材料物理性能測(cè)試思考題答案

1、有效電子數(shù)：不是所有的自由電子都能參與導(dǎo)電，在外電場(chǎng)的作用下，只有能量接近費(fèi)密能的少部分電子，方有可能被激發(fā)到空能級(jí)上去而參與導(dǎo)電。這種真正參加導(dǎo)電的自由電子數(shù)被稱(chēng)為有效電子數(shù)。K狀態(tài)：一般與純金屬一樣，冷加工使固溶體電阻升高，退火則降低。但對(duì)某些成分中含有過(guò)渡族金屬的合金，盡管金相分析和射線(xiàn)分析的結(jié)果認(rèn)為其組織仍是單相的，但在回火中發(fā)現(xiàn)合金電阻有反常升高，而在冷加工時(shí)發(fā)現(xiàn)合金的電阻明顯降低，這種合金組織出現(xiàn)的反常狀態(tài)稱(chēng)為K狀態(tài)。X射線(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，組元原子在晶體中不均勻分布，使原子間距的大小顯著波動(dòng)，所以也把K狀態(tài)稱(chēng)為“不均勻固溶體”。能帶：晶體中大量的原子集合在一起，而且原子之間距離很近，致使

2、離原子核較遠(yuǎn)的殼層發(fā)生交疊，殼層交疊使電子不再局限于某個(gè)原子上，有可能轉(zhuǎn)移到相鄰原子的相似殼層上去，也可能從相鄰原子運(yùn)動(dòng)到更遠(yuǎn)的原子殼層上去，從而使本來(lái)處于同一能量狀態(tài)的電子產(chǎn)生微小的能量差異，與此相對(duì)應(yīng)的能級(jí)擴(kuò)展為能帶。 禁帶：允許被電子占據(jù)的能帶稱(chēng)為允許帶，允許帶之間的范圍是不允許電子占據(jù)的，此范圍稱(chēng)為禁帶。價(jià)帶：原子中最外層的電子稱(chēng)為價(jià)電子，與價(jià)電子能級(jí)相對(duì)應(yīng)的能帶稱(chēng)為價(jià)帶。導(dǎo)帶：價(jià)帶以上能量最低的允許帶稱(chēng)為導(dǎo)帶。金屬材料的基本電阻：理想金屬的電阻只與電子散射和聲子散射兩種機(jī)制有關(guān)，可以看成為基本電阻，基本電阻在絕對(duì)零度時(shí)為零。殘余電阻(剩余電阻)：電子在雜質(zhì)和缺陷上的散射發(fā)生在有缺陷的

3、晶體中，絕對(duì)零度下金屬呈現(xiàn)剩余電阻。這個(gè)電阻反映了金屬純度和不完整性。相對(duì)電阻率： (300K) (4.2K) 是衡量金屬純度的重要指標(biāo)。剩余電阻率：金屬在絕對(duì)零度時(shí)的電阻率。實(shí)用中常把液氦溫度(4.2K)下的電阻率視為剩余電阻率。相對(duì)電導(dǎo)率：工程中用相對(duì)電導(dǎo)率( IACS%) 表征導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能。把國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)軟純銅(在室溫20 下電阻率= 0 .017 24·mm2/ m)的電導(dǎo)率作為100% , 其他導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率與之相比的百分?jǐn)?shù)即為該導(dǎo)體材料的相對(duì)電導(dǎo)率。馬基申定則(馬西森定則)：(T)在一級(jí)近似下，不同散射機(jī)制對(duì)電阻率的貢獻(xiàn)可以加法求和。：決定于化學(xué)缺陷和物理缺陷而與溫度

4、無(wú)關(guān)的剩余電阻率。(T)：取決于晶格熱振動(dòng)的電阻率(聲子電阻率)，反映了電子對(duì)熱振動(dòng)原子的碰撞。晶格熱振動(dòng)：點(diǎn)陣中的質(zhì)點(diǎn)(原子、離子)圍繞其平衡位置附近的微小振動(dòng)。格波：晶格振動(dòng)以彈性波的形式在晶格中傳播，這種波稱(chēng)為格波，它是多頻率振動(dòng)的組合波。熱容：物體溫度升高1K時(shí)所需要的熱量(J/K)表征物體在變溫過(guò)程中與外界熱量交換特性的物理量，直接與物質(zhì)內(nèi)部原子和電子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系。比定壓熱容：壓力不變時(shí)求出的比熱容。比定容熱容：體積不變時(shí)求出的比熱容。熱導(dǎo)率：表征物質(zhì)熱傳導(dǎo)能力的物理量為熱導(dǎo)率。熱阻率：定義熱導(dǎo)率的倒數(shù)為熱阻率，它可以分解為兩部分，晶格熱振動(dòng)形成的熱阻(p)和雜質(zhì)缺陷形成的熱阻

