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材料物理导论(第三版)(含光盘) 版权信息
- ISBN：9787030335777
- 条形码：9787030335777 ; 978-7-03-033577-7
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>
材料物理导论(第三版)(含光盘) 内容简介
本书根据"材料大学科"的思路,借鉴靠前材料学科新教材的编写方式，主要阐述材料科学中的物理方面内容,不仅论述材料的物理性能及其微观机理，而且介绍现代材料的多个专题进展，兼顾到材料的力学、热学、电学、磁学、光学、声学以及材料的功能转换等内容，书中专题内容可作为学生的课外阅读资料，也可作为课堂小组讨论材料使用。本书作为教材使用时基本内容可在大约50个学时讲授完毕。
材料物理导论(第三版)(含光盘) 目录
目录
前言
第1章 材料的力学 1
1.1 材料的形变 1
1.1.1 应力 1
1.1.2 应变 2
1.1.3 弹性形变 3
1.1.4 黏性形变 5
1.2 材料的塑性、蠕变与黏弹性 6
1.2.1 材料的塑性 6
1.2.2 材料的蠕变 6
1.2.3 材料的黏弹性 7
1.3 材料的断裂与机械强度 11
1.3.1 材料的理论结合强度 12
1.3.2 材料的脆性断裂与韧性断裂 12
1.3.3 材料的裂纹断裂理论 13
1.3.4 材料的断裂韧性 14
1.3.5 材料的硬度 14
1.4 材料的量子力学基础 15
1.4.1 古典量子论 15
1.4.2 量子力学的假设 16
1.4.3 薛定谔方程 17
1.4.4 量子力学的应用 18
1.5 专题：材料的力学与显微结构 21
1.5.1 纳米陶瓷复合材料显微结构对力学性能的影响 22
1.5.2 微米陶瓷复合材料显微结构对力学性能的影响 25
1.5.3 层状结构复合材料显微结构对力掌性能的影响 32
1.5.4 相变增韧复合材料显微结构对力学性能的影响 35
习题 36
参考文献 37
第2章 材料的热学 39
2.1 热力学与统计力学概要 39
2.1.1 热力学与统计力学的关系 39
2.1.2 热力学概要 39
2.1.3 统计力学概要 41
2.2 材料的热容量 43
2.2.1 品格的热振动 43
2.2.2 热容量的经验定律 44
2.2.3 热容量的经典理论 44
2.2.4 热容量的量子理论 45
2.2.5 实际材料的热容量 46
2.3 材料的热膨胀 47
2.3.1 热膨胀的定义 47
2.3.2 热膨胀的微观机理 48
2.3.3 实际材料的热膨胀 49
2.4 材料的热传导 49
2.4.1 热传导的定义 49
2.4.2 材料热传导的微观机理 50
2.4.3 实际材料的热导率 51
2.5 材料的热稳定性 52
2.5.1 热稳定性的定义 52
2.5.2 材料的热应力断裂 52
2.5.3 材料的热应力损伤 54
2.5.4 实际材料的热稳定性 54
2.6 专题：集成电路用基片材料 55
2.6.1 氧化铝陶瓷 56
2.6.2 氮化铝陶瓷 56
2.6.3 金刚石薄膜材料 60
2.6.4 复合陶瓷 62
2.6.5 聚合物-陶瓷复合基片材料 65
2.6.6 金属基复合材料 66
习题 68
参考文献 69
第3章 材料的电学 71
3.1 金属的自由电子论 71
3.1.1 金属的自由电子气模型 71
3.1.2 金属的电导率 72
3.2 能带理论 73
3.2.1 布洛赫定理 73
3.2.2 准自由电子近似的电子能谱 73
3.2.3 导体、半导体与介电体的区别 74
3.3 材料的电导 76
3.3.1 电子型电导 76
3.3.2 离子型电导 86
3.3.3 实际材料的电导率 87
3.4 材料的介电性 88
3.4.1 材料的电极化 88
3.4.2 材料的电损耗 93
3.4.3 材料的电击穿 96
3.5 材料的超导电性 98
3.5.1 材料的超导电现象 98
3.5.2 迈斯纳效应 99
