第一篇：《聚合物結構與性能測試 》實驗教學大綱

《聚合物結構與性能測試 》實驗教學大綱

一、課程簡介

本課程為高分子材料與工程本科專業的限選課。主要內容包括聚合物材料的光譜分析、熱分析、力學性能分析、分子量測定及其電性能測試技術。課程不但講授各類分子測試方法的基本原理、實驗技術、主要用途及局限性等。同時介紹這些方法的最新進展和發展趨勢等。擬通過本課程的學習，使學生掌握了解材料特別是高分子材料的結構與性能的各種研究測試方法。

二、課程實驗教學目的與要求

本課程的目的是讓學生在理論課程學習的同時，了解和掌握各種現代化的聚合物材料的微觀結構和各種分析測試手段方法。使學生系統地掌握分析測試實驗的原理、實驗基本知識和技能，為以后學習和從事高分子學科內的工作打下基礎。本課程基本要求：理解實驗原理及實驗方案，掌握正確操作規程；掌握各種儀器的使用，了解其性能參數、適用范圍及注意事項等。

三、試驗項目

四、實驗一：紅外光譜再聚合物結構鑒定中的應用

【實驗目的、任務】

通過本實驗了解紅外光譜儀的結構特點及操作規程；掌握紅外樣品的制備方法；掌握紅外光譜分析的原理和圖譜分析。

【實驗內容】

使用紅外光譜鑒定聚合物中的紅外基團。

【實驗原理】

紅外吸收光譜分析方法主要是依據分子內部原子間的相對振動和分子轉動等信息進行結構測定。

【實驗難重點】

1.重點：紅外光譜分析的基本原理

2.難點：紅外光譜的解析

實驗二：聚合物材料的熱分析

【實驗目的、任務】

通過本實驗掌握聚合物TG、DSC的分析原理和應用。了解熱分析儀的結構及操作程序。

【實驗內容】

使用熱分析儀測量聚合物的熱轉變

【實驗原理】

在加熱或冷卻過程中，隨著物質的結構、相態（如Tg）和化學性質的變化都會

伴有相應的物理性質的變化，聚合物熱的分析就是在程序溫度下測量并記錄物質的這些物質性質和溫度的關系從而測得物質的結構、相態及化學性質的轉變過程。

【實驗難重點】

1.重點：TG、DSC、DTA的工作原理和圖譜分析

2.難點：TG、DSC、DTA的區別

實驗三：聚合物材料的力學性能測試

【實驗目的、任務】

通過本實驗了解萬能試驗機的結構特點及操作程序；掌握試樣的制作方法。

【實驗內容】

使用萬能試驗測量聚合物樣品的力學性能。

【實驗難重點】

1.重點：萬能試驗機的操作方式及力學性能指標

實驗四：高分子材料表面電阻，體積電阻的測定

【實驗目的、任務】

使用高阻計測量聚合物材料表面電阻和體積電阻的測定原理和計算方法。了解高阻計的結構和操作程序。

【實驗內容】

使用高阻計測量聚合物材料表面電阻和體積電阻。

【實驗原理】

將試樣的微弱電流經過放大后，推動指示儀表，故可測量較高的絕緣電阻。

【實驗重難點】

重難點：聚合物材料表面電阻和體積電阻的測試原理和計算方法。

實驗五：稀溶液粘度法測定聚合物分子量

【實驗目的、任務】

通過本實驗了解掌握難度法測定聚合物分子量的基本原理及計算方法。測定聚乙烯醇水溶液的特性粘度，并計算其平均分子量。

【實驗內容】

使用烏氏粘度計測量聚乙二醇樣品的年均分子量。

【實驗原理】

線性高分子溶液的基本特性之一是粘度比較大，并且粘度值與平均分子量有關，因此可以利用這一特性測定側其分子量。

【實驗重難點】

1.重點：粘度法測定聚合物分子量的原理和計算方法

2.難點：實驗操作的準確掌握。

四、實驗項目學時分配表

1.題目與要求

2.實驗內容（試驗原理、操作步驟等）

3.實驗過程、計算及結果

4.問題分析和試驗討論

六、成績評定辦法及標準

綜合學習態度、實驗操作情況和試驗報告給出成績。成績評定分為優秀、良好、中等、及格和不及格。

七、教材及參考書

教材： 《聚合物近代儀器分析（第二版）》主編：汪昆華，羅傳秋，周嘯 出版

社：清華大學出版社

參考書：《高聚物結構、性能與測試》 主編：焦劍、雷渭緩 出版社：化學工業

出版社

《聚合物結構分析》 主編 ：朱誠身，楊向萍 出版社：科學出版社

《聚合物材料表征與測試》主編：楊萬泰 出版社：中國輕工業出版社《高分子實用材料剖析技術》 主編：董炎明 出版社：中國石化出版社

第二篇：系統結構實驗三：CPU性能測試實驗

實驗三：CPU性能測試實驗

一、背景知識

評價計算機系統的性能，是一個非常復雜的問題。購買計算機時，我們強調的是計算機系統的性能價格比，即花最少的錢買回最適合的計算機，而不是去買速度最快的計算機或最便宜的計算機。使用計算機時，我們強調的是計算機系統的響應速度，說計算機A比計算機B好，是指A執行程序的速度比B快。而對服務器來說，我們強調的不是其完成一個任務的時間，而是其在單位時間內完成任務的個數，即吞吐率。另外，對服務器而言，穩定性是比吞吐率更重要的一個性能指標。

無論性價比、響應速度還是吞吐率，它們都有一個共同的影響因素，那就是計算機執行程序的速度。考慮一個任務，寫成程序讓計算機去完成，那么，完成該任務的時間將和CPU主頻，指令系統，編譯系統，內存容量，Cache結構，系統總線，輔存速度等有關系（這恰是計算機系統結構課程的全部內容），這將是一個多么復雜的關系！理論上，衡量計算機執行程序的速度最好的辦法就是使用真實程序的實際執行時間，稱其為程序的響應時間（response time）。如果說同一個程序在計算機A上的響應時間比在計算機B上的響應時間短，我們就說計算機A執行程序的速度比計算機B快。由于一般的實用程序具有一定的片面性，因此對計算機系統的測評都要用權威的基準測試程序（Benchmark）來完成。

