从材料组织结构对性能影响的角度,定性分析比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料在力学性能方面的差异。
参考答案:在这三类材料中,金属材料的力学性能特点是:优异的塑性和韧性,较高的强度和硬度,较大的弹性和较高的弹性模量;陶瓷材料的力学性能特点是:塑性和韧性几乎为零,极高的硬度和较低的强度(特别是抗拉强度),极小的弹性和极大的弹性模量;高分子材料的力学性能特点是:较高的塑性和韧性,较低的硬度和强度,极大的弹性和极小的弹性模量。
这三类材料在力学性能方面的上述差异,主要是由这三类材料在组织结构方面的特点不同所造成的。材料的弹性及弹性模量主要取决于材料中原子结合键的强弱。陶瓷材料为共价键和离子键,结合键力最强,因此其弹性模量最高但弹性最小;高分子材料的分子链中为很强的共价键,但分子链之间为很弱的氢键和范德华键,因此其弹性模量最低但弹性最好;金属材料为较强的金属键结合,故其弹性模量和弹性居中。材料的硬度也主要取决于材料中原子结合键的强弱,所以,陶瓷材料有极高的硬度,而高分子材料的硬度很低。材料的强度既与结合键有关也与组织有关,陶瓷材料虽然有很强的结合键,但由于烧结成形中不可避免地形成气孔或微裂纹,故其强度特别是抗拉强度较低;高分子材料中很弱的氢键和范德华键使其强度也较低;金属材料中的金属键虽然不是很强,但高的致密度以及高密度的位错使其具有很高的强度。金属材料中的自由电子云和容易运动的位错以及较高的致密度,使其具有良好的塑性和韧性;陶瓷材料中的位错不易运动,加之存在气孔和微裂纹,因而陶瓷材料的塑性和韧性几乎为零;高分子材料中很弱的氢键和范德华键使分子间可以较好地相互滑动,因而有较好的塑性和韧性。