脆性

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如果材料在受到应力时断裂时几乎没有弹性变形且没有显着的塑性变形,则该材料是脆性的。脆性材料在断裂前吸收的能量相对较少,即使是高强度材料也是如此。断裂通常伴随着尖锐的啪嗒声。 当用于材料科学时,它通常适用于失效前塑性变形很小或没有塑性变形的材料。一个证明是匹配断裂的两半,由于没有发生塑性变形,因此应该完全吻合。 聚合物的机械特性可能对接近室温的温度变化敏感。例如,聚(甲基丙烯酸甲酯)在4˚C的温度下...

脆性

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如果材料在受到应力断裂时几乎没有弹性变形且没有显着的塑性变形,则该材料是脆性的。 脆性材料在断裂前吸收的能量相对较少,即使是高强度材料也是如此。 断裂通常伴随着尖锐的啪嗒声。

当用于材料科学时,它通常适用于失效前塑性变形很小或没有塑性变形的材料。 一个证明是匹配断裂的两半,由于没有发生塑性变形,因此应该完全吻合。

不同材质的脆性

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聚合物

聚合物机械特性可能对接近室温的温度变化敏感。 例如,聚(甲基丙烯酸甲酯)在 4˚C 的温度下非常脆,但随着温度的升高会增加延展性

无定形聚合物是在不同温度下表现不同的聚合物。 它们在低温下可能表现得像玻璃(玻璃态区域),在中等温度下表现得像橡胶固体皮革样或玻璃化转变区域),在较高温度下表现得像粘性液体(橡胶状流动和粘性流动区域)。 这种行为被称为粘弹性行为。 在玻璃态区域,无定形聚合物将是刚性和易碎的。 随着温度升高,聚合物将变得不那么脆。

金属

一些金属由于其滑移系统而表现出脆性。 金属的滑移系统越多,它的脆性就越小,因为许多滑移系统都会发生塑性变形。 相反,滑移系统越少,发生的塑性变形就越小,金属就会更脆。 例如,HCP(密排六方)金属几乎没有活性滑移系统,而且通常很脆。

陶瓷

由于位错运动或滑移的困难,陶瓷通常很脆。 结晶陶瓷中几乎没有位错能够移动的滑移系统,这使得变形变得困难并使陶瓷更脆。

陶瓷材料通常表现出离子键合。 由于离子电荷和它们对同电荷离子的排斥,进一步限制了滑移。

改变脆性材料

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可以改变材料以变得更脆或更脆。

增韧

当材料达到其强度极限时,通常可以选择变形或断裂。 可以通过阻止塑性变形机制(减小晶粒尺寸、沉淀硬化、加工硬化等)来使具有天然延展性的金属变得更坚固,但如果采取极端措施,则更有可能发生断裂,并且材料可以 变脆。 因此,提高材料韧性是一种平衡行为。

玻璃等天然脆性材料不难有效增韧。 大多数此类技术涉及以下两种机制之一:偏转或吸收扩展裂纹的尖端,或产生仔细控制的残余应力,以便强制关闭某些可预测来源的裂纹。

第 一个原理用于夹层玻璃,其中两片玻璃由聚乙烯醇缩丁醛夹层隔开。 聚乙烯醇缩丁醛作为一种粘弹性聚合物,吸收了不断增长的裂缝。

第二种方法用于钢化玻璃预应力混凝土。鲁珀特王子港的 Drop 提供了玻璃钢化演示。脆性聚合物可以通过使用金属颗粒在样品受压时引发裂纹来增韧,一个很好的例子是高抗冲聚苯乙烯或 HIPS。最不脆的结构陶瓷是碳化硅(主要是因为它的高强度)和转变增韧的氧化锆。

复合材料采用了不同的理念,例如,将易碎的玻璃纤维嵌入聚酯树脂等延展性基质中。应变时,玻璃-基体界面会形成裂纹,但裂纹的数量如此之多以至于吸收了大量能量,从而使材料变硬。 同样的原理也用于制造金属基复合材料。

脆性

压力的影响

通常,材料的脆性强度可以通过压力来提高。这发生在地壳中大约 10 公里(6.2 英里)深度的脆性-韧性过渡带中,岩石变得不太可能断裂,更可能发生韧性变形。

裂纹扩展

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超音速断裂是脆性材料中比声速更快的裂纹运动。

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词条目录
  1. 脆性
  2. 不同材质的脆性
  3. 聚合物
  4. 金属
  5. 陶瓷
  6. 改变脆性材料
  7. 增韧
  8. 压力的影响
  9. 裂纹扩展

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