为什么东西容易发霉,碳纤维比钢铁硬为何这么容易碎

首先得明确下“硬”的概念 。学术上,或者说科学上的“硬”,与我们日常生活中的“硬”表达的意思完全不一样 。下面,我来详细讨论下 。
1、“硬”的定义
日常生活中,我们觉得钢铁比棉花硬,也比木头硬 。我们有这样的感觉,是基于我们对这三种材料施加力后,从材料的变形特征,总结出来的 。因此,日常生活中所说的“硬”,其实指的是材料的刚度,即抗变形的能力,力学上用弹性模量来衡量 。

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实际上,在材料科学上,“硬”有它自己的定义,通常用硬度来表示,指的是材料局部抵抗硬物侵入表面的能力 。硬度的测量根据不同的方式,有好几种:洛氏硬度、维氏硬度、布氏硬度、努氏硬度等 。下图为洛氏硬度原理图,施加指定大小的力,在不同的材料上就会出现不同的刻痕,根据刻痕的大小,来确定硬度的值 。
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由此可见,材料学上的硬度,针对的是材料表面的一种性能 。而日常生活中的硬度,针对的是材料整体的力学性能 。
2、硬而脆的现象
根据材料学上的硬度定义,指的是抵抗外物局部侵入的能力 。外物的侵入,首先是从变形开始,然后挤压破坏 。在开始阶段要首先发生变形,这与日常生活中的硬度(力学上的刚度)有所联系 。所以,通常来讲,刚度大的物体,其表面硬度也大 。
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为了说明脆的问题,我们先要了解下材料的应力应变曲线,如上图 。脆指的是材料发生断裂破坏,这与应力应变曲线围成的面积有关 。这个面积力学上称之为应变能密度,就是单位体积内,材料发生断裂的能量 。所以,“脆”与这个应变能密度息息相关 。
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假如存在两种材料,应力应变曲线如上图 。其中围成面积大的(红色曲线),必然不那么脆,因为想要发生断裂,需要的能量更多 。而另一根黄色曲线,围成的面积相对就小很多,也就意味着黄色曲线代表的材料更加容易破坏 。
对比这两根曲线,我们发现一个很奇妙的现象:黄色围成面积小,即易破坏,但是弹性模量大,即刚度大 。红色围成面积大,即不易破坏,但是弹性模量小,即刚度小 。大多数材料都是如此 。
3、硬而脆的解释
绝大多数材料都是硬而脆,这是一种宏观现象,尽管我们可以用力学的方法,找到相关的力学参数的不同 。但是,仍然缺乏一种更加本质的解释 。

我们都知道,材料的力学特性随温度发生变化 。高温状态下,偏韧性 。低温状态下,偏脆性 。在应力应变曲线上,就如图上图的红色和黄色曲线 。即低温时,弹性模量大,刚度大,但是面积小易碎 。高温时,弹性模量小,刚度小,但是面积大,不易碎 。
我们虽然无法定量的解释这种情况,但是从高低温的应力应变曲线,可以对这种硬而脆给出一个定性的解释 。即:硬的物体由于刚度大,难以发生变形,但是其变形响应时间缺较短,从晶体结构层面,晶界会发生振荡,造成材料更加容易被破坏 。而硬度小的物体,由于刚度小,变形很容易发生,但是变形响应时间慢,晶界的振荡有足够的时间来协调,从而不易发生破坏 。
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举一个通俗的例子,一根尺子一端固定,弹另一端,尺寸发生振动 。如果尺子刚度大,振动就会很激烈 。如果尺子软绵绵的刚度小,振动就不那么激烈 。
4、总结
  • 通常我们所说的“硬”,其实指的是材料的抗变形能力,即力学上的刚度 。
  • 材料科学上的硬度与刚度通常情况下也成正比 。
  • 发生“易而脆”现象,主要取决于材料的变形响应时间,而变形响应时间与刚度密不可分 。
其实蕴藏着很多含义,比如做人做事,处理人际关系都要有韧性,你若一味地硬下去,掉在地上,便碎了 。
婆媳关系不好,你能站队吗!不能 。她们两个都是你最亲的人 。你褊袒那一方都不好 。
褊袒老婆吧,那边是母亲大人,不孝算是说轻了,还坐实了忤逆的罪名 。那还怎么走出去见人 。
褊袒老妈!更不行,这边是日夜相守,同床共枕,耳鬓斯磨的老婆大人,说不定那一天把你给削了 。
所以你既不能站队,不能硬性地处理这个事 。你要在人后做她们的思想工作,也就是说,你不能当面处理这个事,因为当面处理不下来 。
而是等暗地里去安抚她们,对她们晓之以理,动之以情,说不是一家人不进一家门,是一家人就要以和为贵,家和万事兴嘛……
有些硬的,你看它是什么东西,如果韧性十足,你摔两下也没事 。


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