響應時間直觀的定義是計算機完成某一任務所花的全部時間，因此又稱為墻上時間（wall-clock time）或流逝時間（elapsed time），墻上時間是很形象的說法。程序的響應時間包括兩部分：CPU實際執行程序的時間（稱為CPU時間）和進程等待時間，其中進程等待時間包括由于進程調度而必須延遲的時間（即進程在就緒態的時間）和其他等待時間，如磁盤等待、I/O等待或等待某個外部事件發生等等；CPU執行程序的時間又可以包含兩部分：CPU執行本程序代碼的時間和CPU執行操作系統代碼的時間（如進程調度代碼，提供給用戶進程的I/O代碼等等）。計算機系統結構就研究如何減少或消除以上這些時間片斷，從而縮短程序的響應時間，提高計算機系統的性能。

本實驗通過我們設計的幾個小程序，使同學們對響應時間和CPU時間兩個概念有一個比較深刻的理解，從而指導我們在實際使用計算機的過程中知道如何更好的使用計算機系統。程序范例里主要有兩個函數：函數clock（）返回調用該函數的進程從開始執行到執行該函數時的大概CPU時間，函數gettimeofday（）則返回當前的系統時間。前者用來獲得CPU時間，后者用來計算響應時間。

程序1用隨機函數產生一個1000×1000的矩陣，然后對每個元素操作一次，最后顯示CPU時間和響應時間。程序2從數據文件data.dat（該數據文件由程序3生成）中讀入一個1000×1000的矩陣，然后對每個元素操作一次，最后顯示CPU時間和響應時間。程序4從標準輸入輸入三個整數，然后從標準輸出輸出其乘積，最后顯示CPU時間和響應時間。

需要強調一點的是，clock（）函數返回的時間值是一個近似值，而且單位是毫秒，這是一個粒度很粗的時間單位（對CPU而言），我們為此很遺憾，你能否編寫函數返回CPU時間的精確值（最起碼到微秒級）。

二、實驗目的：

1、理解響應時間與CPU時間的關系

2、理解吞吐率與CPU時間之間的關系

三、實驗內容：

1、調試并運行程序1，分析其結果。

2、調試并執行程序2，分析其結果。

3、調試并執行程序4，分析其結果。請你以最快的速度輸入三個2位十進制數，并分析結果，你有什么感想？

四、實驗報告

認真記錄實驗數據或顯示結果，分析實驗數據，填寫實驗報告。

附：

程序1：

#include #include #include #include #define size 1000 #define step 1000 main(){ int i,j,k,temp;char *a;clock_t end;struct timeval time1,time2;gettimeofday(&time1,NULL);//取得當前系統時間 a=(char*)malloc(size*size);//為數組a申請內存空間

for(i=0;i

for(j=0;j

a[i*size+j]=(char)(10.0*rand()/(RAND_MAX+1.0));for(i=0;i

for(j=0;j

for(k=0;k

temp=a[i*size+j]*a[i*size+j];end=clock();//取得CPU時間

gettimeofday(&time2,NULL);//取得當前的系統時間 time2.tv_sec-=time1.tv_sec;//計算響應時間 time2.tv_usec-=time1.tv_usec;if(time2.tv_usec<0L){ time2.tv_usec+=1000000L;time2.tv_sec-=1;} printf(“CPU time is: %fn”,end/1000000.0);printf(“Wall clock time is:%ld.%6ld secondsn”,time2.tv_sec, time2.tv_usec);free(a);return 0;}

程序2：

#include #include #include #include #define size 1000 #define step 1000 main(){ int i,j,k,temp;char *a;FILE *fp;clock_t end;struct timeval time1,time2;gettimeofday(&time1,NULL);fp=fopen(“data.dat”,“r”);a=(char*)malloc(size*size);for(i=0;i

for(j=0;j

a[i*size+j]=fgetc(fp);3 fclose(fp);for(i=0;i

for(j=0;j

for(k=0;k

temp=a[i*size+j]*a[i*size+j];end=clock();gettimeofday(&time2,NULL);time2.tv_sec-=time1.tv_sec;time2.tv_usec-=time1.tv_usec;if(time2.tv_usec<0L){ time2.tv_usec+=1000000L;time2.tv_sec-=1;} printf(“CPU time is: %fn”,end/1000000.0);printf(“Wall clock time is: %ld.%6ld secondsn”,time2.tv_sec, time2.tv_usec);free(a);return 0;}

程序3：

#include #include #define size 1000 main(){ FILE *fp;int i,j;fp=fopen(“data.dat”,“w”);srand((int)time(0));//初始化隨機數發生器 for(i=0;i

fputc((int)(10.0*rand()/(RAND_MAX+1.0)),fp);fclose(fp);}

程序4：

#include #include #include main(){ int i,j,k;4 clock_t end;struct timeval time1,time2;gettimeofday(&time1,NULL);scanf(“%d%d%d”,&i,&j,&k);printf(“%dn”,i*j*k);end=clock();gettimeofday(&time2,NULL);time2.tv_sec-=time1.tv_sec;time2.tv_usec-=time1.tv_usec;if(time2.tv_usec<0L){ time2.tv_usec+=1000000L;time2.tv_sec-=1;} printf(“CPU time is: %fn”,end/1000000.0);printf(“Wall clock time is:%ld.%6ld secondsn”,time2.tv_sec, time2.tv_usec);return 0;}

