1.2 粘彈性和滯彈性ppt課件

1、1彈性服從虎克定律，彈性服從虎克定律，特點：特點：受外力作用后，和之間呈線性關(guān)系受外力作用后，和之間呈線性關(guān)系 ，應(yīng)力與應(yīng)變隨時保持同相位；，應(yīng)力與應(yīng)變隨時保持同相位；t無關(guān)。受力時，應(yīng)變瞬時發(fā)生達(dá)到平衡值，除去外力，應(yīng)變瞬時恢復(fù)無關(guān)。受力時，應(yīng)變瞬時發(fā)生達(dá)到平衡值，除去外力，應(yīng)變瞬時恢復(fù)（可逆）。（可逆）。1t2ttE1-4 1-4 粘彈性與滯彈性粘彈性與滯彈性u理想彈性固體理想彈性固體2u滯彈性滯彈性實際上，絕大多數(shù)固體材料的彈性行為很難滿足理想彈性行為。一般都表實際上，絕大多數(shù)固體材料的彈性行為很難滿足理想彈性行為。一般都表現(xiàn)出非理想彈性性質(zhì)，即實際固體的應(yīng)力與應(yīng)變不是單值對應(yīng)關(guān)系，往往

2、現(xiàn)出非理想彈性性質(zhì)，即實際固體的應(yīng)力與應(yīng)變不是單值對應(yīng)關(guān)系，往往有一個時間的滯后現(xiàn)象。有一個時間的滯后現(xiàn)象。無機固體和金屬材料發(fā)生彈性形變時，應(yīng)變落后于應(yīng)力的行為，即與時間無機固體和金屬材料發(fā)生彈性形變時，應(yīng)變落后于應(yīng)力的行為，即與時間有關(guān)的彈性稱為滯彈性。有關(guān)的彈性稱為滯彈性。滯彈性的滯彈性的應(yīng)變落后于應(yīng)力，應(yīng)變落后于應(yīng)力，有一個有一個時間的滯后時間的滯后滯彈性的滯彈性的應(yīng)變不僅與應(yīng)力有關(guān)，而且與時間有關(guān)應(yīng)變不僅與應(yīng)力有關(guān)，而且與時間有關(guān)，彈性模量也依賴于，彈性模量也依賴于時間。時間。 滯彈性體的應(yīng)變在應(yīng)力卸除后可以完全回復(fù)到原始形狀和尺寸，只要經(jīng)過滯彈性體的應(yīng)變在應(yīng)力卸除后可以完全回復(fù)到原

3、始形狀和尺寸，只要經(jīng)過充分長時間才能達(dá)到。它與不可能完全回復(fù)的非彈性體有明顯的區(qū)別。充分長時間才能達(dá)到。它與不可能完全回復(fù)的非彈性體有明顯的區(qū)別。3圖圖l-11l-11所示，當(dāng)突然施加一應(yīng)力所示，當(dāng)突然施加一應(yīng)力o o于拉伸試樣時，于拉伸試樣時，試樣立即沿試樣立即沿0A0A線產(chǎn)生瞬時應(yīng)變線產(chǎn)生瞬時應(yīng)變OaOa。如果低于材料的微。如果低于材料的微量塑性變形抗力，則應(yīng)變量塑性變形抗力，則應(yīng)變OaOa只是材料總彈性應(yīng)變只是材料總彈性應(yīng)變OHOH中中的一部分。應(yīng)變的一部分。應(yīng)變aHaH只是在只是在o o長期保持下逐漸產(chǎn)生的，長期保持下逐漸產(chǎn)生的，aHaH對應(yīng)的時間過程為圖對應(yīng)的時間過程為圖1-111-

4、11中的中的abab曲線。曲線。 卸載時，如果速度也比較大，則當(dāng)應(yīng)力下降為零時，只有應(yīng)變卸載時，如果速度也比較大，則當(dāng)應(yīng)力下降為零時，只有應(yīng)變eHeH部分立部分立即消逝掉，而應(yīng)變即消逝掉，而應(yīng)變eOeO是在卸載后逐漸去除的，這部分應(yīng)變對應(yīng)的時間過程為是在卸載后逐漸去除的，這部分應(yīng)變對應(yīng)的時間過程為圖中的圖中的cdcd曲線。曲線。恒定應(yīng)力恒定應(yīng)力o o4 材料的滯彈性對儀器儀表和精密機械中的重要傳感元件的測量精度材料的滯彈性對儀器儀表和精密機械中的重要傳感元件的測量精度有很大影響，因此有很大影響，因此選用材料時需要考慮滯彈性問題選用材料時需要考慮滯彈性問題。 如長期受載的測力彈簧、薄膜傳感器等。

5、所選用材料的滯彈性較明如長期受載的測力彈簧、薄膜傳感器等。所選用材料的滯彈性較明顯時，會使儀表精度不足，甚至無法使用。顯時，會使儀表精度不足，甚至無法使用。 滯彈性在金屬材料和高分子材料（高彈形變）中表現(xiàn)得比較明顯。滯彈性在金屬材料和高分子材料（高彈形變）中表現(xiàn)得比較明顯。5粘性服從牛頓流動定律粘性服從牛頓流動定律特點：特點：受力作用后，受力作用后，應(yīng)力應(yīng)力與與應(yīng)變速率應(yīng)變速率呈呈線性關(guān)系線性關(guān)系；受力時，受力時，應(yīng)變隨時間線性發(fā)展應(yīng)變隨時間線性發(fā)展，外力去除后，應(yīng)變，外力去除后，應(yīng)變不能回復(fù)不能回復(fù)。dd 1tt2tu理想粘性液體理想粘性液體6u粘彈性粘彈性 材料在較小的外力作用下，彈性和粘

6、性同時存在的力學(xué)行為稱為粘彈性。材料在較小的外力作用下，彈性和粘性同時存在的力學(xué)行為稱為粘彈性。其其特征特征是是應(yīng)變落后于應(yīng)力應(yīng)變落后于應(yīng)力，即應(yīng)變對應(yīng)力的響應(yīng)不是瞬時完成的，需要，即應(yīng)變對應(yīng)力的響應(yīng)不是瞬時完成的，需要通過一個通過一個弛豫過程弛豫過程。應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系與時間有關(guān)應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系與時間有關(guān)。 粘彈性材料的力學(xué)性質(zhì)與時間有關(guān)，具有力學(xué)松弛的特征。粘彈性材料的力學(xué)性質(zhì)與時間有關(guān)，具有力學(xué)松弛的特征。 最典型的是高分子材料。一些非晶體，有時甚至多晶體，在比較小的應(yīng)力最典型的是高分子材料。一些非晶體，有時甚至多晶體，在比較小的應(yīng)力時表現(xiàn)粘彈性現(xiàn)象。高分子材料常見的力學(xué)松弛現(xiàn)象：蠕變、應(yīng)

