2022年材料物理性能考点总结.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 一,基本概念：基本要求1. 摩尔热容 : 使摩尔物质在没有相变和化学反应的条件下,温度上升 1K 所需要的热量称为摩尔热容；它反映材料从四周环境吸取热量的才能；2. 比热容：质量为 1kg 的物质在没有相变和化学反应的条件下,温度上升 1K 所需要的热量称为比热容；它反映材料从四周环境吸取热量的才能；3. 比容：单位质量（即1kg 物质）的体积,即密度的倒数（m 3/kg）；4. 格波：由于晶体中的原子间存在着很强的相互作用,因此晶格中一个质点的微振动会引起接近质点随之振动；因相邻质点间的振动存在着肯定的位相差,故晶格振动会在晶体中以弹性波的形

2、式传播,而形成“格波 ”；5. 声子（ Phonon）: 声子是晶体中晶格集体激发的准粒子,就是晶格振动中的简谐振子 的能量量子；6. 德拜特点温度 : 德拜模型认为 :晶体对热容的奉献主要是低频弹性波的振动,声频支的 频率具有 0max 分布 ,其中 ,最大频率所对应的温度即为德拜温度 D,即 D=.max/k；7. 示差热分析法（ Differential Thermal Analysis, DTA ）: 是在测定热分析曲线（即加热 温度 T 与加热时间 t 的关系曲线）的同时,利用示差热电偶测定加热（或冷却）过程中待测试样和标准试样的温度差随温度或时间变化的关系曲线 TT（t）,从而对材

3、 料组织结构进行分析的一种技术；8. 示差扫描量热法（ Differential Scanning Calorimetry, DSC）: 用示差方法测量加热或冷 却过程中,将试样和标准样的温度差保持为零时,所需要补充的热量与温度或时间的关系；9. 热稳固性（抗热振性） ：材料承担温度的急剧变化（热冲击）而不致破坏的才能；10. 塞贝克效应：当两种不同的导体组成一个闭合回路时,如在两接头处存在温度差就回 路中将有电势及电流产生,这种现象称为塞贝克效应；11. 玻尔帖效应：当有电流通过两个不同导体组成的回路时,除产生不行逆的焦耳热外,仍要在两接头处显现吸热或放出热量 Q 的现象；12. 迈斯纳效应

4、：如在常温下将超导体先放入磁场内,就有磁力线穿过超导体；然后再将 超导体冷却至 Tc 以下,发觉磁产从超导体内被排出,即超导体内无磁场 B=0；即超导体具有完全的抗磁性；13. 铁电体：具有电畴结构和电滞回线的晶体；14. 铁电性：具在肯定温度范畴内具有自发极化,且自发极化的方向可因外电场的作用 而反向,晶体的这种特性称为铁电性；15. 自发极化： 在没有外电场作用时, 晶体中存在着由于电偶极子的有序排列而产生的极 化；16. 压电效应：在某些晶体（主要是离子晶体）的肯定方向施加机械力作用时,晶体的两名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 27 页精选学习资料 - - - -

5、- - - - - 端表面显现符号相反的束缚电荷,且束缚电荷的密度与施加的外力大小成正比,这种 由机械效应转换成电效应的现象称为压电效应；17. 逆压电效应：将具有压电效应的电介质置于外电场中,由于外电场的作用引起其内部 正负电荷中心位移,从而导致电介质发生形变（形变与所加电场强度成正比）,这种 由电效应转换成机械效应的过程称为逆压电效应；18. 介质损耗：由于导电或交变场中极化弛豫过程在电介质中引起的能量损耗,由电能 转变为其它形式的能（如热、光能等） ,统称为介质损耗；19. 光生伏特效应： 光照耀引起 PN 结两端产生电动势的效应； 当光照耀到 PN 结结区时,光照产生的电子空穴对在结电

