材料物理性能资料讲解
材料物理性能复习资料整理
材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化，称为形变。
材料承受外力作用、抵抗变形的能力及其破坏规律，称为材料的力学性能或机械性能。
材料在单位面积上所受的附加内力称为应力。
法向应力导致材料伸长或缩短，而剪切应力引起材料的切向畸变。
应变是用来表征材料在受力时内部各质点之间的相对位移。
对于各向同性材料，有三种基本类型的应变：拉伸应变ε，剪切应变γ和压缩应变Δ。
若材料受力前的面积为A0，则σ0=F/A0称为名义应力。
若材料受力后面积为A，则σT=F/A称为真实应力。
对于理想的弹性材料，在应力作用下会发生弹性形变，其应力与应变关系服从胡克（Hook）定律（σ=Eε）。
E是弹性模量，又称为弹性刚度。
弹性模量是材料发生单位应变时的应力，它表征材料抵抗形变能力（即刚度）的大小。
E越大，越不容易变形，表示材料刚度越大。
弹性模量是原子间结合强度的标志之一。
泊松比：在拉伸试验时，材料横向单位面积的减少与纵向单位长度的增加之比值。
粘性形变是指粘性物体在剪切应力作用下发生不可逆的流动形变，该形变随时间增加而增大。
材料在外应力去除后仍保持部分应变的特性称为塑性。
材料发生塑性形变而不发生断裂的能力称为延展性。
在足够大的剪切应力τ作用下或温度T较高时，材料中的晶体部分会沿着最易滑移的系统在晶粒内部发生位错滑移，宏观上表现为材料的塑性形变。
滑移和孪晶：晶体塑性形变两种基本形式。
蠕变是在恒定的应力σ作用下材料的应变ε随时间增加而逐渐增大的现象。
位错蠕变理论：在低温下受到阻碍而难以发生运动的位错，在高温下由于热运动增大了原子的能量，使得位错能克服阻碍发生运动而导致材料的蠕变。
扩散蠕变理论：材料在高温下的蠕变现象与晶体中的扩散现象类似，蠕变过程是在应力作用下空位沿应力作用方向（或晶粒沿相反方向）扩散的一种形式。
晶界蠕变理论：多晶陶瓷材料由于存在大量晶界，当晶界位相差大时，可把晶界看成是非晶体，在温度较高时，晶界粘度迅速下降，应力使得晶界发生粘性流动而导致蠕变。
材料物理性能
本课实行点名 7次不到取消考试资格
第1-2次不到考试成绩扣1分/每次 第2-4次不到考试成绩扣1.5分/每次 第5-6次不到考试成绩扣2分/每次
本课无实验。
第二章材料的热学性质
• 主讲：龙毅
解答问题邮箱地址 shallytiger2000@
2.1概论
• 材料主要的热性能参数有哪些？ • （1）热容：材料升高一度所需要的热量。 • （2）热膨胀系数：当温度变化1度（单位：K）时， 物质尺寸（或体积）的变化率。其单位是1/K。
1 E i n n 2
• 为了找出与所有晶格振动联系的晶体内能，还需要 考虑在各种频率有多少模式，即在波矢空间里频率 为ω 至ω +dω 包含的模式数，设ρ (ω )是单位频率 内的模式数，那么， ρ (ω )dω 是dω 范围内的模 式数。一摩尔固体晶格振动的内能是：
( q ) E ( ) d E 0 0 ( q ) exp 1 kT
材料的物理性能 第1章前 言
材料科学与工程是关于
材料的成分与结构（composition and structure）、
合成与加工（synthesis and processing）、
性质（proporties）
与服役性能（performance）这四个要素、
以及它们两两之间的互相联系的学科。
本课程中，材料的性能是指“材料性质”。它 是材料科学与工程学科的四个基本要素之一。 所谓的材料性能，是指在给定的外界环境中， 材料受到某种作用时，其状态所发生的变化。 作用于材料上的作用因素通常可以分为应力、 温度、磁场、电场、化学介质、辐照等。 受到这些因素作用时，材料内部会产生一系列 的变化，伴随之产生一些外在表现，也就是所 谓的状态的变化。
材料物理性能讲义
Ω Ω* = (2π)3
Rl • Kn = 2π(n1l1 + n2l2 + n3l3) = 2πm, m 为整数。
