《材料性能实验》PPT课件.ppt

,材 料 性 能 实验,指导教师：王晨 郑振环,实验一 材料的静拉伸实验,一、实验目的,了解万能材料试验机的构造和工作原理，掌握其操作规程及使用时的注意事项了解典型材料的拉伸曲线和应力应变曲线了解通过应力应变曲线来定义各种性能指标及其意义掌握材料拉伸性能的测试标准和测试方法分析材料成分及处理工艺对材料拉伸性能的影响,二、实验设备和材料万能材料试验机一台、游标卡尺（最小刻度值为0.01mm）、记号笔等。45钢（经过不同热处理工艺）：调质，淬火中温回火，淬火低温回火，正火，退火。40Cr钢：正火态15钢：调质，调质（预先留有缺口）,1、试样的准备 了解试样的材料与热处理状态，并在试样两头端部打上编号。用游标卡尺测量试样的直径（或边长），计算横截面积；测量试样的标距长度，在试样上标出原始标距，并将试样标距范围内的部分均分为10等分，轻轻打上标点。,三实验步骤,2、试验设备的操作,本实验中所用的设备和仪器的构造原理和使用方法，详见实验室中准备的仪器说明书和操作指南。学生应认真听取教师针对实验所用设备和仪器的讲解和观摩示范操作，然后再动手做准备工作。,打开电源开关，开启控制柜上的油泵开关。开启电脑，打开Smart Test软件。根据试验，选择合适的夹具和附件。软件中数值清零，输入试样材质，几何尺寸。关闭回油阀，打开送油阀，根据试样尺寸调节横梁的位置。关闭送油阀，夹好试样软件中，点击开始，开始记录。打开送油阀，根据电脑屏幕显示的加载速度，调节送油阀的大小，使加载均匀。等测试完毕，关闭送油阀。保存数据。把试样取下，打开回油阀关闭油泵，关闭电源。,3、测量步骤,将试样夹持于试验机的夹头中，开动试验机，开始加载实验。测量试样拉断后的标距L1缩颈处最小直径d1，并分别计算及。,四实验结果,1、分析材料成分、热处理工艺、预 留缺口对材料拉伸性能的影响。2、实验心得体会,思 考 题,录像资料,指导教师：王晨 郑振环,实验二 材料的压缩实验,一、实验目的,掌握低碳钢压缩时的屈服应力测定方式。绘制低碳钢的压缩图，认识低碳钢在压缩时的变形特点。,二、实验设备和材料,WDW-300D微机控制电子万能试验机、游标卡尺、记号笔、低碳钢（15钢）,检查试样两端面的光洁度和平行度，并涂上润滑油。用游标卡尺在试样的中间截面相互垂直的方向上各测量一次直径，取其平均值作为计算直径。依次打开电源开关，变压器开关，在试验机控制面板上按“启动”，开启试验机。打开控制电脑，双击打开控制软件将试样放置于压缩台上在软件中，点击“试验操作”，“新建试验材料”，输入试样的几何尺寸，点击“新建”。,三实验步骤,点“自动控制”面板，进入“编程器”，建立试验的控制参数。点“手动控制”，选取一定的速度，将中横梁移动至快接触试样。快接触试样时，必需转换成慢速。点“自动控制”，选择所编的试验程序，力值清零，位移清零，点击“开始”，开始测试，注意观察试样的变形现象。测试完毕，保存数据，按控制面板上的上升，将横梁上移，取下试样，进行下一个实验。,四实验结果,思考题1、简述为什么压缩实验下，低碳钢不容易被压断，较之拉伸实验，低碳钢的压缩率比伸长率大。2、实验心得体会,指导教师：王晨 郑振环,实验三 材料的弯曲实验,一、实验目的,采用三点弯曲对矩形横截面试件施加弯曲力，测定其弯曲力学性能；学习、掌握微机控制电子万能试验机的使用方法及工作原理。,二、实验设备和材料,CMT6104型微机控制电子万能试验机、游标卡尺、记号笔。实验材料（可选择）：低碳钢、氧化铝陶瓷、聚苯乙烯。,实验所用试件如图所示，试件截面为矩形，其中，b为试件宽度，h为试件高度，L为试件长度。,矩形截面试样,试样准备：矩形横截面试件应在跨距的两端和中间处分别测量其高度和宽度。取用三处宽度测量值的算术平均值和三处高度测量值的算术平均值，作为试件的宽度和高度。依次打开电源开关，将试验机电源开关打倒“开”，开启试验机。安装夹具，放置试件：根据试样情况选择弯曲夹具，安装到试验机上，检查夹具，设置弯曲跨距为80mm，放置好试件。打开控制电脑，双击打开PowerTest测试软件。在软件中，选择合适的试验方案，并点击“试验部分”中的“编辑试验方案”，进行试验方案修改（输入样品尺寸、位移、速度等），然后点“保存退出”。,三实验步骤,将弯曲压头向下，通过按“快降”和“慢降”按钮，使压头接触试样（注意快接触试样时，必需转换成慢速）。在试验主界面，选择存盘的方式及其文件名，并在试验信息区输入试样的实际测量尺寸。