材料物理性能

1、1. 熱容 無(wú)相變無(wú)化學(xué)反應(yīng)條件下。材料升高1K所需要的熱量2. 比熱容 質(zhì)量為1Kg的物質(zhì)在沒(méi)有相變和化學(xué)反應(yīng)的條件下升高1K所需要的熱量3. 定熱容 在無(wú)相變無(wú)化學(xué)反應(yīng)的條件下 保持加熱過(guò)程中體積不變 材料升高1K所需要的熱量4. 定壓熱容 在無(wú)相變無(wú)化學(xué)反應(yīng)條件下 在加熱過(guò)程中保持壓力不變 材料升高1K所需要的熱量5. 膨脹系數(shù) 平均線膨脹是材料在一個(gè)溫度范圍內(nèi)溫度平均每升高1個(gè)單位長(zhǎng)度的相對(duì)量6. 導(dǎo)熱系數(shù) 標(biāo)志材料熱傳導(dǎo)能力 表示在單位溫度梯度下 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位截面積的導(dǎo)熱量7. 導(dǎo)溫系數(shù) 在不穩(wěn)定導(dǎo)熱過(guò)程中 表示材料溫度變化的速率8. 德拜三次方定律 在溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的德拜溫

2、度下 材料的定容摩爾熱容與溫度三次方呈正比例關(guān)系9. 膨脹的物理本質(zhì) 材料溫度升高 材料內(nèi)部原子振動(dòng) 能量增大 振動(dòng)幅度增大 原子的平均間距增大 宏觀上表現(xiàn)為熱膨脹10. 熱容的物理本質(zhì) 反映了分子熱運(yùn)動(dòng)的能量隨溫度變化的程度 由晶格熱容與電子熱容組成11. 固體導(dǎo)熱的微觀機(jī)制 .三種機(jī)制：電子導(dǎo)熱 聲子導(dǎo)熱 光子導(dǎo)熱 電子聲子的散射會(huì)使熱阻上升光子導(dǎo)熱在高溫情況下才會(huì)考慮12. 各熱物理性能的影響因素 熱容：溫度 當(dāng)T0 Cvm0 當(dāng)T0 CvmT 當(dāng)T0 Cvm3R組分：金屬材料 Cvm=AT+BT 無(wú)機(jī)非金屬材料與德拜模型 符合較好的高分子材料與模型符合的不好相變組織變化 一級(jí)相變H0V

3、0 Cp 二級(jí)相變H無(wú)突變 Cp有突變 組織變化 由亞穩(wěn)態(tài)向穩(wěn)態(tài)變化中 若有熱量 放出Cv會(huì)下降13. 膨脹系數(shù)：1溫度 與CvT關(guān)系相近 2成分及組織： 越使原子間作用力越強(qiáng)的成分和組織其越小 有奧氏體鐵素體馬氏體 3 相變 一級(jí)相變 dV0 發(fā)生不連續(xù)變化 二級(jí)相變 dV=0 變化14. 熱導(dǎo)率 1原子結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu) 對(duì)導(dǎo)熱機(jī)制又決定性作用：電子導(dǎo)熱的能力比聲子導(dǎo)熱的能力好 并且導(dǎo)電率好的材料導(dǎo)熱率好。對(duì)于聲子導(dǎo)熱原子間作用力越強(qiáng)導(dǎo)熱率越高結(jié)構(gòu)越復(fù)雜聲子散射作用加強(qiáng) 導(dǎo)熱率下降 2組分與組織 通過(guò)影響結(jié)構(gòu)的完整性來(lái)影響導(dǎo)熱率雜質(zhì) 缺陷 溫度升高 都會(huì)是散射作用加強(qiáng) 熱導(dǎo)率下降 單晶多晶 晶

4、體非晶15. 物理性能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系 1熱容：材料原子間結(jié)合力越大p越高 2 熱膨脹系數(shù) 原子間結(jié)合力越大越小 3熱導(dǎo)率 材料間結(jié)合力越強(qiáng) 聲子導(dǎo)熱能力越強(qiáng)材料內(nèi)部的雜質(zhì) 缺陷越多 對(duì)電子 聲子散射作用越強(qiáng)導(dǎo)熱率越低16. 德拜熱容理論取得了什么成功 相較愛(ài)因斯坦原子是一個(gè)個(gè)獨(dú)立振子的觀點(diǎn) 德拜提出原子之間存在相互作用 并且與愛(ài)因斯坦原子以相同頻率振動(dòng)的理論相反，認(rèn)為原子以一系列近似連續(xù)的振動(dòng)頻率振動(dòng)且存在最大頻率 并且將晶體近似為連續(xù)介質(zhì)，較好地解決了材料在低溫區(qū)熱容分布的問(wèn)題17. 試用雙原子模型說(shuō)明固體熱膨脹的物理本質(zhì) 原子間存在著斥力與引力，而斥力隨原子間距的變化比引力大。導(dǎo)致在原子