7、力松弛、滯后時表現(xiàn)粘彈性現(xiàn)象。高分子材料常見的力學(xué)松弛現(xiàn)象：蠕變、應(yīng)力松弛、滯后和內(nèi)耗和內(nèi)耗7蠕變?nèi)渥? :固定固定 和和T, T, 隨隨t t增加而逐漸增大增加而逐漸增大應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛: :固定固定 和和T, T, 隨隨t t增加而逐漸衰減增加而逐漸衰減滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象: :在一定溫度和和交變應(yīng)力下在一定溫度和和交變應(yīng)力下, ,應(yīng)變應(yīng)變滯后于應(yīng)力變化滯后于應(yīng)力變化. .力學(xué)損耗力學(xué)損耗( (內(nèi)耗內(nèi)耗): ): 的變化落后于的變化落后于 的變化的變化, ,發(fā)生發(fā)生滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象, ,則每一個循環(huán)都要消耗功則每一個循環(huán)都要消耗功, ,稱為內(nèi)耗稱為內(nèi)耗. .靜態(tài)的粘彈性靜態(tài)的粘彈性動態(tài)粘彈性動

8、態(tài)粘彈性（粘彈性）（粘彈性）力學(xué)松弛力學(xué)松弛具體表現(xiàn)：具體表現(xiàn)：8一、蠕變一、蠕變1. 1. 定義定義 蠕變是在一定的溫度和較小的恒定應(yīng)力（拉力、扭力或壓力等）作用下，蠕變是在一定的溫度和較小的恒定應(yīng)力（拉力、扭力或壓力等）作用下，材料的形變隨時間的增長而逐漸增加的現(xiàn)象。如硬塑料的電纜、掛久的雨衣。材料的形變隨時間的增長而逐漸增加的現(xiàn)象。如硬塑料的電纜、掛久的雨衣。若除掉外力，形變隨時間變化而減小若除掉外力，形變隨時間變化而減小-稱為蠕變回復(fù)稱為蠕變回復(fù)軟軟PVC絲絲砝碼砝碼9 2+ 3t 3 3 1 2 1線形非晶態(tài)聚合物在線形非晶態(tài)聚合物在TgTg以上單軸拉伸的以上單軸拉伸的典型蠕變及回復(fù)

9、曲線典型蠕變及回復(fù)曲線普彈形變普彈形變1 1高彈形變高彈形變2 2粘性流動粘性流動3 310圖圖1 1 理想彈性體（瞬時蠕變）普彈理想彈性體（瞬時蠕變）普彈形變形變從分子運動的角度解釋從分子運動的角度解釋: :材料受到外力的作用材料受到外力的作用, ,鏈內(nèi)的鍵長和鍵鏈內(nèi)的鍵長和鍵角立刻發(fā)生變化角立刻發(fā)生變化, ,產(chǎn)生的形變很小產(chǎn)生的形變很小, ,我們我們稱它普彈形變稱它普彈形變. .普彈形變模量應(yīng)力1010EE（t）t t（t）t tt t1 1t t2 22. 聚合物的蠕變現(xiàn)象聚合物的蠕變現(xiàn)象 從分子運動和變化的角度來看，蠕變過程分為：從分子運動和變化的角度來看，蠕變過程分為：外力除去，外力

10、除去， 立即完全回復(fù)立即完全回復(fù)a.普彈形變普彈形變11圖圖2 2 理想高彈體推遲蠕變理想高彈體推遲蠕變（t）t t（t）t tt1 t2 (t)=0 (tt1)0 (t )E2-高高彈模量彈模量特點特點: :高彈形變是逐漸回復(fù)的高彈形變是逐漸回復(fù)的. .鏈段運動鏈段運動外力除去，外力除去， 逐漸回復(fù)逐漸回復(fù)松弛時間松弛時間 = 2/E2t/21eE（）b.高彈形變高彈形變12圖圖3 3 理想粘性流動蠕變理想粘性流動蠕變 (t)=0 (tTg)，或外力大，形變太快，也觀察不出。，或外力大，形變太快，也觀察不出。只有在適當(dāng)?shù)耐饬χ挥性谶m當(dāng)?shù)耐饬?，溫度在，溫度在Tg以上不遠(yuǎn)時，才可以觀察到完整的蠕

11、變以上不遠(yuǎn)時，才可以觀察到完整的蠕變曲線。原因：因為鏈段可運動，但又有較大阻力曲線。原因：因為鏈段可運動，但又有較大阻力內(nèi)摩擦力，因而內(nèi)摩擦力，因而只能較緩慢的運動。只能較緩慢的運動。如何觀察到完整的蠕變曲線？如何觀察到完整的蠕變曲線？17（4 4）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)主鏈剛性：分子運動性差，外力作用下，蠕變小主鏈剛性：分子運動性差，外力作用下，蠕變小t100020003000（%）聚砜聚砜 聚苯醚聚苯醚聚碳酸酯聚碳酸酯改性聚苯醚改性聚苯醚ABS（耐熱級）（耐熱級）聚甲醛聚甲醛尼龍尼龍ABS0.51.01.52.0圖圖6 618f、 提提高材料抗蠕變性能的途徑高材料抗蠕變性能的途徑: : 聚合物蠕變性能

12、反映了材料的尺寸穩(wěn)定性和長期負(fù)載能力，有重要聚合物蠕變性能反映了材料的尺寸穩(wěn)定性和長期負(fù)載能力，有重要的實用性。如主鏈含有雜環(huán)的剛性鏈聚合物具有較好的抗蠕變性能，成的實用性。如主鏈含有雜環(huán)的剛性鏈聚合物具有較好的抗蠕變性能，成為廣泛應(yīng)用的工程塑料，可以代替金屬材料加工機械零件為廣泛應(yīng)用的工程塑料，可以代替金屬材料加工機械零件。如工程塑料：。如工程塑料：POM、PC、PSF等。等。a.a.玻璃化溫度高于室溫玻璃化溫度高于室溫, ,且分子鏈含有苯環(huán)等剛性鏈。且分子鏈含有苯環(huán)等剛性鏈。b.b.交聯(lián)交聯(lián): :可以防止分子間的相對滑移。如橡膠采用硫化交聯(lián)的辦法來防止可以防止分子間的相對滑移。如橡膠采用硫

13、化交聯(lián)的辦法來防止由蠕變產(chǎn)生分子間滑移造成的不可逆形變。由蠕變產(chǎn)生分子間滑移造成的不可逆形變。19結(jié)晶高聚物在室溫下的抗蠕變性能比非晶聚合物好結(jié)晶高聚物在室溫下的抗蠕變性能比非晶聚合物好? ?所以不能通過結(jié)晶來提高聚合物的抗蠕變性能所以不能通過結(jié)晶來提高聚合物的抗蠕變性能. .舉例舉例: PE Tg=-68 PTFE Tg=-40 PS Tg=-80100 在室溫下處于玻璃態(tài)在室溫下處于玻璃態(tài): 1 在室溫下處于高彈態(tài)在室溫下處于高彈態(tài) 1 1+ + 2 220思考題思考題: :a.a.交聯(lián)聚合物的蠕變曲線交聯(lián)聚合物的蠕變曲線? ?b.b.雨衣在墻上為什么越來越長雨衣在墻上為什么越來越長?(?

