材料物理化學(xué)性能四五六章

1、材料物理化學(xué)性能四五六章1第1頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 了解材料的磁性，對(duì)于研究材料結(jié)構(gòu)及相變是非常重要的。 磁性材料被廣泛使用于計(jì)算機(jī)、航空航天、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等技術(shù)領(lǐng)域，是重要的功能材料。第四章磁性分析2022/9/202第2頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 材料磁性的本質(zhì):是材料內(nèi)部電子的循軌和自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的 物理學(xué)：任一封閉電流都有磁矩，其方向與環(huán)形電流法線方向一致，大小=IS。 材料內(nèi)部電子的循軌和自旋運(yùn)動(dòng)都可看作是一個(gè)閉合的環(huán)形電流，因而必然會(huì)產(chǎn)生磁矩 第四章磁性分析4.1 磁性及其物理本質(zhì)一、材料的磁性2022/9/20

2、3第3頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四電子自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁矩稱為自旋磁矩. eg：Fe原子中共26個(gè)電子，電子層分布為1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2 除3d次電子層外，各層均被電子填滿，自旋磁矩被抵消。 當(dāng)原子中有未被排滿的電子層時(shí)，原子所具有的磁矩為原子的固有磁矩。（由于未被排滿的電子層電子磁矩之和不為零） 根據(jù)洪特法則：電子在3d層中應(yīng)盡可能填充到不同軌道，并且它們的自旋盡量在同方向上(平行自旋)見填充示意圖。 因此Fe原子的固有磁矩是4個(gè)電子磁矩的總和。 電子循軌運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁矩稱為軌道磁矩。2022/9/204第4頁，共114頁，202

3、2年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 每一個(gè)外層有s、p、d、f 四個(gè)亞層，四個(gè)亞層分別有1、3、5、7個(gè)軌道。鐵原子外層電子排布 3s2 3p6 3d6 1s2 2s2 2p64s2 2022/9/205第5頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 鐵使磁場強(qiáng)烈地增強(qiáng)； 銅使磁場減弱； 鋁雖使磁場增強(qiáng)，但很微弱 物質(zhì)在磁場中由于受磁場的作用都呈現(xiàn)出一定的磁性，這種現(xiàn)象稱為磁化。 凡是能被磁場磁化的物質(zhì)稱為磁介質(zhì)。 當(dāng)磁介質(zhì)在外加磁場H中被磁化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生附加磁場H，這時(shí)，其所處的總磁場強(qiáng)度為通常，無外加磁場，宏觀上材料不呈現(xiàn)出磁性； 當(dāng)材料被磁化后，會(huì)表現(xiàn)出一定的磁性 物

4、體的磁化未改變?cè)庸逃写啪氐拇笮。歉淖兞怂鼈兊娜∠颉?二.材料的磁化2022/9/206第6頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四單位體積的磁矩稱為磁化強(qiáng)度，用 表示。 磁化強(qiáng)度與外加磁場強(qiáng)度 有關(guān)，還與物質(zhì)本身的磁化特性有關(guān)，即 磁化率，其值可正、可負(fù)。H=(4-5) 通過磁場中某點(diǎn)，垂直于磁場方向單位面積的磁力線數(shù)稱為磁感應(yīng)強(qiáng)度，用 表示，其單位為T(特斯拉)，它與磁場強(qiáng)度的關(guān)系是 或 真空磁導(dǎo)率 (4-6)(4-7) 2022/9/207第7頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四將式(4-5)代入式(4-6)可得 式中： 為相對(duì)磁導(dǎo)率； 為

5、磁導(dǎo)率或?qū)Т畔禂?shù)，單位與 相同，它反應(yīng)了磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨外磁場H變化的速率。(4-8) 2022/9/208第8頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四材料被磁化后：使磁場減弱的物質(zhì)稱為抗磁性材料；使磁場略有增強(qiáng)的為順磁性材料；使磁場強(qiáng)烈增加的為鐵磁性材料。 一.材料抗磁性與順磁性的物理本質(zhì) 材料被磁化后，磁化矢量與外加磁場方向相反的稱為抗磁性， 0； 材料被磁化后，磁化矢量與外加磁場方向相同的稱為順磁性， 0 4.2 抗磁性與順磁性2022/9/209第9頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 把測量的磁感應(yīng)強(qiáng)度B或磁化強(qiáng)度M與外加磁場強(qiáng)度H的關(guān)系曲線

6、稱為磁化曲線抗磁與順磁性材料的磁化曲線如圖4-1所示。 圖4-1 抗磁與順磁物質(zhì)的磁化曲線 磁化強(qiáng)度與磁場強(qiáng)度之間均呈直線關(guān)系; 磁化率常數(shù)很小，但磁化方向相反; 當(dāng)去除外磁場之后，仍恢復(fù)到未磁化前的狀態(tài)，即存在磁化可逆性。4.2 抗磁性與順磁性2022/9/2010第10頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 材料的抗磁性來源于電子循軌運(yùn)動(dòng)時(shí)受外加磁場作用產(chǎn)生的抗磁矩 證明過程：取循軌運(yùn)動(dòng)方向相反的兩個(gè)電子，如圖4-2 圖4-2 形成抗磁磁矩m的示意圖 電子循軌運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的軌道磁矩大小為 (4-9) 電子電荷 電子循軌運(yùn)動(dòng)的角速度 軌道半徑 1抗磁性2022/9/2011

7、第11頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 電子循軌運(yùn)動(dòng)時(shí)受到向心力 。 當(dāng)電子受到垂直于運(yùn)動(dòng)軌道平面的磁場作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生 ，稱為洛倫茲力，它等于 。 當(dāng)電子順時(shí)針運(yùn)動(dòng)時(shí)，見圖 (a)， 與 的方向相同，這時(shí)增大了向心力 由 可知，若m和r不變，F(xiàn)c的增大將導(dǎo)致 增大 由式(4-9) 知，m必將相應(yīng)增大m 同理可證明，圖 (b)中相反方向運(yùn)動(dòng)的電子也會(huì)增加m。2022/9/2012第12頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四洛侖茲力的方向：左手定則 伸開左手，使大拇指跟其余四指垂直，且處于同一平面內(nèi)，把手放入磁場中，讓磁感線垂直穿入掌心，四指指向正

