材料物理性能基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)

1、基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)一,基本概念：1 .摩爾熱容：使1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：?jiǎn)挝毁|(zhì)量（即1kg物質(zhì)）的體積，即密度的倒數(shù)（m3/kg）。4 .格波：由于晶體中的原子間存在著很強(qiáng)的相互作用，因此品格中一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的微振動(dòng)會(huì)引起臨近質(zhì)點(diǎn)隨之振動(dòng)。因相鄰質(zhì)點(diǎn)間的振動(dòng)存在著一定的位相差，故品格振動(dòng)會(huì)在晶體中以彈性波的形式傳播，而形成格波”。5 .聲子（Phonon）:聲子是晶體中晶格

2、集體激發(fā)的準(zhǔn)粒子，就是晶格振動(dòng)中的簡(jiǎn)諧振子的能量量子。6.德拜特征溫度：德拜模型認(rèn)為： 晶體對(duì)熱容的貢獻(xiàn)主要是低頻彈性波的振動(dòng)， 聲頻支的頻率具有0wmax分布，其中，最大頻率所對(duì)應(yīng)的溫度即為德拜溫度出，即fe=?wmax/ko7 .示差熱分析法（DifferentialThermalAnalysis,DTA）:是在測(cè)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(cè)定加熱（或冷卻）過程中待測(cè)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ATT（t）,從而對(duì)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（DifferentialScanningCalorimet

3、ry,DSC）:用示差方法測(cè)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(shì)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(chǎng)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(wú)磁場(chǎng)B=0。即

4、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 .鐵電性：具在一定溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，且自發(fā)極化的方向可因外電場(chǎng)的作用而反向，晶體的這種特性稱為鐵電性。15 .自發(fā)極化：在沒有外電場(chǎng)作用時(shí)，晶體中存在著由于電偶極子的有序排列而產(chǎn)生的極化。16.壓電效應(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(hào)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)。17.逆壓電效應(yīng)：將具有壓電效應(yīng)的電介質(zhì)置于外電場(chǎng)中，由于外電場(chǎng)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(chǎng)

5、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)。18 .介質(zhì)損耗：由于導(dǎo)電或交變場(chǎng)中極化弛豫過程在電介質(zhì)中引起的能量損耗，由電能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪埽ㄈ鐭?、光能等），統(tǒng)稱為介質(zhì)損耗。19.光生伏特效應(yīng)：光照射引起PN結(jié)兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的效應(yīng)。當(dāng)光照射到PN結(jié)結(jié)區(qū)時(shí)，光照產(chǎn)生的電子一空穴對(duì)在結(jié)電場(chǎng)作用下，電子推向N區(qū)，空穴推向P區(qū)；電子在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。20 .磁化強(qiáng)度：?jiǎn)挝惑w積的總磁矩，表征物質(zhì)的磁化狀態(tài)。21 .磁疇：在未加磁場(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。22.磁致伸縮效應(yīng)：鐵

6、磁體在磁場(chǎng)中被磁化時(shí)，其形狀和尺寸都發(fā)生變化的現(xiàn)象。23.退磁場(chǎng)：當(dāng)鐵磁體磁化出現(xiàn)磁極后，這時(shí)在鐵磁體內(nèi)部由于磁極作用而產(chǎn)生一個(gè)與外磁化場(chǎng)反向的磁場(chǎng)，因它起到減弱外磁場(chǎng)的作用，故稱為退磁場(chǎng)。24.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)磁化到飽和的內(nèi)部變化過程。25.磁導(dǎo)率當(dāng)外磁場(chǎng)H增加時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B增加的速率叫磁導(dǎo)率，用以表示，即產(chǎn)B/H。表示磁性材料傳導(dǎo)和通過磁力線的能力.單位為亨利/米（Hm-1）.26.內(nèi)耗：固體材料對(duì)振動(dòng)能量的損耗稱為內(nèi)耗，它代表材料對(duì)振動(dòng)的阻尼能力。27.滯彈性（或馳豫）：在彈性范圍內(nèi)出現(xiàn)的非彈性現(xiàn)象（如彈性蠕變和彈性后效）。28.滯彈性內(nèi)耗：由滯彈性產(chǎn)生

7、的內(nèi)耗。29.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b與應(yīng)變e之間的線性比例系數(shù)，6=E,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)：1.杜隆一珀替定律；2.愛因斯坦模型；3.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；2.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

8、，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)：M-T 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(cè)定；斯諾克內(nèi)耗實(shí)驗(yàn)四，實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法與原理熱學(xué)：熱容的測(cè)定及熱分析方法磁學(xué)：磁性的測(cè)量方法及原理（如矯頑力等）熱膨脹：熱膨脹的測(cè)量方法彈性與內(nèi)耗：彈性模量及內(nèi)耗的測(cè)量原理；碳在 aFe 中的擴(kuò)散系數(shù)和擴(kuò)散激活能的測(cè)定.內(nèi)容簡(jiǎn)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(chǎng)合還對(duì)它們的熱性能有著特定的要求，因此熱學(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