6、场作用下,电子推向 N 区,空穴推向 P 区；电子在 N区积存使 N 区侧带负电,空穴在 P 区积存使 P 区侧带正电,从而建立一个与原内建电位差相反的电位差,称为光生电位差；20. 磁化强度：单位体积的总磁矩,表征物质的磁化状态；21. 磁畴：在未加磁场时铁磁体内部已经磁化到饱和状态的小区域；22. 磁致伸缩效应：铁磁体在磁场中被磁化时,其外形和尺寸都发生变化的现象；23. 退磁场：当铁磁体磁化显现磁极后, 这时在铁磁体内部由于磁极作用而产生一个与外 磁化场反向的磁场,因它起到减弱外磁场的作用,故称为退磁场；24. 技术磁化：在外磁场的作用下,铁磁体从完全退磁状态磁化到饱和的内部变化过程；2

7、5. 磁导率 ：当外磁场 H 增加时,磁感应强度B 增加的速率叫磁导率,用 表示, 即=B/H；26. 内耗：固体材料对振动能量的损耗称为内耗,它代表材料对振动的阻尼才能；27. 滞弹性：在弹性范畴内显现的非弹性现象（如弹性蠕变和弹性后效）；28. 滞弹性内耗：由滞弹性产生的内耗；29. 弹性模量：在弹性范畴内,引起物体单位变形所需要的应力大小；即材料所受应力 与应变 之间的线性比例系数, = E ,其中称为弹性模量；它表示材料弹性变形的 难易程度；二,基本理论（含微观机理）：热学 : 杜隆珀替定律； 爱因斯坦模型；德拜的比热模型电学 : 1. 量子自由电子理论 ; 2. 能带理论 ; 3.离

8、子导电机制磁学 : 1铁磁金属的自发磁化理论 热膨胀：微观机理; 2. 矫顽力理论（应力理论,杂质理论）弹性与内耗 : 1弹性理论；滞弹性内耗机制（驰豫理论的基本思想）三,基本规律（含影响因素）热学：热容的试验规律,影响热容的因素及规律（温度,组织转变,结构相变,合金成分等）电学：导体,半导体,绝缘体的导电性随温度的变化规律；影响导电性的因素 磁学：曲线；磁化规律；影响铁磁性的因素（组织敏锐参量和组织不敏锐参量）名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 27 页精选学习资料 - - - - - - - - - 热膨胀：热膨胀的试验规律；常见材料（如钢组织）的膨胀规律 弹性与内耗：

9、内耗的试验测定；斯诺克内耗试验 四,试验测量方法与原理 热学：热容的测定及热分析方法 磁学：磁性的测量方法及原理（如矫顽力等）热膨胀：热膨胀的测量方法弹性与内耗：弹性模量及内耗的测量原理；碳在 Fe 中的扩散系数和扩散激活能的测定内容简介第一章 . 材料的热性能 由于材料和制品往往要应用于不同的温度环境中,很多使用场合仍对它们的热性能 有着特定的要求,因此热学性能也是材料重要的基本性质之一；固体材料的一些热性能如比热,热膨胀、热传导等都直接与晶格振动有关,因此我 们第一介绍热力学与统计力学一些概念和晶格振动的有关内容；1 材料的热容 热容的概念 : 热容的定义： 物体在温度上升 1K 时所吸取

10、的热量称作该物体的热容摩尔热容： 使摩尔物质在没有相变和化学反应的条件下,温度上升 1K 所需要的能量 , 它反映材料从四周环境吸取热量的才能；比热容 ：质量为 1kg 的物质在没有相变和化学反应的条件下,称为比热容；它反映材料从四周环境吸取热量的才能；温度上升 1K 所需要的热量比容： 单位质量（即 1kg 物质）的体积,即密度的倒数（m 3/kg）；物体的热容仍与它的热过程性质有关,假如加热过程是恒压条件下进行的,所测定的热容称为恒压热容 CP；假如加热过程是在保持物体容积不变的条件下进行的,就所测定的热容称为恒容热容 CV；由于恒压加热过程中,物体除温度上升外,仍要对外界作功 膨胀功 ,

