材料的性能

这张思维导图系统地梳理了材料在磁性、电性能、化学性能、力学性能、热性能和光学性能等方面的特性，结构清晰，内容详细，有助于全面了解材料的各种性能。

材料的性能

• 化学性能
  • 耐氧化性
    • 金属易失去电子，被氧化而发生金属腐蚀
    • 化学锈蚀--环境：非电解质。干燥的气体或无导电性的非水溶液。无电流产生。影响因素：温度、活泼性和浓度
    • 电化学锈蚀--环境：电解质。原理：原电池，有微弱电流产生 酸性条件：析氢腐蚀，碱中性条件：吸氧腐蚀，氧浓差锈蚀 氧浓度较低的区域就会产生更多的电子，氧浓度高的区域就可以消耗更多的氧
    • 预防：在金属表面覆盖保护层，电化学防护-牺牲阳极法或外加电流阴极保护。
  • 耐酸碱性
    • 无机非金属材料--以酸性氧化物SiO2为主，大多数金属氧化物都是碱性氧化物，相应的材料表现出较强的耐碱性，而易受酸侵蚀或溶解。
    • 金属材料--高温下浓碱液的腐蚀问题 改变内部结构：例如：镍铬铸铁中加入稀土，降低镍含量，可以降低材料成本，又可以保证合金铸铁良好的耐碱蚀性。
    • 高分子材料--良好的耐酸耐碱 主链原子以共价键结合，分子链对反应基团的保护，电绝缘性，无电化学腐蚀
  • 耐有机溶剂性
    • 高分子材料组织结构不同对耐溶剂性有较大影响/金属材料和无机非金属材料有好的耐有机溶剂性能
  • 耐老化性
    • 是高分子材料面临的问题--分子链由于受到外能的作用而断裂，分子量逐渐下降以致失去强度或破碎的现象就是老化现象 耐老化性与结构-分子中不饱和键或羰基及一些特殊基团的存在，会降低高分子材料的耐老化性。有效地避光保护结构：例如聚四氟乙烯
    • 改性方法--改进聚合物分子结构/加入适当助剂：抗氧化剂，光屏蔽剂，紫外线吸收剂
• 力学性能
  • 材料的强度--在外力作用下材料抵抗永久变形和断裂的能力
    • 应力应变曲线，虎克定律
    • 两种基本变形：弹性变形，塑性变形 拉伸试验 应力与应变--应力（stress） ：材料的受力用应力来表示，等于样品在单位横截面上所承受的负荷。 应变（strain） ：材料受力发生的形变，等于样品受力时的相对长度变化。
    • 塑性或延展性--材料在外力作用下，产生永久变形而不引起破坏的能力。 很多金属材料既有高的强度，又有良好的延展性。 固溶体或化合物合金的强度高于纯金属。 多晶材料的强度高于单晶材料。 多数无机非金属材料延展性很差。
  • 材料的硬度--材料局部抵抗硬物压入其表面的能力的量度
    • 布氏硬度--HBS适用于布氏硬度值在450以下的材料。HBW适用于布氏硬度在650以下的材料。 优点：测量误差小，数据稳定。 缺点：压痕大，不能用于太薄件、成品件及比压头还硬的材料。 应用：适于测量退火、正火、调质钢, 铸铁及有色金属的硬度
    • 维氏硬度 优点：适用范围广，从极软到极硬材料都可测量;测量精度高，可比性强；能测较薄工件。 缺点：测量操作较麻烦，测量效率低。 应用：广泛用于科研单位和高校，以及薄件表面硬度检验。不适于大批生产
    • 洛氏硬度 优点：操作简便，方便快捷，压痕小，能测较薄工件，适用范围广。 缺点：测量可比性差，不同标尺的硬度值不能比较。测量结果分散度大。 应用：是生产中应用最广泛的硬度试验方法。可用于成品检验和薄件表面硬度检验
  • 疲劳性能--材料抵抗疲劳破坏的能力
    • 疲劳强度：指在一定应力循环次数下，不发生断裂的最大应力。 疲劳极限：经过无数次的应力作用，材料不发生断裂的最大应力
• 热性能
  • 比热容
    • 热容--一定量物质升高1K所需要的热量。 摩尔热容，定容热容，定压热容，比热容 电子热容 ，晶格热容 电子热熔很小，常温下只有晶格热熔的1%