3.5.3 约瑟夫森效应 99
3.6 专题：高温超导材料 100
3.6.1 超导理论 101
3.6.2 超导材料制备工艺 101
3.6.3 超导材料新体系 103
3.6.4 超导应用 105
3.7 专题：LED发光显示材料 108
3.7.1 LED的概述 108
3.7.2 p-n结 108
3.7.3 复合理论 110
3.7.4 p-n结注入发光 111
3.7.5 LED的效率 111
3.7.6 LED制备技术 112
3.7.7 LED材料 114
3.7.8 LED的特性 115
3.7.9 LED应用领域 116
习题 117
参考文献 118
第4章 材料的磁学 120
4.1 材料的磁性 120
4.1.1 材料的磁现象 120
4.1.2 材料磁性的微观机理 121
4.1.3 材料磁性的分类 122
4.1.4 材料磁性的热力学关系 123
4.2 材料的抗磁性和顺磁性理论 124
4.2.1 材料的抗磁性理论 124
4.2.2 材料的顺磁性理论 126
4.2.3 晶体场理论与轨道角动量猝灭 128
4.3 材料的铁磁性理论 129
4.3.1 铁磁材料的分子场理论 129
4.3.2 材料的反铁磁性和亚铁磁性理论 131
4.3.3 铁磁材料的相互作用能 132
4.3.4 磁畴的形成及其稳定状态 133
4.4 材料的磁性能指标 134
4.4.1 材料的磁导率和磁能积 134
4.4.2 材料的磁损耗与品质因子 135
4.4.3 材料的磁性频谱 136
4.4.4 材料磁性能的稳定性 137
4.4.5 铁氧体磁性材料 137
4.5 专题：稀土永磁材料 138
4.5.1 Nd-Fe-B材料的研究 138
4.5.2 稀土永磁材料的应用 142
习题 146
参考文献 147
第5章 材料的光学 148
5.1 材料的透光性 148
5.1.1 光的折射与反射 148
5.1.2 光的吸收 150
5.1.3 光的色散与散射 151
5.1.4 材料的透光性和颜色 151
5.2 激光与激光材料 153
5.2.1 发光及其材料 153
5.2.2 激光及其材料 154
5.3 光的传输与光纤材料 155
5.3.1 光的传输 155
5.3.2 光学纤维材料 157
5.4 材料的非线性光学效应 158
5.4.1 材料的非线性极化 158
5.4.2 非线性光学材料 160
5.5 专题：光纤通信材料 160
5.5.1 概述 160
5.5.2 光的导引 161
5.5.3 光纤制造 164
5.5.4 光纤拉制 167
5.5.5 全包覆技术 168
5.5.6 溶胶凝胶方法 168
5.5.7 *小化缺陷 169
5.5.8 主动和从动光纤器件 170
5.5.9 氟化玻璃纤维 171
5.6 专题：光波导技术及器件 172
5.6.1 引言 172
5.6.2 平面光波导材料 173
5.6.3 平面光波导的生产工艺 174
5.6.4 光波导器件 175
5.6.5 总结 176
习题 177
参考文献 177
第6章 材料的声学 179
6.1 声波的产生与传播 179
6.1.1 声波的产生 179
6.1.2 声波的传播 181
6.2 室内声学和吸声材料 182
6.2.1 室内声学 182
6.2.2 吸声材料 184
6.3 水中声学与水声材料 184
6.3.1 水中声学 184
6.3.2 水声材料 186
6.4 其他声学及其材料 187
6.4.1 超声及其材料 187
6.4.2 微声及其材料 187
6.4.3 次声 187
6.5 专题：压电材料 188
6.5.1 压电陶瓷材料 188
6.5.2 压电聚合物材料 192
6.5.3 压电复合材料 193
6.6 专题：移动通信用微波陶瓷 195
6.6.1 复合钙钛矿型化合物 198
6.6.2 Pb系钙钛矿型化合物 199
6.6.3 (Zr，Sn)TiO4系和(Ba，Sr)TiO3系 200
6.6.4 BaO-TiO2系微波陶瓷 200
6.6.5 BaO-Ln2O3-TiO2系陶瓷 201
