材料物理性能复习1

材料物理性能复习1
第一章：电学性能
1、绝缘体ρ﹥10^10Ω·m 半导体：10^-2＜ρ10^10Ω·m 导体：10^-2Ω·m ﹥ρ
2、电阻对应三种散射机制：声子散射、电子散射、电子在杂质和缺陷上的散射。

3、马基申定则：金属固溶体中溶质原子的浓度较小，以致可以略去它们之间的相互影响，把固溶体的电阻看成由金属的基本电阻和残余电阻组成，即ρ＝ρ（T ）＋ρ残。

这实
际上表明，在一级近似下不同散射机制对电阻的贡献可以加法求和。

根据马基申定律，在
高温时金属的电阻率基本上取决于ρ(T) ，而在低温时取决于ρ残。

既然ρ残是电子在杂质和缺陷上的散射引起的，那么ρ残的大小就可以用来评定金属的电学纯度。

4、影响金属导电性因素：温度、应力、冷加工变形、合金元素及相结构
5、载流子：能够携带电荷的粒子称为载流子。

在金属、半导体和绝缘体中携带电荷的载
流子是电子；在离子化合物中，携带电荷的载流子则是离子。

6、本征半导体：纯净的无结构缺陷的半导体单晶。

其电学特性：1)本征激发成对产生自
由电子和空穴，自由电子浓度与空穴浓度相等；2)禁带宽度Eg 越大，载流子浓度ni 越小；3)温度升高时载流子浓度ni 增大。

4)载流子浓度ni 与原子密度相比是极小的，所
以本征半导体的导电能力很微弱。

7、多子：在n 型半导体中，自由电子的浓度大（1.5×10^14㎝-3），故自由电子称为多
数载流子，简称多子。

少子：把n 型半导体中的空穴称为少数载流子，简称少子。

8、杂质半导体：掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。

杂质半导体特性：1)掺杂浓度
与原子密度相比虽很微小，但是却能使载流子浓度极大地提高，因而导电能力也显著地增强。

掺杂浓度愈大，其导电能力也愈强。

2)掺杂只是使一种载流子的浓度增加，因此杂质
半导体主要靠多子导电。

当掺入五价元素(施主杂质)时，主要靠自由电子导电；当掺入三
价元素(受主杂质)时，主要靠空穴导电。

9、电介质的分类：中性电介质、偶性电介质、离子型电介质
10、介质损耗：.电介质在电场作用下，单位时间内因发热而消耗的能量称电介质的损耗
功率，简称介质损耗。

介质损耗形式：1）电导（或漏导）损耗，实际使用的电介质都不
是理想的绝缘体，都或多或少地存在一些弱联系带电离子或空穴，在E 作用下产生漏导电流，发热，产生损耗。

2）极化损耗3）电离损耗
11、电介质的极化：电介质在电场的作用下，其内部的束缚电荷所发生的弹性位移现象和
偶极子的取向现象。

基本方式：电极极化：1）电子式极化（电子位移极化）：在E 作用下，原子外围的电子云中心相对于原子核发生位移，形成感应电矩而使介质极化的现象。

形成很快（10-14～10-16 s),是弹性可逆的，极化过程不消耗能量。

在所有电介质中都存在，但只存在此种极化的电介质只有中性的气体、液体和少数非极性固体。

2）离子式极
化(离子位移极化）:离子晶体中，除离子中的电子产生位移极化外，正负离子也在E 作用下发生相对位移而引起的极化。

又分为： a.离子弹性位移极化：在离子键构成的晶体中，离子间约束力很强，离子位移有限，极化过程很快（ 10-12～10-13s ），不消耗能量，
可逆。

3）偶极子极化(固有电矩的转向极化）:有E 时，偶极子有沿电场方向排列的趋势，
而形成宏观电矩，形成的极化。

所需时间较长（10-2～10-10s ），不可逆，需消耗能量。

4）空间电荷极化：有些电介质中，存在可移动的离子，在E 作用下，正负离子分离所形
成的极化。

所需时间最长（10-2s ）。

12、超导电性：一定的低温条件下，材料电阻突然失去的现象。

超导体的特性：完全导电
性完全抗磁性通量量子化
13、电阻分析方法可用材料学问题：研究过饱和固溶体的脱溶和溶质元素的回溶、测定固
溶体的溶解度曲线、研究合金的时效、合金的不均匀固溶体的形成及有序—无序的转变等。

