耐火材料的热学性质
耐火材料的热学性质
耐火材料的热学性质有热膨胀、热导率、热容、温度传导性，此外还有热辐射性。
3.1 耐火材料的热膨胀
耐火材料的热膨胀是其体积或长度随温度升高而增大的物理性质。原因是材料中的原子受热激发的非谐性振动使原子的间距增大而产生的长度或体积膨胀。衡量耐火材料的热膨胀性能的技术指标有热膨胀率、热膨胀系数。
3.1.1 热膨胀率
热膨胀率也称线膨胀率，物理意义：是试样在一定的温度区间的长度相对变化率。测定出热膨胀率，才能计算出热膨胀系数。
线膨胀率=[（L T-L0）/L0]×100%
式中：L T、L0—分别为试样在温度T、T0时的长度，（mm）。
3.1.2 热膨胀系数
热膨胀系数有平均线膨胀系数α、真实线膨胀系数αT，体膨胀系数β。以后除特别说明外，热膨胀系数一般指的是平均线膨胀系数。线膨胀系数物理意义：在一定温度区间，温度升高1℃，试样长度的相对变化率。
热膨胀系数α=（L T－L0）/ L0（T－T0）=ΔL/ L0ΔT
式中：T、T0—分别为测试终了温度、测试初始温度，（℃）。
体热膨胀系数β=ΔV/V0ΔT
式中：V0—为试样在初始温度T0时的体积，（mm3）。
真实热膨胀系数αT=dL/LdT
式中；L—为试样在某温度时的长度，（mm）。
如线膨胀系数数值很小，则体膨胀系数约等于线膨胀系数的3倍。对于各向同性晶体，体膨胀系数β≈3α；对于各向异性晶体，体膨胀系数等于各晶轴方向的线膨胀系数只和，即β≌αa+αb+αc。
影响材料热膨胀系数的因素有：化学矿物组成、晶体结构类型和键强等。
①化学矿物组成的影响：含有多晶转变的制品，热膨胀系数的变化不均匀，在相变点会发生突变，例如硅质制品和氧化锆制品；材料中含有较多低熔液相或挥发性成分时，热膨胀系数α在相应的温度区域也发生较大的变化。
②晶体结构类型的影响：结构紧密的晶体热膨胀系数较大、无定型的玻璃热膨胀系数较
小，如多晶石英的热膨胀系数α=12×10-6/℃，而石英玻璃的α=0.5×10-6/℃，前者比后者大的多；氧离子紧密堆积结构的氧化物一般线膨胀系数较大，如MgO、Al2O3等；在非同向性晶体（非等轴晶体）中，各晶轴方向的热膨胀系数不等，如石墨：垂直于C轴的层间热膨胀系数为α=1×10-6/℃，而平行于C轴垂直层间热膨胀系数为α=27×10-6/℃；等轴晶体的热膨胀系数比非等轴晶体大的多，如等轴晶体的MgO方镁石的α=13.8×10-6/℃,而晶体非等轴程度较高的石墨、堇青石、钛酸铝等的α＜3×10-6/℃，特别是钛酸铝的α＜1×10-6/℃，采用恰当的工艺方法甚至可以使α＜0/℃。
③键强的影响：SiC的质点间主要为键力强的原子键，其热膨胀系数就较小，且硬度也很高。
要注意的是：热膨胀系数α在不同温度区间的数值不同，一般材料高温区间比低温区间的α小；材料中含有晶型转变的矿物成分时，热膨胀系数α在相变温度点产生突变，如硅质制品中石英的多晶转变；材料中含有较多低熔液相或挥发性成分时，热膨胀系数α在相应的温度区域也发生较大的变化。
热膨胀系数α对耐火材料的抗热震性影响很大。耐火材料在经受快速的加热或冷却过程中，材料中因温差产生的热应力σ=EαΔT，(N)。在温度急变的使用场合，应该首先考虑选用较低热膨胀系数的耐火材料。常用耐火材料的热膨胀性能见P12的图1-4和表1-4。
3.2 热导率λ
3.2.1 热导率的实质
热导率是耐火材料导热特性的一个物理指标，其值等于热流密度除以负温度梯度。物理意义：材料在单位温度梯度下，单位时间内通过单位垂直面积的热量(W/m℃)。晶体导热的实质是晶格质点的热振动，邻近质点由于热振动的相互作用，发生能量转移而实现热量的传递。
不同的使用条件，需要不同热导率的耐火材料。如陶瓷隔焰隧道窑及马弗式电炉，要求分隔板的热导率高；而要求具有保温隔热功能的材料则热导率应低。热导率高的材料往往具有较好的抗热震性。热导率是热工窑炉设计中选用耐火材料时不可缺少的数据指标。
3.2.2 影响热导率的因素
耐火材料的热导率与其化学矿物组成、宏观组织结构、温度、晶体结构的关系密切。制品中化学组成中组分多、杂质多、形成的固溶体和玻璃液相多、晶体结构复杂程度高、制品中的孔隙微小众多，制品的热导率相对就较小。
例如，镁铝尖晶石MgAl2O4比刚玉Al2O3、方镁石MgO小；莫来石3AlO.2SiO比镁铝
尖晶石MgAl2O4的结构复杂程度高，热导率就小。玻璃相中质点排列的有序程度比晶体的低，热导率就小，如石英玻璃比石英晶体的热导率低的多。含有较多玻璃相的粘土砖热导率也较小。（晶体的结构复杂、以及固溶体、玻璃相等，其结构中的质点排列无序程度高，传递热量的声子的平均自由程较小，热导率λ与平均自由程长度成正比，因而相应材料的热导率就较小。）
温度对热导率的影响一般为：晶相物质随温度升高λ减小，玻璃相等物质随温度升高λ增大，各材料的λ与温度的关系见P13的图1-5。
气体的热导率低，耐火材料中的微小气体孔隙阻碍了热量传递，高气孔率的耐火材料的λ一般较小。但是高温时，大尺寸气孔会导致材料的高温λ加大，因为高温时大气孔处的固相材料间辐射传热程度大于气体的传导传热（辐射传热正比于温度4次方），且大气孔中还存在着气体的对流传热。所以，轻质隔热耐火材料中的气孔应设置为微细众多的孔隙的结构，可以获得很小的热导率。
含有较高程度晶轴各向异性的晶体的材料、或材料中各成分固相颗粒的热膨胀系数差异较大的复相材料，在温度升降过程中，晶界或细小颗粒的界面会形成众多、取向不同的微裂纹。这些微裂纹孔隙成为热流传递的热阻，也可以使材料表现出很小的热导率。
3.3 热容c
热容定义：常压下加热1kg物质，温度升高1℃所需热量（kJ/kg℃），也称为比热容。
材料的热容取决于其化学矿物组成及所处的温度。材料的热容影响着其被加热或冷却的速度，对材料的蓄热能力和抗热震性具有重要意义。是热工窑炉设计中的材料技术指标。3.4 温度传导性a
定义；温度传导性表示材料被加热时，温度在材料中的传递速度。它体现了材料的均热能力，决定了急冷急热时材料内部温度梯度的大小。温度传导性与热导率、比热容、体积密度有关。
温度传导性（导温系数）a=λ/cρ，（m2/h）
式中：λ—耐火材料的热导率，（W/m℃）或（kJ/mh℃）；
c—耐火材料的比热容，（kJ/kg℃）；ρ—耐火材料的体积密度，（kg/m3）。
3.5 热辐射性
任何物质在绝对零度以上都能发出电磁辐射。热辐射是指物质发射波长为0.1 ~ 100μm 的辐射热射线在空间传递能量的现象。热辐射性，即为固体材料在高温状态下，受热激发向外辐射出热射线的性能。
热辐射的过程可分为三个阶段：一是热物体的表面或近表面层的热能转变成电磁波状的振动；二是这种电磁波状的振动透过了中间的空气传播；最后，在接受辐射热的物体表面，电磁波又转变成热能，被该物体所吸收。
假定物体受到的辐射总能量为Q c ，其中Q a 部分被物体吸收、Q r 部分被反射而回，Q t 部分辐射热穿透物体，则：
Q a + Q r + Q t = Q c ? t r c c Q Q Q a ++1Q Q Q c =