    • 金属的热容--液态金属的热容比固态大。合金的热容是每个组成元素热容与其质量百分比的乘积之和 无机材料的热容
  • 热膨胀
    • 热膨胀的表示：热膨胀系数α--温度变化1K时材料尺度的变化量。
    • 热膨胀机理：质点在平衡位置两侧受力不对称，即合力曲线的斜率不等。
    • 影响因素：原子间的键合力越强，则热膨胀系数越小。材料的结构越紧密 ，α越大，结构越疏松，α越小。
  • 热传导
    • 传输的热量——热量通量q
    • 导热方式：自由电子，晶格振动（声子），分子链节及链段运动
• 光学性能
  • 金属：光学性能主要包括反射率、吸收率、透射率和光泽度等，它具有高反射率、低吸收率和几乎为零的透射率，因而呈现出独特的金属光泽，且这些性能会因金属种类、表面状态及光的波长等因素而有所不同。光泽--强反射不同光--颜色。
  • 无机非金属材料：可以吸收红外光段的光波，一些原子量较小，键强较强的晶体可在可见光的长波曲也有吸收。透过有不同的颜色。
  • 高分子材料：无定型的高分子通常都有无色透明光，透过率高，可作为光学材料。
  • 光的反射和折射
    • 在材料与化学中，光反射与材料表面性质、折射率等相关，可用于分析表面结构成分；光折射角度取决于材料折射率，可用于研究材料光学性质与结构特性 。
    • 材料的折射率，受本性和结构的影响。 结构的影响：单位体积中原子数目越多或结构越紧密，则折射率越大。原子半径越大，折射率越大。
• 磁性
  • 磁性概念
    • 磁性是物质因内部电子运动和自旋产生磁场，并与外部磁场相互作用（吸引或排斥）的特性。
  • 种类
    • 反磁性是物质在外磁场作用下产生与外磁场方向相反的微弱磁性，顺磁性是物质在外磁场中呈现出微弱的与外磁场同向的磁性，铁磁性是物质在较弱磁场下就能产生强磁性且具有磁滞现象，反铁磁性是物质内部磁矩呈反平行排列但宏观上不表现出磁性，铁氧体磁性是一种亚铁磁性，由不同磁性离子分布在不同晶格位置产生。
  • 磁畴和磁化曲线
    • 磁畴是铁磁质内自发磁化的小区域，磁化曲线是描述铁磁质在磁化过程中磁感应强度随磁场强度变化的曲线。
• 电性能
  • 导电性能
    • 导电性能：载流子（电流载体）在材料中流动的能力。 载流子——电流载体，包括自由电子、空穴、正、负离子等形式。 绝缘体，半导体，导体，超导体电导率
    • 能带理论--物体导电性取决于能带结构。价带电子若能跃迁到导带，物体就导电。金属导带与价带重叠或禁带窄，电子易跃迁，导电性好；绝缘体禁带宽，电子难跃迁，不导电；半导体禁带宽度适中，一定条件下电子可跃迁，有一定导电性。
  • 介电性能
    • 在电场作用下，材料对静电的储蓄和耗损能力。 极化：介电质在电场作用下产生感应电荷的现象。电子极化 ，偶极极化，离子极化
    • 电容：电荷量与电压的比值。介电常数：材料极化和储存电荷的能力。
    • 衡量指标 介电强度：在一定间隔的平板电容器的极板间可以维持的最大电场强度，也称击穿电压，单位V/m。 介电强度越大，材料所能承受的最大压力越大。压力超过最大电压时，电容器被击穿和放电。 介电耗损：材料在电场的作用下，由于电荷运动而引起的能量损失（电能转化为热能。正负离子的极化及相对运动。 介电耗损越小，材料的绝缘性能越好
  • 铁电性
    • 铁电性 ——铁电材料在除去外电场后仍保持部分极化状态。
    • 电滞曲线，居里温度。
  • 压电性
    • 压电性是某些电介质在受外力作用时会产生极化并在表面出现电荷（正压电效应），以及在极化方向施加电场会发生变形（逆压电效应）的特性。 电致伸缩
• 电滞曲线
• 金属
• 材料抵抗各种介质作用的能力，也就是化学稳定性