金属材料的物理、化学和力学性能

做靶材的材料人需要了解的金属材料的物理、化学和力学性能有哪些？金属材料的性能很多，不同的使用要求和使用环境，具有相应的性能要求。对于做靶材的材料人来说，具体需要了解的有以下几个重要部分：

金属材料的物理性质

这些特性主要是指熔点，电导性，导热性，密度，耐腐蚀性，磁特性等。

●  密度，定义为材料每单位体积的质量；国际单位制和中国法定计量单位中，密度的单位为kg / m 3；相对密度是材料密度与4°C以下水的密度相比。

密度和相对密度的公式为：

密度（ρ）= 质量（m）/体积（V）

相对密度（d）= 材料密度/纯水在4°C的密度

利用密度的概念可以解决一系列实际问题，如计算毛坯的质量、鉴别金属材料等。

●  熔点，金属材料在缓慢加热的条件下，由固态开始熔化为液态时的温度，叫该金属的熔点，单位为摄氏度（℃）。工业上常用的金属中，锡的熔点最低，为231.9℃，而钨的熔点最高，为3410℃，纯金属有固定的熔点。但大多数合金材料在熔化时，取决于它的成分。比如，铁碳合金，含碳量不同熔点也不同，即它们没有一个固定的熔点。掌握各种金属材料和合金的熔点，对我们金属和合金靶材的熔炼铸造具有很大的影响，并因此影响其应用。

●  导电性，是金属材料传导电流的能力。衡量金属材料导电能力的指标是电导率。电导率愈大，其导电性能就越好。导电性以银相对较好，其次是铜和铝。金属材料的导电性还与温度有关。合金的导电性一般比纯金属差。当材料的横截面积及其他条件相同时，金属的导电性越好，则电流通过时产生的热量就越小，因而在输电过程中的电能损失就越小。

●  导热性，金属传导热量的能力叫导热性，导热性能的优劣一般用导热系数来表示金属材料，导热系数又称热导率；金属的导热性越差，其加热或冷却时，部件表面和内部的温度差就越大，由此产生的内应力就越大，就越易发生裂纹。一般来说，导电性好的材料，其导热性也好。银的导热性最好，其次是铜和铝。

●  热膨胀性，就是金属升高温度时体积发生胀大的现象称为金属的热膨胀。衡量热膨胀性的指标称为热膨胀系数，热膨胀系数是指金属温度每升高1℃所增加的长度与原来长度的比值。例如，在靶材的焊接绑定过程中，被焊的工件由于受热不均匀而产生不均匀的热膨胀，就会导致焊件的变形和焊接应力。

●  导磁性，金属被磁化或被磁力吸引的性能称为磁性。根据这种性能的不同，通常将金属材料分为铁磁材料、顺磁材料和逆磁材料三种。铁磁材料有铁、钴、镍等，它们在外磁场中能强烈被磁化。顺磁材料有锰、铬、钨、钼等，它们在外加磁场中只是微弱地被磁化。逆磁材料有铜、锡、铅、锌等，它们能抗拒或削弱外加磁场对材料本身的磁化作用。镀膜工业上应用较多的铁磁材料，需要考虑磁场屏蔽问题，尽量提高透磁率以满足溅射要求。

 金属材料的化学性能

金属材料在室温或高温下,抵抗介质对它化学浸蚀的能力,称为金属材料的化学性能；金属材料的化学性能一般包括抗腐蚀性和抗氧化性等。

●  抗氧化性，是指金属材料在高温时抵抗氧化性气氛腐蚀作用的能力。

●  耐腐蚀性，金属材料抵抗各种介质（大气、酸、碱、盐）浸蚀的能力称为抗腐蚀性. 钽、铌等金属材料在这方面有突出表现，钽靶材溅射镀膜后能起到耐腐蚀作用，保护膜层的表面。

金属材料的力学性能

力学性能是指金属在外力作用，抵抗塑性变形和断裂的能力，金属材料的力学性能包括强度、屈服点、抗拉强度、延伸率、断面收缩率、硬度、冲击韧性等。

●  强度，材料在外力（载荷）作用下，抵抗变形和断裂的能力。材料单位面积受载荷称应力。

●  屈服点（σs），称屈服强度，指材料在拉抻过程中，材料所受应力达到某一临界值时，载荷不再增加变形却继续增加或产生0.2%L。时应力值，单位用牛顿/毫米2(N/mm2）表示。材料的屈服点是机械设计的主要依据之一，是评定金属材料质量的重要指标。

●  抗拉强度（σb）也叫强度极限，指材料在拉断前承受最大应力值。单位用牛顿/毫米2(N/mm2）表示。如铝锂合金抗拉强度可达689.5MPa。

●  延伸率（δ），金属材料在拉伸断裂后，总伸长与原始标距长度的百分比。工程上常将δ≥5%的材料称为塑性材料，如常温静载的低碳钢、铝、铜等；而把δ≤5%的材料称为脆性材料，如常温静载下的铸铁、玻璃、陶瓷等。

●  断面收缩率（Ψ），金属材料在拉伸断裂后、断面最大缩小面积与原断面积百分比。

●  冲击韧性（αk），金属材料抵抗冲击载荷的能力，单位为焦耳/厘米2(J/cm2）。用公式表示：  αk=Ak/F(J/cm2) ，Ak---冲击试样所消耗的功，J；F---试样断口处横截面积，cm2.αk值越大，材料的韧性越好，在受到冲击时不容易断裂；反之，越大脆性。金属材料的冲击韧度、与温度有关，温度越低，冲击韧度值越小。

●  硬度，指材料抵抗其它更硬物压力其表面的能力，常用硬度按其范围测定分布氏硬度(HBS、HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和维氏硬度（HV）；在生产中常用的是布氏硬度和洛氏硬度，维氏硬度试验是用来测定显微组织的硬度。

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以下是部分原材料，靶材，以及相结构图：