可以一次输入跟试样的尺寸，可以同时输入所有的试样尺寸。点击更改“存盘名”，输入测试者学号，同时清零力和位移。点击软件中的“开始”按钮，开始实验，直至试验结束。记录数据：每个试件试验完后屏幕右端将显示试验结果。一批试验完成后点击“生成报告”按钮将生成试验报告，然后点击“导出Excel”，点击“保存”。按控制面板上的上升，将横梁上移，取下试样，进行下一个实验试验。全部结束后，清理好机器，关断电源。,四实验结果,根据记录数据，计算试样的三点弯曲强度、弯曲弹性模量。绘制弯曲力-挠度曲线（F-f曲线）。,思考题1、简要比较说明三点弯曲与四点弯曲试验的优缺点。2、实验心得体会,指导教师：王晨 郑振环,实验四 材料的硬度实验,一、实验目的,了解各种硬度仪的测量原理掌握各种硬度测试方法了解各种硬度测试方法的优缺点了解各种硬度测量的相关标准,二、实验设备和材料,硬度计：布氏、维氏及显微硬度计各两台；读数放大镜 最小分度值为0.01mm一个；标准硬度 不同硬度试验方法的二等标准硬度块各一套；布氏：黄 铜（305mm,Ra0.8m）、20钢（退火态）维氏：45钢（淬火中温回火）、Al2O3工程陶瓷；显微：15钢，45钢（840淬火，然后490中温回火）、Al2O3工程陶瓷,三实验步骤,了解各种硬度计的构造原理，学习操作规程及安全事项，掌握操作方法。对各种试验选择合适的硬度试验方法，确定试验条件。并根据试验条件更换压头及砝码，根据试样形状调整或更换工作台。用标准硬度块校验硬度计。测定各种试样的硬度，记录试验结果。,布氏硬度计操作,打开电源开关，接通电源，根据金属种类和所估计硬度选择试验力保持时间后，按动试验力保持时间按钮。将试样放在试台上，转动手轮，使试台缓慢上升，试样与压头接触直至手轮与螺母产生相对滑动。按动启动按钮，硬度计即可自动完成一个工作循环。试验结束后，转动手轮，取下试样，用读数显微镜测量试样表面的压痕直径，根据压痕直径和载荷查表确定试样的硬度值。,布氏硬度计,维氏硬度计和显微维氏硬度计操作,打开电源开关，硬度计自动复位。将试样擦拭干净，稳固放置于试台上。旋转转动头使物镜轴线与试台轴线重合。旋转升降手柄，使试台载着试样上升，同时在目镜中观察，直到出现清晰的试样表面为止。旋转转动头，使压头轴线与试台轴线重合。按操作面板的“Start“键，试验开始，硬度计处于工作状态，自动完成加荷，保荷，卸荷三项任务。硬度计完成卸荷后，扳动旋转头，使物镜与试台轴线重合。测量压痕长度。,维氏硬度计,显微维氏硬度计,四实验结果,实验数据处理,五思考题 分析各种试样的硬度试验方法与试验条件的选择原则。试分析各种硬度实验方法的误差来源。实验心得体会,指导教师：王晨 郑振环,实验五 材料的冲击实验,一、实验目的,了解材料冲击实验的原理和方法了解冲击试验机结构、工作原理及正确使用方法掌握常温及低温金属冲击试验方法了解冲击试样缺口专用拉床的结构和正确使用方法,二、实验设备和材料,JB-W500型微机控制摆锤式冲击试验机L71UV冲击试样缺口专用拉床低温恒温箱（或广口保温瓶或硬泡沫塑料容器）酒精、液氮（或干冰）若干。游标卡尺（最小刻度为0.02mm），钢字、手锤等16Mn、20钢（均为正火态）或40钢（调质态）等钢材中任选一种，加工成夏比U型或V型缺口冲击试样。,试样的准备：领取试样，在端部打上编号。用棉纱擦净，测量试样尺寸。采用冲击试样缺口专用拉床对试样开缺口。将试样在不同温度下保温30分钟，然后采用冲击试验机进行冲击试验。冲击完成后，立即刹车，并记录冲击吸收功Aku（或Akv），然后把指针拨回。用放大镜或体式显微镜观察断口形貌，并测量断口中纤维区或晶状区的断口百分率。,三实验步骤,打开拉床的电源开关和油泵开关。按下升刀，将刀具升升高。根据缺口类型，选择刀口。固定好试样，注意根据尺寸，调好试样的夹持位置，保证拉削出的缺口处于试样正中。按下切削，刀具向下运动，直至加工完毕。加工工程中，保持刀口的润滑。关机，关闭油泵，关闭电源。,冲击试样缺口专用拉床操作,冲击试样缺口专用拉床,摆锤式冲击试验机操作,打开试验机电源，打开电脑。打开JBW500测试软件，根据摆锤大小选择量程的大小，并设置自动模式或手动模式。手动模式：在软件中设置试样尺寸参数，打开控制盒开关，点按“取摆”按钮。使用定位卡子将试样的缺口背对摆锤定位于支梁上，点按退销，点按冲击，摆锤下落，测试，在软件中点击取值，获得冲击吸收功和冲击韧性，冲击后，摆锤自动扬摆，再次测试，测试完毕，长按“放摆”，摆锤放至最低处放开按钮。