材料物理性能汇总Word文件下载.docx

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6、缺陷对电阻率的影响：

不同类型的缺陷对电阻率的影响程度不同，空位和间隙原子对剩余电阻率的影响和金属杂质原子的影响相似。

点缺陷所引起的剩余电阻率变化远比线缺陷的影响大。

7、固溶体的电阻率

形成固溶体时电阻率的变化：

当形成固溶体时，合金导电性能降低。

因为在溶剂晶格中溶入溶质原于时，溶剂的晶格发生扭曲畸变，破坏了晶格势场的周期性，从而增加了电子散射几率，电阻率增高。

所当然的，且原于半径差越大，固溶体电阻也越大。

但是，点阵畸变不是固溶体电阻增大的唯一原因。

有序合金电阻率（会分析电阻率的变化）两个因素：

固溶体有序化合金组元化学作用加强电子结合更强导电电子数减少电阻率增加

固溶体有序化离子势场更为对称电子散射几率大幅降低电阻率减小

通常，第二个因素的作用占优势，故当合金有序化时，电阻率降低。

8、晶体离子电导

离子电导是带电荷的离子载流子在电场作用下的定向运动。

离子电导分两种情况：

本征电导（固有离子电导）、杂质电导。

本征电导：

组成晶体点阵的基本离子由于热运动而离开晶格，形成热缺陷，这种热缺陷无论是离子或空位都可以在电场作用下成为导电的载流子，参与导电。

杂质电导：

由固定相对较弱的离子运动引起的，主要是杂质离子。

一般情况下，由于杂质离子与晶格联系弱，所以，在较低温度下杂质电导表现显著，而本征电导在高温下才成为导电主要表现。

热缺陷的浓度取决于温度和缺陷的形成能。

离子导电的影响因素：

1）温度的影响：

温度以指数形式影响其电导率。

随着温度从低温向高温增加，其电

阻率的对数的斜率会发生变化，即出现拐点。

注意，在分析右曲线时，拐

点并不一定是离子导电机制变化，也可能是导电载流子种类发生变化。

2）离子性质、晶体结构的影响（会判断）：

晶体熔点高，原子之间的结合力大，导电激活能高，电导率降低。

9、半导体（用能带结构理论解释n、p型半导体的区别）

特点：

（p型）靠近价带顶部形成受主能级。

（n型）靠近倒带底部形成施主能级。

10、超导体

超导体的两个物理特性：

完全导电性、完全抗磁性。

两类超导体的基本特征：

（1）第一类超导体：

Hc和Ic很低，由于其临界电流密度和临界磁场较低，几乎没有实用的可能性。

（2）第二类超导体：

除金属元素钒、锝和铌外，第II类超导体主要包括金属化合物及其合金。

库柏（Cooper）电子对

当电子间有净的吸引作用时，费密面附近的两个电子将形成束缚的电子对的状态，它的能量比两个独立的电子的总能量低，这种电子对状态称为库柏对。

11、电阻的测量方法及应用（特点、适用范围，会选择）

A.电桥法测量直流电阻最常用的方法

优点：

测量的准确度几乎等于标准量的准确度。

缺点：

测量过程中，为获得平衡状态，需进行反复调节，测试速度慢，不能适应大量、快速测量的需要。

直流单电桥测电阻的范围在1Ω～1MΩ之间。

双臂电桥（凯尔文电桥），测量直流小电阻。

B.电位差计法优点：

测金属电阻随温度变化时