14、(增塑增塑PVC)PVC) 1 1PVC的的Tg=80，加入增塑劑后，玻璃化溫度大大下降，成為軟，加入增塑劑后，玻璃化溫度大大下降，成為軟PVC做雨衣，此時處于高彈態(tài)，很容易產(chǎn)生蠕變。做雨衣，此時處于高彈態(tài)，很容易產(chǎn)生蠕變。 t21二、應(yīng)力松弛二、應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛是在持續(xù)外力的作用下，發(fā)生形變著的物體，在總的形變值保持不變應(yīng)力松弛是在持續(xù)外力的作用下，發(fā)生形變著的物體，在總的形變值保持不變的情況下，由于蠕變形變漸增，彈性形變相應(yīng)減小，由此使物體的內(nèi)部應(yīng)力隨的情況下，由于蠕變形變漸增，彈性形變相應(yīng)減小，由此使物體的內(nèi)部應(yīng)力隨時間延續(xù)而逐漸減小的過程。簡單來說，在恒定的溫度和形變不變的情況下，時間

15、延續(xù)而逐漸減小的過程。簡單來說，在恒定的溫度和形變不變的情況下，材料內(nèi)部應(yīng)力隨著時間的增長而逐漸衰減的現(xiàn)象。如鐘表的發(fā)條、松緊帶、捆材料內(nèi)部應(yīng)力隨著時間的增長而逐漸衰減的現(xiàn)象。如鐘表的發(fā)條、松緊帶、捆扎物體的軟扎物體的軟PVC絲。絲。22t0e高分子鏈的構(gòu)象重排和分子鏈滑移是導(dǎo)致材料蠕變和應(yīng)力松弛的根本原因。高分子鏈的構(gòu)象重排和分子鏈滑移是導(dǎo)致材料蠕變和應(yīng)力松弛的根本原因。如果如果T T很高很高(Tg),(Tg),鏈運動摩擦阻力很小鏈運動摩擦阻力很小, ,應(yīng)力很快松弛掉了應(yīng)力很快松弛掉了, ,所以觀察不到所以觀察不到, ,反之反之, ,內(nèi)摩擦阻力很大內(nèi)摩擦阻力很大, ,鏈段運動能力差鏈段運動能

16、力差, ,應(yīng)力松弛慢應(yīng)力松弛慢, ,也觀察不到也觀察不到. .只有在只有在TgTg溫度附近的溫度附近的幾十度的范圍內(nèi)應(yīng)力松弛現(xiàn)象比較明顯幾十度的范圍內(nèi)應(yīng)力松弛現(xiàn)象比較明顯.(.(鏈由蜷曲變?yōu)樯煺规溣沈榍優(yōu)樯煺? ,以消耗外力以消耗外力) )t tCross-linking polymerLinear polymer不同聚合物的應(yīng)力松弛曲線不同聚合物的應(yīng)力松弛曲線 0 0玻璃態(tài)玻璃態(tài)高彈態(tài)高彈態(tài)粘流態(tài)粘流態(tài)t t不同溫度下的應(yīng)力松弛曲線不同溫度下的應(yīng)力松弛曲線對于未交聯(lián)橡膠對于未交聯(lián)橡膠23三三. .動態(tài)粘彈性（滯后、內(nèi)耗）動態(tài)粘彈性（滯后、內(nèi)耗）在正弦或其它周期性變化的外力作用下在正弦或其它

17、周期性變化的外力作用下, ,聚合物粘彈性的表現(xiàn)聚合物粘彈性的表現(xiàn). . 高聚物作為結(jié)構(gòu)材料在實際應(yīng)用時高聚物作為結(jié)構(gòu)材料在實際應(yīng)用時, ,往往受到交變力的作用。如輪胎、傳送皮往往受到交變力的作用。如輪胎、傳送皮帶、橡齒輪。帶、橡齒輪。24 塑料的玻璃化溫度在動態(tài)條件下塑料的玻璃化溫度在動態(tài)條件下, ,比靜態(tài)來的高比靜態(tài)來的高, ,就是說在動態(tài)條件下就是說在動態(tài)條件下工作的塑料零件要比靜態(tài)時更耐熱工作的塑料零件要比靜態(tài)時更耐熱, ,研究動態(tài)力學(xué)行為的實際意義研究動態(tài)力學(xué)行為的實際意義? ?用作結(jié)構(gòu)材料的聚合物許多是在交變的力場中使用用作結(jié)構(gòu)材料的聚合物許多是在交變的力場中使用, ,因此必須掌握作

18、用力頻因此必須掌握作用力頻率對材料使用性能的影響。率對材料使用性能的影響。 如外力的作用頻率從如外力的作用頻率從01001000周，對橡膠的力學(xué)性能相當(dāng)于溫度降低周，對橡膠的力學(xué)性能相當(dāng)于溫度降低 2040，那么在，那么在-50還保持高彈性的橡膠，到還保持高彈性的橡膠，到-20就變的脆而硬了。就變的脆而硬了。250 2 tt 在周期性變化的作用力中，最簡單而最容易處理的是正弦變化的應(yīng)力。在周期性變化的作用力中，最簡單而最容易處理的是正弦變化的應(yīng)力。 差應(yīng)變落后于應(yīng)力的相位在受到正弦力的作用時外力變化的角頻率某處所受的最大應(yīng)力000-tsinttsint例：汽車速度例：汽車速度60公里公里/小時

19、小時 輪胎某處受輪胎某處受300次次/分分 的周期應(yīng)力作用的周期應(yīng)力作用26對對polymer粘彈材料的力學(xué)響應(yīng)介于彈性與粘性之間，應(yīng)變落后于應(yīng)力一粘彈材料的力學(xué)響應(yīng)介于彈性與粘性之間，應(yīng)變落后于應(yīng)力一個相位角：個相位角：020( )sin()twt00sinsin()22wttwt對彈性材料：（t）形變與時間無關(guān)，與應(yīng)力同相位對牛頓粘性材料：（t）應(yīng)變落后于應(yīng)力力學(xué)損耗角（形變落后于應(yīng)力變化的相位角）力學(xué)損耗角（形變落后于應(yīng)力變化的相位角） 0tsin t271.1.滯后現(xiàn)象滯后現(xiàn)象定義定義: :聚合物在交變應(yīng)力的作用下聚合物在交變應(yīng)力的作用下, ,形變落后于應(yīng)力變化的現(xiàn)象。形變落后于應(yīng)力變

20、化的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因: : 形變由鏈段運動產(chǎn)生形變由鏈段運動產(chǎn)生, ,鏈段運動時受內(nèi)摩擦阻力作用鏈段運動時受內(nèi)摩擦阻力作用, ,外力變化時外力變化時, ,鏈段的運動鏈段的運動還跟不上外力的變化還跟不上外力的變化, ,所以形變落后于應(yīng)力所以形變落后于應(yīng)力, ,產(chǎn)生一個位相差產(chǎn)生一個位相差, , 越大說明鏈段運動越大說明鏈段運動越困難越困難. .形變越跟不上力的變化形變越跟不上力的變化. .28滯后現(xiàn)象與哪些因素有關(guān)滯后現(xiàn)象與哪些因素有關(guān)? ?a.化學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)結(jié)構(gòu):剛性鏈滯后現(xiàn)象小剛性鏈滯后現(xiàn)象小,柔性鏈滯后現(xiàn)象大柔性鏈滯后現(xiàn)象大.b.溫度：當(dāng)溫度：當(dāng) 不變的情況下不變的情況下,T很高滯后幾