6.6.6 BiNbO3介电陶瓷 202
6.6.7 A(B'1/3B''2/3)O3体系 202
6.6.8 其他系列陶瓷 203
6.6.9 工艺研究进展 203
习题 204
参考文献 205
第7章 材料的功能转换 206
7.1 力-热-电功能转换 207
7.1.1 Heckmann图 207
7.1.2 热弹性能的热力学 209
7.1.3 力热电性能的热力学 211
7.1.4 不同条件测量的系数关系 212
7.2 电-光和光-弹功能转换 214
7.2.1 电光效应 214
7.2.2 光弹效应 215
7.3 功能转换材料 217
7.3.1 压电材料 217
7.3.2 热释电材料 220
7.3.3 光电材料 222
7.3.4 热电材料 223
7.3.5 电光材料 225
7.3.6 磁光材料 226
7.3.7 声光材料 228
7.4 专题：复合智能材料 230
7.4.1 智能材料的概念和定义 231
7.4.2 智能材料系统与结构用材料 232
7.4.3 压电陶瓷/聚合物复合材料 242
7.4.4 组成智能传感器的接口芯片 245
7.4.5 智能传感器的主要功能及其应用 247
7.4.6 开发智能材料的战略意义 248
7.4.7 智能材料存在的问题与研究方向 249
7.4.8 智能材料与材料科学的关系及其发展趋势 249
参考文献 250
后记 251
前言
第1章 材料的力学 1
1.1 材料的形变 1
1.1.1 应力 1
1.1.2 应变 2
1.1.3 弹性形变 3
1.1.4 黏性形变 5
1.2 材料的塑性、蠕变与黏弹性 6
1.2.1 材料的塑性 6
1.2.2 材料的蠕变 6
1.2.3 材料的黏弹性 7
1.3 材料的断裂与机械强度 11
1.3.1 材料的理论结合强度 12
1.3.2 材料的脆性断裂与韧性断裂 12
1.3.3 材料的裂纹断裂理论 13
1.3.4 材料的断裂韧性 14
1.3.5 材料的硬度 14
1.4 材料的量子力学基础 15
1.4.1 古典量子论 15
1.4.2 量子力学的假设 16
1.4.3 薛定谔方程 17
1.4.4 量子力学的应用 18
1.5 专题：材料的力学与显微结构 21
1.5.1 纳米陶瓷复合材料显微结构对力学性能的影响 22
1.5.2 微米陶瓷复合材料显微结构对力学性能的影响 25
1.5.3 层状结构复合材料显微结构对力掌性能的影响 32
1.5.4 相变增韧复合材料显微结构对力学性能的影响 35
习题 36
参考文献 37
第2章 材料的热学 39
2.1 热力学与统计力学概要 39
2.1.1 热力学与统计力学的关系 39
2.1.2 热力学概要 39
2.1.3 统计力学概要 41
2.2 材料的热容量 43
2.2.1 品格的热振动 43
2.2.2 热容量的经验定律 44
2.2.3 热容量的经典理论 44
2.2.4 热容量的量子理论 45
2.2.5 实际材料的热容量 46
2.3 材料的热膨胀 47
2.3.1 热膨胀的定义 47
2.3.2 热膨胀的微观机理 48
2.3.3 实际材料的热膨胀 49
2.4 材料的热传导 49
2.4.1 热传导的定义 49
2.4.2 材料热传导的微观机理 50
2.4.3 实际材料的热导率 51
2.5 材料的热稳定性 52
2.5.1 热稳定性的定义 52
2.5.2 材料的热应力断裂 52
2.5.3 材料的热应力损伤 54
2.5.4 实际材料的热稳定性 54
2.6 专题：集成电路用基片材料 55
2.6.1 氧化铝陶瓷 56
2.6.2 氮化铝陶瓷 56
2.6.3 金刚石薄膜材料 60
2.6.4 复合陶瓷 62
2.6.5 聚合物-陶瓷复合基片材料 65
2.6.6 金属基复合材料 66
习题 68
参考文献 69
第3章 材料的电学 71
3.1 金属的自由电子论 71
3.1.1 金属的自由电子气模型 71
3.1.2 金属的电导率 72
3.2 能带理论 73
3.2.1 布洛赫定理 73