C.直流四探针法（四电极法）主要用于半导体材料或超导体等低电阻率的测试

D.电阻法测量固溶体溶解度曲线、研究合金时效、研究马氏体转变、研究疲劳和裂纹扩展、

研究有序转变、钢的回火及过冷奥氏体分解等。

※材料的介电性能

1、相对介电常数εr=C/Co物理意义：

反映了电介质材料在静电场中的极化特性

2、电介质：

通常指电阻率大于1010Ω·cm的一类在电场中以感应而并非传导的方式呈现其电学性能的材料。

在电场作用下建立极化的物质。

介电常数ε是表征电介质的最基本的参量。

3、电介质的极化：

在电场作用下，正、负束缚电荷只能在微观尺度上作相对位移，不能作定向运动。

正负束缚电荷间的相对偏移，产生感应偶极矩。

在外电场作用下,电介质内部感生偶极矩的现象，称为电介质的极化。

4、电介质的极化机制

注意：

铁电体中自发极化的产生是不需要外加电场诱导的，完全是由特殊晶体结构诱发的。

极化强度：

电介质在电场作用下的极化程度用极化强度矢量P表示，极化强度P是电介质单位体积内的感生偶极矩，可表示为：

单位为库仑/米2（C/m2）

说明：

（1）真空中P=0，真空中无电介质。

（2）导体内P=0，导体内不存在电偶极子。

（3）电偶极子排列的有序程度反映了介质被极化的程度，排列愈有序说明极化愈烈。

介电系数是综合反映介质内部电极化行为的一个主要宏观物理量。

5、电介质极化类型

（包括电子位移极化、）；

驰豫极化（电子驰豫极化、离子驰豫极化）；

取向极化；

空间电荷极化。

弹性位移极化（瞬时极化）

（1）电子位移极化：

在外电场作用下，原于外围的电子轨道相对于原子核发生位移，原子中的正、负电荷重心产生相对位移。

响应时间为10-14~10-16S可见光频段

（2）离子位移极化：

离子在电场作用下偏移平衡位置的移动，相当于形成一个感生偶极矩；

也可以理解为离子晶体在电场作用下离子间的键合被拉长。

响应时间为10-12~10-13S微波频段

注：

只有当分子结构有极化时，离子的位移极化才表现的较为突出，在无极性分子中离子位移极化率很小，这时仍以电子极化为主。

驰豫（松弛）极化

概念：

当材料中存在着弱联系的电子、离子和偶极子等弛豫质点时，温度造成的热运动使这些质点分布混乱，而电场使它们有序分布，平衡时建立了极化状态。

这种极化具有统计性质，称为热弛豫（松弛）极化。

（1）与热运动有关；

（2）极化需要克服一定的势垒，因而需要消耗一定的能量。

是非弹性的；

（3）不可逆；

（4）带电质点热运动距离远。

包括：

（1）电子驰豫极化αeT响应时间为10-2~10-9S

（2）离子驰豫极化αaT响应时间为10-2~10-5S无线电频率

取向（转向）极化

指极性介电体的分子偶极矩在外电场作用下，沿外施电场方向转向，而产生宏观偶极矩的极化。

介质中存在固有电矩。

响应时间为10-2~10-10S无线电频率

空间电荷极化

离子多晶体的晶界处、晶体缺陷、微区夹层与不均质结构等存在空间电荷，这些混乱分布的空间电荷，在外电场作用下，趋向于有序化，即空间电荷的正负电荷质点分别向外电场的负、正极方向移动，从而表现为极化。