(2.5)
图 2.3 二维六角点阵的魏格纳-赛茨元胞(Wigner-Seitz 原胞)。
4
由于元胞是组成点阵的最小重复单元，根据点阵中每个格点附近环境的自相 似性即平移对称性我们可以推断， 只要在一个元胞内研究材料的物理特性就代表 研究了整个点阵结构的物理特性，为此我们定义一特殊的高对称元胞，它包含了 晶 格 点阵 点群 的 全部对 称 性。 这一 特 殊的高 对 称性 元胞 称 为魏格 纳 - 赛 茨
2π ( a 2 × a3 ) Ω 2π b2 = (a3 × a1 ) Ω 2π b3 = (a1 × a2 ) Ω b1 =
(2.3)
其中Ω = a1 • (a2 × a3)是正点阵元胞的体积。 在倒点阵中任一格点的位置矢可表示 为： Kn = n1b1 + n2b2 + n3b3
(2.4)
其中 n1, n2, n3 是整数，倒点阵元胞的体积为Ω* = b1 • (b2 × b3)，且存在以下关系
图 2.4 从分立的原子轨道到固体能带结构的转变。
要理解固体的能带结构首先要从原子的电子轨道讲起，因为固体的能带归根 结底起源于原子的轨道能级。 根据量子力学，原子中带负电的电子绕带正电的原 子核运动，其轨道能量是不连续、分立的，如图 2.4 所示。在一定条件下如原子 间存在相互影响，同一原子中几个能量相近的不同类型的电子轨道(即波函数)， 可以进行线性组合， 重新分配能量和确定空间方向， 组成数目相等的新电子轨道，
《材料物理化学性能》 物理性能部分
邓振炎 上海大学物理系 (电话：66134334，邮箱：zydeng@)
材料物理性能
材料物理性能材料的物理性能是指材料在受力、受热、受光、受电、受磁等外界作用下所表现出的性质和特点。
它是材料的内在本质，直接影响着材料的使用性能和应用范围。
材料的物理性能包括了热学性能、光学性能、电学性能、磁学性能等多个方面。
首先，热学性能是材料的一个重要物理性能指标。
热学性能包括导热性、热膨胀性和热稳定性等。
导热性是指材料传导热量的能力，通常用热导率来表示。
热膨胀性是指材料在温度变化下的体积变化情况，通常用线膨胀系数来表示。
热稳定性是指材料在高温环境下的性能表现，包括了热变形温度、热老化等指标。
这些性能对于材料在高温环境下的应用具有重要意义。
其次，光学性能是材料的另一个重要物理性能。
光学性能包括透光性、反射率、折射率等指标。
透光性是指材料对光的透过程度，通常用透光率来表示。
反射率是指材料对光的反射程度，通常用反射率来表示。
折射率是指材料对光的折射程度，通常用折射率来表示。
这些性能对于材料在光学器件、光学仪器等领域的应用具有重要意义。
此外，电学性能是材料的另一个重要物理性能。
电学性能包括导电性、介电常数、电阻率等指标。
导电性是指材料导电的能力，通常用电导率来表示。
介电常数是指材料在电场中的极化能力，通常用介电常数来表示。
电阻率是指材料对电流的阻碍程度，通常用电阻率来表示。
这些性能对于材料在电子器件、电气设备等领域的应用具有重要意义。
最后，磁学性能是材料的另一个重要物理性能。
磁学性能包括磁导率、磁饱和磁化强度、矫顽力等指标。
磁导率是指材料对磁场的导磁能力，通常用磁导率来表示。
磁饱和磁化强度是指材料在外磁场作用下的最大磁化强度，通常用磁饱和磁化强度来表示。
矫顽力是指材料在外磁场作用下的抗磁化能力，通常用矫顽力来表示。
这些性能对于材料在磁性材料、电机、传感器等领域的应用具有重要意义。
综上所述，材料的物理性能是材料的重要特性，直接影响着材料的使用性能和应用范围。
不同类型的材料具有不同的物理性能，因此在材料选择和应用过程中，需要充分考虑材料的物理性能指标，以确保材料能够满足特定的使用要求。
材料物理性能资料终极版(1)
材料物理性能资料终极版(1)《材料物理性能复习资料整理》一、名词解释物质的磁化：物质在磁场中受磁场的作用呈现一定磁性的现象。
自发极化：铁磁性材料在没有外加H时，原子磁矩趋于同向排列而发生的磁化。
