材料物理性能win

1、第1章熱學(xué)性能一、基木概念：品格振動(dòng)（品格熱振動(dòng)）、格波、聲子、光學(xué)波、聲學(xué)波晶格振動(dòng)或晶格熱振動(dòng)：晶體點(diǎn)陣中的質(zhì)點(diǎn)（原子、離子）總是圍繞著平衡位宜作微小振動(dòng)。熱激發(fā)時(shí)每個(gè)原子在平衡位置附近的振動(dòng)會(huì)通過鄰近原子以行波的形式在晶 體內(nèi)傳播。這種波稱為“格波”。（聲子：晶格振動(dòng)是“量子化，啲，“量子化”的格波看成某種微粒，稱為“聲子 光學(xué)波：頻率高的格波，伴隨的能量也人，其頻率范圍處在光頻范圍（紅外區(qū)），故稱 為光頻支或光學(xué)波。（離子型材料具有很強(qiáng)紅外吸收特性）聲學(xué)波：另-支格波頻率較低，伴隨的能量小，與普通彈性波類似，是以聲波形式出 現(xiàn)的駐波，稱為聲頻支或聲學(xué)波。二、基本理論1、熱傳導(dǎo)固體材料導(dǎo)

2、熱晶格振動(dòng)（格波）以及電了和空穴運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。金屬導(dǎo)熱自由電子間碰撞；無機(jī)非金屬材料晶格振動(dòng)（格波），低溫聲子導(dǎo)熱，高溫吋 光子導(dǎo)熱；絕緣材 料聲子導(dǎo)熱2、熱膨脹l8晶體中質(zhì)點(diǎn)間引力、斥力曲線和位能曲線固體材料熱膨脹的物理本質(zhì)：歸結(jié)為點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)（原子或離子）間平均距離隨溫 度升高而加大。原因：質(zhì)點(diǎn)在晶格點(diǎn)陣中作非簡(jiǎn)諧振動(dòng)，相鄰質(zhì)點(diǎn)間的作用力實(shí)際上是非線性的，并 不簡(jiǎn)單地與位移成正比。圖1.9原子間非對(duì)稱作用能導(dǎo)致原子平均位醤侃移示意圖雙原子勢(shì)能曲線：與合力變化相對(duì)應(yīng)，兩原子相互勢(shì)能成一個(gè)不對(duì)稱曲線變 化。溫度上升，勢(shì)能增高，不對(duì)稱性越明顯，導(dǎo)致振動(dòng)中心右移，原子間距 增大。宏觀上表現(xiàn)為熱膨脹。

3、玻璃材料:影響固體材料熱膨脹系數(shù)的一些因素:結(jié)構(gòu)緊密的晶體膨脹系數(shù)大, 結(jié)構(gòu)空敞的晶體膨脹系數(shù)小。這是由于開放結(jié)構(gòu)能吸收振動(dòng)能及調(diào)整鍵角來 吸收振動(dòng)能所導(dǎo)致的。石英玻璃：av=0.56*10-6k-l；石英晶體:av=12*10-6k-l3、熱傳導(dǎo)固體材料導(dǎo)熱晶格振動(dòng)（格波）以及電子和空穴運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。金屬導(dǎo)熱自由電子間碰撞；無機(jī)非金屬材料晶格振動(dòng)（格波），低溫聲了導(dǎo)熱，高溫時(shí) 光了導(dǎo)熱；絕緣材 料聲子導(dǎo)熱多晶體與單晶體熱導(dǎo)率（p22）第2章電學(xué)性能一、基木概念：分析理論:對(duì)固體電子能量結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的認(rèn)識(shí),開始于金屬晶體材料:經(jīng)典自由電子論、 量子自由電子論、能帶理論能?。阂粋€(gè)能級(jí)分裂后所形成的密級(jí)