5、(0)。導(dǎo)溫系數(shù)或熱擴(kuò)散率：它表示在單位溫度梯度下、單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位橫截面積的熱量。熱導(dǎo)率的單位：W/(m·K)熱分析：通過(guò)熱效應(yīng)來(lái)研究物質(zhì)內(nèi)部物理和化學(xué)過(guò)程的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。原理是金屬材料發(fā)生相變時(shí)，伴隨熱函的突變。反常膨脹：對(duì)于鐵磁性金屬和合金如鐵、鈷、鎳及其某些合金，在正常的膨脹曲線(xiàn)上出現(xiàn)附加的膨脹峰，這些變化稱(chēng)為反常膨脹。其中鎳和鈷的熱膨脹峰向上為正，稱(chēng)為正反常；而鐵和鐵鎳合金具有負(fù)反常的膨脹特性。交換能：交換能Eex=2A12cos A交換積分常數(shù)。當(dāng)A0，0時(shí)，Eex最小，自旋磁矩自發(fā)排列同一方向，即產(chǎn)生自發(fā)磁化。當(dāng)A0，180°時(shí)，Eex也最小，自旋磁矩呈反向平行

6、排列，即產(chǎn)生反鐵磁性。交換能是近鄰原子間靜電相互作用能，各向同性，比其它各項(xiàng)磁自由能大102104數(shù)量級(jí)。它使強(qiáng)磁性物質(zhì)相鄰原子磁矩有序排列，即自發(fā)磁化。磁滯損耗：鐵磁體在交變磁場(chǎng)作用下，磁場(chǎng)交變一周，B-H曲線(xiàn)所描繪的曲線(xiàn)稱(chēng)磁滯回線(xiàn)。磁滯回線(xiàn)所圍成的面積為鐵磁體所消耗的能量，稱(chēng)為磁滯損耗，通常以熱的形式而釋放。磁滯損耗技術(shù)磁化：技術(shù)磁化的本質(zhì)是外加磁場(chǎng)對(duì)磁疇的作用過(guò)程即外加磁場(chǎng)把各個(gè)磁疇的磁矩方向轉(zhuǎn)到外磁場(chǎng)方向(和)或近似外磁場(chǎng)方向的過(guò)程。技術(shù)磁化的兩種實(shí)現(xiàn)方式是的磁疇壁遷移和磁矩的轉(zhuǎn)動(dòng)。請(qǐng)畫(huà)出純金屬無(wú)相變時(shí)電阻率溫度關(guān)系曲線(xiàn)，它們分為幾個(gè)階段，各階段電阻產(chǎn)生的機(jī)制是什么？為什么高溫下電阻率

7、與溫度成正比？1電-聲T( T > 2/ 3D ) ；2電-聲T5 ( T< <D )；3電-電T2 ( T2K)分為三個(gè)階段：(1)溫度T > (2/ 3)D 階段, 電阻率正比于溫度，即(T) =T。電阻產(chǎn)生的機(jī)制是電子聲子(離子)散射。(2)溫度T< <D階段，電阻率與溫度成五次方關(guān)系, 即T5。電阻產(chǎn)生的機(jī)制是電子聲子(離子)散射，(3)在極低溫度(T2K)階段，電阻率與溫度成2 次方關(guān)系, 即T2 , 電阻產(chǎn)生的機(jī)制是電子電子之間的散射。根據(jù)公式，(稱(chēng)為散射系數(shù))。對(duì)金屬來(lái)說(shuō)，溫度升高離子熱振動(dòng)的振幅愈大，電子就愈易受到散射，故可以認(rèn)為與溫度成正比