式中的三项比值分别为吸收率α、反射率ρ和穿透率τ，由此可见：α+ρ+τ=1 对于固体和液体接受热辐射，实际上都可视为不透明体，即τ=0，α+ρ=1。即，热辐射体（燃烧着的煤和高温物体）所发出的热量，一部分被吸收体吸收，另一部分则被吸收体反射。已经被吸收体吸收的热能，也将有部分能量以辐射能的形式又重新辐射出去，其数量取决于吸收体本身的温度和辐射性质。
物体在单位面积单位时间内所辐射出的能量，叫做该物体的辐射强度（W 表示）。任何物体的辐射强度W s 和同一温度下绝对黑体的辐射强度W b 的比值，称为该物体的发射率（ε表示）。即W s /W b =ε
如果物体的发射率或吸收率可认为与波长和温度无关，则该物体称为灰体（一般非金属材料均为灰体）。任何灰体在同一温度上测得的发射率与吸收率相等，即εα=
辐射学研究结果表明，黑体的辐射能量方程为：4E =σT b （σ=5.67×10-5
erg ） 灰体的辐射能量方程为：4E=σT ε
热辐射率是选用高热辐射性能材料的重要技术指标。高辐射炉衬材料对热量的吸收率近似等于辐射率，可以有效地吸收高温焰气辐射出的热量并以宽频连续的热射线辐射出去，对制品实现高效传热。并且减小了焰气对炉墙反射热的再吸收比例，使废焰气外排时所携带的热量大大降低。因此，高辐射材料有效地提高了窑炉内制品的受热程度，同时窑炉的能耗也明显降低。各种耐火材料的辐射率ε见下表。影响热辐射率的因素主要材料种类（即化学矿物组成）和温度。
将高辐射率材料，制成粉末涂料应用于高温炉衬，近年来在国内外均有较多的应用实例。如在轧钢加热炉等热工设备上使用，可以节能10～30%；将高辐射材料应用于燃气加热炉炉衬，其节能效果更显著。
表1-2 各种耐火材料的辐射率ε
——引自《耐火材料与能源》P227
3.6 导电性
一般耐火材料在常温下是电的不良导体（碳质材料除外）。随温度升高导电性增强，在1000℃以上电阻急剧降低，材料至熔融状态时具强导电能力。
耐火材料的导电能力一般用电阻率ρ表示：ρ=A/e B/T
式中：A、B—材料特性系数；
T—绝对温度。
影响材料的导电性因素主要是化学矿物组成，特别是杂质的种类与数量。此外，原料的粒度、气孔率、成型压力、烧结的温度及气氛等也影响着材料电阻率的变化。
与材料导电性相关的应用方面有：要求绝缘性良好的高温感应电炉用耐火材料；要求导电性良好的非金属发热体材料，如SiC、ZrO2、MoSi2、以及LaCrO3；以及氧浓差电池ZrO2固体电解质材料等。
耐火材料重点
第一章： 1耐火材料的定义；耐火度不小于1580℃的无机非金属 材料分类：按化学成份、矿物组成分类1）氧化硅质2）硅酸铝质3）氧化镁质4）刚玉质5）白云石质MgCa(CO3)2 6）尖晶石质Fe2MgO4 7）橄榄石质Mg2SiO4 8）碳质9）含锆质10）特殊耐火材料 按化学性质分类；1）酸性耐火材料2）中性耐火材料3）碱性耐火材料 3、按制造方法分类块状耐火材料;不定形耐火材料;烧制耐火材料;熔铸耐火材料。 4、按耐火度分类普通耐火材料（1580～1770℃）;高级耐火材料（1770～2000℃）;特级耐火材料（大于2000℃）。 按密度分：轻质(气孔率45%-85%)、重质 生产过程中的基本知识，如一般生产工艺流程：原料加工→配料→混练→（成型）→干燥→烧成（熔制）→（成型）→检验→成品， 配料（颗粒级配又称（粒度）级配，由不同粒度组成的物料中各级粒度所占的数量，用百分数表示。）混料使两种以上不均匀物料的成分和颗粒均匀化，促进颗粒接触和塑化的操作过程称为混练。等内容； 耐火材料行业存在的问题1）钢铁行业竞争激烈，面临更大的成本压力2洁净钢的生产对耐火材料提出更高要求，除了要求长寿还要对钢水无污染3）研发有待加强，4）应注意可持续发展战略。 存在的差距： 1、通常用耐火材料综合消耗指标来衡量一个国家的钢铁工业与耐火材料的发展水平，我国吨钢消耗水还较高。（见下表） 2、耐火材料生产装备落后，新技术推广慢 3、原料不精，高纯原料的生产有困难。， 发展趋势：当今耐火材料的发展，一极是不定形化，而另一极则是定形耐火材料的高级化，概括起来就是朝着高纯化、精密化、致密化和大型化。着重开发氧化物和非氧化物复合的耐火材料。等。 问题：1合计可用作耐火原料总数为4000余种，其中常用于工业生产的耐火原料只有100种。why? 除了考虑熔点外，还要看它在自然界中存在的数量及分布情况，即作为耐火原料还应该具有来源广，成本低廉。在地球岩石层中，硅酸盐+铝酸盐数量最大占86.5%。金属Pt的熔点为1772℃，可以用作耐火原料，但是太昂贵了 2留意“烧成”与“烧结”的区别！ 烧成是陶瓷、耐火材料制品烧成过程中最重要的物理、化学过程。所谓“烧结”，就是指坯体经过高温作用逐渐排出气孔而致密的过程。 第二章： 耐火材料的宏观结构、微观结构方面的知识， 如显微结构的类型；基质连续结构，主晶相连续结构；基质连续结构：液相数量较多或主晶相润湿性良好，主晶相被玻璃相包围起来，形成基质连续，主晶相不连续结构，如粘土砖。主晶相连续结构：液相数量较少或主晶相润湿不良，形成主晶相连续，基质不连续结构，如硅砖。 力学性能中抗折强度：材料单位面积所承受的极限弯曲应力，高温抗折强度：材料在高温下单位截面所能承受的极限弯曲应力、蠕变：材料在恒定的高温、恒定
耐火材料的六大使用性能
耐火材料的六大使用性能 耐火材料的使用性能是指耐火材料在高温下使用时所具有的性能。包括耐火度、荷重软化温度、重烧线变化、抗热震性、抗酸性、抗碱性、抗氧化性、抗水化性和抗CO侵蚀性等。 （一般）耐火度 耐火度是指耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性质，用于表征耐火材料抵抗高温作用的性能。 耐火度与熔点不同，熔点是结晶体的液相与固相处于平衡时的温度。绝大多数耐火材料都是多相非均质材料，无一定熔点，其开始出现液相到完全熔化是一个渐变过程。在相当宽的高温范围内，固液相并存，固如欲表征某种材料在高温下的软化和熔融的特征，只能以耐火度来度量。因此，耐火度是多相体达到某一特定软化程度的温度。 耐火度是指耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性质，用于表征耐火材料抵抗高温作用的性能。耐火度是判定材料能否作为耐火材料使用的依据。 国际标准化组织规定耐火度达到1500℃以上的无机非金属材料即为耐火材料。耐火度的意义与熔点不同，不能把耐火度作为耐火材料的使用温度。 （二）荷重软化温度
荷重软化温度是耐火材料在一定的重负荷和热负荷共同作用下达到某一特定压缩变形时的温度，是耐火材料的高温力学性质的一项重要指标，它表征耐火材料抵抗重负荷和高温热负荷共同作用下保持稳定的能力。 荷重软化温度是耐火材料在一定的重负荷和热负荷共同作用下达到某一特定压缩变形时的温度，是耐火材料的高温力学性质的一项重要指标，它表征耐火材料抵抗重负荷和高温热负荷共同作用下保持稳定的能力。耐火材料高温荷重变形温度是其重要的质量指标，因为它在一定程度上表明制品在与其使用情况相仿条件下的结构强度。决定荷重软化温度的主要因素是制品的化学矿物组成，同时也与制品的生产工艺直接相关 （三）重烧线变化（高温体积稳定性） 首先应当了解耐火材料的高温体积稳定性是指其在高温下长期使用时，制品外形体积或线度保持稳定而不发生永久变形的性能。对烧结制品，一般以制品在无重负荷作用下的重烧体积变化率或重烧线变化率来衡量。重烧体积变化也称残余体积变形，重烧线变化也称残余线变形。 耐火制品的重烧变形量对判别制品的高温体积稳定性，保证砌体的稳定性，减少砌体的缝隙，提高其密封性和耐侵蚀性，避免砌体整体结构的破坏，都具有重要意义。 耐火材料的高温体积稳定性是指其在高温下长期使用时，制品外形体积或线度保持稳定而不发生永久变形的性能。对烧结制品，一般以制品在无重负荷作用下的重烧体积变化率或重烧线变化率来衡量。重烧体积变化也称残余体积变形，重烧线变化也称残余线变形。耐火制品的重烧变形量对判别制品的高温体积稳定性，保证砌体的稳定性，减少砌体的缝隙，提高其密封性和耐侵蚀性，避免砌体整体结构的破坏，都具有重要意义。