11、所以每提高 1K 温度需要吸取更多的热量,即 CPCV,1.1 晶态固体热容的体会定律和经典理论晶体的热容,元素的热容定律 杜隆 珀替定律： “ 恒压下元素的原子热容等于 25J/K mol”；实际上大部分元素的原子热容都接近 25 J/K mol ,特殊在高温时符合得更好；依据晶格振动理论,一个摩尔固体中有N 个原子,总能量为：E = 3NkT=3RT 式中N阿佛加德罗常数；T肯定温度 K； k 波尔茨曼常数； R 8.314J/k mol 气体普适常数；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 27 页精选学习资料 - - - - - - - - - 按热容的定义,有 : C

12、v= dE/dTv = 3NkB = 3R =24.91 J/mol.K 1.2 晶态固体热容的量子理论1.2.1 爱因斯坦模型 爱因斯坦提出的假设是：晶体中全部原子都以相同的频率振动 ,振动的能量是量子化 的,且每个振子都是独立的振子；c vCvE2v3NkkT2eekT123NkfekT当T E时: TkT3NTEE23Nk=3R 这就是杜隆 珀替定律的形式；eTTET当 T 趋于零时, CV 逐步减小,当 T0 时,CV=0,这都是爱因斯坦模型与试验相符之处,但是在低温下, 当 T D,CV3R这即是杜隆 珀替定律；T 立方定律；第 4 页,共 27 页 当温度很低时,即T D,就经运算

13、：cv124NkT35D这说明白当 T 趋于 0K 时,CV 与 T3成比例地趋于零,这也就是闻名的德拜1.2.3 无机材料的热容（见课件）- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 1.3 影响热容的因素影响无机材料热容的因素：影响金属热容的因素 : 1. 自由电子对金属材料热容的奉献 : 在低温下几乎全部的化合物,固溶体和中间相的热容 : CV =ClV + CeV = T3 + T在极低或极高温度下 ,电子热容的奉献不行忽视 .热容系数 , 由低温热容试验测定 .2. 合金成分对热容的影响 : 合金的热容是每个组元热容与其质量百分比的乘积之和；即C = x

14、1C1 + x2C2 + +xnCn_奈曼 -考普 Neuman-Kopp定律高温下该定律具有普遍性,适用于金属化合物,金属与非金属化合物,中间相和固溶体；热处理能转变合金的组织,但对合金高温下的热容没有明显影响；该定律对铁磁合金不适用；3. 相变时的金属热容变化：金属及合金的组织转变：热效应（一）熔化和凝固：熔点TmC 液态 C 固态（二）一级相变：在恒温恒压下,除有体积变化外,H 和 Q 发生突变,相伴相变潜热发生；Cp 热容无限大；如纯金属的三态变化,同素异构转变,共晶,包晶转变,固态的共析转变等；（三） 二级相变：相变在一个有限的温度范畴内逐步变化,焓也变化,但不突变；热容 在转变温度

15、邻近也有猛烈变化,但为有限值；这类相变包括磁性转变,部分材料的有序 无序转变（有人认为部分转变属于一级相变）,超导转变；（四）亚稳态组织转变：亚稳态转变为稳态时要放出热量,从而导致热容曲线向下拐折（不行逆转变 , 如过饱和固溶体的时效,马氏体和残余奥氏体回火转变,形变金属的回 复与再结晶等；）.4 热容的测量与热分析 具体见课件 比热容的常用测量方法 一. 量热计法 . 适用于低温顺中温测比热 ；1. 混合法 ; 2. 电阻加热法 二. 撒克司法 . 适用于高温测比热 三. 斯密特法 .（适用测比热与转变潜热）四. 热分析方法 简洁热分析 ; 示差热分析DTA; 利用在相同条件下加热或冷却时,

