第一篇：金屬材料的基本知識(shí)及性能

材料與工藝

第二章 金屬材料

第二章

金屬材料

2.1、金屬材料的基本知識(shí)

一、金屬材料的主要性能

材料的性能直接影響到（材料加工成）產(chǎn)品的質(zhì)量、壽命和加工成本，它是產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)選材與擬定加工工藝方案的重要依據(jù)。

金屬的性能分：使用性能（機(jī)械性能、物理和化學(xué)性能等）、加工工藝性能（鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能、切削性能等）。

1、金屬材料的機(jī)械性能

金屬材料的機(jī)械性能時(shí)指：金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來(lái)的變形和抗變形特性，是材料抵抗外力作用的性能。故又稱(chēng)力學(xué)性能。它是金屬材料的主要性能指標(biāo)，是評(píng)價(jià)材料質(zhì)量的重要參數(shù)，也是選用材料的主要依據(jù)。

1）、靜載荷下金屬材料的機(jī)械性能：在緩慢加載條件下測(cè)得的金屬材料抗變形和抗斷裂的能力，稱(chēng)為金屬材料的靜力強(qiáng)度。有：拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、扭曲強(qiáng)度。通常以拉伸強(qiáng)度為最基本的強(qiáng)度值。? 彈性：拉伸曲線上OE段是一條直線，表明變形與拉力成正比，試樣受力產(chǎn)生變形，在外力去除后迅速恢復(fù)原來(lái)的形狀和尺寸。

為材料的彈性極限，單位為Mpa；

為材料的彈性極限載荷，單位為N；Fo為試樣的原始橫截面面積，單位為mm2。

? 剛度：材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力稱(chēng)為剛度。

E為彈性模量，相當(dāng)于直線OE的斜率，單位為Mpa，為應(yīng)力，為單位長(zhǎng)度的變形量。E越大，表示材料的剛度越好，材料抵抗變形的能力越大，在一定的范圍內(nèi)材料的

退火低碳鋼的拉伸圖

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彈性變形就越小。

? 塑性：金屬材料產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力。塑性變形是指材料在受力超過(guò)彈性極限直到斷裂前所產(chǎn)生的變形，是不能完全恢復(fù)到原始尺寸的變形。分析拉伸圖的ES段曲線，屈服現(xiàn)象。

? 強(qiáng)度：在外力作用下，金屬材料抵抗變形和斷裂的能力。工程上最常用的是：屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度：

為屈服極限，單位為Mpa，Ps為屈服載荷，F(xiàn)o為原始斷面面積?？估瓘?qiáng)度：

為抗拉強(qiáng)度，單位為Mpa，Pb為最大載荷，F(xiàn)o為原始斷面面積。

? 硬度：是金屬材料抵抗外物壓入的能力，也是材料抵抗局部變形的能力，是衡量材料軟硬的性能指標(biāo)。有三種測(cè)量方法：布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度（略）。

2）、動(dòng)載荷下金屬材料的機(jī)械性能：

一般來(lái)說(shuō)，隨著載荷速度的增加，材料的塑性下降，脆性增大，因此，通常不能簡(jiǎn)單地用靜態(tài)載荷的機(jī)械性能指標(biāo)來(lái)衡量材料。在工程上，沖擊載荷是一類(lèi)重要的動(dòng)載荷形式，常用沖擊韌性或沖擊強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)材料抵抗沖擊載荷能力的指標(biāo)。3）、交變載荷下金屬材料的機(jī)械性能：

常用疲勞強(qiáng)度來(lái)表示材料在交變載荷下的性能指標(biāo)。疲勞強(qiáng)度：材料或構(gòu)件在無(wú)數(shù)次重復(fù)交變載荷作用下而不致引起斷裂的最大應(yīng)力。

國(guó)家規(guī)定：鋼材經(jīng)受106~107次，有色金屬經(jīng)受107~108次循環(huán)而不發(fā)生疲勞斷裂的最大應(yīng)力，即為該材料的疲勞強(qiáng)度。

2、金屬材料的物理和化學(xué)性能

1）、物理性能：比重、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、熱膨脹性和磁性（鐵磁性材料、順磁性材料、抗磁性材料）等。

2）、化學(xué)性能：抵抗腐蝕和抗氧化性。

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3、金屬材料的工藝性能

工藝性能：材料適應(yīng)各種加工和工藝處理要求的能力。

加工工藝性能：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能、切削性能。如鑄造性能包含：液體的流動(dòng)性、冷卻時(shí)的收縮、結(jié)晶時(shí)的偏析等。

二、金屬及合金的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶

金屬材料是金屬及其合金的總稱(chēng)。各種金屬材料的性能于其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的特征有著直接的內(nèi)在聯(lián)系。

1、金屬的結(jié)構(gòu)和合金 1）、金屬的晶體結(jié)構(gòu)

體心立方晶格：（鉻、鉬、鎢、釩等）

面心立方晶格：（鋁、銅、鎳、鉛）質(zhì)地軟、延展性好、塑性好 密排六方晶格：（鈹、鎂、鋅、鎘）

2）、結(jié)晶的過(guò)程

結(jié)晶：金屬及其合金從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)并形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)的過(guò)程。

結(jié)晶的過(guò)程：晶核

長(zhǎng)大

晶粒的粗細(xì)影響到金屬材料的各種性能，晶粒越細(xì)，則金屬的強(qiáng)度越高，綜合性能越好。

3）、金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：因溫度的變化出現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。（體心、面心、密排）

2、合金的結(jié)構(gòu)

? 合金的概念：以一種金屬為基礎(chǔ)，加入一種或多種金屬或非金屬元素，經(jīng)過(guò)熔合而組成的具有金屬特性的材料。? 合金的結(jié)構(gòu)：

? 固溶體：合金由液態(tài)結(jié)晶為固態(tài)時(shí)，由于各組元之間相互溶解而形成的一種成分

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和性質(zhì)均勻的新晶體。

? 金屬化合物：固液合金中，由于各組元之間相互作用而形成的一種具有特殊晶格和明顯金屬特征的物質(zhì)。

? 機(jī)械混合物：由純金屬、固溶體、金屬化合物混合而成。

3、鐵碳合金的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)圖

以鐵為基礎(chǔ)，由鐵和碳兩個(gè)組元組成的合金為鐵碳合金。1）、鐵碳合金的基本組織

? 鐵素體：碳在α-Fe中的固溶體稱(chēng)為鐵素體，又稱(chēng)α固溶體，體心立方晶格，于工業(yè)純鐵接近，因此很少單獨(dú)作為工程材料使用，而是鋼的基本相。

? 奧氏體：碳在γ-Fe中的固溶體稱(chēng)為奧氏體，又稱(chēng)γ固溶體，面心立方晶格，穩(wěn)定的奧氏體只存在于723度以上的高溫合金中。含碳量高，具有一定的強(qiáng)度和硬度，塑性也很好，適合壓力加工成型。

? 滲碳體：是由鐵和6.67%的碳形成的金屬化合物，分子式為Fe3C。晶格復(fù)雜，硬而脆，是鐵碳合金的重要強(qiáng)化相，是一個(gè)亞穩(wěn)定化合物，在一定條件下可分解為鐵素體和石墨。

? 珠光體：鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。珠光體組織致密，具有較高的強(qiáng)度、硬度和一定的塑性和韌性，是鐵碳合金的重要組織。? 萊氏體：奧氏體和滲碳體的機(jī)械混合物。2）、鐵碳合金狀態(tài)圖

合金狀態(tài)圖又稱(chēng)為合金相圖，是表示平衡狀態(tài)下，合金相或組織的組成與溫度、成分之間關(guān)系的圖形。

（分析和解釋鐵碳合金相圖）

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三、鋼的熱處理

鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)下通過(guò)適當(dāng)?shù)募訜?、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而獲得所需要性能的一種加工工藝方法。

熱處理工藝的主要過(guò)程就是：加熱、保溫和冷卻，其中溫度、保溫時(shí)間、冷卻速度是影響熱處理效果的最主要因素。

（簡(jiǎn)述熱處理原理）常用熱處理方法有：

退火正火普通熱處理淬火回火熱處理表面熱處理形變熱處理表面淬火化學(xué)熱處理

普通熱處理加熱、冷卻過(guò)程示意圖

1、退火：是把鋼加熱到高于或低于臨界溫度，經(jīng)保溫、緩冷；從而得到接近于平衡狀態(tài)組織的一種熱處理工藝。

作用：軟化組織；降低硬度；消除冷熱加工的殘余應(yīng)力；均勻組織；改善加工性能。

? 完全退火：把鋼加熱到臨界溫度以上20~60度，經(jīng)保溫后隨爐冷卻至600度以下，再空冷。

? 球化退火：把含碳量在0.77~2.11%的過(guò)共析鋼加熱到Ac1以上20~40度，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間保溫，然后隨爐緩慢冷卻或快速冷卻至Ar1以下20度左右，進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變，使網(wǎng)狀和片狀滲碳體轉(zhuǎn)變成球狀。? 去應(yīng)力退火：以緩慢速度將鋼加熱到A1以下，并保持一定時(shí)間，然后再緩慢冷卻至室溫。