响应时间：

大约几秒到数十分钟，甚至数十小时。

只对直流和低频下的强度有贡献。

6、

损耗因子（P141题1）

7、压电效应（Piezoeletriceffect）<

单晶、多晶、陶瓷>

压电性就是指某些晶体材料按所施加的机械应力成比例地产生电荷的能力。

正压电效应-----当对石英晶体在一定方向上施加机械应力时，在其两端表面上会出现数量相等、符号相反的束缚电荷；

而且在一定范围内电荷密度与作用力成正比。

逆压电效应----石英晶体在一定方向的电场作用下，则会产生外形尺寸的变化，在一定范围内，其形变与电场强度成正比。

8、石英晶体的压电性

当石英晶体未受外力作用时，正、负离子正好分布在正六边形的顶角上，形成三个互成120°

夹角的电偶极矩P1、P2、P3。

如图（a）所示。

因为P=qL（q为电荷量，L为

正负电荷之间的距离），此时

正负电荷中心重合，电偶极矩的

矢量和等于零，即P1+P2+P3＝0

所以晶体表面不产生电荷，呈电中性。

当晶体受到沿x方向的压力（Fx<

0）作用时，晶体沿x方向将产生收缩，正、负离子的相对位置随之发生变化，如图（b）所示。

此时正、负电荷中心不再重合，电偶极矩P1减小，P2、P3增大，它们在x方向上的分量不再等于零:

（P1+P2+P3）x>

0

在y、z方向上的分量为：

（P1+P2+P3）y=0（P1+P2+P3）z=0

当晶体受到沿x方向的拉力（Fx＞0）作用时，其变化情况如图（c）所示。

电偶极矩P1增大，P2、P3减小，此时它们在x、y、z三个方向上的分量为

（P1+P2+P3）x<

0（P1+P2+P3）y=0（P1+P2+P3）z=0

在x轴的正向出现负电荷，在y、z方向依然不出现电荷。

可见，当晶体受到沿x（电轴）方向的力Fx作用时，它在x方向产生正压电效应，而y、z方向则不产生压电效应。

晶体在y轴方向受力Fy作用下的情况与Fx相似。

当Fy＞0时，晶体的形变与图（b）相似；

当Fy＜0时，则与图（c）相似。

由此可见，晶体在y（即机械轴）方向的力Fy作用下，在x方向产生正压电效应，在y、z方向同样不产生压电效应。

晶体在z轴方向受力Fz的作用时，因为晶体沿x方向和沿y方向所产生的正应变完全相同，所以，正、负电荷中心保持重合，电偶极矩矢量和等于零。

这就表明，在沿z（即光轴）方向的力Fz作用下，晶体不产生压电效应。

9、压电陶瓷的压电效应

10、压电振子：

当向一个具有一定取向和形状制成的有电极的压电晶片（或极化了的压电陶瓷片）输入电场，其频率与晶片的机械谐振频率一致时。

就会使晶片因逆压电效应而产生机械谐振，这种晶片称为压电阵子。

11、影响材料压电性能的因素

晶体结构：

压电效应只能在不具有对称中心的晶体内才能发生，具有对称中心的晶体都不具有压电效应。

非极性分子基本不呈现压电性，空间电荷不均一分布的有可能出现压电性。

压电材料的预极化：

所谓预极化就是在宏观不呈现压电效应的压电陶瓷上加上一个强直流电，使陶瓷中的电畴沿电场方向取向排列。

时间、温度：

升高温度会使压电性能下降。

12、材料的热释电性

某些晶体除了由于应力产生电荷以外，温度的变化也可以引起电极状态的改变，因此当均匀加热时，这类晶体能够产生极化而形成偶极子。

这种效应称为热释电效应（Pyroelectriceffect）。

热释电效应是由于晶体中存在自发极化而引起的。

（1）具有对称中心的晶体不可能具有热释电性。

（2）具有压电性的晶体不一定就具有热释电性，仅当晶体中存在有与其它极轴都不同的唯一极轴时，才可能有热膨胀引起晶体总电矩的改变，从而表现为热释电性。

13、材料的铁电性

电滞回线（图见下右图）及几个重要参量：

饱和极化强度Ps、剩余极化强度Pr、矫顽电场Ec、居里温度Tc

电畴：

由于电退极化场与极化方向反向，使静电能升高。

在受机械约束时，伴随着自发极化的应变还将使应变能增加，所以整体均匀极化的状态不稳定，晶体趋向于分成多个小区域。

每个区域内部电偶极子沿同一方向，但不同小区域的电偶极子方向不同，这每个小区域称为电畴（简称畴）。

14、材料的铁电性、压电性和热释电性关系（左图）

※材料的磁性能（这章整得不够精确）

1、磁性的产生原因：

物质的磁性不是由电子的轨道磁矩和自旋磁矩本身所产生，而是由外加磁场作用下电子绕核运动所感生的附加磁场造成的。

2、磁性的分类

抗磁性：

没有固有原子磁矩

顺磁性：

有固有磁矩，没有相互作用

铁磁性：

有固有磁矩，直接交换相互作用

亚铁磁性：

有磁矩，间接交换相互作用

反铁磁性：

有磁矩，直接交换相互作用

任何物质在外场作用下均具有抗磁效应，但只有原子的电子壳层完全填满了的电子物质，抗磁性才能表现出来。

（它出现在没有原子磁矩的材料中）

A．材料的顺磁性来源于原子的固有磁矩。

产生顺磁性的条件就是原子的固有磁矩不为零。

B．在以下几种情况下，原子或正离子具有固有磁矩。

（1）具有奇数个电子的原子或点阵缺陷；

（2）内壳层未被填满的原子或离子。

金属中主要有过渡族金属（d壳层没有填满电子）和稀土族金属（f壳层没有填满电子）。

C．顺磁性物质的磁化率是抗磁性物质磁化率的1~103倍，所以在顺磁性物质中抗磁性被掩了。

3、铁磁性、亚铁磁性材料的特性

磁化曲线

铁磁体的形状各向异性是由退磁场引起的。

4、磁致伸缩

铁磁体在磁场中磁化，其形状和尺寸都会发生变化，这种现象称为磁致伸缩。

可分为两类：

正磁致伸缩是材料在磁化方向伸长，而在垂直于磁化方向缩短，例如铁。

负磁致伸缩是材料在磁化方向缩短，而在垂直于磁化方向伸长，例如镍。

5、铁磁性产生的条件

①原子内部要有未填满的电子壳层；

（原子本征磁矩不为零）

②a／d大于3使交换积分A为正。

（要有一定的晶体结构）

6、原子间什么力使其自发磁化？

是静电力，而不是磁力。

因为与热运动的能量相比，磁相互作用的能量是太小了。

海森堡（Beisenberg）和佛兰克尔（Frank）按照量子论证明，物质内部相邻原子的电子之间有一种来源于静电的相互交换作用，由于这种交换作用对系统能量的影响，迫使各原子的磁炬平行或反平行排列。

7、反铁磁性和亚铁磁性

如果A<

0，则E1>

E2，即电子自旋反平行排列为稳定态。

如果相邻原子磁矩相等，由于原子磁矩反平行排列，原子磁矩相互抵消，自发磁化强度等于零，这样一种特性就是反铁磁性。

如果相邻原子磁矩不相等，则自发磁化强度不等于零，这一特性就是亚铁磁性。

8、磁畴：

铁磁物质内部存在很强的“分子场”，在“分子场”的作用下，原子磁矩趋于同向平行排列，即自发磁化至饱和，称为自发磁化；

铁磁体内自发磁化分成若干个小区域（这种自发磁化至饱和的小区域称为磁畴），由于各个区域（磁畴）的磁化方向各不相同，其磁性被此相互抵消，所以大块铁磁体对外不显示磁性。

