材料科学与工程专业英语参考翻译(11-20)专业：材料物理姓名：43110103刘伟吉林大学材料科学科学与工程材料物理154223585711 微结构、加工过程和应用之间的联系 微结构、加工过程和应用之间的联系 材料科学与工程领域经常是根据四大方面合成与加工,结构与组成, 性 质和性能之间的相互联系来定义的。为了理解任意材料的行为（性能表现）与 性质,有必要去了解它的结构.结构可以从几个水平层次来考虑，这些都会影响 材料的最终行为（性能表现）.能够对材料的颜色、电导性和磁性产生影响的电子 构型是材料的最精细的水平。原子中的电子排布方式影响它是如何与其他原子结合的。这（结合方式） 反过来又对晶体结构有着重大影响；结晶陶瓷具有非常规则的原子排列,然而， 这种长程有序的排列在非晶体和无定型陶瓷中却不存在 ,尽管在局部我们可以 看到相似的多面体结构。这种材料相对于它们的晶体经常表现出不同的行为。 我们不仅要考虑具有完美晶格和理想结构的情况，也要顾及到材料中不可避免 的结构缺陷的存在，甚至是无定型的，这类缺陷例如杂质原子和位错。多晶陶瓷的结构由许多晶粒组成。晶粒的尺寸，形状和位向在这些材料的 许多微观性质中扮演者重要的角色，例如力学强度。在大多数陶瓷中，多相共 存,每一相都有自己独特的结构、组成和性质。对材料中的这些相的类型、尺寸、 分布和总量的控制为控制性质提供了一种方式。陶瓷的微观结构通常情况下是 它所经历的加工过程的结果。例如,热压处理的陶瓷一般情况下只有极少数孔隙, 烧结材料很少有这种现象。通过这篇课文，结构、加工过程和性质之间的相互联系将会很明显地显示 出来.但这里用5 个例子来说明。1。根据霍尔派奇方程，多晶陶瓷的强度取决于晶粒尺寸。一般来说，晶 粒尺寸降低时,强度升高。晶粒尺寸是由初始粉体颗粒的大小和它们的凝结方式 所决定的。多晶陶瓷中的境界也很重要.强度自然取决于材料是否纯净、是否包 含第二相或孔隙，抑或晶界处的玻璃态。对于纳米陶瓷来说，这些关系却并非 总是非常明显的。2. 透明或者半透明陶瓷需要限制由气孔和第二相粒子引起的光的散射。 通过热压处理可使孔径减小从而得到高密度产品。这种方法应用在光电领域制 出了透明的PLZT陶瓷，例如短暂失明护目镜。3. 因为杂质的存在，主要是能够散播声子的氧气的存在 ,导致商业上应 用的多晶体 AlN 的热导性通常比预计的理论值要低。添加稀土或碱金属氧化物（分别加Y203）作为吸气剂可以减少氧含量。这些氧化物要在AIN成型前与AIN 混合。在氧化物添加剂和涂在AlN晶粒表面的氧化物之间形成的第二相，隔离 了三相点（?）。4. 软铁氧体如在一系列不同的设备中得到应用.举个例子，在电视显 像管中用作移动电子束的轱辘。软铁氧体的磁导率是晶粒尺寸的一项功能。大 的无缺陷晶粒是首选，因为我们正是需要这种移动磁畴壁。缺陷和境界钉扎在 畴壁处会很难使磁化强度达到饱和。5. 因为氧化铝陶瓷具有很高的电阻率和低介电常数，所以它可以作为绝 缘体。很多情况下纯净的氧化铝是不会被用到的。取而代之的是我们将氧化铝 和硅酸盐混合,降低烧结温度。这样的材料称为低强氧化铝，在氧化铝晶粒间含有玻璃态硅酸盐相 .低强氧化铝通常情况下比纯氧化铝有高的导电率 （低的电阻 率）,在火花塞上用到.安全涉及材料的工作，安全考虑应该放在第一位。与陶瓷工作相关时，几项重 要的预防措施要被采取。有毒粉末包括例如Pb或Cd,氟化物应该有所了解。在运输时，厂方要提 供关于产品危害方面的信息.阅读这些信息并保持它们容易获取是很重要的 .一 些标准资源提供与有毒粉末和可接受的风险水平的信息,在“参考书”都有给 出。小颗粒应该是不能被吸入人体内的。自从 19世界60年代这些影响众所周 知,文献中也都有,但起经常被忽视.适当通风,改善卫生和防护服已经显著地 降低了许多工业风险的发生频率。处理任何粉末（有毒或者无毒材料）都应当 格外小心。