9、如比熱，熱膨脹、熱傳導(dǎo)等都直接與品格振動(dòng)有關(guān)，因此我們首先介紹熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)力學(xué)一些概念和品格振動(dòng)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1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：?jiǎn)挝毁|(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)，假如加熱過程是恒壓條件下進(jìn)行的，所測(cè)定的熱容稱為恒壓熱容（CP）

10、 。 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(cè)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(duì)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，元素的熱容定律一一杜隆一珀替定律：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25J/Kmol,特別在高溫時(shí)符合得更好。根據(jù)晶格振動(dòng)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(duì)溫度（K）k波爾茨曼常數(shù)；R=8.314（J/kmol）一氣體普適常數(shù)。按熱容的定義，有：

11、Cv=（dE/dT）v=3NkB=3R=24.91J/（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(dòng)，振動(dòng)的能量是量子化的，且每個(gè)振子都是獨(dú)立的振子。3Nk23NkfeTvkT_2kTkT1當(dāng)T趨于零時(shí)，CV逐漸減小，當(dāng)T=0時(shí)，CV=0,這都是愛因斯坦模型與實(shí)驗(yàn)相符之處，但是2E在低溫下，當(dāng)T0E時(shí)愛因斯坦模型愛因斯坦模型6 斯坦模型 1，林山所石原 r 那以川同的卿振血振功的胞機(jī)是量子化的.且備個(gè)提子都是獨(dú)立的提于振動(dòng)的 En=ntv,j+1/2Tii小、替/愛因呼愴混度振子具有施En=nh6J 的幾率；exp(-nW

12、k-T)耀子的平均能 E(u)=(h/exphw/luT)1平均聲子城 m=E(9D,CV=3RS即是杜隆一珀替定律。124NkT3當(dāng)溫度很低時(shí)，即TC因全三、研究有序三、研究有序- -無(wú)序轉(zhuǎn)變無(wú)序轉(zhuǎn)變微相交 在恒溫恒不下.除有體枳變化外， H生一支伴船相變酒熱度午q 潞容無(wú)限大M 統(tǒng)片的 w-態(tài)華火.同東異構(gòu)特變,共晶，包下轉(zhuǎn)變，血全的共析蚌變專，1)二修相要 相變?cè)趥€(gè)句限的溫度低國(guó)內(nèi)遇漸變化,雷電交生.但不夾麥.希容在轉(zhuǎn)變溫電用山 I:行劇外變化 a 但為有限值.這類相變也括磁性轉(zhuǎn)變,部分林科的有序五論奄 有人認(rèn)為酈分軾無(wú)序卜一堆用變，.超導(dǎo)轉(zhuǎn)亳N1J喑金;有存態(tài):宜定的低地態(tài)五序態(tài):亞溫

13、f高能)態(tài)3W無(wú)序出7白一坪態(tài)無(wú).序必th)I吸熱峰有序愈J1rtg.300 例例加。加。4110UTA熱分析方法的實(shí)驗(yàn)原理熱分析方法的實(shí)驗(yàn)原理DTA與DSC方法的實(shí)驗(yàn)原理比較丐比由貝斤特_ATintlitt城祥口口 1 工分折測(cè)量示意工分折測(cè)量示意1111DTA敢時(shí)5熙熟崢?biāo)③x/帆蛔忖耐現(xiàn)虻品灣.UT高*的即程耳激峰的旅雄虐1F比.兔坡度哥.自衲拄制.中保區(qū)下件定量分析.鬲過下削定件分析.口加優(yōu)點(diǎn)：精確度，定量分析700度以下)麥動(dòng)熱補(bǔ)懵器溫度D14 曲拄和溫度曲拄和溫度 1 的關(guān)系的關(guān)系2固體材料熱膨脹的物理本質(zhì)：原子的非簡(jiǎn)諧振動(dòng)2熱膨脹和其它性能的關(guān)系2.4膨脹系數(shù)與熱容的關(guān)系2.4膨脹

14、系數(shù)a與熔點(diǎn)Tm的關(guān)系格律乃森還提出了固體熱膨脹的極限方程， 即一般純金屬?gòu)?K加熱到熔點(diǎn)Tm,相對(duì)膨脹量約為6%。實(shí)際可寫成：Tmw=(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)立方和六方品格金屬取0.060.076即固態(tài)金屬的體熱膨脹極限方程：(VTm-V0)/V0=C6%6.7%線膨脹系數(shù)和熔點(diǎn)的關(guān)系可有經(jīng)驗(yàn)公式：alTm-0.0222.4膨脹系數(shù)a與德拜溫度好的關(guān)系：%=b/(V2/3AT岫j。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。2.4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a值隨Z增加而增大，其余

15、A族元素的a值則隨Z增加而減小.這與鍵有關(guān).堿金屬a值高，過渡族元素a值低.與原子結(jié)合力有關(guān).2影響膨脹性能的因素2.51.相變的影響：一級(jí)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(wú)限大。如三態(tài)轉(zhuǎn)變,同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變等屬于一級(jí)相變。二級(jí)相變無(wú)體積突變和相變潛熱，但膨脹系數(shù)和比熱容有突變1.%2.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,CaO,Y2O3等穩(wěn)定劑后，在高溫與ZrO2形成立方晶型的2.%2.有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變：Cu-Zn合金成分接近CuZn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

