材料物理性能考試重點(diǎn) 材料物理性能 基本要求

1、基本要求一，基本概念：1. 摩爾熱容: 使摩爾物質(zhì)在沒有相變和化學(xué)反應(yīng)的條件下，溫度升高1k所需要的熱量稱為摩爾熱容。它反映材料從周圍環(huán)境吸收熱量的能力。2. 比熱容：質(zhì)量為1kg的物質(zhì)在沒有相變和化學(xué)反應(yīng)的條件下，溫度升高1k所需要的熱量稱為比熱容。它反映材料從周圍環(huán)境吸收熱量的能力。3. 比容：單位質(zhì)量（即1kg物質(zhì)）的體積，即密度的倒數(shù)（m3/kg）。4. 晶格熱振動： 晶體點(diǎn)陣中的質(zhì)點(diǎn)(原子,離子)總是圍繞著平衡位置作微小振動.5. 聲子（phonon）: 聲子是晶體中晶格集體激發(fā)的準(zhǔn)粒子，就是晶格振動中的簡諧振子的能量量子。6. 德拜溫度: 德拜模型認(rèn)為:晶體對熱容的貢獻(xiàn)主要是低頻彈

2、性波的振動，聲頻支的頻率具有0max 分布,其中,最大頻率所對應(yīng)的溫度即為德拜溫度,即d=max/k:7. 示差熱分析法（differential thermal analysis, dta ）: 是在測定熱分析曲線（即加熱溫度t與加熱時(shí)間t的關(guān)系曲線）的同時(shí)，利用示差熱電偶測定加熱（或冷卻）過程中待測試樣和標(biāo)準(zhǔn)試樣的溫度差隨溫度或時(shí)間變化的關(guān)系曲線tt（t），從而對材料組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的一種技術(shù)。8. 示差掃描量熱法（differential scanning calorimetry, dsc）: 用示差方法測量加熱或冷卻過程中，將試樣和標(biāo)準(zhǔn)樣的溫度差保持為零時(shí)，所需要補(bǔ)充的熱量與溫度或時(shí)間

3、的關(guān)系。9. 熱穩(wěn)定性（抗熱振性）：材料承受溫度的急劇變化（熱沖擊）而不致破壞的能力。10. 塞貝克效應(yīng)：當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體組成一個(gè)閉合回路時(shí)，若在兩接頭處存在溫度差則回路中將有電勢及電流產(chǎn)生，這種現(xiàn)象稱為塞貝克效應(yīng)。11. 玻爾帖效應(yīng)：當(dāng)有電流通過兩個(gè)不同導(dǎo)體組成的回路時(shí)，除產(chǎn)生不可逆的焦耳熱外，還要在兩接頭處出現(xiàn)吸熱或放出熱量q的現(xiàn)象。12. 邁斯納效應(yīng)：若在常溫下將超導(dǎo)體先放入磁場內(nèi)，則有磁力線穿過超導(dǎo)體；然后再將超導(dǎo)體冷卻至tc以下，發(fā)現(xiàn)磁產(chǎn)從超導(dǎo)體內(nèi)被排出，即超導(dǎo)體內(nèi)無磁場b=0。即超導(dǎo)體具有完全的抗磁性。13. 鐵電體：具有電疇結(jié)構(gòu)和電滯回線的晶體。14. 壓電效應(yīng)：在某些晶體（主要

4、是離子晶體）的一定方向施加機(jī)械力作用時(shí)，晶體的兩端表面出現(xiàn)符號相反的束縛電荷，且束縛電荷的密度與施加的外力大小成正比，這種由機(jī)械效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電效應(yīng)的現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。15. 逆壓電效應(yīng)：將具有壓電效應(yīng)的電介質(zhì)置于外電場中，由于外電場的作用引起其內(nèi)部正負(fù)電荷中心位移，從而導(dǎo)致電介質(zhì)發(fā)生形變（形變與所加電場強(qiáng)度成正比），這種由電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成機(jī)械效應(yīng)的過程稱為逆壓電效應(yīng)。16. 磁電阻效應(yīng)：磁場對載流子或半導(dǎo)體中的載流子有作用，致使電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象。17. 光生伏特效應(yīng)：光照射引起pn結(jié)兩端產(chǎn)生電動勢的效應(yīng)。當(dāng)光照射到pn結(jié)結(jié)區(qū)時(shí)，光照產(chǎn)生的電子空穴對在結(jié)電場作用下，電子推向n區(qū)，空穴推向p區(qū)；電子

5、在n區(qū)積累使n區(qū)側(cè)帶負(fù)電，空穴在p區(qū)積累使p區(qū)側(cè)帶正電，從而建立一個(gè)與原內(nèi)建電位差相反的電位差，稱為光生電位差。18. 磁疇：在未加磁場時(shí)鐵磁體內(nèi)部已經(jīng)磁化到飽和狀態(tài)的小區(qū)域。19. 磁致伸縮效應(yīng)：鐵磁體在磁場中被磁化時(shí)，其形狀和尺寸都發(fā)生變化的現(xiàn)象。20. 退磁場：非閉合回路磁體磁化后，磁體內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)與磁化方向相反的磁場。21. 技術(shù)磁化：在外磁場的作用下，鐵磁體從完全退磁狀態(tài)磁化到飽和的內(nèi)部變化過程。22. 磁導(dǎo)率：當(dāng)外磁場h增加時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度b增加的速率叫磁導(dǎo)率，用表示， 即=b/h。23. 內(nèi)耗：固體材料對振動能量的損耗稱為內(nèi)耗，它代表材料對振動的阻尼能力。24. 滯彈性：在彈性范圍

6、內(nèi)出現(xiàn)的非彈性現(xiàn)象（如彈性蠕變和彈性后效）。25. 滯彈性內(nèi)耗：由滯彈性產(chǎn)生的內(nèi)耗。26. 彈性模量：在彈性范圍內(nèi)，引起物體單位變形所需要的應(yīng)力大小。即材料所受應(yīng)力與應(yīng)變之間的線性比例系數(shù)， = e，其中稱為彈性模量。它表示材料彈性變形的難易程度。二，基本理論（含微觀機(jī)理）：熱學(xué): 杜隆珀替定律；愛因斯坦模型；德拜的比熱模型電學(xué): 1. 量子自由電子理論; 2. 能帶理論; 3.離子導(dǎo)電機(jī)制磁學(xué): 1鐵磁金屬的自發(fā)磁化理論; 2. 矯頑力理論（應(yīng)力理論，雜質(zhì)理論）熱膨脹：微觀機(jī)理彈性與內(nèi)耗: 1彈性理論；滯彈性內(nèi)耗機(jī)制（馳豫理論的基本思想）三，基本規(guī)律（含影響因素）熱學(xué)：熱容的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，影響熱