16、试样和标准样的温度差与温度或时间关系 ,对组织结构进行分析的一种技术；名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 27 页精选学习资料 - - - - - - - - - 把握示差热分析原理图；差动扫描量热 DSC：用差动方法测量加热或冷却过程中,将试样和标准样的温度差 保持为零时,所需要补充的热量与温度或时间的关系2. 材料的热膨胀2.1 热膨胀系数 物体的体积或长度随着温度的上升而增大的现象称为热膨胀；假设物体原先的长度 为 l0,温度上升 t后长度增量为 l,试验指出它们之间存在如下的关系：线膨胀系数：lllT2.1 l 称为线膨胀系数 . 2.2 V 称为体膨0物体体积随温

17、度的增长可表示为：体膨胀系数：VVTV0胀系数,相当于温度上升1K 时物体体积相对增大；线膨胀系数与体膨胀系数的关系: v3l几种典型材料的线膨胀系数RT: 石英玻璃 : l 0.5 10-6 /K ；铁 : l 12 10-6 /K ；高温纳灯所用的封接导电材料: 金属铌 l = 7.810-6 /K ； Al2O3 灯管 l = 8 10-6/K；2.2 固体材料热膨胀的物理本质：原子的非简谐振动 晶格振动中相邻质点间的作用力,实际上是非线性的,即作用力并不简洁地与位移 成正比；质点在平稳位置两侧时受力的情形并不对称,在质点平稳位置 r0 的两侧,合力 曲线的斜率是不等的,当 r r0 时

18、,斜率较小,所以 r r0时,引力随位移的增大要慢些,在这样的受力情形下,质 点振动时的平均位置就不在 r0 处而要向右移, 因此相邻质点间平均距离增加,温度越高,振幅越大,质点在 r0 两侧受力不对称情形越显著,平稳位置向右移动得越多,相邻质点 间平均距离也就增加得越多,以致晶胞参数增大,晶体膨胀；从位能曲线的非对称性同样可以得到较具体的说明,温度愈高,平均位置移得愈远,晶体就愈膨胀；2.3 热膨胀和其它性能的关系 2.3.1 膨胀系数与热容的关系 热膨胀是由于固体材料受热以后晶格振动加剧而引起的容积膨胀；而晶格振动的激 化就是热运动能量的增大；上升单位温度时能量的增量也就是热容的定义；所以

19、热膨胀 系数明显与热容亲密相关而有着相像的规律；名师归纳总结 格 律 乃 森 Gruneisen由 晶 格 热 振 动 理 论 : V = rCV/E0V; 立 方 晶 系 : l= 第 6 页,共 27 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - rCV/3E0V; 其中, r 为格律乃森常数 r 约在 1.5 2.5 间; E0 是 0 K 时体弹模量；线膨胀系数与热容随温度 T 的变化关系定性一样； 因温度上升,热振动加剧,上升单位温度的能量也增高；2.3.2 膨胀系数 与熔点 T m 的关系格律乃森仍提出了固体热膨胀的极限方程,即一般纯金属从0 K 加

20、热到熔点 Tm,相对膨胀量约为 6%；实际可写成： Tm V = V T m-V 0/V 0 = C 其中 , VTm 和 V 0 分别为熔点和0K 时金属的体积；C 为常数,多数立方和六方晶格金属取 0.06 0.076；即固态金属的体热膨胀极限方程：VTm-V0/V0 = C 6% 6.7%；线膨胀系数和熔点的关系可有体会公式： l Tm 0.0222.3.3 膨胀系数 与德拜温度 D 的关系：2/3 2 l = b/V A D ; 可见,金属的德拜温度越高,膨胀系数就越小；由于原子间结合力2与 D 成正比,原子间结合力越大,膨胀系数越小；分析金属的热膨胀特性可以间接地获得有关原子间结合力

21、的信息；2.3.4 热膨胀与原子序数的关系 : 具有肯定的周期性 : IA 族元素的 值随 Z 增加而增大 ,其余 A 族元素的 值就随 Z 增加而减小 .这与键有关. 碱金属 值高 ,过渡族元素 值低 .与原子结合力有关 . 石英玻璃的 值约 0.5 10-6/K；而 F 铁为 12 10-6/K. 2.4 影响膨胀性能的因素2.4.1 1.相变的影响：一级相变的特点是：体积发生突变,伴有相变潜热,膨胀系数在转变点无限大；如三态转变,同素异构转变等属于一级相变；二级相变无体积突变和相变潜热,但膨胀系数和比热容有突变；1. 晶型转变： 室温下 ZrO2 晶体是单斜晶型；温度高于 1000 度时