软磁材料：是指磁滞回线瘦长，μ高、 Hc小、 Mr低，并且磁化后容易退磁的磁性材料。
硬磁材料：是指磁滞回线短粗，μ低、 Hc大、 Mr高，并且磁化后很难退磁的磁性材料。
磁致伸缩：铁磁体在磁场中被磁化时，其形状和尺寸都会发生变化，这种现象称为磁致伸缩效应。
PN结：是指在同一块半导体单晶中P型掺杂区域N型掺杂区的交界面附近的区域。
禁带：在能带结构中能态密度为零的能量区间。
超导电性：在一定条件下（温度、磁场、压力）材料的电阻突然消失的现象称为超导电性。
马基申定则：马基申等人把固溶体电阻率看成由金属基本电阻率ρ(T)和残余电阻ρ残组成。
这表明在一级近似下，不同散射机制对电阻率的贡献可以用加法求和。
激活介质：实现粒子数反转的介质具有对光的放大作用，称为激活介质。
因瓦效应：将与因瓦反常相关联的其它物理特性的反常行为统称为因瓦效应。
磁介质：能被磁场磁化的物质。
技术磁化：是指在外磁场的作用下，铁磁体从完全退磁状态磁化至饱和的内部变化过程。
磁畴：是指在未加磁场时铁磁体内部已经磁化到饱和状态的小区域。
铁电畴：铁电体中自发极化方向一致的微小区域。
N型半导体：在本征半导体中掺入5价元素（磷，砷，锑）使晶体中的自由电子的浓度极大地增加而形成的以电子为多子的杂质半导体称为N型半导体。
第一类超导体：指大多数纯金属超导体，在超导态下磁通从超导体中全部逐出，具有完全的迈斯纳效应（完全的抗磁性）。
这类导体称为第一类超导体。
介质损耗：电介质在外电场作用下，其内部会有发热现象，这说明有部分电能已转化为热能耗散掉，这种介质内的能量损耗称为介质损耗。
光致发光：通过光的辐射将材料中的电子激发到高能态从而导致发光，称为光致发光。
杜隆-珀替定律：恒压下，元素的原子摩尔热容为25J/(K?mol)。
材料物理性能定义总结
材料物理性能定义总结第一章材料的电性能A按压力对金属导电性的影响：金属分为正常金属和反常金属。
B本征电导：源于晶体点阵中基本离子的运动。
玻璃的导电机理：玻璃在通常情况下是绝缘体，但在高温下，玻璃的电阻率却可能大大降低，因此在高温下有些玻璃将成为导体。
玻璃的导电是由于某些离子的可动性导致的，故玻璃是一种电解质的导体。
在钠玻璃中，钠离子在二氧化硅网络中从一个间隙跳到另一个间隙，形成电流。
这与离子晶体中的间隙离子导电类似。
本征半导体：纯净的无结构缺陷的半导体单晶。
本征电导在高温下为导电的主要表现。
半导体导电机理：在绝对零度和无外界影响的条件下，半导体的空带中无运动的电子。
但当温度升高或受光照射时，也就是半导体受到热激发时，共价键中的价电子由于从外界获得了能量，其中部分获得了足够大能量的价电子就可以挣脱束缚，离开原子而成为自由电子。
本征半导体的电学特性：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n i 越小；3)温度升高时载流子浓度n i 增大。
4)载流子浓度n i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。
不均匀固溶体（k状态）：在合金元素中含有过渡族金属的，这些固溶体中有特殊相变及特殊结构存在，这种组织状态称为k状态。
这些固溶体中原子间距的大小显著地波动，其波动正式组元原子在晶体中不均匀分布的结果，所以也把k状态称之为“不均匀固溶体）。
C畴壁：两铁电畴之间的界壁称为畴壁。
超导电性：在一定低温条件下，金属突然失去电阻的现象叫超导电性。
超导态：金属失去电阻的状态称为超导态，金属具有电阻的状态称为正常态。
超导体三个基本特性：完全导电性,完全抗磁性,通量(flux)量子化。
完全导电性：在室温下把超导体放入磁场中，冷却到低温进入超导态，把原磁场移开，则在超导体中的感生电流，由于没有电阻而将长久存在，成为不衰减电流。
超导现象产生的原因：由于超导材料中的电子双双结成库柏电子对，电子对和晶格间相互作用，而无能量损失，使超导体不产生电阻超导体存在T c 的原因：当温度或外磁场强度增加时，电子对获得能量，当温度或外磁场强度增加到临界值时，电子对全部被拆开成正常态电子，于是材料即由超导态转变为正常态。