《材料结构与性能》习题
《材料结构与性能》习题 第一章 1、一25cm长的圆杆，直径2.5mm，承受的轴向拉力4500N。如直径拉细成2.4mm，问： 1)设拉伸变形后，圆杆的体积维持不变，求拉伸后的长度； 2)在此拉力下的真应力和真应变； 3)在此拉力下的名义应力和名义应变。 比较以上计算结果并讨论之。 2、举一晶系，存在S14。 3、求图1.27所示一均一材料试样上的A点处的应力场和应变场。 4、一瓷含体积百分比为95%的Al2O3（E=380GPa）和5%的玻璃相（E=84GPa），计算上限及下限弹性模量。如该瓷含有5%的气孔，估算其上限及下限弹性模量。 5、画两个曲线图，分别表示出应力弛豫与时间的关系和应变弛豫和时间的关系。并注出：t=0,t=∞以及t=τε（或τσ）时的纵坐标。
6、一Al2O3晶体圆柱（图1.28），直径3mm，受轴向拉力F ，如临界抗剪强度τc=130MPa，求沿图中所示之一固定滑移系统时，所需之必要的拉力值。同时计算在滑移面上的法向应力。 第二章 1、求融熔石英的结合强度，设估计的表面能为1.75J/m2；Si-O的平衡原子间距为1.6×10-8cm；弹性模量值从60到75GPa。 2、融熔石英玻璃的性能参数为：E=73GPa；γ=1.56J/m2；理论强度。如材料中存在最大长度为的裂，且此裂垂直于作用力的方向，计算由此而导致的强度折减系数。 3、证明材料断裂韧性的单边切口、三点弯曲梁法的计算公式：
与 是一回事。 4、一瓷三点弯曲试件，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图2.41所示。如果E=380GPa，μ=0.24，求KⅠc值，设极限载荷达50㎏。计算此材料的断裂表面能。 5、一钢板受有长向拉应力350 MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺陷，长8mm（=2c）。此钢材的屈服强度为1400MPa，计算塑性区尺寸r0及其与裂缝半长c的比值。讨论用此试件来求KⅠc值的可能性。 6、一瓷零件上有以垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：①2mm；② 0.049mm；③2μm，分别求上述三种情况下的临界应力。设此材料的断裂韧性为 1.62 MPa·m2。讨论诸结果。
耐火材料概论知识点总结
硅砖的应用：是焦炉、玻璃熔窑、高炉热风炉、硅砖倒焰窑和隧道窑、有色冶炼和酸性炼钢炉及其它一些热工设备的良好筑炉材料。 粘土质耐火材料的原料 软质粘土 生产过程中通常以细粉的形式加入，起到结合剂和烧结剂的作用。苏州土和广西泥是我国优质软质粘土的代表。 硬质粘土 通常以颗粒和细粉的形式加入，前者起到配料骨架的作用，后者参与基体中高温反应，形成莫来石等高温形矿物。 结合剂 水和纸浆废液 粘土质耐火材料制品原料来源丰富，制造工艺简单，产量很大，广泛用于各种工业窑炉和工业锅炉上。如隧道窑，加热炉和热处理炉等的全部或大部分炉体，排烟系统内衬用耐火材料，其中钢铁冶金系统是粘土质耐火材料制品的大用户，用于盛钢桶，热风炉、高炉、焦炉等使用温度在1350℃以下的高温部位。 铝矾土的加热变化 a. 分解阶段（400~1200℃） b 二次莫来石化阶段（1200~1400℃或1500℃） 二次莫来石化时发生约10%的体积膨胀 c. 重结晶烧结阶段（1400~1500℃）。 ? 高铝质耐材的应用 ? 由于高铝质耐火材料制品的优良性能，因而被广泛应用于高温窑炉一些受炉气、炉 渣侵蚀，温度高承受载荷的部位。例如高铝风口、热风炉炉顶、电炉炉顶等部位。 ? 硅线石族制品具有较高的荷重软化温度、热震稳定性好、耐磨性和抗侵蚀性优良， 因此适用于钢铁、化工、玻璃、陶瓷等行业，如用作烟道、燃烧室、炉门、炉柱、炉墙及滑板等。在高炉上，为确保内衬结构的稳定性、密封性，避免碱性物的侵入和析出，或风口漏风，在出铁口、风口部位，选择内衬大块型组合砖结构的硅线石族耐火材料，延长了使用寿命。 ? 莫来石制品的抗高温蠕变、抗热震性能力远远优于包括特等高铝砖在内的其它普通 高铝砖 ，广泛应用于冶金工业的热风炉、加热炉、钢包，建材工业的玻璃窑焰顶、玻璃液流槽盖、蓄热室，机械工业的加热炉，石化工业的炭黑反应炉，耐火材料和陶瓷工业的高温烧成窑及其推板、承烧板等窑具。 刚玉耐材的原料 氧化铝 所有熔点在2000℃以上的氧化物中，氧化铝是一种最普通、最容易获 得且较为便宜的氧化物。氧化铝在自然界中的储量丰富。天然结晶的 Al 2O 3被称为刚玉，如红宝石、蓝宝石即为含Cr 2O 3或TiO 2杂质的刚玉。大 232232400~600()H O Al O H O Al O αα-?????→-℃刚玉假象＋23222322400~600222H O Al O SiO H O Al O SiO ?????? →?℃＋23223229503(2)324SiO Al O SiO Al O SiO ????→?℃＋232232 12003232Al O SiO Al O SiO ≥+????→?℃
材料结构与性能试题及详细答案
一、名词解释（分） 原子半径，电负性，相变增韧、气团 原子半径：按照量子力学地观点，电子在核外运动没有固定地轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定地半径.根据原子间作用力地不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径.通常把统和双原子分子中相邻两原子地核间距地一半，即共价键键长地一半，称作该原子地共价半径（）；金属单质晶体中相邻原子核间距地一半称为金属半径（）；范德瓦尔斯半径（）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引地两相邻原子核间距地一半，如稀有气体.资料个人收集整理，勿做商业用途 电负性：等人精确理论定义电负性为化学势地负值，是体系外势场不变地条件下电子地总能量对总电子数地变化率.资料个人收集整理，勿做商业用途 相变增韧：相变增韧是由含地陶瓷通过应力诱发四方相（相）向单斜相（相）转变而引起地韧性增加.当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成地较大应力场将会诱发其周围亚稳向稳定转变，这种转变为马氏体转变，将产生近地体积膨胀和地剪切应变，对裂纹周围地基体产生压应力，阻碍裂纹扩展.