22、转为四方晶型,体积收缩 4%；严峻影响应用；加入 MgO,CaO, Y2O3 等稳固剂后,在高温与 ZrO2 形成立方晶型的固溶体；不到2000 度不发生晶型转变；2. 有序 -无序转变： 如 Au-Cu 有序合金加热到 300时有序开头破坏；达 480时完全无序化；拐折点对应有序无序转变的上临界温度,常称有序-无序转变温度； Cu-Zn合金成分接近 CuZn 时,形成具有体心立方点阵的固溶体,低温时为有序状态,铜原3.子在每个单胞的结点上,锌原子在中心；随 T 上升逐步转变为无序,吸取热量；属于二级相变；铁磁性转变：多数金属和合金的膨胀系数随温度的变化规律与热容一样按 T3 规律变化；铁磁金

23、属名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 27 页精选学习资料 - - - - - - - - - 和合金会显现反常膨胀； 目前说明是磁致伸缩抵消了合金的热膨胀；具有负反常膨胀特性合金可用于获得膨胀系数为零或负值的因瓦 变的可伐合金 Kovar alloy ；Invar合金,或在肯定温度范畴内不2.4.2 不同结构的物质：原子间结合力与 D 2 成正比,结合力越大,德拜温度越高,膨胀系数越小；对于相同组成的物质,由于结构不同,膨胀系数也不同；通常结构紧密的晶体,膨胀系 数都较大,而类似于无定形的玻璃,就往往有较小的膨胀系数；多晶石英的 l 值为 12 10-6/K ；而无定型石

24、英玻璃的2.4.3 钢组织的膨胀特性. 钢的膨胀特性取决于组成相的性质和数量； 值只有 0.5 10-6/K；. 钢组织中马氏体比容最大,奥氏体最小,铁素体和珠光体居中；而马氏体,珠光 体和奥氏体的比容都随含碳量的增加而增大；. 铁素体和渗碳体的比容有固定值；. 钢的线膨胀系数就相反,奥氏体最大,铁素体和珠光体次之,马氏体最小；2.5 膨胀的测量膨胀测量是材料热性能争论的一种物理方法；材料的热膨胀特性以它的膨胀系数表 征,通常检测其平均线膨胀,核心在于精确测量在特定温区内的热膨胀量；按原理可分为：光学式,电测式,机械式；1. 光学膨胀仪 光学膨胀仪是物理冶金中常用的膨胀仪；其基本原理是利用光杠

25、杆放大试样的膨胀 量,并用标准样的伸长标出温度； 又通过照相方法自动记录膨胀曲线；放大倍数可达 200 800倍 通常可分为：1. 一般光学膨胀仪 测定膨胀系数 2. 示差光学膨胀仪 灵敏度和精确度更高,适于测定临界点 标样功能：在一般光学膨胀仪中,标准样的功能是指示和跟踪待测试样的温度示差光学膨胀仪中,标准样的功能是除了指示温度和跟踪待测试样的温度外,仍有将试 样内部组织未转变前的膨胀量抵消,将膨胀量的测量范畴缩小,以提高放大倍数和测量 的灵敏度；标准样的要求：其膨胀量与温度成正比；在测量范畴内无相变 的外形和尺寸相同 . 标准样的挑选：,不易氧化；导热系数接近待测样；与试样较低温度方围争论

26、有色金属和合金时,常用铜和铝纯金属做标准样；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 27 页精选学习资料 - - - - - - - - - 争论钢材时,争论钢的标样可采纳皮洛斯合金（PYROS alloy（Ni80%-Cr16%-W4%. 稳定性好, 1000 度以下无相变,膨胀系数由 12.27 10-6/K 匀称增加到 21 . 24 10-6/K；较石英传动杆的线膨胀系数约 0.5 10-6/K；2. 电测式膨胀仪 将膨胀量转换为电讯号,然后进行电讯号的记录,数据处理和画出膨胀曲线；包括应变电阻式膨胀仪,电容式膨胀仪和电感式膨胀仪 ；电感式膨胀仪 : 组成：初级,次级线