7、容的因素及規(guī)律（溫度，組織轉(zhuǎn)變，結(jié)構(gòu)相變，合金成分等）電學(xué)：導(dǎo)體，半導(dǎo)體，絕緣體的導(dǎo)電性隨溫度的變化規(guī)律；影響導(dǎo)電性的因素磁學(xué)：曲線；磁化規(guī)律；影響鐵磁性的因素（組織敏感參量和組織不敏感參量）熱膨脹：熱膨脹的實(shí)驗(yàn)規(guī)律；常見材料（如鋼組織）的膨脹規(guī)律彈性與內(nèi)耗：內(nèi)耗的實(shí)驗(yàn)測定；斯諾克內(nèi)耗實(shí)驗(yàn)四，實(shí)驗(yàn)測量方法與原理熱學(xué)：熱容的測定及熱分析方法磁學(xué)：磁性的測量方法及原理（如矯頑力等）熱膨脹：熱膨脹的測量方法彈性與內(nèi)耗：彈性模量及內(nèi)耗的測量原理；碳在fe中的擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散激活能的測定內(nèi)容簡介第一章. 材料的熱性能由于材料和制品往往要應(yīng)用于不同的溫度環(huán)境中，很多使用場合還對它們的熱性能有著特定的要求，因

8、此熱學(xué)性能也是材料重要的基本性質(zhì)之一。固體材料的一些熱性能如比熱，熱膨脹、熱傳導(dǎo)等都直接與晶格振動有關(guān)，因此我們首先介紹熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)力學(xué)一些概念和晶格振動的有關(guān)內(nèi)容。1 材料的熱容熱容的概念:熱容的定義：物體在溫度升高1k時(shí)所吸收的熱量稱作該物體的熱容摩爾熱容：使摩爾物質(zhì)在沒有相變和化學(xué)反應(yīng)的條件下，溫度升高1k所需要的能量,它反映材料從周圍環(huán)境吸收熱量的能力。比熱容：質(zhì)量為1kg的物質(zhì)在沒有相變和化學(xué)反應(yīng)的條件下，溫度升高1k所需要的熱量稱為比熱容。它反映材料從周圍環(huán)境吸收熱量的能力。比容：單位質(zhì)量（即1kg物質(zhì)）的體積，即密度的倒數(shù)（m3/kg）。物體的熱容還與它的熱過程性質(zhì)有關(guān)，假如加熱

9、過程是恒壓條件下進(jìn)行的，所測定的熱容稱為恒壓熱容(cp)。假如加熱過程是在保持物體容積不變的條件下進(jìn)行的，則所測定的熱容稱為恒容熱容(cv)。由于恒壓加熱過程中，物體除溫度升高外，還要對外界作功(膨脹功)，所以每提高1k溫度需要吸收更多的熱量，即cpcv， 1.1晶態(tài)固體熱容的經(jīng)驗(yàn)定律和經(jīng)典理論晶體的熱容，元素的熱容定律杜隆珀替定律：“恒壓下元素的原子熱容等于25j/kmol”。實(shí)際上大部分元素的原子熱容都接近25 j/kmol，特別在高溫時(shí)符合得更好。根據(jù)晶格振動理論，一個(gè)摩爾固體中有n個(gè)原子，總能量為：e = 3nkt=3rt 式中 n阿佛加德羅常數(shù)；t絕對溫度(k)；k波爾茨曼常數(shù)；r8

10、.314(j/kmol)氣體普適常數(shù)。按熱容的定義，有: cv= (de/dt)v = 3nkb = 3r =24.91 j/(mol.k) 1.2晶態(tài)固體熱容的量子理論1.2.1 愛因斯坦模型愛因斯坦提出的假設(shè)是：晶體中所有原子都以相同的頻率振動,振動的能量是量子化的,且每個(gè)振子都是獨(dú)立的振子。當(dāng) t e 時(shí): =3r 這就是杜隆珀替定律的形式。當(dāng)t趨于零時(shí)，cv逐漸減小，當(dāng)t0時(shí)，cv=0，這都是愛因斯坦模型與實(shí)驗(yàn)相符之處，但是在低溫下，當(dāng)t d，cv3r這即是杜隆珀替定律。 當(dāng)溫度很低時(shí)，即td，則經(jīng)計(jì)算： 這表明了當(dāng)t趨于0k時(shí)，cv與t3成比例地趨于零，這也就是著名的德拜t立方定律。

11、1.2.3無機(jī)材料的熱容 （見課件） 1.3 影響熱容的因素l 影響無機(jī)材料熱容的因素：l 影響金屬熱容的因素:1. 自由電子對金屬材料熱容的貢獻(xiàn):在低溫下幾乎所有的化合物,固溶體和中間相的熱容:cv =clv + cev = t3 + t在極低或極高溫度下,電子熱容的貢獻(xiàn)不可忽略.熱容系數(shù) , 由低溫?zé)崛輰?shí)驗(yàn)測定.2. 合金成分對熱容的影響: 合金的熱容是每個(gè)組元熱容與其質(zhì)量百分比的乘積之和。 即 c = x1c1 + x2c2 +xncn。 _奈曼-考普(neuman-kopp)定律 高溫下該定律具有普遍性，適用于金屬化合物，金屬與非金屬化合物，中間相和固溶體。熱處理能改變合金的組織，但對

12、合金高溫下的熱容沒有明顯影響。該定律對鐵磁合金不適用。3. 相變時(shí)的金屬熱容變化：金屬及合金的組織轉(zhuǎn)變：熱效應(yīng)（一）熔化和凝固：熔點(diǎn) tm c液態(tài) c固態(tài)（二）一級相變：在恒溫恒壓下，除有體積變化外，h和q發(fā)生突變，伴隨相變潛熱發(fā)生。cp熱容無限大。如純金屬的三態(tài)變化，同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，共晶，包晶轉(zhuǎn)變，固態(tài)的共析轉(zhuǎn)變等。（三） 二級相變：相變在一個(gè)有限的溫度范圍內(nèi)逐漸變化，焓也變化，但不突變。熱容在轉(zhuǎn)變溫度附近也有劇烈變化，但為有限值。這類相變包括磁性轉(zhuǎn)變，部分材料的有序無序轉(zhuǎn)變（有人認(rèn)為部分轉(zhuǎn)變屬于一級相變），超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。（四）亞穩(wěn)態(tài)組織轉(zhuǎn)變：亞穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)時(shí)要放出熱量，從而導(dǎo)致熱容曲線向下拐折

