材料物理性能實驗指導書

PAGEPAGE17實驗教學指導書學院名稱 材料科學與工程學課程名稱 材料物理性能開課實驗室 材料物理性能實驗室執(zhí)筆人 馬景云審定人 陳玉清修（制）訂日期 2012年3月目 錄實驗一鈦酸鋇鐵電材料制備及性能測2實驗二鐵磁材料的磁性分析 6實驗三材料硬度的測試. 2實驗-鈦酸鋇鐵電材料制備及性能測試（綜合實驗（10學時）性能間的相互關系及變化規(guī)律，理解性能測試的基本原理和基本的操作技能，同時使學生掌握實驗室設備的原理和使用方法，領會該專業(yè)的基礎知識和理論知識。一、實驗目的1、掌握水熱晶化制備粉體技術工藝過程及其反應原理；2二、實驗所需儀器和試劑儀器：小型水熱釜，磁力攪拌器，真空干燥箱，恒溫水浴鍋，燒杯，量筒，LCR測量儀，準靜態(tài)壓電常數(shù)d33測試儀，耐壓測試儀試劑：鈦酸丁酯，醋酸鋇，異丙醇，冰醋酸，36%醋酸溶液，氫氧化鉀三、實驗內容與步驟鈦酸鋯粉體的合成研磨成型（半干壓）圓片干燥修坯、試樣尺寸測定試樣干燥、干燥后尺寸測定燒成（注意燒成溫度的控制）8燒成收縮的測定被銀燒銀上電極介電常數(shù)測定電子傳導率的測定四、實驗要求實驗報告嚴格按照ft東輕工業(yè)學院實驗報告格式總結填寫，并能夠對實驗數(shù)據(jù)進行分析，影響壓電陶瓷的電性能的關鍵因素有那些？附：鈦酸鋯粉體的合成具體實驗步驟按照ZrxTi1-xO2(x=0.40,0.50,的配比分別配制0.5mol/L的Ti(SO) 和42ZrOCl28HO水溶液，并將兩溶液混合均勻。2 21:1的溶液調節(jié)PH值為9，滴加完畢后繼續(xù)攪拌180oC干燥。對產(chǎn)品進行差熱分析，確定粉體的煅燒制度；于800oC可制得一系列粉體，紅外分析確定樣品的化學成分。SEMXRD檢測樣品的物相組成。8）成型：在煅燒好的粉體中加入適量的質量分數(shù)為4.5%的PVA10MPa1.5mm15mm（具體尺寸大小需要測量。9）燒成：把樣品迭放在剛玉板上，樣品之間墊上一些同種成分的熟料粉或經(jīng)煅燒的ZrO粉。坩堝口和剛玉板都應磨平。坩堝應放在爐膛內溫度均勻的區(qū)域，即爐膛中央部2120℃干燥6h1450,1500,15501600oC4h10oC/min.實驗二 鐵磁材料的磁性分析測試（4學時）一、實驗目的1、掌握鐵磁材料磁滯回線的概念。2、測定樣品的基本磁化曲線，作B—H曲線。3、測定樣品的H、B、H和B等參數(shù)。C r m m4、測繪樣品的磁滯回線。二、實驗原理（鐵氧體μ=B/H很高。另一特征是磁滯，鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象是反復磁HB之間關系的特性。即磁場作用停止后，鐵2-1BH之間的關系曲線。O表示磁化之前鐵磁物質處于磁中性狀態(tài)，即B=H=O，當磁場強度HBoaBHab所示，其后B的增長又趨緩慢，并當HHsBs，這個過程的oabSHB的值也要減小。圖28-1表明，當磁場從HsB并不沿起始磁化曲線恢復到“O”SR下降，B值比原先的值大，說明鐵磁材料的磁化過程是不可逆的過程。比較線OSSRBBHH=OB0Br。O逐漸變至－HDB可以施加反向磁場。當反向磁場強度等于某一定值HD時，磁感應強度B值才等RD稱0時，BBr加正向磁場，B0后又逐漸增大至飽和狀態(tài)。2-1HS→O→HC→HS→O→HD→HSBSRDS′R′D′SB值的變化H的變化，這條閉合曲線稱為磁滯回線。當鐵磁材料處于交變磁場中時（如變壓器中的鐵心，將沿磁滯回線反復被磁化→去磁→反向磁化→窄不同和矯頑力大小不同。耗與磁滯回線所圍面積成正比。2-1鐵磁物質B與H2-2鐵磁材料的基本磁化曲線應該說明，當初始狀態(tài)為H=B=O的鐵磁材料，在交變磁場強度由弱到強依2-2這些磁滯回線頂點的連線稱為鐵磁材料的基本磁化曲線。B的磁導率HH所激勵出的磁感應強度BBHμH2-3μ—H曲線的特點。另外鐵磁材料的00