自动模式：自动模式步骤与手动模式相同，只是相应的按键在软件中实现。试验完毕，关闭试验机电源，关闭电脑。,摆锤式冲击试验机,四实验结果,画出冲击试样形状及尺寸，并注明材料牌号及其热处理状态。整理试验数据，作出相应Ak-t曲线和断口形貌（%）温度曲线，确定其tk值。,五思考题1、为何在作系列冲击实验时20钢试样要开缺口？2、简述一次冲击弯曲实验在工程应用上有几方面用途？3、实验心得体会,指导教师：王晨 郑振环,实验六 材料的疲劳裂纹 扩展速率实验,一、实验目的,学会S-N曲线测试方法及用升降法测定条件疲劳极限的方法了解疲劳试验数据的统计分折方法了解疲劳试验机结构、工作原理及使用方法,二、实验设备和材料,1)PQ1-6型纯弯曲疲劳试验机；2)游标卡尺一把；3)百分表及表座一套；4）45钢试样,1试验准备工作1)领取试验所需试样，将试样两端打上编号。2)用游标卡尺测量试样尺寸，在试样工作区的两个相互垂直方向各测一次，取其平均值。3)静力试验。取其中一根合格试样，在拉伸试验机上测其b。,三实验步骤,2SN曲线测试(1)确定各级应力水平。(2)确定载荷 根据试样直径d及载荷作用点到支座距离a，代入弯曲应力计算公式，计算应力大小和相应的载荷大小。(3)将试样安装在试验机上进行试验。接通电源，转动电动机转速调节器，由零逐渐加快。试验时，一般以6000 rmin为宜。当达到试验转速后，再把砝码加到砝码盘上。(5)观察与记录 由高应力到低应力水平，逐级进行试验。记录每个试样断裂的循环周次，同时观察断口位置和特征。,3.条件疲劳极限R(N)的测定条件疲劳极限的测定方法和操作步骤与其SN曲线的测定基本上一样，所不同的就在应力水平及应力增量的选定上。,纯弯曲疲劳试验机操作,测量试样最小直径；计算或查出K值；根据确定的应力水平计算应加砝码的重量 将试样安装于套筒上，拧紧两根连接螺杆，使与试样成为一个整体；连接挠性连轴节；加上砝码；开机前托起砝码，在运转平稳后，迅速无冲击地加上砝码，并将计数器调零；试样断裂或记下寿命N，取下试样描绘疲劳破坏断口的特征。,纯弯曲疲劳试验机,四实验结果,画出试样的S-N曲线。采用升降法计算材料的条件疲劳极限。,升降法试验清况记录表,五思考题1、简述疲劳破坏与静载或一次性冲击加载破坏比较有哪些特点？2、实验心得体会,指导教师：王晨 王欣,实验七 材料的摩擦磨损实验,了解有关摩擦磨损试验机的工作原理；了解影响材料耐磨性的因素；掌握测定材料摩擦系数和磨损性能的方法和相关标准。,一、实验目的,MMG-10型高温高速摩擦磨损试验机,仪器,秤重法是以试样在磨损试验前后的重量差来表示磨损量(通常以克为计算单位)，用符号M表示：mm0m1式中 m0试样磨损前原始重量；m1试样磨损后的重量。因磨损试验结果受很多因素影响，试验数据分散性较大。因此，一般在磨损试验中，同一试验条件下需测定35个数据点。其磨损量常用算术平均值来表示，即,二、实验原理,本试验的下试样可选用GCr15钢(或T8钢)，经淬火和低温回火后硬度约为HRC6062；上试样则可根据现有工艺条件，选用经过表面强化处理(如渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗钒等)后的试样。本试验所用试样为圆盘状试样。,三、实验用材料及试样,MMG-10型高温高速摩擦磨损试验机 1台。洛氏硬度计1台。分析天平(感量为110000)1台装夹工具。,四、实验仪器与药品,因磨损试验较费时间，本实验以参观示范方式进行。在实验过程中全班分35个小组共同作出一条磨损曲线，测定在相同磨损时间(30min)，不同压力下的m-F关系曲线，如图所示。,五、实验步骤,磨损曲线图,磨损试验条件 压力：50N、100N、200N、400N 时间：均为30min 转速：200rmin 介质，干摩擦,五、实验步骤,试验前的准备工作(1)试样的准备1)领取试样(上、下试样)。2)测定下试样的硬度：凡HRC偏差大于土2者为不合格。3)将试样(上、下试样)编号、打上标号。4)把配对好试样进行跑合试验。5）将跑合后试样用丙酮或酒精进行清洗，吹干后在分析天平上秤其原始重量m0。,五、实验步骤,(2)试验机的调试(对于MM-2型磨损试验机)1)根据下试样尺寸(40或50mm)调整平衡锤位置，如本实验所用下试样直径为50mm时，则把平衡锤移到“50”刻度位置上。2)根据所加压力F，调节加载弹簧。