5、間距小魚(yú)平衡間距時(shí) 合力變化陡峭 大于平衡間距時(shí) 合力變化緩慢 使兩原子相互作用的勢(shì)能呈一個(gè)不對(duì)稱曲線變化 曲線上每一個(gè)最大勢(shì)能都對(duì)應(yīng)著2個(gè)原子最遠(yuǎn)和最近位置 兩位置中心 并不與平衡間距重合 造成溫度上升時(shí)勢(shì)能增加 勢(shì)能曲線的不對(duì)稱導(dǎo)致振動(dòng)中心右移 原子間間距增大 宏觀上有膨脹發(fā)生。 1.N型半導(dǎo)體: 在本征半導(dǎo)體摻入五價(jià)元素的雜質(zhì) 使晶體中的自由電子的濃度極大增加 這種主要依靠電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體2.p型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素的雜質(zhì) 使晶體中的空穴濃度大大增加 這種主要依賴空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體3.電介質(zhì) 在電場(chǎng)作用下能產(chǎn)生極化行為的物質(zhì)4.電極化 電介質(zhì)在電場(chǎng)

6、的作用下 其內(nèi)部的束縛電荷所發(fā)生的彈性位移的現(xiàn)象和偶極子的取向現(xiàn)象5.馬基森定律及其使用范圍 固阻體電阻率可以看成由金屬基本電阻率（T）和殘余電阻率組成，（T）與T有關(guān) 由電子與聲子的散射構(gòu)成 與T無(wú)關(guān)由電子與缺陷散射構(gòu)成。適用范圍為低濃度固溶體6.分析金屬電阻產(chǎn)生的原因以及影響因素 電子波在0K時(shí) 通過(guò)一個(gè)理想的晶體點(diǎn)陣時(shí)，將會(huì)無(wú)阻礙無(wú)散射地傳播 只有在晶體點(diǎn)陣的完整性以及晶體點(diǎn)陣離子的熱振動(dòng)，晶體中的導(dǎo)類原子 位錯(cuò)和點(diǎn)缺陷等晶體點(diǎn)陣的周期性遭到破壞的地方，電子波才會(huì)受到散射從而產(chǎn)生電阻。 影響因素：溫度 溫度升高電阻率升高 當(dāng)Tp是T 因?yàn)闇囟仍黾与娮优c聲子的散射加強(qiáng)點(diǎn)陣離子間距增大 晶體

7、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化 。各種雜質(zhì)缺陷 會(huì)使晶體遍離理想結(jié)構(gòu)造成電子散射 非晶態(tài)材料一般比晶態(tài)材料的電阻率高。Fe Co Ni 在鐵磁性下對(duì)電子的散射較小 電阻率低。固溶體會(huì)使電阻率上升。有序到無(wú)序轉(zhuǎn)變也會(huì)影響電阻率 有序狀態(tài)下散射 電阻一般較低 。多相合金的電阻變化較為復(fù)雜 電阻率對(duì)結(jié)構(gòu)敏感的 。與晶粒大小等因素都有關(guān)。比片狀球充體電阻率大于粒狀球充體 。塑性變形會(huì)使材料缺陷升高電阻率升高、熱處理回復(fù)再結(jié)晶使缺陷下降 電阻率下降 。淬火會(huì)使電阻率上升 回火會(huì)使電阻率下降7. 本征半導(dǎo)體與雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)制 在0K和無(wú)外界影響下，本征半導(dǎo)體的空帶中無(wú)電子 當(dāng)溫度升高或受到光照后，即受到熱激發(fā)，一部分滿

8、帶中的價(jià)電子獲得大于禁帶寬度的能量，躍遷到空帶中成為導(dǎo)帶，而滿帶中由于遷出的價(jià)電子而成為低帶、在一個(gè)價(jià)電子離開(kāi)原子后。共價(jià)鍵上留下一個(gè)穴位，在共有化運(yùn)動(dòng)中相鄰的價(jià)電子很容易填補(bǔ)到這個(gè)空穴上，從而又出現(xiàn)了新的空穴，其效果等價(jià)于這個(gè)空穴的移動(dòng)，在無(wú)外電場(chǎng)作用下，自由電子和空穴的運(yùn)動(dòng)都是無(wú)規(guī)則，故并不產(chǎn)生電流，空穴將順電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)。 向本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素的雜質(zhì)使晶體中的自由電子的濃度極大的增加。禁帶寬度下降 因而導(dǎo)帶中的自由電子數(shù)比本征半導(dǎo)體顯著的增多。向本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素的 使晶體中的空穴濃度大大增加 禁帶寬度下降 因而本征激發(fā)的自由 電子與空穴復(fù)合的機(jī)會(huì)增多。8. 極化的圍觀機(jī)制 1