27、圈和磁芯构成； 初级和次级线圈绕在同一绝缘管上 , 次级线圈由两段完全相同的绕组反向的先圈串接而成；它们相对初级线圈完全对称；磁芯处在中间位置时,反接的次级线圈的感生电动势相互抵消；磁芯偏离中间位置差动变压器信号与磁芯偏离量呈线性关系；原理:采纳差动变压器原理将试样的膨胀量转换为电信号 特点：试样可采纳真空高频加热, 加热速度可掌握在（放大倍数可达到 6000 倍）；500/s 以下范畴； 试样冷却可以选用小电流加热自然冷却和强力喷气冷却三种冷却方式；加热温度和冷却速度易 于自动化和运算机掌握和数据处理；近年来,较为先进的全自动快速膨胀仪膨胀量转换 采纳的就是差动变压器原理；缺点：易受电磁因素

28、的干扰；变压器电源采纳 3.机械式膨胀仪 1.千分表式膨胀仪 2. 杠杆式膨胀仪200400Hz 以防止工业网的干扰；将膨胀量转移到千分表或利用杠杆作用放大 . 2.6 膨胀分析的应用（组织转变体积效应）2.6.1 亚共析钢,共析钢,和过共析钢的膨胀曲线分析及组织转变温度的确定 亚共析钢的加热膨胀曲线分为共析转变和自由铁素体溶解两个阶段；奥氏体的比容比 导致膨胀曲线陡直下降；珠光体小,珠光体转变为奥氏体使试样的长度产生明显收缩,自由铁素体逐步溶解于奥氏体,致使曲线缓慢降低；共析钢的加热膨胀曲线上的陡直下降特别显著,说明珠光体转变为奥氏体的数量增 多,体积收缩效应也随之增大；过共析钢在珠光体转变

29、为奥氏体以后曲线斜率增大,这是由于奥氏体的膨胀系数比珠光体大；过共析钢中有二次渗碳体存在,二次渗碳体不断溶解, 使奥氏体的含碳量不断增高,比热容不断增大, 从而导致膨胀曲线在高温区显现明显的拐折,拐折点的温度对应于 Accm 和 Ar cm；膨胀曲线见书 P29-图 1.32 2.6.2 过冷奥氏体等温转变的动力学曲线分析2.6.3 钢的冷却膨胀曲线分析名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 27 页精选学习资料 - - - - - - - - - 例1.金刚石为碳的一种晶体结构,其晶格常数a=0.357 nm,当它转变成石墨（ =2.25g/cm 3）结构时,求其体积转变百分

30、数？金刚石的晶体结构为复式面心立方结构,每个晶胞共含有 8 个碳原子；解：金刚石的密度： =（812）/0.357 10-7 36.02 10 23）=3.503（g/cm 3）1g 金刚石的体积（比容）V1=1/3.503=0.285 cm 3/g;1g 石墨的体积 V2=1/2.25=0.444cm 3/g;故由金刚石转变成石墨结构时体积膨胀=（V2-V1 ）/V1=0.444-0.285/0.285=55.8% 例 2. Calculate the change in volume that occurs when BCC iron is heated and changes to FC

31、C iron. The lattice parameter of BCC iron is 2.863 A and of FCC iron is 3.591 A Volume of BCC cell = a 3 = 2.863 3 = 23.467 10-30 （m 3）Volume of FCC cell = a 3 = 3.591 3 = 46.307 10-30 （m 3）But the FCC unit cell contains four atoms and the BCC unit cell contains only two atoms. Two BCC unit cells wi