8、，則也就與溫度成正比(因?yàn)槭阶又衅渌牧烤c溫度無(wú)關(guān))，這就是高溫下電阻率與溫度成正比的原因。用電阻法研究金屬冷加工時(shí)為什么要在低溫？根據(jù)馬西森定律, 冷加工金屬的電阻率可寫(xiě)成= +M式中：M 表示與溫度有關(guān)的退火金屬電阻率；是剩余電阻率。實(shí)驗(yàn)證明，與溫度無(wú)關(guān)，換言之，d/ dT 與冷加工程度無(wú)關(guān)?？傠娮杪视?，/ 比值愈大，所以/ 的比值隨溫度降低而增高。顯然，低溫時(shí)用電阻法研究金屬冷加工更為合適。從導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體材料能帶結(jié)構(gòu)分析其導(dǎo)電性能不同的原因。導(dǎo)體：價(jià)帶與導(dǎo)帶重疊，無(wú)禁帶?；騼r(jià)帶未被電子填滿(mǎn)，這種價(jià)帶本身即為導(dǎo)帶。這兩種情況下價(jià)電子都是自由的，就像金屬具有大量的這樣的自由電子，

9、所以具有很強(qiáng)的導(dǎo)電能力。半導(dǎo)體和絕緣體：滿(mǎn)價(jià)帶和空導(dǎo)帶之間具有禁帶。半導(dǎo)體：禁帶寬度小，在熱、光等外界條件作用下，價(jià)帶中的部分電子有可能獲得足夠的能量而越過(guò)禁帶到達(dá)其上面的空帶，形成導(dǎo)帶。而且價(jià)帶中出現(xiàn)了電子留下的空穴。導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴在電場(chǎng)的作用下沿相反的方向定向移動(dòng)，產(chǎn)生電流。導(dǎo)帶中的電子導(dǎo)電和價(jià)帶中的空穴導(dǎo)電同時(shí)存在的導(dǎo)電方式稱(chēng)為本征導(dǎo)電，其特征是參加導(dǎo)帶的電子和空穴濃度相等，這種半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。絕緣體：禁帶寬度很大，電子很難越過(guò)禁帶到達(dá)其上面的空帶，外電場(chǎng)的作用下幾乎不產(chǎn)生電流。金屬材料電阻產(chǎn)生的本質(zhì)。當(dāng)電子波通過(guò)一個(gè)理想晶體點(diǎn)陣時(shí)(0K) , 它將不受散射；只有在晶體

10、點(diǎn)陣完整性遭到破壞的地方, 電子波才受到散射(不相干散射) , 這就是金屬產(chǎn)生電阻的根本原因。由于溫度引起的離子運(yùn)動(dòng)(熱振動(dòng)) 振幅的變化(通常用振幅的均方值表示)，以及晶體中異類(lèi)原子、位錯(cuò)、點(diǎn)缺陷等都會(huì)使理想晶體點(diǎn)陣的周期性遭到破壞。這樣，電子波在這些地方發(fā)生散射而產(chǎn)生電阻，降低導(dǎo)電性。為什么金屬材料的導(dǎo)電性隨溫度的升高而降低，而非金屬材料的導(dǎo)電性隨溫度的升高而升高？對(duì)于金屬材料：溫度升高，晶格熱振動(dòng)加劇，聲子電阻率升高，而剩余電阻率不變，故金屬材料的導(dǎo)電性隨溫度的升高而降低。對(duì)于非金屬材料：溫度升高，材料的電子或載流子運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，數(shù)量也增加，傳遞電荷的能力增強(qiáng)，導(dǎo)電性增強(qiáng)。金屬材料受力后

11、電阻率的變化。(1)拉力在彈性范圍內(nèi)單向拉伸或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力能提高金屬的，并有(2)壓力對(duì)大多數(shù)金屬來(lái)說(shuō)，在受壓力情況下電阻率降低。 壓力系數(shù)，為負(fù)。幾乎所有純?cè)仉S溫度變化電阻壓力系數(shù)幾乎不變。正常金屬元素：電阻率隨壓力增大而下降；(鐵、鈷、鎳、鈀、鉑、銥、銅、銀、金、鋯、鉿等)反常金屬元素：堿金屬、堿土金屬、稀土金屬和第V族的半金屬，它們有正的電阻壓力系數(shù)，但隨壓力升高一定值后系數(shù)變號(hào)，研究表明，這種反?，F(xiàn)象和壓力作用下的相變有關(guān)。高壓力還能導(dǎo)致物質(zhì)的金屬化，引起導(dǎo)電類(lèi)型的變化，而且有助于從絕緣體半導(dǎo)體金屬超導(dǎo)體的某種轉(zhuǎn)變。固溶、冷加工對(duì)金屬材料電阻率的影響及原因。形成固溶體時(shí)，導(dǎo)電性能降低。即

