《材料物理性能》课程教学课件（PPT讲稿）第三章 无机材料的断裂及裂纹扩展 3.3 显微结构对断裂韧性的影响 3.4 无机材料中裂纹的缓慢扩展、第四章 无机材料的热学性能 4.1 无机材料的热容

材料物理性能(A) 3.3显微结构对断裂韧性的影响 材料科学与工程学院郭学

材料科学与工程学院 郭学 3.3 显微结构对断裂韧性的影响 1

3.3显微结构对断裂韧性的影响 晶粒尺寸越大，材料的力学性能越好吗？ 材料内固有裂纹的初始尺寸会由于晶粒尺寸的 增大而增大，导致材料的断裂强度显著降低。 2EY πC 根据工程对韧性和强度的需求，调整合适的晶粒尺寸！

3.3 显微结构对断裂韧性的影响 晶粒尺寸越大，材料的力学性能越好吗？ 𝝈 = 𝟐𝑬𝜸 𝝅𝒄 材料内固有裂纹的初始尺寸会由于晶粒尺寸的 增大而增大，导致材料的断裂强度显著降低。 根据工程对韧性和强度的需求，调整合适的晶粒尺寸！

3.3显微结构对断裂韧性的影响 机制增韧 (1)裂纹偏转增韧 (2)裂纹桥接增韧 (3)微裂纹增韧 (4)相变增韧

3.3显微结构对断裂韧性的影响 （1）裂纹偏转增韧 机制增韧 （2）裂纹桥接增韧 （3）微裂纹增韧 （4）相变增韧

3.3显微结构对断裂韧性的影响 uttt 裂纹桥接增韧的特点： >在桥接组元破坏之前发生的裂纹扩展都是稳态的， 也就是说裂纹的扩展并没有直接导致材料的破坏。 图3.17 晶须构成的裂纹>在裂纹的稳态扩展过程中，裂纹扩展阻力随裂纹 桥接区 尺寸的增大而增大，最终达到一个临界值。这个 临界值就是通常所说的材料的断裂韧性。 晶须断开或拔出

3.3 显微结构对断裂韧性的影响 晶须断开或拔出 裂纹桥接增韧的特点： ➢ 在桥接组元破坏之前发生的裂纹扩展都是稳态的， 也就是说裂纹的扩展并没有直接导致材料的破坏。 ➢ 在裂纹的稳态扩展过程中，裂纹扩展阻力随裂纹 尺寸的增大而增大，最终达到一个临界值。这个 临界值就是通常所说的材料的断裂韧性。 4

3.3显微结构对断裂韧性的影响 微裂纹增韧的原理： >微开裂消耗裂纹尖端的一部分能量； >微开裂引起的体积膨胀可以在裂纹尖端形成压应力作用

3.3 显微结构对断裂韧性的影响 微裂纹增韧的原理： ➢ 微开裂消耗裂纹尖端的一部分能量； ➢ 微开裂引起的体积膨胀可以在裂纹尖端形成压应力作用

3。断裂及裂纹扩展 3.4无机材料中裂纹的缓慢扩展

3. 断裂及裂纹扩展 3.4 无机材料中裂纹的缓慢扩展

3.4无机材料中纹的缓慢扩展 裂纹的缓慢扩展B裂纹的稳态扩展 >与时间有关，在外加应力 与时间无关，在一定外力作用下使材料的 恒定的情况下，随着时间 强度减小，裂纹很快地扩展到相应尺寸使 的延续，裂纹扩展持续发 得裂纹扩展阻力增大到在数值上等于外加 生，最终导致材料破坏； 裂纹扩展动力之后，裂纹扩展中止。 >使材料的强度减小 >不改变材料的强度

3.4 无机材料中裂纹的缓慢扩展 裂纹的缓慢扩展 VS 裂纹的稳态扩展 ➢ 与时间有关，在外加应力 恒定的情况下，随着时间 的延续，裂纹扩展持续发 生，最终导致材料破坏； ➢ 使材料的强度减小 ➢ 与时间无关，在一定外力作用下使材料的 强度减小，裂纹很快地扩展到相应尺寸使 得裂纹扩展阻力增大到在数值上等于外加 裂纹扩展动力之后，裂纹扩展中止。 ➢ 不改变材料的强度

3.4无机材料中裂纹的缓慢扩展 3.4.2裂纹缓慢扩展机理 1、应力腐蚀裂纹扩展理论 2、高温裂纹缓慢扩展机理

3.4 无机材料中裂纹的缓慢扩展 3.4.2 裂纹缓慢扩展机理 1、应力腐蚀裂纹扩展理论 2、高温裂纹缓慢扩展机理

3.4无机材料中裂纹的缓慢扩展 多晶陶瓷中的应力腐蚀裂纹扩展可做如下解释： 大多数多晶材料中或多或少总是存在有一些晶界玻璃相，在外力作 用下，环境中的水将与这些玻璃相发生应力诱导化学反应，从而诱发裂 纹的缓慢扩展

3.4 无机材料中裂纹的缓慢扩展 多晶陶瓷中的应力腐蚀裂纹扩展可做如下解释： 大多数多晶材料中或多或少总是存在有一些晶界玻璃相，在外力作 用下，环境中的水将与这些玻璃相发生应力诱导化学反应，从而诱发裂 纹的缓慢扩展

3。断裂及裂纹扩展 论文： >结合第二章和第三章内容，写一篇关于高性能陶瓷材料的断裂强度、断裂韧性 的综述性论文，如：某领域对高性能陶瓷的物理性能要求（尤其是力学性能)、 微观结构对力学性能的影响、制约发展的因素、今后的技术发展方向等。 >提出个人见解，严禁抄袭。 > 字数不少于2000字 >提交打印版和电子版 >13周交

3. 断裂及裂纹扩展 论文： ➢ 结合第二章和第三章内容，写一篇关于高性能陶瓷材料的断裂强度、断裂韧性 的综述性论文，如：某领域对高性能陶瓷的物理性能要求（尤其是力学性能）、 微观结构对力学性能的影响、制约发展的因素、今后的技术发展方向等。 ➢ 提出个人见解，严禁抄袭。 ➢ 字数不少于2000字 ➢ 提交打印版和电子版 ➢ 13周交