体积模量

材料工程专业术语

体积模量是弹性模量的一种，它用来反映材料的宏观特性，即物体的体应变与平均应力（某一点三个主应力的平均值）之间的关系的一个物理量。

含义

bulk modulus

材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系，也就是说满足胡克定律，其比例系数称为弹性模量，弹性模量是描述物质弹性的一个物理量，是一个总称，包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等。对于体积模量有时也称体变模量。我们先假设，在的压强下体积为。若压强变化为（是末态的压强减去初态的压强，当然可正可负)，则体积变化为（计算方法同前者，当然也可正可负）。则有，被称为该物体的体积模量(modulus of volume elasticity)。如在弹性范围内，则专称为体积弹性模量，不难发现体积模量是一个正值。

单位

体积模量是一个比较稳定的材料常数，单位为帕斯卡。因为在各向均压下材料的体积总是变小的，故K值永为正值，单位Pa。

相关概念

体积模量的倒数称为体积柔量。体积模量和弹性模量(或称杨氏)、泊松比之间有关系：。

晶体的体积模量

模型建立

晶体的体积模量与组成化学键的伸缩能力有关，结果许多工作都集中在研究化学键和体积模量的关系上。计算半导体体积模量的模型指示了晶体的体积模量与单位体积化学键的共价键能有关系，张思远等利用化学键方法计算晶体的体积模量模型反映了体积模量与单位体积的晶格能有关〕，这些工作不但证明了化学键可以用来反映晶体的体积模量，而且给我们一个很好的启示，即晶体的体积模量与单位体积的能量有关。

晶体的体积模量是材料的宏观性质，它反映的是材料在弹性体系下对外界均一性压缩的抵抗能力。在微观水平下，晶体的体积模量是由化学键的强度和压缩性来决定的，即晶体的体积模量是由化学键对压缩的抵抗能力决定的。由于在压缩过程中主要涉及价电子的变化，因此只要关注晶体中价电子的行为就可能理解晶体的体积模量。原子的电负性描述的就是原子与价电子的作用，其可以衡量原子对成键电子的抓电子能。从另一角度来看，原子的电负性越大，原子抓电子就越紧，价电子云在外力作用下就越难发生移动，因此在一定程度上原子的电负性可以表示原子对外界压缩的抵抗能。进一步我们假设，两个成键原子形成的化学键对外界压缩的抵抗能可以用两个原子的平均电负性来表示。由于原子在晶体中的环境与分子中的环境不同，每个原子都与个周围原子形成化学键〔CN为原子的配位数，因此相当于每个化学键只有1/CN个原子参与成键。

对于极性共价晶体,其成键方式与纯共价晶体不同。由于两个成键原子的电负性不同造成了其在化学键上的价电子分布不均匀,降低了化学键对外界压缩的抵抗能力,即化学键的极性对极性晶体的体积模量有弱化影响。原子的电负性越大,其吸引价电子的能力就越强,最终的结果就是价电子云分布不均匀和产生阴阳离子的电荷,即电负性不同的原子导致了极性键的产生。反过来,产生的离子电荷又对价电子具有吸引作用,缓解了由于极性引起的化学键对外界压缩的抵抗能力的减弱作用,因此我们定义有效离子性反映的是价电子的不均匀分布造成的化学键对外界压缩抵抗能力的实际减弱能力。

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