16、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(wú)序，固溶體。不到2000度不發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變。2,晶型轉(zhuǎn)變*空斌下 ZH)工晶體是單制品型.調(diào)度高于 1 皿 0 度時(shí)轉(zhuǎn)為四方品型.體枳收靖 4%.嚴(yán)血影則應(yīng)用 n 加入等穩(wěn)定劑后.在高溫與 Zi。工形成6.02X023)=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.Calculatethechangeinvolumethat

17、occurswhenBCCironisheatedandchangestoFCCiron.ThelatticeparameterofBCCironis2.863AandofFCCironis3.591AVolumeofBCCcell=a3=2.8633=23.46710-30(m3)VolumeofFCCcell=a3=3.5913=46.30710-30(m3)ButtheFCCunitcellcontainsfouratomsandtheBCCunitcellcontainsonlytwoatoms.TwoBCCunitcellswithatotalvolumeof46.934willco

18、ntain4atoms.Volumechange/atom=(46.307-46.934)/46.934=-1.34%Steelcontractsonheating!2J.鋼膨脹曲戰(zhàn)的分析134膨版分析的應(yīng)用 （也織轉(zhuǎn)變體積就應(yīng)）I 確定鋼的蛆生轉(zhuǎn)變溫.度*潟度變化尤用餐）正常胖服筑州變化號(hào)鼓附加聰威加段：珠光除M變?yōu)殪偈侠韊b段；俄泰體痞餐于奧氏體注;n期定包用上料煙品界上時(shí)，看性培制wNIL情.除劉禍的魄力行嚴(yán)格要求先，正有下刊塔上1.原始以垠內(nèi)相H.常川昶我布，晶糧田用Hr2.M1H垢極員冷速電一股小F；00Gh.高巖？則治也酉用小CL3,奧由修陽(yáng)度前保里時(shí)同按理點(diǎn)最外這.4.淬火鋼的回

19、火nt26060tl 體枳收黑，馬氏體分融為恢泰體和限化鐵535 匕網(wǎng)火：200 匕出現(xiàn)拐折,表明回火銅異度;為鈦素體和濯破困1成鐵承用一例1.金剛石為碳的一種晶體結(jié)構(gòu)，具品格常數(shù)a=0.357nm,當(dāng)它轉(zhuǎn)變成石墨(p=2.25g/cr3)每個(gè)晶胞共含工亡甘析制鋼加急 y】）.磐安點(diǎn)的測(cè)定Ail|過共折桐h:圣藝體從作治本氏體:b：帙飛悻解琳r奧氏伸；-次修磁棒wfriftftfl區(qū)睜m口忸折；星氏協(xié)等底半觸比蛛布體大導(dǎo)假斜卡大 次蔣我林痔融靖， 使?氏席常族市而r比容增匕使“0 兩旁翻率不同.-AH-.、恥:AlAuI/I共桁惻Ari.TXWtt折就硼定鋼的（TT 斷就（連域冷卻轉(zhuǎn)呼曲 f留

20、 MCGWud 連續(xù)冷卻特曼熱廊版曲線Bl.#北帆如蝶電放rnc1:80-16011體積收縮.E相催化物析出.馬氐體正力度下降H:23口-280*0：體板膨脹.殘奧分解.8.%2.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（X）;熱擴(kuò)散率（a）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。入導(dǎo)熱能力魏德曼-弗蘭茲定律：3 .固體材料熱傳導(dǎo)的微觀機(jī)理一固體導(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（彳惠布羅意波）；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

21、子導(dǎo)熱。熱導(dǎo)率人與熱阻率的關(guān)系為2=1/。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(cè)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(dòng)態(tài)（瞬時(shí)）測(cè)量法：（1）熱線法；（2）激光閃射法。6 .材料的熱穩(wěn)定性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E1 .提高材料的熱導(dǎo)率2 .減小材料的膨脹系數(shù)3 .減少材料表面熱傳遞系數(shù)4 .減小產(chǎn)品的有效厚度第二章材料的電導(dǎo)電導(dǎo)的物理現(xiàn)象電導(dǎo)的宏觀參量電流密度J=E/p=E（r（2.1）式中=R（S/L）,為材料的電阻率。

22、電阻率的倒數(shù)定義為電導(dǎo)率，即=1/。電導(dǎo)率的基本表達(dá)式：戶nqp（2.2）其中：為電導(dǎo)率，n為載流子的濃度，q為載流子的電荷量，以為載流子的遷移率。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)：載流子為離子（或離子空位）的電導(dǎo)稱為離子電導(dǎo)。dQSdTdtdxLT無(wú)機(jī)材料中的載流子可以有電子和電子空穴，陰、陽(yáng)離子空位和陰、陽(yáng)離子填隙，而金屬導(dǎo)體中的載流子主要是電子晶體的能帶導(dǎo)體，半導(dǎo)體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電性。金屬導(dǎo)體的能帶：價(jià)帶與導(dǎo)帶重疊而無(wú)禁帶，或價(jià)帶沒填滿而形成導(dǎo)帶。此時(shí)處在導(dǎo)帶的價(jià)電子就是自由電子，即使在溫度很低時(shí)也具有很強(qiáng)的導(dǎo)電能力。半導(dǎo)體的能