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2、正火：也稱(chēng)?；蛘；?。是把鋼加熱到Ac3以上50~100度，并適當(dāng)保溫后在空氣中進(jìn)行冷卻的熱處理工藝。

3、淬火：將鋼加熱到Ac1或Ac3以上30~50度，保溫后，根據(jù)鋼的化學(xué)成分，選用油、水或鹽水等介質(zhì)，進(jìn)行加速冷卻，從而得到馬氏體（碳在鐵素體中的過(guò)飽和固溶體）組織的一種熱處理工藝。

4、回火：將淬火后的鋼重新加熱到低于A1的溫度，保溫后再冷卻下來(lái)的一種熱處理工藝。

表面熱處理：

1、表面淬火：將工件表面有限深度范圍加熱到相變臨界點(diǎn)以上，然后迅速冷卻，使工件表面形成一定厚度淬硬層的一種熱處理工藝。有：感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火

2、表面化學(xué)熱處理：將工件放入一定的介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)分解出的某些元素的活性原子滲入到工件表層，從而改變表面層的化學(xué)成分和組織性能的熱處理方法。有：滲碳、滲氮、碳氮共滲

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2.2 鋼鐵材料

一、鋼鐵材料的生產(chǎn)

1、鋼鐵的生產(chǎn) ? 生鐵的冶煉

? 煉綱（轉(zhuǎn)爐煉綱、平爐煉綱、電爐煉綱）? 軋鋼

冷扎：適用塑性好、尺寸小的線材、薄板

熱扎：適用扎制較大斷面尺寸、塑性差或要求變形量大的材料

2、鋼材的品種和用途

主要有：型材、板材、管材、線材四大類(lèi)。

? 型材：圓鋼（圓釘、螺絲、鋼絲、焊條等）、方鋼、扁鋼、角鋼（等邊和不等邊）、六角和八角鋼、工字鋼、槽鋼等。? 板材：

? 厚鋼板：厚度在4.5~60mm，寬度在600~3000mm，長(zhǎng)度在1200~12000mm ? 薄鋼板：厚度在0.2~4mm，寬度在500~1500mm，長(zhǎng)度在500~4000mm，通常有普通碳素鋼薄板（也稱(chēng)黑鐵皮）、普通低合金鋼薄板、屋面薄板、鍍鋅薄板（也稱(chēng)白鐵皮）、電工用純鐵薄板、深沖壓用冷扎薄板、鍍鉛薄板、鍍錫薄板（馬口鐵）、搪瓷用熱扎薄板、不銹鋼耐酸薄板等

鋼帶：熱扎厚度在2~6mm，寬度在20~300mm，長(zhǎng)度不小于4~6mm；冷扎厚度在0.05~3.00mm，寬度在5~200mm。? 鋼管：

無(wú)逢鋼管：常為圓形，也有方形、矩形、半圓形、六角形、橢圓形等異形。焊逢鋼管：有直逢和螺旋焊逢，是主要的鋼管生產(chǎn)方式，成本低。? 鋼絲：普通鋼絲、電工用鋼絲、紡織用鋼絲、彈簧鋼絲、鋼繩鋼絲等。

二、碳鋼

含碳量在2.11%以下的鐵碳合金，又稱(chēng)碳素鋼。

主要成分：鐵、碳，含有少量的硫、磷、硅、錳。加工容易、價(jià)格低廉，用途廣泛。

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常分為：

低碳鋼：碳含量在0.08~0.25%，塑性好，多用于焊接、沖壓等。

中碳鋼：碳含量在0.25~0.60%，具有一定的強(qiáng)度和韌性，常用作結(jié)構(gòu)零件。高碳鋼：碳含量在0.60~1.40%，硬度高，多用作量具、工具和模具等。

三、合金鋼

為了更好地改善鋼的結(jié)構(gòu)性能，在鋼的冶煉過(guò)程中，加入某些合金元素，這類(lèi)鋼為合金鋼。生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高，具有特殊的使用用途。

常有：合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊用途鋼等。

四、鑄鐵

是指含碳量在2.5~4.0%之間的一種鐵碳合金。鑄鐵的分類(lèi)：

? 灰口鑄鐵：石墨呈片狀，強(qiáng)度低塑性差。HT15-

33、HT20-40（抗拉、抗彎強(qiáng)度）? 球墨鑄鐵：石墨呈球狀，有較高的強(qiáng)度和塑性。QT ? 可鍛鑄鐵：石墨呈團(tuán)絮狀，有一定的強(qiáng)韌性，實(shí)際上不可鍛造，KT ? 蠕墨鑄鐵：石墨呈蠕蟲(chóng)狀，處于研究階段。

其它合金（加入合金元素）鑄鐵：耐磨鑄鐵、耐熱鑄鐵、耐蝕鑄鐵等。

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2.3 鋁及鋁合金

鋁及鋁合金是工業(yè)中用量最大的有色金屬材料，在自然界中分布極廣，是地殼中儲(chǔ)量最豐富的元素之一。

一、純鋁

純鋁是一種銀白色的輕金屬，比重小，導(dǎo)電性好，耐蝕性強(qiáng)；它為面心立方結(jié)構(gòu)，因而塑性好，易冷熱成型，便于切削加工，可以制成各種形狀的型材。純鋁的鑄造性能很差，收縮率大，易出現(xiàn)氣孔、縮松、夾渣、裂縫等缺陷。

純鋁按純度分為高純鋁和工業(yè)純鋁，高純鋁的牌號(hào)為：L01~L04四種，編號(hào)越大純度越高；工業(yè)純鋁分為：L1~L5五種，編號(hào)越大純度越低。

二、鋁合金

工業(yè)純鋁的硬度和強(qiáng)度都很低，通常使用的大都是鋁合金，鋁合金按其工藝特點(diǎn)分為：鑄造鋁合金和變形鋁合金

1、鑄造鋁合金

鑄造鋁合金又稱(chēng)為生鋁合金，目前常用的有：Al-Si、Al-Cu、Al-Mg、Al-Zn四個(gè)系列，其中以Al-Si合金為最常見(jiàn)。鑄造鋁合金的牌號(hào)用“ZL”來(lái)表示，例如：ZL101，第一位數(shù)字表示鋁合金的類(lèi)別，“1”表示Al-Si、“2”表示Al-Cu、“3”表示Al-Mg、“4”表示Al-Zn。

鋁硅合金：俗稱(chēng)硅鋁明，低熔點(diǎn)，鑄造性能好（流動(dòng)性好、致密性較高、線收縮小、不宜產(chǎn)生鑄造裂紋）、較低的比重、較高的耐蝕性，適宜鑄造較大型的鑄件，如：內(nèi)燃機(jī)活塞、汽缸體、風(fēng)扇葉、電機(jī)、儀表的外客等。

鋁銅合金：可通過(guò)熱處理來(lái)提高其強(qiáng)度、鑄造性能好，加入Ni、Mn等元素可提高其耐熱性，具有很好的塑性。

鋁鎂合金：具有良好的耐蝕性。（可用來(lái)制造在腐蝕介質(zhì)中工作的鑄造）鋁鋅合金：強(qiáng)度高，價(jià)格較低，常用來(lái)制造醫(yī)療器械、儀表零件、日常用品等。

2、變形鋁合金

經(jīng)熱加工變形后，以鍛坯、型材、板材等形式供應(yīng)的鋁合金。主要有： LF——防銹鋁合金，又稱(chēng)防銹鋁；

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LY——硬鋁合金，簡(jiǎn)稱(chēng)硬鋁； LC——超硬鋁合金，簡(jiǎn)稱(chēng)超硬鋁； LD——鍛鋁合金，簡(jiǎn)稱(chēng)鍛鋁。

? 防銹鋁合金：有鋁錳和鋁鎂兩類(lèi)，常用牌號(hào)LF21、LF2、LF3、LF5、LF6、LF11等，其中LF21為鋁錳合金，其余為鋁鎂合金。防銹鋁合金具有：耐腐蝕性好，強(qiáng)度、硬度較高，良好的塑性和可焊性，能承受彎曲、沖壓等變形工藝?？芍谱髟诟g介質(zhì)環(huán)境中工作的容器、殼體及管道等。