而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性.资料个人收集整理，勿做商业用途 气团：晶体中地扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用地结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内地溶质原子浓度与在基体中地浓度存在差别.这种不均匀分布地溶质原子具有阻碍位错运动地作用，也成为气团.资料个人收集整理，勿做商业用途 二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用.（分） 答：从交互做作用地性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类.弹性交互作用：位错与溶质原子地交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起地弹性畸变与位错间地弹性交互作用.形成气团，甚至气团对晶体起到强化作用.弹性交互作用地另一种情况是溶质原子核基体地弹性模量不同而产生地交互作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 化学交互作用：基体晶体中地扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用地结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内地溶质原子浓度与在基体中地浓度存在差别，具有阻碍位错运动地作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 静电交互作用：晶体中地位错使其周围原子偏离平衡位置，晶格体积发生弹性畸变，晶格畸变将导致自由电子地费米能改变，对于刃型位错来讲，滑移面上下部分晶格畸变量相反，导致滑移面两侧部分地费米能不相等，导致位错周围电子需重新分布，以抵消这种不平衡，从而形成电偶极，位错线如同一条电偶极线，在它周围存在附加电场，可与溶质原子发生静电交互作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 三、简述点缺陷地特点和种类，与合金地性能有什么关系（分） 答：点缺陷对晶体结构地干扰作用仅波及几个原子间距范围地缺陷.它地尺寸在所有方向上均很小.其中最基本地点缺陷是点阵空位和间隙原子.此外，还有杂质原子、离子晶体中地非化学计量缺陷和半导体材料中地电子缺陷等.资料个人收集整理，勿做商业用途 在较低温度下，点缺陷密度越大，对合金电阻率影响越大.另外，点缺陷与合金力学性能之间地关系主要表现为间隙原子地固溶强化作用.资料个人收集整理，勿做商业用途 四、简述板条马氏体组织地组织形态、组织构成与强度与韧性地关系.（分） 答：板条马氏体地组织形态主要出现在低碳钢中，由许多成条排列地马氏体板条组成，大致平行地马氏体条组成地领域为板条束.每个晶粒内一般有个板条束，束地尺寸约为μ.一个马氏体板条束又由若干个板条组成，这些板条具有相同地惯习面，位向差很小，而板条束之间
纳米材料物理热学性质
纳米材料的热学性质 纳米材料是一种既不同于晶态，又不同于非晶态的第三类固体材料，通常指三维空间尺寸至少有一维处于纳米量级 ( 1 n m～1 0 0 n m)的固体材料。由于纳米材料粒径小，比表面积大，处于粒子表面无序排列的原子百分比高达 l 5 ～5 0 ％。纳米粒子的这种特殊结构导致其具有不同于传统材料的物理化学特性。纳米材料的高浓度界面及原子能级的特殊结构使其具有不同于常规块体材料和单个分子的性质，纳米材料具有表面效应，体积效应，量子尺寸效应宏观量子隧道效应等，从而使得纳米材料热力学性质具有特殊性，纳米材料的各种热力学性质如晶格参数，结合能，熔点，熔解焓，熔解熵，热容等均显示出尺寸效应和形状效应。可见，纳米材料热力学性质在各方面均显现出与块体材料的差异性，研究纳米材料的热力学性质具有极其重要的科学意义和应用价值。 一热容 1996年，在低温下测定了纳米铁随粒度变化的比热，发现与正常的多晶铁相比，纳米铁出现了反常的比热行为，低温下的电子比热系数减50 %。 1998年，通过研究了粒度和温度对纳米粒子热容的影响，建立了一个预测热容的理论模型，结果表明:过剩的热容并不正比于纳米粒子的比表面，当比表面远小于其物质的特征表面积时，过剩的热容可以认为与粒度无关。 2002年，又把多相纳米体系的热容定义为体相和表面相的热容之和，因为表面热容为负值，所以随着粒径的减小和界面面积的扩大，将导致多相纳米体系总的热容的减小， 二.晶格参数，结合能，内聚能 纳米微粒的晶格畸变具有尺寸效应，利用惰性气体蒸发的方法在高分子基体上制备了1. 45nm 的pd纳米微粒，通过电子微衍射方法测试了其晶格参数，发现 Pd 纳米微粒的晶格参数随着微粒尺寸的减小而降低。结合能的确比相应块体材料的结合能要低。通过分子动力学方法，模拟 Pd 纳米微粒在热力学平衡时的稳定结构，并计算微粒尺寸和形状对 晶格参数和结合能的影响，定量给出形状对晶格参数和结合能变化量的贡献研究表明:在一定的形状下，纳米微粒的晶格参数和结合能随着微粒尺寸的减小而降低，在一定尺寸时，球形纳米微粒的晶格参数和结合能要高于立方体形纳米微粒的相应量。 三纳米粒子的熔解热力学 熔解温度是材料最基本的性能，几乎所有材料的性能如力学性能，物理性能以及化学性能都是工作温度比熔解温度( T /Tm )的函数，除了熔解温度外，熔解焓和熔解熵也是描述材料熔解热力学的重要参量；熔解焓表示体系在熔解的过程中，吸收热量的多少，而熔解熵则是体系熔解过程中熵值的变化。几乎整个熔解热力学理论就是围绕着熔解温度，熔解熵和熔解焓建立的块体材料的熔解温度(有时称熔点) 熔解焓(或称熔解热)和熔解熵一般是常数，但对于纳米材料则非如此实验表明:纳米微粒的熔解温度依赖于微粒的尺寸。 四反应体系的化学平衡 利用纳米氧化铜和纳米氧化锌分别与硫酸氢钠溶液的反应，测定出不同粒径，不同温度时每个组分反应的平衡浓度，从而计算出平衡常数，进而得到化学反应的标准摩尔吉布斯函数;通过不同温度的标准摩尔吉布斯函数，可得化学反
耐火材料各性质