8、電荷運(yùn)動(dòng)的方向（或負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)的反方向），那么，拇指所指的方向就是運(yùn)動(dòng)電荷所受洛侖茲力的方向。2022/9/2013第13頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四材料的順磁性主要來源于原子(離子)的固有磁矩 材料的順磁磁化過程：無外加磁場時(shí)，原子的固有磁矩呈無序狀態(tài)分布，宏觀上不呈現(xiàn)出磁性，見圖 (a) 圖4-3順磁磁化過程示意圖(a)無磁場 (b)弱磁場 (c)強(qiáng)磁場當(dāng)施加外磁場時(shí)，為了降低磁矩的靜磁能，磁矩將改變與磁場間的夾角，便產(chǎn)生了磁化，見圖 (b)(c)。 靜磁能是指原子磁矩與外加磁場的相互作用能。 隨著磁場的，磁矩與磁場的夾角，磁化不斷。2順磁性2022/9/20

9、14第14頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四1.原子結(jié)構(gòu)的影響 絕大多數(shù)非金屬都是抗磁性物質(zhì)，只有氧和石墨是順磁性物質(zhì) 金屬Cu、Ag、Au、Cd、Hg等是抗磁性的 所有的堿金屬、堿土金屬（除Be外）都是順磁性的2.溫度的影響 溫度對(duì)抗磁性一般沒有什么影響，但會(huì)使抗磁磁化率發(fā)生變化 溫度對(duì)順磁性影響很大 一部分物質(zhì)x=C/T， 另一部分物質(zhì)x=C/（T+） 。二.影響材料抗磁性與順磁性的因素2022/9/2015第15頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四3.相變及組織轉(zhuǎn)變的影響 例如：正方晶格的白錫轉(zhuǎn)變?yōu)榻饎偸Y(jié)構(gòu)的灰錫時(shí)，x明顯變化 加工硬化

10、使金屬原子間距而密度，例如：當(dāng)高度加工硬化時(shí)，Cu由抗磁變?yōu)轫槾?，退火使銅的抗磁性恢復(fù)。4.合金成分與組織的影響 見圖二.影響材料抗磁性與順磁性的因素2022/9/2016第16頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四磁化率隨合金成分變化規(guī)律 2022/9/2017第17頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四(1)確定合金相圖中的最大溶解度曲線 單相固溶體的順磁性比兩相混合組織的順磁性高;混合物的順磁性與合金成分之間呈直線關(guān)系.三. 抗磁與順磁分析的應(yīng)用磁化率變化合金的成分組織結(jié)構(gòu)變化合金成分與順磁性的關(guān)系：2022/9/2018第18頁，共114頁，

11、2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四三. 抗磁與順磁分析的應(yīng)用 eg:確定Al-Cu合金的溶解度曲線時(shí)，可取不同成分的合金，加熱到不同T淬火后，測量其磁化率，作出 和成分的關(guān)系曲線，圖4-4示 20曲線表示退火態(tài)；下面幾條曲線分別表示300、400、450與500淬火后的 變化曲線 在不同T淬火后的 曲線可分為兩個(gè)部分，在b、c、d、e與f處曲線發(fā)生轉(zhuǎn)折 2022/9/2019第19頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 以450曲線為例：ae段對(duì)應(yīng)的成分，淬火后得到了過飽和固溶體。 在得到固溶體時(shí)，溶質(zhì)濃度越高， 越多，且較快。 e點(diǎn)后的合金在相同T淬火加熱時(shí)，

12、組織為銅鋁固溶體與CuAl2的兩相混合物，所以e點(diǎn)的成分即為450加熱時(shí)，Cu在Al中的最大溶解度 Cu只有一部分溶入 Al中，還有一部分以CuAl2的形式存在這時(shí)雖然合金的磁化率仍隨著含銅量的而，但顯然得較慢，而且呈直線2022/9/2020第20頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 圖4-4 Al-Cu合金的磁化系數(shù)與成分和淬火溫度的關(guān)系 同理：b、c、d、e與f各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的成分都是相應(yīng)T下的最大溶解度 將這些點(diǎn)換成T與成分的關(guān)系曲線, 可得Al-Cu合金的最大溶解度曲線 2022/9/2021第21頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 圖4-

13、5 Al-Cu合金淬火和退火狀態(tài)的磁化率與T的關(guān)系(2)研究鋁合金的分解 順磁性合金：合金分解 磁化曲線改變 為了研究淬火Al合金的分解情況，需要測出 與加熱T的關(guān)系曲線取含Cu5的Al合金分別進(jìn)行退火與淬火，然后加熱到不同T測量其 ，測量結(jié)果如圖示 Eg:分析鋁銅合金的分解2022/9/2022第22頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四隨著T，淬火試樣的 不斷；退火試樣組織不變，只是受到T影響，使 單調(diào) 分析：Al合金的順磁 淬火后比退火后顯著，說明淬火使Al與Cu形成了過飽和固溶體。Cu的抗磁作用對(duì)Al的順磁影響較大，使合金的順磁 顯著。退火態(tài)的合金中，有94的Cu

14、以CuAl2相存在，因此Cu對(duì)Al的順磁性影響較小，故 比淬火態(tài)的高。由于從過飽和固溶體中析出了富銅相2022/9/2023第23頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四1與2曲線比較得：合金的磁化率總比純鋁的低。 當(dāng)T達(dá)到500后，淬火與退火試樣的曲線重合，表示過飽和固溶體分解完成，得到穩(wěn)定的平衡組織。 測定磁化率還可以用于研究材料有序無序轉(zhuǎn)變、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與確定再結(jié)晶溫度等。是抗磁金屬銅的作用造成的2022/9/2024第24頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 鐵磁性材料都是金屬，它們的鐵磁性來源子原子未被抵消的自旋磁矩和自發(fā)磁化 4.3金屬及

15、合金的鐵磁性、鐵磁性的測量及應(yīng)用 鐵磁性材料在外加H的作用下，可產(chǎn)生很強(qiáng)的磁化，其磁化矢量與外加H的方向一致。一、鐵磁材料的原子組態(tài)和原子磁矩2022/9/2025第25頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 過渡族金屬的3d層都未被電子填滿，這些金屬原子都有剩余的自旋磁矩在3d過渡族金屬中，鐵、鈷、鎳是鐵磁性材料，下表列出了它們?cè)拥?d層電子填充情況。表4-1 鐵、鈷、鎳原子的外層電子填充規(guī)律一、鐵磁材料的原子組態(tài)和原子磁矩2022/9/2026第26頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四金屬具有鐵磁性 錳、鉻等元素也有剩余的自旋磁矩，但不是鐵磁