第三篇：聚合物復合材料性能解釋以及測試標準指引

聚合物復合材料性能解釋以及測試標準指南

1．1拉伸性能

拉伸性能包括拉伸強度，彈性模量、泊松比、斷裂伸長率等。對于如高壓容器、高壓管、葉片等產品，必須要測出聚合物復合材料的拉伸性能，才能進行產品設計及檢驗。

對于不同的聚合物復合材料，拉伸性能試驗方法是不同。對于普通的，用國標GB/T1447進行測試；對于纏繞成型的，用國標GB/T1458進行測試；對于定向纖維增強的，用國標GB/T33541進行測試；對于拉擠成型的，用國標GB/T13096-1進行測試。使用最多的是GB/T1447。

國標GB/T1447，對于不同成型工藝復合材料，又規定不同形狀的拉伸試樣，有帶R型、直條型及啞鈴型。使用拉伸試驗機或萬能試驗按規定的加載速度對試樣施加拉伸載荷直到試樣破壞。用破壞載荷除以試樣橫截面面積則為拉伸強度。從測出的應力----應變曲線的直線段的斜率則為彈性模量，試樣橫向應變與縱向應變比為泊松比。破壞時的應變稱為斷裂伸長率。

單位面積上的力，稱為應力，通常用MPa（兆帕）表示，1MPa相當于1N/mm2的應力。應變是單位長度的伸長量，是沒有量剛（單位）的。

不同的現代復合材料其拉伸性能大不一樣，以玻璃纖維增強的玻璃鋼為例：1：1玻璃鋼，拉伸強度為（200-250）MPa，彈性模量為（10-16）GPa；4：1玻璃鋼，拉伸強度為（250-350）MPa，彈性模量為（15-22）GPa；單向纖維的玻璃鋼（如纏繞），拉伸強度大于800MPa，彈性模量大于24GPa；SMC材料，拉伸強度為（40-80）MPa，彈性模量為（5-8）GPa；DMC材料，拉伸強度為（20-60）MPa，彈性模量為（4-6）GPa。

1.2彎曲性能

一般產品普遍存在彎曲載荷，彎曲性能是很重要的，同時，往往用彎曲性能來進行原材料，成型工藝參數，產品使用條件因素等的選擇。

彎曲性能，一般采用國標GB/T1449進行測試；對于拉擠材料，用國標GB/T13096.2進行測試；對于單向纖維增強的，用國標GB/T3356進行測試。

測試彎曲性能的試樣一般是矩形截面積的長條，簡稱為矩形梁。采用當中加載的三點彎曲法。梁的橫截面的上表面承壓縮應力，梁下表面承受拉伸應力，橫截面積上還要承受剪切應力，中性層剪應力最大，因此梁所承受彎曲時，其應力狀態是很復雜的，破壞形式也是多種的。原材料品種、性能及成型工藝參數對彎曲性能很敏感，試驗方法和試樣尺寸同樣也很敏感，為了達到材料彎曲破壞，國標對試樣的跨（跨度或支距）高（試樣厚度）比（l/h）有一定要求，一般要求l/h≥16，對于單向纖維增強的材料，要求l/h≥32。

由于彎曲性能的復雜性及對各因素的敏感性，對于上述不同材料的彎曲性能，或大于1.1節中拉伸性能，或小于1.1節中的拉伸性能。在正常成型工藝情況下，一般彎曲強度略大于拉伸強度，彎曲彈性模量略小于拉伸彈性模量。

1．3壓縮性能

增強纖維或織物，只能承受很大的拉伸力，其本身很柔軟，是不能承受壓縮力的，當聚合物復合材料承受壓縮載荷時，是靠聚合物基體把增強纖維或織物粘結成整體時才能承受。因此，聚合物復合材料的壓縮性能與聚合物的品種、性能、成型工藝、二者的界面等的關系很密切，同一種復合材料的壓縮性能變化也很大。一般高溫高壓成型的壓縮性能要高，有的甚至于高于拉伸性能。一般情況彈性模量，壓縮的與拉伸的相差的極小，壓縮強度略比拉伸強度低，特別是室溫固化，成型工藝質量欠佳的材料，壓縮強度要比拉伸強度低得多。

壓縮性能，一般用國標GB/T1448進行測試。標準試樣為30×10×10（mm）棱型或35×10×10（mm）園柱型。要求兩端面相互平行，不平行度應小于試樣高度的0.1%，否則，試驗本身對測試結果也有不良影響。

當產品的壁厚較薄時，不能按GB/T1448進行測試，應用GB/T5258測試,試樣厚度可以按產品實際厚度，這個試驗方法的夾具是比較先進、科學的。

1．4剪切性能

由于聚合物復合材料的層狀結構特點，產品在使用中，在不同受力條件下，在不同部位存在三種剪切性能，為面內剪切，層間剪切和斷紋剪切。

如工字梁腹板，在工字梁承受彎曲時，腹板就是承受面內剪切。對于面內剪切性能，用國標GB/T3355進行測試。該方法用45°方向的拉伸試驗測出復合材料縱橫剪切性能，包括剪切強度和剪切模量。試驗方法與普通拉伸性能一樣，僅要測出縱向和橫向變形，如同拉伸試驗測泊松比一樣。計算公式不一樣，計算結果是縱橫剪切強度和模量。

對于層間剪切性能，有兩個測試方法：①國標GB/T1450.1；②國標GB/T3357。方法①要求試樣較厚為15mm，要特制試樣，往往與產品實際情況有別差。方法②可以按產品實際厚度取樣，較方便，但對于較接近各向同性，或層間剪切強度較大的，唯以測準。方法①②僅只能側出層間強度。要測出層間剪切模量可以參考GB/T1456的原理進行測試，已有大量試驗說明，此原理可以測出復合材料的的層間剪切模量。