23、帶：滿價(jià)帶和空導(dǎo)帶，且有禁帶。禁帶寬度較?。ㄈ珏e(cuò)AEg=0.72eV;硅Si的AEg=1.1eV;ZnO:AEg=3.37eV）室溫下導(dǎo)電能力弱（室溫電子熱運(yùn)動(dòng)能量：kT=1.3810-23J/Kx300Kz（1.6X0-19）=26X10-3eV=26meV）o絕緣體的能帶：滿價(jià)帶和空導(dǎo)帶，且有禁帶。禁帶寬度較寬（如金剛石的AEg=6eV;MgO:AEg=eV）,基本無(wú)導(dǎo)電能力。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(shì)場(chǎng)的理想晶體中的載流子，在絕對(duì)零度下的運(yùn)動(dòng)像理想氣體分子在真空中的運(yùn)動(dòng)一樣，不受阻力，遷

24、移率為無(wú)限大。當(dāng)周期性勢(shì)場(chǎng)受到破壞，載流子的運(yùn)動(dòng)才受到阻力的作用，其原因是載流子在運(yùn)動(dòng)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)。改錯(cuò)：1.半導(dǎo)體的禁帶寬度比絕緣體的大。答：錯(cuò)；半導(dǎo)體的禁帶寬度比絕緣體的大（心。散射的兩個(gè)原因：1、晶格散射：晶格振動(dòng)引起的散射叫做晶格散射；溫度越高，品格振動(dòng)越強(qiáng)對(duì)載流子的品格散射也將增強(qiáng)，遷移率降低。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(huì)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

25、導(dǎo)率的因素.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(duì)有效電子數(shù)影響不大，加熱使點(diǎn)陣熱振動(dòng)加劇，電子散射幾率增加，電子運(yùn)動(dòng)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。.冷加工對(duì)金屬電阻的影響：冷加工形變使金屬電阻增大：如：冷加工變形使金屬如（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-A

26、l等合金形成K狀態(tài)，使電阻下降。.熱處理對(duì)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，品界面缺陷反使R大。淬火產(chǎn)生缺陷使R增大。.固溶體合金的導(dǎo)電性固溶體的導(dǎo)電性：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。二元合金最大電阻率在50%處；鐵磁性和強(qiáng)順磁性固溶體有異。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。有序化有利于改善離子電場(chǎng)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)

27、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。.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a-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。.超導(dǎo)電性超導(dǎo)體的性能：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(chǎng)Hc（T）=Hc（0）1-（T/Tc）2;超導(dǎo)臨界電流Ic=c?r?H/2.其中，c為光速，r為試樣截面半徑。.電阻的測(cè)量：p=RS/L分類：高阻測(cè)量（R107Q）,選用兆歐表（粗測(cè)），沖擊檢流計(jì)（精測(cè)）。中

28、阻測(cè)量（R:102106Q）,用萬(wàn)用表，歐姆表，單電橋法（精測(cè)）。半導(dǎo)體用直流四探針法。金屬及合金電阻（R:10-6102Q）,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(cè)量方法，測(cè)量原理（含電路圖），測(cè)量步驟及計(jì)算公式。.電阻分析的應(yīng)用：碳鋼的回火；Al-Cu合金的時(shí)效；Cu3Au合金的有序-無(wú)序轉(zhuǎn)化；測(cè)定固溶體溶解度曲線；.熱電性能三個(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(shì)同向時(shí)，接觸端則放熱；如果電流方向與接觸端電勢(shì)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(shì)方向相

29、同時(shí)，則有熱流流出導(dǎo)體；如果電流方向與溫差電勢(shì)方向相反時(shí)，則有熱流流入導(dǎo)體。影響熱電勢(shì)的因素（合金元素，溫度，組織轉(zhuǎn)變，有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變，鋼的含碳量及熱處理的影響，熱電勢(shì)的測(cè)量熱電性分析的應(yīng)用熱電子效應(yīng).壓電性與鐵電性正壓電效應(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(hào)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(chǎng)中，由于外電場(chǎng)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(chǎng)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)。

30、晶體的介電性：電場(chǎng)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(chǎng)呈正比：P=oeE鐵電性：在一定溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化，在外電場(chǎng)作用下，自發(fā)極化能重新取向，電位移矢量與電場(chǎng)強(qiáng)度間的關(guān)系呈電滯回線特征。（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。.熱釋電效應(yīng).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(duì)應(yīng)的光頻閥值，稱為紅限頻率（對(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)稱為臨界波

31、長(zhǎng)）。?f光線f紅限，再大的光強(qiáng)也不能導(dǎo)致電子發(fā)射；?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)射面受到入=2537?的光照射， 所放出的電子最大能量為2.5eV,試求材料的逸出功。 注：h=6.62610-34J?sc=3108m/s；q=1.6漢0-19庫(kù)侖。hc/E二.內(nèi)光電效應(yīng)當(dāng)光照射在物體上，使物體的電阻率p發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)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：.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@