12、使是在低導(dǎo)電性的金屬中溶入高導(dǎo)電性的金屬溶質(zhì)也是如此，但電阻隨成分連續(xù)變化而無(wú)突變。對(duì)于連續(xù)固溶體，當(dāng)組元A溶入組元B時(shí)，電阻由B組元的電阻值逐漸增大至極大值后再逐漸減小到A組元的電阻值。原因：(1)引起晶體點(diǎn)陣畸變，增加了電子的散射，原子半徑差越大，固溶體的電阻也越大；(2)雜質(zhì)對(duì)理想晶體的局部破壞；(3)合金化引起能帶結(jié)構(gòu)變化，移動(dòng)費(fèi)米面(0K時(shí)電子最高能級(jí))并改變了電子能態(tài)的密度和有效導(dǎo)電電子數(shù)；(4)合金化影響彈性常數(shù)，使點(diǎn)陣振動(dòng)的聲子譜改變。一般，冷加工引起電阻率增大。室溫下測(cè)得經(jīng)相當(dāng)大的冷加工變形后純金屬(如鐵、銅、銀、鋁)的電阻率, 比未經(jīng)變形的總共只增加2%6%。只有金屬鎢、鉬

13、例外, 當(dāng)冷變形量很大時(shí), 鎢電阻可增加30%60% , 鉬增加15%20%。一般單相固溶體經(jīng)冷加工后, 電阻可增加10%20%。而有序固溶體電阻增加100% , 甚至更高。也有相反的情況, 如Ni-Cr，Ni-Cu-Zn，F(xiàn)e-Cr-Al等中形成K狀態(tài), 則冷加工變形將使合金電阻率降低。原因：冷加工引起金屬晶格畸變，增加電子散射幾率；同時(shí)也會(huì)引起金屬晶體原子結(jié)合鍵的改變，導(dǎo)致原子間距變化。固溶體的有序化對(duì)其電阻率有何影響？為什么？固溶體發(fā)生有序時(shí)，其電阻率明顯降低。固溶體發(fā)生有序化時(shí)對(duì)導(dǎo)電性的影響：(1)使點(diǎn)陣規(guī)律性加強(qiáng)，減少了對(duì)電子的散射而使電阻率降低(2)使組元間的相互化學(xué)作用加強(qiáng)，使有

14、效電子數(shù)減少，從而引起電阻率的升高。上述兩種相反的作用中，第一種作用占主導(dǎo)地位，因此有序化一般表現(xiàn)為電阻率降低。有序化程度越高，電阻率就越低。將下列物質(zhì)按熱導(dǎo)率大小排序，并說(shuō)明理由：(1)鉻(2)銀(3)Ni-Cr合金(4)石英(5)鐵(2)銀(5)鐵(3) Ni-Cr合金(1)鉻(4)石英銀在五種物質(zhì)中導(dǎo)電性能最佳，鐵次之。合金熱導(dǎo)率通常小于純金屬。鉻的性質(zhì)比較接近半導(dǎo)體。石英是絕緣體。導(dǎo)電率：(2)銀(5)鐵(3) Ni-Cr合金(1)鉻(4)石英。根據(jù)魏德曼弗蘭茲定律，熱導(dǎo)率與電導(dǎo)率之間存在如下關(guān)系：。所以，(2)銀(5)鐵(3) Ni-Cr合金(1)鉻(4)石英。為什么說(shuō)材料熱學(xué)性能的

15、物理本質(zhì)都與晶格熱振動(dòng)有關(guān)?固體材料的各種熱學(xué)性能就其物理本質(zhì)而言，均與構(gòu)成材料的質(zhì)點(diǎn)(原子、離子)熱振動(dòng)有關(guān)。固體材料由晶體或非晶體組成，點(diǎn)陣中的質(zhì)點(diǎn)（原子、離子）總是圍繞其平衡位置作微小振動(dòng)，這種振動(dòng)稱(chēng)為晶格熱振動(dòng)。材料中質(zhì)點(diǎn)之間的振動(dòng)存在的關(guān)系和作用。 材料內(nèi)能的本質(zhì)、熱容的物理本質(zhì)。Cp與Cv的物理意義是什么？能否通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量？Cp與Cv哪個(gè)大，為什么？ 若溫度升高時(shí)物體的體積不變，物體吸收的熱量只用來(lái)滿(mǎn)足溫度升高物體內(nèi)能的增加，此種條件下的熱容稱(chēng)為定容熱容(Cv)。若溫度升高時(shí)物體的壓力不變，物體吸收的熱量除了用來(lái)滿(mǎn)足溫度升高物體內(nèi)能的增加外，還對(duì)外做功，此種條件下的熱容稱(chēng)為定壓熱容