對于拉擠材料，可以用GB/T13096.3和13096.4測出剪切強度。

用國標B/T1450.2測出來的是復合材料斷紋剪切強度。

縱橫剪切強度為（40-80）MPa，縱橫剪切模量為（2-4）MPa；層間剪切強度為（10-50）MPa，剪切模量為（0.2-2）GPa；斷紋剪切強度為（80-100）MPa。

1.7沖擊性能

當產品經受動載荷時、需要材料的沖擊強度(韌性)性能指標,沖擊強度高低也說明材料的韌性性能,是選材的性能指標之一。

沖擊強度用國標GB/T1451進行測試。國標規定標準試樣尺寸，當試樣尺寸，特別是試樣厚度小于標準尺寸時，測出來的沖擊強度要偏小。沖擊強度除與材料品種、性能有關外，還與試樣厚度有關，一般試樣厚，測出來的沖擊強度高。一般情況下，沖擊強度為：1：1玻璃鋼，（100-300）kJ/m2；4：1玻璃鋼，（200-600）

kJ/m2；SMC，（20-60）KJ/m2；DMC，（10-30）KJ/m2；拉擠材料，（300-650）KJ/m2。

1．8性能的方向性

纖維增強復合材料，其力學性能有較明顯的方向性、拉伸強度、模量，彎曲強度、模量，壓縮強度、模量沿纖維方向的最大，與纖維方向成45°方向的最小，拉伸性能最為明顯，無壓成型的壓縮性能，方向性程度要低一些。面內剪切強度、模量、泊松比、沖擊強度，與上相反，45°方向最大。可以利用這一特點，設計出最優的復合材料產品。

2、基本理化性能

2．1密度

聚合物復合材料輕質是指密度小，為（1.5-2.0）g/cm3,是金屬的1/4-1/5。用國標GB/T1463進行測試.常用聚合物復合材料制成夾層結構的蜂窩,密度為(0.03-0.16)g/cm3，泡沫塑料密度為(0.025-0.20)g/cm3。

2．2巴氏硬度

聚合物復合材料的硬度指標不同于金屬，是用巴柯爾硬度計測試，國標GB/T3854。巴氏硬度除與原材料品種、性能有關外，更與成型工藝、固化程度有關，一般用巴氏硬度來控制產品制造過程。一般巴氏硬度為30-60，玻璃的巴氏硬度為100。

2．3固化度

固化度是指聚合物（樹脂）的固化程度，用樹脂不可溶分含量的試驗方法，國標GB/T2576來測試，一般產品要求固化度≥80%，對于高溫固化產品，要求≥90%。

2．4樹脂含量

樹脂含量的大小直接影響產品的力學性能和理化性能。用測出樹脂含量的方法可以直接檢驗產品的成型工藝是否符合產品的設計要求及均勻性，用國標GB/T2577進行測試。

2．5負荷熱變形溫度

試樣在一定負荷（1.82MPa）下受熱變形到一定指標的溫度，稱為負荷熱變形溫度，用國標GB/T1634-2進行測試，此性能直接反映聚合物（樹脂）的耐熱性能，不同聚合物復合材料，其負荷熱變形溫度差別很大，低的為100℃，高的可達300℃以上。測出此性能指標，可供產品在什么樣溫度條件下使用時參考。

2．6熱導率

聚合物復合材料的熱導率是比較小的，為（0.28-0.40）W/Km，屬絕熱材料，用國標GB/T3139進行測試。

2．7電阻率

聚合物復合材料的電阻率是比較高的，屬于電絕緣材料，同時又是非磁性材料，體積電阻率，表面電阻率依次為1012-15Ω?cm，1011-14Ω，與聚合物（樹脂）的品種有關系。環氧類型的電阻率要更高一些。

2．8線熱膨脹系數

線熱膨脹系數與聚合物（樹脂）品種關系很大，聚酯類的線膨脹系數大，環氧、酚醛類的小。同時與纖維方向織物經緯比也很有關系，一般纖維方向線熱膨脹系數小。在（6.7-30）×10-6范圍。當然，這是指玻璃纖維增強的復合材料，當采用碳纖維時，可以制零熱膨脹系數，甚至于是負熱膨脹系數的材料，在精密儀器上得到廣用。

2．9吸水性

在保證產品質量情況下制成的聚合物復合材料的吸水率，一般≤1%，用國標GB/T1462測試。

復合材料吸水性能的另一個指標是耐水性，把復合材料放在水中一定時間后，其強度（主要指彎曲強度）的變化，這有兩個測試方法：①GB/T2575，是用常溫水浸試樣。②GB/T10703，是用（60-100）℃水浸試樣，屬耐水性加速試驗方法。

3特殊性能

聚合物復合材料在常溫下就有蠕變，承受拉伸時，蠕變小，承受彎曲和剪切時，蠕變大，測試方法國標為GB/T6059。持久強度較為破壞強度的（40-50）%。

聚合物復合材料的疲勞性能，與受力狀態、樹脂品種、纖維方向、成型工藝、循環次數等關系密切。若循環到5×106次時，疲勞強度約為靜態強度的（25-30）%。試驗方法國標為GB/T16779。

聚合物復合材料的高低性能取決于聚合物種類，目前已有耐350℃以上的耐高溫聚合物。在低溫下，其性能反而提高，溫度越低，強度越高，包括沖擊韌性也一樣，一般提高20%-30%。這是優于普通熱塑性塑料之處。測試方法為GB/T9979。

不同聚合物復合材料有不同耐化學腐蝕性能必須根據具體介質選用復合材料。測試方法為GB/T3857。

一般聚合物復合材料是不阻燃，必須加阻燃劑，按產品設計要求加不同阻燃劑及含量，達到一定的氧指數，指標等。測試方法為GB/T8294。

第四篇：材料結構與性能

材料結構與性能報告(1)