耐火材料的力学性质 耐火材料的力学性质是指材料在不同温度下的强度、弹性、和塑性性质。耐火材料在常温或高温的使用条件下，都要受到各种应力的作用而变形或损坏，各应力有压应力、拉应力、弯曲应力、剪应力、摩擦力、和撞击力等。 此外，耐火材料的力学性质，可间接反映其它的性质情况。 检验耐火材料的力学性质，研究其损毁机理和提高力学性能的途径，是耐火材料生产和使用中的一项重要工作内容。 4.1 常温力学性质 4.1.1 常温耐压强度σ压 定义；是指常温下耐火材料在单位面积上所能承受的最大压力，也即材料在压应力作用下被破坏的压力。 常温耐压强度σ压=P/A ，（pa） 式中；P—试验受压破坏时的极限压力，（N）； A—试样的受压面积，（m2）。 一般情况下，国家标准对耐火材料制品性能指标的要求，视品种而定。其中，对常温耐压强度σ压的数值要求为50Mpa左右(相当于500kg/cm2)；而耐火材料的体积密度一般为2.5g/cm3左右。据此计算，因受上方砌筑体的重力作用，导致耐火材料砌筑体底部受重压破坏的砌筑高度，应高达2000m以上。 可见，对耐火材料常温耐压强度的要求，并不是针对其使用中的受压损坏。而是通过该性质指标的大小，在一定程度上反映材料中的粒度级配、成型致密度、制品烧结程度、矿物组成和显微结构，以及其它性能指标的优劣。 体现材料性能质量优劣的性能指标的大小，不仅反映出来源于各种生产工艺因素与过程控制，而且反映过程产物气、固两相的组成和相结构状态以及相关性质指标间的一致性。一般而言，这是一条普遍规律。 4.1.2 抗拉、抗折、和扭转强度 与耐压强度类似，抗拉、抗折、和扭转强度是材料在拉应力、弯曲应力、剪应力的作用下，材料被破坏时单位面积所承受的最大外力。与耐压强度不同，抗拉、抗折、和扭转强度，既反映了材料的制备工艺情况和相关性质指标间的一致性，也体现了材料在使用条件下的必须具备的强度性能。抗折强度σ折按下式计算。
材料性能期中答案
1、What is the definition for Materials Properties （MP ）?How do we classify materials properties?And please list some classification for MP.(材料特性（MP ）的定义是什么？我们如何分类材料特性，请列出一些MP 的分类。) 答：MP ：Materials ’Response to External Stimulus. 材料性能：材料在给定的外界条件下的行为。 怎样分类：根据材料对外界刺激做出的响应的类型进行分类。 分类：复杂性能（使用性能，工艺性能，复合性能） 化学性能（抗渗入性，耐腐蚀性等） 力学性能（刚度强度韧性等） 物理性能（热学光学磁学电学性能） 2. What is the core relationship between materials science and engineering? In order to obtain desired materials properties, what should we consider first to do with the materials? （材料科学与工程的核心是什么关系？为了获得所需的材料性能，我们应该首先考虑的材料的什么？） 答：材料科学与工程学的核心关系是性能（课件上面那个三角形的图） 为了提高对于材料性能的期望，我们首先要研究材料的结构与性能的关系，即研究材料学。 3. What is the most determinant for Materials mechanical properties? Why?（材料力学性能的决定因素是什么？为什么呢？） 答：材料的力学性能主要指材料在力的作用下抵抗变形和开裂的性能，影响材料力学性能的最重要的因素是材料的结构。这些结构包括：subatomic-atomic-molecular-nano-micro-macro.由于材料的结构决定了材料的屈服强度，塑性韧性，刚度等性质，所以材料的结构对材料的力学性能影响最大。 4. what is strength of materials? Please try to identify the difference yield strength ,tensile strength ,fatigue strength and theoretical fracture strength? （材料的强度是什么？请尝试找出屈服强度，拉伸强度，疲劳强度和理论断裂强度的差异？）(中文ppt) 材料在载荷作用下抵抗变形和破坏的能力就是材料的强度。 屈服强度代表材料开始产生明显塑性变形的抗力 疲劳强度是材料在承受大小和方向同时间做周期性变化的交变应力时，往往在远小于强度极限甚至小于屈服极限的应力作用下就发生断裂。 理论断裂强度是无缺陷材料的理论预测值， 其中E 为杨氏模量，为解理面的表面能，a 为材料内部原子间的距离 5.Please describe yielding phenomena for materials, and its practical/engineering meaning. As long as there are no yielding phenomena for some materials, how do we determine the yield strength? （请描述为材料的屈服现象(书上p16)，其实际/工程意义。有一些材料没有屈服现象，我们如何确定的屈服强度？） 屈服现象是材料开始产生明显塑性变形的标志，对应图中bd 段， 2 1)(a E c s γσ≈
耐火材料性能测定实验
耐火材料性能测定实验 一、实验目的 1、 2、 3、 ： ： 二、耐火材料的定义〔参考:耐火材料（教科书）〕 三、耐火材料的分类和用途〔:耐火材料（教科书）〕 四、耐火材料的生产流程和工艺〔参考:耐火材料（教科书）〕 五、耐火材料性能测定的意义〔参考:耐火材料的性能测定与评价（到图书馆借阅）〕 六、耐火材料有哪些性能测定〔参考:耐火材料的性能测定与评价（到图书馆借阅）〕 我们选做其中二个性能测定实验 （一）耐火材料高温导热系数测定(实验资料见下面） （二）耐火材料抗热震性能测定，而且选用电炉加热实验的方法〔参考:耐火材料的性能测定与评价（到图书馆借阅）〕 （一）耐火材料高温导热系数测定 一、实验目的 1、巩固和深化稳定导热过程的基本理论，学会材料高温导热系数的测定方法及测量装置的工作原理。 2、测定试件的导热系数，确定试件导热系数与温度的关系。 二、基本原理 导热系数是耐火、绝热、保温材料的重要热物理参数之一，是材料绝热与保温性能优劣的主要指标。测定这些材料的导热系数，特别是高温条件下的导热系数，对于研究材料性质的现代理论，及深入了解热传导过程的机理，是十分必要 的。 导热系数测定装置，是根据付立叶单向度平壁稳定导热过程的基本原理，来测定耐火、绝热和保温材料的高温导热系数。实践证明，当长度与宽度为厚度的8 ～10倍以上时，平壁边缘的影响可以忽略不计。这样的平壁导热可简化为一维导 热，这时的导热可认为只沿厚度（X轴）方向进 行。见图1一1所示。