3)按材料性质及磨损条件(干磨、润滑磨损)，选择合适的扭矩及配重锤。配重锤有A、B、C三块，A锤测0500Ncm；A+B锤：01000Ncm；A+B+C:01500Ncm。配重锤的选择应使其扭矩值正好在测量范围中间为宜。,五、实验步骤,试样应按一定要求进行安装，以使所有试样接触情况基本相同，保证试样所承受的比压基本上一致。试样安装后，检查压力是否处在“0”点位置。检查方法是转动调节螺母(见图l70），当上下试样刚刚接触上，载荷指针应正好指在“0”点位置。若不在“O”点位置，需利用调节螺母重新调整。按选好的运转速度开机运转。,五、实验步骤,开机后再开始加载。转动加载弹簧上的螺母加载到规定数值时，开始记录磨损时间。若是润滑磨损，必须在开机前对试样进行润滑。磨损试验过程中不应随意停机。尤其在润滑条件下停机或起动时，由于摩擦表面的润滑条件改变，会产生试验误差。,五、实验步骤,试验过程中，每隔一定时间(3060min)记录一次摩擦力矩。当上下试样磨合后，力矩进入稳定状态，用此时力矩计算摩擦系数。磨损试验结束时，应先卸载再停机。取下试样(上、下试样)，用丙酮或酒精搽洗后再秤其磨损后重量。磨损试验时，一般每一试验条件下试样数量至少要有35对。本实验出于时间关系，每个小组在规定试验条件下只测一对试样的数据。,五、实验步骤,简述磨损试验方法包括磨损试样形状和尺寸(附草图)；试验机型号；磨损试验条件摩擦副材料及硬度、压力、速度、时间及介质；评定耐磨性方法及测试仪器。根据试验数据，作出该材料的m-F关系曲线，并计算出相应的摩擦系数。磨损曲线图中必须注明磨损条件,六、实验报告撰写规范,指导教师：郑兴华 卢洪,实验八 软磁材料磁化曲线的测定,一、实验目的,了解软磁材料的磁学性能参数；熟悉软磁材料磁化曲线的测试原理；掌握磁化曲线的分析。,软磁材料一般指矫顽力Hc1000A/m的磁性材料，主要有低碳钢、硅钢片、铁镍合金、一些铁氧体材料等。反映软磁材料磁特性的各种磁学参量的测量是磁学量测量的内容之一。表征软磁材料的磁特性有各种曲线，按工业应用要求主要有：直流磁场下的静态磁特性曲线和反映磁滞效应的静态磁特性回线；变化磁场（包括周期性交变磁场，脉冲磁场和交、直流叠加磁场等）下包括涡流效应在内的动态磁特性曲线和动态磁特性回线等。这些磁特性曲线磁场强度H-磁通密度B。只反映材料的性质，与材料的形状、尺寸无关。此外，软磁材料的动态磁特性还包括复数磁导率和铁损。,二、实验原理,MATS-2010SD软磁材料自动测量装置。温度湿度计。万用表（或欧姆表）。铁氧体（或其他）软磁材料。绝缘细导线若干，砂纸或小刀等。,三、实验仪器与药品,四、实验步骤,1试样的准备 选择的材料为软磁材料铁氧体，样品的尺寸形状要求如下：a）为了保证磁化均匀，样品应尽量做成截面均匀的圆环形，且内外径要求P1/8；b)要求圆环的横截面积S足够大，使测量的灵敏度较高；c)为了减小涡流引起的误差，圆环可采用多层叠片或薄带绕成。d)在环上均匀地缠满两组绝缘导线N1和N2，线头去掉绝缘层。,打开计算机及软件，开主机预热5分钟（注意：一定要先打开软件）。将样品按指定位置接入仪器中（N1和N2不能接反），将用万用表或欧姆表检查电路联接情况（一般电阻小于10欧姆）。如电阻很大，需重新打磨线头并连接好。在软件中输入参数，在两个黑色小窗口中将量程选项定为“自动”。通过按“清零”按钮和调整“调零”旋钮，使磁通计（第一个黑色窗口）数字基本保持不变（至少要求变化很缓慢）并且为0（至少要求很接近于0）。,2.测量步骤,测量步骤,选择测量项目（如果Bs是未知的，可以先单独测量Bs）。按F9开始测试所要求的项目。测试结束后保存数据及进行后继处理工作（如查看、截图并保存等）依次关机：先关励磁电源，后关软件和计算机。做好整理和清洁卫生。,五、实验报告撰写规范,实验目的实验基本原理实验设备仪器和试样实验步骤实验数据的处理总结（对实验结果进行分析，并对如何提高实验的精确度提出意见）,思 考 题,1.用环状试样测定软磁材料的磁参数有何优缺点？2.如何简化本实验而不影响实验结果？,指导教师：郑兴华 卢洪,实验九 永磁材料磁滞回线的测定,一、实验目的,了解永磁材料的磁学性能参数；熟悉永磁材料磁滞回线测试原理；掌握磁滞回线的分析,由于磁铁材料中各离子的磁矩为强耦合作用，在物质中存在某些电子自旋平行排列的区域，即磁畴。磁畴区域呈现较强的磁矩，在无外界磁场的情况下，由于磁畴基本按某一方向排列，因此在宏观上铁磁材料便呈现较强的磁性。