論文題目：塊狀非晶合金材料的研究進展

姓名： 學號： 學科專業： 指導教師： 入學日期： 報告日期： 報告地點：

王楚 31605051 材料工程 林莉 2016.11

研究生院制表

材料結構與性能報告(1)1概述

一般認為，凝聚態的物質大致可以分為三類：晶態物質、準晶態物質和非晶態物質。非晶態合金是指固態時其原子的三維空間呈拓撲無序排列，并在一定溫度范圍保持這種狀態相對穩定的合金。最早有關非晶態合金的文獻是由融Kamer于1934年首次報道的。而后，1960年，Duwez[1]等首先采用噴槍法在Au．Si合金中獲得非晶態合金，從而開創了材料研究的新領域一非晶態合金材料。非晶合金具有優異的物理性能、化學性能和力學性能，特別是優良的軟磁性能，在許多領域中己得到應用。一般說來，非晶態合金均需要通過熔體快淬的方法來獲得，它需要非常高的冷卻速率(10 6 /s 以上)。由于臨界冷卻速率的限制，非晶態合金的三維尺寸受到很大的限制，只能獲得很薄或很細的片、絲和粉末狀非晶合金。

大塊非晶合金材料是近年來采用現代冶金技術合成的一種具有特殊性能的新型先進金屬材料。對大塊非晶的研究無論在理論上還是在應用上都有重要意義。首先，大塊非晶體系是一些全新的多組元體系，其合金熔體具有極大的熱力學過冷度，過冷液體的動力學行為類似于氧化物玻璃，這使得人們重新思考傳統的非晶形成理論。另外，大塊非晶合金大都具有明顯的玻璃轉變和寬的過冷液相區，這為深人研究非晶合金的玻璃轉變特征和過冷液態的結構和物性提供了理想材料。在應用上，由于具有奇特的物理、力學及化學性能, 適合于用來制造電子器件、磁性器件、精密光學器件、精密機械結構件、電池材料、體育用品、生物醫學植人物以及軍工先進武器構件(如穿甲武器、飛行器的構件、裝甲板等)等。塊狀非晶合金的發展歷程

非晶合金的發展大致經歷了兩個階段。第l階段為1960年(Duwez首次采用快淬方法制得Au70Si30非晶合金薄帶)-1989年。這段時期，人們主要通過提高冷卻速率(>104列s)來獲得非晶合金，因而得到的基本是非晶合金薄膜、薄帶或粉末。所研究和制備的主要是二元合金。主要研究體系可分為3大合金系：第l類合金系由過渡族金屬或貴金屬與類金屬組成，如Pd2Si、Fe2B等。；類金屬的含量為10%-30%,恰好在低共晶點組分附近。2類合金系是以LTM-ETM為基的體系，其中ETM和LTM分別代表前、后過渡族金屬，LTM包括Fe、Co、Ni、Pd和Cu等，ETM包括Ti、Zr、Nb、Ta、Hf等。LTM的含量一般在20％-40％，如Zr70(Ni、Fe、Co、Pd、Rh)30、Nb60Rh40等，該體系可以在非常寬的低共晶組分范圍內形成非晶，這類非晶合金發現得比較晚，1977年才首次發現屬于這一類的合金,以后又逐步發現了在Ca或Sr中加入AI、Zn等組成的非晶合金[2,3]。第3類為以A族金屬元素(Mg、Ca、Sr)為基體，B族金屬元素(Al、Zn、Ga)為溶質的

塊狀非晶合金的研究進展

少冷卻過程中的非均勻形核, 因而各種制備方法都有以下兩個共同持征：(1)對合金母材反復熔煉, 以提高熔體的純度, 消除非均勻形核點。(2)采用高純惰性氣體保護，盡量減少氧含量。目前，大塊非晶態合金的制備方法主要有以下幾類：

(l)懸浮熔煉： 將試樣置于特定的線圈中，線圈中的電磁場使試樣產生與外界相反的感生電動勢，該感生電動勢與外磁場間的斥力與重力相抵消，從而使試樣懸浮在線圈中。同時, 試樣中的渦流使自身加熱熔化。再向試樣吹人惰性氣體，使其冷卻、凝固；或利用通電極板間的靜電場使試樣懸浮，用激光加熱熔化，當激光停止照射時，試樣于原位冷卻。試樣溫度可用非接觸法測量。懸浮熔煉的優點是試樣沒有在容器中熔煉，避免了容器壁引起的非均質形核，可減小臨界冷卻速度。其缺點是，試驗的懸浮與加熱是同時通過試樣中的渦流實現的，當試樣冷卻時也必須處于懸浮狀態，即試樣在冷卻時還必須克服懸浮渦流帶來的熱量，所以冷卻速度不可能很快, 增加了制備難度，制備的塊狀非晶合金尺寸較小。

(2)深過冷液淬法：此方法是將試樣用低熔點氧化物(如B2O3)包裹起來，在石英管中感應加熱熔化，最后淬入水中得到非晶態合金試樣。低熔點氧化物的作用一是用來吸取合金冶煉中的雜質顆粒，避免這些顆粒成為形核的核心，二是將合金熔液與容器壁隔離開來。由于包裹物始點低于熔體熔點，因而可避免合金母材與容器壁直接接觸，最大限度地避免了非均質形核。

(3)高壓模鑄法：該方法是將母合金放人套筒內，在高頻感應線圈中熔化，再用高 壓快速將合金液壓人銅模內，銅模外通水使試樣快速冷卻。由于該方法的冷卻速率很大，可以獲得較大體積的非晶態合金。

此外還有定向凝固、射流成形、壓實成型等多種大塊非晶合金制備工藝。國內關于大塊非晶合金的研究開展不多，主要采用落管、氧化物包裹、磁懸浮、射流成形及水淬 等技術制備大塊非晶合金。國內制備的大塊非晶合金的最大直徑為90mm。由于目前制備的非晶合金的尺寸較小，影響了非晶合金作為結構材料的使用范圍。塊狀非晶合金的微觀結構