根据付立叶导热方程式写成： dx dT q λ= [W/m 2] (8—1) 将（1）式积分得：)T T (q 21-=δ λ [W/m 2] （8—2） 通过面积A 的热流量Q 为： )T T (A Q 21-?= δλ [W] 所以： )T A(T Q 21-?=δ λ [W/（m ·k ）] (8—3) 式中：λ——高温导热系数 [W/（m ·k ）] q ——热流密度 [W/m 2] A ——试件测试区面积 [m 2] δ——试件厚度 [m ] T 1——试件高温面温度 [K] T 2——试件低温面温度 [K] 因此，只要在实验过程中测定了T 1，T 2和Q ，并已知试件的厚度δ和测量面积A ，就可以通过式（3）计算出被测材料在平均温度[（T 1+T 2）/2]下的导热系数。 三、测定装置 测定装置主要由单方向加热炉、控温系统和蒸汽量热装置等三部分组成。见照片8－1。 1、单方向加热炉的结构示意图见图8－2所示。加热炉由经过处理的硅碳棒作发热体；炉衬用耐火、耐热的保温材料砌成；在炉腔底部放置碳化硅板作为均热板。均热板的中心处，从下面伸出一热电偶，用来测量试件高温面的温度，均热板上面放置被测试件，试件上面中心处放置另一个热电偶，用来测量试件低温面的温度。试件四周设有耐火耐热保温材料的衬环。 照片8－1 2、加热炉由数字温度控制器和可控硅等组成的控温系统来进行加热和控温。 3、量热装置主要由量热筒、恒温筒、保温筒、设有隔热环及汽体浮化膜的底盘和汽水分离器等组成（其结构示意图见图8－3）。量热装置中心的量热筒是整个装置的核心，它吸取来自单方向加热炉通过试件的热量，使其内部的纯蒸馏水变成一个大气压下100℃的水蒸汽。水蒸汽经过多级汽水分离器分离后，进入冷凝器冷凝成水。根据冷凝水的重量，便可求得通过试件的热流量Q 。汽水分离器的作用是把由于水的激烈沸腾而混入蒸汽的微小水滴与纯蒸汽分离开来，使测量数据更加准确。 图1—1 单向平壁的一维 导热过程示意图
材料热学力学性能
第一章 脆性材料的断裂强度等于甚至低于弹性极限，因而断裂前不发生塑性形变。脆性材料的抗拉断裂强度低，但抗压断裂强度高。 强度：材料对塑性变形和断裂的抗力 塑性：材料在断裂前发生的不可逆的变形量的多少 韧性：断裂前单位体积材料所吸收的变形和断裂能。即外力所做的功。 泊松比 比例极限（16）弹性极限（17表征材料对极微量塑性变形的抗力）屈服强度抗拉强度延伸率断面收缩率P7 真应力S——真应变?曲线P8 单位体积材料在断裂前所吸收的能量，也就是外力使材料断裂所做的功，称为金属的韧度或断裂应变能密度Ut，它可能包含三部分能量，即弹性变形能、塑性变形能和断裂能。 第二章 零构建的刚度取决于两个因素：构件的几何和材料的刚度。表征材料刚度的力学性能指标是弹性模量。在加工过程中，应当提高材料的塑性，降低塑性变形抗力——弹性极限和屈服强度。 金属变形的微观解释P12 弹性模量表明了材料对弹性变形的抗力，代表了材料的刚度。 影响弹性模量的内部因素有纯金属的弹性模量、合金元素与第二相的影响，外部因素有温度、加载速率和冷变形影响p14 总之，弹性模量是最稳定的力学性能参数，对合金成分和组织的变化不敏感。 单晶体金属的弹性模量，其值在不同的结晶学方向上是不同的，也表现出各向异性。在原子间距较小的结晶学方向上，弹性模量的数值较高，反之较小。 弹性比功：弹性应变能密度，指金属材料吸收变形功而又不发生永久变形的能力，是在开始塑性变形前单位体积金属所能吸收的最大弹性变形功，韧度指标。P17 金属塑性变形方式为滑移和孪生，临界切分应力p21 滑移面和滑移方向常常是金属晶体中原子排列最密的晶面和晶向。金属浸提中的滑移系越多，其塑性可能越好。 实用金属材料的塑性变形特点择优取向形变织构（p22）: 1 各晶粒塑性变形的非同时性和不均一性 2 各晶粒塑性变形的相互制约性与协调性 屈服效应、时效效应p23 提高屈服强度的途径： 1 纯金属
耐火材料的六大使用性能图文稿
耐火材料的六大使用性 能 文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]
耐火材料的六大使用性能 耐火材料的使用性能是指耐火材料在高温下使用时所具有的性能。包括耐火度、荷重软化温度、重烧线变化、抗热震性、抗酸性、抗碱性、抗氧化性、抗水化性和抗CO侵蚀性等。 （一般）耐火度 耐火度是指耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性质，用于表征耐火材料抵抗高温作用的性能。 耐火度与熔点不同，熔点是结晶体的液相与固相处于平衡时的温度。绝大多数耐火材料都是多相非均质材料，无一定熔点，其开始出现液相到完全熔化是一个渐变过程。在相当宽的高温范围内，固液相并存，固如欲表征某种材料在高温下的软化和熔融的特征，只能以耐火度来度量。因此，耐火度是多相体达到某一特定软化程度的温度。 耐火度是指耐火材料在无荷重时抵抗高温作用而不熔化的性质，用于表征耐火材料抵抗高温作用的性能。耐火度是判定材料能否作为耐火材料使用的依据。 国际标准化组织规定耐火度达到1500℃以上的无机非金属材料即为耐火材料。 耐火度的意义与熔点不同，不能把耐火度作为耐火材料的使用温度。 （二）荷重软化温度
荷重软化温度是耐火材料在一定的重负荷和热负荷共同作用下达到某一特定压缩变形时的温度，是耐火材料的高温力学性质的一项重要指标，它表征耐火材料抵抗重负荷和高温热负荷共同作用下保持稳定的能力。 荷重软化温度是耐火材料在一定的重负荷和热负荷共同作用下达到某一特定压缩变形时的温度，是耐火材料的高温力学性质的一项重要指标，它表征耐火材料抵抗重负荷和高温热负荷共同作用下保持稳定的能力。耐火材料高温荷重变形温度是其重要的质量指标，因为它在一定程度上表明制品在与其使用情况相仿条件下的结构强度。决定荷重软化温度的主要因素是制品的化学矿物组成，同时也与制品的生产工艺直接相关 （三）重烧线变化（高温体积稳定性） 首先应当了解耐火材料的高温体积稳定性是指其在高温下长期使用时，制品外形体积或线度保持稳定而不发生永久变形的性能。对烧结制品，一般以制品在无重负荷作用下的重烧体积变化率或重烧线变化率来衡量。重烧体积变化也称残余体积变形，重烧线变化也称残余线变形。 耐火制品的重烧变形量对判别制品的高温体积稳定性，保证砌体的稳定性，减少砌体的缝隙，提高其密封性和耐侵蚀性，避免砌体整体结构的破坏，都具有重要意义。
材料结构与性能试题及详细答案
《材料结构与性能》试题 一、名词解释（20分） 原子半径，电负性，相变增韧、Suzuki气团 原子半径：按照量子力学的观点，电子在核外运动没有固定的轨道，只是概率分布不同，因此对原子来说不存在固定的半径。根据原子间作用力的不同，原子半径一般可分为三种：共价半径、金属半径和范德瓦尔斯半径。通常把统和双原子分子中相邻两原子的核间距的一半，即共价键键长的一半，称作该原子的共价半径（r c）；金属单质晶体中相邻原子核间距的一半称为金属半径（r M）；范德瓦尔斯半径（r V）是晶体中靠范德瓦尔斯力吸引的两相邻原子核间距的一半，如稀有气体。 电负性：Parr等人精确理论定义电负性为化学势的负值，是体系外势场不变的条件下电子的总能量对总电子数的变化率。 相变增韧：相变增韧是由含ZrO2的陶瓷通过应力诱发四方相（t相）向单斜相（m相）转变而引起的韧性增加。当裂纹受到外力作用而扩展时，裂纹尖端形成的较大应力场将会诱发其周围亚稳t-ZrO2向稳定m-ZrO2转变，这种转变为马氏体转变，将产生近4%的体积膨胀和1%-7%的剪切应变，对裂纹周围的基体产生压应力，阻碍裂纹扩展。而且相变过程中也消耗能量，抑制裂纹扩展，提高材料断裂韧性。 Suzuki气团：晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别。这种不均匀分布的溶质原子具有阻碍位错运动的作用，也成为Suzuki气团。 二、简述位错与溶质原子间有哪些交互作用。（15分） 答：从交互做作用的性质来说，可分为弹性交互作用、静电交互作用和化学交互作用三类。 