? 硬鋁合金：又稱(chēng)為杜拉鋁，以銅、鎂、錳為合金元素，既能承受加工變形，又能通過(guò)熱處理得到強(qiáng)化，耐腐蝕性較差。

? 超硬鋁合金：耐熱性和耐腐蝕性較差，常用包鋁法來(lái)防護(hù)，是航空工業(yè)的重要結(jié)構(gòu)材料。

? 鍛鋁合金：具有良好的壓力加工的性能，在常溫下具有較高的強(qiáng)度。

三、鋁材

鋁及鋁合金經(jīng)過(guò)壓力加工具有一定的形狀及尺寸后，可供直接使用或再加工使用的半成品，稱(chēng)之為鋁材。? 板材：分熱扎板和冷扎板。

? 管材：其規(guī)格用“外徑*壁厚”表示；分薄壁管（拉制）和厚壁管（擠制）兩類(lèi)；薄壁管的外徑為6~120mm，壁厚不大于5mm；厚壁管的外徑為25~185mm，壁厚大于5mm。

? 棒材：擠壓制品，其規(guī)格用直徑表示。

? 型材：擠壓制品，種類(lèi)繁多，常以截面形狀區(qū)分。? 線材：分為導(dǎo)線、焊條線和鉚釘線三種。

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2.4 其它金屬材料

1、銅及銅合金

銅及銅合金是人類(lèi)應(yīng)用最早的一種有色金屬，具有良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗大氣腐蝕能力，又一定的機(jī)械性能和良好的加工工藝性能，色澤美觀，又很好的裝飾效果。1）純銅：為玫瑰紅色金屬，表面氧化后呈姿紫色，所以常稱(chēng)紫銅。導(dǎo)電性極好，抗磁性好，導(dǎo)熱性能良好，因此是電氣工業(yè)和散熱設(shè)備的主要材料。不宜作結(jié)構(gòu)材料（鑄造性能差）。常用T1、T2、T3、T4表示，數(shù)字越大純度越低。2）銅合金：銅合金種類(lèi)很多，通常有：黃銅、青銅和白銅三大類(lèi)。

? 黃銅：以鋅為主要合金元素。有良好的機(jī)械性能、耐腐蝕性能和工藝性能，價(jià)格也較低，因此廣泛用于機(jī)械零件、電器元件和生活用品上。

? 青銅：以錫為主要合金元素，又稱(chēng)為錫青銅。（不論在潮濕的空氣中、高壓過(guò)熱蒸汽或海水中）有較強(qiáng)的耐腐蝕能力和耐磨性。

? 白銅：以鎳為主要合金元素。有極高的電阻和熱電勢(shì)，非常小的電阻溫度系數(shù)，并耐蝕性好，是制造精密電工測(cè)量?jī)x器、變阻器、熱電偶及電熱器不可缺少的材料。

2、粉末合金：不經(jīng)熔煉和鑄造，而用金屬粉末或金屬與非金屬粉末作原料，用壓制和燒結(jié)的工藝方法，直接在模具中制成的合金。這種生產(chǎn)方法稱(chēng)為粉末冶金，是二十世紀(jì)初發(fā)展起來(lái)的一種生產(chǎn)金屬材料的新工藝，它不僅可以制造硬度和熱硬性很高的硬質(zhì)合金，還可制造減磨材料及制品，能生產(chǎn)出普通冶金方法難以生產(chǎn)的特殊金屬材料，但在工藝上還有一定的限制，有待進(jìn)一步研究和發(fā)展。

3、鈦及鈦合金

純鈦是銀白色的輕金屬，具有優(yōu)良的耐蝕性和耐熱性，在大氣和海水中不受腐蝕、穩(wěn)定性好、抗氧化性強(qiáng)，并具有一定的強(qiáng)度和較高的塑性，易于加工成型。是航空和國(guó)防工業(yè)的重要金屬材料。

鈦合金是以鈦為基加入適量的鉻、錳、鐵、釩、鋁和鉬等形成的多元合金。主要用于制造飛機(jī)外殼、航空工業(yè)材料、宇航工業(yè)材料、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等。

第二篇：鉭金屬的結(jié)構(gòu)與性能研究

鉭金屬的結(jié)構(gòu)與性能研究

摘 要：鉭是電子工業(yè)和空間技術(shù)發(fā)展不可缺少的戰(zhàn)略原料，鉭以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，在骨科醫(yī)學(xué)、電子工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和冶金工業(yè)有很大的應(yīng)用。這篇論文主要介紹鉭金屬的資源、鉭金屬的制備和鉭金屬的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)及其應(yīng)用。

關(guān)鍵字：鉭金屬；戰(zhàn)略原料；資源；制備；結(jié)構(gòu)；應(yīng)用

0 引言

鉭是由瑞典化學(xué)家?？素惱镌?802年發(fā)現(xiàn)的，按希臘神話人物Tantalus（坦塔羅斯）的名字命名tantalum。1903年德國(guó)化學(xué)家博爾頓（W.von Bolton)首次制備了塑性金屬鉭,用作燈絲材料。1940年大容量的鉭電容器出現(xiàn)，并在軍用通信中廣泛應(yīng)用。第二次世界大戰(zhàn)期間，鉭的需要量劇增。50年代以后，由于鉭在電容器、高溫合金、化工和原子能工業(yè)中的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，需要量逐年上升，促進(jìn)了鉭的提取工藝的研究和生產(chǎn)的發(fā)展。中國(guó)于60年代初期建立了鉭的冶金工業(yè)。美國(guó)是鉭消費(fèi)量最大的國(guó)家，1997年消費(fèi)量達(dá)500噸，其中60%用于生產(chǎn)鉭電容器。日本是鉭消費(fèi)的第二大國(guó)，消費(fèi)量為334噸。21世紀(jì)初，隨著電容器生產(chǎn)的發(fā)展迅速，市場(chǎng)供不應(yīng)求。預(yù)計(jì)，世界鉭電容器的生產(chǎn)量達(dá)2.50億件，需消費(fèi)鉭1000噸。據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局的統(tǒng)計(jì)，世界鉭探明儲(chǔ)量14000噸。其中，澳大利亞4500噸、尼日利亞3200噸、民主剛果1800噸、加拿大1800噸、巴西1400噸。中國(guó)資源量，主要分布在江西、福建、新疆、廣西、湖南等省。從未來(lái)發(fā)展的需求看，電容器仍是鉭的主要應(yīng)用領(lǐng)域。如果按儲(chǔ)量基礎(chǔ)24000噸計(jì)算，也只能保證24年的需求。盡管如此，鉭資源的前景仍然是看好的。首先，在世界十分豐富的鈮礦床中，伴生有大量的鉭資源。其中，格陵蘭南部加達(dá)爾鈮、鉭礦的鉭資源量就達(dá)100萬(wàn)噸。其次，西方已開(kāi)始利用含Ta2O53%以下的大量錫爐渣。此外，代用品的研究和利用也有了很快的發(fā)展，如鋁和陶瓷在電容器領(lǐng)域代替鉭；硅、鍺、銫可在電子儀器用途上，代替鉭制造整流器等。

在鄭州大學(xué)先進(jìn)靶材料實(shí)驗(yàn)室的李慶奎老師的團(tuán)隊(duì)主要做的是高純鉭金屬靶材，做出的金屬靶材通過(guò)磁控濺射等工藝形成的薄膜廣泛應(yīng)用于電子信息產(chǎn)業(yè)。為了更深層次的探究談金屬，我對(duì)鉭金屬的資源、制備、結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用進(jìn)行了探究。鉭金屬的資源

資源鉭和鈮的物理化學(xué)性質(zhì)相似，因此共生于自然界的礦物中。劃分鉭礦或鈮礦主要是根據(jù)礦物中鉭和鈮的含量。鉭鈮礦物的賦存形式和化學(xué)成分復(fù)雜,其中除鉭、鈮外，往往還含有稀土金屬、鈦、鋯、鎢、鈾、釷和錫等。鉭的主要礦物有：鉭鐵礦[(Fe,Mn)(Ta,Nb)2O6]、重鉭鐵礦、細(xì)晶石和黑稀金礦等。煉錫的廢渣中含有鉭，也是鉭的重要資源。已查明世界的鉭儲(chǔ)量(以鉭計(jì))約為134000短噸，扎伊爾占首位。1979年世界鉭礦物的產(chǎn)量(以鉭計(jì))為 788短噸(1短噸＝907.2公斤)。中國(guó)從含鉭比較低的礦物中提取鉭的工藝，并且取得了巨大的成就。鉭金屬的制備