32、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（hv）至少要等于材料的禁帶寬度Eg。即hvEg。從而有祖學(xué)出/h,笫hc/Eg=1.24仙meV/Eh:普朗克常數(shù)；c：光速；祖：材料的頻率閾值；讓材料的波長(zhǎng)閾值習(xí)題2.已知Ge和Si的禁帶寬度分別為0.72eV和1.1eV,試求光照下本證G

33、e和Si發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)所需光的最小波長(zhǎng)？習(xí)題3.某功函數(shù)為2.5eV的金屬表面受到光照射，（1）這個(gè)面吸收紅光（入紅=760nm）或紫光（入紫二380nm）時(shí)，能發(fā)出光電子嗎？（2）用波長(zhǎng)為185nm的紫外光照射時(shí)，從表面放出的光電子能量是多少電子伏特eV?.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(dòng)勢(shì)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。改錯(cuò)：.當(dāng)光照射在PN結(jié)上時(shí)，所產(chǎn)生的先生電位差與PN結(jié)原內(nèi)建電位差相同。答：錯(cuò)；當(dāng)光照射在PN結(jié)上時(shí)，所產(chǎn)生的先生電位差與PN結(jié)原內(nèi)建電位差相?。ǚ矗┑谌?材料的磁學(xué)性能磁荷（等效）理論磁偶極矩：jmml

34、磁極化強(qiáng)度：Jm磁感應(yīng)強(qiáng)度：B磁導(dǎo)率：=B/HB0（HM）;相互關(guān)系jm0PmJ0MB0(HM)0(1)0(1)一,基本參量分子電流理論磁矩：PmIS磁化強(qiáng)度：MpmV磁場(chǎng)強(qiáng)度：H磁化率：=M/H二，基本關(guān)系jm0Pm；J0M；SI:Bo(HM)B:T;H:A/m;M:A/m(特斯拉)或Wb/m2B:1T=104G;H:1103A/m=4兀Oe;M:1M03A/m=emu/cm3;四、常見鐵磁性材料的基本磁性參數(shù)飽和磁化強(qiáng)度Ms、飽和磁極化強(qiáng)度Js、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs：衰1Q6一壁強(qiáng)磁物質(zhì)的飽和磁化強(qiáng)度和居里溫度的單位為C或l（PA/nO物質(zhì)% %（室溫）（室溫）M式OK)九（戶“原子或分子）

35、Tt/KFe17077432.2161043Co140014471,7151395Ni4855210.606631Gd1980I7.55293Dy292010.288MnBi62068。3.52630CujMnAl430(580)(4,0)603CtiMnln500( (600)( (4.0)506MnAs67。8703.4318MnB1475331830.24745MnSb7103.53587CrTe240339336CiO；5152.03386KuO19206,869Mil電Qi4105.0573F.O*4804.1858YjFejOj_1302005.0560注：本表數(shù)值取自材料科學(xué)導(dǎo)論

36、（2002）p278Ms0K(kA/m)RTJs=NMs0K(T)RTTc(K)Fe：174017002.192.141043Co：143014001.81.761395Ni：5104870.640.61631Gd:20102.53293CGS:B0H4MB:G(Gauss);H:Oe;M:emu/cm3;Co：Kui：410kJ/m3;Ku2：100-143kJ/m3;Fe：K1:4248kJ/m3;K2：1215kJ/m3;Ni:K1:-3-5.4kJ/m3;K2:-2.55kJ/m3;SmCo5：Ku1：15500kJ/m3;Nd2Fe14B：K1:5000kJ/m3;K2：660kJ/

37、m3;例1.牌號(hào)為1J46的冷軋鐵鍥軟磁薄帶的飽和磁化強(qiáng)度為Ms=11.9105Am-1,則飽和磁極化強(qiáng)度Js為T(特斯拉)，沿薄膜法向的退磁場(chǎng)Hd為Am-1,最大矯頑力Hc=20A/m,相當(dāng)于Hc=Oe(奧斯特)。(注：田=4冗10-7Hm-1)。磁矩和磁化強(qiáng)度磁矩(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m。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IASo(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。現(xiàn)在我們可以從以下三方面來(lái)分析原子中的磁矩。電子軌道運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁矩：科=(l(l+1)1/2田

38、電子自旋產(chǎn)生的磁矩：陽(yáng)=(S(S+1)1/2田原子核的磁矩：原子核的磁矩電子(軌道+自旋)磁矩Dy:29203.6788材科名林一體藉的mB杷,乂的恨翱大，*加GhBaFiri.原子核的磁矩物質(zhì)磁性的分類弱磁性：1.抗磁性；2.順磁性；3.反鐵磁性。強(qiáng)磁性：1.鐵磁體；2.亞鐵磁體：與鐵磁體相似，但x值較小，如磁鐵礦（Fe3O4）。?順磁性：定義：當(dāng)材料被磁化后，磁化矢量與外加磁場(chǎng)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(jí)。?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-金屬鑰Nb,皓Zr,鑰