可高達數(shù)千乃至數(shù)萬，這一特點是它用途廣泛的主要原因之一。圖2-3鐵磁材μ與H并系曲線 圖2-4 不同鐵磁材料的磁滯回線2-4為常見的兩種典型的磁滯回線，其中軟磁材料的磁滯回線狹長、矯頑力?。ǎ?2A/m、剩磁和磁滯損耗均較小，磁滯特性不顯著，可以近似地用它的起始磁2A/m，剩磁強，磁滯回線所包圍的面積肥大，磁滯特性三、實驗儀器和實驗材料1、U19720型磁性動態(tài)分析系統(tǒng)2、環(huán)形、U形、E形等形狀的磁性材料3、電子天平4、游標卡尺四、實驗步驟1、打開功放電源和測試主機的電源。2333-10同初級匝數(shù)。另外，攻放最大輸出電流2A,最大輸出電壓20V,輸出頻率最高100KHz，測試時不允許超出上述極限值。4、啟動計算機程序，調整電流、頻率，使電流、頻率到要求值。5、在計算機端選擇磁芯規(guī)格，輸入初級匝數(shù)、次級匝數(shù)，根據(jù)需要，輸入磁芯質量和體積。6、鼠標點擊測試圖標，開始測試。7、數(shù)據(jù)存儲。8、關掉功放電源和測試主機的電源，關掉總電源。9、實驗完畢。五、實驗結果處理B—H實驗報告要求1、實驗目的和要求。2、實驗材料和設備。3、根據(jù)所給實驗材料，確定具體磁性各項參數(shù)。4、實驗結果分析討論，實驗心得體會（自己掌握程度。實驗注意事項1、測試主機需要開機預熱5分鐘。2、不得帶電插拔通訊線。實驗三 材料硬度的測試分析（4學時）一. 實驗目的1、正確掌握兩種測硬度（維氏)的測試原理，主要規(guī)范及測試方法要求能正確地測定各種材料的硬度值。2、熟悉硬度計的操作規(guī)程，并一般了解其主要結構、特點及其工作原理二. 基本概念及測試原理1、巴氏硬度試驗法巴柯爾(BarcolBarber-Colman硬度計（巴氏硬度計GYZJ934-11.53GYZJ934-1型巴氏硬度計GYZJ934-1型巴氏硬度計結構圖壓針——壓針是一個具有26°角，頂端平面直徑為0.157mm（0.0062in）的硬鋼截錐。它被裝在一個空心針筒內，并被由彈簧加載的主軸壓住。指示器——表盤具有100個分度，每度代表刺入深度0.0076m（0.00030i材料越硬。2、維氏硬度試驗法（GB4340-84）2-6Pd1d2ddFP/FHV表示之，即：HV

P (kgf/) (2-8)F d2136o136o136o136oaad圖2-6維氏硬度試驗原理示意圖負荷P可在0.5～120kgf范圍內根據(jù)試祥的大小和厚薄及其它條件進行選擇，國標GB4340-84規(guī)定采用的負荷力5、10、20、30、50、100kfg等六級。施加負荷的時間為2-8秒，總負荷的保持時間黑色金屬為10～15秒，有色金屬為30±2秒。試樣厚度應不小于其壓痕對角線的1.5倍，試驗后，試樣背面不應呈現(xiàn)變形2.55倍。兩對角線長和d22％。金屬維氏硬度測量范圍為5～1000HV。保持10～15S640。三、實驗內容1、對每種試驗材料根據(jù)所給定的硬度試驗法，正確選擇試驗規(guī)范并分別測定其硬度值2、分析和討論試驗結果四、實驗材料及實驗設備1、實驗材料本實驗由實驗室提供生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的各種典型材科，如鑄造材科(鑄鐵、鑄鋁)，有無機非金屬材料；玻璃鋼和各種表面化學熱處理的試樣。2、實驗設備(1）維氏硬度試驗機；(2）常規(guī)工具、砂紙、硬度值表等。五、測試步驟后按下列程序進行試驗：1選定每一塊試件應采用的一種（或二種）硬度試驗方法。2（荷、保荷時間等）。3查機器各部分是否處于正常工作狀態(tài)。4每個試祥測定三次。(1）巴氏硬度測試：按附錄A校準儀器。