3.2.2 准自由电子近似的电子能谱 73
3.2.3 导体、半导体与介电体的区别 74
3.3 材料的电导 76
3.3.1 电子型电导 76
3.3.2 离子型电导 86
3.3.3 实际材料的电导率 87
3.4 材料的介电性 88
3.4.1 材料的电极化 88
3.4.2 材料的电损耗 93
3.4.3 材料的电击穿 96
3.5 材料的超导电性 98
3.5.1 材料的超导电现象 98
3.5.2 迈斯纳效应 99
3.5.3 约瑟夫森效应 99
3.6 专题：高温超导材料 100
3.6.1 超导理论 101
3.6.2 超导材料制备工艺 101
3.6.3 超导材料新体系 103
3.6.4 超导应用 105
3.7 专题：LED发光显示材料 108
3.7.1 LED的概述 108
3.7.2 p-n结 108
3.7.3 复合理论 110
3.7.4 p-n结注入发光 111
3.7.5 LED的效率 111
3.7.6 LED制备技术 112
3.7.7 LED材料 114
3.7.8 LED的特性 115
3.7.9 LED应用领域 116
习题 117
参考文献 118
第4章 材料的磁学 120
4.1 材料的磁性 120
4.1.1 材料的磁现象 120
4.1.2 材料磁性的微观机理 121
4.1.3 材料磁性的分类 122
4.1.4 材料磁性的热力学关系 123
4.2 材料的抗磁性和顺磁性理论 124
4.2.1 材料的抗磁性理论 124
4.2.2 材料的顺磁性理论 126
4.2.3 晶体场理论与轨道角动量猝灭 128
4.3 材料的铁磁性理论 129
4.3.1 铁磁材料的分子场理论 129
4.3.2 材料的反铁磁性和亚铁磁性理论 131
4.3.3 铁磁材料的相互作用能 132
4.3.4 磁畴的形成及其稳定状态 133
4.4 材料的磁性能指标 134
4.4.1 材料的磁导率和磁能积 134
4.4.2 材料的磁损耗与品质因子 135
4.4.3 材料的磁性频谱 136
4.4.4 材料磁性能的稳定性 137
4.4.5 铁氧体磁性材料 137
4.5 专题：稀土永磁材料 138
4.5.1 Nd-Fe-B材料的研究 138
4.5.2 稀土永磁材料的应用 142
习题 146
参考文献 147
第5章 材料的光学 148
5.1 材料的透光性 148
5.1.1 光的折射与反射 148
5.1.2 光的吸收 150
5.1.3 光的色散与散射 151
5.1.4 材料的透光性和颜色 151
5.2 激光与激光材料 153
5.2.1 发光及其材料 153
5.2.2 激光及其材料 154
5.3 光的传输与光纤材料 155
5.3.1 光的传输 155
5.3.2 光学纤维材料 157
5.4 材料的非线性光学效应 158
5.4.1 材料的非线性极化 158
5.4.2 非线性光学材料 160
5.5 专题：光纤通信材料 160
5.5.1 概述 160
5.5.2 光的导引 161
5.5.3 光纤制造 164
5.5.4 光纤拉制 167
5.5.5 全包覆技术 168
5.5.6 溶胶凝胶方法 168
5.5.7 *小化缺陷 169
5.5.8 主动和从动光纤器件 170
5.5.9 氟化玻璃纤维 171
5.6 专题：光波导技术及器件 172
5.6.1 引言 172
5.6.2 平面光波导材料 173
5.6.3 平面光波导的生产工艺 174
5.6.4 光波导器件 175
5.6.5 总结 176
习题 177
参考文献 177
第6章 材料的声学 179
6.1 声波的产生与传播 179
6.1.1 声波的产生 179
6.1.2 声波的传播 181
6.2 室内声学和吸声材料 182
6.2.1 室内声学 182
6.2.2 吸声材料 184
6.3 水中声学与水声材料 184
6.3.1 水中声学 184
6.3.2 水声材料 186
6.4 其他声学及其材料 187
6.4.1 超声及其材料 187
6.4.2 微声及其材料 187
6.4.3 次声 187