弹性交互作用：位错与溶质原子的交互作用主要来源于溶质原子与基体原子间由于体积不同引起的弹性畸变与位错间的弹性交互作用。形成Cottrell气团，甚至Snoek气团对晶体起到强化作用。弹性交互作用的另一种情况是溶质原子核基体的弹性模量不同而产生的交互作用。 化学交互作用：基体晶体中的扩展位错为保持热平衡，其层错区与溶质原子间将产生相互作用，该作用被成为化学交互作用，作用的结果使溶质原子富集于层错区内，造成层错区内的溶质原子浓度与在基体中的浓度存在差别，具有阻碍位错运动的作用。 静电交互作用：晶体中的位错使其周围原子偏离平衡位置，晶格体积发生弹性畸变，晶格畸变将导致自由电子的费米能改变，对于刃型位错来讲，滑移面上下部分晶格畸变量相反，导致滑移面两侧部分的费米能不相等，导致位错周围电子需重新分布，以抵消这种不平衡，从而形成电偶极，位错线如同一条电偶极线，在它周围存在附加电场，可与溶质原子发生静电交互作用。 三、简述点缺陷的特点和种类，与合金的性能有什么关系（15分） 答：点缺陷对晶体结构的干扰作用仅波及几个原子间距范围的缺陷。它的尺寸在所有方向上均很小。其中最基本的点缺陷是点阵空位和间隙原子。此外，还有杂质原子、离子晶体中的非化学计量缺陷和半导体材料中的电子缺陷等。 在较低温度下，点缺陷密度越大，对合金电阻率影响越大。另外，点缺陷与合金力学性能之间的关系主要表现为间隙原子的固溶强化作用。
最新材料科学基础课后习题答案
《材料科学基础》课后习题答案 第一章材料结构的基本知识 4. 简述一次键和二次键区别 答：根据结合力的强弱可把结合键分成一次键和二次键两大类。其中一次键的结合力较强，包括离子键、共价键和金属键。一次键的三种结合方式都是依靠外壳层电子转移或共享以形成稳定的电子壳层，从而使原子间相互结合起来。二次键的结合力较弱，包括范德瓦耳斯键和氢键。二次键是一种在原子和分子之间，由诱导或永久电偶相互作用而产生的一种副键。 6. 为什么金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体为高？ 答：材料的密度与结合键类型有关。一般金属键结合的固体材料的高密度有两个原因：（1）金属元素有较高的相对原子质量；（2）金属键的结合方式没有方向性，因此金属原子总是趋于密集排列。相反，对于离子键或共价键结合的材料，原子排列不可能很致密。共价键结合时，相邻原子的个数要受到共价键数目的限制；离子键结合时，则要满足正、负离子间电荷平衡的要求，它们的相邻原子数都不如金属多，因此离子键或共价键结合的材料密度较低。 9. 什么是单相组织？什么是两相组织？以它们为例说明显微组织的含义以及显微组织对性能的影响。 答：单相组织，顾名思义是具有单一相的组织。即所有晶粒的化学组成相同，晶体结构也相同。两相组织是指具有两相的组织。单相组织特征的主要有晶粒尺寸及形状。晶粒尺寸对材料性能有重要的影响，细化晶粒可以明显地提高材料的强度，改善材料的塑性和韧性。单相组织中，根据各方向生长条件的不同，会生成等轴晶和柱状晶。等轴晶的材料各方向上性能接近，而柱状晶则在各个方向上表现出性能的差异。对于两相组织，如果两个相的晶粒尺度相当，两者均匀地交替分布，此时合金的力学性能取决于两个相或者两种相或两种组织组成物的相对量及各自的性能。如果两个相的晶粒尺度相差甚远，其中尺寸较细的相以球状、点状、片状或针状等形态弥散地分布于另一相晶粒的基体内。如果弥散相的硬度明显高于基体相，则将显著提高材料的强度，同时降低材料的塑韧性。 10. 说明结构转变的热力学条件与动力学条件的意义，说明稳态结构和亚稳态结构之间的关系。 答：同一种材料在不同条件下可以得到不同的结构，其中能量最低的结构称为稳态结构或平衡太结构，而能量相对较高的结构则称为亚稳态结构。所谓的热力学条件是指结构形成时必须沿着能量降低的方向进行，或者说结构转变必须存在一个推动力，过程才能自发进行。热力学条件只预言了过程的可能性，至于过程是否真正实现，还需要考虑动力学条件，即反应速度。动力学条件的实质是考虑阻力。材料最终得到什么结构取决于何者起支配作用。如果热力学推动力起支配作用，则阻力并不大，材料最终得到稳态结构。从原则上讲，亚稳态结构有可能向稳态结构转变，以达到能量的最低状态，但这一转变必须在原子有足够活动能力的前提下才能够实现，而常温下的这种转变很难进行，因此亚稳态结构仍可以保持相对稳定。 第二章材料中的晶体结构 1. 回答下列问题： （1）在立方晶系的晶胞内画出具有下列密勒指数的晶面和晶向： 32）与[236] （001）与[210]，（111）与[112]，（110）与[111]，（132）与[123]，（2 （2）在立方晶系的一个晶胞中画出（111）和（112）晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 解：（1）
《材料结构与性能》课程论文
《材料结构与性能》课程论文 刚玉-尖晶石浇注料微结构参数控制及其强度、热震稳定性和抗渣性能研究 学生姓名：周文英 学生学号：201502703043 撰写日期：2015年11月
摘要 本文通过使用环境对耐火材料的要求，耐火材料与结构参数的分析，耐火材 料结构控制措施进展分析等方面总结了耐火材料的使用现状，并提出了下一步耐 火材料的改进措施。分别是：在基质中加入一定量的硅微粉，改变液相的粘度， 提高抗渣性；控制铝镁浇注料基质的粒径分布，使大颗粒含量一定保证其高温强度；使用球形轻骨料代替原来的致密骨料，提高气孔率，降低体积密度，提高能 源利用率，降低能耗。 关键词：铝镁浇注料；高温强度；抗渣性；热震稳定性 Abstract Requirements of the apply for fire resistance, analysis of refractory materials and structure parameters, current application and the promotion about the refractory are introduced in this paper. It included that: add some sillicon power into matrix in order to improve the viscosity of the liquid for abtaining better slag resistance; control the distribution of the particle in the matrix to ensure the high temperature strength; use spherical light aggregate instead of the original density aggregate to improve porosity and the rate of energy. Keywords:Alumina-Magnesia castable; high temperature strength; slag resistance; themal shock resistance.