21、乎不出現(xiàn)很高滯后幾乎不出現(xiàn),溫度很低溫度很低,也無滯后也無滯后.在在Tg附近附近的溫度下，鏈段既可運動又不太容易，此刻滯后現(xiàn)象嚴(yán)重。的溫度下，鏈段既可運動又不太容易，此刻滯后現(xiàn)象嚴(yán)重。c. : 外力作用頻率低時外力作用頻率低時,鏈段的運動跟的上外力的變化鏈段的運動跟的上外力的變化,滯后現(xiàn)象很小滯后現(xiàn)象很小.外力作用頻率不太高時外力作用頻率不太高時,鏈段可以運動鏈段可以運動,但是跟不上外力的變化但是跟不上外力的變化,表現(xiàn)出明顯的滯后表現(xiàn)出明顯的滯后現(xiàn)象現(xiàn)象.外力作用頻率很高時外力作用頻率很高時, ,鏈段根本來不及運動鏈段根本來不及運動, ,聚合物好像一塊剛性的材料聚合物好像一塊剛性的材料, ,滯

22、后很滯后很小小29 定義定義: :定義定義1 1：如果形變的變化跟不上應(yīng)力的變化：如果形變的變化跟不上應(yīng)力的變化, ,發(fā)生滯后現(xiàn)象發(fā)生滯后現(xiàn)象, ,則每一次循環(huán)變則每一次循環(huán)變化就會有功的消耗化就會有功的消耗( (熱能熱能),),作為熱損耗掉的能量與最大儲存能量之比稱為力作為熱損耗掉的能量與最大儲存能量之比稱為力學(xué)損耗學(xué)損耗, ,也叫內(nèi)耗也叫內(nèi)耗2.2.力學(xué)損耗（內(nèi)耗）力學(xué)損耗（內(nèi)耗）定義定義2:2:在交變應(yīng)力作用下，由于力學(xué)滯后或者力學(xué)阻尼而使機械功轉(zhuǎn)變成熱在交變應(yīng)力作用下，由于力學(xué)滯后或者力學(xué)阻尼而使機械功轉(zhuǎn)變成熱的現(xiàn)象。的現(xiàn)象。30內(nèi)耗的情況可以從橡膠拉伸內(nèi)耗的情況可以從橡膠拉伸回縮的應(yīng)

23、力應(yīng)變曲線上看出回縮的應(yīng)力應(yīng)變曲線上看出1 0 20回縮回縮拉伸拉伸硫化橡膠拉伸硫化橡膠拉伸回縮應(yīng)力應(yīng)變曲線回縮應(yīng)力應(yīng)變曲線 內(nèi)耗產(chǎn)生的原因內(nèi)耗產(chǎn)生的原因: :理想彈性行為：應(yīng)力和應(yīng)變是單值、瞬時的，彈性變形時材料儲存彈性能，彈理想彈性行為：應(yīng)力和應(yīng)變是單值、瞬時的，彈性變形時材料儲存彈性能，彈性恢復(fù)時材料釋放彈性能，循環(huán)變形過程沒有能量損耗。性恢復(fù)時材料釋放彈性能，循環(huán)變形過程沒有能量損耗。拉伸時外力對體系所做的功：一拉伸時外力對體系所做的功：一方面用來改變鏈段的構(gòu)象方面用來改變鏈段的構(gòu)象( (產(chǎn)生形產(chǎn)生形變變),),另一方面提供鏈段運動時克另一方面提供鏈段運動時克服內(nèi)摩擦阻力所需要的能量。

24、服內(nèi)摩擦阻力所需要的能量?；乜s時體系對外做的功：一方面回縮時體系對外做的功：一方面使伸展的分子鏈重新蜷曲起來回使伸展的分子鏈重新蜷曲起來回復(fù)到原來的狀態(tài)，另一方面用于復(fù)到原來的狀態(tài)，另一方面用于克服鏈段間的內(nèi)摩擦力克服鏈段間的內(nèi)摩擦力一個拉伸一個拉伸-回縮循環(huán)中，鏈構(gòu)象的改變完全回復(fù)不損耗功，所損耗的功都用于回縮循環(huán)中，鏈構(gòu)象的改變完全回復(fù)不損耗功，所損耗的功都用于克服鏈段運動的內(nèi)摩擦阻力轉(zhuǎn)化為熱。克服鏈段運動的內(nèi)摩擦阻力轉(zhuǎn)化為熱。31 2000ttttsintcost-Wdddtdtdt sin00W 又稱為力學(xué)損耗角又稱為力學(xué)損耗角, ,常用常用tantan 表示內(nèi)耗的大小表示內(nèi)耗的大小損

25、耗的功損耗的功回縮回縮0拉伸拉伸拉伸曲線下面積為外力對橡膠所作的拉伸功拉伸曲線下面積為外力對橡膠所作的拉伸功回縮曲線下面積為橡膠對外力所作的回縮功回縮曲線下面積為橡膠對外力所作的回縮功面積之差面積之差損耗的功損耗的功滯后環(huán)面積越大滯后環(huán)面積越大,損耗越大損耗越大.通常用通常用Tan 表示內(nèi)耗的大小表示內(nèi)耗的大小.1 0 232高聚物的動態(tài)力學(xué)性能一般用動態(tài)模量和阻尼因子來表示 周期性變化的應(yīng)力、應(yīng)變可以用復(fù)數(shù)形式表示： 動態(tài)模量與阻尼 sin90cos,tcossintsincos) t (:tsin) t (,tsin00 000000EEEEt的比值角的應(yīng)力和應(yīng)變的振幅為相差變的比值定義為

26、同相的應(yīng)力和應(yīng)如果消耗于克服摩擦阻力彈性形變的動力展開應(yīng)力時當(dāng)33)isincos( iEtcos tsin) t (0000EEEE應(yīng)力的表達(dá)式tanEEE-實數(shù)或儲能模量，表示形變時由于彈性形變儲存的能量E”-虛數(shù)或損耗模量，表示形變時以熱損耗的能量 E*EE”0如如=0，作用力完全用于形變，作用力完全用于形變E=0 EE*= /2 ，作用力完全用于內(nèi)耗，作用力完全用于內(nèi)耗EE* E=0即損耗角的大小，表示了能量損耗的大小即損耗角的大小，表示了能量損耗的大小34內(nèi)耗的影響因素內(nèi)耗的影響因素鏈剛性內(nèi)耗大鏈剛性內(nèi)耗大, ,鏈柔性內(nèi)耗小鏈柔性內(nèi)耗小. .順丁橡膠順丁橡膠: :內(nèi)耗小內(nèi)耗小, ,鏈