6.5 专题：压电材料 188
6.5.1 压电陶瓷材料 188
6.5.2 压电聚合物材料 192
6.5.3 压电复合材料 193
6.6 专题：移动通信用微波陶瓷 195
6.6.1 复合钙钛矿型化合物 198
6.6.2 Pb系钙钛矿型化合物 199
6.6.3 (Zr，Sn)TiO4系和(Ba，Sr)TiO3系 200
6.6.4 BaO-TiO2系微波陶瓷 200
6.6.5 BaO-Ln2O3-TiO2系陶瓷 201
6.6.6 BiNbO3介电陶瓷 202
6.6.7 A(B'1/3B''2/3)O3体系 202
6.6.8 其他系列陶瓷 203
6.6.9 工艺研究进展 203
习题 204
参考文献 205
第7章 材料的功能转换 206
7.1 力-热-电功能转换 207
7.1.1 Heckmann图 207
7.1.2 热弹性能的热力学 209
7.1.3 力热电性能的热力学 211
7.1.4 不同条件测量的系数关系 212
7.2 电-光和光-弹功能转换 214
7.2.1 电光效应 214
7.2.2 光弹效应 215
7.3 功能转换材料 217
7.3.1 压电材料 217
7.3.2 热释电材料 220
7.3.3 光电材料 222
7.3.4 热电材料 223
7.3.5 电光材料 225
7.3.6 磁光材料 226
7.3.7 声光材料 228
7.4 专题：复合智能材料 230
7.4.1 智能材料的概念和定义 231
7.4.2 智能材料系统与结构用材料 232
7.4.3 压电陶瓷/聚合物复合材料 242
7.4.4 组成智能传感器的接口芯片 245
7.4.5 智能传感器的主要功能及其应用 247
7.4.6 开发智能材料的战略意义 248
7.4.7 智能材料存在的问题与研究方向 249
7.4.8 智能材料与材料科学的关系及其发展趋势 249
参考文献 250
后记 251
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材料物理导论(第三版)(含光盘) 节选
第1章 材料的力学 【要点】本章是本书重要的基础性内容，主要阐述与材料多种力学性能有关的物理定义和数学表达式及其微观机理。包括：应力、应变，弹性形变、黏性形变，杨氏模量、剪切模量、体积模量、泊松比，材料的塑性、蠕变与黏弹性，Maxwell模型和Voigt模型，材料的断裂与机械强度、材料的脆性断裂与韧性断裂，材料的硬度，古典量子论、量子力学的假设、薛定谔方程、量子力学的应用、隧道效应，以及材料的力学与显微结构关系专题。 1.1 材料的形变 材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变(deformation).材料承受外力作用、抵抗形变的能力及其破坏规律，称为材料的力学性能或机械性能(mechanical property)。材料的力学性能通过有关标准试验测量，不同材料的力学性能差异较大，图1.1所示为典型的金属(metals)、陶瓷(ceramics)和高聚物(polymers)的应力应变关系曲线示意图。 图1.1 三大类型材料的应力应变曲线示意图 1.1.1 应力 材料发生形变时，其内部分子间或离子间的相对位置和距离会发生变化，同时产生原子间及分子间的附加内力以抵抗外力，并试图恢复到形变前的状态，达到乎衡时，附加内力与外力大小相等、方向相反。材料单位面积上所受的附加内力称为应力(stress)，其值等于单位面积上所受的外力，即 (1-1) 式中，为应力；F为外力；A为面积，在国际单位制中，应力的单位为牛[顿]/米2，即N/m2，又写为Pa。若材料受力前的面积为A0，则为名义应力；若材料受力后的面积为A，则为真实应力。实际中常用名义应力。对于形变量小的材料，二者数值上相差不大。 如果围绕材料的内部某点取一体积元（图1.2），其六个面均分别垂直于x、y、z轴，则作用在该体积元单位面积上的力F1、F2、F3可分解为法向应力。