16、性金屬原子有未被抵消的自旋磁矩產(chǎn)生自發(fā)磁化。 自旋磁矩自發(fā)地同相排列一、鐵磁材料的原子組態(tài)和原子磁矩2022/9/2027第27頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 沒有外磁場時(shí)，材料發(fā)生的磁化稱為自發(fā)磁化. 金屬內(nèi)部的自發(fā)磁化是由于電子間的相互作用產(chǎn)生的 兩個(gè)原子接近時(shí)，它們的3d和4s層的電子可相互交換位置，使相鄰原子自旋磁矩產(chǎn)生有序排列 因交換作用產(chǎn)生的能量稱為交換能用Eex表示。 二、自發(fā)磁化2022/9/2028第28頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 A交換能積分常數(shù)； S1 、 S2分別是兩個(gè)電子的自旋動(dòng)量矩矢量； 兩個(gè)自旋動(dòng)量矩

17、夾角， S S1與S2的模，因S1與S2是同類電子，所以它們的模相等。(4-12) 二、自發(fā)磁化2022/9/2029第29頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 根據(jù)量子力學(xué)推導(dǎo)和計(jì)算，得出了一條交換積分常數(shù)與ar的關(guān)系曲線，見圖4-6 圖中：a 原子間距, r 未填滿殼層的原子半徑從曲線中可以看出：當(dāng)ar3時(shí)，Ao； 而當(dāng)ar3時(shí)，A0。 圖4-6 交換能常數(shù)A與ar之間的關(guān)系 二、自發(fā)磁化2022/9/2030第30頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四A0時(shí)，當(dāng)、cos-1時(shí)，Eex為最低值，即自旋磁矩反向排列時(shí)能量最低 A0時(shí)，當(dāng)0、cos

18、=1時(shí)，Eex為最低值，即自旋磁矩同向排列時(shí)能量最低，形成自發(fā)磁化 鐵、鈷、鎳的A為較大的正值，因此有較強(qiáng)的自發(fā)磁化傾向。 某些稀土元素也具有自發(fā)磁化傾向，但其A值很小，相鄰原子間的自旋磁矩同向排列作用很弱，原子振動(dòng)極易破壞這種同向排列，在常溫下呈現(xiàn)為順磁性。 2022/9/2031第31頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 當(dāng)鐵磁物質(zhì)磁化時(shí)，沿不同方向磁化所產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度不同。 磁化強(qiáng)度沿不同晶軸方向的不同稱為磁晶的各向異性能。 鐵磁物質(zhì)磁化時(shí)，沿磁化方向發(fā)生長度的伸長或縮短的現(xiàn)象稱為磁致伸縮效應(yīng)三.磁各向異性與磁致伸縮鐵磁性物質(zhì)磁化時(shí)的特征磁致伸縮效應(yīng)。磁各向異性2

19、022/9/2032第32頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四式中： 鐵磁體的原始長度， 沿磁化方向長度的改變 0，沿磁化方向尺寸伸長，稱為正磁致伸縮，eg：鐵屬這種情況； 0，沿磁化方向尺寸縮短，eg：鎳屬這種情況 三.磁各向異性與磁致伸縮 此效應(yīng)可用磁致伸縮系數(shù) 表示： 2022/9/2033第33頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 對(duì) 0的材料進(jìn)行磁化時(shí): 沿磁場方向加拉應(yīng)力，有利于磁化， 加壓應(yīng)力阻礙其磁化； 對(duì) o的材料，則情況相反 隨著外磁場H的，鐵磁體的磁化強(qiáng)度，這時(shí) 也隨之，當(dāng)磁化強(qiáng)度達(dá)到飽和值Ms時(shí)， = ， 稱為飽和磁致伸縮

20、系數(shù) 2022/9/2034第34頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 在鐵磁性物質(zhì)中，存在著許多微小自發(fā)磁化區(qū)域，稱為“磁疇”。 交換能使鐵磁物質(zhì)中的磁矩同向排列形成磁疇，但同向排列形成了磁極，造成了很大的退磁能，如圖4-7(a)三.磁疇結(jié)構(gòu)并不是整塊單晶體或每個(gè)晶粒形成一個(gè)大磁疇 退磁能：由于鐵磁體產(chǎn)生的外磁場與內(nèi)磁場方向相反，從而使鐵磁體的磁性減弱，造成磁化能增加磁疇的尺寸大小和其形狀結(jié)構(gòu)受著多種能量因素的制約。2022/9/2035第35頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四降低退磁能的方法：將晶體分為兩個(gè)反向磁化區(qū)(磁疇)，可使退磁能大大

21、降低，如圖4-7(b)。 圖4-7單晶體磁疇結(jié)構(gòu)示意圖三.磁疇結(jié)構(gòu)2022/9/2036第36頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四使退磁能降為0的方法：當(dāng)形成圖4-7(c)所示的封閉磁疇時(shí)，可使退磁能降為零，于是，出現(xiàn)了上下兩個(gè)三角形的閉合磁疇 由于閉合磁疇和基本磁疇的磁化方向不同，引起的磁致伸縮不同，因而產(chǎn)生一定的磁致伸縮能 磁致伸縮能與磁疇的方向和尺寸有關(guān)，尺寸越大，磁致伸縮所引起的尺寸變化就越不容易相互補(bǔ)償，磁致伸縮能就越高2022/9/2037第37頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 封閉式磁疇結(jié)構(gòu)需要由較小的磁疇構(gòu)成，磁致伸縮能才能更