16、(Cp)。對(duì)于金屬，Cv不能直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，需由實(shí)驗(yàn)測(cè)得Cp，再換算得到Cv。Cp大于Cv，這是因?yàn)槎▔罕葻崛葜泻畜w積膨脹功，。故在相同質(zhì)量的條件下，Cp更大。材料熱容隨溫度的變化規(guī)律。區(qū)：T：05K，CvT區(qū)： cvT3，T達(dá)到時(shí)，Cv3R。區(qū)： cv3R，增加部分主要是自由電子熱容的貢獻(xiàn)。熱容經(jīng)驗(yàn)定律的內(nèi)容及其與實(shí)際符合的情況。 若晶體有N個(gè)原子，則有3N個(gè)自由度。金屬原子的熱振動(dòng)既具有動(dòng)能，又具有位能，兩者不斷地相互轉(zhuǎn)換，且平均動(dòng)能與平均位能統(tǒng)計(jì)地相等(每個(gè)振動(dòng)自由度平均動(dòng)能和平均位能都為1/2kT) 。所以一摩爾金屬的總內(nèi)能應(yīng)為Um3NkT3RT。金屬的定容摩爾熱容為：熱容經(jīng)驗(yàn)定律

17、杜隆珀替定律(Dulong-Petit rule)的內(nèi)容是所有金屬的摩爾熱容是一個(gè)與溫度無(wú)關(guān)的常數(shù)，其數(shù)值接近于3R。與實(shí)際符合的情況是：(1)認(rèn)為熱容與溫度無(wú)關(guān)，與事實(shí)不符。(2)認(rèn)為所有元素?zé)崛菹嗤瑯?gòu)成化合物時(shí)，分子熱容等于各原子熱容之和，與事實(shí)不完全相符。(3)低溫時(shí)、輕元素與事實(shí)差別很大。(4)除輕元素外，大部分元素與固體物質(zhì)在非低溫時(shí)，與事實(shí)十分接近。與實(shí)際不符合的原因：假設(shè)與前提問(wèn)題，原子(各種元素、任何溫度)平均動(dòng)能、位能相等，模型過(guò)于簡(jiǎn)化。把原子的振動(dòng)能量看作是連續(xù)的，不符合能量不連續(xù)性的量子化條件。熱容愛(ài)因斯坦模型、德拜模型的前提及其與事實(shí)符合情況，不完全相符的原因。愛(ài)因斯

18、坦模型(1)前提：晶格中每個(gè)原子(離子)都在其格點(diǎn)作振動(dòng)，各個(gè)原子的振動(dòng)是獨(dú)立而互不依賴(lài)，每個(gè)原子都具有相同的周?chē)h(huán)境，因而其振動(dòng)頻率v都是相同的，原子振動(dòng)的能量是不連續(xù)的、量子化的?？砂言拥恼駝?dòng)看作是諧振子的振動(dòng)。(2)事實(shí)符合情況：在高溫時(shí)熱容和杜隆珀替定律一致，并和熱容曲線(xiàn)符合得較好。值一般在100300K范圍。(3)不完全相符的原因：在低溫時(shí)，熱容與溫度之間的關(guān)系中存在指數(shù)項(xiàng)，不符合實(shí)驗(yàn)的Cv=T3 關(guān)系，即隨著溫度的降低，愛(ài)因斯坦熱容理論值比實(shí)驗(yàn)值要更快地下降而趨近于零。原因在于把原子的振動(dòng)看成是孤立的，并忽略了振子振動(dòng)頻率的差別。德拜模型(1)前提：在愛(ài)因斯坦量子熱容理論基礎(chǔ)上加

19、以完善的。認(rèn)為：晶體中各原子間存在著彈性的斥力和吸力，這種力使原子熱振動(dòng)相互受牽連而達(dá)到相鄰原子間協(xié)調(diào)地振動(dòng)。波長(zhǎng)較長(zhǎng)，屬于聲頻波范圍(相當(dāng)于彈性振動(dòng)波)。由于彈性波波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于晶格常數(shù)，可近似地把晶體視為連續(xù)介質(zhì)，把彈性波的振動(dòng)也可近似地視為連續(xù)的，其振動(dòng)頻率可連續(xù)分布在零到vm之間。(2)事實(shí)符合情況：在高溫下原子都幾乎以最大頻率振動(dòng)，因而使熱容接近于一個(gè)常數(shù)。此時(shí)德拜熱容理論與經(jīng)典熱容理論、愛(ài)因斯坦熱容理論一致。在低溫時(shí)，金屬溫度升高所吸收的熱量主要是用來(lái)加強(qiáng)晶格的振動(dòng)，即使得具有高頻振動(dòng)的振子數(shù)急劇地增多，Cv與T3 成正比。當(dāng)T=0K時(shí)，Cv=0。這也完全符合實(shí)驗(yàn)規(guī)律。(3)不完全相符