27、上無取代基鏈上無取代基, ,鏈段運動的內(nèi)摩擦阻力鏈段運動的內(nèi)摩擦阻力小小. .做輪胎做輪胎丁苯丁苯,丁腈橡膠丁腈橡膠:內(nèi)耗大內(nèi)耗大,丁苯有一個苯環(huán)丁苯有一個苯環(huán),丁腈有一個丁腈有一個-CN,極極性較大性較大,鏈段運動時內(nèi)摩擦阻力很大鏈段運動時內(nèi)摩擦阻力很大(吸收沖擊能量很大吸收沖擊能量很大,回回彈性差彈性差)如吸音和消震的材料如吸音和消震的材料.a.a.結(jié)構(gòu)因素結(jié)構(gòu)因素: : a.a.結(jié)構(gòu)因素結(jié)構(gòu)因素 b.b.溫度溫度 c.tanc.tan 與與 關(guān)系關(guān)系BR NR SBR NBRtg由小到大的順序：由小到大的順序：35tan TT解釋解釋? ? b.b.溫度溫度: :TTg：形變主要是鍵長鍵

28、角改變引起的形變速形變主要是鍵長鍵角改變引起的形變速度很快度很快,幾乎跟的上應(yīng)力的變化幾乎跟的上應(yīng)力的變化, 很小很小,內(nèi)耗小內(nèi)耗小.T Tg：鏈段開始運動：鏈段開始運動,體系粘度很大體系粘度很大,鏈段運動鏈段運動受的內(nèi)摩擦阻力很大受的內(nèi)摩擦阻力很大, 高彈形變明顯落后于應(yīng)力高彈形變明顯落后于應(yīng)力的變化的變化, 較大較大,內(nèi)耗較大內(nèi)耗較大. .TTg：鏈段運動能力增大：鏈段運動能力增大, 變小內(nèi)耗變小變小內(nèi)耗變小.因此因此在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)出現(xiàn)一個內(nèi)耗極大值在玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)出現(xiàn)一個內(nèi)耗極大值.TTf: :粘流態(tài)粘流態(tài), ,分子間產(chǎn)生滑移內(nèi)耗大分子間產(chǎn)生滑移內(nèi)耗大. .TgT圖圖141436 c.ta

29、n 與與 關(guān)系關(guān)系:. .頻率很低頻率很低, ,鏈段運動跟的上外力的變鏈段運動跟的上外力的變化化, ,內(nèi)耗小內(nèi)耗小, ,表現(xiàn)出橡膠的高彈性表現(xiàn)出橡膠的高彈性. . .頻率很高頻率很高, ,鏈段運動完全跟不上外力鏈段運動完全跟不上外力的變化的變化, ,內(nèi)耗小內(nèi)耗小, ,高聚物呈剛性高聚物呈剛性, ,玻璃態(tài)玻璃態(tài)的力學(xué)性質(zhì)的力學(xué)性質(zhì). . .外力跟不上外力的比變化外力跟不上外力的比變化, ,將在某一將在某一頻率出現(xiàn)最大值頻率出現(xiàn)最大值, ,表現(xiàn)出粘彈性表現(xiàn)出粘彈性tanlog橡膠態(tài)橡膠態(tài)粘彈區(qū)粘彈區(qū)玻璃態(tài)玻璃態(tài)圖圖151537四、粘彈性的力學(xué)模型四、粘彈性的力學(xué)模型1、Maxwell模型模型虎克彈

30、簧虎克彈簧牛頓粘壺牛頓粘壺1=E122ddt線性高聚物的應(yīng)力松弛線性高聚物的應(yīng)力松弛tt0（ ）MaxwellMaxwell模型的應(yīng)力松弛曲線模型的應(yīng)力松弛曲線當(dāng)受當(dāng)受F F作用作用, ,彈簧瞬時形變彈簧瞬時形變, ,而粘壺由于黏性作用來不及形變而粘壺由于黏性作用來不及形變, ,應(yīng)力松弛的起始形變由應(yīng)力松弛的起始形變由理想彈簧提供理想彈簧提供, ,并使兩個元件產(chǎn)生起始應(yīng)力并使兩個元件產(chǎn)生起始應(yīng)力 0 0, ,隨后粘壺慢慢被拉開隨后粘壺慢慢被拉開, ,彈簧回縮彈簧回縮, ,形變形變減小減小, ,到總應(yīng)力為到總應(yīng)力為0 038如果以恒定的如果以恒定的作用于模型，作用于模型，彈簧與粘壺受力相同彈簧與

31、粘壺受力相同： = 1= 2形變應(yīng)為兩者之和：形變應(yīng)為兩者之和： =1 + 2其應(yīng)變速率：其應(yīng)變速率：12ddddtdtdt彈簧彈簧：111dddtE dt粘壺粘壺：22ddt121dddtE dtMaxwell 運動方程運動方程虎克彈簧彈簧牛頓牛頓粘壺1=E122ddt39模擬應(yīng)力松弛：模擬應(yīng)力松弛： 根據(jù)定義：根據(jù)定義：=常數(shù)（恒應(yīng)變下），常數(shù)（恒應(yīng)變下），1210dE dt10dE dt12分離變量：分離變量：dEdt根據(jù)模型：根據(jù)模型：0/ddt40應(yīng)力松弛方程 t=時，時， (t) = 0 /e 0 /e 的物理意義為應(yīng)力松弛到的物理意義為應(yīng)力松弛到0 0 的的 1/e1/e的時間的

32、時間-為為彈性系數(shù)與粘性系數(shù)的比值，說明松弛過程是彈性和粘性共同作用的結(jié)果彈性系數(shù)與粘性系數(shù)的比值，說明松弛過程是彈性和粘性共同作用的結(jié)果當(dāng)當(dāng)t=0 ，=0 時積分時積分0( )0ttdEdt0( )lntEt0( )Ette0( )Ette/0( )tte令=/E t增大，應(yīng)力減小，當(dāng)t ，(t) 0，應(yīng)力完全松弛應(yīng)力完全松弛 tt0（ ）412 2、Voigt(Kelvin)Voigt(Kelvin)模型模型Voigt(Kelvin)模型22ddt蠕變及蠕變回復(fù)曲線t描述交聯(lián)高聚物的蠕變方程描述交聯(lián)高聚物的蠕變方程11E當(dāng)當(dāng)F F作用到模型上時作用到模型上時, ,由于粘壺的存在由于粘壺的存

33、在, ,彈簧不能立即被拉開彈簧不能立即被拉開, ,只能隨著粘壺慢只能隨著粘壺慢慢被拉開慢被拉開, ,形變是逐漸發(fā)展的形變是逐漸發(fā)展的. .外力除去外力除去, ,由于彈簧的回復(fù)力由于彈簧的回復(fù)力, ,整個模型的形變整個模型的形變也慢慢被回復(fù)也慢慢被回復(fù). .所以該過程反映了蠕變過程中的一種形變所以該過程反映了蠕變過程中的一種形變高彈形變。高彈形變。42 應(yīng)力由兩個元件共同承擔(dān)，應(yīng)力由兩個元件共同承擔(dān)，始終滿足始終滿足 =1 1+2 2形變量相同形變量相同12( )dtEdt開爾文運動方程開爾文運動方程 蠕變過程：蠕變過程：根據(jù)定義根據(jù)定義（t）=0，0dEdt分離變量：分離變量：1ddtE0(0