9、磁畴壁的迁移磁化（大题）

畴壁只是元磁矩方向逐渐改变的过渡层。

所谓畴壁的右移，实际上是右畴靠近畴壁的一层元磁矩，由原来朝下的方向开始转动，相继进入畴壁区。

与此同时，畴壁区各元磁矩也发生转动，且最左边一层磁矩最终完成了转动过程，脱离畴壁区而加入左畴的行列。

壁移磁化本质上也是一种元磁矩的转动过程，但只是靠近畴壁的元磁矩局部地先后转动，而且从一个磁畴磁化方向到相邻磁畴磁化方向转过的角度是一定

磁化曲线分布示意图（右图）

10、增加磁导率的几个影响因素（待定）

磁导率随冷加工形变而下降

晶粒愈细，磁导率愈小

为提高材料磁导率．就必须减少夹杂物的数量，减小内应力。

降低磁晶各向异性能也可提高磁导率

要增加磁导率，应使材料具有较小的磁致伸缩和磁弹性能

11、影响畴壁迁移的因素：

（a）铁磁材料中夹杂物、第二相、空隙的数量及其分布。

（b）其次是内应力起伏的大小和分布，起伏愈大，分布愈不均匀，对畴壁迁移阻力愈大。

（c）磁晶各向异性能的大小。

因为壁移实质上是原子磁矩的转动，它必然要通过难磁化方向，故降低磁晶各向异性能也可提高磁导率。

（d）磁致伸缩和磁弹性能也影响壁移过程，因为壁移也会引起材料某一方向的伸长，另一方向则要缩短，故要增加磁导率，应使材料具有较小的磁致伸缩和磁弹性能。

12、影响合金铁磁性和亚铁磁性的因素（会判断）

温度：

在低于居里温度的条件下，各类铁磁和亚铁磁性均随温度升高而有所下降，知道居里温度附近，有一个急剧下降。

加工硬化：

磁导率显著下降，且形变量越大．下降也越多。

矫顽力则相反，它随形变量增大而增大。

剩磁感应的变化较为复杂，在临界压缩范围（5％—8％）急剧下降，而在压缩量增加时反而上升。

凡涉及到磁饱和的参量均与加工硬化无关。

晶粒大小：

晶粒细化对磁性的影响与加工硬化相同，铁素体的晶粒越细，磁导率越低，而矫顽力相磁滞损耗越大。

这是因为晶界是妨碍技术磁化的一个因素。

合金化：

如果铁磁金属中溶入顺磁或抗磁金属形成置换固溶体，饱和磁化强度Ms总是要降低，且随着溶质原子浓度的增加而下降。

14、　复数磁导率μ

μ’定义为弹性磁导率，代表了磁性材料中储存能量的磁导率

μ”称为损耗磁导率，它与磁性材料磁化一周的损耗有关。

15、　交变磁场作用下的能量损耗（三种损耗的概念）

涡流损耗：

涡流在铁心内流动时，在所经回路的导体电阻上产生的能量损耗。

磁滞损耗：

瑞利磁滞回线的上升支和下降支（右图）

剩余损耗：

在低频和弱磁场条件下，剩余损耗主要是磁后效引起的。

由于磁后效机制不同，其表现也不同。

磁后效就是处于外磁场为Ht0的磁性材料突然收到外磁场的阶跃变换到Ht1磁感应强度不是瞬时到达而是一部分瞬时另一部分缓慢趋向。

16、　软磁材料

软磁材料磁致回线细长，磁导率高，矫顽力低，铁芯损耗低，容易磁化，也容易去磁。

（磁化曲线狭窄）

组织结构与性能关系：

1）通过使用高纯的原料、改善熔炼铸造工艺条件及其后的加工过程，提高材料的均匀性——降低矫顽力，提高磁导串，降低铁芯损耗。

2）通过降低磁各向异性，增加纯度---改善初始磁导率，降低磁滞损耗。

3）通过增加电阻率，减低芯片的厚度---降低涡流损耗。

17、　硬磁材料（永磁材料）

指磁性材料被外加磁场磁化后，去掉外磁场后仍然保持着较强剩磁的磁性材料。

Hc>

104A/m，剩余磁感应强度大于1T以上

参数：

剩余磁感应强度Br；

矫顽力Hc；

最大磁能积（BH）max；

突起系数η＝（BH）m/BrHc

18、　信息存储磁性材料

磁头材料基本要求：

（1）高的磁导率