39、Mo,鉗Pd;5d-金屬（Hf,Ta,W,鋁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C?抗磁性：定義：當(dāng)材料被磁化后，磁化矢量與外加磁場(chǎng)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x是甚小的負(fù)常數(shù)（M與H反向），一般約為10-6數(shù)量級(jí)。?抗磁性是電子電子的循軌運(yùn)動(dòng)在外加磁場(chǎng)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）?鐵磁性?有一類物質(zhì)如Fe,Co,Ni,室溫下磁化率可達(dá)1

40、0106數(shù)量級(jí)，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(chǎng)內(nèi)，也可得到極高的磁化強(qiáng)度，而且當(dāng)外磁場(chǎng)移去后，仍可保留極強(qiáng)的磁性（有剩磁）。?鐵磁體的鐵磁性只在某一溫度以下才表現(xiàn)出來(lái)，超過這一溫度，鐵磁性消失。這一溫度稱為居里點(diǎn)具磁化率與溫度的關(guān)系服從居里一外斯定律CTTC?反鐵磁性e2m9.2731024（波爾磁子，電子磁矩的基本單位）e：?jiǎn)挝浑姾?；h:普朗克常數(shù);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(duì)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

41、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)。?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。磁疇的形成和自發(fā)磁化磁疇的形成鐵磁體在很弱的外加磁場(chǎng)作用下能顯示出強(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(duì)于處于退磁化狀態(tài)的鐵磁體，它們?cè)诤暧^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(huì)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。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(chǎng)，這一磁場(chǎng)必然會(huì)對(duì)其它磁矩產(chǎn)生作用，使磁矩在特定方向

42、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(dòng)得到解釋。交換作用能：Eex=-AS1S2=-Acos小;A0時(shí)，自發(fā)平行排列；A3,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.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(shì)。金屬的鐵磁性磁各向異性材料的磁化有難易之分，對(duì)于晶體來(lái)說，不同的晶體學(xué)方向其磁化也有所

43、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。Fe的100、Ni的111、和Co的0001為難磁化方向。立方晶系晶體磁晶各向異性能：匚KK/22222EKK0K1（12233室溫下：鐵K1=4.2104J/m3;Ni:KI=-0.34104J/m3;六角晶系晶體磁晶各向異性能：L24EKKu1sinKu2sinHCPCo：KUI=41X104J/m3;四方結(jié)構(gòu)Nd2Fe14B:KUI=5M06J/m3;六角：SmCo5:KUI=1.55X07J/m3;鐵磁體的形狀各向異性及退磁能退磁場(chǎng)

44、：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(chǎng)。鐵磁體被磁化后產(chǎn)生的退磁場(chǎng)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(hào)表示退磁場(chǎng)與M反向。M120HddM0NM202當(dāng)鐵磁體呈開路態(tài)時(shí)， 磁體越粗短 （細(xì)長(zhǎng)） ，N值越大 （越小） ， 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.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、 效應(yīng)。長(zhǎng)度為L(zhǎng)的棒沿軸向磁化時(shí)，若長(zhǎng)度變化為強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下達(dá)到飽

45、和的值s稱為磁致伸縮常數(shù),致伸縮可以使磁能（實(shí)際上是電能）轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,變?yōu)殡娔?。（T則，當(dāng)9=00寸，E 取最小值，此時(shí)M6磁性薄膜為易面磁化;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。為易磁化方向；而Fe的111、Ni的100、和Co的10102、K222退磁能：Ed形狀會(huì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為此致伸縮L,則磁致伸縮率=L/L,磁致伸縮率在作為鐵磁體的特性參數(shù)經(jīng)常使用。利用磁而利用核致伸縮的逆效應(yīng)可以使機(jī)械能轉(zhuǎn)磁彈性能：ESin2;8 為M與 6 夾角。討論：1.如果（T,0貝當(dāng)9=900

46、寸，E取最小值，此時(shí)M6磁性薄膜為垂直磁化；2.如果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(wú)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

47、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。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(chǎng)H中，其磁化強(qiáng)度M隨外磁場(chǎng)H的變化是非線性的。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)磁化到飽和的內(nèi)部變化過程。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)碉壁移動(dòng)的阻力1。應(yīng)力理論：Hei-;20Msl2。雜質(zhì)理論：He/一 a2/32oMsd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

48、水平方向、垂直方向）生長(zhǎng)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(chǎng)，磁滯回線為直角型，而在與此垂直的方向上施加磁場(chǎng)，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,入s,K,T籌， 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,5飛Br等，它們與技術(shù)磁化有關(guān)。一，溫度的影響：M-T曲線：Tc；二，應(yīng)力的影響：應(yīng)力方向與磁致伸縮同號(hào)時(shí)應(yīng)力促進(jìn)磁化；反之則阻礙磁化。,形變，晶粒及雜質(zhì)的影響：形變產(chǎn)生大量缺陷和很高的應(yīng)力，使磁導(dǎo)率下降，嬌頑力升高;再結(jié)晶退火可消除應(yīng)力和缺陷，使磁化容易，從而使磁導(dǎo)率顯著增高，嬌頑力下降；晶粒細(xì)化與加