20、的原因：在很接近0K的溫度范圍，德拜熱容理論與實(shí)驗(yàn)規(guī)律存在著偏差。原因在于德拜理論只考慮了晶格振動(dòng)對(duì)熱容的貢獻(xiàn)，而未考慮自由電子對(duì)熱容的貢獻(xiàn)。在極低的溫度下，由于晶格振動(dòng)的能量已趨近于零，自由電子的動(dòng)能便不可被忽略，它成為對(duì)熱容的主要貢獻(xiàn)者。材料熱容與溫度關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式。分析材料熱膨脹特性的工程意義。 會(huì)使釉層脫材料熱膨脹系數(shù)隨溫度的變化情況。 材料熱膨脹的機(jī)理。 格律乃森定律的內(nèi)容及原因。 格律乃森(Grüneisen)從晶格振動(dòng)理論導(dǎo)出金屬體膨脹系數(shù)與熱容間存在的關(guān)系式：式中：是格律乃森常數(shù)，是表示原子非線(xiàn)性振動(dòng)的物理量，一般物質(zhì)在1 .5 - 2 .5 間變化；K 是體積模量；

21、 V 是體積；CV 是等容熱容。從熱容理論知, 低溫下CV 隨溫度T3 變化, 則膨脹系數(shù)在低溫下也按T3 規(guī)律變化, 即膨脹系數(shù)和熱容隨溫度變化的特征基本一致。體膨脹系數(shù)與定容熱容成正比，它們有相似的溫度依賴(lài)關(guān)系，在低溫下隨溫度升高急劇增大，而到高溫則趨向平緩。固溶和冷加工對(duì)材料的(熱導(dǎo)率)有何影響？為什么？程減小，熱哪些因素會(huì)影響材料的熱導(dǎo)率？如何影響？(1)對(duì)于純金屬，影響其電導(dǎo)率因素有：溫度、晶粒大小、晶向、雜質(zhì)。具體地來(lái)說(shuō)：根據(jù)導(dǎo)熱機(jī)制可以推論高電導(dǎo)率的金屬就有高的熱導(dǎo)率。熱導(dǎo)率與溫度關(guān)系：在低溫時(shí), 熱導(dǎo)率隨溫度升高而不斷增大，并達(dá)到最大值。隨后，熱導(dǎo)率在一小段溫度范圍內(nèi)基本保持不

22、變；當(dāng)溫度升高到某一溫度后，熱導(dǎo)率開(kāi)始急劇下降，并在熔點(diǎn)處達(dá)到最低值。但像鉍和銻這類(lèi)金屬熔化時(shí), 它們的熱導(dǎo)率增加一倍，這可能是過(guò)渡至液態(tài)時(shí)，共價(jià)鍵合減弱，而金屬鍵合加強(qiáng)的結(jié)果。在德拜溫度以上略成直線(xiàn)關(guān)系， 。在德拜溫度以下，某些金屬的熱導(dǎo)率遵循格留涅申定律而變化，鐵磁性金屬或合金的熱導(dǎo)率與溫度曲線(xiàn)在居里點(diǎn)時(shí)有轉(zhuǎn)折。 晶粒大小的影響：一般情況是晶粒粗大，熱導(dǎo)率高；晶粒愈細(xì)，熱導(dǎo)率愈低。立方晶系的熱導(dǎo)率與晶向無(wú)關(guān)。非立方晶系晶體熱導(dǎo)率表現(xiàn)出各向異性。所含雜質(zhì)強(qiáng)烈影響熱導(dǎo)率。當(dāng)加入少量雜質(zhì)時(shí)，組元的熱導(dǎo)率降低很劇烈，但隨著濃度的增加對(duì)熱導(dǎo)率的影響要小得多。(2)對(duì)于合金兩種金屬構(gòu)成連續(xù)無(wú)序固溶體時(shí)