最具危险的被认为是颗粒尺寸1 微米;大颗粒不会在空气中停留住够 长的时间而被吸入体内,即使被吸入,也不能与上呼吸道曲折的轮廓发生信息交 流。目前纳米粉体的毒性与环境影响还没有被明显提出,但它却是许多研究的 主题,2004 年英国皇家科学院的研究报告就是其中一例。高温处理在很多陶瓷加工过程中被用到。高温对人体的影响是很明显的 , 不那么明显的是热的东西到底怎么影响的。表格3。3给出了温度的颜色标度。 从制表中可以看出,400 度的铝管颜色没有变化但会灼伤皮肤.有机物在加工过程中被用作溶剂和粘合剂。传统上 ,有机材料在陶瓷加工 过程中充当很小的角色。现在他们被广泛地应用在成型处理上.再次强调,生产 厂家要在他们运输的产品中提供安全数据表单,这些信息十分重要,要仔细阅 读。约定俗成的是,使用材料时,材料安全数据表单应该容易阅读；很多时候 他们要被保存在实验室中。12 生物陶瓷 生物材料是应用到医疗器械中并与生物系统发生相互作用的一种非活性材 料。生物陶瓷领域相对来说较新,直到 20世纪 70年代才出现。不过,许多生物 陶瓷却不是新材料.其中一种最重要的是AI203许多传统陶瓷产品的一项组成 成分。如果一种接近惰性的材料被植入体内将会引起一种保护反应,这种反应可 引起非粘着性纤维层的包裹,厚度大约 1 微米。随着时间流逝,将会以移植失败 告终。当金属和聚合物植入人体时也会发生类似反应。但被植入人体内时,具 有生物活性的陶瓷将会以以下方式结合-组织界面模仿人体自然修复过程。例 如 HA 的生物活性陶瓷可以以（体相形式）或者复合物的组成成分抑或涂层来使 用。可被吸收的生物陶瓷，例如TCP,的确可以在身体内溶解并被周围组织所取 代.这是一项很重要的要求，当然，可溶性产品必须是无毒的。以HA为例，TCP 经常用作涂层而非体相形式,亦可以以粉体形式来使用,例如填充在骨内空间 中。生物陶瓷在临床上已得到大量应用。使用的范围遍及全身，包括修复骨头、 关节和牙齿.当现有的机体部分发生病变、损坏或只是简单的磨损时，这些修复 就会变得很有必要。还有很多其他的生物陶瓷的应用包括心脏瓣膜上的热解碳 涂层和治疗某些肿瘤具有特殊放射性的玻璃成分。陶瓷的优势和劣势 选取作为特殊应用的材料时我们必须作出选择。材料选取在任何复合材料 设计加工过程中都是至关重要的，尤其对于用来移植和其他医疗器具来说。我们能进行承载应用的三种主要材料是金属，聚合物和陶瓷。陶瓷优于其 他移植材料的地方在于陶瓷的生物兼容性。一些在生理环境中是惰性的，其他 的在身体内却能发生可控反应.大多数陶瓷的不利之处在于低硬度（影响其可靠 性），高的弹性模量（导致应力屏蔽）。增加陶瓷硬度的一种主要方式为形成复合材料.陶瓷可以是增强相，或为基 体抑或兼具两者.举个聚合物的例子-利用生物陶瓷进行基体复合增强的掺有 ha颗粒增强项的pe.复合材料的硬度比ha的高，弹性模量也更接近骨头。生物 陶瓷也会用做金属基片的涂层。不锈钢生物活性玻璃涂层就是一个例子，它主 要是利用钢的强度和韧性以及玻璃的表面活性特征.陶瓷移植 对陶瓷移植的要求取决于它将在身体中扮演的角色。例如、全髋关节置换 术的要求和中耳移植的要求迥异。不过有两个基本标准：（1）、陶瓷应与生理环 境相兼容;（2）力学性质应与被取代的组织相匹配.大多数陶瓷移植跟骨头有关。骨头是由细胞和血液供给系统组成的活性材 料，由强度较好的复合结构包裹。这种复合材料是由非常有弹性以及韧性的骨 胶原和与该理基磷灰石极为相似的钙磷灰石晶体组成的;与HA很相似，我们将 会继续生产（？）。正是HA组分使得骨头有了硬度。在骨胶原组织中这种针状 的磷灰石晶体2040nm长，1.5-3血 宽。与生物陶瓷应用有很大联系的多种类 型的骨头中的两种是骨松质（海绵骨）和骨皮质（密质骨）。骨松质比骨皮质密度低 .