32、th a total volume of 46.934 will contain 4 atoms. Volume change/atom = 46.307 -46.934/46.934 = -1.34% Steel contracts on heating. 3. 材料的热传导与热稳固性1. 基本概念：热传导；热导率（ ）；热扩散率（ ） 导热才能；2. 基本规律：dQSdT.傅立叶（ Fourier）定律：dtdx单位温度梯度下,单位时间内通过单位垂直面积的热量；.魏德曼 -弗兰兹定律：LT材料的热传导（1）稳固传热过程 : 热传导 :材料中热量由高温向低温区域传递的现象；（2）不稳固传热过

33、程 : 对于一个外界无热交换,本身又存在温度梯度的物体,单位面积上的温度随时间的2变化率为 : T T2t c p x3固体材料热传导的微观机理固体导热：电子导热,声子导热和光子导热；能量的载体：电子（德布罗意波） ；声子（格波）：声频波的量子；光子（电磁波）金属：主要是电子导热为主；合金/半导体：电子 /声子导热；绝缘体：声子导热；4. 影响热导率的因素： （1）温度的影响；（2）显微结构的影响；（3）化学组成的影响；（4）气孔的影响；名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 27 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5. 导热系数测量方法：稳态方法 : （1

34、）1. 热流法导热仪；（2）爱护热流法导热仪； （3）爱护热板法导热仪：动态（瞬时）测量法： （1）热线法；（2）激光闪射法；6. 材料的热稳固性 热稳固性（抗热振性） ：材料承担温度的急剧变化（热冲击）而不致破坏的才能；热冲击损坏的类型：抗热冲击断裂性：材料发生瞬时断裂；抗热冲击损耗性：在热冲击循环作用下,材料的表面开裂、剥落、并不断进展,最终碎 裂或变质；提高抗热冲击断裂性能的措施：1. 提高应力强度 ,减小弹性模量 E 2. 提高材料的热导率 3. 减小材料的膨胀系数 4. 削减材料表面热传递系数 5. 减小产品的有效厚度 其次章 材料的电导 2.1 电导的物理现象 2.1.1 电导的宏

35、观参量电流密度J=E/ =E（2.1）式中 =RS/L,为材料的电阻率；电阻率的倒数定义为电导率,即 =1/ ；也可写为：J= E （2.2）这就是欧姆定律的微分形式,它适用于非匀称导体；微分式说明导体中电流密度正比于该点 的电场,比例系数为电导率 ；电导率的基本表达式： = nq（2.2）其中： 为电导率, n 为载流子的浓度, q 为载流子的电荷量, 为载流子的迁移率；载流子：电子,离子；电子电导：载流子为电子（或电子空穴）的电导称为电子电导；离子电导：载流子为离子（或离子空位）的电导称为离子电导；无机材料中的载流子可以有电子和电子空穴,阴、阳离子空位和阴、阳离子填隙,而金属导 体中的载流

36、子主要是电子2.2 晶体的能带 导体,半导体和绝缘体的能带结构及导电性；金属导体的能带：价带与导带重叠而无禁带,或价带没填满而形成导带；此时处在导带的价 电子就是自由电子,即使在温度很低时也具有很强的导电才能；名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 27 页精选学习资料 - - - - - - - - - 半导体的能带： 满价带和空导带, 且有禁带； 禁带宽度较小 （如锗 Eg = 0.72 eV；硅 Si 的 Eg = 1.1 eV；ZnO：Eg = 3.37 eV）室温下导电才能弱（室温电子热运动能量：kT=1.38 10-23J/K 300K/（1.6 10-19）=2

37、6 10-3eV=26meV）； Eg = 6 eV；MgO：绝缘体的能带：满价带和空导带,且有禁带；禁带宽度较宽（如金刚石的 Eg = 7.7 eV）,基本无导电才能；依据能带理论,晶体中并非全部电子,也并非全部价电子都能参加导电,只有导带中的电子或价带顶部的空穴才能参加导电；在具有严格周期性势场的抱负晶体中的载流子, 在肯定零度下的运动像抱负气体分子在真空中的运动一样,不受阻力,迁移率为无 限大； 当周期性势场受到破坏,载流子的运动才受到阻力的作用,其缘由是载流子在运 动过程中受到了各种因素的散射；本小节以散射的概念为基础分析争论电子的迁移率的 本质；散射的两个缘由：1、晶格散射 ：晶格振