冶煉方法：鉭鈮礦中常伴有多種金屬，鉭冶煉的主要步驟是分解精礦，凈化和分離鉭、鈮，以制取鉭、鈮的純化合物，最后制取金屬。礦石分解可采用氫氟酸分解法、氫氧化鈉熔融法和氯化法等。鉭鈮分離可采用溶劑萃取法〔常用的萃取劑為甲基異丁基銅(MIBK)、磷酸三丁酯(TBP)、仲辛醇和乙酰胺等〕、分步結(jié)晶法和離子交換法。分離：首先將鉭鈮鐵礦的精礦用氫氟酸和硫酸分解鉭和鈮呈氟鉭酸和氟鈮酸溶于浸出液中，同時(shí)鐵、錳、鈦、鎢、硅等伴生元素也溶于浸出液中，形成成分很復(fù)雜的強(qiáng)酸性溶液。鉭鈮浸出液用甲基異丁基酮萃取鉭鈮同時(shí)萃入有機(jī)相中,用硫酸溶液洗滌有機(jī)相中的微量雜質(zhì)，得到純的含鉭鈮的有機(jī)相洗液和萃余液合并,其中含有微量鉭鈮和雜質(zhì)元素，是強(qiáng)酸性溶液，可綜合回收。純的含鉭鈮的有機(jī)相用稀硫酸溶液反萃取鈮得到含鉭的有機(jī)相。鈮和少量的鉭進(jìn)入水溶液相中然后再用甲基異丁基酮萃取其中的鉭,得到純的含鈮溶液。純的含鉭的有機(jī)相用水反萃取就得到純的含鉭溶液。反萃取鉭后的有機(jī)相返回萃取循環(huán)使用。純的氟鉭酸溶液或純的氟鈮酸溶液同氟化鉀或氯化鉀反應(yīng)分別生成氟鉭酸鉀(K2TaF7)和氟鈮酸鉀(K2NbF7)結(jié)晶，也可與氫氧化銨反應(yīng)生成氫氧化鉭或氫氧化鈮沉淀。鉭或鈮的氫氧化物在900～1000℃下煅燒生成鉭或鈮的氧化物。

鉭的制?。孩俳饘巽g粉可采用金屬熱還原（鈉熱還原）法制取。

在惰性氣氛下用金屬鈉還原氟鉭酸鉀：K2TaF7+5Na─→Ta+5NaF+2KF。反應(yīng)在不銹鋼罐中進(jìn)行，溫度加熱到900℃時(shí),還原反應(yīng)迅速完成。此法制取的鉭粉，粒形不規(guī)則，粒度細(xì)，適用于制作鉭電容器。金屬鉭粉亦可用熔鹽電解法制?。河梅g酸鉀、氟化鉀和氯化鉀混合物的熔鹽做電解質(zhì)把五氧化二鉭(Ta2O5)溶于其中，在750℃下電解,可得到純度為99.8～99.9%的鉭粉。②用碳熱還原Ta2O5亦可得到金屬鉭。還原一般分兩步進(jìn)行:首先將一定配比的Ta2O5和碳的混合物在氫氣氛中于1800～2000℃下制成碳化鉭(TaC)，然后再將TaC和Ta2O5按一定配比制成混合物真空還原成金屬鉭。金屬鉭還可采用熱分解或氫還原鉭的氯化物的方法制取。致密的金屬鉭可用真空電弧、電子束、等離子束熔煉或粉末冶金法制備。高純度鉭單晶用無(wú)坩堝電子束區(qū)域熔煉法制取。鉭金屬的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

晶體結(jié)構(gòu)：晶胞為體心立方晶胞，每個(gè)晶胞含有2個(gè)金屬原子。晶胞參數(shù)： a=330.13pm，b=330.13pm，c=330.13pm，α= 90°，β = 90°，γ = 90°，莫氏硬度：6.5，熔點(diǎn)：2996℃。鉭的質(zhì)地十分堅(jiān)硬，硬度可以達(dá)到6-6.5。它的熔點(diǎn)高達(dá)2996℃，僅次于碳，鎢，錸和鋨，位居第五。鉭富有延展性，可以拉成細(xì)絲式制薄箔。其熱膨脹系數(shù)很小，每升高一攝氏度只膨脹百萬(wàn)分之六點(diǎn)六。除此之外，它的韌性很強(qiáng)，比銅還要優(yōu)異。

物理性質(zhì)：質(zhì)地十分堅(jiān)硬、富有延展性?；瘜W(xué)性質(zhì)：鉭還有非常出色的化學(xué)性質(zhì)，具有極高的抗腐蝕性，無(wú)論是在冷和熱的條件下，對(duì)鹽酸、濃硝酸及“王水”都不反應(yīng)。但鉭在熱的濃硫酸中能被腐蝕，在150℃以下，鉭不會(huì)被濃硫酸腐蝕，只有在高于此溫度才會(huì)有反應(yīng)，在175度的濃硫酸中1年，被腐蝕的厚度為0.0004毫米，將鉭放入200℃的硫酸中浸泡一年，表層僅損傷0.006毫米。在250度時(shí)，腐蝕速度有所增加，為每年被腐蝕的厚度為SDS毫米，在300度時(shí)，被腐蝕的速度則更加快，浸泡1年，表面被腐蝕1.368毫米。在發(fā)煙硫酸（含15%的SO3）腐蝕速度比濃硫酸中更加嚴(yán)重，在130度的該溶液里浸泡1年，表面被腐蝕的厚度為15.6毫米。鉭在高溫下也會(huì)被磷酸腐蝕，但該反應(yīng)一般在150度以上才發(fā)生，在250度的85%的磷酸中，浸泡1年SS，表面被腐蝕20毫米，另外，鉭在

氫氟酸和硝酸的混酸中能迅速溶解，在氫氟酸中也能被溶解。但是鉭更害怕強(qiáng)堿，在110度40%濃度的燒堿溶液里，鉭會(huì)被迅速溶解，在同樣濃度的氫氧化鉀溶液中，只要100度就會(huì)被迅速溶解。除上面所述情況外，一般的無(wú)機(jī)鹽在150度以下一般不能腐蝕鉭。實(shí)驗(yàn)證明，鉭在常溫下，對(duì)堿溶液、氯氣、溴水、稀硫酸以及其他許多藥劑均不起作用，僅在氫氟酸和熱濃硫酸作用下有所反應(yīng)。這樣的情況在金屬中是比F較罕見(jiàn)的。元素用途

鉭在酸性電解液中形成穩(wěn)定的陽(yáng)極氧化膜，用鉭制成的電解電容器，具有容量大、體積小和可靠性好等優(yōu)點(diǎn)，制電容器是鉭的最重要用途，70年代末的用量占鉭總用2/3以上。鉭也是制作電子發(fā)射管、高功率電子管零件的材料。鉭制的抗腐蝕設(shè)備用于生產(chǎn)強(qiáng)酸、溴、氨等化學(xué)工業(yè)。金屬鉭可作飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室的結(jié)構(gòu)材料。鉭鎢、鉭鎢鉿、鉭鉿合金用作火箭、導(dǎo)彈和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的耐熱高強(qiáng)材料以及控制和調(diào)節(jié)裝備的零件等。鉭易加工成形，在高溫真空爐中作支撐附件、熱屏蔽、加熱器和散熱片等。鉭可作骨科和外科手術(shù)材料。碳化鉭用在250℃于制造硬質(zhì)合金。鉭的硼化物、硅化物和氮化物及其合金用作原子能工業(yè)中的釋熱元件和液態(tài)金屬包套材料。氧化鉭用于制造高級(jí)光學(xué)玻璃和催化劑。1981年鉭在美國(guó)各部門(mén)的消費(fèi)比例約為:電子元件73%,機(jī)械工業(yè)19%，交通運(yùn)輸6%，其他2%。性質(zhì)用途

鉭的線脹系數(shù)在0～100℃之間為6.5×10-6K-1，超導(dǎo)轉(zhuǎn)變臨界溫度為4.38K,原子的熱中子吸收截面為21.3靶恩。

在低于150℃的條件下鉭是化學(xué)性質(zhì)最穩(wěn)定的金屬之一。與鉭能起反應(yīng)的只有氟、氫氟酸、含氟離子的酸性溶液和三氧化硫。在室溫下與濃堿溶液反應(yīng)，并且溶于熔融堿中。致密的鉭在200℃開(kāi)始輕微氧化，在280℃時(shí)明顯氧化。鉭有多種氧化物，最穩(wěn)定的是五氧化二鉭(Ta2O5)。

