材料科学与工程专业英语刘爱国主编.doc

2.2虽然有色合金在当前工程设计中的应用大部分采用金属，有色金属合金中发挥我们的技术大和不可或缺的作用。至于铁合金，非铁合金名单，当然是长期和复杂的。至于铁合金，非铁合金名单，当然是长期和复杂的。铝合金是最知名的低密度和耐腐蚀性。导电性，易于制造，外观也引人注目的特色。因为这些，世界的铝生产大约一倍，一近10年。铝矿石储量大，铝可方便地回收利用。镁合金具有更低的密度比铝作为一个结果，航空航天等许多结构设计应用apper。铝是一种催化裂化物质，因此有很多支路系统，从而导致良好的延展性。相比之下，镁是只有三个滑移系和特色脆性赛。钛合金已成为第二次世界大战以来广泛使用。在此之前，从被动的分离钛金属氧化物和氮化物的实用方法不详。一旦形成，钛的反应工程，它的优势。薄，顽强氧化物的形式在其表面涂层，使优良的耐腐蚀性能。这种“钝化”将在后面详细讨论。钛的合金，如铝，镁，铁是低于密度。虽然越来越多的密度大于铝或毫克，钛合金有保留在温度适中的服务实力明显的优势，导致许多航空航天设计应用。钛股份以特有的与领先的低塑性镁HCP结构。不过，高温度bcc结构，可在室温稳定，如钒合金添加一定的温度。铜合金具有优良性能的数目。其优异的导电性，使铜合金为主要材料的电线。其优良的热导率导致对散热器andheat热交换器中的应用。优越的耐腐蚀性是展出海洋和其他腐蚀性环境。thefcc结构有助于他们的韧性和成形性普遍较高。其着色是经常用于建筑的外观。铜合金广泛使用，导致通过历史的描述性词语有点困惑的集合。这些合金的力学性能的竞争对手在他们变异的钢材。高纯度铜是一个非常柔软的材料。铍的2瓦特另外一个热处理后，产生立方体沉淀足以推动超过1000兆帕斯卡的拉伸强度。镍合金与铜合金在许多共同之处。我们已经使用的经典examp铜镍系统完整的固体溶解度。蒙乃尔是给予重量约为2:1镍铜合金比钛的商业名称。这些都是解决硬化很好的例子。镍具有优良的耐腐蚀性和高温强度。锌合金压铸件的理想选择钢坩埚，由于其熔点低，没有腐蚀性反应和死亡。汽车零部件和硬件结构上是典型的应用程序。黑色金属锌合金涂层的腐蚀保护的重要手段。此方法称为电镀。铅合金耐用，多功能的材料。安装由罗马人在公共浴池洗澡的铅管，英国，近2000年前一直沿用至今。LEAD的高密度和熔点低结合变形增加了它的多功能性。发现电池铅合金网格，焊料，辐射屏蔽，和健全的控制结构的使用。铅的毒性限制了设计应用和其合金的处理。难熔金属，包括钼，铌，钽，钨。他们，甚至超过了高温合金，尤其是抗高温多。然而，他们一般与氧气反应reguires高tenperature服务将在可控气氛或保护性涂层。贵金属iclude金，铱，锇，钯铂铑，钌，银。优异的耐腐蚀性的各种固有的特性结合起来证明这些金属和合金的许多昂贵的应用。催化转换器goldcircuitry在电子行业，不同牙科合金，白金涂层是一个广为人知的例子很少。 2.3 先进的结构陶瓷，展示在苛刻条件下提高陶瓷材料的机械性能。因为他们经常受到机械载荷的结构构件，服务，他们给出的名字结构陶瓷。通常，用于陶瓷结构应用程序往往是昂贵的替代品的其他材料，如金属，聚合物和复合材料的，尤其是糜烂性，腐蚀性，或高温环境中，然而，他们可能是首选材料。这是因为在陶瓷强化学键。化学键，使他们在要求的情况下格外强劲。例如，一些先进的陶瓷展示优越的耐磨性，使他们如选矿设备摩擦学应用的理想选择。其他的化学惰性，因此，为骨替代用于人体的强腐蚀性环境。高粘结强度也使陶瓷具有热化学惰性，这属性显热化学示在汽车，航空航天器，发动机和发电机的应用前景的领域。 是技术障碍有待克服一些为了使先进的结构陶瓷的日常现实。最重要的挑战是固有的缺陷敏感性，或脆性，陶瓷和其力学性能变化。 在实现与改进的机械性能，尤其是韧性陶瓷的策略，一些涉及工程微观结构，要么抵制或吸收过程中裂纹扩展裂纹扩展过程中的能量。这两个目标可以同时实现与纤维稍粗颗粒微观结构。与这些生产陶瓷微观结构，裂纹偏转从直线路径，导致了creck长度显着增加;在背后的推动裂纹尖端的桥梁，同时粒子的裂纹，呈拿着它关闭。