玻璃相的粘性流动 牛顿定律 绝对速率理论模型 流动速度 流体粘度 温度 时间 组成 影响粘度的因素 温度影响 时间的影响 组成的影响 思考题： 高温蠕变的位错运动理论的含义？ 影响蠕变的因素有哪些？怎样影响？ 玻璃相的粘度与哪些因素有关？