13、（不可逆轉(zhuǎn)變, 如過飽和固溶體的時(shí)效，馬氏體和殘余奧氏體回火轉(zhuǎn)變，形變金屬的回復(fù)與再結(jié)晶等。）.4熱容的測量與熱分析 (詳細(xì)見課件)比熱容的常用測量方法一. 量熱計(jì)法. (適用于低溫和中溫測比熱)。1. 混合法; 2. 電阻加熱法二. 撒克司法. (適用于高溫測比熱)三. 斯密特法.（適用測比熱與轉(zhuǎn)變潛熱）四. 熱分析方法l 簡單熱分析;l 示差熱分析dta; 利用在相同條件下加熱或冷卻時(shí),試樣和標(biāo)準(zhǔn)樣的溫度差與溫度或時(shí)間關(guān)系,對組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的一種技術(shù)。l 掌握示差熱分析原理圖。l 差動掃描量熱dsc：用差動方法測量加熱或冷卻過程中，將試樣和標(biāo)準(zhǔn)樣的溫度差保持為零時(shí)，所需要補(bǔ)充的熱量與溫度

14、或時(shí)間的關(guān)系2. 材料的熱膨脹2.1熱膨脹系數(shù)物體的體積或長度隨著溫度的升高而增大的現(xiàn)象稱為熱膨脹。假設(shè)物體原來的長度為l0，溫度升高t后長度增量為l，實(shí)驗(yàn)指出它們之間存在如下的關(guān)系：線膨脹系數(shù)： (2.1) l 稱為線膨脹系數(shù).物體體積隨溫度的增長可表示為：體膨脹系數(shù)： (2.2) v 稱為體膨脹系數(shù)，相當(dāng)于溫度升高1k時(shí)物體體積相對增大。線膨脹系數(shù)與體膨脹系數(shù)的關(guān)系: 幾種典型材料的線膨脹系數(shù)(rt): 石英玻璃: l 0.510-6 /k；鐵: l 12 10-6 /k； 高溫納燈所用的封接導(dǎo)電材料: 金屬鈮 l = 7.810-6 /k； al2o3燈管 l = 810-6/k。2.2

15、 固體材料熱膨脹的物理本質(zhì)：原子的非簡諧振動晶格振動中相鄰質(zhì)點(diǎn)間的作用力，實(shí)際上是非線性的，即作用力并不簡單地與位移成正比。質(zhì)點(diǎn)在平衡位置兩側(cè)時(shí)受力的情況并不對稱，在質(zhì)點(diǎn)平衡位置r0的兩側(cè)，合力曲線的斜率是不等的，當(dāng)r r0時(shí)，斜率較小，所以r r0時(shí)，引力隨位移的增大要慢些，在這樣的受力情況下，質(zhì)點(diǎn)振動時(shí)的平均位置就不在r0處而要向右移，因此相鄰質(zhì)點(diǎn)間平均距離增加，溫度越高，振幅越大，質(zhì)點(diǎn)在r0兩側(cè)受力不對稱情況越顯著，平衡位置向右移動得越多，相鄰質(zhì)點(diǎn)間平均距離也就增加得越多，以致晶胞參數(shù)增大，晶體膨脹。從位能曲線的非對稱性同樣可以得到較具體的解釋，溫度愈高，平均位置移得愈遠(yuǎn)，晶體就愈膨脹。

16、2.3熱膨脹和其它性能的關(guān)系2.3.1膨脹系數(shù)與熱容的關(guān)系熱膨脹是因?yàn)楣腆w材料受熱以后晶格振動加劇而引起的容積膨脹。而晶格振動的激化就是熱運(yùn)動能量的增大。升高單位溫度時(shí)能量的增量也就是熱容的定義。所以熱膨脹系數(shù)顯然與熱容密切相關(guān)而有著相似的規(guī)律。格律乃森(gruneisen)由晶格熱振動理論: v = rcv/(e0v); 立方晶系: l = rcv/(3e0v); 其中， r為格律乃森常數(shù)(r約在 1.5 2.5間); e0 是0 k時(shí)體彈模量。線膨脹系數(shù)與熱容隨溫度t的變化關(guān)系定性一致。因溫度升高，熱振動加劇，升高單位溫度的能量也增高。2.3.2膨脹系數(shù)與熔點(diǎn)tm的關(guān)系格律乃森還提出了固體

17、熱膨脹的極限方程，即一般純金屬從0 k加熱到熔點(diǎn)tm，相對膨脹量約為6%。實(shí)際可寫成： tm v = (vtm-v0)/v0 = c 其中, vtm和v0 分別為熔點(diǎn)和0k時(shí)金屬的體積。 c為常數(shù)，多數(shù)立方和六方晶格金屬取0.06 0.076。即固態(tài)金屬的體熱膨脹極限方程： (vtm-v0)/v0 = c 6% 6.7%。線膨脹系數(shù)和熔點(diǎn)的關(guān)系可有經(jīng)驗(yàn)公式： l tm 0.0222.3.3 膨脹系數(shù)與德拜溫度d的關(guān)系： l = b/(v2/3ad2); 可見，金屬的德拜溫度越高，膨脹系數(shù)就越小。由于原子間結(jié)合力與d2成正比，原子間結(jié)合力越大，膨脹系數(shù)越小。分析金屬的熱膨脹特性可以間接地獲得有關(guān)

18、原子間結(jié)合力的信息。2.3.4 熱膨脹與原子序數(shù)的關(guān)系:具有一定的周期性:ia族元素的值隨z增加而增大,其余a族元素的值則隨z增加而減小.這與鍵有關(guān). 堿金屬值高,過渡族元素值低.與原子結(jié)合力有關(guān).石英玻璃的值約0.510-6/k；而f鐵為12 10-6/k.2.4 影響膨脹性能的因素2.4.1 1.相變的影響：一級相變的特征是：體積發(fā)生突變，伴有相變潛熱，膨脹系數(shù)在轉(zhuǎn)變點(diǎn)無限大。如三態(tài)轉(zhuǎn)變，同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變等屬于一級相變。二級相變無體積突變和相變潛熱，但膨脹系數(shù)和比熱容有突變。1. 晶型轉(zhuǎn)變：室溫下zro2晶體是單斜晶型。溫度高于1000度時(shí)轉(zhuǎn)為四方晶型，體積收縮4%。嚴(yán)重影響應(yīng)用。加入mgo,

19、cao, y2o3等穩(wěn)定劑后，在高溫與zro2形成立方晶型的固溶體。不到2000度不發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變。2. 有序-無序轉(zhuǎn)變：如au-cu有序合金加熱到300時(shí)有序開始破壞。達(dá)480時(shí)完全無序化。拐折點(diǎn)對應(yīng)有序無序轉(zhuǎn)變的上臨界溫度，常稱有序-無序轉(zhuǎn)變溫度。cu-zn合金成分接近c(diǎn)uzn時(shí)，形成具有體心立方點(diǎn)陣的固溶體，低溫時(shí)為有序狀態(tài)，銅原子在每個(gè)單胞的結(jié)點(diǎn)上，鋅原子在中心。隨t升高逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序，吸收熱量。屬于二級相變。3. 鐵磁性轉(zhuǎn)變：多數(shù)金屬和合金的膨脹系數(shù)隨溫度的變化規(guī)律與熱容一樣按t3規(guī)律變化。鐵磁金屬和合金會出現(xiàn)反常膨脹。目前解釋是磁致伸縮抵消了合金的熱膨脹。具有負(fù)反常膨脹特性合金可用于