非晶合金的原子在三維空間呈拓撲無序狀排列，不存在長程周期性，但在幾個原子間距的范圍內，原子的排列仍然有著一定的規律，因此可以認為非晶態合金的原子結構為“長程無序，短程有”。通常定義非晶態合金的短程有序區小于1.5nm，即不超過4-5個原子間距，從而與納米晶或微晶相區別，短程有序可分為化學短程有序和拓撲短程有序兩類。

材料結構與性能報告(1)4.1化學短程有序

非晶態金屬至少含有兩個組元，除了不同類原子的尺度差別、穩定相結構和原子長程遷移率等因素以外，不同類原子之間的原子作用力在非晶態合金的形成過程中起著重要作用。化學短程有序的影響通常只局限于近鄰原子，因此一般用近鄰組分與平均值之差作為化學短程有序參數，對于二元A-B體系為：

up=1-ZAB/(ZcB)=1-ZBA/(ZcA)其中ZAu和ZuA分別代表A(或B)原子近鄰的B(或A)原子配位數，Z是原子總配位數。cA和cu分別是A與B原子在合金中的平均濃度。當A和B兩種原子直徑明顯不同時，A原子的總本位數ZA與B原子的總配位數Zi3不再相同，ZA≠Ze，這時短程有序另一種定義。

4.2拓撲短程有序

指圍繞某一原子的局域結構的短程有序。常用幾種不同的結構參數描述非晶態與合金的結構特征，主要有原子分布函數、干涉函數、近鄰原子距離與配位數和質量密度。原子分布函數，設非晶態結構是各向同性的均勻結構，其平均原子密度Po為--定體積y中包含的原子數N:

Po=N/V 描述某一原子附近的密度變化可用徑向分布函數RDF(r):

RDF(r)=4*3.14xr2p(r)

其中r是距某中心原子的距離，p(r)是距離r處的密度，由上式可知，RDF(r)dr代表以某個原子為中心，在半徑r處、厚度為dr的球殼內的原子數，從而RDF(r)=dN/dr表示原子數目(密度)隨距離增加的變化。

定義約化徑向分布函數G(r)為:

G(r)=4x3.14*r[p(r)-po] 幾種過渡金屬-類金屬非晶態合金的約化徑向分布函數如圖8-1所示，函數值隨著與中心原子的距離增大而呈有規律的起伏。此外，還定義雙體分布函數g(r): z(r)=p(r)/p。

當合金中包含幾種不同類原子時，引入偏徑向密度函數pii(r)、偏雙體分布函數gii(r)、偏約化徑向分布函數GO(r)等參數描述原子之間的結構關系。例如，pji(r)指與某個第i類踩子的距離為r處，單位體積中第j類原子的數目。上述各個原子分布函數中，原子密度p(r)和原子徑向分布函數RDF(r)有明確物理意義，G(r)的物理意義雖然不明確，但它同RDF(r)一樣能反映非晶態結構特征，對體系作x射線衍射測量得到結構因數S(Q)，塊狀非晶合金的研究進展

外殼等商業產品由于大塊非晶中不存在晶體中的滑移位錯，在較低溫度下具有很好的粘滯流動性，可以較好地發生超塑應變利用這個特性，可以把大塊非晶合金進行各種塑性加工，制成所需的各種形狀由于其優異的力學性能和較好的熱穩定性，大塊非晶合金在軍事方面也得到了應用，可以用來制造反坦克的動能穿甲彈。

Zr基大塊非晶合金具有很高的彈性實驗表明,用其做成的小球與同樣大小的鋼球在量筒中從相同高度(15m左右)自由落下后做彈性來回運動，前者比后者的彈動時間足足長了大塊非晶合金具有很高的強度和強度-密度比，以及很好的彈性能，因而具有很好的應用潛力。基大塊非晶合金由于抗拉強度高、延展性好、彈性能高、沖擊斷裂性能高和抗腐蝕性高，且具有非常好的能量傳遞性能，已被用來制作高爾夫球桿和其擊球部位(球頭)，使用該材料做成的高爾夫球頭能夠將99％的能量傳遞到球上。

在化學方面，由于大塊非晶具有抗腐蝕、儲存能量(吸氫和析氫)和高催化特性，將有可能在海洋業和能源方面得到應用。塊體非晶合金在結構上是原子長程無序而近程有序排列的亞穩材料，每個短程有序的原子團可以視為一個高活性點，而這種高活性、高耐蝕性材料是最理想的電極催化材料。如果使用這種材料制作電極, 其催化活性將提高以上，可大大提高制堿工業的生產效率，降低生產成本，由此所產生的經濟效益是十分巨大的。

由于新型基非晶合金具有低飽和磁致伸縮，使得它們的軟磁性能可與傳統的Fe-Si-B非晶合金相比擬，甚至更優。日本研制的Fe基大塊非晶合金軟磁材料的磁導率，比硅鋼片材料及傳統晶體結構的磁性材料15倍，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室也已經制備出了直徑達到以上的低磁能損耗的大塊基軟磁產品專家預測,大塊非晶合金軟磁材料制品將很快應用于電子信息，如計算機、通訊設備和工業自動化等高技術產業和電力等傳統產業另外，硬磁性大塊非晶合金也將是一種很有潛力的永磁材料。

6結束語

非晶合金，因特殊的結構和優異的性能自產生以來一直是材料學界的熱點研究領域之一。近年來對非晶合金進行了廣泛的研究，取得了很大的進展，已突破昔日貴金屬的限制, 許多日常重要的工程合金系統如Fe、Co、NiCu 等都可制備出塊體非晶合金，這為其實際應用創造了條件，如今工程應用也已逐步興起。但作為一類新型的材料, 非晶合金仍處于研究探索階段，在基礎理論、制備工藝和實際應用中還有許多問題亟待解決，主要體現在以下幾個方面。