裂纹偏转和裂纹桥接也发生在晶须增强，纤维增强陶瓷复合材料。其结果是提高断面面积和更大的能量吸收。 另一种机制，可以引导陶瓷微裂纹的断裂韧性增加，这在单相多晶陶瓷，其晶粒各向异性（即，它的力学性能随方向）或故意多晶双相微结构发生。在这些材料中微裂纹的开拓，以微小的任一主裂纹前进道路前进的裂纹尖端的一面。这种现象有两个效果。首先，所需要的能量为主要裂纹扩展。第二，由于传播的主裂纹，微裂纹，在开放过程区唤醒或相邻的主裂纹，但后面的是数量的增加，这往往要关闭主裂纹裂纹尖端的结果。对传播阻力从而增加了更远的裂纹传播。 陶瓷材料的增韧机制包括最有前途的一个相变;该方法被称为相变增韧的。虽然氧化铝等其他材料可转换增韧，氧化锆（二氧化锆，氧化锆）是这一进程的原型材料。纯氧化锆，低于1150度冷却后，经历了一个戏剧性的百分之三，体积膨胀，因为它从一个四方的形式向单斜转变。这个扩展可以加以利用分散在一立方氧化锆或氧化铝基质颗粒极细的四方。的粒子（小于1微米），并与基体的亲密接触面积小引起的四方结构，在室温下稳定。提前一推进裂缝，然而，应力场触发嵌入式四方颗粒为单斜转化形式。背后的推动裂缝，一个过程区的形式，所有四方颗粒转化为单斜。在施加量累计增加了关于推进裂缝闭合力，以及相应的抵抗裂纹扩展的，随着裂缝长度增加。如转换氧化锆增韧陶瓷通常被称为陶瓷钢，因为紧张，或尺寸变化，以回应应力行为，钢铁行业，而不是一个易碎的陶瓷相似。同时，底层被称为马氏体相变后，在迅速转变为淬火钢相类似知道的马氏体。 虽然增韧陶瓷远小于金属的强硬，它们代表了比传统的陶瓷和玻璃巨大的进步。断裂韧性定义为应力强度因子在一个关键的时刻，裂纹扩展变得迅速。它被赋予的象征创智天地，是在米测量兆帕倍距离的平方根计算单位（含玻璃，一个非常脆性材料，具有价值的一踢，其他材料可以被分配到该值相对玻璃）。金属因而在3045范围（aluminun合金）相对踢或4065范围（钢）。相比之下，传统陶瓷已经在34范围内的相对断裂韧性以及是否有像玻璃脆脱颖而出。联锁微结构与纤维或陶瓷颗粒增强复合材料在46范围内。晶须增强，纤维增强复合材料在810和1025范围内的韧性，分别为。相变增韧陶瓷在615范围内。在这样的韧性大ttz球轴承可反复被退回，在水泥地上没有明显的表面损伤。尽管他们的优异性能，增韧陶瓷还没有得到广泛推广使用。其中一个原因是他们生产成本。因此，他们不会取代他们的金属同行，除非他们展示这些性能特性节省成本提高工作温度或急剧增加寿命。增韧陶瓷也能在高温下丧失自己的特性。随着温度的升高，跌幅为在ttz相变驱动力，然后完全消失。因此，其韧性的物质损失。晶须和陶瓷基复合材料纤维往往容易受高温氧化。这实际上消除了他们作为增韧剂，使陶瓷基还原为脆性行为。陶瓷工程师所面临的挑战之一是艰难的陶瓷微观结构是在较高的温度下稳定工程。2.4电容器是存储在一个电场在空间分隔的两个表格之间产生电能，带相反电荷的电极装置。储存能量的能力，使他们在许多电路的重要组成部分，而且容量可以极大地插入到了坚实的分离介质材料的电极空间增加。电介质材料是不良导体的电力。陶瓷的非导电性是众所周知的，和一些陶瓷介质所作成非常有效。事实上，超过百分之九十的电容器产生与服务作为电介质陶瓷材料。 压电材料是当他们受到机械压力时会产生电压，相反，在受电磁场，他们表现出了尺寸的变化。许多是由压电器件作为电容器电介质陶瓷材料相同。 这可以解释，低电导率是物质的化学键形成的因素。电介质中，不同的是导电材料，如金属，强大的离子和原子共价键一起举行不离开电场。相反，物质变得电极化，其内部正电荷和负电荷分离和调整有所平行于电场的轴。当电容器采用，这种两极化的行为，以减少电极之间保持了电场，从而提高了充电量可存储实力。铁电薄膜的一个极其重要的应用是在计算机随机存取存储器。由于其较大的介电常数，钛酸铁电体可以达到比基于硅基半导体较高位时，作为动态随机存取存储器薄膜电容器使用密度。他们还可以作为铁电随机存取存储器，那里的极化相反的方向可以代表二元逻辑的两个国家。不同于传统的半导体记忆体，在将FeRAM存储的信息是非易失性的，也就是说，它是保留当电源关闭。 