（2）高的饱和磁感应强度

　　　　　　　　　　（3）低的Br和Hc（4）高的电阻率和耐磨性

磁记录介质材料基本要求：

（1）剩余磁感应强度Br高

（2）矫顽力Hc适当的高

（3）磁致回线接近矩形（4）磁层均匀，厚度适当

（5）磁性粒子的尺寸均匀，呈单磁畴状态（6）磁致伸缩小

19、　磁致电阻效应：

磁性材料的电阻率随磁化状态而改变的现象称为磁致电阻效应（简称磁阻效应）。

20、　磁光效应

法拉第磁光旋转效应：

偏振光通过某些透明物质，如水晶、含糖溶液时，偏振光的偏振面将发射功能旋转的现象，称为旋光效应。

用人工方法产生旋光的方法之一，就是磁致旋光，通常称为法拉第旋转效应。

（是透射造成的。

频率不发生变化，是电矢量发生了偏转。

）

磁光克尔效应：

一束线偏振光在磁化了的介质表面反射时，反射光将成为椭圆偏振光，且以椭圆的长轴为标志的偏振面相对于入射线的偏振面将旋转一定的角度，这种现象称为磁光克尔效应。

21、　铁磁性测量方法（知道适用范围）

铁磁材料静态磁特性的测量（冲击法）

闭路试祥的冲击法测量：

只适用于测定软磁材料

开路试样的冲击法测量

冲击捡流计G与一般检流计不同，它不是测量流经捡流计的电流，而是测量在一个电磁脉冲后流过的总电量。

铁磁材料动态磁特性的测量

伏安法：

准确度不高，测量误差一般为10％~15%，而且此法不能用来测量交流磁损耗，只能用来测磁化曲线。

示波法：

可以在较宽的频率范围（10Hz~100kHz），直接观察铁磁材料试样的磁滞回线，也可以进行摄影。

既适用于闭路试样，也适用于开路试样。

电桥法：

交流电桥法是测量软磁材料复磁导率的有效方法。

※材料的光学性能

1、光的本质

光是一种电磁波，它是电磁场周期性振动的传播所形成的。

光波在不同介质中的传播速度不同，然而光振动的频率是一定的。

电磁波在介质中的速度:

光的波粒二象性：

爱因斯坦的光电效应方程把光的粒子性和波动性联系起来，即

光的频率、波长和辐射能都是由光子源决定的。

2、光与固体介质的相互作用

透过、吸收、反射、散射。

微观上，光子与固体材料中的原子、离子、电子之间的相互作用主要表现在以下两个方面：

电子极化（折射）、电子能态转变

色散：

介质中光速（折射率）随波长改变的现象称为色散。

介质的折射率随着波长的增加而减小。

3、材料的反射率

当入射光线垂直或接近垂直于介质界面时，其反射率为：

两种介质的折射率差别越大，反射率也越大

介质的反射率与波长有关，因此同一材料对不同波长有不同的反射率。

4、金属的光透过性质

5、非金属材料的光透过性质（与金属区别是存在禁带）

非金属材料对可见光的吸收有三种机理：

1）电子极化，但只有光的频率与电子极化时间的倒数处于同一数量级时，由此引起的吸收才变得比较重要；

2）电子受激吸收光子而越过禁带；

3）电子受激进入位于禁带中的杂质或缺陷能级而吸收光子。

影响介质吸收光的因素：

1）介质的电子能带结构；

2）光要穿过的介质厚度（光程）；

3）光的波长

6、冷光（会利用下图来解释荧光和磷光的区别，关键在杂质能级）

根据材料从吸收能量到发光之间延迟时间的长短，把冷光分为荧光和磷光两类．

延迟时间<

10-8s者称为荧光，延迟时间>

10-8s者称为磷光

磷光体的基体常是硫化物；

激活剂主要是金属（提供电子），有基质选定。

7、热辐射：

由于电子被热激发到较高能级后回到正常能级发射光子。

热辐射材料的颜色和亮度随温度而改变。

8、激光

受激辐射：

1917年爱因斯坦指出，除自发辐射之外