三耐火材料新知识讲座.PPT

前言 无机非金属材料简介 材料：材料就是用以制造有用物件的物质。 历史上人们把材料做为人类进步的里程碑： 如石器时代，铜器时代，铁器时代等。 到了20世纪60年代，人们把材料、信息与能源誉为当代文明的三大支柱；70年代又把新型材料、信息技术和生物技术认为是新技术革命的主要标志。表明材料的发展与社会文明的进步有着十分密切的关系。 如从半导体到计算机；高强度、高温、超轻质结构材料到现代航空、航天技术的发展。相反，由于光电转换材料的原因，太阳能的利用没能得到充分利用。 近年来，髙临界温度氧化物超导体得发展，引起了全世界科学界得关注，主要是因为超导材料可以推动科学技术产生飞越性的进展。材料是一切科学技术的物质基础。 本研究方向在国际上属于新开发的研究领域，而塞隆、阿隆及镁阿隆材料作为高温结构材料应用到钢铁冶金工业只是近几年内的事。材料的合成理论有待于完善，其应用领域有待于开发。 但是，非氧化物的高熔点、高强度、髙导热性、化学稳定性好、抗热震性好，不被熔融金属润湿，具有优良的抗熔渣侵蚀性能，为其预示出美好的应用前景。 因此，在该研究方向有大量高层次课题可以选择，适合于硕士生、博士生的研究工作，也为材料学本科提高知识层次。研究者可以撰写出理论水平较高的论文。 本研究方向的建立，也为现在在外读博的年轻教师回校后的继续研究工作创造良好的条件。 材料科学与工程发展前沿： ?结构材料的复合化：高强度（高比强度）、超硬度、高韧性、耐超高温、梯度材料 信息材料的高度集成化：从1维集成向3维方向 发展 低维材料：0维-纳米材料，1维-纤维，2维-涂层、薄膜 非平衡态体系：准晶：采用淬冷方法，在不同的合金系统中发现了不符合传统结晶学理论的5次、8次、10次与12次对称晶体。 材料科学与工程研究的重点： 新工艺、新技术和新合成方法的探索 组成、结构与性能的关系，特别是在接近使用条件下的性能研究 重视高精度仪器和设备的发展 运用电子计算机开展研究 材料科学与工程四要素的关系 1 无机材料的受力形变 绝大多数无机材料的变形行为如图中曲线(a)所示，即在弹性变形后没有塑行形变（或塑行形变很小），接着就是断裂，总弹性应变能非常小，这是所有脆性材料的特征。对于延性材料，如低碳钢，开始为弹性形变，接着有一段弹塑性形变，然后才断裂，总变形能很大，如图中曲线(b)所示。橡皮这类高分子材料具有极大的弹性形变，如图中曲线(c)所示，是没有残余形变的材料，称为弹性材料。 如果该物体发生形变，O 沿x, y, z方向的位移分量为u, v, w，那么x 轴上O点邻近的一点A由于O点有位移u, A点位移随x 的增加而增加，A点位移将是，则OA的长度增加了。因此，在O点处沿x 方向的正应变（单位伸长）是 实验证明，对于各向同性体，这些正应力不会引起长方体的角度改变。长方体在x轴向的相对伸长可表示为： 这就是虎克定律。它说明应力与应变之间为线性关系。 式中εx=ΔL/L为正应变; E--为弹性模量，对各向同性体为一常数。 当长方体伸长时，侧向要发生横向收缩，如图1.4。σx单独作用时，在y, z方向的收缩为 横向变形系数μ G，E，μ之间有下列关系 柔顺系数Ｓ的下标中，十位数为应变方向，个位数为所受力的方向。对于同时受有三向的各向异性材料，除正应力对应变有上述关系外，剪应力τx也会对正应变εxy有影响。而且，正应力σx也会对剪应变γxy有影响，写成三向通式为 由于晶体的对称性，例如对斜方晶系，晶轴与轴间夹角特征为，a≠b≠c，α＝90°。Ｓ数减少成9个（Ｓ11，Ｓ22，Ｓ33，Ｓ44，Ｓ55，Ｓ66，Ｓ12，Ｓ23，Ｓ31），剪应力只影响本平行平面的，不影响正应变。又如六方晶系减为5个Ｓ（Ｓ11，Ｓ33，Ｓ44，Ｓ66，Ｓ13）。立方晶系减为３个Ｓ（Ｓ11，Ｓ44，Ｓ12）。 例如ＭgO的柔顺系数在25℃时为：Ｓ11＝4.03×10-12Pa-1；Ｓ12=-0.94×10-12Pa-1；Ｓ44=6.47×10-12Pa-1。可以证明，对于立方晶系，任一方向上 用上述数据及方向余弦，可算出MgO单晶在100，110，111方向上的弹性常数，见下表： 可见各向异性晶体的弹性常数不是均匀的。对于各向同性材料，1/E不受方向余弦的影响， 即 1/E=S11， 则 （Ｓ11－Ｓ12）－S44/2＝０， 故 Ｓ