49、工硬化的效果相似。晶粒越細(xì)小，晶界（面缺陷）便越多，磁化的阻力也越大，越難磁化。雜質(zhì)：固溶雜質(zhì)使點(diǎn)陣扭曲，阻礙疇壁移動(dòng)，使以下降，Hc上升。間隙固溶體時(shí)，雜質(zhì)影響較大，形成夾雜物和置換式固溶體時(shí)影響較小。但都使Ms降低。何謂磁導(dǎo)率11?改善鐵磁材料（1的方法有哪些?.磁導(dǎo)率囚當(dāng)外磁場(chǎng)H增加時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B增加的速率叫磁導(dǎo)率，用以表示，即尸B/H。提高鐵磁材料磁導(dǎo)率小的方法途徑有：1）消除鐵磁材料中的雜質(zhì)；2）把晶粒培育到足夠大并呈等軸壯；3）冷加工造成再結(jié)晶織構(gòu)；4）磁場(chǎng)中退火造成磁織構(gòu)。四，合金成分和組織的影響（見課件）五，鋼的鐵磁性：鐵素體（碳溶于eFe中形成的間隙固溶體），珠光體，貝氏體

50、，和馬氏體均具有強(qiáng)鐵磁性。Fe3c是弱鐵磁相。奧氏體呈順磁相。淬火態(tài)比退火態(tài)的Hc高，含C量高的Hc高（同是淬火態(tài)或退火態(tài)）；細(xì)片。珠光體的Hc比粗片狀和粒狀的高。?B導(dǎo)率的變化與Hc相反。改錯(cuò)：.在鋼的組織中，奧氏體是鐵磁相。答：錯(cuò)；在鋼的組織中，奧氏體是鐵刀廁磁相。.鋼在回火過程中，殘余奧氏體分解會(huì)引起飽和磁化強(qiáng)度Ms的降低。答：錯(cuò)；鋼在回火過程中，殘余奧氏體分解會(huì)引起飽和磁化強(qiáng)度Ms的隆低（升高）。.7鐵磁性的測(cè)量（詳細(xì)見課件）靜態(tài)磁性能的測(cè)量：直流磁場(chǎng)下的基本磁化曲線，磁滯回線，以及由此定義的磁參數(shù)：Ms,Br,Hc,N,（BH）rnlOx卻態(tài)磁性測(cè)量：測(cè)量軟磁材料在交變磁場(chǎng)中的性能，

51、以及各種.閉路試樣的沖擊法2.開路試樣的沖擊法測(cè)量3.熱磁儀測(cè)量法(磁轉(zhuǎn)矩三三, ,形變、晶粒及雜質(zhì)的影響形變、晶粒及雜質(zhì)的影響出變：產(chǎn)生大量觥霜和很高的應(yīng)力,使磁導(dǎo)率下降.嬌域力升高；再玷晶退火：可消除應(yīng)力和缺 KL 使基化容易,從而使磁導(dǎo)率顯著增高，妍獻(xiàn)力下降：晶粒細(xì)化與加工硬化的效果相似：晶物統(tǒng)如小，晶界（面疑陪卜便越冬，磁化的阻力也越大，越難磁化.條噱：固溶雜質(zhì)使點(diǎn)陣扭曲，阻礙崎鬟移動(dòng)，使下降.He.上升*間隙固溶體時(shí)，雜質(zhì)HK嘉府較大，形成夾雜物和置模式固溶體時(shí)影物較小,.V怛都使、降 1EL7二、研究淬火鋼的回火馬氏體1強(qiáng)鍍褪相葉度親奧氏所風(fēng)磴相）都是亞橙態(tài).同火叫要發(fā)生分解.回火

52、過程小多相相綱的飽和磁化強(qiáng)度霰從相加糜則.T1D（磷素工具鋼含碉1%）回火時(shí)M-T曲線中馬氏餌中析上磁化打品東蜃田濟(jì)分解卓回2020C400600 門 CB,f下的小和磁損耗儀)4.拋脫法1。先將試樣磁化到飽和；2。逐漸增大反向電流退磁3。直至將試樣迅速抽出后，檢流計(jì)為零。4。HC=NI/L材料的彈性及內(nèi)耗彈性模量：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6與應(yīng)變8之間的線性比例系數(shù)，6=E,e其中稱為彈性模量。它表示材料彈性變形的難易程度。彈性的物理本質(zhì)：見課本。彈性模量與其他物理量的關(guān)系.與熔點(diǎn)Tm的關(guān)系：E=KTmacb;其中c比熱容；K,a,b常數(shù)(a1,b2)；

53、原子結(jié)合力越強(qiáng)，熔點(diǎn)也越高，E也越大。.與德拜特征溫度8D的關(guān)系：見課件.與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系：見課件影響彈性模量的關(guān)系.溫度的影響葭般情況：TT-a2FJ-EJ鐵：T=100C,E=-(34)%;鋼：t=25450C,AE=-20%;彈性模量溫度系數(shù)：e=(1/E)(dE/dT);熱膨脹系數(shù)：a=(1/a)(da/dT)思考：試由E=k/am推證：e/a的數(shù)。.相變的影響(多晶型轉(zhuǎn)變、有序化轉(zhuǎn)變、鐵磁性轉(zhuǎn)變、超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變等)2.合金成分與組織的影響總的來(lái)說，加入少量的合金元素和進(jìn)行不同熱處理工藝對(duì)E的影響不明顯，但加入大量的合金元素會(huì)使E產(chǎn)生明顯變化。E與溶質(zhì)濃度之間可以成近似于直線關(guān)系，或偏離直