9、.電子的位移極化：在電場(chǎng)作用下的電子云的形狀發(fā)生變化 2.離子的位移極化：在電場(chǎng)作用下陰陽(yáng)離子離開(kāi)原來(lái)位置 形成感生電偶極子 3.固有電偶極子沿外電場(chǎng)作用 重新取向 可大致分為2類：彈性（位移）極化和松弛（馳豫）極化 彈性極化瞬時(shí)完成 可逆 電場(chǎng)撤離后可恢復(fù) 即使是外電場(chǎng)的高頻電場(chǎng)也可響應(yīng)，建立不消耗能量的。松弛極化是非彈性的需一定時(shí)間來(lái)響應(yīng) 也需要能量來(lái)建立 極化過(guò)程不可逆 若電場(chǎng)頻率較高 極化將跟不上電場(chǎng)的變化。而自發(fā)極化是一種特殊極化現(xiàn)象，并不是外電場(chǎng)吸起的，在電疇內(nèi) 電偶極短是自發(fā)排列的有序的，在外電場(chǎng)作用撤銷后，仍有相當(dāng)殘余規(guī)則排列。9. 電介質(zhì)常用的性能參數(shù) 1.介電常數(shù)：綜合反應(yīng)

10、電介質(zhì)的極化能力 2.介電強(qiáng)度：電介質(zhì)擊穿時(shí)由介電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度Eb=Vb/b 3.介電損耗：主要包括電導(dǎo)損耗 極化損耗 松弛損耗 10. 為什么金屬的電阻因溫度的升高而增大而半導(dǎo)體的電阻卻因溫度升高而減小 金屬的電阻產(chǎn)生的主要原因有2個(gè)：電子的散射與晶體偏離理想結(jié)構(gòu)。而溫度升高會(huì)使晶格熱振動(dòng)增強(qiáng)，聲子對(duì)電子的散射作用加強(qiáng)，致使電阻上升且升高溫度原子間間距變大，原子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化偏離理想結(jié)構(gòu)是金屬電阻升高。而本征半導(dǎo)體在0K無(wú)光照的條件下 空帶中無(wú)電子。當(dāng)溫度升高后，一部分滿帶中的原子獲得大于禁帶寬度的能量，使躍遷于空帶中形成導(dǎo)帶，而滿帶中由于遷出的價(jià)電子而形成價(jià)帶。溫度越高躍遷到

11、導(dǎo)帶中的電子越多因而電阻越低。11. 從能帶的角度說(shuō)明導(dǎo)體絕緣體半導(dǎo)體有什么區(qū)別 金屬導(dǎo)體一般有以下2種：一是介帶和導(dǎo)帶重疊，無(wú)禁帶，二是介帶未被價(jià)電子填滿 所以這種介帶本身就是導(dǎo)帶。而非導(dǎo)體包括絕緣體與半導(dǎo)體在0K時(shí) 是滿介帶和空導(dǎo)帶且有禁帶。半導(dǎo)體的禁帶寬度較小而絕緣體的禁帶寬度大。材料的磁學(xué)性能自發(fā)磁化：在鐵磁體內(nèi)部存在著很強(qiáng)的分子場(chǎng)，在這種分子場(chǎng)的作用下，原子磁矩趨向于同向平行排列，即自發(fā)的磁化至飽和，稱為自發(fā)磁化。 磁疇：指未加磁場(chǎng)時(shí)鐵磁體內(nèi)部已經(jīng)磁化到飽和狀態(tài)的小區(qū)域。技術(shù)磁化：在外磁場(chǎng)的作用下，鐵磁體從完全退磁狀態(tài)磁化至飽和的內(nèi)部變化過(guò)程。實(shí)質(zhì)上是外磁場(chǎng)對(duì)磁疇的作用過(guò)程，也即外磁