材料物理性能部分资料
1.光子这种微观粒子表现出双重性质——波动性和粒子性，这种现象叫做波粒二象性。
P22.波粒二象性是一切物质（包括电磁场）所具有的普遍属性。
P33.描述电子运动的概率波的波动方程是薛定谔方程。
P44.不允许的能量区间称为禁带。
P155.原子基态价电子能级分裂而成的能带称为价带。
相应于价带以上的能带（即第一激发态）称为导带。
P186.在晶格中存在角频率为ω的平面波，称此波为格波。
格波的特点是晶体中原子的振动，且相邻原子之间存在固定的位相。
P207.把频率和波矢的关系叫色散关系。
P208.声子就是晶格振动中的独立简谐振子的能量量子。
（声子的概念）P259.由复杂的力化学反应引起的高聚物的特殊流动称为化学流动．．．．是流动的主要机．．．．。
分段位移理。
P3910.热容是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1K所需要增加的能量。
P4211.在20世纪已发现了两个有关晶体热容的经验定律。
一是元素的热容定律——杜隆–珀替定律：恒压下元素的原子热容为25J/(K∙mol)；另一个是化合物的热容定律——奈曼–柯普定律：化合物热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。
P4312.热容是和温度无关的常数，这就是杜隆–珀替定律。
由于双原子的固态化合物，1mol中的原子数为2N，故摩尔热容为=2×25J/(K∙mol)，三原子固态化合物的摩尔热容C v=3×25J/(K∙mol)，依此类推。
P4313.物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为膨胀．．。
P4814.当固体材料一端的温度比另一端高时，热量就会从热端自动的传向冷端，这个现象就称为热传导．．．。
P5215.气体的传热是依靠分子的碰撞来实现的，在固体中组成晶体的质点处在一定的位置上，相互之间有一定的距离，质点只能在平衡位置附近作微小的振动。
P52 （气体的热传导公式：λ=cvl/3）固体中的导热主要是由晶格振动的格波和自由电子的运动来实现的。
材料物理性能
材料物理性能第一章、材料的热学性能一、基本概念1.热容：物体温度升高1K 所需要增加的能量。
（热容是分子热运动的能量随温度变化的一个物理量）T Qc ∆∆= 2.比热容：质量为1kg 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。
[与物质的本性有关，用c 表示，单位J/(kg ·K)]T Q m c ∂∂=1 3.摩尔热容：1mol 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。
用Cm 表示。
4.定容热容：加热过程中，体积不变，则所供给的热量只需满足升高1K 时物体内能的增加，不必再以做功的形式传输，该条件下的热容：5.定压热容：假定在加热过程中保持压力不变，而体积则自由向外膨胀，这时升高1K 时供给物体的能量，除满足内能的增加，还必须补充对外做功的损耗。
6.热膨胀：物质的体积或长度随温度的升高而增大的现象。
7.线膨胀系数αl ：温度升高1K 时，物体的相对伸长。
t l l l ∆=∆α08.体膨胀系数αv ：温度升高1K 时，物体体积相对增长值。
t V V tt V ∂∂=1α9.热导率（导热系数）λ：在单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量。
（标志材料热传导能力，适用于稳态各点温度不随时间变化。
)q=-λ△T/△X 。
10.热扩散率（导温系数）α：单位面积上，温度随时间的变化率。
α=λ/ρc 。
α表示温度变化的速率（材料内部温度趋于一致的能力。
α越大的材料各处的温度差越小。