還沒有一套完整的理論或成熟的物理模型用來指導塊體非晶的研制，目前對于合金系統組元的選擇還只能憑經驗規律，但這些規律都不具備普適性。這主要是由于還沒有充分理解非晶合金形成的本質, 因此需要加強對非晶合金物理轉變過程的研究。

材料結構與性能報告(1)(2)目前所制備的塊體非晶尺寸還不夠大，只有Zr基、Pd基等少數幾種合金體系可達較大尺寸，這在很大程度上限制了這種新型結構材料的廣泛應用，因而需要我們在理解非晶合金形成本質的基礎上，改進目前塊體非晶制備所需的苛刻工藝條件。因機械合金化在制備非晶合金上的獨特優勢，目前可以優先發展機械合金化工藝。

(3)提高塊體非晶的熱穩定性。由于塊體非晶屬亞穩態材料，在熱力學上是不穩定的, 只有把這類材料加熱到一定溫度以上才會使其變為晶態材料。因此，必須設法提高塊體非晶的熱穩定性，以拓寬其應用范圍。

(4)任何材料都有其自身的缺陷，雖然發現了一系列具有大塑性的塊體非晶合金，但總體來說其塑性都還有待提高，而且非晶合金的拉伸塑性幾乎為零。長期以來，探索同時具有高強度和大塑性的金屬合金材料一直是材料領域追求的目標，非晶合金塑性的進一步提高，必將為非晶合金的應用開辟更廣闊的空間。

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第五篇：《高分子材料結構與性能》課程教學大綱

《高分子材料結構與性能》課程教學大綱

課程代碼：

070417

課程性質：專業任選總學時：

學時

總學分：

開課學期：

適用專業：化工 先修課程：有機化學、物理化學后續課程：畢業論文

大綱執筆人：HJH

參加人： HGJGHJH

審核人：

JHHJH

修訂時間：2012年8月

編寫依據：

09化學工程與工藝專業人才培養方案（2009）年版

一、課程介紹

高分子材料結構與性能課程是以高分子結構-性能-應用為主線，聯系其他材料科學，闡述了高分子材料的合成方法、結構性能和主要應用領域，并簡要介紹了各類高分子材料的基礎知識和有關的加工成型方法。通過本課程的學習，使學生能夠了解高分子材料的基礎知識，拓寬知識面，使學生進一步了解本專業。它是學生學習《材料物理》、《材料物理實驗》、《樹脂基復合材料》《復合材料科學與工程實驗》、《高分子材料成型加工》、《高分子材料工程實驗》等其它專業基礎課的先修課程和基礎，同時也是不同專業十幾門選修課的先修課程，在專業培養中處于重要地位。同時，該課程也可作為化學化工類非高分子專業的本專科生，為拓寬知識面，認識基礎高分子科學相關的選修課，有望發展成化學化工類大學生專業基礎課程，為將來從事材料領域的研究和開發工作打好基礎。

二、本課程教學在專業人才培養中的地位和作用 材料在生產與生活中占有非常重要的地位，并與人們生活緊密相聯。而作為材料學中的一大類別——高分子材料正發揮著越來越重要的作用。本門課程作為應用化學以及化學工程與工藝專業本科生的一門專業選修課，目的在于讓學生了解高分子材料學的基礎知識，擴大知識面，培養學生掌握高分子材料基本知識與概念，并能初步分析和解決材料研究中的實際問題。高分子材料結構與性能是以高分子材料為基本研究對象的一門課程，是高分子科學的基礎課程。與化學的其它二級學科相比，它與現代物理學有著更加深刻的親緣關系，其發展更加依賴于化學與物理學的進步，同時也對這兩大軸心科學的進步產生深刻的影響。由于近年高分子科學對各個工業部門和科技領域的滲透作用顯著，所以在化學本科等非高分子專業作為選修課教學具有重要的意義。

三、本課程教學所要達到的基本目標

高分子材料結構與性能課程的內容主要包括高分子材料的結構-性能-應用的內在聯系和塑料、橡膠、纖維、涂料、黏合劑與功能高分子等主要高分子材料品種的介紹，要求學生在掌握高分子材料的結構-性能-應用的內在聯系的基礎上，熟悉塑料、橡膠、纖維、涂料、黏合劑的一些主要品種，并能對一些材料性能及相關影響因素做出簡單解釋。通過教學提高學生運用高分子化學與物理的知識分析問題、解決問題的能力。

本課程的基本要求如下：

1、掌握高分子的基本知識、基本概念；

2、了解高分子各類材料的特點；

3、了解和掌握高分子材料的各種合成方法；

4、了解和掌握高分子材料的結構與性能的關系。

四、學生學習本課程應掌握的方法與技能

本課程較系統地闡述了高分子材料的合成方法，并以高分子結構-性能-應用為主線，介紹了各類高分子材料的基礎知識，是關于高分子材料基礎應用的實用課程，它的任務是使學生較熟練地掌握各類高分子材料的基本概念、制備及其應用，并能運用結構-性能-應用的內在聯系，初步分析和解決材料研究中的實際問題。

五、本課程與其他課程的聯系與分工 《高分子材料結構與性能》課程是材料化學、高分子材料與工程及其相近專業的一門重要課程，是在學生具備了必要的有機化學、物理化學等基礎知識之后，在學習了高分子化學與物理基礎上選修的專業基礎課程，并為功能高分子材料化學，高聚物合成工藝學等后續專業課程的學習奠定堅實的基礎。

六、本課程的教學內容與目的要求 【第一章】材料科學概述（共2學時）

1、教學目的和要求：

（1）熟悉材料的分類；了解材料的多層次結構。

（2）掌握復合材料及復合效應以及材料工藝及其與結構和性能的關系。

2、教學內容：

（1）第一節材料與材料科學（2）第二節材料結構簡述（3）第三節材料的性能

（4）第四節材料工藝及其與結構和性能的關系（5）第五節材料的強化機制

3、教學重點和難點：

（1）重點：材料及材料化過程，復合材料，功能物性，材料結構及性能關系（2）難點：幾個重要概念，復合材料，材料化過程

4、本章思考題： P289思考題與習題

【第二章】高分子材料的制備反應（共4學時）

1、教學目的和要求：

（1）熟悉連鎖聚合反應與逐步聚合反應的基本反應類型。（2）了解高分子材料制備反應的新進展；掌握自由基聚合反應與自由基共聚合反應的概念、機理及應用以及聚合實施方法。