34、)01( )(1)ttEddtteEE(t)從t=0時 =0積分:，( )(1)tte0()EtE 令推遲時間（蠕變松弛時間）推遲時間（蠕變松弛時間）22ddt11E43蠕變回復(fù)過程：蠕變回復(fù)過程：00dEdtdEdt 當(dāng) 積分：0,t( )0( )ln( )ttEtdEdttEtte ( ),( )EttteEte令蠕變回復(fù)方程蠕變及蠕變回復(fù)曲線t開爾文模型基本能模擬交聯(lián)高聚物的蠕變行為（未反映起始的普彈形變）44Maxwell和和Kelvin模型比較模型比較MaxwellKelvin應(yīng)力松弛、線形應(yīng)力松弛、線形蠕變、交聯(lián)蠕變、交聯(lián)(蠕變回復(fù)）蠕變回復(fù)）蠕變、交聯(lián)蠕變、交聯(lián)應(yīng)力松弛、線形應(yīng)力

35、松弛、線形適合適合不適合不適合 tt圖圖1845要描述一個沒有流動的高度交聯(lián)的橡膠的蠕變過程要描述一個沒有流動的高度交聯(lián)的橡膠的蠕變過程, ,如何設(shè)計模型如何設(shè)計模型? ?設(shè)計分析設(shè)計分析: : 那么每一種形變可以用什么來表示那么每一種形變可以用什么來表示? ?該蠕變過程包括幾種形變該蠕變過程包括幾種形變? ?普彈形變普彈形變高彈形變高彈形變寫出形變的力學(xué)方程寫出形變的力學(xué)方程? ?46在恒力在恒力 0 0作用下作用下, , 0 0= = 1 1= = 2 2/ 12( )(1)tteEE總形變?nèi)龁卧Ｐ腿龁卧Ｐ兔枋鼋宦?lián)高聚物的蠕變、應(yīng)力松弛描述交聯(lián)高聚物的蠕變、應(yīng)力松弛普彈形變普彈形變高彈

36、形變高彈形變473 312普彈高彈粘性塑性21t四單元模型四單元模型000123123(1)tetEE蠕變時：t1 t2 描述線性高聚物的蠕變方程描述線性高聚物的蠕變方程48五、粘彈性與時間、溫度的關(guān)系時溫等效原理時溫等效原理：時溫等效原理： 升高溫度與延長時間對分子運動或高聚物的粘彈行為都是等效的。升高溫度與延長時間對分子運動或高聚物的粘彈行為都是等效的。這個等效性可以借助移動因子aT，將在某一溫度下測定的力學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成另一溫度下的數(shù)據(jù)。同一個力學(xué)松弛行為：較高溫度、短時間下 較低溫度長時間下都可觀察到時溫等效升高溫度與延長時間具有相同的力學(xué)性能變化效果49lgtD(t)lgaTT1T2lg

37、tlgaTtgT1T2移動因子：TsaT時的松弛時間參考溫度Ts的松弛時間 aT是溫度T時的粘彈性參數(shù), 轉(zhuǎn)換為參考溫度Ts時的粘彈性參數(shù)時在時間坐標(biāo)上的移動量。)()(lg0201TTcTTcaT參考溫度參考溫度 T0經(jīng)驗常數(shù)經(jīng)驗常數(shù) c1 c2WLF方程方程50時溫等效原理的實用意義 利用時間和溫度的這種等效關(guān)系，不同溫度、時間、頻率下測得的力學(xué)數(shù)利用時間和溫度的這種等效關(guān)系，不同溫度、時間、頻率下測得的力學(xué)數(shù)據(jù)相互換算。據(jù)相互換算。例：例：NR要得到某低溫下要得到某低溫下NR的應(yīng)力松弛行為，由于溫度太低，應(yīng)力松弛很的應(yīng)力松弛行為，由于溫度太低，應(yīng)力松弛很慢，要得到完整的曲線和數(shù)據(jù)需要很長

38、時間，此時可利用于時溫等效原理，慢，要得到完整的曲線和數(shù)據(jù)需要很長時間，此時可利用于時溫等效原理，在常溫下或較高溫度下，測得的應(yīng)力松弛數(shù)據(jù)，換算、疊加成低溫下的曲在常溫下或較高溫度下，測得的應(yīng)力松弛數(shù)據(jù)，換算、疊加成低溫下的曲線。線。在室溫下幾年，幾百年的應(yīng)力松馳是不能實現(xiàn)的，可在高溫條件下短期內(nèi)在室溫下幾年，幾百年的應(yīng)力松馳是不能實現(xiàn)的，可在高溫條件下短期內(nèi)完成；或在室溫下幾十萬分之一秒完成的應(yīng)力松馳，可在低溫條件下幾小完成；或在室溫下幾十萬分之一秒完成的應(yīng)力松馳，可在低溫條件下幾小時完成。時完成。51 聚異丁烯應(yīng)力松馳疊合曲線聚異丁烯應(yīng)力松馳疊合曲線52 如上圖所示，左邊的一組曲線是在如上

39、圖所示，左邊的一組曲線是在192k323k，10-2 102 hr范圍測定范圍測定的的PB的應(yīng)力松馳曲線。要把它們變換成某一溫下的寬廣時間范圍的曲線。的應(yīng)力松馳曲線。要把它們變換成某一溫下的寬廣時間范圍的曲線。步驟如下：步驟如下： 1 1）選擇參考溫度）選擇參考溫度T T0 0，如，如298k298k。 2 2）根據(jù)）根據(jù)a aT T的定義算出不同的定義算出不同(T - T(T - T0 0) )時的移動因子時的移動因子a aT T，并作出，并作出lg alg aT T (T-T(T-T0 0) )圖。圖。 3 3）水平位移）水平位移把參考溫度的曲線置于參考溫度處。然后把低于參考溫度的曲把參考

40、溫度的曲線置于參考溫度處。然后把低于參考溫度的曲線在時間坐標(biāo)上向左移動（低溫線在時間坐標(biāo)上向左移動（低溫高溫，時間縮短），把高于參考溫度的曲高溫，時間縮短），把高于參考溫度的曲線向右移動（高溫線向右移動（高溫低溫，時間延長），各曲線彼此疊合為光滑曲線即為組低溫，時間延長），各曲線彼此疊合為光滑曲線即為組合曲線。合曲線。53當(dāng)當(dāng)TT0時，時， T1,曲線向參考溫度的右邊移動（溫度由曲線向參考溫度的右邊移動（溫度由T降至降至T0故移向時間較故移向時間較長一邊）長一邊）當(dāng)當(dāng)T1,曲線向參考溫度得左邊移動（溫度由曲線向參考溫度得左邊移動（溫度由T升至升至T0故移向時間較故移向時間較短的一邊）就成迭合曲