22、低，如圖4-7(d) 當(dāng)一個(gè)磁體中存在許多小磁疇時(shí)，在兩相反磁疇之間形成一個(gè)過渡層，稱為磁疇壁 疇壁內(nèi)自旋磁矩的方向從一個(gè)磁疇逐漸過渡到另一個(gè)磁疇，如圖4-8(b)。這種情況交換能較低 相鄰磁疇彼此間不能直接呈反向平行排列，如圖4-8(a)因?yàn)椋@樣的排列方式交換能很高2022/9/2038第38頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四圖4-8 磁疇壁示意圖 但是，疇壁的自旋磁矩偏離了晶體的易磁化方向，由此導(dǎo)致各向異性能增高 此外還由于磁致伸縮的變化使彈性能升高，所以形成疇壁需要一定的能量 疇壁的總能量與磁疇壁的面積有關(guān)，疇壁面積越大，能量越高而磁疇越小，磁疇壁面積就越大。

23、2022/9/2039第39頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四圖4-8 磁疇壁示意圖 當(dāng)磁疇變小使磁致伸縮能減小的數(shù)量和疇壁形成所需要的能量相等時(shí)，即達(dá)到了能量最小的穩(wěn)定閉合磁疇組態(tài)。2022/9/2040第40頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四圖4-9鐵磁合金的磁化曲線 鐵磁金屬的磁化曲線有不可逆磁化存在，曲線可分為3個(gè)部分，如圖4-9所示：在微弱的磁場中，B和M均隨H的緩慢地；M與H近似呈直線關(guān)系，磁化是可逆的 五、磁化曲線與磁滯回線磁感應(yīng)強(qiáng)度B磁化強(qiáng)度M外磁場強(qiáng)度H2022/9/2041第41頁，共114頁，2022年，5月20日，22

24、點(diǎn)19分，星期四：隨H繼續(xù)，B和M急劇 ，磁導(dǎo)率快，且出現(xiàn)極大值，此階段磁化是不可逆的，即去掉磁場仍保持部分磁化 ：隨H再 ，B和M 的逐漸變緩，磁化變得困難，磁導(dǎo)率，并趨向于 。當(dāng)H達(dá)到HS時(shí)，M達(dá)到飽和值。此時(shí) B仍隨H 而 磁化強(qiáng)度的飽和值為飽和磁化強(qiáng)度，MS 與Ms相對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，Bs。BM+H2022/9/2042第42頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四磁滯回線 如將試樣沿Oab磁化到飽和磁化狀態(tài)后，再逐漸H，B將沿bcd曲線隨之 圖4-10 鐵磁合金的磁滯回線2022/9/2043第43頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19

25、分，星期四H0時(shí)，B0，而保留一定的數(shù)值，這是鐵磁金屬的剩磁現(xiàn)象 去掉外加磁場后的磁感應(yīng)強(qiáng)度為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，Br。 要使B繼續(xù)，需加-H，當(dāng)H=Hc時(shí)，B=0 Hc為去掉剩磁的臨界外磁場，稱為矯頑力 將-H繼續(xù)，B沿著de曲線變化為-Bs。 從-Bs改為正向磁場，隨著H的，B沿efgb曲線變化為+BS。 2022/9/2044第44頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 由圖知，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是落后于磁場強(qiáng)度的變化，此現(xiàn)象為磁滯效應(yīng) 由于磁滯效應(yīng)，磁化一周得到一個(gè)閉合回線，為磁滯回線 回線包圍的面積相當(dāng)于磁化一周產(chǎn)生的能量損耗，為磁滯損耗 2022/9/2045第4

26、5頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 Mn、Cr等金屬的A0，相鄰原子間的自旋趨于反向平行排列，不能形成自發(fā)磁化區(qū)域，為反鐵磁性物質(zhì) 反鐵磁性物質(zhì)無論在什么T下，其宏觀表現(xiàn)都是順磁性的，磁化系數(shù)如下圖示。圖4-11反鐵磁性物質(zhì) 與T的關(guān)系六、反鐵磁性2022/9/2046第46頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四圖4-11反鐵磁性物質(zhì) 與T的關(guān)系T再， 又，最后趨于定值， 取最大值的T稱為奈耳點(diǎn)，以Tn示。 Tn表征相鄰原子自旋反向排列被完全破壞的T，超過此T，反鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判浴?在高溫時(shí)很小，隨T逐漸，降至某T時(shí)，升至最大值；2022/9

27、/2047第47頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 隨，um，Hc，Br在臨界（約57）以前隨急劇，而在臨界以上隨而；冷塑性變形不影響Ms1.溫度 T鐵磁性的Ms，Bs、Br、Hc都2.形變和晶粒度 例如：見下圖冷加工變形對(duì)工業(yè)純鐵磁性的影響 七.影響鐵磁性參數(shù)的因素飽和磁化強(qiáng)度Ms飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br矯頑力Hc磁導(dǎo)率um形變度2022/9/2048第48頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四3.形成固溶體及多相合金鐵磁性金屬溶入抗磁性元素或弱順磁性元素時(shí)，固溶體的Ms隨溶質(zhì)組元含量的而； 鐵磁性金屬溶入強(qiáng)順磁性元素時(shí)，如溶質(zhì)組元

28、含量較低時(shí)使Ms，而含量高時(shí)則使Ms在多相合金中，合金Ms是由各組成相的Ms以及它們的相對(duì)量所決定：Ms= Ms1P1+ Ms2P2+ MsnPn式中： Ms1、 Ms2 Msn為各組成相的Ms P1、P2 Pn為各組成相的體積百分?jǐn)?shù)。 晶粒越細(xì)， um越低， Hc越高。七.影響鐵磁性參數(shù)的因素2022/9/2049第49頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四1磁化曲線和磁滯回線的測量采用環(huán)形試樣沖擊法測定這兩種曲線圖4-12沖擊法測磁原理圖 在環(huán)形試樣T上繞上線圈W1、W2W1連接直流電源，W2串聯(lián)沖擊檢流計(jì)組成測量回路 八、鐵磁性的測量與應(yīng)用磁化線圈W1(匝數(shù)N1)，

29、產(chǎn)生磁化磁場；測量線圈W2(匝數(shù)N2)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。磁化曲線的測量2022/9/2050第50頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四當(dāng)W1中通I1時(shí)，產(chǎn)生的H為 試樣的中心周長 短時(shí)間內(nèi)，磁場從0到定值H時(shí)，試樣的磁感應(yīng)強(qiáng)度從0到B，磁通量從0到，將使測量回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢：(4-13) 測量線圈電阻為R，則測量回路中的感應(yīng)電流為 (4-14) (4-15) 2022/9/2051第51頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四通過檢流計(jì)的電量Q為(4-16) 通過檢流計(jì)的電量Q與檢流計(jì)上光點(diǎn)最大偏移格數(shù)m成正比，即Q=Cbm式中：Cb沖擊檢流計(jì)的