铁磁体还具有以下特征：磁导率不是常量，它随着所处磁场强度H而变化；外磁场撤除后，磁介质仍能保留部分磁性。,二、实验原理,起始磁化曲线与磁滞回线取一块未磁化的铁磁材，如外面密绕线圈的钢圈样品。若流经线圈的磁化电流从零逐渐增大，则钢圆环的磁感强度B随着磁场强度H的变化,如图0a段所示。这条曲线称为起始磁化曲线。,二、实验原理,若断续增大磁化电流，即增加磁场强度H时，磁感应强度B值的上升很缓慢。若H 逐渐减小，则B也相应减小，但并不沿a0段下降，而是沿另一条曲线ab下降。B随着H变化的全过程如下。当H按：0Hm0-Hc-Hm0HcHm的顺序变化时，B相应沿：0BmBr0-Bm-Br0Bm的顺序变化。将上述各个变化过程连接起来就可得到一条封闭曲线abcdef，这条曲线称为磁滞回线。,二、实验原理,1MATS-2010H永磁材料自动测量装置2温度计3万用表或欧姆表4圆（或方）柱状永磁材料块5专用测量线圈（或0.15mm直径漆包线、砂纸少许）,三、实验仪器与药品,四、实验步骤,1试样的准备选择的材料为铁磁材料(铁、镍、钴或其他铁磁合金)，样品的尺寸形状要求如下：a）上下两面平行（平行度9级以上）；b)上下两面粗糙度小于3.2；c)截面均匀；d)用漆包线在柱上缠绕数圈并固定好；去掉漆包线两头的绝缘层（用专用线圈时可免除此项）。,打开计算机及软件，开主机预热5分钟（注意：一定要先打开软件）。将样品按指定位置接入仪器中（不用专用线圈时要用万用表或欧姆表检查电路联接情况，一般电阻小于10欧姆；如电阻很大，需重新打磨线头并连接好）。在软件中输入参数及选择项，并在磁通计、磁强计界面中勾选“自动”量程；按F3选择励磁波形（建议勾选两个“自动”项目）。在主机上按下与屏幕中磁通计、磁强计界面中相同的量程按钮。,2.测量步骤,测量步骤,将霍尔探头移出磁场，用主机磁强计上“调零”旋钮调整磁强计界面（下面黑色窗口）数字为0；将霍尔探头移入磁场（靠近样品但不能相接触），通过按磁通计“清零”按钮和调整“调零”旋钮，使磁通计（上面黑色窗口）数字基本保持不变（至少要求变化很慢）并且为0（至少要求很接近于0）。按F8进行磁化（也可在其他设备上预先磁化），按F9开始测试。测试结束后保存数据及进行后继处理工作（如查看、截图并保存等）依次关机：先关励磁电源，后关软件和计算机。做好整理和清洁卫生。,五、实验报告撰写规范,实验目的实验基本原理实验设备仪器和试样实验步骤实验数据的处理总结（根据所得数据详细分析铁磁材料的磁性；对如何提高实验的精确度提出意见）,思 考 题,1.磁滞回线测试前为什么要进行退磁处理？2.从磁滞回线上可以获得哪些磁学参数？,指导教师：黄向东 卢洪,实验十 材料电阻率的测定,一、实验目的,了解不同材料的电阻性能的差异 掌握不同材料电阻的测定方法和原理 掌握不同材料电阻的测试操作；掌握不同材料电阻率的分析。,测定材料的电阻的方法很多，主要有伏安法、电桥法、四端电极法（或者四探针法）以及高阻计法。在测试材料的电阻过程中必将涉及到电路中的导线、导线接头或器件触点接触电阻、测量仪表的内阻以及与被测电阻间的连接关系，阻值比例等多种因素都会对影响测量结果的精确度。,二、实验原理,在许多情况下，测量误差是不可忽略的。因此，为了提高电阻测量的精确度，对于不同阻值范围的材料或器件设计了不同的测量方法。例如采用三电极系统测量M级以上的高电阻，采用电桥法测量和K级的电阻等。但在高导电率材料或小电阻器件的电阻测量之中，不仅电路中的接触电阻不可以忽略不计，甚至导线的电阻都不是无穷小量。而具体采用那种方式测试，需要了解不同测试方法的特点以及相应材料本身性质情况来确定。,高阻计测量的基本电路示意图,高阻计测量的阻值较高，测量范围较广，而且操作方便。通常采用高阻计法测量绝缘体材料的电阻。,由图可见：当测试直流电压V加在试样Rx和标准电阻R0上时，回路电流Ix为：,整理上式得：,实际上Rx远大于R0，近似得：,由上式可见，Rx与V0成反比。如果将不同V0值所对应的Rx值刻在高阻计的表头上，便可直接读出被测试样的阻值。,(2)电极系统 图10-3是通常采用的平板试样三电极系统。采用这种三电极系统测量体电阻时，表面漏电流由保护电极旁路接地。而测量表面电阻时，体积漏电流会由保护电极傍路接地。这样便将试样体积电流和表面电流分离，从而可以分别测出体积电阻率和表面电阻率。在测试过程中，三电极系统和试样都必须置于屏蔽箱内。,图10-3 平板试样三电极系统,体积电阻率v：,其中D1D1g代表测量电极的有效直径，t代表试样的厚度。