铁电钙钛矿上述许多材料还压电，也就是说，它们所产生的电压时强调，或者反过来，开发一个应用时，根据电磁场的压力。这些从晶胞相对位移作用的结果。只有某些压电晶体结构。他们是那些像钛酸钡，缺乏所谓的反演中心或对称，也就是说，一个中心点中心从该结构几乎是在任何已知的两个相反的方向相同。在钛酸钡情况下，由于失去了对称中心是由一立方过渡到一个四方结构，转变的距离的Ti4 +离子的中心位置，它的立方体占有。石英是一种自然发生的晶体，缺乏一个对称中心，其是众所周知的压电性能。其中的多晶陶瓷压电显示，最重要的是压电陶瓷和中性粒细胞。这些材料进行处理以类似的方式，只是他们受到极化，一个冷却下，外加电场通过发射影响陶瓷片的居里点，以便使沿指定轴的磁偶极子的电介质电容技术86.87大多数陶瓷电容器电介质是由钛酸钡（BaTiO3）及相关化合物。在钛酸钡案件在高温下（高于约120摄氏度），晶体结构由（钛离子）在一个立方体与氧离子中心坐四价钛离子（O2 -的）上的面孔和二价钡在角落离子（钡离子）。Below120摄氏度，然而，转换发生。+和O2的钡 - 离子从他们立方米立场的转变，以及转变的Ti4 +离子远离立方体的中心。一个永久性的偶极子的结果，以及对原子结构symmertry不再立方（所有轴的轴相同），而是四方（从两个不同的水平轴垂直anxis）。有一对垂直轴的两极永久正电荷和负电荷的浓度。这种自发的极化称为铁电性;下面的极性是展出的温度称为居里点。是到铁电钛酸钡电介质材料作为一种实用的关键。在晶体或颗粒的地方就是由这些两极化结构，所有的偶极子线在什么被称为一个域，但随着crystallif，一组随机众多注册地区。然而，随着电场的应用，如在电容器，相邻域之间的边界可以移动，以便与外地域一致的增长领域进行的调整费用，从而产生大量净极化。这些材料的敏感性来存储电的变化。一个特定的电介质材料电容的介电常数给出已知的一项措施，它在本质上是物质之间的电容和一个真空电容率。在钙钛矿陶瓷的情况下，介电常数是巨大的 - 在10005000for纯钛酸钡覆盖范围和50000，如果被替换的Ti4 +离子的氧化锆（Zr4 +）。88在钛酸钡结构的化学替代品可以改变的铁电性能的数目。例如，钛酸钡电介质中表现出的居里点附近，一个属性，是不可取的稳定capactior应用不断很大的峰值。解决这个问题可能是由铅的替代(*),这增加了居里点（*）的替代。锶，从而降低了居里点;或代与钙，从而拓宽了在该温度范围内发生的高峰巴。钛酸钡混合可制作和发射碳酸钡和二氧化钛，但液体混合技术越来越多地使用，以达到更好的混合，钡钛比，高纯度进行精确控制，亚微米粒子的大小。由此产生的粉加工根据不同的电容是否要在磁盘或多层类型。磁盘或磁带干压冲，然后在高温1250和1350之间发射。银膏丝网印刷电极的表面粘合750。引线焊接到电极，磁盘是环氧树脂涂层或浸渍蜡封装。电容器的cermic磁盘容量可提高使用更薄的电容器，不幸的是，脆弱的结果。克服这种由多层电容器电介质和电极层交错的问题。该电极层通常是钯或钯银合金。这些金属的熔点，比的陶瓷烧结温度较高，允许将两种材料共烧。通过连接在平行，容量大，可实现交替层与刚果解放运动。介电层处理，通过流延或医生旱冰，然后干燥。小层厚度已经达到5微米。完成“建设”和电极的电介质层，然后切割成立方体和共烧。MLCs具有体积小，成本低的优势，以及良好的电路板上安装。他们越来越多地用于在磁盘电容器在多数地方的电子电路。凡单位仍然采用单片式，管式电容通常用于在磁盘的地方，因为轴丝管式电容铅配置是在磁盘电容器自动电路板插入机径向配置的首选。 正如上文所述，钛酸钡基MLCs通常需要烧成温度在1250C.超额促进与电极合金熔化温度较低的共烧，在陶瓷烧结温度可降低到1100邻里加入低熔合金*熔融玻璃或代理商。为了减少与钯，银等贵重金属电极的相关费用，已开发陶瓷组成，可与较便宜的镍或铜在较低温度下共烧。 另外两个战略，以生产具有高介电常数陶瓷材料涉及面垒层（BL）的电容器。