面試樣，應注意防止由于測試壓力可能造成的彎曲和變形。將儀器安置在試樣被測面上，使壓頭垂直試樣被測表面。4～7纖維增強塑料，硬度大于50時，測試10次；硬度小于或等于50時，測試20次。非增強硬塑料，硬度大于50時，測試5次；硬度小于或等于50時，測試10次。(2）維氏硬度3、將硬度計調整至準備狀態(tài)。40.1～0.3mm止。5位。6、按下啟動桿，使負荷徐徐加至試件上，由于凸輪及重錘之作用而產(chǎn)生壓痕。按規(guī)定時間保載后，再輕輕卸除負荷。7、旋轉手輪降下砧座。8、轉動計測顯微鏡至試片時，由目鏡觀察試片壓痕輪廓，并以砧座之升降，調整教具使壓痕清晰。測出壓痕對角線長度。根據(jù)所加負荷及壓痕兩對角線長度的平均值，查表求出維氏硬度值。六、實驗結果1、巴氏硬度測試材料 主要規(guī)范 巴氏硬度值

相當于HV(kgf/mm2)測試材料測試材料主要規(guī)范試驗序號壓痕對角線長(mm)d1d2d平均HV(kgf/mm2)3.維氏硬度實驗報告要求1、實驗目的和要求。2、實驗材料和設備。3、根據(jù)所給實驗材料，如何選擇硬度試驗方法、如何確定具體試驗規(guī)范之分析。4、原始實驗數(shù)據(jù)及所得之硬度值（列表給出。5、實驗結果分析討論，實驗心得體會。實驗注意事項1、選擇試驗規(guī)范，必須嚴格按照各種硬度的主要規(guī)范及技術條件，不能再任意更動。2、卸載過程應緩慢、平穩(wěn)，取下試件前切勿忘記卸載，以免第二次試驗時重載荷頂住試件而損壞壓頭。巴氏硬度儀附錄：巴克爾硬度計為便攜式，適用于加工件的現(xiàn)場檢測及不可分離件的生產(chǎn)控制目的。此試驗方法只用于規(guī)定的可用材料。鍛件、鑄件等，還可用于加工件的現(xiàn)場檢查及不可分離件的生產(chǎn)控制。壓頭260.157在一個滿度調整將螺絲孔內，并被一個由彈簧加載的主軸壓住。指示儀表1000.00760.76毫米時，表頭讀數(shù)為零；壓痕深度為零時，表頭讀數(shù)為愈硬。HBa-1GYZJ934-1A1A2。儀器校準滿刻度的校準儀器處于初始狀態(tài)時，表頭指針應指在零位。首先退出載荷調整螺絲，使它剛剛同載荷彈簧接觸。將硬度計放在平板玻上，下壓硬度計直到壓頭被迫全部退回到滿度調整螺絲孔內，此時表頭讀數(shù)應為100松開鎖緊螺母，用滿度調螺絲調節(jié)儀器；擰緊時表頭示值上升，擰松時表頭示值下降。未值的校準更換壓頭GB/T3854-1983進行滿刻度和示值的校準。巴克爾硬度計為便攜式，適用于加工件的現(xiàn)場檢測及不可分離件的生產(chǎn)控制目的。此試驗方法只用于規(guī)定的可用材料。鍛件、鑄件等，還可用于加工件的現(xiàn)場檢查及不可分離件的生產(chǎn)控制。需要試樣有較寬的平坦表面測量時要垂直加力巴氏硬度計的第二個缺點是測量時要垂直加力量點盡量不要懸空，這一點也限制了巴氏硬度計的應用。硬度換算表有矛盾一個硬度換算表，在這個表中給出了巴氏一維氏一韋氏之間的換算關系。在這里巴氏65對應于維氏589.7《鋁合金韋氏硬度試驗58對應于韋氏2.7個韋氏硬度單位。鑒于韋氏硬度計有±0.5個單位的誤差，為確保鋁型材合格，國家標準GB5237―200458和韋氏8維氏硬度儀附錄9、維氏硬度適用范圍大，測量精度高，破壞作用小，所以是較理想的硬度測定方法。它適用于各種金屬，各種狀態(tài)硬度的測定。2、維氏硬度的測定原理基本上和布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕單位面積上的載荷來計量硬度值的。3、不同的是維氏硬度用的壓頭是兩相對面間的夾角為1360的金剛石正四棱錐體。在載荷的作用下，在試樣表面上壓出一個四方錐形的壓痕（凹坑。測量壓痕對角線的長度以計算壓痕的表面積。以載荷P除以表面積的數(shù)值表示維氏硬度4P1Kg~100