4、的能屋范圍，能級(jí)間能量差為小于10-33ev,能 帶中電子能量連續(xù)變化；能量低，能帶窄，能量高，能帶寬。禁帶：兩個(gè)相鄰能帶間有一個(gè)能量間隔，不存在電子穩(wěn)定態(tài)。這個(gè)能帶間隔稱為禁帶。（相對(duì)允帶）滿帶:一個(gè)能帶中的各能級(jí)都被電子填滿。（滿帶中電子不參與導(dǎo)電）價(jià)帶：原子基態(tài)價(jià)電子能級(jí)分裂而形成能帶?？諑В号c各原子的激發(fā)能級(jí)相應(yīng)的能帶，在耒被激發(fā)的正常情況下，沒有電子填入， 成為空帶。導(dǎo)帶：未被電子填滿的能帶。電流是電荷在空間的定向運(yùn)動(dòng)；任何一種物質(zhì)，只要存在攜帶電荷的自由粒子載 流子，就可以在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生電流。載流子類型：金屬導(dǎo)體 自由電子無機(jī)材料載流子電子（負(fù)電子、空穴）、離子（正、負(fù)離子和空位

5、）本征半導(dǎo)體：載流了為導(dǎo)電電了、空穴，只由半導(dǎo)體晶格木身提供（熱激發(fā)產(chǎn)生）。向本征半導(dǎo)體提供電子作為載流子的雜質(zhì)元素稱為施主。摻入了施主雜質(zhì)的非本征半 導(dǎo)體以負(fù)電荷（電子）作為載流子，所以稱為n （negative,表示負(fù)電荷的意思）型 半導(dǎo)體向本征半導(dǎo)體提供空穴作為載流子的雜質(zhì)元素稱為受主。摻入了受主雜質(zhì)的非本征半 導(dǎo)體以正電荷（空穴）作為載流子，所以稱為p （positive,表示正電荷的意思）型半 導(dǎo)體。固有離子導(dǎo)電：源于晶體點(diǎn)陣的基本離子運(yùn)動(dòng)，載流子由晶體本身的熱缺陷提供。（熱 振動(dòng)離開晶格）雜質(zhì)電導(dǎo)：由固定較弱的離子（雜質(zhì)）離子的運(yùn)動(dòng)造成。電介質(zhì)指在電場(chǎng)作用下，能建立極化的一切物質(zhì)介

6、質(zhì)的極化指電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生感應(yīng)電荷（束縛電荷）的現(xiàn)象電子位移極化離了位移極化偶極子轉(zhuǎn)向極化任何電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，總冇部分電能轉(zhuǎn)化為熱能，單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱而消耗的能 量稱為電介質(zhì)損耗介質(zhì)的擊穿:介質(zhì)的特性是指在一定的電場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)的材料的特性。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過 某一臨界值時(shí)，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱介電強(qiáng)度的破壞，或叫介 質(zhì)的擊穿。（介電強(qiáng)度：相應(yīng)的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度稱為，或稱為擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度。壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)晶體通過純粹的機(jī)械作用變形陽(yáng)發(fā)生極化，并導(dǎo)致電介質(zhì)表而 兩端出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷。熱釋電效應(yīng)：均勻加熱電氣石晶體時(shí)，在其表面上出現(xiàn)數(shù)量相等、符號(hào)相反的束縛電 荷，如果將其

7、冷卻，電荷的變化同加熱吋相反。鐵電體：在一定溫度范圍內(nèi)貝有自發(fā)極化性質(zhì)，并且自發(fā)極化方向可隨外電場(chǎng)作可逆 轉(zhuǎn)動(dòng)的晶休二、基木理論金屬導(dǎo)電：電子波散射是金屬存在電阻的根本原因；導(dǎo)致電子波散射的原因：品格振 動(dòng)、晶體缺陷（p44）量子力學(xué)可以證明，當(dāng)電子波在絕對(duì)零度下通過一個(gè)完整的晶體點(diǎn)陣時(shí)，將不受到散 射而無阻礙地傳播，只有在晶體點(diǎn)陣的完整性遭到破壞的地方電子波才受到散射，因 而產(chǎn)生電阻。由溫度引起點(diǎn)陣離子的振動(dòng)、點(diǎn)缺陷和位錯(cuò)的存在都會(huì)使理想晶體的周 期性遭到破壞，從而產(chǎn)生各自的附加電阻。玻璃態(tài)導(dǎo)電：實(shí)際中生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)：利用雙堿效應(yīng)和壓堿效應(yīng)，可以減少玻璃的電導(dǎo)率, 甚至可以使玻璃電導(dǎo)率降低4-5