在每一种情况导电薄膜或粮食核心都是由捐助者* *或减少使用兴奋剂的陶瓷烧制。表面或晶界处，然后通过添加氧化锰氧化物，如氧化铜或银氧化剂的电极糊发射前完成。在晶界基本法电容器缓慢冷却空气或氧气使氧气扩散到晶界和reoxidize毗邻的边界薄层。如铜氧化物和氧化铋剂也被纳入到漫沿电极糊在烧制过程中晶界。在这两种情况显然非常高的介电常数，50000到100000，可以得到。必须小心使用基本法电容，但是，由于他们具有非常低的介电击穿强度。介电击穿涉及突发性故障，通常的和不可逆转*放电尽管灾难性*放电介质材料，通过介电材料通常不可逆转*损坏陶瓷。在基本法电容器的障碍是如此之薄，局部域可以是相当激烈。2.5聚合物的化学化合物，由多个单位组成repeatinf长链状分子组成。这个词在1832年创造polyner是由瑞典化学家贝采里乌斯两晋雅各从希腊油料，或“多”美罗斯，或“的部分。”生产聚合物也被称为大分子或“原理确定分子”，一经推出任期德国化学家赫尔曼施陶丁格在1992年。有些原理确定分子发生maturally。蛋白质，例如，是构成许多动物的氨基酸结构材料天然聚合物以及聚合物的脱氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）的核苷酸班轮股是定义的基因构成生物体的注册。自然polmers其他例子是丝绸，羊毛。天然橡胶，纤维素，虫胶。目前已经知道的材料和自古以来利用。的确，在现在的瑞士培育亚麻，一高分子纤维素纤维的来源，在新石器时代，或新石器时期，约有10 000年，而其他古人从蚕收集绵羊和羊毛蚕丝纤维蛋白质纤维的人。约五千年以前，通过对制革生产没食子酸的形成，最古老的工业生产在连续的基础上蛋白质交联皮革。即使防腐，艺术为这古埃及最著名的是在凝结及跨形式醛与蛋白质之间的联系。早期发展中的聚合物技术，以在19世纪广场，涉及天然聚合物转化为更实用的产品，例如，纤维素转换，从棉花或木材为赛璐珞，第一塑料之一，获得。20世纪30年代之前只有一个综合生产聚合物市售少数，但期限届满后，特别是第二次世界大战以后，合成的化合物来主导地位。来自石油和天然气提炼主要是，合成聚合物制成的塑料，橡胶，人造纤维，粘合剂，表面涂料等，已成为现代生活中无处不在。作为一种重要的材料，聚合物的商业形式在各种可供选择：纤维，薄膜和片材，泡沫和散装。聚合物的一个共同的代名词是“塑料”，从与大多数聚合物产品制造有关的变形派生的名称。对一些人的批评，“塑料”是现代文化的代名词。准确与否，它代表了这种工程材料复杂的家庭对我们的社会产生的影响。聚合物是区别于我们以前用化学材料类型。金属，陶瓷。和眼镜是无机材料。这里讨论的是有机聚合物。学生不应该关注的背景有机chenistry不足。这段话的目的是提供所需的欣赏的独特性有机高分子材料化学的基本原理任何。通过调查，我们开始我们的聚合物聚合讨论，过程，长链分子或网络是由相对较小的有机分子。由此产生的聚合物的结构特点是比较独特的无机材料相比。Ingeneral的，尔廷点和聚合物与plymerization程度，并与分子结构的复杂性的增加刚性。我们将会发现，聚合物成两个主要类别之一。热塑性聚合物材料在加热变得不那么僵化，热固性聚合物加热后变得更为严格。对于这两个类别，重要的是要欣赏的添加剂，它提供诸如颜色和耐燃烧特性所扮演的重要角色。正如陶瓷和玻璃，我们将讨论聚合物重要的机械和光学性能。机械，高分子材料表现出的行为与他们的长链分子结构。例子包括粘弹性和弹性变形。光学性能如透明度和颜色，所以在陶瓷技术的重要，也选择在聚合物具有重要意义。2.5.1聚合物一词仅仅意味着“许多市场汇率”，其中滨海是长链分子或网络的基石。有两种截然不同的方法，使聚merization反应才能进行。环比增长（也称为加成聚合）涉及一种快速的化学活性单体“连锁反应”。步增长（也称为缩聚）涉及的活性单体之间的化学反应，对个人是一个非常缓慢的过程。在这两种情况下，一个单体，而允许其加入类似的分子，形成聚合物，关键的特点是活性位点的存在，即双键（链增长）或反应（步骤geowth）功能组。每个共价键是相邻原子之间共享electrins对。