38、动引起的散射叫做晶格散射；温度越高,晶格振动越强对载流子的 晶格散射也将增强,迁移率降低；2、离子杂质散射 ：离子杂质散射的影响与掺杂浓度有关,掺杂越多,载流子和电离杂质相遇而被散射 的机会也就越多；温度越高,散射作用越弱；高掺杂时,温度越高,迁 移率越小；2.3 影响电子电导的因素 影响电导率的因素有温度、杂质及缺陷；影响电导率的因素 1. 温度：温度是猛烈影响材料物理性能的外部因素；一般而言 : 电子电导：金属材料电导率随温度的上升而下降；缘由：因温度对有效电子数影响不大,加热使点阵热振动加剧,电子散射几率增加,电子运动平均自由程减小；离子晶体型陶瓷材料电导率随温度的上升而上升；缘由：热缺

39、陷增多；离子电导：2. 冷加工对金属电阻的影响：冷加工形变使金属电阻增大：如：冷加工变形使金属如Fe,Cu,Ag,Al 等的电阻率增加2% 6%,只有 W,Mo,Sn 可分别增加 30%,50%,15%,20%,90%；一般单相固溶体经冷加工可增加 10%20%,而有序固溶体就增加 Fe-Cr-Al 等合金形成 K 状态,使电阻下降；3. 热处理对金属电阻的影响：100%甚至更高；而 Ni-Cr, Ni-Cu-Zn, 退火产生回复和再结晶可使电阻下降；但退火温度高于再结晶温度时,再结晶生成很细小晶粒,晶界面缺陷反使R 大；淬火产生缺陷使R 增大；4. 固溶体合金的导电性固溶体的导电性：名师归纳

40、总结 - - - - - - -第 12 页,共 27 页精选学习资料 - - - - - - - - - 高导电性金属溶入低导电性溶剂中也使固溶体电阻增高；二元合金最大电阻率在 50%处；铁磁性和强顺磁性固溶体有异；贵金属 Cu,Ag,Au与过渡族金属组成固溶体, 电阻也反常高 价电子转移到过渡族金属 的 d-或 f-壳层中；有效导电电子数削减；有序化有利于改善离子电场的规整性,削减电子散射；不匀称固溶体 K 状态 的电阻： Ni-Cr, Ni-Cu-Zn, Fe-Cr-Al 等合金形成 K 状态：现象 :冷加工使电阻明显降低,但回火反而使电阻上升；缘由 : 原子偏聚尺寸与电子平均自由程可以

41、比拟 5. 碳钢的电阻：, 产生附加散射使电阻增大；随含碳量和热处理工艺不同而变：淬火态比退火态电阻高；淬火态组织是碳在 -铁中的固溶体,含碳量越高,淬火后马氏体和残余奥氏体中固溶的碳就越多；6 超导电性超导体的性能：完全的导电性,完全的抗磁性（迈斯纳效应）；影响超导态的三个性能指标：超导转变温度Tc；超导临界磁场 Hc（T）=Hc01-T/T c2; 超导临界电流 I c = c . r . Hc/2.其中, c 为光速, r 为试样截面半径；7电阻的测量： =RS/L 分类：高阻测量 R 10 7 ,选用兆欧表 粗测 ,冲击检流计 精测 ；中阻测量 R：10 210 6 ,用万用表,欧姆表,单电桥法 精测 ；半导体用直流四探针法；-610 2 ,双电桥或电位差计；金属及合金电阻 R：10 重点把握金属导体,半导体,及绝缘体的测量方法,测量原理（含电路图）,测量步骤及运算公式；8电阻分析的应用：碳钢的回火Al-Cu 合金的时效 Cu3Au 合金的有序 -无序转化 测定固溶体溶解度曲线9. 热电性能