12、場(chǎng)把各個(gè)磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)方向的過(guò)程。磁化強(qiáng)度：當(dāng)施加外磁場(chǎng)后，分子電流的磁矩將沿磁化場(chǎng)排列起來(lái)，而呈現(xiàn)出宏觀磁性。為衡量物質(zhì)磁性的強(qiáng)弱和描述其磁化狀態(tài)，引入磁化強(qiáng)度。單位體積的總磁矩稱為磁化強(qiáng)度。矯頑力：在技術(shù)磁化過(guò)程中，當(dāng)從磁飽和狀態(tài)降低H值時(shí)，M將不再沿基本磁化曲線變化而是降得極慢。當(dāng)外磁場(chǎng)完全去除之后，將得到不為零的磁化強(qiáng)度。欲使磁化強(qiáng)度減小到零，則必須添加一反向磁場(chǎng)-，稱為磁矯頑力。飽和磁化強(qiáng)度：磁導(dǎo)率：外磁場(chǎng)增加時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度增加的速率。磁化率：，稱為物質(zhì)的磁化率，它把物質(zhì)的磁化強(qiáng)度與外磁場(chǎng)強(qiáng)度聯(lián)系起來(lái)，反映了物質(zhì)磁化的難易程度。磁晶各向異性：?jiǎn)尉w沿不同晶軸方向上磁化所測(cè)得的

13、磁化曲線和磁化到飽和的難易程度不同。即，在某些晶軸方向的晶體容易磁化，而沿某些晶軸方向不容易磁化，這種現(xiàn)象稱為磁晶各向異性。磁晶各向異性能：磁化強(qiáng)度分量沿不同晶軸方向的能量差。磁晶各向異性常數(shù)：形狀各向異性：形狀不同的材料或同一材料的不同方向測(cè)得的磁化曲線是不同的，說(shuō)明其磁化行為是不同的，這種現(xiàn)象稱為材料的形狀各向異性。磁致伸縮：鐵磁體在磁場(chǎng)中被磁化時(shí)，其形狀和尺寸都會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮。飽和磁致伸縮系數(shù)：隨外磁場(chǎng)的增強(qiáng)材料將伸長(zhǎng)或縮短，最后穩(wěn)定在某一尺寸上，此時(shí)磁致伸縮達(dá)到了飽和，此時(shí)的磁致伸縮系數(shù)稱為飽和磁致伸縮系數(shù)。居里溫度：1.鐵磁體的形成的條件是什么?鐵磁性材料的磁性是自

14、發(fā)產(chǎn)生的，鐵磁質(zhì)自發(fā)磁化的根源是原子磁矩，而且在原子磁矩中起主要作用的是電子自旋磁矩。第一個(gè)條件是：原子具有未填滿的電子殼層即原子有未抵消的自旋磁矩。第二個(gè)條件是：要具有一定的晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，即要使自旋磁矩自發(fā)的排列在同一個(gè)方向上。根據(jù)鍵合理論，當(dāng)原子相互接近形成分子時(shí)，電子云要相互重疊，電子要互相交換位置，對(duì)過(guò)渡族金屬元素，原子的3d和4S態(tài)能量相差不大，因此它們的電子云重疊時(shí)引起了4s，3d態(tài)電子的再分配，即發(fā)生了交換作用，交換產(chǎn)生的作用力迫使相鄰原子的自旋磁矩發(fā)生了有序排列。因交換作用產(chǎn)生的附加能量稱為交換能。當(dāng)A為正值時(shí)才能實(shí)現(xiàn)自發(fā)磁化從而產(chǎn)生鐵磁性。A與原子的電子結(jié)構(gòu)和晶體的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)有

15、關(guān)，當(dāng)原子核間距與未填滿殼層半徑r之比大于3時(shí)，A為正值，此時(shí)滿足自發(fā)磁化的條件。但當(dāng)原子核間距太大時(shí)，電子云很少重疊或者基本不重疊，電子間的靜電交換作用很弱，對(duì)電子自旋磁矩的取向影響甚小，在常溫下呈現(xiàn)順磁性。2.磁疇的大小和結(jié)構(gòu)由哪些條件來(lái)決定？磁疇結(jié)構(gòu)受交換能，磁晶能，磁彈性能，疇壁能和退磁能的綜合影響。、在鐵磁體中，由于交換作用力使整個(gè)晶體自發(fā)磁化至飽和，磁化沿晶體的易磁化方向，使交換能和磁晶能都處于最小值。但因晶體具有一定的形狀和尺寸，整個(gè)晶體均勻磁化的結(jié)果必然會(huì)產(chǎn)生磁極，有磁極就會(huì)產(chǎn)生退磁場(chǎng)，增加了退磁能，這個(gè)退磁場(chǎng)將要破壞已形成的自發(fā)磁化。這兩個(gè)矛盾相互作用的結(jié)果是使得大磁疇分為小