8、個(gè)數(shù)量級(jí)。介電損耗機(jī)理：電導(dǎo)（漏導(dǎo)）損耗：在電場(chǎng)作用下，介質(zhì)中會(huì)有泄漏電流流過，引起電導(dǎo)損耗。（束縛 較弱的帶電質(zhì)點(diǎn)的宏觀運(yùn)動(dòng)引起的能雖損耗）（交變電場(chǎng)頻率很低時(shí)）極化損耗：由于各種電介質(zhì)極化的建立所造成的電流引起的損耗。（只有緩慢極化過程 才會(huì)引起能量損耗，如偶極子的極化損耗）。共振吸收損耗：對(duì)于離子晶體，外電場(chǎng)的頻率等于晶格振動(dòng)光頻波的頻率，則發(fā)牛 共振吸收。帶電質(zhì)點(diǎn)吸收外電場(chǎng)能雖，電介質(zhì)極化強(qiáng)度逐漸增加，最后通過質(zhì)點(diǎn)間的 碰撞和電磁波的輻射把能量耗散掉，這種損失就是光學(xué)材料的光吸收的木質(zhì)。極化損耗：德拜公式結(jié)論極化損耗與交變電場(chǎng)頻率、松弛時(shí)間關(guān)系（p53）笫3章磁學(xué)性能物質(zhì)的磁性本源是電

9、荷的運(yùn)動(dòng)。原子磁性包括：電子軌道磁矩、電了自旋磁矩、原了核磁短磁性材料分類：1.抗磁性2.順磁性3.鐵磁性4.反鐵磁性5.亞鐵磁性第4章光學(xué)性能1、光與固體相互作用的本質(zhì)冇兩種方式：電了極化、電子躍遷2、在可見光范i韋i內(nèi)，電場(chǎng)分量與傳播過程中遇到的每一個(gè)原子都發(fā)生相互作用引起電 子極化，即造成電子云與原子核的電荷中心發(fā)生相対位移；所以，當(dāng)光通過介質(zhì)時(shí)， 一部分能量被吸收，同時(shí)光速減小，后者導(dǎo)致折射。圖4. 9 絕緣體、金屬和半導(dǎo)體的折射率和吸收比琥頻率變化的簡(jiǎn)略圖問題1、可見光范陽(yáng)內(nèi)：金屬、半導(dǎo)體與絕緣體比透過性差2、絕緣體低頻折射率大3、絕緣體在紅外、紫外、x射線吸收峰產(chǎn)生原因光的色散：介

10、質(zhì)的折射率隨具波長(zhǎng)（或頻率）改變的變化率dn/d入光速在介質(zhì)中的減小或折射率的產(chǎn)生是山電子極化引起的，原子或離子越大, 電子極化程度越高，光速越慢，折射率越高。氧化物的折射率與禁帶寬度經(jīng)驗(yàn)公式：n<1.22 （可見光范圍透明）1.5egeg = hvhe1a = 4000-8000a光的散射與材料的透明性光散射現(xiàn)象：若透明介質(zhì)中分散有折射率不同的細(xì)小的其他介質(zhì)，光線在介質(zhì) 內(nèi)部傳播發(fā)生多次反射和折射，n反射而（或折射而）雜亂無章，使得光線偏 離原來前進(jìn)的方向而相各個(gè)方而傳播，致使透射光線變得十分彌散。純高聚物非品態(tài)均相透明；結(jié)品高聚物半透明或不透明 陶瓷材料單品透明；通常為多品多相體系，