54、線關(guān)系。(一)形成固溶體合金(二)形成化合物和多相合金彈性模量是個(gè)組織不敏感的參量，它幾乎與單相合金的晶粒大小與形狀，多相合金中第二相的彌散程度，形狀和分布狀態(tài)等因素?zé)o關(guān)。溶質(zhì)原子對(duì)E影響小結(jié)：1。由于溶質(zhì)加入而造成點(diǎn)陣畸變，使E降低。2。溶質(zhì)和溶劑原子結(jié)合力比溶劑原子結(jié)合力大，使E增加，反之降低。3。溶質(zhì)原子可能阻礙位錯(cuò)彎曲和運(yùn)動(dòng)，使E增大。4。過渡族元素的d層電子未填滿，結(jié)合力較強(qiáng)，可能使E增大。5。有序化有利于改善離子電場(chǎng)的規(guī)整性，有利于增強(qiáng)化學(xué)作用力。使E增大。彈性模量的測(cè)量及應(yīng)用1)靜態(tài)法：從應(yīng)力和應(yīng)變曲線確定彈性模量E的方法。缺點(diǎn)：精度底，載荷大小，加載速度影響大；脆性材料有困難。

55、2)動(dòng)態(tài)法：在試樣承受交變應(yīng)力產(chǎn)生很小應(yīng)變的條件下測(cè)量彈性模量E的方法。優(yōu)點(diǎn)：速度快，準(zhǔn)確。試樣承受極小的應(yīng)力應(yīng)變(10-5-10-7)適用于高溫和交變復(fù)雜負(fù)荷條件下工作的金屬零部件。彎曲振動(dòng)共振法兩端自由的均勻棒的振動(dòng)方程：Q44Suu滿足于基波的圓棒的彈性模量：24EItxE=1.2624f2/d2其中，L、d、f、p分別為試樣的長(zhǎng)度、直徑、共振頻率、和密度。試樣尺寸應(yīng)滿足：L/d=20-25;懸絲：直徑小于0.2mm,長(zhǎng)度100300mm不具有強(qiáng)諧振的細(xì)絲。室溫可用棉線；600c以下，選用銅絲；高溫可用鋁金絲。懸絲掛在共振的結(jié)點(diǎn)處：0.2240.174L范圍內(nèi).內(nèi)耗(Internalfr

56、iction)滯彈性：在彈性范圍內(nèi)出現(xiàn)的非彈性現(xiàn)象(如彈性蠕變和彈性后效)。滯彈性內(nèi)耗：滯彈性是在彈性范圍內(nèi)出現(xiàn)的非彈性現(xiàn)象.理想的彈性體完全遵守虎克定律，應(yīng)力與應(yīng)變隨時(shí)保持相同的位相，則無(wú)內(nèi)耗.滯彈性內(nèi)耗?tan6=(1/2九)(AiW/W)周在單位弧度上的相對(duì)能量損耗?Q-1=(1/2兀)(AW/W)=(1/兀)ln(An/An+1)Theinternalfrictioniscalculatedfromthedecayofthevibrationamplitude.?Q-1=tan6=(1/31/2)-(Av/vr)?內(nèi)耗峰與內(nèi)耗譜：根據(jù)弛豫理論：tanAAMGJ2/(1+W2);其中胡為

57、模量虧損，AM=(Md-MR)/(MUMR)1/29P成9P時(shí)，tan6都趨于零。r=W,tan81出現(xiàn)極大值，內(nèi)耗峰。弛豫時(shí)間 p 受力材料從一個(gè)平衡狀態(tài)過渡到新的平衡態(tài)，內(nèi)部原子調(diào)整所需要的時(shí)間。它與溫度T及擴(kuò)散激活能的關(guān)系：T=T0exp(H/RT)產(chǎn)生滯彈性內(nèi)耗峰的共振條件：是乎1時(shí)，內(nèi)耗峰tan6出現(xiàn)極大值。其中，弛豫時(shí)間：=r0exp（H/RT）得到內(nèi)耗曲線的途徑：.改變振動(dòng)頻率得到Q-1-曲線.改變溫度得到Q-1-T曲線滯彈性內(nèi)耗明顯與動(dòng)態(tài)的振動(dòng)頻率有關(guān)，與振幅無(wú)關(guān)。即使是滯彈性材料，如果實(shí)驗(yàn)是準(zhǔn)靜態(tài)地進(jìn)行，不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)耗。這時(shí)一種動(dòng)態(tài)滯后行為的結(jié)果。靜滯后內(nèi)耗：靜滯后也是一種彈性范圍內(nèi)的非彈性現(xiàn)象。應(yīng)