20、獲得膨脹系數(shù)為零或負(fù)值的因瓦(invar)合金，或在一定溫度范圍內(nèi)不變的可伐合金(kovar alloy)。2.4.2不同結(jié)構(gòu)的物質(zhì)：原子間結(jié)合力與d2成正比，結(jié)合力越大，德拜溫度越高，膨脹系數(shù)越小。對于相同組成的物質(zhì)，由于結(jié)構(gòu)不同，膨脹系數(shù)也不同。通常結(jié)構(gòu)緊密的晶體，膨脹系數(shù)都較大，而類似于無定形的玻璃，則往往有較小的膨脹系數(shù)。多晶石英的l值為12 10-6/k；而無定型石英玻璃的值只有0.5 10-6/k。2.4.3 鋼組織的膨脹特性 鋼的膨脹特性取決于組成相的性質(zhì)和數(shù)量。 鋼組織中馬氏體比容最大，奧氏體最小，鐵素體和珠光體居中。而馬氏體，珠光體和奧氏體的比容都隨含碳量的增加而增大。 鐵素

21、體和滲碳體的比容有固定值。 鋼的線膨脹系數(shù)則相反，奧氏體最大，鐵素體和珠光體次之，馬氏體最小。2.5膨脹的測量膨脹測量是材料熱性能研究的一種物理方法。材料的熱膨脹特性以它的膨脹系數(shù)表征，通常檢測其平均線膨脹，核心在于精確測量在特定溫區(qū)內(nèi)的熱膨脹量。按原理可分為：光學(xué)式，電測式，機(jī)械式。1. 光學(xué)膨脹儀光學(xué)膨脹儀是物理冶金中常用的膨脹儀。其基本原理是利用光杠桿放大試樣的膨脹量，并用標(biāo)準(zhǔn)樣的伸長標(biāo)出溫度。又通過照相方法自動記錄膨脹曲線。放大倍數(shù)可達(dá)200 800倍通?？煞譃椋?1). 普通光學(xué)膨脹儀(測定膨脹系數(shù))(2). 示差光學(xué)膨脹儀(靈敏度和精確度更高，適于測定臨界點(diǎn))標(biāo)樣功能：水平分量指示

22、和跟蹤待測試樣的溫度標(biāo)準(zhǔn)樣的要求：其膨脹量與溫度成正比；在測量范圍內(nèi)無相變,不易氧化；導(dǎo)熱系數(shù)接近待測樣。與試樣的形狀和尺寸相同.標(biāo)準(zhǔn)樣的選擇：較低溫度方圍研究有色金屬和合金時(shí)，常用銅和鋁純金屬做標(biāo)準(zhǔn)樣；研究鋼材時(shí)，研究鋼的標(biāo)樣可采用皮洛斯合金（pyros alloy)（ni80%-cr16%-w4%).穩(wěn)定性好，1000度以下無相變，膨脹系數(shù)由12.2710-6/k均勻增加到21 . 2410-6/k。較石英傳動桿的線膨脹系數(shù)約0.510-6/k。2. 電測式膨脹儀將膨脹量轉(zhuǎn)換為電訊號，然后進(jìn)行電訊號的記錄，數(shù)據(jù)處理和畫出膨脹曲線。(包括應(yīng)變電阻式膨脹儀，電容式膨脹儀和電感式膨脹儀) 。電感

23、式膨脹儀:組成：初級，次級線圈和磁芯構(gòu)成。初級和次級線圈繞在同一絕緣管上, 次級線圈由兩段完全相同的繞組反向的先圈串接而成。它們相對初級線圈完全對稱。磁芯處在中間位置時(shí)，反接的次級線圈的感生電動勢相互抵消。磁芯偏離中間位置差動變壓器信號與磁芯偏離量呈線性關(guān)系。原理:采用差動變壓器原理將試樣的膨脹量轉(zhuǎn)換為電信號（放大倍數(shù)可達(dá)到6000倍）。特點(diǎn)：試樣可采用真空高頻加熱，加熱速度可控制在500/s以下范圍。試樣冷卻可以選用小電流加熱自然冷卻和強(qiáng)力噴氣冷卻三種冷卻方式。加熱溫度和冷卻速度易于自動化和計(jì)算機(jī)控制和數(shù)據(jù)處理。近年來，較為先進(jìn)的全自動快速膨脹儀膨脹量轉(zhuǎn)換采用的就是差動變壓器原理。缺點(diǎn)：易受

24、電磁因素的干擾。變壓器電源采用200400hz以防止工業(yè)網(wǎng)的干擾。3.機(jī)械式膨脹儀(1).千分表式膨脹儀(2). 杠桿式膨脹儀將膨脹量轉(zhuǎn)移到千分表或利用杠桿作用放大.2.6 膨脹分析的應(yīng)用（組織轉(zhuǎn)變體積效應(yīng)）2.6.1亞共析鋼，共析鋼，和過共析鋼的膨脹曲線分析及組織轉(zhuǎn)變溫度的確定2.6.2過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的動力學(xué)曲線分析2.6.3 鋼的冷卻膨脹曲線分析例1. 金剛石為碳的一種晶體結(jié)構(gòu)，其晶格常數(shù)a=0.357 nm，當(dāng)它轉(zhuǎn)變成石墨（=2.25g/cm3）結(jié)構(gòu)時(shí)，求其體積改變百分?jǐn)?shù)？金剛石的晶體結(jié)構(gòu)為復(fù)式面心立方結(jié)構(gòu)，每個(gè)晶胞共含有8個(gè)碳原子。解：金剛石的密度：=（812）/(0.35710-

25、7)36.021023）=3.503（g/cm3）1g金剛石的體積（比容）v1=1/3.503=0.285 (cm3/g);1g石墨的體積v2=1/2.25=0.444(cm3/g);故由金剛石轉(zhuǎn)變成石墨結(jié)構(gòu)時(shí)體積膨脹=（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 fcc iron. the lattice parameter of bcc iron is 2.863 a and of fcc ir

26、on is 3.591 avolume of bcc cell = a3 = 2.8633 = 23.46710-30 （m3）volume of fcc cell = a3 = 3.5913 = 46.30710-30 （m3）but the fcc unit cell contains four atoms and the bcc unit cell contains only two atoms. two bcc unit cells with a total volume of 46.934 will contain 4 atoms. volume change/atom = (46.