鉭和氫以上生成脆性固溶體和金屬氫化物如:Ta2H,TaH,TaH2,TaH3。在800～1200℃的真空下，氫從鉭中析出鉭又恢復(fù)塑性。鉭和氮在300℃左右開(kāi)始反應(yīng)生成固溶體和氮化合物；在高于2000℃和高真空下，被吸收的氮又從鉭中析出。鉭與碳在高于2800℃下以三種物相存在:碳鉭固溶體、低價(jià)碳化物和高價(jià)碳化物。鉭在室溫下能與氟反應(yīng),在高于250℃時(shí)能與其他鹵素反應(yīng)，生成鹵化物。

[2]楊鑄生，段惠敏，王秀京.四川攀西地區(qū)鈮鉭礦床的地質(zhì)特征及找礦方向[J].四川地質(zhì)學(xué)報(bào).2007(04)[3]鄢明才，遲清華等.中國(guó)不同巖石類(lèi)型花崗巖類(lèi)元素豐度及特征[J].物探化探計(jì)算技術(shù).Liang Peng(Henan Industrial Technology Research Institute of Resources and Materies Zhengzhou University, Zhengzhou

450001 China)Abstract: Tantalum is indispensable strategic raw materials to electronic industry and space technology development.with its unique structure and properties ,tantalum in the orthopedic medical, electronic industry, chemical industry and metallurgical industry has a great application.This paper mainly introduces the preparation of tantalum metal resources, tantalum metal and the structure and properties of tantalum metal and its application.Keywords: tantalum metal;Strategic raw materials;Resources;Preparation;Structure;application 參考文獻(xiàn)

[1]陳寶泉.福建南平西坑鈮鉭礦區(qū)玉帝庵礦段含礦偉晶巖特征[J].福建地質(zhì).2008（03）

The Structure And Performance Study Of Tantalum Metal

第三篇：金屬基復(fù)合材料的種類(lèi)與性能

金屬基復(fù)合材料的種類(lèi)與性能

摘要：金屬基復(fù)合材料科學(xué)是一門(mén)相對(duì)較新的材料科學(xué)，僅有40余年的發(fā)展歷史。金屬基復(fù)合材料的發(fā)展與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)，特備是航天、航空、電子、汽車(chē)以及先進(jìn)武器系統(tǒng)的迅速發(fā)展對(duì)材料提出了日益增高的性能要求，除了要求材料具有一些特殊的性能外，還要具有優(yōu)良的綜合性能，有力地促進(jìn)了先進(jìn)復(fù)合材料的迅速發(fā)展。單一的金屬、陶瓷、高分子等工程材料均難以滿足這些迅速增長(zhǎng)的性能要求。金屬基復(fù)合材料正是為了滿足上述要求而誕生的。

關(guān)鍵詞：金屬；金屬基復(fù)合材料；種類(lèi)；性能特征；用途 1.金屬基復(fù)合材料的分類(lèi) 1.1按 增強(qiáng)體類(lèi)型分

1.1.1顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料

顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料是指彌散的增強(qiáng)相以顆粒的形式存在，其顆粒直徑和顆粒間距較大，一般大于1μm。

1.1.2層狀復(fù)合材料

這種復(fù)合材料是指在韌性和成型性較好的金屬基 材料中含有重復(fù)排列的高強(qiáng)度、高模量片層狀 增強(qiáng)物的復(fù)合材料。片曾的間距是微觀的，所以在正常比例下，材料按其結(jié)構(gòu)組元看，可以認(rèn)為是各向異性的和均勻的。

層狀復(fù)合材料的強(qiáng)度和大尺寸增強(qiáng)物的性能比較接近，而與晶須或纖維類(lèi)小尺寸增強(qiáng)物的性能差別較大。因?yàn)樵鰪?qiáng)物薄片在二維 方向上的尺寸相當(dāng)于結(jié)構(gòu)件的大小，因此增強(qiáng)物中的缺陷可以成為長(zhǎng)度和構(gòu)件相同的裂紋的核心。

由于薄片增強(qiáng)的強(qiáng)度不如纖維增強(qiáng)相高，因此層狀結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的強(qiáng)度受到了限制。然而，在增強(qiáng)平面的各個(gè)方向上，薄片增強(qiáng)物對(duì)強(qiáng)度和模量都有增強(qiáng)，這與纖維單向增強(qiáng)的復(fù)合材料相比具有明顯的優(yōu)越性。1.1.3纖維增強(qiáng)復(fù)合材料

金屬基復(fù)合材料中的一維增強(qiáng)體根據(jù)其長(zhǎng)度的不同可分為長(zhǎng)纖維、短纖維和晶須。長(zhǎng)纖維又叫 連續(xù)纖維，它對(duì)金屬基體的增強(qiáng)方式可以以單項(xiàng)纖維、二維織物和三維織物存在，前者增強(qiáng)的復(fù)合材料表現(xiàn)出明顯的各向異性特征，第二種材料在織物平面方向的力學(xué)性能與垂直該平面的方向不同，而后者的性能基本是個(gè)向同性的。連續(xù)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料是指以高性能的纖維為增強(qiáng)體，金屬或他們的合金為基體制成的復(fù)合材料。纖維是承受載荷的，纖維的加入不但大大改變了材料的力學(xué)性能，而且也提高了耐溫性能。

短纖維和晶須是比較隨機(jī)均勻地分散在金屬基體中，因而其性能在宏觀上是各向同性的；在特殊條件下，短纖維也可以定向排列，如對(duì)材料進(jìn)行二次加工（擠壓）就可達(dá)到。

當(dāng)韌性金屬基體用高強(qiáng)度脆性纖維增強(qiáng)時(shí)，基體的屈服和塑性流動(dòng)是復(fù)合材料性能的主要特征，但纖維對(duì)復(fù)合材料彈性模量的增強(qiáng)具有相當(dāng)大的作用。1.2按基體類(lèi)型分

主要有鋁基、鎂基、鋅基、銅基、鈦基、鎳基、耐熱金屬基、金屬間化合物基等復(fù)合材料。目前以鋁基、鎂基、鈦基、鎳基復(fù)合材料發(fā)展較為成熟，已在航天、航空、電子、汽車(chē)等工業(yè)中應(yīng)用。在這里主要介紹這幾種材料 1.2.1鋁基復(fù)合材料

這是在金屬基復(fù)合材料中應(yīng)用最廣的一種。由于鋁合金基體為面心立方結(jié)構(gòu)，因此具有良好的塑性和韌性，再加之它所具有的易加工性、工程可靠性及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，為其在工程上應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。再制造鋁基復(fù)合材料時(shí)通常并不是使用純鋁而是鋁合金。這主要是由于鋁合金具有更好的綜合性能。1.2.2鎳基復(fù)合材料

這種復(fù)合材料是以鎳及鎳合金為基體制造的。由于鎳的高溫性能優(yōu)良，因此這種復(fù)合材料主要是用于制作高溫下工作的零部件。人們研制鎳基復(fù)合材料的一個(gè)重要目的是希望用它來(lái)制造燃?xì)廨啓C(jī)的葉片，從而進(jìn)一步提高燃?xì)廨啓C(jī)的工作溫度。但目前由于制造工藝及可靠性等問(wèn)題尚未解決，所以還未能取得滿意的結(jié)果。1.2.3鈦基復(fù)合材料

鈦比任何其他的結(jié)構(gòu)材料具有更高的比強(qiáng)度。此外，鈦在中溫時(shí)比鋁合金能更好地保持其強(qiáng)度。因此，對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，當(dāng)速度從亞音速提高到超音速時(shí)，鈦 比鋁合金顯示出了更大的優(yōu)越性。隨著速度進(jìn)一步的加快，還需要改變飛機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用更細(xì)長(zhǎng)的機(jī)翼和其他翼型，為此需要高剛度的材料。而纖維增強(qiáng)鈦恰好可以滿足這種對(duì)材料剛度的要求。鈦 基 復(fù)合材料中最常用的增強(qiáng)體是硼纖維，這是由于鈦與硼的熱膨脹系數(shù)比較接近。1.2.4鎂 基 復(fù)合材料

以陶瓷顆粒、纖維或晶須作為增強(qiáng)體，可制成 鎂基 復(fù)合材料，集超輕、高比剛度、高比強(qiáng)度于一身，該類(lèi)材料比鋁基復(fù)合材料更輕，具有更高的比強(qiáng)度和比剛度，將使航空航天方面的優(yōu)選材料。1.3按用途分