30、沖擊常數(shù)2022/9/2052第52頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)電流能在周圍空間產(chǎn)生磁場，一根通有安培（A）直流電的無限長直導(dǎo)線，在距導(dǎo)線軸長r米處產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度H為 H= /（2r）2022/9/2053第53頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四可得 =BS，(4-17) 測量時(shí)，調(diào)整I1使磁場變化在0 +HS，取不同的H對(duì)應(yīng)的B值作圖，可得材料的磁化曲線。 S 樣品截面積 磁滯回線的測量原理與磁化曲線的相同，測量時(shí)磁場要從+HS逐次，到達(dá)-HS后再逐次。 (4-18) 磁滯回線的測量2022/9/2054第54

31、頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四感應(yīng)式熱磁儀結(jié)構(gòu)如下圖示 其結(jié)構(gòu)和原理與變壓器類似. 二次線圈W2由兩個(gè)圈數(shù)相等，繞向相反的線圈串聯(lián)而成 圖4-13 感應(yīng)式熱磁儀示意圖1.穩(wěn)壓器2.等溫爐3.試樣4.毫伏表2用感應(yīng)熱磁儀法測量鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線2022/9/2055第55頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 當(dāng)I輸入W1時(shí)，W2中產(chǎn)生E，由于W2中E1=E2，且方向相反，故回路中的E總=0 這時(shí)，將經(jīng)過奧氏體化的試樣從加熱爐移入等溫爐，在A未轉(zhuǎn)變時(shí)，二次回路中的E=0，毫伏計(jì)指針不偏轉(zhuǎn). 2用感應(yīng)熱磁儀法測量鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線

32、感應(yīng)電動(dòng)勢E奧氏體A2022/9/2056第56頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 當(dāng)A轉(zhuǎn)變時(shí)，其產(chǎn)物P或B為強(qiáng)鐵磁性組織，相當(dāng)于在線圈中增加了鐵芯，使E1，但E2不變回路中的E總=E1-E20，毫伏計(jì)的指針開始偏轉(zhuǎn)，A轉(zhuǎn)變的量越多，毫伏計(jì)讀數(shù)越高 毫伏計(jì)的讀數(shù)反映了A轉(zhuǎn)變趨勢，從E的變化曲線可確定A轉(zhuǎn)變的開始及終了時(shí)間 .珠光體P貝氏體B2022/9/2057第57頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 在不同T做此實(shí)驗(yàn)，可得到不同T下的轉(zhuǎn)變開始和終了時(shí)間，將它們連接起來，可得到A過冷等溫轉(zhuǎn)變曲線其中，使毫伏計(jì)指針立即開始偏轉(zhuǎn)的最高T，就是Ms

33、(AM轉(zhuǎn)變點(diǎn))點(diǎn)。 這種方法簡單方便，但只能作定性的測量.2022/9/2058第58頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四儀器結(jié)構(gòu)及工作原理如下圖示 圖4-14 熱磁儀測量部分示意圖1-燈尺 2-光源 3-彈簧4-反射鏡 5-支桿 6-磁極7-試樣 3用熱磁儀測定鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線2022/9/2059第59頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 熱磁儀由大電磁鐵在磁極間產(chǎn)生很強(qiáng)的均勻磁場 測試時(shí)，試樣固定于支桿的前部，位于兩磁極的中間，支桿的上端和彈簧連接，彈簧固定在儀器架上支桿上裝有一個(gè)反射鏡，光源發(fā)出光束由反射鏡反射到光尺上。3用熱磁

34、儀測定鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線2022/9/2060第60頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 測試時(shí)，將試樣吊在磁場中，與兩磁頭軸線成夾角0(10)，這樣試樣在磁場中受到扭力，力矩為M1(4-20) 式中：V試樣的體積； H磁場強(qiáng)度； M磁化強(qiáng)度； 0試樣與磁力線間的夾角 在M1作用下，試樣將向磁場方向轉(zhuǎn)過，彈簧要產(chǎn)生反力矩M2，M2=C， C 彈簧的彈性常數(shù) 2022/9/2061第61頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 達(dá)到平衡時(shí)，M1M2，此時(shí)的M1=VHMsin， =0-,這樣可求出M(4-21) 用光尺讀數(shù)測量，正比于光尺讀數(shù)，把

35、式(4-21) 的不變量看作常數(shù)，用K表示，可寫為 M=K(4-22) 實(shí)際測量過程中很小，可以認(rèn)為sinsin02022/9/2062第62頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 式(4-22)表明，越大，M就越大當(dāng)H28l04Am時(shí)，M即為Ms，它與試樣中鐵磁相的數(shù)量成正比，常用代表試樣中鐵磁相的數(shù)量。 測量A等溫轉(zhuǎn)變曲線時(shí):若A未發(fā)生轉(zhuǎn)變，則=0開始轉(zhuǎn)變時(shí)，隨轉(zhuǎn)變數(shù)量的而；轉(zhuǎn)變終了時(shí)，達(dá)到最大值.2022/9/2063第63頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四圖4-16 沖擊磁性儀示意圖1 試樣2非磁性支架3 電磁鐵的磁頭 4測量線圈 5 沖

36、擊檢流計(jì)6鋼管 測量時(shí)將試樣沿x方向迅速投入磁極間隙或抽出 如試樣存在鐵磁相，測量線圈中的磁通要變化 設(shè)投入試樣前測量線圈中的磁通量為1，則 沖擊磁性儀結(jié)構(gòu)原理如下圖示4用沖擊法測殘余奧氏體2022/9/2064第64頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四1 = BS1 (4-23) 式中：B 磁感應(yīng)強(qiáng)度； S1 測量線圈的截面積 試樣投入后，磁通量將增加到2： (4-24) 式中：S2 試樣的截面積； 真空磁導(dǎo)率。4用沖擊法測殘余奧氏體線圈中相當(dāng)于增加了鐵芯，鐵磁相產(chǎn)生磁化2022/9/2065第65頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四試樣投入前