,表面电阻率s：,三、实验仪器与药品,1 ZC-36型超高电阻测试仪或EST121型数字超高阻、微电流测量仪；SX1934型四探针电阻率测试仪；QJ83型数字单臂电桥、QJ84型数字双臂电桥；2.恒温恒湿箱l台，干燥器1个；3.千分卡尺、干燥温度计、镊子、特种铅笔、电极材料（如退火铝箔，厚度小于0.02mm)、烧杯、软布条等；4.金属、玻璃、陶瓷、高分子材料各一批；5.医用凡士林、无水乙醇等。,四、实验步骤,试样制备测试环境要求 仪器的准备 测试步骤,测试步骤,从干燥器中取出试样块，迅速用千分卡尺测量试样块的厚度：方形试样每边测量三次，取算术平均值，厚度测量误差不大于1。试样厚度的测量也可在测出电阻后进行。用凡士林将铝箔粘贴在试样的两对面上，做成接触电极。所涂的凡士林的厚度应小于2.5m，粘贴好铝箔后要用干净的软布条抹平，以便将铝箔下的空气赶走，并将多余的粘合剂挤出去。将待测试样安放在电极箱内，安放时应注意：三个电极应保持同心，间隙距离必须均匀；电极与试样应保持良好接触，环电极的光洁度一面应吻合接触试样，切勿倒置；试样放好后，盖上电极箱盖。,电表极性开关置于“+”的一边上。调整调零旋钮，使指针指在“0”点(对电阻则为个)。先测表面电阻，将“Rs-Rv”转换开关(K2)置于Rs处，电压选择开关选500V。将“放电-测试”开关拨向“测试”位置，对试样充电15s，然后打开短路开关。若此时指针没有读数，可逐档升高倍率，直至能清晰的读数为止，待输出短路开关打开一分钟后，立即读出表头的数值。被测电阻=表头读数倍率测试电压系数106()读数以后，关上输入短路开关。将“测试-放电”开关置于“放电”位置，使试样放电lmin。,然后测体积电阻。先将“Rs-Rv”转换开关(K2)置于Rv处，测试电压为1000V，按89条进行测试。读数完毕后使试样放电lmin。取出样品。换另一个样品，按110条进行测试。应当注意，当试验环境达不到规定的条件时，每块试样从干燥器中取出到测试完毕所需的时间应尽量短，一般要求在几分钟内测试完毕。为此，可以先测样品的绝缘电阻，再测量样品的厚度。,数据记录与处理,表10-2 电极系统尺寸,五、实验报告撰写规范,简述实验目的和原理测试方法的选择依据；测试仪器的操作；电阻率的计算；分析不同材料电阻特性的差异及原因。,思 考 题,测量材料的电阻有何意义？测试环境对材料电阻率有何影响？,指导教师：郑兴华 卢洪,实验十一 材料介电性能的测量,一、实验目的,了解材料的介电性能参数；初步了解材料介电响应机制；掌握材料介电性能的测试。,二、实验原理,自动平衡电桥原理电桥法和Q表测量法,二、实验原理,测量方法:1、静态法；2、电桥法（0.01150Hz）；超低频（0.01200Hz),双电桥（1MHz);音频（203MHz,Schering Bridge,施林电桥)，3、谐振法（10100MHz);4、传输线法（1006000MHz);5、波导法；6、谐振腔法。,材料介电性能的测定,二、取决因素频率范围；温度范围；材料性能；材料形状、尺寸；其他。,TH2817 LCR仪一台；游标卡尺一把；导电胶一瓶；烘箱一台。不同成分的陶瓷、玻璃试样一批；,三、实验仪器与药品,四、实验步骤,样品准备，涂覆导电胶；将涂覆好导电胶的样品进行烘干；TH2817 LCR仪开机预热30分钟；LCR仪开路、短路清零以及相应参数的设定；样品尺寸测量；介电性能进行测试，记录测试数据；关机，整理；实验数据处理，撰写实验报告。,测定数据记录表,五、实验报告撰写规范,实验目的实验基本原理实验设备仪器和试样实验步骤实验数据的处理总结,思 考 题,1、阐述材料的介电性能的含义及其影响因素？2、分析不同材料的介电性能差异的根源？3、e0、er和e三者有何差别，它们的物理含义是什么?,指导教师：郑兴华 卢洪,实验十二 材料压电性能的测量,一、实验目的,初步了解材料压电特性的机制；了解材料压电性能的主要参数；掌握材料压电参数的测量方法；了解材料压电参数之间的关系。,二、实验原理,压电振子的等效电路和谐振特性将经过极化工艺处理过的压电振子接入到图12-1的电路中，当改变信号频率使之由低到高变化时，发现通过压电陶瓷振子的电流I随着输入信号的频率变化而变化。当频率调至某一数值时，输出电流最大，此时振子的阻抗最小，用f m表示最小阻抗(或最大导纳)频率；当频率继续增大到另一频率时输出电流最小，振子的阻抗最大，用f n表示最大阻抗(或最小导纳)频率，其阻抗特性曲线如图12-2所示。