双键是两个对等。链增长反应转换成双键的单体中的一个滨海单键。剩下的两个电子成为加入单一债券市场汇率相邻部分。2.5.2热塑性聚合物加热后变软，变形。这是线性聚合物分子的特征。高温塑性是由于能力的分子互相滑动过去。这是另一种热启动，或阿列纽斯过程的一个例子。从这个意义上讲，热塑性材料类似于金属，在高温延性增益。热塑性塑料和金属之间的主要区别就是我们所说的“高”的温度平均。二次粘合，必须加以克服热塑性变形，可能让全球100个主要变形，而金属键一般限制蠕变变形温度接近典型合金为1000。应该指出的是，与金属，延性热塑性聚合物冷却时丢失。2.5.3热固性聚合物的热塑性塑料相反。他们变得硬，一经加热僵化。不同热塑性聚合物，这种现象不会丢失后，冷却。这是由台阶生长机制，形成网络的分子结构的特征。化学反应“步骤”，提高了较高的温度，是不可逆的，也就是说，聚合后的冷却遗骸。在热固性产品制作，他们可以免去在制造模具温度（通常为200至300）。相比之下，热塑性必须冷却在mokd以防止失真。也许还应该指出，网络共聚物可形成类似的是块和接枝共聚物。该网络将导致共聚物从超过一多官能能单体聚合种组合。2.5.4共聚物和共混物进行了讨论以上的金属合金类似物。其他还有aeveral一向在高分子技术用于提供具体特性的聚合物alloylike添加剂。增塑剂被添加到软化的聚合物。此外，这基本上是融合了低分子量（约300阿木）聚合物。阿另一方面填料。添加到加强流动性主要通过限制链聚合物。它还提供了尺寸稳定性，降低成本。相对惰性材料的使用。例子包括shortchanger纤维素（和有机填料）和石棉（和无机填充料）。大约一个典型的汽车轮胎三是填充（即碳黑色）。玻璃纤维增强材料等也列为添加剂，但生产这种根本不同的材料（如玻璃纤维），他们得到适当讨论后复合材料。稳定剂用于降低聚合物的降解添加剂。他们代表了由于大量的各种材料降解机制的一系列复杂（氧化，热和紫外线）。作为一个例子，聚异戊二烯可吸收高达15的氧气在室温下它被第一个1destoryed弹性性能的影响。天然橡胶乳胶包含复杂的酚组，延缓室温氧化反应。然而，这些天然抗氧化剂在高温下不会有效。因此，（如其他酚类，胺类，含硫化合物等），添加额外的稳定剂为轮胎应用设计的橡胶。添加阻燃剂，以减少一些，如聚乙烯聚合物固有的可燃性。燃烧仅仅是一个由大量热演化的陪同下氧烃反应。许多展品高分子碳氢化合物燃烧。其它如聚氯乙烯（PVC），不要。PVC的耐燃烧似乎来自从聚合物哈伊姆的氯原子的演变。这些卤素阻挠终止自由基链反应的燃烧过程。添加剂为无卤聚合物此功能包括氯，溴和含磷反应物。添加着色剂的颜色，以提供一种聚合物在外观在材料的选择因素。两种类型的使用着色剂，颜料和染料。颜料是一种不溶解，有色物质供电的形式添加。典型的例子是，如钛氧化物和铝硅酸盐晶体陶瓷，虽然有机颜料availble。水溶性染料，有机颜料，可提供透明的颜色。2.5.5在相对低的温度，聚合物是刚性的固体和弹性变形。在相对较高的温度，它们是液体的粘性和变形。之间的弹性和粘性行为的边界又称为玻璃化转变温度，Tg。但是，在聚合物变形随温度的变化是没有表现出同样的方式。对于用玻璃，在粘度对温度变化的曲线。对于聚合物，弹性模量，而不是绘制的粘度。有一个modulis激烈，对于一个典型的复杂下降，商业热塑性温度与approxinately 50的结晶。该说明下降的幅度是由一个模数为大规模使用。在“低”的温度（低于Tg）的，严格的模量发生相应的金属和陶瓷的机械性能的回忆。然而，在中学的聚合物粘接很大一部分原因，这些材料的弹性模量将大大超过对金属和陶瓷，这是完全由基层化学键（金属，离子和共价）保税发现那些低。在玻璃化转变温度（Tg）的范围内，模量急剧下降和机械行为是坚韧。该聚合物可广泛变形，慢慢地返回到itTys应力消除后，原来的形状。上面的Tg，充满弹性的高原观察。在这个地区，广泛变形是有可能快速回弹到原来的形状，当压力被删除。最后这两个区域（皮革和橡胶）扩大我们的弹性变形的理解。有时意味着相对弹性变形小应变直接proporyional到应用的压力。