37、后測量線圈中磁通的變化量為 試樣投入后測量線圈中的磁通從1隨時(shí)間變化為2，由此所產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為(4-27) (4-25) 則(4-26) 式中：N 測量線圈的匝數(shù)2022/9/2066第66頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 設(shè)測量回路電阻為R，回路的感應(yīng)電流為(4-28) 通過檢流計(jì)的電量Q與檢流計(jì)燈尺上光點(diǎn)最大偏移格數(shù)am成正比，即 在時(shí)間t內(nèi)流經(jīng)檢流計(jì)的電量為(4-30) 式中：Cb沖擊檢流計(jì)的沖擊常數(shù)(4-29) (4-31) 由此可得2022/9/2067第67頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四以 代替 可得(4-32) 測量回

38、路的沖擊常數(shù)。 沖擊磁性儀的H很強(qiáng)，使試樣達(dá)到磁飽和，所測出的M與試樣中鐵磁相的數(shù)量成正比。 2022/9/2068第68頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 測淬火鋼的A殘余量時(shí)，常用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試樣 (其成分和尺寸與被測試樣完全相同) 。eg：對(duì)碳鋼和低合金鋼可淬火后立即冷處理或淬火后再經(jīng)250300回火處理作為標(biāo)樣。 將標(biāo)樣投入檢流計(jì)，讀出檢流計(jì)讀數(shù)0，再將被測樣投入檢流計(jì)，讀數(shù)，設(shè)A殘余量為A，則 由此可測出A殘余量。 (4-33) 2022/9/2069第69頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四1. 自發(fā)磁化，磁各向異性，磁致伸縮，磁疇，退

39、磁能，磁疇壁，飽和磁化強(qiáng)度，磁滯效應(yīng)，反鐵磁性物質(zhì),剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，矯頑力，磁滯回線，磁滯損耗2.簡述材料的磁性及物理本質(zhì)3.材料的抗磁性來源于什么？證明其是如何產(chǎn)生的？ 四章作業(yè) 2022/9/2070第70頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四4.材料的順磁性來源于什么？說明其是如何產(chǎn)生的？ 5.抗磁與順磁分析的應(yīng)用：1)測Al-Cu合金的溶解度曲線2)研究鋁合金的分解（含5Cu的鋁合金）Al-Cu合金淬火和退火狀態(tài)的磁化率與溫度的關(guān)系2022/9/2071第71頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四6.鐵磁性的應(yīng)用：用感應(yīng)熱磁儀法測量鋼的過冷奧

40、氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線用熱磁儀測定鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線用沖擊法測殘余奧氏體7.說明鐵磁性物質(zhì)的自發(fā)磁化理論。8. 分別舉例說明哪種金屬是抗磁性材料；哪種為順磁性材料；哪種為鐵磁性材料。四章作業(yè) 2022/9/2072第72頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四5.1 金屬的熱膨脹及物理本質(zhì)一 .熱膨脹的概念及熱膨脹系數(shù) 物體的體積或長度隨溫度升高而增大的現(xiàn)象稱為熱膨脹物體的伸長和T間關(guān)系：式中：L1、L2分別是Tl、T2溫度試樣的長度；T1升到T2間的平均線膨脹系數(shù) (5-1)(5-2)第五章膨脹分析2022/9/2073第73頁，共114頁，2022年，5月20日，22

41、點(diǎn)19分，星期四當(dāng)T和L趨近于0時(shí)，得到 T溫度的真線性膨脹系數(shù)。單位為K-1(5-3)第五章膨脹分析2022/9/2074第74頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 固體材料的 不是常數(shù)，而隨T變化，通常隨T而，如下圖示 圖5-1 固體材料的膨脹系數(shù)與溫度的關(guān)系 2022/9/2075第75頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 無機(jī)非金屬材料的線膨脹系數(shù)較小，約為10-5l0-6K-1， 鋼的線膨脹系數(shù)多在(1020)10-6K-1范圍。2022/9/2076第76頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四物體V隨T的可表示為

42、 為體膨脹系數(shù)，對(duì)各向同性的立方體材料， 可近似為 的3倍。 對(duì)各向異性的晶體，各晶軸方向的線膨脹系數(shù)不同，假如分別設(shè)為 、 、 ，則 忽略 二次方以上的項(xiàng)，得所以(5-7)(5-4)(5-5)(5-6)2022/9/2077第77頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 在晶格振動(dòng)理論中，曾近似地認(rèn)為質(zhì)點(diǎn)的熱振動(dòng)是簡諧振動(dòng)，T的只振幅，不改變平衡位置，因此質(zhì)點(diǎn)間平均距離不因T而改變 熱量變化不改變晶體的大小和形狀，也就不會(huì)有熱膨脹此結(jié)論顯然是錯(cuò)誤的。 錯(cuò)誤原因：晶格振動(dòng)中相鄰質(zhì)點(diǎn)間的作用力不與位移成正比 二.熱膨脹的機(jī)理最初的熱膨脹理論2022/9/2078第78頁，共1

43、14頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四圖5-2 晶體中質(zhì)點(diǎn)間引力-斥力曲線和位能曲線由左圖知，質(zhì)點(diǎn)在平衡位置r0兩側(cè)受力情況不對(duì)稱，合力曲線的斜率是不等的， rr0，曲線斜率較大，斥力隨位移得快， rr0，斜率較小，引力隨位移得慢些用引力-斥力曲線解釋熱膨脹本質(zhì)2022/9/2079第79頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四圖5-2 晶體中質(zhì)點(diǎn)間引力-斥力曲線和位能曲線 在這樣的受力情況下，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)的平均位置就不在r0 ，要向右移動(dòng)，使相鄰質(zhì)點(diǎn)間平均距離。 T越高，振幅越大，質(zhì)點(diǎn)在r0兩側(cè)受力不對(duì)稱越顯著，平衡位置向右移動(dòng)得越多，相鄰質(zhì)點(diǎn)間平均距離也就得

44、越多，使晶胞參數(shù)增大，晶體膨脹。 2022/9/2080第80頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四圖5-3 晶體中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)非對(duì)稱的示意圖 由左圖作平行橫軸的平行線El、E2，它們與橫軸間距離分別代表T1、T2質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的總能量 Tl時(shí)，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)位置在E1線的ab間變化，位能按 曲線變化。用位能曲線的非對(duì)稱性解釋熱膨脹本質(zhì) 位置在A時(shí)（rr0），位能最小，動(dòng)能最大。在rra和rrb時(shí)，動(dòng)能為0，位能等于總能量。2022/9/2081第81頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 和 的非對(duì)稱性，使平均位置不在r0處，而是r=r1。 T到T2，平均位置移