41、線。短的一邊）就成迭合曲線。就這樣，水平移動時，使各曲線彼此疊合連接成光滑的曲線，就成疊合曲線。就這樣，水平移動時，使各曲線彼此疊合連接成光滑的曲線，就成疊合曲線。若實驗曲線是在參考溫度下測得的，在迭合曲線上的時間坐標(biāo)不移動，即得若實驗曲線是在參考溫度下測得的，在迭合曲線上的時間坐標(biāo)不移動，即得 T T1 1。54六六. u低溫時表現(xiàn)脆性，蠕變效應(yīng)不明顯低溫時表現(xiàn)脆性，蠕變效應(yīng)不明顯-可以不予考慮?？梢圆挥杩紤]。u但在較高溫度下，特別是當(dāng)溫度達(dá)到材料熔點的但在較高溫度下，特別是當(dāng)溫度達(dá)到材料熔點的1/3到到1/2時，即使是應(yīng)力時，即使是應(yīng)力在屈服極限以下，試件也會產(chǎn)生塑性變形，時間愈長，變形量

42、愈大，直至在屈服極限以下，試件也會產(chǎn)生塑性變形，時間愈長，變形量愈大，直至斷裂。這種發(fā)生在高溫下的塑性變形就稱為高溫蠕變。斷裂。這種發(fā)生在高溫下的塑性變形就稱為高溫蠕變。 原因：從熱力學(xué)觀點出發(fā)，蠕變是一種熱激活過程原因：從熱力學(xué)觀點出發(fā)，蠕變是一種熱激活過程。在高溫條件下，。在高溫條件下，借助于外應(yīng)力和熱激活的作用，形變的一些障礙物得以克服，材料內(nèi)借助于外應(yīng)力和熱激活的作用，形變的一些障礙物得以克服，材料內(nèi)部質(zhì)點發(fā)生了不可逆的微觀過程。部質(zhì)點發(fā)生了不可逆的微觀過程。u因此，設(shè)計高溫使用的構(gòu)件時，例如與高溫燃?xì)饨佑|的燃?xì)廨啓C葉片，就因此，設(shè)計高溫使用的構(gòu)件時，例如與高溫燃?xì)饨佑|的燃?xì)廨啓C葉片，

43、就不能把強度極限等作為計算許用應(yīng)力的依據(jù)，而要考慮材料的蠕變強度。不能把強度極限等作為計算許用應(yīng)力的依據(jù)，而要考慮材料的蠕變強度。55 a. 各階段的特點各階段的特點（1） 典型的蠕變曲線典型的蠕變曲線-高溫下試件的應(yīng)變量與時間的關(guān)系曲線高溫下試件的應(yīng)變量與時間的關(guān)系曲線延延伸伸率率10-2864200 100 200 300 400 500 600 時間（小時時間（小時）第一階段蠕變第一階段蠕變第二階段蠕變第二階段蠕變第三階段蠕變第三階段蠕變彈性伸長彈性伸長彈性形變階段彈性形變階段起始段，在外力作用下，發(fā)生瞬起始段，在外力作用下，發(fā)生瞬時彈性形變，即應(yīng)力和應(yīng)變同步。時彈性形變，即應(yīng)力和應(yīng)變同

44、步。第一階段蠕變（蠕變減速第一階段蠕變（蠕變減速階段或過渡階段）階段或過渡階段）由于蠕變變形逐漸產(chǎn)生形變硬化由于蠕變變形逐漸產(chǎn)生形變硬化（位錯密度增大），使位錯源開動（位錯密度增大），使位錯源開動的阻力和位錯滑動的阻力逐漸增大，的阻力和位錯滑動的阻力逐漸增大，致使蠕變速率不斷降低，因此形成致使蠕變速率不斷降低，因此形成了減速蠕變階段。了減速蠕變階段。其特點是應(yīng)變速率隨時間遞減，持其特點是應(yīng)變速率隨時間遞減，持續(xù)時間較短。續(xù)時間較短。此階段類似于可逆滯彈性形變。此階段類似于可逆滯彈性形變。 高溫蠕變曲線高溫蠕變曲線晶格結(jié)點的離子在力的作用下在其平衡位置晶格結(jié)點的離子在力的作用下在其平衡位置附近產(chǎn)

45、生的微小位移附近產(chǎn)生的微小位移彈性形變彈性形變56 a. 各階段的特點各階段的特點（1） 典型的蠕變曲線典型的蠕變曲線延延伸伸率率10-2864200 100 200 300 400 500 600 時間（小時時間（小時）第一階段蠕變第一階段蠕變第二階段蠕變第二階段蠕變第三階段蠕變第三階段蠕變彈性伸長彈性伸長第二階段蠕變第二階段蠕變(等速蠕變等速蠕變)此階段的形變速率最小，且恒定，此階段的形變速率最小，且恒定，也為穩(wěn)定態(tài)蠕變。形變與時間的也為穩(wěn)定態(tài)蠕變。形變與時間的關(guān)系為線性關(guān)系關(guān)系為線性關(guān)系.此時，變形產(chǎn)生的加工硬化和回此時，變形產(chǎn)生的加工硬化和回復(fù)、再結(jié)晶產(chǎn)生的形變軟化同時復(fù)、再結(jié)晶產(chǎn)生的

46、形變軟化同時進行，材料未進一步硬化，所以進行，材料未進一步硬化，所以形變速率基本保持恒定。形變速率基本保持恒定。高溫蠕變曲線高溫蠕變曲線KtKdtd57 a. 各階段的特點各階段的特點（1） 典型的蠕變曲線典型的蠕變曲線延延伸伸率率10-2864200 100 200 300 400 500 600 時間（小時時間（小時）第一階段蠕變第一階段蠕變第二階段蠕變第二階段蠕變第三階段蠕變第三階段蠕變彈性伸長彈性伸長第三階段蠕變第三階段蠕變(加速蠕變加速蠕變) 加速蠕變階段，愈來愈大的塑性加速蠕變階段，愈來愈大的塑性變形便在晶界形成微孔和裂紋變形便在晶界形成微孔和裂紋 試件也開始產(chǎn)生縮頸，試件實際試件

47、也開始產(chǎn)生縮頸，試件實際受力面積減小而真實應(yīng)力加大，因受力面積減小而真實應(yīng)力加大，因此塑性變形速率加快，隨后試樣斷此塑性變形速率加快，隨后試樣斷裂。裂。高溫蠕變曲線高溫蠕變曲線58 a. 各階段的特點各階段的特點（1） 典型的蠕變曲線典型的蠕變曲線延延伸伸率率10-2864200 100 200 300 400 500 600 時間（小時時間（小時）第一階段蠕變第一階段蠕變第二階段蠕變第二階段蠕變第三階段蠕變第三階段蠕變彈性伸長彈性伸長高溫蠕變曲線高溫蠕變曲線為加速蠕變。為恒速蠕變；為減速蠕變；為瞬時應(yīng)變；其中：)()()()(00tDttftDttf59（2）溫度和應(yīng)力對蠕變曲線的影響）溫度