对于聚合物，广泛，非线性deformationcan完全恢复，顾名思义，富有弹性。这一概念将在短期内加以探讨，当我们讨论弹性体，橡胶与优势区域的聚合物。2.5.6典型的线性聚合物表现出弹性变形区。对于某些已知弹性体聚合物，橡胶高原的发音，并建立了正常室温这些材料的温度特性。（因为这些材料的玻璃化转变温度低于室温。）这种热塑性聚合物群包括天然和合成橡胶（如聚异戊二烯）。这些材料提供了一个线性聚合物开卷生动的例子。作为一个实际问题，分子的完整的开卷是没有实现，但巨大的弹性应变时有发生。对于一个弹性体弹性变形的应力应变曲线显示戏剧性对比的是一个共同的金属应力应变曲线。在这种情况下，弹性模量在整个区域的弹性常数（应力应变呈正比）。而（应力应变曲线的斜率）随应变增加碎屑模量。对于低株，模量低对应需要克服二次结合的分子，并解开了小的力量。对于高应变，弹性模量急剧上升，这表明需要更大的力量伸展沿themolecular“脊梁”的主要债券。在这两个地区，但是，有一个在二次焊接变形机制涉及重大componrnt和模量远高于普通金属和陶瓷为低。弹性模量为整理表值一般为低应变区，其中主要用于材料。最后，重要的是要强调，我们所谈论的弹性或临时变形。一个弹性体反冲其应力消除后，原长解开聚合物分子。2.5.7对于金属，陶瓷，我们发现蠕变变形是AT（超过一半的绝对熔点）高温重要的现象。类似的现象，称为应力松弛，在聚合物发生。这也许是更重大的聚合物。由于他们的龙域熔点，应力松弛，可能会发生在室温下。一个例子是familar橡皮筋，一个很长一段时间，它不弹回后，应力消除其原始大小understress。2.6继内在的，我们注意到元素半导体的费米函数的讨论表明，电荷载体随着温度的数量成倍增加。这种主导作用，使半导体导电性的导电性也遵循着一个与温度（Arrhenius方程的一个例子）的指数增长。这一增长形成鲜明对比的是金属的行为。我们认为，在外部的杂质，元素半导体的效果。使用兴奋剂的第四组与组V的杂质（如P）产生一个n型半导体中负电荷载体（传导电子）主宰材料（如硅）。在“extea”从Va组除了在电子生产的半导体能带结构的捐助水平。正如禀半导体，外在半导展品Arrhenius规律。在n型材料，两者的行为的外在和insrinsic地区温度跨度范围称为用尽。p型掺杂半导体是由一组与组一四三一材料杂质（如铝）。在第三组元素有一个“失踪”电子生产带结构中的一个受体水平，并导致正电荷载体（电洞）的形成。之间的外在和内禀行为的p型半导体区域称为饱和的范围。霍尔效应的测量可以区分n型和p型传导。化合物半导体通常有一个具有四个价电子平均每个原子的MX组成。在III - V族和II - VI族化合物是常见的例子。非晶半导体与半导体行为的非结晶材料。元素和复合材料同时出现在这一类。为了感谢半导体的应用，我们回顾了几十年。固态整流器（或二极管）包含一个PN结。当电流流过这个路口很容易被正向偏置，但几乎完全扼杀了反向偏置时。晶体管是一种装置，由附近的pn结对组成。最终结果是一种固态放大器。更换等，因为这些产生了大量的电路元件的小型化固态真空管。进一步小型化，造成了对n型和单晶芯片的p型区域的精确parrerns组成microcircuis生产。需要指定一个内在的半导体的主要电气性能的带隙，电子迁移率，空穴迁移率，在室温和传导电子密度（=空穴密度）。对于外在半导体，需要捐助者指定任何级别（n型材料）或承兑人水平（p型材料）。也有压电体的众多用途。例如，从一个单一的板切割水晶可以展示一个特定的自然共振频率（即电磁波，导致它在相同的频率振动机械频率），这些可以作为频率标准适用于高度稳定控制晶体在固定通信设备的时钟和频率。其他应用包括共振波选择性过滤器和（超声波清洗，钻孔如）和非谐振器件（如加速度计，压力表，麦克风拾音器）是由压电陶瓷换能器为主。2.7一个结构工程材料类是复合材料的。这些材料涉及两个或两个以上的一些组件从“根本”materal类型的组合。在选择复合材料的关键理念是他们提供的，即从每个组件attrative属性“两全其美”。