而变化。当频率调至某一数值时，输出电流最大，此时振子的阻抗最小，用f m表示最小阻抗(或最大导纳)频率；当频率继续增大到另一频率时输出电流最小，振子的阻抗最大，用f n表示最大阻抗(或最小导纳)频率，其阻抗特性曲线如图 2所示。,二、实验原理,图12-1压电振子测量电路示意图,阻抗特性曲线,二、实验原理,测量材料压电振子参数的主要方法有传输线路法、型网络零相位法和导纳电桥法。其中传输线路法由于测量迅速简便，并且接近实际工作状态，是最常用的测量方法。而另两种方法尽管测量精度高，但复杂繁琐。IEC及IRE标准均采用传输线路法。,压电材料主要参数,压电常数d机电耦合系数K：平面机电耦合系数Kp、横向机电耦合系数K 31、厚度机电耦合系数K t等；机械品质因数Q m；谐振频率常数N；其他，如介电常数、损耗角及密度。,阻抗分析仪PV50A；d33测试仪；LCR仪；高压极化电源；电阻炉一台、游标卡尺一把。银浆一瓶、不同成分的陶瓷、玻璃试样一批、丙酮、硅油、脱脂棉；,三、实验仪器与药品,四、实验步骤,试样准备；TH2817 LCR仪、d33测试仪、阻抗分析仪等仪器开机预热、校准；介电常数、损耗测试见介电性能测量；打开相应软件，设置起始、截止频率等参数；进行测量，记录相应的压电参数；关机，整理；实验数据处理，撰写实验报告。,四、实验步骤,试样制备 选择烧结均匀、表面平整、无砂眼、弯曲、裂纹的正圆形PZT或其他陶瓷片，其直径10 mm、厚度1 mm。用水磨砂纸将两边磨平，注意厚薄一致。用脱脂棉蘸丙酮将试样清洗干净，然后用细毛刷在两面均匀涂覆银浆，置于高温炉中升温至800。，断电后随炉自然冷却。由于银浆的有机成分必须充分挥发，烧银过程前期需微敞炉门。用细砂纸磨去边缘的银层（注意保证正圆形），用丙酮清洗干净，然后置于硅油中，极化温度120，用34kVmm直流电场极化10min。将极化后的陶瓷片静置24h以上，以消除剩余应力，保证样品的性能稳定。,D33测量仪 阻抗分析仪,五、实验报告撰写规范,实验目的实验基本原理实验设备仪器和试样实验步骤实验数据的处理总结,思 考 题,1、本试验中影响测量精确度的因素有哪些？2、Q m对测量fr、fa、Kp、K31有何影响?3、分析振子夹具的操作对测量结果造成的影响?,指导教师：黄晓巍 卢洪,实验十三 材料白度的测定,一、实验目的,了解白度的基本概念；了解影响材料白度的因素；掌握材料白度的测量原理和测量方法。,光线照射在物体表面上，可产生镜面反射与漫反射、定向透射和散射透射以及光吸收等。其中的漫反射决定了物体表面的白度。白度仪主要用于测量非彩色表面平整的物体及粉末的白度，其测量原理如图所示。使用固定光源，以45角将光束投射在试样表面上，然后由光电池接收试样漫反射的光通量，通过光电池的光电效应产生电流。因为产生的电流与接受的光通量呈正比，所以通过监测光电流，可反映出试样表面的漫反射能力，即试样的白度。,二、实验原理,白度的测量原理1、光源；2、入射光斑孔；3、聚光透镜；4、滤光片插件；5、滤光器盘；6、试样；7、滤光片插件；8、接收光栏；9、测量光电池；10、补偿光电池；11、保护玻璃；12、光补偿器；13、导光管,SBDY-2便携式白度仪；白色陶瓷釉面砖。,三、实验仪器与药品,四、实验步骤,开机：预热30秒；调零：将仪器放在厚度为12毫米的横垫上，并将黑筒放在仪器底部测量口的中间位置，待稳定后，调节“调零”旋钮使其显示值为“0”；校正：将黑筒取下，将仪器放在厚度为8毫米的横垫上，把参比白板放在仪器底部测量口的中间位置，待稳定后，调节“校正”旋钮使显示值与参比白板上所标示的数值一致；测量：将仪器放置在样品上，待显示稳定后记录其数值；关机：取出样品，将附件放入盒中，关闭电源。,注意事项,测量时周围不得有强光照射及强磁场干扰；不得用手直接触摸光学元件；不得污染工作白板及黑筒；白度低于50者习惯上不称白而称为灰，不属于本实验范围。,五、实验报告撰写规范,实验目的实验基本原理实验设备仪器和试样实验步骤实验数据的处理总结,思 考 题,1、为什么白度仪的测量结果与目测结果不一致？2、如何准确地测定白度？,指导教师：黄晓巍 卢洪,实验十三 材料光泽度的测定,一、实验目的,了解光泽度的定义及测定意义；掌握用光泽度计测量光泽度的原理和测试技术；了解各种材料的测试要求和测量结果的处理方法。,光泽度是指物体受光照射时表面反射光的能力。