45、到rr2，平均位置隨T的不同沿AB曲線變化，T愈高，平均位置移得愈遠(yuǎn)，晶體愈膨脹。 以上討論的是導(dǎo)致熱膨脹的主要原因. 次要因素:晶體中各種熱缺陷造成局部晶格的畸變和膨脹，隨T熱缺陷濃度按指數(shù)關(guān)系增加，在高溫時(shí)這方面的影響對(duì)某些晶體來講也就變得重要了。2022/9/2082第82頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四1.化學(xué)組成、晶體結(jié)構(gòu)和鍵強(qiáng)度1）鍵強(qiáng)度高的材料，膨脹系數(shù)低2）通常結(jié)構(gòu)緊密的晶體熱膨脹系數(shù)都較大，而結(jié)構(gòu)較松散的材料，往往熱膨脹系數(shù)小3）非等軸晶系的晶體，各晶軸方向的膨脹系數(shù)不等，在結(jié)構(gòu)上高度各向異性的材料，膨脹系數(shù)都很小。三影響材料熱膨脹系數(shù)的因素202

46、2/9/2083第83頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四2.相變、合金成分、組織、晶體結(jié)構(gòu)及鋼中組成相1）材料相變時(shí)，膨脹系數(shù)也變化2）組成合金的溶質(zhì)元素對(duì)合金膨脹系數(shù)有明顯影響。由簡單金屬與非鐵磁性金屬組成的單相均勻固溶體的膨脹系數(shù)介于兩組元膨脹系數(shù)之間，且隨溶質(zhì)原子濃度的變化呈直線式變化。3）多相合金的膨脹系數(shù)介于各組成相膨脹系數(shù)之間。4）鋼的膨脹系數(shù)取決于組成相特性，A的膨脹系數(shù)最高。5）鋼中的合金元素形成碳化物，膨脹系數(shù)；固溶于鐵素體中，膨脹系數(shù)。 三影響材料熱膨脹系數(shù)的因素2022/9/2084第84頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期

47、四等軸晶系 又稱立方晶系，軸長a=b=c，軸角=90. 等軸晶系的晶體大多數(shù)為立方體，有六個(gè)面，具有相同長度、寬度、高度。2022/9/2085第85頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 主要介紹測定粉末和金屬材料熱膨脹的幾種常用方法1.熱膨脹系數(shù)的測定 將試樣裝在加熱爐爐管的托座上，按規(guī)定的升溫速率加熱試樣到試驗(yàn)最終溫度 通過放大倍率10倍以上的望遠(yuǎn)鏡直讀，以及位移傳感器或千分表測量試樣加熱過程的線膨脹變化. 按下式計(jì)算由室溫至試驗(yàn)溫度的各溫度間隔的線膨脹率：5.2 膨脹的測量及應(yīng)用(1)望遠(yuǎn)鏡直讀法測定粉末試樣的方法（1）、（2）2022/9/2086第86頁，共1

48、14頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 (5-8) (5-9)式中： 試樣的線膨脹率，； 試樣在室溫下的長度， ； 試樣在試驗(yàn)溫度T時(shí)的長度， ; 左鏡筒測量的試樣長度變化值， ; 右鏡筒測量的試樣長度變化值，5.2 膨脹的測量及應(yīng)用2022/9/2087第87頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四由下式計(jì)算由室溫至試驗(yàn)溫度的平均線膨脹系數(shù)：(5-10) 將試樣裝在裝樣管內(nèi)用頂桿壓住，頂桿與位移傳感器或千分表接觸. 在加熱爐中，按規(guī)定的升溫速率加熱試樣到試驗(yàn)最終溫度并經(jīng)位移傳感器或千分表測量加熱過程中試樣的線膨脹情況 按下式計(jì)算由室溫至試驗(yàn)溫度的各溫度間隔的

49、線膨脹率： 式中： 試樣的平均線膨脹系數(shù)，1/K； 室溫，K 試驗(yàn)溫度，K(2)頂桿式間接法2022/9/2088第88頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四(5-11) 式中： 試樣的線膨脹率，； 試樣在室溫下的長度，mm； 試樣在試驗(yàn)溫度T時(shí)的長度， ； A(t)在溫度T時(shí)儀器的校正值，。 還可按式(5-10)計(jì)算由室溫至試驗(yàn)溫度的平均線膨脹系數(shù)。2022/9/2089第89頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四測定棒狀試樣的方法：（3）(3) 對(duì)金屬棒狀樣品，可用光杠桿法測其線膨脹系數(shù)如下圖示，測量時(shí)，將待測金屬棒直立在線膨脹測定儀的金屬筒中，

50、將光杠桿的后足尖置于金屬棒的上端，二前足尖置于固定的臺(tái)上，圖5-4 線膨脹測定儀設(shè)在溫度T1時(shí)，通過望遠(yuǎn)鏡和光杠桿的平面鏡，看見直尺上的刻度剛好在望遠(yuǎn)鏡中叉絲橫線(或交點(diǎn))處，當(dāng)溫度升至?xí)r，直尺上刻度移至叉絲橫線上則根據(jù)光杠桿原理可得：2022/9/2090第90頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四(5-12) :長度的微小變化； D:光杠桿鏡面到直尺的距離； d:光杠桿后足尖到二前足尖聯(lián)線 的垂直距離將式（5-12）帶入式則得 (5-13) :膨脹系數(shù)；:試樣長度。2022/9/2091第91頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 當(dāng)釉的膨脹系數(shù)