骨骼的每一块骨头都是外层致密的骨皮质 （密质 骨）覆盖在海绵骨上组成的，以小到针孔的蜂窝状或以被称为骨小梁的平坦片 状形式存在。因为骨松质的密度较低，所以它的弹性模量比骨皮质低，断裂应 变率比骨皮质高。两种骨头都比软骨组织的弹性模量高，例如肌腱和韧带。不 同类型的连接组织的弹性模量不同，这种不同能够保证在骨、骨与骨之间以及 肌肉与骨之间存在一个机械应力光滑梯度。植入体的力学性质很明显十分重要。如果植入体比它将要取代的骨的弹性 模量高，称为应力屏蔽的问题接着就会发生。应力屏蔽会削弱负载最低或者负 载压缩区域的骨头（骨头必须负载拉伸应力以保持健康）。骨头在被卸载或者加 载压力的时候会经历生物转变引起骨吸收。利用降低弹性模量的方法来排除应 力屏蔽是生物陶瓷复合材料发展的一个主要目的.氧化铝和氧化锆 氧化铝和氧化锆是两个惰性相近的生物陶瓷.长期处于体液包围中，他们经 历很少的或者几乎没有化学转变.高密度高纯度的氧化铝被大量的用于植入物, 特别是在需要承载压力的髓关节修复和移植中。到2006年，超过106髓关节 假体用氧化铝球作为股骨头替代品.尽管一些氧化铝牙齿植入体是用单晶制成的 ,但大部分氧化铝植入体是由 细晶组成的多晶氧化铝。通常情况下是在1600-1800度下通过压缩烧结而成。少量氧化镁（0.5）也被加入，抑制晶粒长大，从而在无需高压条件下便可 以烧结得到高密度产品。任何移植材料打的一项重要要求就是它要比病人“活的久。由于陶瓷失效 的概率本质问题，对每个植入体来说，不可能提供具体的绝对的预测使用期限。 研究表明，可能像你期待的那样，负荷的增加以及时间的延长会增加失效的概 率。老化和疲劳的研究结果表明，氧化铝植入物要具有可能最高标准的质量保 障，尤其是它们用于年轻患者的矫正假肢上.尽管氧化铝陶瓷结合了优秀的生物兼容性和杰出的抗磨损能力，但它仅有 一般的抗弯强度和较低的硬度。这将移植（用来替换的）髋关节的直径限制在 32mm以下，氧化锆有较高的断裂强度和抗弯强度，且比氧化铝陶瓷的弹性模量低. 不过这与Zr02有关1浸没在体液中时，氧化锆的抗弯强度和硬度稍稍降低， 原因与从正方晶系到单斜晶系相发生的马氏体转变有关。人们已经观察到在非 水溶剂中的相似的转变；2氧化锆的抗磨损能比氧化铝查，在陶瓷或陶瓷复合 材料中，氧化锆的磨损率远远高于氧化铝的磨损率，与超高分子量聚乙烯结合 的聚合物的过度磨损也会发生；3氧化锆也许会少量富集半衰期较长的例如 Th和U的放射性元素，分离这些元素的技术难以实现，代价高昂。主要关心的 在于它们会释放a粒子，可以对身体软硬组织造成毁灭性打击。这里有许多关 于氧化锆陶瓷a辐射排放的长期效应问题，尽管这种作用很小。13 聚合物的介绍 聚合物是由重复的结构单元通过化学键连接在一起组成的大分子。这个单词 由希腊字母“”衍生出来。Poly的意思是很多,meros表示部分的。聚合物众所 周知的包括塑料、DNA和蛋白质。举个例子，聚丙烯的重复结构单元如下所示： 零零圈圈窟窿窟窿洞聚合物的俗名叫做塑料,这个词指的是一大类具有许多性质和用途的天然 材料和合成材料。天然聚合物材料例如虫漆和琥珀，已经使用几个世纪了、生 物高分子例如蛋白质和核酸在生命活动中起着至关重要的作用。聚合物的研究 领域涉及聚合物化学、聚合物物理和聚合物科学。历史进展始于1811年，Henri Braconnot在纤维素衍生出的化合物做的开创性工作 可能是高分子科学最早的重要贡献.术语“polymer由Joris，Jakob，Berzelius 在1833年首次提出. 19世纪后期橡胶硫化上取得的进展提高了天然聚合物橡胶 的耐磨性，也标志着半合成聚合物的首次通用。1907年，Leo Baekeland通过 精确控制温度和压力使苯酚和甲醛发生反应，首次得到了全合成聚合物-酚醛 树脂（电木），并与1909年公诸于众。尽管对聚合物的合成与表征取得了巨大的进展,但是直到20世纪20年代， 对聚