2、教學內容：

（1）第一節高分子與高分子材料（2）第二節連鎖聚合反應（3）第三節逐步聚合反應

（4）第四節高分子材料制備反應新進展

3、教學重點和難點：

（1）重點：自由基聚合，乳液聚合，逐步加聚反應

（2）難點：連鎖聚合反應與逐步聚合反應機理、反應條件

4、本章思考題：

P289-291思考題與習題

【第三章】高分子材料的結構與性能（共8學時）

1、教學目的和要求：（1）熟悉聚合物大分子聯的組成和構造，聚合物凝聚態結構；了解高分子材料的力學性能、物理性能以及化學性能。（2）掌握聚合物分子運動的特點、聚合物的物理狀態、玻璃化轉變以及聚合物熔體的流動。

2、教學內容：

（1）第一節聚合物的結構

（2）第二節高聚物的分子運動及物理狀態（3）第三節高分子材料的力學性能（4）第四節高分子材料的物理性能（5）第五節高分子材料的化學性能

3、教學重點和難點：

（1）重點：聚合物的柔順性與構象的關系，聚合物分子運動的特點，聚合物的松弛現象，聚合物的力學三態，聚合物熔體特性，聚合物的力學屈服以及聚合物的力化學過程。（2）難點：聚合物的松弛特性，力學屈服現象

4、本章思考題：

P291-293思考題與習題

【第四章】通用高分子材料（共8學時）

1、教學目的和要求：

（1）熟悉幾大類通用高分子材料的基本概念、分類；掌握通用高分子材料的結構、性能及應用。

（2）了解塑料、橡膠、纖維、黏合劑及涂料的制備工藝。

2、教學內容：（1）第一節塑料（2）第二節橡膠（3）第三節纖維

（4）第四節膠黏劑及涂料

3、教學重點和難點：

（1）重點：塑料的組成、作用及成型加工方法，熱塑性塑料，工程塑料，熱固性塑料，合成橡膠

（2）難點：幾個重要概念，通用高分子材料的結構、性能及應用之間的內在聯系

4、本章思考題：

P293-294思考題與習題

【第五章】功能高分子材料（共4學時）

1、教學目的和要求：

（1）以專題講座的方式引入功能高分子的基本概念，分類及應用。（2）重點結合自己的科研成果，簡單介紹幾類功能高分子。

2、教學內容：

（1）第一節醫用高分子及高吸水性樹脂

（2）第二節智能高分子及功能高分子最新進展

3、教學重點和難點：

（1）重點：醫用高分子及高吸水性樹脂，智能高分子及功能高分子最新進展（2）難點：幾個重要概念，刺激響應性，功能高分子的作用機理

4、本章思考題： P294思考題與習題

【第六章】聚合物共混物（共2學時）

1、教學目的和要求：

了解聚合物共混物的基本概念、制備方法及主要品種。

2、教學內容：

（1）第一節聚合物共混物及其制備方法（2）第二節主要品種

3、教學重點和難點：

（1）重點：幾個重要概念，聚合物共混物的制備方法（2）難點：聚合物共混物，互穿網絡聚合物，混煉擠出設備

4、本章思考題：

P294-295思考題與習題

【第七章】聚合物基復合材料（共4學時）

1、教學目的和要求：

了解聚合物基復合材料物的基本概念、制備方法及主要品種。

2、教學內容：

（1）第一節聚合物基宏觀復合材料（2）第二節聚合物基納米復合材料

3、教學重點和難點：

（1）重點：宏觀聚合物基復合材料的基本類型及增強劑的類型，聚合物基納米復合材料的類型

（2）難點：偶聯劑在復合材料制備中的作用及作用機理

4、本章思考題： P295思考題與習題

七、本課程教學時數分配表 章節

標題

學時分配

講授

實踐

一

第一章材料科學概述

二

第二章高分子材料的制備反應

三

第三章高分子材料的結構與性能

四

第四章通用高分子材料

五

第五章功能高分子材料

六

第六章聚合物共混物

七

第七章聚合物基復合材料

合計 32

八、教材和主要參考資料

1、指定教材：

《高分子材料基礎》張留成，翟雄偉，丁會利。化學工業出版社，2007年

2、主要參考資料：

《高分子材料》黃麗主編。化學工業出版社，2009年

《高分子材料科學導論》張德慶，張東興，劉立柱編著，1999年

九、課程考核與成績評定方法

1、命題要求

（1）命題內容要求

命題要著眼于所學課程的基礎知識和基本技能的考核，要突出重點，注意覆蓋面，要符合學生學習和生活的實際，貼近社會實際，要重視對學生在具體情景中綜合運用所學知識分析和解決問題的能力的考查，要有助于培養學生創新精神和實踐能力。試卷結構應簡潔、合理，題量要適度。要根據課程特點處理好客觀題與主觀題的比例。能力層次分值分配為：了解占50%，理解占30%，綜合應用占20%。

（2）命題的覆蓋面、難易度、題型結構等要求

命題覆蓋面涉及教學大綱規定教學內容的相關章節，考慮到本課程為專業選修課，難易應適中或偏易，題型主要有填空題、選擇題（單選）、判斷題、簡答題和計算題。

2、考核方法及用時

本課程考核按考查課程的要求進行，考核采取課堂測驗方式，完成時間為110分鐘，成績采用百分制。

3、課程考核成績構成

學期總成績=作業成績×30%+考勤成績×30%+期末測試成績×40%；