14、双臂电桥法的原理：?????-=++=+=r I I R R I R I R I R I R I R I R I N
x )()(23422322114
2331上式中各量见图4所示，上列方程可得 )(2
41323213R R R R r R R rR R R R R N X -+++=从式可以看出，双臂电桥的平衡条件式如
果满足以下辅助条件， 2413R R R R
= 则公式中第二项为零，于是得到双臂电桥的平衡条件为
N X R R R R 13=
15：电阻分析的应用：1）测定固溶体的溶解度曲线2）研究合金的时
效3）材料
疲劳过程的研究4）研究碳钢的回火5）研究Cu3Au 有序-无序转变6）
马氏体相变的研究
第二章：磁学性能
1、物质磁性的分类：抗磁体，顺磁体，铁磁体，亚铁磁体，反铁磁体
2、磁滞回线：磁化曲线和磁滞回线是技术磁化的结果。

MS ：饱和磁化强度
BS ：饱和磁感强度Mr ：剩余磁化强度Br ：剩余磁感强度HC ：矫顽力
Hs: 饱和外加磁场强度Hr: 剩余磁场强度
1）磁化曲线是磁介质的磁化强度M （或磁感应强度B ）随外磁场强度H 的变化曲线，
分为静态磁化曲线和动态磁化曲线（磁滞回线）。

铁磁质的磁化曲线的特点:①铁磁质的静态磁化曲线按磁化强度M 随外磁场H 的变化规律
大致可分为三个阶段。

第一阶段磁化强度随外磁场缓慢增加；撤除外磁场，磁化强度恢复
为原始值（可逆磁化）。

第二阶段磁化强度随外磁场强度增加而快速增加；去除外磁场，
磁化强度不能完全恢复至原始状态（不可逆磁化或有剩磁）。

第三阶段磁化强度又随外磁
场强度增加而缓慢增加并趋于饱和状态。

②磁滞回线的形状与磁场强度和磁场强度的变化
频率及变化波形有关；频率一定时，随交变磁场强度幅值的减小，磁滞回线的形状逐渐趋
近于变为椭圆形；随频率增加，磁滞回线呈现椭圆形的磁场强度幅值的范围扩大，且各磁
场强度幅值下回线的矩形比增大。

2）磁滞回线中，外磁场H 减小为零时，铁磁质所具有的磁感应强度为剩余磁感应强度r
B ，简称为剩磁；为
使剩磁降低为零而施加的反向外磁场强度c H ，称为矫顽力。

3) 外磁场 H 与铁磁质的
相互作用能为磁位能H E 00cos H J J E H H μμμμθ=-?=-?
4）某处某磁矩的磁位能与外磁场强度H ，该处的磁导率，该磁矩 J 的大小和磁矩与外
磁场的夹角有关。

5）使更多的磁矩转向与外磁场一致的方向能降低体系磁位能。

磁滞损耗：磁滞回线所包围的面积表示磁化一周时所消耗的功，称为磁滞损耗Q
3、本征磁矩（固有磁矩）：原子中电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩构成了原子固有磁矩，即本征磁矩。

4、对抗磁性物质，在外加磁场的作用下的附加磁矩大小Δμ=﹣（e 2r 2H ）／（4m ）
或Δμ=Δi πr 2
5、自发磁化的原因：铁磁质自发磁化的根源是原子磁矩，其中其主要作用的为电子自旋
磁矩。