一个典型的例子是玻璃纤维。小口径玻璃纤维的强度是结合了polymetric矩阵延展性。这两个组件的结合提供了这两种成分的产品优于单。许多复合材料如玻璃纤维，涉及的组合，有超过各种物料的界限交叉。其他如混凝土，涉及从一个单一材料类型的不同组成部分。在一般情况下，我们应使用复合材料相当狭窄的定义。我们将只考虑thode结合的综合类物质不同组分对微观（而非宏观）的规模。我们将noot包括多相合金和陶瓷，这是常规处理的结果。同样，微电路在后面讨论不包括每个组件保留，因为在这些材料系统，其独特的性格。由于这些限制，但我们会发现这一类的材料，包括收集非常多样从普通，到最复杂的部分。我们将考虑三种复合材料mateials类别。Conveninently，这些类别是证明了我们最常见的结构材料，玻璃纤维，木材和混凝土三种。玻璃纤维（或玻璃纤维增强聚合物）是一个很好的例子人类人造纤维增强复合材料。玻璃聚合物制度只是许多重要的例子之一。一般的纤维增强材料中发现三个主要configutations之一：在一个方向排列，随机切碎，或在与该矩阵层压织物编织。木材是一种玻璃纤维stuctural模拟，这是一种天然纤维增强复合材料。木材的纤维被拉长，生物细胞。矩阵对应木质素和半纤维素的存款。具体是我们最好的例子，一个聚合复合材料，其颗粒，而不是普通混凝土纤维强化amatrix是岩石和沙子中的钙铝（水泥）矩阵。虽然具体的一直是世纪工程材料，这些都是众多C在使用类似的颗粒增强复合材料的概念，近几十年来发展。平均的财产概念的核心是理解复合材料的效用。一个重要的例子是一个复合弹性模量。模数是对加固构件gemetry敏感的功能。同样重要的是加强之间的元件和基体的界面srength。我们sahll对复合材料力学性能集中在这些他们作为结构材料的广泛应用方面。所以caaled“先进”提供了一些材料，如高strrenth重量比例非常惹人喜爱的特点。有些服务是需要在引用这些属性，因为它们可以定向性很强。2.7.1让我们首先集中于玻璃纤维或玻璃纤维增强聚合物。这是一个现代复合系统的经典范例。一个在ploymeric复合基质，纤维等纤维的典型断口显示可能有不同的材料，因为每个人都是很大的发展，也提出了具体应用的最佳选择适宜的结果。例如，最普遍使用的玻璃纤维组成E玻璃，其中E为低，尤其是其导电性和其作为电介质的吸引力立场。在结构复合材料的普及，相关的硼硅酸盐组成的化学稳定性。我们应该注意到，最佳的强度是由对齐，连续纤维增强实现。换句话说，强度高各向异性。该纤维增强复合材料包括由人制定了最苛刻的工程应用中一些最先进的一些材料。重要的例子包括：硼纤维增强铝，石墨环氧树脂，铝及铝增强。金属纤维经常小直径线。尤其是高强度钢筋从“胡须”，这是小，单晶，可与一个近乎完美的晶体结构来增加纤维。不幸的是，晶须不能成长为在玻璃纤维或金属线的方式连续长丝。2.7.2像人类这么多的成就，这些纤维增强复合材料模仿自然。就是这样一个共同的木材复合材料，它作为一个优秀的结构材料的供应。事实上，使用的木材重量中的每个Uited张祖兴年超过了钢和混凝土的总和。我们发现两大类，软木和硬木。这些都是相对而言，尽管软木普遍较低的优势。类别之间的根本区别是他们的季节性质。软木是“常青树”的针状叶子和种子外露。硬木与落叶覆盖种子（即，坚果）（即每年失去它们的叶子）。.木材的微观结构表明它与人类制造的复合材料的共性。该组织的主要特征是面向众多垂直管状细胞。这些longgitudinal细胞排列与树的垂直轴。有一些纵向的垂直径向细胞。正如其名称所示，径向细胞延伸出的树干中心进行彻底向表面。纵向细胞携带SAP和其他流体至关重要的成长历程。细胞是早期seaon大于后来赛季细胞的直径。这种增长模式导致了特色的“环状结构”，表示该树的年龄。径向细胞储存食物日益增长的树。细胞壁是由纤维素。在纵向的细胞纤维的强度是朝着这个方向对齐功能。这些细胞是由一个连在一起的木质素和半纤维素基质。木质素是一种苯酚丙烷网络聚合物，和半纤维素是一种ploymerization程度相对较低ploymeric纤维素。