和剪切应力，应力分量和下标的第1个字母表示应力作用面的法线方向，第2个字母代表应力作用的方向，当为拉应力和压应力时分别规定为正和负；若体积元上某面的法向应力与坐标轴的正方向相同，则该面上的剪切应力指向坐标轴的正方向者为正；若该面上的法向应力指向坐标轴的负方向，则剪切应力指向坐标轴的正方向者为负，它们构成的应力张量(tensor)为 图1.2 法向应力和剪切应力的示意图 法向应力导致材料的伸长或缩短，而剪切应力引起材料的切向畸变。根据平衡条件，体积元上相对的两个平行平面上的法向应力应该大小相等、正负号相同，同一平面上的两个剪切应力互相垂直。根据剪切应力互等原理可知：其余类推。故一点的应力状态由六个应力分量来决定。 1.1.2 应变 应变(strain)用来表征材料受力时内部各质点之间的相对位移。对于各向同性材料，有三种基本的应变类型：拉伸应变、剪切应变和压缩应变。 拉伸应变是指材料受到垂直于截面积的大小相等、方向相反并作用在同一直线上的两个拉伸应力时材料发生的形变，如图1.3所示，一根长度为l0的材料，在拉伸应力作用下被拉长到l1，则在小伸长时，其拉伸应变为 (1-2) 真实应变定义为 (1-3) 在诸如橡胶的弹性体大伸长时，常用下式定义拉伸应变，即 剪切应变是指材料受到平行于截面积的大小相等、方向相反的两个剪切应力时发生的形变，如图1.4所示，在剪切应力作用下，材料发生偏斜，该偏斜角的正切值定义为剪切应变 (1-4) 在小剪切应变时 图1.3 拉伸应变示意图 压缩应变是指材料周围受到均匀应力P时，其体积从起始时的Vo变化为的形变，如图1.5所示，定义压缩应变为 (1-5) 图1.4 剪切应变示意图 图1.5 压缩应变示意图 可见，应变都是无量纲的量。应变张量为 其中，余类推，应变也由六个独立分量决定。 1.1.3 弹性形变 对于理想的弹性材料，在应力作用下会发生弹性形变(elastic deformation)，其应力与应变关系服从胡克(Hook)定律，即应力与应变成正比 (1-6) 式中的比例系数E称为弹性模量(elastic modulus)，又称弹性刚度。可见弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗形变能力（即刚度）的大小。E越大，越不易变形，表示材料刚度越大。弹性模量的单位与应力的单位相同，均为N/m2。 对应于三种应变类型的弹性模量分别称为杨氏模量E、剪切模量G和体积模量B，即 (1-7) (1-8) (1-9) 对于各向同性材料，它们之间存在如下关系： (1-10) 式中，是泊松比(Poisson ratio)，定义为在拉伸试验中，材料横向单位面积的减少与纵向单位长度的增加之比值，即 (1-11) 式中，A0为拉伸前材料的横截面积；为A0的减少量；为横向应变。在E、G、B和四个参数中只有两个是独立的，只要知道其中的两个参数就足以描述各向同性材料的弹性力学行为。 弹性模量是原子间结合强度的标志之一，图1.6所示为两类原子间结合力与原子间距的关系曲线，弹性模量实际与该曲线上受力点的曲线斜率成正比，在共价键和离子键类型材料中的原子间结合力强，如图1.6中曲线1，其较大，E也就大；而分子键型材料中的原子间结合力弱，如图中曲线2，其较小，E则小。原子间距的不同导致弹性模量也不同，压应力和张应力使原子间距分别减小和增大，E也就分别增大和减小。 图1.6 原子间结合力与原子间距关系示意图 对于两相复合材料，采用简化模型估算总弹性模量，其值在高弹性模量相与低弹性模量相的数值之间，若在力作用下两相的应变相同且两相的泊松比相同（等效于并联复合），则上限弹性模量EH的计算公式为 (1-12) 式中，E1、E2分别为第1相和第2相成分的弹性模量；V1、V2分别为第1相和第2相成分的体积分数（其中V1+V2=1）。若假设两相的应力相同（等效于串联复合），则下限弹性模量EL的计算公式为 (1-13) 当连续基体内含有封闭气孔时，其总弹性模量的经验计算公式为 (1-14) 式中，E0为元气孔时的弹性模量；P为气孔率。 