1.3.1結(jié)構(gòu)復(fù)合材料

主要用作承力結(jié)構(gòu)，它基本上有增強(qiáng)體和基體組成，它具有高比強(qiáng)度、高比模量、尺寸穩(wěn)定、耐熱等特點(diǎn)。用于制造各種航天、航空、電子、汽車(chē)、先進(jìn)武器系統(tǒng)等高性能構(gòu)建。1.3.2功能復(fù)合材料

是指除力學(xué)性能外還有其他物理性能的復(fù)合材料，這些性能包括電、磁、熱、聲、力學(xué)（指阻尼、摩擦）等。該材料用于電子、儀器、汽車(chē)、航天、航空、武器等。

2.金屬基復(fù)合材料的性能特征

金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)體主要有纖維、晶須和顆粒，這些增強(qiáng)體主要是無(wú)機(jī)物（陶瓷）和金屬。無(wú)機(jī)纖維主要有碳纖維、硼纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、氮化硅纖維等。金屬纖維主要有鈹、鋼、不銹鋼和鎢纖維等。用于增強(qiáng)金屬?gòu)?fù)合材料的顆粒主要是無(wú)機(jī)非金屬顆粒，主要包括石墨、碳化硅、氧化鋁、碳化硅、碳化鈦、碳化硼等。

金屬基復(fù)合材料的性能取決于所選用金屬或合金基體和增強(qiáng)物的特性、含量、分布等。通過(guò)優(yōu)化組合可以既具有金屬特性，又具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐熱、耐磨等綜合性能。

其主要性能有以下幾點(diǎn)： 1.高比強(qiáng)度、比模量 2.導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好

3.熱膨脹系數(shù)小、尺寸穩(wěn)定性好 4.良好的高溫性能 5.良好的耐磨性

6.良好的斷裂韌性和抗疲勞性能 7.不吸潮、不老化、氣密性好 3.結(jié)束語(yǔ)

總之，金屬基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、比模量，良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性、耐磨性、高溫性能，較低的熱膨脹系數(shù)，高的尺寸穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，它在航天、航空、電子、汽車(chē)、輪船、先進(jìn)武器等方面均具有廣泛的應(yīng)用前景。

第四篇：Java程序性能調(diào)優(yōu)的基本知識(shí)和JDK調(diào)優(yōu)

一 基本知識(shí)

1.1 性能是什么

在性能調(diào)優(yōu)之前，我們首先來(lái)了解一下性能是什么？關(guān)于性能，我想每個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)Java的人都能列出幾點(diǎn)，甚至可以夸夸其談。在《Java TM Platform Performance》一書(shū)中，定義了如下五個(gè)方面來(lái)作為評(píng)判性能的標(biāo)準(zhǔn)：

1)運(yùn)算的性能——哪一個(gè)算法的執(zhí)行性能最好？

2)內(nèi)存的分配——程序運(yùn)行時(shí)需要耗費(fèi)多少內(nèi)存？

3)啟動(dòng)的時(shí)間——程序啟動(dòng)需要多長(zhǎng)時(shí)間？這在Web項(xiàng)目中的影響不大，但要注意部分程序需要部署或運(yùn)行在客戶端時(shí)的情形（比如applet程序）。

4)程序的可伸縮性——在壓力負(fù)載的情況下，程序的性能如何？

5)性能的感知——用戶在什么情況下會(huì)覺(jué)得程序的性能不好？

以上五個(gè)方面，在具體的使用場(chǎng)景可以有選擇的去評(píng)判。至于這五方面的性能調(diào)優(yōu)，在后續(xù)的章節(jié)中將會(huì)陸續(xù)的給以相應(yīng)的性能調(diào)優(yōu)策略。

1.2 調(diào)優(yōu)的規(guī)則

我們只需要關(guān)心對(duì)我們程序有影響，可以察覺(jué)到的性能問(wèn)題，而不是每一個(gè)類(lèi)中的每一個(gè)方法我們都需要想方設(shè)法的提高性能。如果程序的性能沒(méi)有達(dá)到我們所期 望的要求，我們才需要考慮如何優(yōu)化性能。同樣的，晦澀的代碼雖然提高了程序的性能，但同時(shí)可能帶給我們的是維護(hù)的噩夢(mèng)。我們需要折中的考慮以上兩種情況，使得程序的代碼是優(yōu)美的，并且運(yùn)行的足夠快，達(dá)到客戶所期望的性能要求。

優(yōu)化代碼甚至?xí)?dǎo)致不良的結(jié)果，Donald Knuth（一位比較牛比較有影響的人物，具體是誰(shuí)，我也忘了，誰(shuí)知道，可以告訴我一下，謝謝?。┰f(shuō)過(guò)，“Premature optimization is the root of all evil”。在開(kāi)始性能調(diào)優(yōu)前，需要先指出不優(yōu)化代碼的一些理由。

1)如果優(yōu)化的代碼已經(jīng)正常工作，優(yōu)化后可能會(huì)引入新的bug；

2)優(yōu)化代碼趨向于使代碼更難理解和維護(hù)；

3)在一個(gè)平臺(tái)上優(yōu)化的代碼，在另一個(gè)平臺(tái)上可能更糟；

4)花費(fèi)很多時(shí)間在代碼的優(yōu)化上，提高了很少的性能，卻導(dǎo)致了晦澀的代碼。確實(shí)，在優(yōu)化前，我們必須認(rèn)真的考慮是否值得去優(yōu)化。

1.3 調(diào)優(yōu)的步驟

一般我們提高應(yīng)用程序的性能劃分為以下幾個(gè)步驟：

1)明確應(yīng)用程序的性能指標(biāo)，怎樣才符合期望的性能需求；

2)在目標(biāo)平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試；

3)如果性能已經(jīng)達(dá)到性能指標(biāo)，Stop；

4)查找性能瓶頸；

5)修改性能瓶頸；

6)返回到第2步。

二 JDK調(diào)優(yōu)

2.1 選擇合適的JDK版本

不同版本的JDK，甚至不同廠家的JDK可能都存在著很大的差異，對(duì)于性能優(yōu)化的程度不同。一般來(lái)說(shuō)，盡可能選擇最新發(fā)布的穩(wěn)定的JDK版本。最新的穩(wěn)定的JDK版本相對(duì)以前的JDK版本都會(huì)做一些bug的修改和性能的優(yōu)化工作。

2.2 垃圾收集Java堆的優(yōu)化

垃圾收集就是自動(dòng)釋放不再被程序所使用的對(duì)象的過(guò)程。當(dāng)一個(gè)對(duì)象不再被程序所引用時(shí)，它所引用的堆空間可以被回收，以便被后續(xù)的新對(duì)象所使用。垃圾收集 器必須能夠斷定哪些對(duì)象是不再被引用的，并且能夠把它們所占據(jù)的堆空間釋放出來(lái)。如果對(duì)象不再被使用，但還有被程序所引用，這時(shí)是不能被垃圾收集器所回收 的，此時(shí)就是所謂的“內(nèi)存泄漏”。監(jiān)控應(yīng)用程序是否發(fā)生了內(nèi)存泄漏，有一個(gè)非常優(yōu)秀的監(jiān)控工具推薦給大家——Quest公司的JProbe工具，使用它來(lái) 觀察程序運(yùn)行期的內(nèi)存變化，并可產(chǎn)生內(nèi)存快照，從而分析并定位內(nèi)存泄漏的確切位置，可以精確定位到源碼內(nèi)。這個(gè)工具的使用我在后續(xù)的章節(jié)中還會(huì)做具體介 紹。

Java堆是指在程序運(yùn)行時(shí)分配給對(duì)象生存的空間。通過(guò)-mx/-Xmx和-ms/-Xms來(lái)設(shè)置起始堆的大小和最大堆的大小。根據(jù)自己JDK的版本和廠家決定使用-mx和-ms或-Xmx和-Xms。Java堆大小決定了垃圾回收的頻度和速度，Java堆越大，垃圾回收的頻度越 低，速度越慢。同理，Java堆越小，垃圾回收的頻度越高，速度越快。要想設(shè)置比較理想的參數(shù)，還是需要了解一些基礎(chǔ)知識(shí)的。Java堆的最大值不能太大，這樣會(huì)造成系統(tǒng)內(nèi)存被頻繁的交換和分頁(yè)。所以最大內(nèi)存必須低于物理內(nèi)存減去其他應(yīng)用程序和進(jìn)程需要的內(nèi)存。而且堆設(shè)置的太 大，造成垃圾回收的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，這樣將得不償失，極大的影響程序的性能。以下是一些經(jīng)常使用的參數(shù)設(shè)置：