适用于非稳态不稳定的热传导过程。
本质仍是材料传热能力。
）。
二、基本理论1.德拜理论及热容和温度变化关系。
答：⑴爱因斯坦没有考虑低频振动对热容的贡献。
⑵模型假设：①固体中的原子振动频率不同；处于不同频率的振子数有确定的分布函数；②固体可看做连续介质，能传播弹性振动波；③固体中传播的弹性波分为纵波和横波两类；④假定弹性波的振动能级量子化，振动能量只能是最小能量单位h ν的整数倍。
⑶结论：①当T 》θD 时，Cv,m=3R ；在高温区，德拜理论的结果与杜隆-珀蒂定律相符。
材料物理性能.doc
材料物理性能第一章材料热学性能一(热容的定义，热容的来源以及热容随温度的变化规律热容:是问题温度每升高1K，物质所需要增加的能量被称为热容。
热容的来源:温度升高导致原子热振动加剧，点阵离子振动以及体积膨胀需要向外做功，同时自由电子对热容也有贡献，但只在温度极端的情况下才发生。
热容随温度的变化规律:热容反映了材料从周围环境吸收能量的能力，不同温度时，热容不同。
定容热容与定压热容有相似规律。
当温度较高时，定压热容变化趋势平缓当温度较低时，定压热容与T3成正比;当温度趋于0K时，定压热容与T成正比;当温度等于0K是，定压热容也等于0K。
二(热容的德拜模型以及其局限性答:晶格点阵结构对热容的作用主要表现在弹性波的振动上，即波长较长的声频支的振动在低温下起主导作用，由于声频支的波长大于晶格常数，故可以将晶格看成是连续的介质，声频支也可以看成是连续的具有0-Wmax的谱带的振动。
由此，可导出定压热容的公式:Cv,m=12/5π4R(T/θD)3由此公式可得:1)当温度大于德拜温度时，即处于高温区，定压热容=3R，与实验结果相符合;2)当温度小于德拜温度时，定压热容与T3成正比，比爱因斯坦模型更接近于实验结果;3)当温差极低时(趋近于0K时)，定压热容趋近于0，大体与实验结果相符。
德拜模型的局限性:因为德拜模型把晶格点阵考虑成连续的介质，故对于原子振动频率较高的部分并不适用，故德拜模型对于一些化合物的计算与实验结果不相符;2)对于金属类晶体，忽略了自由电子的贡献，所以在极端温度条件下与实验结果不符;3)解释不了超导现象。
三(热膨胀的定义及其物理机制热膨胀:热膨胀是指随着温度的升高，材料发生体积或者长度增大的现象。
热膨胀的物理机制:随着温度的升高，晶体中的的原子振动加剧，相邻原子之间的平衡间距也随温度的变化而变化，因此温度升高产生热膨胀的现象。
四(热膨胀与其他物理量之间的关系。
热膨胀是原子间结合力的体现，原子间的结合力越大，热膨胀系数越小。
材料物理性能
材料物理性能1. 引言材料物理性能是指材料在物理方面的性能特征与表现，包括其力学性能、热学性能、电学性能等。
了解材料的物理性能能够帮助我们选择合适的材料，预测材料的行为以及进行工程设计和优化。
2. 力学性能2.1 弹性模量弹性模量是材料在受力作用下产生弹性变形的能力，一般表示为杨氏模量（Young’s modulus）、剪切模量（Shear modulus）和泊松比（Poisson ratio）。
- 杨氏模量描述了材料在受拉或受压时的弹性性能，可以算作是应力与应变之间的比例系数。
- 剪切模量衡量了材料在受剪切力作用下的变形能力。
- 泊松比描述了材料在受力作用下，在两个垂直于受力方向的平面上的变形比例。
2.2 强度强度是指材料在承受外力作用下能够抵抗变形和破坏的能力。
强度可以分为屈服强度、抗拉强度、抗压强度、抗剪强度等。
不同类型的力学性能指标适用于不同的应用场景。
2.3 脆性和韧性脆性是指材料在受力作用下容易发生断裂的性质，表现为材料的断裂韧度较低；韧性是指材料在受力作用下能够发生塑性变形而不断裂的性质，表现为材料的断裂韧度较高。
脆性和韧性是相对的，不同材料的脆性和韧性特点不同。
3. 热学性能3.1 热膨胀系数热膨胀系数描述了材料在温度变化下的对长度、体积或密度的变化率。
材料的热膨胀系数可以影响它在温度变化下的热膨胀或收缩行为。