当同时受到三维方向的应力作用时，描述弹性形变采用广义胡克定律，即 (1-15) 式中，i和j分别取值为1，2， ，6；称为弹性刚度(elastic stiffness)，属四阶张量，采用缩写命名法，式(1-15)变为 (1-16) 式中，p和q分别取值为1，2， ，6；分别表示和；而代表和对应的矩阵表达式为 由于存在应变储能关系，有下列关系式，即 (1-17) 因此，弹性刚度C的独立分量由36个减至21个，即 类似地，有关系式 (1-18) 式中，i和j分别取值为1，2， ，6；称为弹性柔度(compliance)，属四阶张量，采用缩写命名法，式(1-18)变为 (1-19) 式中，p和q取值分别为1，2， ，6，对应的矩阵表达式为 (1-20) 1.1.4 黏性形变 黏性形变(viscous deformation)是指黏性物体在剪切应力作用下发生不可逆的流动形变，该形变随时间的增加而增大。理想的黏性形变行为遵循牛顿黏性定律，即剪切应力与应变率或流动速度梯度成正比 (1-21) 式中，称为黏性系数（单位为Pa s），简称为黏度(viscosity)。服从牛顿黏性定律的物体称为牛顿流体。在足够大的剪切应力下或温度足够高时，无机材料中的陶瓷晶界、玻璃和高分子材料的非晶部分均会产生黏性形变，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，而高分子浓溶液或高分子熔体不符合牛顿黏性定律，为非牛顿流体。 绝对速率理论的黏性流动模型认为，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，液体分子以一平衡态越过势垒到达另一平衡状态。在无剪切应力作用时，势能高度为E；有剪切应力时，沿流动方向上的势垒降低AE，根据绝对反应速率理论，算得流动速度v为 (1-22) 式中，为两平衡态的间距；分别为相邻分子在三维方向的间距；为每秒越过势垒的分子数；是为玻尔兹曼(Boltzmann)常量；T为绝对温度。 根据牛顿黏性定律可得 (1-23) 可近似认为。，则流动体积与分子体积大小相当，式(1-23)成为 (1-24) 一般情况下，剪切应力和分子体积V0均很小，此时，有近似式 (1-25) 则黏度表达式为 (1-26) 可见，剪切应力小时黏度与应力无关，此时黏度随温度的升高而下降。 1.2 材料的塑性、蠕变与黏弹性 1.2.1 材料的塑性 材料在外应力去除后仍保持部分应变的特性称为塑性(plasticity).材料发生塑性形变而不断裂的能力称为延展性(ductility)。 在足够大的剪切应力作用下或温度较高时，材料中的晶体部分会沿着*易滑移的系统在晶粒内部发生位错滑移，宏观上表现为材料的塑性形变。滑移和孪晶是晶体塑性形变的两种基本形式。滑移是指在剪切应力作用下晶体的一部分相对于另一部分发生平移滑动，在显微镜下可观察到晶体表面出现宏观条纹，并构成滑移带。滑移一般发生在原子密度大和晶向指数小的晶面和品向上，例如，NaCl型结构的离子晶体，其滑移系统通常包括{110）晶面和晶向等。晶体材料的滑移系统往往不止一个，滑移系统越多，则发生滑移的可能性越大。金属材料中金属键没有方向性，滑移系统很多，容易发生滑移而产生塑性形变，具有较好的延展性；而无机非金属材料的离子键和共价键具有明显的方向性，滑移系统较少，不易发生塑性形变，延展性一般较差。 由于使位错运动所需的剪切应力比使晶体两部分整体相互滑移所需的应力小得多，因此实际晶体材料的滑移是位错缺陷在滑移面上沿滑移方向运动的结果，温度高时，位错运动的速度快，使得诸如氧化铝等在室温下不易滑移的脆性材料，在1000℃以上高温时也能产生一定程度的塑性形变。由于金属为单元结构，点阵常数较小，形成位错所需的能量较小，容易形成较多数量的位错，位错运动较快，容易产生塑性形变；而无机非金属材料一般点阵常数较大，形成位错所需的能量也大，不易形成位错，且位错运动较慢，难以产生塑性形变。多晶陶瓷塑性不仅与组成陶瓷的晶粒有关，而且与组成陶瓷的晶界有关。 1.2.2 材料的蠕变 蠕变(creep)是在恒定的应力作用下材料的应变s随时间增加而逐渐增大的现象。低温
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