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第二章 材料科学与工程的四个基本要素 MSE四要素；
– 使用性能，材料的性质，结构与成分，合成与加工
两个重要内容；
– 仪器与设备，分析与建模
§2.1 性质与使用性能 1. 基础概念
2. 性质与性能的区别与关系 3. 材料的失效分析
4. 材料（产品）使用性能的设计 5. 材料性能数据库 6. 其它问题 2.1.1基础内容 材料性质：
是功能特性和效用的描述符，是材料对电.磁.光.热.机械载荷的应。 材料性质描述
? 力学性质；强度，硬度，刚度，塑性，韧性
物理性质；电学性质，磁学性质，光学性质，热学性质 化学性质；催化性质，防化性质 结构材料性质的表征----材料力学性质 强度：材料抵抗外应力的能力。
塑性：外力作用下，材料发生不可逆的永久性变形而不破坏的能 力。
硬度：材料在表面上的小体积内抵抗变形或破裂的能力。 刚度：外应力作用下材料抵抗弹性变形能力。
疲劳强度：材料抵抗交变应力作用下断裂破坏的能力。
抗蠕变性：材料在恒定应力（或恒定载荷）作用下抵抗变形的能 力。 韧性：材料从塑性变形到断裂全过程中吸收能量的能力。
2.1.1基础内容 强度范畴 力应刚度范畴 韧性范畴 塑性范畴
应 变 6 1
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2.1.1基础内容 材料的物理性质 电学性质 · 导电性 · 绝缘性 ·介 电性 磁学性质 · 抗磁性 · 顺磁性 · 铁磁性 光学性质 · 光反射 · 光折射 · 光学损耗 · 光透性 热学性质 · 导热性 · 热膨胀 · 热容 · 熔化 注：上面只列出了材料的主要物理性质 7 物理性质的交互性----材料应用的关键点
现代功能材料不仅仅表现出单一的物理性质，更重要的是具备了特 殊的物理交互性。例如： 电学----机械 电致伸缩 机械----电学 压电特性 磁学----机械 磁致伸缩 电学----磁学 巨磁阻效应 电学----光学 电致发光 性能定义
在某种环境或条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定的 规范所获得的表征参量。 材料力学性能
1. 强度表征：
弹性极限，屈服强度，比例极限……
2. 塑性表征：延伸率δ，断面收缩率φ，冲杯深度 h 3. 硬度表征：布氏硬度，洛氏硬度，维氏硬度…… 4. 刚度表征：弹性模量，杨氏模量，剪切模量…… 5. 疲劳强度表征：疲劳极限，疲劳寿命…… 6. 抗蠕变性表征：蠕变极限，持久强度…… 7. 韧性表征：断裂韧性 KIC，断裂韧性 JIC 材料物理性能
1. 电学性能表征：导电率，电阻率，介电常数……
2. 磁学性能表征：磁导率，矫顽力，磁化率……
3. 光学性能表征：光反射率，光折射率，光损耗率…… 4. 热学性能表征：热导率，热膨胀系数，熔点，比热…… 2.1.2性质与性能的区别与关系 性质与使用性能的区别与关系
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2.1.2性质与性能的区别与关系 2. 性质与使用性能的区别与关系 环境 成分 性质 结构 规范 使用 性能 所以，性能是包括材料在内的整个系统特征的体现； 性质则是材料本身特征的体现。 22 性能是随着外因的变化而不断变化，是个渐变过程，在这个过程中发 生量变的积累，而性质保持质的相对稳定性；当量变达到一个“度” 时，将发生质变，材料的性质发生根本的变化。 需要注意的一点
在材料科学研究及工程化应用中，材料人员应具备这样一种能力：能 针对不同的使用环境，提取出关键的材料性质并选择优良性能的材料。 3. 失效分析
----材料使用性能的重要研究内容
失效性质力学化学电学热学失效环境低温、过载荷化学介质电压、电流高温失效行为脆断、疲劳、断裂腐蚀破坏催化剂失效电介质击穿电流过载高温融化蠕变破坏
三类主要的材料力学失效形式 断裂 磨损 腐蚀 材料的断裂韧性
3.1.4材料（产品）使用性能的设计
在材料使用性能（产品）设计的同时，力求改变传统的研究及设计 路线，将材料性质同时考虑进去，采取并行设计的方法。 传统方式： 结构与功能－确定材料的性质（选择材料）－完成设计
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