51、適當(dāng)?shù)嘏鞯呐蛎浵禂?shù)時(shí)，制品的機(jī)械強(qiáng)度得到提高釉的膨脹系數(shù)比坯的小，燒成后的制品在冷卻過程中，表面釉層的收縮比坯的小，使釉層中存在著壓應(yīng)力，能明顯脆性材料的強(qiáng)度，同時(shí)壓應(yīng)力也抑制了釉層微裂紋的產(chǎn)生及發(fā)展。反之，若釉層的膨脹系數(shù)比坯的大，在釉層中形成拉應(yīng)力，對(duì)強(qiáng)度不利，且過大的拉應(yīng)力會(huì)使釉層龜裂 釉層的膨脹系數(shù)不能比坯的小得太多，否則會(huì)使釉層剝落而造成缺陷 2熱膨脹的應(yīng)用普通陶瓷坯和釉的膨脹系數(shù)要相適應(yīng)一.熱膨脹系數(shù)的直接應(yīng)用2022/9/2092第92頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四精密儀器儀表的零件要有較小的膨脹系數(shù)，以提高儀器、儀表的精度。 2熱膨脹的應(yīng)用在電子管

52、生產(chǎn)中應(yīng)該使陶瓷和金屬的膨脹系數(shù)盡可能接近一.熱膨脹系數(shù)的直接應(yīng)用2022/9/2093第93頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四M轉(zhuǎn)變點(diǎn)Ms的測定 A轉(zhuǎn)變?yōu)镸時(shí)所產(chǎn)生的體積效應(yīng)為最大，用膨脹法測Ms點(diǎn)效果很好。馬氏體轉(zhuǎn)變的膨脹曲線見下圖。馬氏體轉(zhuǎn)變膨脹曲線圖中ABDE為測得的膨脹曲線，B和D是膨脹曲線上的拐折點(diǎn)，它們對(duì)應(yīng)的溫度分別為Ms和Mf。二.膨脹分析的應(yīng)用2022/9/2094第94頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 從膨脹曲線確定組織轉(zhuǎn)變臨界點(diǎn)有兩種方法。亞共析鋼膨脹曲線上的切離點(diǎn)和峰示意圖2022/9/2095第95頁，共114頁，

53、2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 取膨脹曲線上4個(gè)極值點(diǎn)、a、b、c、d所對(duì)應(yīng)T分別作為組織轉(zhuǎn)變臨界點(diǎn)。 如此確定的T與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度存在一定誤差，僅適于作對(duì)比分析。第一種方法 取膨脹曲線上偏離單純熱膨脹規(guī)律的開始點(diǎn)，a、b、c、d，即切離點(diǎn)為拐折點(diǎn) 該法從理論上講是正確的，但判斷切離點(diǎn)時(shí)易受主觀因素影響，為減少目測誤差，須用高精度膨脹儀測量，得到細(xì)而清晰的膨脹曲線。第二種方法2022/9/2096第96頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四1.基本概念：熱膨脹2.熱膨脹的物理本質(zhì)1）用斥力-引力曲線解釋2）用位能曲線非對(duì)稱性解釋3.熱膨脹的應(yīng)用4.從膨脹曲線確

54、定組織轉(zhuǎn)變臨界點(diǎn)有哪兩種方法？根據(jù)其中的一種方法判斷下圖中M轉(zhuǎn)變的開始溫度Ms點(diǎn)及M轉(zhuǎn)變的終了溫度Mf，并在圖中標(biāo)出。 第五章作業(yè)馬氏體轉(zhuǎn)變膨脹曲線 2022/9/2097第97頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四6.1 壓電性能 一、壓電效應(yīng)的基本原理 某些介電晶體(無對(duì)稱中心的異極晶體)，當(dāng)其受拉應(yīng)力、壓應(yīng)力或切應(yīng)力作用時(shí)，會(huì)在晶體中誘發(fā)出介電極化，導(dǎo)致晶體兩端表面出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷，其電荷密度與外力成正比第六章 壓電性能與鐵電性能 沒有電場作用，由機(jī)械應(yīng)力的作用使電介質(zhì)晶體產(chǎn)生極化并形成晶體表面電荷的現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)2022/9/2098第98頁，共114頁，

55、2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四晶體的壓電效應(yīng)可用圖6-1解釋 圖6-1 壓電晶體產(chǎn)生壓電效應(yīng)的機(jī)理示意圖圖(a):壓電晶體中的質(zhì)點(diǎn)在某方向上的投影此時(shí)，晶體不受外力。正、負(fù)電荷的重心重合，因而晶體表面不荷電 當(dāng)沿某一方向?qū)w施加機(jī)械力時(shí)，晶體就會(huì)發(fā)生由于形變而導(dǎo)致的正、負(fù)電荷重心不重合，從而引起晶體表面的荷電現(xiàn)象。2022/9/2099第99頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四圖6-1 壓電晶體產(chǎn)生壓電效應(yīng)的機(jī)理示意圖圖(b)為晶體受壓縮時(shí)荷電的情況.圖(c) 是拉伸時(shí)的荷電情況在這兩種情況下，晶體表面帶電的符號(hào)相反 沒有電場作用，由機(jī)械應(yīng)力的作用而使電

56、介質(zhì)晶體產(chǎn)生極化并形成晶體表面電荷的現(xiàn)象也稱為正壓電效應(yīng).2022/9/20100第100頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 將具有壓電效應(yīng)的電介質(zhì)晶體置于電場中，電場的作用會(huì)引起晶體內(nèi)部正負(fù)電荷重心的位移。這一極化位移又導(dǎo)致晶體發(fā)生形變，這個(gè)效應(yīng)就稱為逆壓電效應(yīng) 無論是正壓電效應(yīng)，還是逆壓電效應(yīng)，兩者統(tǒng)稱為壓電效應(yīng) 壓電效應(yīng)是一種機(jī)電耦合效應(yīng)，可將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，或反之具有此效應(yīng)的材料稱為壓電材料。 2022/9/20101第101頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四 在日常生活應(yīng)用中有煤氣爐、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等點(diǎn)火所用的壓電點(diǎn)火器，電子手表所用的壓電諧振器，聲控門電話、報(bào)警器等。 在電子學(xué)領(lǐng)域有信號(hào)處理器，存儲(chǔ)顯示器等。二壓電材料的應(yīng)用2022/9/20102第102頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四壓電點(diǎn)火器聲控門電話2022/9/20103第103頁，共114頁，2022年，5月20日，22點(diǎn)19分，星期四一、自發(fā)極化及其微觀機(jī)制 在晶體中，如果晶胞中正負(fù)電荷中心不重合，即每一個(gè)晶胞具有一定的固有偶極矩，由于晶體構(gòu)造的周