与此相关的，尺寸以及木材的正确关系的变化与大气中水分含量显着。护理须在指定的力学性能数据适用的大气条件。2.7.3玻璃纤维是一种方便和熟悉的例子纤维增强复合材料。同样地，具体就是一种聚合复合材料很好的例子。由于木材，这一共同建设中使用的材料数量惊人。每年所用的混凝土的重量超过了所有的金属组合。对于混凝土中，“聚合”指的是砂（细集料）及砾石（粗骨料）的组合。这种混凝土构件是一个“博物”在同一意义上的木材料。通常，这些材料被选择为自己的高密度和强度。总表的组成将是复杂和意义不大。一般情况下，总原料均来自当地现有的存款选择地质硅酸盐。因此，这些材料很复杂，相对不纯的结晶硅酸盐的例子。火成岩是常见的例子。“火成岩”是指由熔融状态凝固。用于快速冷却火成岩，材料所产生的一些部分可能是非结晶，相应的玻璃硅酸盐。沙及砾石粒径相对测量（和控制）的经过（或筛子）标准屏幕这些材料。对于一个细和粗骨料混凝土组合在特定的组合的原因是，空间更有效地由粒子尺寸范围填补。对于60至75最后混凝土总量的百分之组合细和粗骨料帐户。现代混凝土用硅酸盐水泥，这是一种钙铝硅酸盐。有五种常见的硅酸盐水泥。他们在四个不同含矿物质钙的相对浓度。矩阵是由水除了适当的水泥粉。为水泥大国的粒径相对较小相比，总量最好的。在水泥颗粒大小的改变，会强烈地影响速率的水泥水化物。正如人们所期望的检查波特兰水泥的复杂成分，对水化过程的化学是同样复杂。在聚合物技术，我们注意到，一些“添加剂”的功能，提供了一些可取的最终产品。在水泥技术，还有一些外加剂，这是补充提供的某些功能numble。任何比骨料混凝土，水泥，或水等成分，顾名思义，外加剂。该外加剂之一是“空气夹带剂”，这提醒我们，空气可以被认为是一个具体的第四个组成部分。空气夹带剂混合包埋增加了气泡浓度，通常以可操作性的目的（在成形）和增加抗冻融循环。为什么混凝土是一项重要的工程材料，复合系统的其他大型numble基础上颗粒增强。颗粒复合材料是指专门较大规模的系统分散的颗粒物（至少几微米直径），并在相对高浓度的颗粒直径小氧化物颗粒（大于25和60之间频繁和90）的。加强的氧化物颗粒位错运动的障碍，以服务于金属。2.7.4很明显，复合材料的性能必须以某种方式，代表了他们的各个组件的性能平均。但是，确切性质的“平均”是一个敏感的微结构几何函数。因为在现代复合材料等各种几何形状，我们必须泛泛谨慎。但我们会确定一个重要的例子。采取三理想化几何：（1）方向平行于基体连续纤维;（2）垂直于纤维方向的连续和（3）方向相一致分散聚合复合材料。在前两种情况下表示，如玻璃纤维和木纤维复合材料在极端高度各向异性的性质。第三种情况代表了各向同性的具体性质相对理想化的模型。我们现在要考虑这些情况分别。每一次，我们将使用elasticicity模量来进一步说明财产的平均值。这与我们对复合材料的应用为重点的结构是一致的。2.7.5在这种情况下，如果矩阵是紧密结合的增强纤维，两者的基体和纤维必须是一脉相承的。这isostrain条件为真，即使每个组件的弹性模量将趋于完全不同。很明显，以综合承载的负荷是由各个组成部分进行负载的简单相加。正在讨论的玻璃纤维为例子，几乎整个单轴载荷是由高模量纤维。这个几何是一个理想的复合应用。高模量，纤维的强度是有效地传送到整个复合材料。同时，矩阵的韧性可用于生产玻璃本身比大幅减少脆性材料。2.7.6一个大大不同的结果是得到了增强纤维的垂直载荷的情况。在此情况下，在复合应力的应用方向延伸率是基体和纤维成分伸长率的总和，但大多数伸长来形式，因为玻璃钢基体具有更高的模量的值。2.7.7在一个有用的复合材料的性能平均可以由刚才讨论的典型例子。我们必须注意一个重要的考虑到目前为止理所当然。这是基体之间的不连续相界面必须强大到足以传输应力或应变由于机械负载形成一个阶段到另一个。如果没有这个实力，分散相可能无法“沟通”与矩阵。而不是有“两全其美”，如引进暗示，我们可以得到每个组件的最严重的行为。增强纤维滑出了一个矩阵就是一个例子，大量的努力，一直致力于提供界面强度。表面处理，化学和温度都在“艺术与科学”的界面粘结