27、307 -46.934)/46.934 = -1.34%steel contracts on heating!3. 材料的熱傳導(dǎo)與熱穩(wěn)定性1. 基本概念： 熱傳導(dǎo)； 熱導(dǎo)率（）； 熱擴(kuò)散率（）2. 基本規(guī)律： 傅立葉（fourier）定律：單位溫度梯度下，單位時(shí)間內(nèi)通過單位垂直面積的熱量。 導(dǎo)熱能力。 魏德曼-弗蘭茲定律：材料的熱傳導(dǎo)（1）穩(wěn)定傳熱過程:熱傳導(dǎo):材料中熱量由高溫向低溫區(qū)域傳遞的現(xiàn)象。（2）不穩(wěn)定傳熱過程: 對于一個(gè)外界無熱交換，本身又存在溫度梯度的物體，單位面積上的溫度隨時(shí)間的變化率為: 3固體材料熱傳導(dǎo)的微觀機(jī)理固體導(dǎo)熱：電子導(dǎo)熱，聲子導(dǎo)熱和光子導(dǎo)熱。能量的載體：電子（德布羅

28、意波）；聲子（格波）：聲頻波的量子；光子（電磁波）金屬：主要是電子導(dǎo)熱為主；合金/半導(dǎo)體：電子/聲子導(dǎo)熱；絕緣體：聲子導(dǎo)熱。4. 影響熱導(dǎo)率的因素：（1）溫度的影響；（2）顯微結(jié)構(gòu)的影響；（3）化學(xué)組成的影響；（4）氣孔的影響。5. 導(dǎo)熱系數(shù)測量方法：穩(wěn)態(tài)方法: （1）1. 熱流法導(dǎo)熱儀；（2）保護(hù)熱流法導(dǎo)熱儀；（3）保護(hù)熱板法導(dǎo)熱儀：動態(tài)（瞬時(shí)）測量法：（1）熱線法；（2）激光閃射法。6. 材料的熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性（抗熱振性）：材料承受溫度的急劇變化（熱沖擊）而不致破壞的能力。熱沖擊損壞的類型：抗熱沖擊斷裂性：材料發(fā)生瞬時(shí)斷裂；抗熱沖擊損傷性：在熱沖擊循環(huán)作用下，材料的表面開裂、剝落、并不斷發(fā)

29、展，最終碎裂或變質(zhì)。 提高抗熱沖擊斷裂性能的措施：1. 提高應(yīng)力強(qiáng)度，減小彈性模量e 2. 提高材料的熱導(dǎo)率 3. 減小材料的膨脹系數(shù) 4. 減少材料表面熱傳遞系數(shù) 5. 減小產(chǎn)品的有效厚度 第四章 第二章 材料的電導(dǎo)2.1電導(dǎo)的物理現(xiàn)象2.1.1 電導(dǎo)的宏觀參量電流密度 j=e/=e （2.1）式中r=r(s/l)，為材料的電阻率。電阻率的倒數(shù)定義為電導(dǎo)率s，即s=1/r。也可寫為：j=se （2.2）這就是歐姆定律的微分形式，它適用于非均勻?qū)w。微分式說明導(dǎo)體中電流密度正比于該點(diǎn)的電場，比例系數(shù)為電導(dǎo)率。載流子：電子，離子。電子電導(dǎo)：載流子為電子（或電子空穴）的電導(dǎo)稱為電子電導(dǎo)；離子電導(dǎo)：

30、載流子為離子（或離子空位）的電導(dǎo)稱為離子電導(dǎo)。2.2 晶體的能帶導(dǎo)體，半導(dǎo)體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電性。根據(jù)能帶理論，晶體中并非所有電子，也并非所有價(jià)電子都能參與導(dǎo)電，只有導(dǎo)帶中的電子或價(jià)帶頂部的空穴才能參與導(dǎo)電。在具有嚴(yán)格周期性勢場的理想晶體中的載流子，在絕對零度下的運(yùn)動像理想氣體分子在真空中的運(yùn)動一樣，不受阻力，遷移率為無限大。當(dāng)周期性勢場受到破壞，載流子的運(yùn)動才受到阻力的作用，其原因是載流子在運(yùn)動過程中受到了各種因素的散射。本小節(jié)以散射的概念為基礎(chǔ)分析討論電子的遷移率的本質(zhì)。散射的兩個(gè)原因：1、晶格散射：晶格振動引起的散射叫做晶格散射；溫度越高，晶格振動越強(qiáng)對載流子的晶格散射也將增強(qiáng)，遷

31、移率降低。2、離子雜質(zhì)散射：離子雜質(zhì)散射 的影響與摻雜濃度有關(guān)，摻雜越多，載流子和電離雜質(zhì)相遇而被散射 的機(jī)會也就越多。溫度越高，散射作用越弱。高摻雜時(shí)，溫度越高，遷移率越小。2.3 影響電子電導(dǎo)的因素影響電導(dǎo)率的因素有溫度、雜質(zhì)及缺陷。影響電導(dǎo)率的因素1. 溫度：溫度是強(qiáng)烈影響材料物理性能的外部因素。一般而言:電子電導(dǎo)：金屬材料電導(dǎo)率隨溫度的升高而下降。原因：因溫度對有效電子數(shù)影響不大， 加熱使點(diǎn)陣熱振動加劇，電子散射幾率增加，電子運(yùn)動平均自由程減小。離子電導(dǎo)： 離子晶體型陶瓷材料電導(dǎo)率隨溫度的升高而上升。原因：熱缺陷增多。2. 冷加工對金屬電阻的影響：冷加工形變使金屬電阻增大： 如：冷加工

32、變形使金屬如 (fe,cu,ag,al等)的電阻率增加2% 6%，只有w,mo,sn可分別增加30%，50%，15%，20%，90%；一般單相固溶體經(jīng)冷加工可增加10%20%，而有序固溶體則增加100%甚至更高。而(ni-cr, ni-cu-zn, fe-cr-al等合金形成k狀態(tài)，使電阻下降。3. 熱處理對金屬電阻的影響：退火產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶可使電阻下降。但退火溫度高于再結(jié)晶溫度時(shí)，再結(jié)晶生成很細(xì)小晶粒，晶界面缺陷反使r大。淬火產(chǎn)生缺陷使r增大。4. 固溶體合金的導(dǎo)電性固溶體的導(dǎo)電性：nl 高導(dǎo)電性金屬溶入低導(dǎo)電性溶劑中也使固溶體電阻增高。nl 二元合金最大電阻率在50%處；鐵磁性和強(qiáng)順磁性