光泽度通常以试样在镜面（正反射）方向的反射率与标准表面的反射率之比来表示：G=100R/R0。镜面反射率R取决于介质的折射率及光线的入射角，在实际应用中常用下式计算：,二、实验原理,仪器的测量头由发射器和接受器组成。发射器由白炽光源和一组透镜组成，它产生一定要求的入射光束。接受器由透镜和光敏元件组成，用于接受从试样表面反射回来的锥体光束。,光泽度的测量原理1、光轴；2、光源；3、透镜；4、试样；5、光圈；6、受光器光圈；7、受光器；8、光源影像,KGZ-B3光泽度仪；白色陶瓷釉面砖。,三、实验器材,四、实验步骤,开机：接通电路，打开开关，给电池充电（充至显示屏左上角无“LOBAT”字样）；按下所需角度按钮；定标：将仪器中心压在黑色玻璃标准板上，调整旋钮使显示值等于黑色玻璃标准板的标示值；校正：将仪器中心压在白色陶瓷标准板上，其显示值与白色陶瓷标准板标示值之间的误差应在“1”以内，否则应检查黑、白标准板表面的清洁度；测量：将标定好的仪器放在试样上即可显示其光泽度值；关机：关闭开关，将标准板和仪器放入盒中。,注意事项,如转换测量角度，需重新标定；确保标准板表面清洁，可用无水乙醇和乙醚3:1混合液清洗；显示屏左上角出现“LOBAT”字样时应及时充电。,五、实验报告撰写规范,实验目的实验基本原理实验设备仪器和试样实验步骤实验数据的处理总结,思 考 题,1、相对反射率的含义是什么？在测量材料的光泽度之前，为什么要用标准板对仪器进行校正？2、在陶瓷或搪瓷的生产中，为了提高制品的光泽度，应采取什么措施？而在玻璃制品的深加工中，为了降低玻璃表面的光泽度，应采取什么措施？,指导教师：王欣 卢洪,实验十五 材料透光性的测定,明确总透射比的基本概念；了解玻璃透光率测定仪的基本测量原理及使用方法；掌握材料透射比的测定技术；了解并掌握有关标准。,一、实验目的,材料的透光性是指材料透过光线的能力。它是一个综合性的指标，与材料对光线的吸收和反射性质有关。通常用透射比或雾度（浑浊度）来表征。,二、实验原理,“透射比”是透过物体的光通量和射到物体的光通量之比。“雾度”指透过试样而偏离入射方向的散射光通量与透射光通量之比。,二、实验原理,透射比是透过物体的光通量和射到物体的光通量之比，即：,T总透射比，光通量之比；0射到物体上的光能量，1m（流明）；透过物体的光能量；IA光源的分谱辐射强度，Wsr-1（瓦特每球面度）；V明视觉相对光谱灵敏度（或视见函数）；单色光透过度；d波长间隔，nm,二、实验原理,平板玻璃的可见光总透射比是指光源A发出的一束平行可见光束（380780nm）垂直照射平板玻璃时，透过它的光通量2对入射光通量1的百分数，以T（%）表示，即,二、实验原理,ET-0682型透光率测定仪”测试原理如图,二、实验原理,当光路中没有试样时，设光通量为1的平行光束进入积分球内，此光束被硒光电池吸收所转换成的光电流是I1 将试样10推入光路后，平行光束经试件反射，吸收后进入积分球内腔的光通量为2，被硒光电池吸收转换成的光电流为I2检流计光亮点偏转的格数为，则试样的透光率为：,二、实验原理,仪器,ETT-0682型便携式透光率测定仪,三、实验仪器与药品,ETT-0682型便携式透光率测定仪；玻璃、陶瓷及切割工具；脱脂棉（或软布条）；无水乙醇（或乙醚）,1.试样制备（1）取样方法：对于平板玻璃原板，国家标准GB268081规定取三块样，即在与玻璃拉引方向相垂直的方向大约相等的距离的三个地方，用玻璃切割工具分别取一块样品，每片尺寸为40mm60mm。对于其他板材玻璃，如果不便于按上述方法取样时，可用玻璃切割工具直接切成40mm60mm大小的试样进行测试。注意：所取试样不应有明显可见的划伤、疙瘩、不易清洗的附着物及直径大于1mm的气泡。（2）试样处理：用浸有无水乙醇（或乙醚）的脱脂棉（或软布条）将符合要求的待测试样擦干净、晾干待用。,四、实验步骤,2.测试步骤先把探头两部分沿着白色线条对齐（探头中间不要放置任何器件），按一下“ON/OFF”键，“嘟”声提示后，待显示屏显示“CALOk”时，仪器进入测量状态。测量时把被探头两部分分别放在被测物体两边（注意对齐白色线），按中间键“OP”即可进行测量，显示屏上显示的数据即为测量数据。每次测量有测量结果及测量次数显示，每次测量结果将自动存储。测量过程中按“ZERO”键可轮流显示平均值(MEA)、最大值（MAX）、最小值（MIN），继续测量清除前面测量结果，重新计数存储，每组测量数据不超过15次，关机后数据不能保