产生的条件：
1）原子内部有未填满的电子壳层，即原子本征磁矩不为零；（必要条件）2）Rab/r 之比
大于3使交换积分A 为正，即满足晶体结构的要求。

磁致伸缩：是铁磁物质(磁性材料）
由于磁化状态的改变，其尺寸在各方向发生变化的现象。

6、磁畴结构：磁畴的形状，尺寸，畴壁的类型与厚度总称为磁畴结构。

平衡状态时的畴
结构影响因素：交换能，各向异性能，磁弹性能，畴壁能及退磁能。

平衡状态时的畴结构
使上述能量之和具有最小值。

7、技术磁化：技术磁化是指在外磁场作用下铁磁体从完全退磁状态磁化直饱和状态的内
部变化过程。

实质上是外加磁场对磁畴的作用过程。

方式：磁畴壁的迁移和磁畴的旋转；
机制：壁移磁化和畴转磁化
9、铁磁物质技术磁化的三个阶段及各阶段特点：第一阶段畴壁可逆迁移区，对自发磁化
方向与磁场成锐角的磁畴，由于静磁能低的有利地位而发生扩张，而成钝角的磁畴则缩小，此时去除外磁场，则畴壁结构和宏观磁化都将恢复到原始状态；第二阶段畴壁不可逆迁移区，存在巴克豪森跳跃；第三阶段磁畴旋转区，磁场要为增加磁晶各向异性能而做功，因
而转动困难，磁化进行的很微弱。

10、静态磁特性的测量方法：冲击法，磁转矩仪（热磁仪）测量法，磁天平（或磁称）测
量法，振动样品磁强计测量法。

11、磁性分析的应用：铁磁性分析；抗磁性与顺磁性分
析
第三章：光学性能
1、影响折射率的因素：1）构成材料元素的离子半径2）材料的结构、晶型和非晶态3）
材料所受的内应力4）同质异构体。

物理本质：反映了材料的电磁结构（对非铁磁结构主
要是电结构）在光波电磁场作用下的极化性质或介电特征。

2、在微观上，光与固体材料互相作用两种重要结果：1）电子极化2）电子能态转变
3、光与物体相互作用的本质有两种方式：
4、光的色散：材料的折射率随入射光的波长而变化，这种现象称为光的色散。

散射：光线通过有尘土的空气或胶质溶液等媒质时，部分光线偏离原来的传播方向而向四
面八方弥散开来的现象。

叫做光的散射
8、光致发光：物体依赖外界光源进行照射，从而获得能量，产生激发导至发光的现象，
它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段
9、弹射散射的分类：延德尔散射、米氏散射、瑞利散射
第四章：热学性能
1、材料的热力学性能：热容、热膨胀、热传导、热辐射、热电势和热稳定性等。

2、金属材料不发生相变时摩尔定容热容随温度变化的基本规律：
3、热分析：在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。

方法：普
通热分析法、差热分析法、差示扫描量热法、微分热分析法、热重分析法和机械分析法等；其应用：建立合金相图，测定钢的过冷奥氏体转变曲线，热弹性马氏体相变的研究，研究
合金的有序无序转变，研究淬火钢的回火，非晶态合金晶化过程研究，液晶相变的热分析
研究等。

4、热膨胀：物体在加热或冷却时的热涨冷缩现象膨胀分析：利用式样长度和体积的变化
研究材料内部组织的变化规律。

膨胀的物理本质：温度升高，原子振幅增加，导致原子间
距增大，因此产生热膨胀。

膨胀仪的分类：机械式膨胀仪，光学膨胀仪，电测试膨胀仪。

5、热传导：即材料内部能量的传输；其物理机制：固体中能量的载体可以有自由电子，
声子（点阵波）和光子（电磁辐射）。

因此，固体的导热包括电子导热，声子导热和光子
导热。

6、热电性：在金属导线组成的回路中，存在着温差或通以电流时，会产生热能与电能相
互转换的效应，成为金属的热电性。

塞贝克效应：由于温差而产生的热电现象称为塞贝克效应；规律：均质导体定律，中间导
体定律，中间温度定律。

三种热电效应：塞北克效应，玻耳帖效应，汤姆逊效应。

测量总
热电势的方法：定点法，比较法，视差法。

7、热稳定性：是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，亦称为抗热震性。

抗热
冲击断裂性：材料发生瞬时断裂，抵抗这类破坏的性能称为抗热冲击断裂性。