33、固溶體有異。nl 貴金屬(cu,ag,au)與過渡族金屬組成固溶體，電阻也異常高(價(jià)電子轉(zhuǎn)移到過渡族金屬的d-或f-殼層中。有效導(dǎo)電電子數(shù)減少。nl 有序化有利于改善離子電場的規(guī)整性，減少電子散射。不均勻固溶體(k狀態(tài))的電阻：(ni-cr, ni-cu-zn, fe-cr-al等合金形成k狀態(tài)：現(xiàn)象:冷加工使電阻明顯降低，但回火反而使電阻升高。原因: 原子偏聚尺寸與電子平均自由程可以比擬, 產(chǎn)生附加散射使電阻增大。5. 碳鋼的電阻：隨含碳量和熱處理工藝不同而變：淬火態(tài)比退火態(tài)電阻高。淬火態(tài)組織是碳在-鐵中的固溶體，含碳量越高，淬火后馬氏體和殘余奧氏體中固溶的碳就越多。6 超導(dǎo)電性超導(dǎo)體的性能

34、：完全的導(dǎo)電性，完全的抗磁性（邁斯納效應(yīng)）。影響超導(dǎo)態(tài)的三個(gè)性能指標(biāo)：超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度tc；超導(dǎo)臨界磁場hc（t）=hc(0)1-(t/tc)2; 超導(dǎo)臨界電流ic = c r hc/2.其中，c為光速，r為試樣截面半徑。7電阻的測量：=rs/l分類：n 高阻測量(r 107 ) ，選用兆歐表(粗測)，沖擊檢流計(jì)(精測)。n 中阻測量(r：102106) ，用萬用表，歐姆表，單電橋法(精測)。n 半導(dǎo)體用直流四探針法。n 金屬及合金電阻(r：10-6102) ，雙電橋或電位差計(jì)。重點(diǎn)掌握金屬導(dǎo)體，半導(dǎo)體，及絕緣體的測量方法，測量原理（含電路圖），測量步驟及計(jì)算公式。8電阻分析的應(yīng)用：n 碳鋼的回火

35、n al-cu合金的時(shí)效n cu3au合金的有序-無序轉(zhuǎn)化n 測定固溶體溶解度曲線9. 熱電性能l 三個(gè)基本熱電效應(yīng): 塞貝克效應(yīng) (1821年發(fā)現(xiàn)); 珀耳帖效應(yīng) (1834年發(fā)現(xiàn)); 湯姆遜效應(yīng) （1854年發(fā)現(xiàn)）.在珀耳帖效應(yīng)中，如果電流方向與接觸電勢同向時(shí)，接觸端則放熱；如果電流方向與接觸端電勢反向時(shí)則吸熱。在湯姆遜效應(yīng)中，如果電流方向與溫差電勢方向相同時(shí)，則有熱流流出導(dǎo)體；如果電流方向與溫差電勢方向相反時(shí)，則有熱流流入導(dǎo)體。l 影響熱電勢的因素（合金元素，溫度，組織轉(zhuǎn)變，有序-無序轉(zhuǎn)變，鋼的含碳量及熱處理的影響，l 熱電勢的測量l 熱電性分析的應(yīng)用熱電子效應(yīng)10. 壓電性與鐵電性正壓

36、電效應(yīng)：在某些晶體（主要是離子晶體）的一定方向施加機(jī)械力作用時(shí)，晶體的兩端表面出現(xiàn)符號相反的束縛電荷，且束縛電荷的密度與施加的外力大小成正比，這種由機(jī)械效應(yīng)轉(zhuǎn)換成電效應(yīng)的現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。逆壓電效應(yīng)：將具有壓電效應(yīng)的電介質(zhì)置于外電場中，由于外電場的作用引起其內(nèi)部正負(fù)電荷中心位移，從而導(dǎo)致電介質(zhì)發(fā)生形變（形變與所加電場強(qiáng)度成正比），這種由電效應(yīng)轉(zhuǎn)換成機(jī)械效應(yīng)的過程稱為逆壓電效應(yīng)。晶體的介電性：電場作用引起電介質(zhì)產(chǎn)生極化的現(xiàn)象. 電介質(zhì)的極化強(qiáng)度與施加電場呈正比： p= eo cee鐵電性：在一定溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，在外電場作用下，自發(fā)極化能重新取向，電位移矢量與電場強(qiáng)度間的關(guān)系呈電滯回線特征

37、。 （具有自發(fā)極化的晶體）鐵電體：具有電疇結(jié)構(gòu)和電滯回線的晶體。11熱釋電效應(yīng)12光電性，磁電性一. 外光電效應(yīng) 在光線作用下，物體內(nèi)電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。向外發(fā)射的電子叫做光電子?；谕夤怆娦?yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管等。 光電效應(yīng)能否產(chǎn)生,取決于光子的能量是否大于該物質(zhì)表面的電子逸出功。這意味著每一種物質(zhì)都有一個(gè)對應(yīng)的光頻閥值,稱為紅限頻率（對應(yīng)的光波長稱為臨界波長）。 f光線 f紅限，微弱的光線即可導(dǎo)致電子發(fā)射。習(xí)題1. 光電管的光電子發(fā)射面受到 = 2537 的光照射，所放出的電子最大能量為2.5 ev，試求材料的逸出功。注： h = 6.62610-34

38、 js； c = 3108 m/s；q=1.610-19 庫侖。二.內(nèi)光電效應(yīng) 當(dāng)光照射在物體上，使物體的電阻率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象叫做內(nèi)光電效應(yīng)，它多發(fā)生于半導(dǎo)體內(nèi)。根據(jù)工作原理的不同，內(nèi)光電效應(yīng)分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)兩類：1.光電導(dǎo)效應(yīng) 在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象被稱為光電導(dǎo)效應(yīng)?；谶@種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。過程：當(dāng)光照射到半導(dǎo)體材料上時(shí)，價(jià)帶中的電子受到能量大于或等于禁帶寬度的光子轟擊，并使其由價(jià)帶越過禁帶躍入導(dǎo)帶，使材料中導(dǎo)帶內(nèi)的電子和價(jià)帶內(nèi)的空穴濃度增加，從而使電導(dǎo)率變大。本征吸收:半導(dǎo)體吸收光子的

39、能量使價(jià)帶中的電子激發(fā)到導(dǎo)帶，在價(jià)帶中留下空穴，產(chǎn)生等量的電子與空穴，這種吸收過程叫本征吸收。產(chǎn)生本征吸收的條件：入射光子的能量（h）至少要等于材料的禁帶寬度eg。即h eg。從而有0eg/h， 0 hc/eg = 1.24mev/eg，h：普朗克常數(shù)；c：光速；0：材料的頻率閾值；0：材料的波長閾值習(xí)題2. 已知ge和si的禁帶寬度分別為0.72 ev和1.1 ev，試求光照下本證ge和si發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)所需光的最小波長？習(xí)題3. 某功函數(shù)為2.5 ev的金屬表面受到光照射，（1）這個(gè)面吸收紅光（紅=760 nm）或紫光（紫=380 nm）時(shí)，能發(fā)出光電子嗎？（2） 用波長為185 nm的紫