23、, 溶質(zhì)組元濃度愈高, 熱導(dǎo)率降低愈多, 并且熱導(dǎo)率最小值靠近原子濃度50%處。當(dāng)組元為鐵及過(guò)渡族金屬時(shí)，熱導(dǎo)率最小值比50%處有較大的偏離。當(dāng)為有序固溶體時(shí)，熱導(dǎo)率提高，最大值對(duì)應(yīng)于有序固溶體化學(xué)組分。(3)對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬材料比較而言, 金屬材料熱導(dǎo)率的影響因素比較單一，而無(wú)機(jī)非金屬材料就復(fù)雜一點(diǎn)。因此，金屬材料熱導(dǎo)率的影響因素對(duì)無(wú)機(jī)非金屬材料都同樣的有作用，只是由于陶瓷材料相結(jié)構(gòu)復(fù)雜一點(diǎn)，包括玻璃相和一定孔隙率?；瘜W(xué)組成的影響：對(duì)于無(wú)機(jī)非金屬材料來(lái)說(shuō)，材料結(jié)構(gòu)的相對(duì)原子質(zhì)量愈小，密度愈小，彈性模量愈大, 德拜溫度愈高, 則熱導(dǎo)率愈大, 所以輕元素的固體和結(jié)合能大的固體熱導(dǎo)率較大，固溶體的情

24、況與金屬固溶體的變化趨勢(shì)相似，和金屬固溶體類(lèi)似，雜質(zhì)濃度很低時(shí)， 雜質(zhì)降低熱導(dǎo)率效應(yīng)十分明顯；雜質(zhì)濃度增高時(shí)，雜質(zhì)效應(yīng)減弱，在低溫下雜質(zhì)效應(yīng)將會(huì)更顯著。晶體結(jié)構(gòu)的影響：晶體結(jié)構(gòu)愈復(fù)雜，晶格振動(dòng)的非線(xiàn)性程度愈大，其散射程度愈大，因此聲子平均自由程較小，所以熱導(dǎo)率便低了。晶粒大小和各向異性的影響：與對(duì)金屬的熱導(dǎo)率影響相同。同樣化學(xué)組成的多晶體的熱導(dǎo)率總比單晶小。非晶體的熱導(dǎo)率：非晶體的熱導(dǎo)率在所有溫度下都比晶體小。玻璃是無(wú)機(jī)的非晶體材料，其熱導(dǎo)率變化有其特殊性。分散相的影響：常見(jiàn)復(fù)相陶瓷的典型微觀結(jié)構(gòu)是分散相均勻地分散在連續(xù)相中。熱導(dǎo)率可以按下式計(jì)算：式中：c 、d分別為連續(xù)相和分散相的熱導(dǎo)率；d

25、 為分散相的體積分?jǐn)?shù)。氣孔率的影響：無(wú)機(jī)材料常含有氣孔，氣孔對(duì)熱導(dǎo)率的影響較復(fù)雜。如果溫度不是很高，且氣孔率不大，尺寸很小，分布又均勻，可以認(rèn)為此時(shí)的氣孔是復(fù)相陶瓷的分散相, 此時(shí)熱導(dǎo)率可以按上式處理。只是由于與固相相比，其熱導(dǎo)率很小，可以近似認(rèn)為零, 且c/d很大，此時(shí)s ( 1-氣孔)。式中：s為陶瓷固相熱導(dǎo)率；氣孔為氣孔的體積分?jǐn)?shù)。考慮氣孔的輻射傳熱時(shí)，按下式計(jì)算：式中：P 為氣孔面積分?jǐn)?shù)；PL 是氣孔的長(zhǎng)度分?jǐn)?shù)；為輻射面的熱發(fā)射率；G是幾何因子；縱向長(zhǎng)條氣孔G=1，橫向圓柱形氣孔G =/4, 球形氣孔G = 2/ 3；d 是氣孔最大尺寸。(5)對(duì)于本征半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中，導(dǎo)帶中電子和

26、價(jià)帶中的空穴隨溫度升高而增加，這導(dǎo)致熱導(dǎo)率隨溫度升高而升高。可以采取哪些措施提高材料的磁導(dǎo)率？其理論依據(jù)是什么？(1)消除材料中的雜質(zhì)；(2)把晶粒培育到足夠大并呈等軸狀；(3)形成再結(jié)晶織構(gòu)；(4)采用磁場(chǎng)中退火。(1)的理論依據(jù)是如當(dāng)雜質(zhì)固溶在材料中會(huì)造成點(diǎn)陣扭曲，當(dāng)雜質(zhì)呈夾雜物存在時(shí)則使疇壁穿孔，這都會(huì)給疇壁遷移造成阻力，導(dǎo)致磁導(dǎo)率下降，矯頑力上升。(2)的理論依據(jù)是晶粒足夠大，使得晶界減少，疇壁遷移變得更加容易。(3)的理論依據(jù)是再結(jié)晶織構(gòu)具有方向性，在該方向的磁導(dǎo)率會(huì)明顯增大。(4)的理論依據(jù)是在沿軸向的磁場(chǎng)中緩慢冷卻時(shí)，磁疇將在室溫磁化時(shí)沿應(yīng)伸長(zhǎng)(在正磁致伸縮情況下)的方向預(yù)先伸長(zhǎng)