11、半透明或不透明 光線在材料內(nèi)部發(fā)牛多次反射與折射，致使半透明或不透明光的吸收與材料的透明性非金屬材料對(duì)可見光透明、不透明、帶色透明的金屬材料對(duì)光強(qiáng)烈吸收，所以不透明。非金屬材料對(duì)可見光吸收三種機(jī)理：電子極化吸收光子：只有當(dāng)光的頻率與電子極化時(shí)間的倒數(shù)處在同-個(gè)數(shù)最級(jí) 時(shí)，由此引起的吸收才變得比較重要電子躍遷吸收光子：電子受激吸收光子而越過禁帶電子受激進(jìn)入位于禁帶中的雜質(zhì)或缺陷能級(jí)上而吸收光子；可見光中波長(zhǎng)最短的是紫光，波長(zhǎng)最長(zhǎng)的是紅光：所以，eg<1.8ev的半導(dǎo)體材料，是不透明的（類似金屬材料） 因?yàn)樗锌梢姽舛伎梢酝ㄟ^激發(fā)價(jià)帶電子向?qū)мD(zhuǎn)移而被吸收。 eg=1.83.1的非金屬材料，

12、是帶色透明的，因?yàn)橹粌硬糠挚梢姽馔ㄟ^激發(fā)價(jià)帶電了向?qū)мD(zhuǎn)移而被材料吸收。 eg>3.1ev無色透明第5章力學(xué)性能（cb/t 2282002規(guī)定門伸試驗(yàn)所得力學(xué)性能參數(shù)的新符號(hào)，如應(yīng)力、伸長(zhǎng)率、斯曲收縮率分別用符號(hào)r/2表丿八但為了前后統(tǒng)仍沿用老的符號(hào)鬧材料拉伸力學(xué)性能指標(biāo)材料的強(qiáng)度：對(duì)須性變形和斷裂的抗力，強(qiáng)度指標(biāo)：屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、 斷裂強(qiáng)度材料的塑性：材料斷裂前發(fā)生塑性變形的能力，指標(biāo)：斷裂前伸長(zhǎng)量、斷 而收縮率材料的脆性：彈性模量、脆性斷裂強(qiáng)度材料的韌性：斷裂前單位體積材料所吸收的變形能和斷裂能-外力做功；大小包括彈性變形能、塑性變形能、斷裂能高分子力學(xué)性能三態(tài)：玻璃態(tài)、高彈態(tài)、

13、粘流態(tài)高彈形變：（tg以上）： 鏈段運(yùn)動(dòng)，分子鏈質(zhì)量屮心并未產(chǎn)生移動(dòng)。分子鏈沿受力方向仲展，仲展長(zhǎng)度與應(yīng)力不成線性關(guān)系強(qiáng)迫高彈形變：(tb-tg)zl'nj：升高溫度，變形才可恢復(fù)彈性滯后：材料在彈性區(qū)內(nèi)加載、卸載時(shí)，由于應(yīng)變落后于應(yīng)力，使加載線與卸載線 不重合而形成封閉回線蠕變(creep)是在恒定的應(yīng)力作用下材料的應(yīng)變e隨時(shí)間(增加而逐漸增人的現(xiàn) 象。載荷作用時(shí)間對(duì)材料的變形行為冇重要影響.松弛極限：表示它表示在一定的初應(yīng)力和溫度下，不再繼續(xù)發(fā)生松弛的剩余應(yīng) 力。應(yīng)力松弛：材料的總應(yīng)變保持不變，而應(yīng)力隨時(shí)間白行降低的現(xiàn)象。理論：金屬材料、高分子塑性變形金屬材料塑性變形本質(zhì)是位錯(cuò)在外力作用下發(fā)牛 滑移和攣牛高分了贈(zèng)性變形由于分了鏈團(tuán)運(yùn)動(dòng)(粘性流動(dòng))而產(chǎn)生玻璃態(tài)高分子塑性變形兩種形式：剪切帶、銀紋。銀紋由于高分子在塑性伸長(zhǎng)吋局部區(qū)域產(chǎn)生大屋空穴，在空穴與高分子本體z間界面 處發(fā)生全反射現(xiàn)彖