40、外光照射時(shí)，從表面放出的光電子能量是多少電子伏特ev？2.光生伏特效應(yīng) 在光線作用下能夠使物體產(chǎn)生一定方向的電動勢的現(xiàn)象叫做光生伏特效應(yīng)。 基于該效應(yīng)的光電器件有光電池和光敏二極管、三極管。第三章. 材料的磁學(xué)性能一， 基本參量分子電流理論 磁荷（等效）理論 相互關(guān)系磁矩： 磁偶極矩： 磁化強(qiáng)度： 磁極化強(qiáng)度： 磁場強(qiáng)度：h 磁感應(yīng)強(qiáng)度：b 磁化率：=m/h 磁導(dǎo)率：=b/h 二，基本關(guān)系； ； ； 三，單位換算si： cgs：b: t; h: a/m; m: a/m b:g(gauss); h:oe; m: emu/cm3;（特斯拉）或wb/m2b: 1t=104 g; h: 1103 a/

41、m=4 oe; m: 1103 a/m= emu/cm3; 3.1磁矩和磁化強(qiáng)度3.1.1磁矩（1）定義: 磁矩是表示磁體本質(zhì)的一個(gè)物理量。任何一個(gè)封閉的電流都具有磁矩。其方向與環(huán)形電流法線的方向一致，其大小為電流與封閉環(huán)形的面積的乘積is。（2）原子磁矩物質(zhì)是原子核和電子的集合體，要理解物質(zhì)的磁性起源，就要考慮原子具有的磁矩?，F(xiàn)在我們可以從以下三方面來分析原子中的磁矩。 電子軌道運(yùn)動產(chǎn)生的磁矩: l = (l(l+1)1/2 b 電子自旋產(chǎn)生的磁矩: s = (s(s+1)1/2 b 原子核的磁矩: 原子核的磁矩原子核的磁矩3.2 物質(zhì)磁性的分類弱磁性: 1. 抗磁性；2. 順磁性；3. 反

42、鐵磁性。強(qiáng)磁性: 1. 鐵磁體；2. 亞鐵磁體：與鐵磁體相似，但 值較小，如磁鐵礦（fe3o4)。v 順磁性：定義: 當(dāng)材料被磁化后,磁化矢量與外加磁場的方向相同時(shí)，固體表現(xiàn)為順磁性。 順磁性物質(zhì)的磁化率一般很小，室溫下約為10-310-6 數(shù)量級。 原子內(nèi)部存在固有磁矩(離子有未填滿的電子殼層)。如過渡元素、稀土元素：3d-金屬ti,v; 4d-金屬鈮nb, 鋯zr, 鉬mo，鈀pd；5d-金屬(hf, ta, w, 鉑pt）。 自由電子的順磁性大于離子的抗磁性。如：堿金屬和堿土金屬離子雖然是填滿的殼層，但li，na, k，mg， al是順磁性金屬。 順磁性物質(zhì)的磁化率與溫度 的關(guān)系服從居里

43、-外 斯定律：v 抗磁性：定義: 當(dāng)材料被磁化后,磁化矢量與外加磁場的方向相反時(shí)，固體表現(xiàn)為抗磁性。 抗磁性物質(zhì)的抗磁性一般很微弱，磁化率 是甚小的負(fù)常數(shù)(m與h反向)，一般約為10-6 數(shù)量級。 抗磁性是電子電子的循軌運(yùn)動在外加磁場作用下的結(jié)果.任何金屬都具有抗磁性. 金屬中有一半是抗磁金屬。cu, ag, au, hg, zn, bi等。(因抗磁性大于電子的順磁性)v 鐵磁性 有一類物質(zhì)如fe,co,ni，室溫下磁化率可達(dá)10 10 6 數(shù)量級，這類物質(zhì)的磁性稱為鐵磁性 鐵磁性物質(zhì)即使在較弱的磁場內(nèi)，也可得到極高的磁化強(qiáng)度，而且當(dāng)外磁場移去后，仍可保留極強(qiáng)的磁性（有剩磁）。 鐵磁體的鐵磁性

44、只在某一溫度以下才表現(xiàn)出來，超過這一溫度，鐵磁性消失。這一溫度稱為居里點(diǎn)其磁化率與溫度的關(guān)系服從居里一外斯定律 v 反鐵磁性反鐵磁自旋有序，首先是由舒爾和司馬特利用中子衍射實(shí)驗(yàn)在mno上證實(shí)。mno的晶體結(jié)構(gòu)是mn離子形成面心立方晶格，o離子位于每個(gè)mn-mn對之間。從中子衍射線，超過奈耳點(diǎn)的室溫衍射圖與奈耳點(diǎn)以下80k溫度的衍射圖比較，看到低于奈耳點(diǎn)的衍射圖有額外的超點(diǎn)陣線，通過分析得到反鐵磁的磁結(jié)構(gòu)。v 亞鐵磁性體：相鄰原子磁體反平行，磁矩大小不同，產(chǎn)生與鐵磁性相類似的磁性。一般稱為鐵氧體的大部分鐵系氧化物即為此。3.3磁疇的形成和自發(fā)磁化3.3.1磁疇的形成鐵磁體在很弱的外加磁場作用下能

45、顯示出強(qiáng)磁性，這是由于物質(zhì)內(nèi)部存在自發(fā)磁化的小區(qū)域，即磁疇。對于處于退磁化狀態(tài)的鐵磁體，它們在宏觀上并不顯示磁性，這說明物質(zhì)內(nèi)部各部分的自發(fā)磁化強(qiáng)度的取向式雜亂的。因而物質(zhì)的磁疇不會是單疇，而是由許多小磁疇組成的。磁疇形成的原因有“交換”作用和超交換作用。3.3.1.1“交換”作用 磁偶極子類似于一個(gè)小永久磁體，因此在其周圍形成磁場，這一磁場必然會對其它磁矩產(chǎn)生作用，使磁矩在特定方向取向，由于磁矩的相互作用，使其取向趨于一致。實(shí)際上這是由于電子的靜電相互作用造成的，也即“交換”作用。這一現(xiàn)象也可從電子的“共有化”運(yùn)動得到解釋。交換作用能: eex = -as1s2 = -acos; a0時(shí)，自

46、發(fā)平行排列； a 3，即一定的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。 rab: 原子間距; r :未滿電子殼層半徑.3.3.1.3超交換作用在某些材料中過渡金屬離子不是直接接觸，直接接觸交換作用很小，只有通過中間負(fù)離子氧起作用。在尖晶石結(jié)構(gòu)中實(shí)際上存在a-a，b-b，a-b三種可能位置.因而存在三種交換作用。由于各種原因，這些化合物中只有其中的一種超交換作用占優(yōu)勢。3.4 金屬的鐵磁性3.4.1 磁各向異性材料的磁化有難易之分，對于晶體來說，不同的晶體學(xué)方向其磁化也有所不同，即存在易磁化的晶體學(xué)方向和難磁化的結(jié)晶學(xué)方向，分別稱為易磁化軸和難磁化軸。如體心立方結(jié)構(gòu)的fe，其100的3個(gè)軸為易磁化軸，111的4個(gè)軸為難磁化軸