1)設(shè)置-Xms等于-XmX的值；

2)估計(jì)內(nèi)存中存活對(duì)象所占的空間的大小，設(shè)置-Xms等于此值，-Xmx四倍于此值；

3)設(shè)置-Xms等于-Xmx的1/2大??；

4)設(shè)置-Xms介于-Xmx的1/10到1/4之間；

5)使用默認(rèn)的設(shè)置。

大家需要根據(jù)自己的運(yùn)行程序的具體使用場(chǎng)景，來(lái)確定最適合自己的參數(shù)設(shè)置。除了-Xms和-Xmx兩個(gè)最重要的參數(shù)外，還有很多可能會(huì)用到的參數(shù)，這些參數(shù)通常強(qiáng)烈的依賴于垃圾收集的算法，所以可能因?yàn)镴DK的版本和廠家而有所 不同。但這些參數(shù)一般在Web開(kāi)發(fā)中用的比較少，我就不做詳細(xì)介紹了。在實(shí)際的應(yīng)用中注意設(shè)置-Xms和-Xmx使其盡可能的優(yōu)化應(yīng)用程序就行了。對(duì)于性 能要求很高的程序，就需要自己再多研究研究Java虛擬機(jī)和垃圾收集算法的機(jī)制了?？梢钥纯床軙凿摲g的《深入Java虛擬機(jī)》一書(shū)。

第五篇：材料性能學(xué)教學(xué)大綱

《材料性能學(xué)》課程教學(xué)大綱

一、課程基本信息 課程編碼： 課程類(lèi)別：必修課 適用專(zhuān)業(yè)：材料化學(xué)

總 學(xué) 時(shí)：48 學(xué) 分：3 課程簡(jiǎn)介：本課程是材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)主干課程之一，屬專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課。本課程主要內(nèi)容為材料物理性能，以材料通用性物理性能及共同性的內(nèi)容為主。通過(guò)本課程的教學(xué)，使學(xué)生獲得關(guān)于材料物理性能包括材料力學(xué)性能（受力形變、斷裂與強(qiáng)度）、熱學(xué)、光學(xué)、導(dǎo)電、磁學(xué)等性能及其發(fā)展和應(yīng)用，重點(diǎn)掌握各種重要性能的原理及微觀機(jī)制，性能的測(cè)定方法以及控制和改善性能的措施，各種材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，各性能之間的相互制約與變化規(guī)律。

授課教材：《材料物理性能》，吳其勝、蔡安蘭、楊亞群，華東理工大學(xué)出版社，2006，10。

2、參考書(shū)目: 1.《材料性能學(xué)》，北京工業(yè)大學(xué)出版社，王從曾，2007.1 2.《材料的物理性能》，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，邱成軍等，2009.1

二、課程教育目標(biāo)

通過(guò)學(xué)習(xí)材料的各種物理性能，使學(xué)生掌握以下內(nèi)容：各種材料性能的各類(lèi)本征參數(shù)的物理意義和單位以及這些參數(shù)在解決實(shí)際問(wèn)題中所處的地位；弄清各材料性能和材料的組成、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造之間的關(guān)系；掌握這些性能參數(shù)的物質(zhì)規(guī)律，從而為判斷材料優(yōu)劣、正確選擇和使用材料、改變材料性能、探索新材料、新性能、新工藝打下理論基礎(chǔ)；為全面掌握材料的結(jié)構(gòu)，對(duì)材料的原料和工藝也應(yīng)有所認(rèn)識(shí)，以取得分析性能的正確依據(jù)。

三、教學(xué)內(nèi)容與要求 第一章：材料的力學(xué)性能 重點(diǎn)與難點(diǎn)：

重點(diǎn)：應(yīng)力、應(yīng)變、彈性變形行為、Griffith微裂紋理論，應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子和平面應(yīng)變斷裂韌性，提高無(wú)機(jī)材料強(qiáng)度改進(jìn)材料韌性的途徑。難點(diǎn)：位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)理論、應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子和平面應(yīng)變斷裂韌性。教學(xué)時(shí)數(shù)：10學(xué)時(shí) 教學(xué)內(nèi)容：

1.1 應(yīng)力及應(yīng)變：應(yīng)力、應(yīng)變；

1.2 彈性形變：Hooke定律；彈性模量的影響因素、無(wú)機(jī)材料的彈性模量、復(fù)相的彈性模量、彈性形變的機(jī)理；

1.3 材料的塑性形變：晶體滑移、塑性形變的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)理論；

1.4 滯彈性和內(nèi)耗：粘彈性和滯彈性、應(yīng)變松弛和應(yīng)力松弛、松弛時(shí)間、無(wú)弛豫模量與弛豫模量、模量虧損、材料的內(nèi)耗；

1.5 材料的高溫蠕變：蠕變曲線、蠕變機(jī)理、影響蠕變的因素；

1.6 材料的斷裂強(qiáng)度：理論斷裂強(qiáng)度、Inglis 理論、Griffith微裂紋理論、、Orowan理論；

1.7 材料的斷裂韌性：裂紋擴(kuò)展方式、裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)分析、幾何形狀因子、斷裂韌性、裂紋擴(kuò)展的動(dòng)力與阻力；

1.8 裂紋的起源與擴(kuò)展：裂紋的起源、裂紋的快速擴(kuò)展、影響裂紋擴(kuò)展的因素、材料的疲勞、應(yīng)力腐蝕理論、高溫下裂紋尖端的應(yīng)力空腔作用、亞臨界裂紋生長(zhǎng)速率與應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子的關(guān)系、根據(jù)亞臨界裂紋擴(kuò)展預(yù)測(cè)材料壽命、蠕變斷裂； 1.10 顯微結(jié)構(gòu)對(duì)材料脆性斷裂的影響：晶粒尺寸、氣孔的影響；

1.11 提高材料強(qiáng)度及改善脆性的途徑：金屬材料的強(qiáng)化、陶瓷材料的強(qiáng)化； 1.12 復(fù)合材料：復(fù)合材料的分類(lèi)、連續(xù)纖維單向強(qiáng)化復(fù)合材料的強(qiáng)度、短纖維單向強(qiáng)化復(fù)合材料；

1.13 材料的硬度：硬度的表示方法、硬度的測(cè)量。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。

教學(xué)要求：掌握材料的彈性變形、塑性變形、高溫蠕變及其它力學(xué)性能的理論描述、產(chǎn)生的原因、影響因素。掌握斷裂的現(xiàn)象和產(chǎn)生、斷裂力學(xué)的原理出發(fā)，通過(guò)理論結(jié)合強(qiáng)度、應(yīng)力場(chǎng)的分析，斷裂的判據(jù)，應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子、平面應(yīng)變斷裂韌性、延性斷裂、脆性斷裂、沿晶斷裂、靜態(tài)疲勞的概念，并根據(jù)此判據(jù)來(lái)分析提高材料強(qiáng)度及改進(jìn)材料韌性的途徑。了解斷裂的現(xiàn)象，弄清產(chǎn)生斷裂的原理（斷裂理論），通過(guò)應(yīng)力場(chǎng)的分析。要求掌握斷裂的判據(jù)，并根據(jù)此判據(jù)來(lái)分析提高材料強(qiáng)度及改進(jìn)材料韌性的途徑。

第二章：材料的熱學(xué)性能 重點(diǎn)與難點(diǎn)： 重點(diǎn)：材料的熱膨脹，材料的熱穩(wěn)定性。難點(diǎn)：材料的熱傳導(dǎo)，材料的熱穩(wěn)定性。教學(xué)時(shí)數(shù)：6學(xué)時(shí) 教學(xué)內(nèi)容：

2.1 熱學(xué)性能的物理基礎(chǔ)；

2.2 材料的熱容：晶體固體熱容的經(jīng)驗(yàn)定律和經(jīng)典理論，晶體固體熱容的量子理論回顧，無(wú)機(jī)材料的熱容；

2.3 材料的熱膨脹：熱膨脹系數(shù)、熱膨脹機(jī)理、熱膨脹和其他性能的關(guān)系、多晶體和復(fù)合材料的熱膨脹；

2.4 材料的熱傳導(dǎo)：固體材料熱傳導(dǎo)的宏觀規(guī)律，固體材料熱傳導(dǎo)的微觀機(jī)理、影響熱傳導(dǎo)的因素、某些無(wú)機(jī)材料的熱傳導(dǎo)；

2.5 材料的熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性的表示方法、熱應(yīng)力、抗熱沖擊斷裂性能，抗熱沖擊損傷性、提高抗熱沖擊斷裂性能的措施。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。

教學(xué)要求：掌握材料熱容的各種理論及其比較，熱膨脹的定義及其基本機(jī)理，熱傳導(dǎo)的宏觀規(guī)律和微觀機(jī)理，熱穩(wěn)定性的表示和抗熱沖擊斷裂性能。要求掌握各種熱應(yīng)力斷裂抵抗因子?？偨Y(jié)出提高抗熱沖擊斷裂性能的措施。第三章 材料的光學(xué)性能 重點(diǎn)與難點(diǎn)：