27、，這樣經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)中退火的樣品，其磁致伸縮將不妨礙磁化，樣品的磁化將變得更加容易，從而在該方向會(huì)有高的磁導(dǎo)率。鐵磁性物質(zhì)中的相互作用能有哪些？各有什么特點(diǎn)？其中哪種能量最大？鐵磁性物質(zhì)中的相互作用能有：磁晶各向異性能、磁彈性能、交換作用能、退磁能。磁晶各向異性能是指沿不同晶軸方向的能量差。其特點(diǎn)是在易磁化軸上，磁晶各向異性能最小。物體在磁化時(shí)要伸長(zhǎng)(或收縮)，如果受到限制，不能伸長(zhǎng)(或縮短)，則在物體內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力(或拉應(yīng)力)，物體內(nèi)部將產(chǎn)生的磁彈性能。其特點(diǎn)是物體內(nèi)部缺陷、雜質(zhì)等都可能增加其磁彈性能。交換作用能是指近鄰原子間靜電相互作用能，其特點(diǎn)是各向同性，比其它各項(xiàng)磁自由能大102104數(shù)量級(jí)

28、。它使強(qiáng)磁性物質(zhì)相鄰原子磁矩有序排列，即自發(fā)磁化。而其它各項(xiàng)磁自由能退磁能是指退磁場(chǎng)與鐵磁體的相互作用能。其特點(diǎn)是退磁能與材料的退磁因子N，磁化強(qiáng)度M的平方成正比。N值、M2越大，退磁能越大?？偟膩?lái)說(shuō)，磁晶各向異性能、磁彈性能、退磁能不改變其自發(fā)磁化的本質(zhì)，而僅改變其磁疇結(jié)構(gòu)。其中，交換作用能的能量最大。物質(zhì)抗磁性產(chǎn)生的本源是什么？ 為什么任何物質(zhì)在磁場(chǎng)中都產(chǎn)生抗磁性？理論研究證明, 抗磁性來(lái)源于電子軌道運(yùn)動(dòng), 故可以說(shuō)任何物質(zhì)在外磁場(chǎng)作用下均應(yīng)有抗磁性效應(yīng)。但只有原子的電子殼層完全填滿(mǎn)了電子的物質(zhì), 抗磁性才能表現(xiàn)出來(lái), 否則抗磁性就被別的磁性掩蓋了。無(wú)外H的時(shí)候：電子殼層已填滿(mǎn)的原子總磁矩

29、為0。有外H作用時(shí)：即使總磁矩為0的原子，也會(huì)產(chǎn)生磁矩。不管循軌運(yùn)動(dòng)的方向是繞H軸向順時(shí)針還是逆時(shí)針，電子的循軌運(yùn)動(dòng)在外H作用下都會(huì)產(chǎn)生抗磁矩,即產(chǎn)生的附加磁矩總是與外H方向相反，這就是物質(zhì)產(chǎn)生抗磁性的原因。物質(zhì)順磁性產(chǎn)生的本源是什么？ 物質(zhì)的順磁性是如何產(chǎn)生的？物質(zhì)順磁性產(chǎn)生的本源是：原子(離子)的固有磁矩。無(wú)外H的時(shí)候：由于熱運(yùn)動(dòng)的影響，固有磁矩的取向?yàn)闊o(wú)序的，宏觀上無(wú)磁性。外H作用下：固有磁矩與H作用，有較高的靜磁能，為降低靜磁能，固有磁矩改變與H的夾角，趨于排向外H方向，表現(xiàn)為正向磁化。在常溫和H不是很高的情況下，M與H成正比，磁化要克服熱運(yùn)動(dòng)的干擾，磁矩難以有序排列，故順磁化進(jìn)行十分困難，磁化率較小。鐵磁性材料為什么會(huì)形成一定形狀和大小的磁疇？為了最大限度地減小退磁能，磁疇必須形成三角疇的封閉結(jié)構(gòu)，即呈封閉磁路