48、和應(yīng)力對蠕變曲線的影響u當(dāng)減小應(yīng)力或降低溫度時，蠕變第當(dāng)減小應(yīng)力或降低溫度時，蠕變第II II階段延長，甚至不出現(xiàn)第階段延長，甚至不出現(xiàn)第IIIIII階段；階段；u當(dāng)增加應(yīng)力或提高溫度時，蠕變第當(dāng)增加應(yīng)力或提高溫度時，蠕變第II II階段縮短，甚至消失，試樣經(jīng)過減速蠕變后階段縮短，甚至消失，試樣經(jīng)過減速蠕變后很快進入第很快進入第IIIIII階段而斷裂。階段而斷裂。202為為常數(shù)。nKKn外力對應(yīng)變速率的影響可表示外力對應(yīng)變速率的影響可表示為：為：60（3）蠕變機理）蠕變機理 蠕變機理分為兩大類：蠕變機理分為兩大類：晶界機理晶界機理-多晶體的蠕變；多晶體的蠕變；晶格機理晶格機理-單晶蠕變，但也可

49、能控制著多晶的蠕變過程。單晶蠕變，但也可能控制著多晶的蠕變過程。從熱力學(xué)觀點出發(fā)，蠕變是一種熱激活過程。從熱力學(xué)觀點出發(fā)，蠕變是一種熱激活過程。在高溫條件下，借助于外應(yīng)力和熱激活的作用，形變的一些障礙物得以克服，在高溫條件下，借助于外應(yīng)力和熱激活的作用，形變的一些障礙物得以克服，材料內(nèi)部質(zhì)點發(fā)生了不可逆的微觀過程。材料內(nèi)部質(zhì)點發(fā)生了不可逆的微觀過程。61l無機材料中晶相的位錯在低溫下受到障礙難以運動。在高溫下，原子熱運動加無機材料中晶相的位錯在低溫下受到障礙難以運動。在高溫下，原子熱運動加劇，可以使位錯從障礙中解放出來，引起蠕變。當(dāng)溫度增加時，位錯運動的速劇，可以使位錯從障礙中解放出來，引起蠕

50、變。當(dāng)溫度增加時，位錯運動的速度加快。度加快。l除位錯運動產(chǎn)生滑移外，位錯的攀移也能產(chǎn)生宏觀上的形變。通過吸收空位，除位錯運動產(chǎn)生滑移外，位錯的攀移也能產(chǎn)生宏觀上的形變。通過吸收空位，位錯可攀移到滑移面以外，繞過障礙物，使滑移而移位。攀移通過擴散進行的，位錯可攀移到滑移面以外，繞過障礙物，使滑移而移位。攀移通過擴散進行的，從而使蠕變得以進行。從而使蠕變得以進行。a .a . 位錯運動理論位錯運動理論Dbcvtlbcltnbcltldtd2ln62b. b.擴散蠕變理論擴散蠕變理論-空位擴散流動空位擴散流動拉應(yīng)力作用下，晶體拉應(yīng)力作用下，晶體ABCD上的空位勢能發(fā)生變化，上的空位勢能發(fā)生變化，垂

51、直于拉應(yīng)力軸的晶界（垂直于拉應(yīng)力軸的晶界（A、B晶界）處于高勢能晶界）處于高勢能態(tài)，平行于拉應(yīng)力軸的晶界（態(tài)，平行于拉應(yīng)力軸的晶界（C、D晶界）處于低晶界）處于低勢能態(tài)勢能態(tài)導(dǎo)致空位由勢能高的導(dǎo)致空位由勢能高的A、B晶界向勢能晶界向勢能低的低的C、D晶界擴散。空位的擴散引起原子向相反晶界擴散?？瘴坏臄U散引起原子向相反的方向擴散，從而引起晶粒沿拉伸軸方向伸長，垂的方向擴散，從而引起晶粒沿拉伸軸方向伸長，垂直于拉伸軸方向收縮，致使晶粒變長，產(chǎn)生蠕變。直于拉伸軸方向收縮，致使晶粒變長，產(chǎn)生蠕變。( (晶界上的張應(yīng)力使空位的濃度增加，壓應(yīng)力使?jié)饩Ы缟系膹垜?yīng)力使空位的濃度增加，壓應(yīng)力使?jié)舛葴p少，應(yīng)力造成

52、空位濃度差，質(zhì)點由高濃度向低度減少，應(yīng)力造成空位濃度差，質(zhì)點由高濃度向低濃度擴散濃度擴散) )63c. 晶界蠕變理論（高溫）晶界蠕變理論（高溫）多晶材料中的晶界在外力作用下，會發(fā)生相對滑動變形。在常溫下，可以忽略不多晶材料中的晶界在外力作用下，會發(fā)生相對滑動變形。在常溫下，可以忽略不計。但在高溫時，晶界的相對滑動可以引起明顯的塑性變形，產(chǎn)生蠕變。計。但在高溫時，晶界的相對滑動可以引起明顯的塑性變形，產(chǎn)生蠕變。多晶陶瓷中存在著大量晶界，當(dāng)晶界位向差大時，可以把晶界看成是非晶體。多晶陶瓷中存在著大量晶界，當(dāng)晶界位向差大時，可以把晶界看成是非晶體。高溫時，晶界粘度迅速下降，外力導(dǎo)致晶界發(fā)生粘性流動，

53、而產(chǎn)生蠕變。高溫時，晶界粘度迅速下降，外力導(dǎo)致晶界發(fā)生粘性流動，而產(chǎn)生蠕變。金屬和陶瓷材料，晶界的滑動一般是由晶粒的純彈性畸變和空位的定向擴散引起金屬和陶瓷材料，晶界的滑動一般是由晶粒的純彈性畸變和空位的定向擴散引起的。的。含有牛頓液態(tài)或似液態(tài)第二相物質(zhì)的陶瓷材料，由于第二相的粘滯流動也可引起含有牛頓液態(tài)或似液態(tài)第二相物質(zhì)的陶瓷材料，由于第二相的粘滯流動也可引起蠕變。蠕變。643. 顯微結(jié)構(gòu)顯微結(jié)構(gòu) （4）影響蠕變的因素）影響蠕變的因素溫度、應(yīng)力（外界因素）溫度、應(yīng)力（外界因素） 溫度升高，應(yīng)力（如拉應(yīng)力）增大，位錯運動和晶界滑動加快，擴散系數(shù)溫度升高，應(yīng)力（如拉應(yīng)力）增大，位錯運動和晶界滑動加快，擴散系數(shù)增大，蠕變增大。增大，蠕變增大。2. 晶體的組成晶體的組成結(jié)合力越大，越不易發(fā)生蠕變，所以共價鍵結(jié)構(gòu)的材料具有好的抗蠕變結(jié)合力越大，越不易發(fā)生蠕變，所以共價鍵結(jié)構(gòu)的材料具有好的抗蠕變性。例如碳化物、硼化物。性。例如碳化物、硼化物。蠕變是結(jié)構(gòu)敏感的性能。材料中的氣孔、晶粒、玻璃相等對蠕變都有影響蠕變是結(jié)構(gòu)敏感的性能。材料中的氣孔、晶粒、玻璃相等對蠕變都有影響65（1）氣孔：氣孔率增加，蠕變率增加。例）氣孔：氣孔