重點(diǎn)：光的反射和折射、材料對(duì)光的吸收和色散、光的散射 難點(diǎn)：光的散射、電-光效應(yīng)、光折變效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng) 教學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí) 教學(xué)內(nèi)容：

3.1 光傳播的基本性質(zhì)：光的波粒二象性、光的干涉和衍射、光通過(guò)固體現(xiàn)象；

3.2 光的反射和折射：反射定律和折射定律、折射率的影響因素、晶體的雙折射、材料的反射系數(shù)及其影響因素；

3.3 材料對(duì)光的吸收和色散：吸收系數(shù)與吸收率、光的吸收與波長(zhǎng)的關(guān)系、光的色散；

3.4 光的散射：散射的一般規(guī)律、彈性散射、非彈性散射；

3.5 材料的不透明性與半透明性：材料的不透明性、材料的乳濁、半透明性、透明材料的顏色、材料的著色； 3.6 電-光效應(yīng)、光折變效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)：電光效應(yīng)及電光晶體、光折變效應(yīng)、非線性光學(xué)效應(yīng)；

3.7光的傳輸與光纖材料：光纖發(fā)展概況和基本特征、光纖材料的制備、光纖的應(yīng)用；

3.8 特種光學(xué)材料及其應(yīng)用：固體激光器材料及其應(yīng)用、光存儲(chǔ)材料。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。

教學(xué)要求：掌握金屬、半導(dǎo)體、絕緣體的電子能帶結(jié)構(gòu)，光傳播電磁理論、反射、光的吸收和色散、晶體的雙折射、介質(zhì)的光散射等各種光現(xiàn)象的物理本質(zhì)。了解影響材料光學(xué)性能的各種因素。簡(jiǎn)要了解光纖材料、激光晶體材料及光存儲(chǔ)材料等光學(xué)材料。

第四章：材料的電導(dǎo)性能 重點(diǎn)與難點(diǎn)：

重點(diǎn)：離子電導(dǎo)，電子電導(dǎo)。

難點(diǎn)：無(wú)機(jī)材料的電導(dǎo)，半導(dǎo)體陶瓷的物理效應(yīng)。教學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí) 教學(xué)內(nèi)容：

4.1 電導(dǎo)的物理現(xiàn)象：電導(dǎo)率與電阻率、電導(dǎo)的物理特性；

4.2 離子電導(dǎo)：載流子濃度、離子遷移率、離子電導(dǎo)率、離子電導(dǎo)率的影響因素、固體電解質(zhì)ZrO2；

4.3 電子電導(dǎo)：電子遷移率、載流子濃度、電子電導(dǎo)率、電子電導(dǎo)率的影響因素 4.4 金屬材料的電導(dǎo)：金屬電導(dǎo)率、電阻率與溫度的關(guān)系、電阻率與壓力的關(guān)系、冷加工和缺陷對(duì)電阻率的影響、電阻率的各向異性、固溶體的電阻率； 4.5 固體材料的電導(dǎo)：玻璃態(tài)電導(dǎo)、多晶多相固體材料的電導(dǎo)、次級(jí)現(xiàn)象、固體材料電導(dǎo)混合法則；

4.6 半導(dǎo)體陶瓷的物理效應(yīng)：晶界效應(yīng)、表面效應(yīng)、西貝克效應(yīng)、p-n結(jié)； 4.7 超導(dǎo)體：超導(dǎo)體的概念、約瑟夫遜效應(yīng)、超導(dǎo)體的應(yīng)用。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。

教學(xué)要求：掌握各種電導(dǎo)的宏觀參數(shù)和物理量及電導(dǎo)的主要基本公式；圍繞此公式來(lái)討論各種電導(dǎo)的電導(dǎo)率（離子電導(dǎo)率、電子電導(dǎo)率）及其影響因素，材料的電導(dǎo)混合法則和半導(dǎo)體陶瓷的物理效應(yīng)。第五章 材料的磁學(xué)性能 重點(diǎn)與難點(diǎn)：

重點(diǎn)：抗磁性和順磁性、鐵磁性與反鐵磁性 難點(diǎn)：鐵磁性與反鐵磁性 教學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí) 教學(xué)內(nèi)容：

5.1 基本磁學(xué)性能：磁學(xué)基本量、物質(zhì)的磁性分類(lèi)；

5.2 抗磁性和順磁性：原子本征磁矩、抗磁性、物質(zhì)的順磁性、金屬的抗磁性與順磁性、影響金屬抗、順磁性的因素；

5.3 鐵磁性與反鐵磁性：鐵磁質(zhì)的自發(fā)磁化、反鐵磁性和亞鐵磁性、磁疇、磁化曲線和磁滯回線；

5.4 磁性材料的動(dòng)態(tài)特性：交流磁化過(guò)程與交流回線、磁滯損耗和趨膚效應(yīng)、磁后效應(yīng)和復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率、磁導(dǎo)率減落及磁共振損耗；

5.5 磁性材料及其應(yīng)用：軟磁材料、硬磁材料、磁信息存儲(chǔ)材料、納米磁性材料。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。

教學(xué)要求：掌握固體物質(zhì)的各種磁性(抗磁性、順磁性、鐵磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性)的形成機(jī)理及宏觀表現(xiàn)；重點(diǎn)掌握磁性表征參量、各類(lèi)磁性物質(zhì)的內(nèi)部相互作用；磁性材料在交變磁場(chǎng)中的磁化過(guò)程及宏觀磁性；了解磁性材料及其應(yīng)用。

第六章 材料的功能轉(zhuǎn)換性能 重點(diǎn)與難點(diǎn)：

重點(diǎn)：介質(zhì)的極化與損耗、介電強(qiáng)度、壓電性能、鐵電性 難點(diǎn)：壓電性能、鐵電性 教學(xué)時(shí)數(shù)：8學(xué)時(shí) 教學(xué)內(nèi)容：

6.1 介質(zhì)的極化與損耗：介質(zhì)極化相關(guān)物理量、極化類(lèi)型、宏觀極化強(qiáng)度與微觀極化率的關(guān)系、介質(zhì)損耗分析、材料的介質(zhì)損耗、降低材料介質(zhì)損耗的方法； 6.2 介電強(qiáng)度：介電強(qiáng)度、固體電介質(zhì)的擊穿、影響材料擊穿強(qiáng)度的因素； 6.3 壓電性能：壓電效應(yīng)及其逆效應(yīng)、壓電材料的研究進(jìn)程、壓電材料主要表征參數(shù)、壓電陶瓷的預(yù)極化、壓電陶瓷的穩(wěn)定性、壓電材料及其應(yīng)用；

6.4 鐵電性：鐵電性的概念、鐵電體的分類(lèi)、鐵電體的起源、鐵電體的性能及其應(yīng)用、反鐵電體； 6.5 熱電性能：熱電效應(yīng)、熱電材料、熱電材料的應(yīng)用； 6.6 光電性能：光電效應(yīng)、光電材料及其應(yīng)用；

6.7 熱釋電性能：熱釋電效應(yīng)及其逆效應(yīng)、熱釋電材料、熱釋電材料的應(yīng)用； 6.8 智能材料：智能材料的特征與構(gòu)成、智能材料的分類(lèi)、智能金屬材料、智能無(wú)機(jī)非金屬材料、智能高分子材料。教學(xué)方式：課堂講授與多媒體教學(xué)相結(jié)合。

教學(xué)要求：掌握電介質(zhì)的介電性能，包括介電常數(shù)、介電損耗、介電強(qiáng)度及其隨環(huán)境(溫度、濕度、輻射等)的變化規(guī)律。了解極化的微觀機(jī)制、電介質(zhì)的壓電性、鐵電性、熱電性能、光電性能和熱釋電性的性能、常用材料及其應(yīng)用、智能材料的特征、分類(lèi)及應(yīng)用。

四、作業(yè)：

每章根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，選擇布置教材中部分習(xí)題促進(jìn)學(xué)生課后復(fù)習(xí)、鞏固課堂教學(xué)內(nèi)容，并進(jìn)行講評(píng)。

五、考核與評(píng)定

以期末考試(閉卷)成績(jī)?yōu)橹?，參考課堂提問(wèn)、討論課發(fā)言情況以及平時(shí)作業(yè)和考勤等，綜合評(píng)定后，給出結(jié)業(yè)成績(jī)。

期末考試占70％，平時(shí)成績(jī)占30％。