耐火材料的基本知识
第一节耐火材料的基本知识 1、耐火材料的定义？ 耐火材料就是指耐火度不低于 1500℃的无机非金属材料。 2、耐火材料必须具备的基本性能？ （1）耐火度（2）高温体积稳定性（3）耐急冷急热性 3、耐火材料在电炉炼钢厂的应用？ （1）电炉炉衬、炉盖、炉底、炉坡、渣线修补料。 （2）精炼钢包包衬、包盖、滑动水口、透气砖系统。 （3）连铸中间包包衬、包盖、长水口、整体塞棒、浸入式水口。（4）模铸用漏斗砖，中注管，中心砖，汤道砖，尾砖，模底砖。 4、按耐火度不同，耐火材料可分几类？ （1）普通耐火材料，耐火度1580～1770℃； （2）高级耐火材料，耐火度1770～2000℃； （3）特级耐火材料，耐火度＞ 2000℃； 5、按化学矿物组成的性质不同，耐火度可分为几类？
（1）酸性耐火材料，如硅砖；（2）碱性耐火材料，如镁砖、白云石砖、镁碳砖；（3）中性耐火材料，如高铝砖、碳砖。 6、按外形尺寸的多少，耐火材料可分为几类？ （1）标准型耐火砖，外形尺寸≤4个；（2）普通型耐火砖，外形尺寸≤6个；（3）异型耐火砖，外形尺寸＜10个，带孔、槽、角；（4）特异型耐火砖，外形尺寸＞10，带多个孔、槽、角。 7、按外形耐火材料可分类为几类？ （1）耐火砖——具有一定的形状。（2）不定形耐火材料——散状实，需按所要形状进行施工用耐火材料。（3）耐火泥——砌砖填缝用耐火材料。 8、学习耐火基本知识的目的？ （1）掌握基本技能，科学合理使用耐火材料。 （2）掌握使用特性，防止穿炉、穿包、漏钢、跑钢事故发生。 （3）掌握使用规律，不断提高炉衬，包衬使用寿命，降低炼钢生产成本，减轻劳动强度，提高经济效益。 第二节耐火材料的基本性能 9、什么叫气孔率？
材料结构与性能复习题答案(仅供参考)讲课稿
1 钢分类的方法有哪几种？钢中常用合金元素有哪些是强碳化物形成元素？中强碳化物形成元素? 钢的分类方法有5种：1）按化学成分，有碳素钢（低碳钢，中碳钢，高碳钢），合金钢；2）按质量，有普通钢，优质钢，高级优质钢；3）按用途，有结构钢，工具钢，特殊钢；4）按炼钢方法，有转炉钢，平炉钢，电炉钢；5）按浇筑前脱氧程度，有镇静钢，沸腾钢，半镇静钢。 强碳化合物形成元素：Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V 中强碳化合物形成元素：W,Mo 2 合金钢的主要优点是什么？常用以提高钢淬透性的元素有哪些？强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素有哪些？提高回火稳定性的元素有哪些？ 合金钢主要优点：优异的力学性能和其他性能，既有高的强度，又有足够韧性和塑性。 提高钢淬透性的元素：B,Mn,Cr,Mo,Si,Ni 强烈阻碍奥氏体晶粒长大的元素：Hf,Zr,Ti,Ta,Nb,V 提高回火稳定性的元素：V,Nb,Cr,Mo,W 3 解释下列现象：（1）大多数合金钢的热处理温度比相同含碳量的碳素钢高；（2）大多数合金钢比相同含碳量的碳素钢具有较高的回火稳定性；（3）含碳量为0.4%、含铬量为12%的铬钢属于过共析钢，而含碳量为1.5%、含铬量为12%的铬钢属于莱氏体钢；（4）高速钢在热断货热轧后经空冷获得马氏体钢。 1) 热处理目的是让碳及合金元素充分溶解，合金元素扩散速度慢，另外合金元素形成的碳化物溶解需要更高温度和时间。 2) 由于合金钢中含有较多的碳化物形成元素如，Cr、W、Mo、Ti、V等，它们与碳有较强的亲和力，使碳化物由马氏体向奥氏体溶解时，合金元素扩散困难，加之合金碳化物的稳定性高，使碳化物的溶解比较困难，合金钢在加热时需要较高的温度和较长的时间。因此，合金钢具有较高的回火稳定性。 3) 按照金相组织来看，含碳量为0.4%、含铬量为12%的铬钢平衡态是渗碳体加珠光体，含碳量为1.5%、含铬量为12%的铬钢平衡态出现莱氏体。 4）由于高速钢的合金元素含量高，C曲线右移，一般合金元素越高临界冷却速度越小，淬透性越好，当空冷的冷却速度大于临界冷却速度时，空冷即可获得马氏体。 4 有资料表明，南京长江大桥采用16Mn钢比普通碳素钢节约钢材15％，简要解释原因。低合金高强度钢是在碳素工程钢基础上加入少量合金元素（Mn,Si,Ti,Nb,V,Al等）形成的，以此获得较好的塑性，韧性，焊接性能，性能的提高使得在相同的工程条件要求下大大降低了钢材的使用量。16Mn属于低合金高强度结构钢，这类钢适应大型工程结构，减轻结构重量，提高使用的可靠性及节约钢材，因此与碳素钢相比可以节省15%材料。 5 试比较45钢与40Cr钢的应用范围，以此说明合金元素Cr在调质钢中的作用。 45钢属优质碳素结构钢，大量的模具生产会用到，做模具钢使用。 40Cr钢经调质后用于制造承受中等负荷及中等速度工作的机械零件，如汽车的转向节；经淬火及中温回火后用于制造承受高负荷、冲击及中等速度工作的零件，如齿轮；经淬火及低温回火后用于制造承受重负荷、低冲击及具有耐磨性、截面上实体厚度在25mm以下的零件，如蜗杆；经调质并高频表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件，如套筒；此外，这种钢又适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和低温韧性好的齿轮和轴。 Cr能增加钢的淬透性，提高钢的强度和回火稳定性，具有优良的机械性能。 6 说明渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢的化学成分、最终热处理及组织、性能特点。 渗碳钢：一般都是低碳钢，碳的质量分数一般在0.12%-0.25%范围，主要合金元素有Ni,Cr,Mn