16、磁疇，這樣可以減少退磁能。分疇后，雖然退磁能減少了，卻增加了疇壁能，隨著磁疇數(shù)目的增加，退磁能減小而疇壁能增加，當(dāng)達(dá)到退磁能和疇壁能之和最小值使，分疇停止。同時(shí)，分疇過(guò)程中，可能形成封閉式的磁疇結(jié)構(gòu)，由于其具有封閉磁通的作用，可以使退磁能降低為零。但封閉疇與主磁疇的方向不同，引起的磁致伸縮不同，會(huì)產(chǎn)生一定的磁晶能和磁彈性能。磁彈性能與磁疇的尺寸有關(guān)，尺寸越大，磁彈性能越高。因此，封閉磁疇分為更小的封閉磁疇，但并不能無(wú)限分割。當(dāng)鐵磁晶體的各種能量之和具有最小值時(shí)，得到平衡狀態(tài)的磁疇結(jié)構(gòu)。同時(shí)，晶界，第二相，晶體缺陷，夾雜，應(yīng)力，成分的不均勻性也會(huì)對(duì)磁疇結(jié)構(gòu)有影響。3.材料的抗磁性和順磁性產(chǎn)生的原

17、因。原子的磁矩取決于未填滿電子的軌道磁矩和自旋磁矩。對(duì)于電子殼層已填滿的原子，雖然軌道磁矩和自旋磁矩的總和為零，但有外磁場(chǎng)作用時(shí)，對(duì)于那些總磁矩為零的原子也會(huì)顯示出磁矩。這是因?yàn)殡娮拥难夁\(yùn)動(dòng)在外磁場(chǎng)的作用下產(chǎn)生了附加磁矩。且此附加磁矩與外磁場(chǎng)的方向相反，這就是物質(zhì)產(chǎn)生抗磁性的原因。順磁體的原子或離子是有磁矩的，源于原子內(nèi)未填滿的電子殼層或源于具有奇數(shù)個(gè)電子的原子。無(wú)外磁場(chǎng)時(shí)，由于熱振動(dòng)的影響，原子磁矩的取向是無(wú)序的，總磁矩為零。當(dāng)有外磁場(chǎng)作用時(shí)，原子磁矩便排向外磁場(chǎng)的方向，總磁矩便大于零表現(xiàn)為正向磁化。4.5種磁性材料的磁化曲線。1.抗磁體為甚小負(fù)常數(shù)，表明其M與H反向，故抗磁體在磁場(chǎng)中受微

18、弱斥力。典型的金屬有銅，金，銀等。2.順磁體為正常數(shù)，表明M與H同向，故順磁體在磁場(chǎng)中受微弱引力。常見(jiàn)的有鉑，奧氏體不銹鋼，稀土金屬等。3.反鐵磁體是甚小的正常數(shù)，當(dāng)T高于某個(gè)溫度時(shí)，其行為像順磁體。如鉻，氧化鎳，氧化錳等。4.鐵磁體為很大的正常數(shù)，表明M與H在不大的H作用下，就能產(chǎn)生很大的M，故鐵磁體在磁場(chǎng)中被強(qiáng)烈的磁化受到強(qiáng)大的吸力。如鐵，鈷，鎳。5.亞鐵磁體類似于鐵磁體，但沒(méi)有鐵磁體那么大，如磁鐵礦等。5. Fe，Co，Ni三種金屬的居里溫度與易磁化。 TN 易磁化方向 難磁化方向Fe 1043K 100 111Co 1388K 0001 1010Ni 631K 111 100 6.技術(shù)磁化的過(guò)程，實(shí)質(zhì)及基本機(jī)制。（及對(duì)不可逆壁移的理解）在磁化的開(kāi)始階段，磁場(chǎng)作用較弱，對(duì)于自發(fā)磁化方向與磁場(chǎng)方向成銳角的磁疇，由于其靜磁能低的有利地位而發(fā)生了擴(kuò)張，而成鈍角的磁疇則縮小，這個(gè)過(guò)程是通過(guò)磁疇壁的遷移完成的。此為第一階段，（此時(shí)的微小遷移是可逆的，若這時(shí)去除外磁場(chǎng)，則疇壁會(huì)自動(dòng)遷回原位）越過(guò)第一區(qū)段，若外磁場(chǎng)繼續(xù)增強(qiáng)，則疇壁將會(huì)發(fā)生瞬時(shí)的跳躍，即某些與磁場(chǎng)成鈍角的磁疇將瞬時(shí)轉(zhuǎn)向與磁場(chǎng)成銳角的易磁化方向。由于大量原子磁矩的