47、。立方晶系晶體磁晶各向異性能：室溫下：鐵k1= 4.2104 j/m3 ; ni：k1= -0.34104 j/m3 ; 六角晶系晶體磁晶各向異性能： hcp co： ku1=41104 j/m3 ; 四方結(jié)構(gòu)nd2fe14b: ku1=5106 j/m3 ;六角：smco5: ku1=1.55107 j/m3 ;3.4.2鐵磁體的形狀各向異性及退磁能退磁場：非閉合回路磁體磁化后，磁體內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)與磁化方向相反的磁場。鐵磁體被磁化后產(chǎn)生的退磁場強(qiáng)度：hd = -nm; 其中n為幾何退磁因子，m為磁化強(qiáng)度，負(fù)號表示退磁場與m反向。退磁能：當(dāng)鐵磁體呈開路態(tài)時(shí)，磁體越粗短(細(xì)長)，n值越大（越小），

48、退磁能也越大（越?。?。球體nx=ny=nz=1/3; 沿z方向的一維直線型磁體：nx = ny = 1/2，nz=0; 在x-y平面內(nèi)的二維磁性薄膜：nx = ny = 0，nz=1。在s.i.單位制中，nx + ny+ nz = 1.3.4.3磁致伸縮效應(yīng)使消磁狀態(tài)的鐵磁體磁化，一般情況下其尺寸、形狀會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為此致伸縮效應(yīng)。長度為l的棒沿軸向磁化時(shí)，若長度變化為dl，則磁致伸縮率l=dl/l，磁致伸縮率在強(qiáng)磁場的作用下達(dá)到飽和的值ls稱為磁致伸縮常數(shù)，作為鐵磁體的特性參數(shù)經(jīng)常使用。利用磁致伸縮可以使磁能（實(shí)際上是電能）轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，而利用糍致伸縮的逆效應(yīng)可以使機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

49、磁彈性能：； 為m與夾角。 討論：1. 如果s 0，則，當(dāng) =90 時(shí)，取最小值，此時(shí)m 磁性薄膜為垂直磁化； 2. 如果s 0, 0，則，當(dāng) = 0 時(shí)，取最小值，此時(shí)m/ 磁性薄膜為易面磁化；3.4.4磁疇結(jié)構(gòu)磁疇的形成是能量最低原理的結(jié)果退磁能(減小表面自由磁極) ；磁彈性能(減少磁疇尺寸) ；疇壁能(包括磁晶各向異性能，磁彈性能)疇壁數(shù)量減少。由于鐵磁體具有很強(qiáng)的內(nèi)部交換作用，鐵磁物質(zhì)的交換能為正值，而且較大，使得相鄰原子的磁矩平行取向，發(fā)生自發(fā)磁化，在物質(zhì)內(nèi)部形成許多小區(qū)域，即磁疇。這種自生的磁化強(qiáng)度叫自發(fā)磁化強(qiáng)度ms。因此自發(fā)磁化是鐵磁物質(zhì)的基本特征，也是鐵磁物質(zhì)和順磁物質(zhì)的區(qū)別所

50、在。大量實(shí)驗(yàn)證明，為了保持自發(fā)磁化的穩(wěn)定性，必須使強(qiáng)磁體的能量達(dá)最低值，因而就分裂成無數(shù)微小的磁疇，形成磁疇結(jié)構(gòu)。每個(gè)磁疇的體積大約為10-9cm3，約有1015個(gè)原子。磁疇壁：相鄰磁疇的過渡區(qū)。磁疇壁具有交換能，磁晶能及磁彈性能。磁疇壁有吸引夾雜物或空隙的作用，因疇壁經(jīng)過夾雜物或空隙時(shí)系統(tǒng)的退磁能和疇壁能都較小。磁性材料中，夾雜物或空隙越多，壁移磁化就越困難，因而，磁化率也就越低。單疇顆粒：具有低的磁導(dǎo)率和高的矯頑力。3.5技術(shù)磁化磁滯回線: 鐵磁體在未經(jīng)磁化或退磁狀態(tài)時(shí)，其內(nèi)部磁疇的磁化強(qiáng)度方向隨機(jī)取向，彼此相互抵消，總體磁化強(qiáng)度為零。如果將其放入外磁場h中，其磁化強(qiáng)度m隨外磁場h的變化是

51、非線性的。技術(shù)磁化：鐵磁金屬在外加磁場的作用下所產(chǎn)生的磁化.下面簡單的介紹磁疇壁運(yùn)動模型。在消磁狀態(tài)下，疇壁受內(nèi)應(yīng)力等障礙物的釘扎作用，疇壁難以運(yùn)動。在外磁場的作用下，由于各磁疇的磁矩發(fā)生轉(zhuǎn)向而引起磁疇壁的移動，在磁疇壁的移動過程中，如果磁場較弱，不足以克服內(nèi)應(yīng)力等障礙物的釘扎作用，疇壁難以運(yùn)動，當(dāng)外磁場取消后，鐵磁體即可回到消磁狀態(tài)，即處于可逆的疇壁移動區(qū)域。隨著外加磁場強(qiáng)度的增大，釘扎作用不足以抵消外磁場的作用，疇壁試圖克服釘扎作用而移動，此時(shí)，爭脫開障礙物釘扎作用的疇壁，發(fā)生雪崩式的移動。疇壁移動是突然和不連續(xù)的，從而磁化也是不連續(xù)的。用電氣放大作用進(jìn)行探測，會有不規(guī)則的噪聲出現(xiàn)。稱此為

52、barkhausen效應(yīng)或噪聲。在此之后，進(jìn)入到可逆的磁疇旋轉(zhuǎn)區(qū)。進(jìn)而達(dá)到飽和磁化狀態(tài)。如果外磁場h為交變磁場，則與電滯回線類似，可得到磁滯回線.磁化階段：i。疇壁的可逆遷移階段ii。疇壁的不可逆遷移階段iii。磁疇的旋轉(zhuǎn)疇壁移動的阻力1。應(yīng)力理論: 2。雜質(zhì)理論: 可以用磁滯回線說明晶體磁學(xué)各向異性。在某一宏觀方向上（如水平方向、垂直方向）生長的單磁疇粒子，且其自發(fā)磁化強(qiáng)度被約束在該方向內(nèi)，當(dāng)在該方向上施加外加磁場，磁滯回線為直角型，而在與此垂直的方向上施加磁場，磁滯回線縮成線性。3.6 影響金屬鐵磁性的因素組織結(jié)構(gòu)不敏感參量：ms, s, k, tc等，它們與成分，鐵磁相的性質(zhì)及數(shù)量有關(guān)；組織結(jié)構(gòu)敏感參量：hc， ， ， br等，它們與