3.2 热导率热导率是指材料传导热量的能力，表示的是单位时间内单位温度差下，通过单位横截面积所传导的热量。
热导率可以用于描述材料的导热性能。
3.3 热容量热容量是指材料在受热时吸收热量的能力，以及在冷却时释放热量的能力。
热容量可以用于描述材料在温度变化下的热稳定性和热响应行为。
4. 电学性能4.1 电导率电导率是指材料导电的能力，表示单位长度内单位面积上的电流。
电导率可以用于描述材料的导电性能。
4.2 介电常数介电常数是指材料对电场的响应能力，表示单位电场下单位体积内储存能量的能力。
材料物理性能
一、名词解释1.顺磁体：原子内部存在永久磁矩，无外磁场，材料无规则的热运动使得材料没有磁性，当外磁场作用，每个原子的磁矩比较规则取向，物质显示弱磁场，这样的磁体称顺磁体。
2.铁磁体：在较弱的磁场内，铁磁体也能够获得强的磁化强度，而且在外磁场移去，材料保留强的磁性。
原因是强的内部交换作用，材料内部有强的内部交换场，原子的磁矩平行取向，在物质内部形成磁畴，这样的磁体称铁磁体。
3.金属热膨胀：物质的体积或长度随温度的升高而增大的现象。
4.内耗：对固体材料内在的能量损耗称为内耗。
5.磁致伸缩效应：铁磁体在磁场中被磁化时，其形状和尺寸都会发生变化的现象。
6.磁畴：指在未加磁场时铁磁体内部已经磁化到饱和状态的小区域。
7.软磁材料：软铁被磁化后，磁性容易消失，称为软磁材料。
8.亚铁磁体：磁体中存在大小不等反平行的自旋磁矩，磁矩大小部分抵消，因而磁体仍然可以自发磁化，类似于铁磁体。
这种磁体称为亚铁磁体。
9.磁畴结构：磁畴的形状、尺寸、磁壁的类型与厚度的总称。
10.磁滞回线：当磁化磁场作周期的变化时，表示铁磁体中的磁感应强度与磁场强度关系的一条闭合曲线。
二、问答题1.对于一根具体的导线而言，影响它的导电因素有哪些？答：对于一根具体的导线而言，导电过程分两部分，包括最外电子脱离正离子实和之后的在晶格中运行，所以，影响导电性包括这两部分的影响因素。
(1) 从导电定律关系式中可以看出一个电子的电荷是固定的数值，n有效决定于金属的晶体结构及能带结构，而电子自由运行时间或电子平均自由程则决定于在外电场作用下，电子运动过程中所受到的散射。
(2) 电子在金属中所受到的散射可用散射系数μ来表述。
μ的来源有两方面，一是温度引起离子振动造成的μT，二是各种缺陷及杂质引起晶格畸变造成的μn。
μ=μT+μn相应地电阻为：ρ=ρT+ρn(3) 由温度造成的晶格动畸变和由缺陷造成的晶格静畸变，两者都会引起金属电阻率增大。
2.什么是西贝克（Seeback）效应？它是哪种材料的基础？答：西贝克效应是由于温差产生的热电现象，即温差电动势效应——广义地，在半导体材料中，温度和电动势可以互相产生。
材料物理性能简介-之欧阳学创编
<<材料物理性能>>基本要求一，基本概念：1.摩尔热容: 使１摩尔物质在没有相变和化学反应的条件下，温度升高1K所需要的热量称为摩尔热容。
它反映材料从周围环境吸收热量的能力。
2.比热容：质量为1kg的物质在没有相变和化学反应的条件下，温度升高1K所需要的热量称为比热容。
它反映材料从周围环境吸收热量的能力。
3.比容：单位质量（即1kg物质）的体积，即密度的倒数（m3/kg）。
4.格波：由于晶体中的原子间存在着很强的相互作用，因此晶格中一个质点的微振动会引起临近质点随之振动。
因相邻质点间的振动存在着一定的位相差，故晶格振动会在晶体中以弹性波的形式传播，而形成“格波”。
5.声子（Phonon）: 声子是中集体激发的准粒子，就是振动中的简谐振子的能量量子。
6.德拜特征温度: 德拜模型认为:晶体对热容的贡献主要是低频弹性波的振动，声频支的频率具有0～ωmax分布,其中,最大频率所对应的温度即为德拜温度θD,即θD=ћωmax/k。
7.示差热分析法（Differential Thermal Analysis, DTA ）:是在测定热分析曲线（即加热温度T与加热时间t的关系曲线）的同时，利用示差热电偶测定加热（或冷却）过程中待测试样和标准试样的温度差随温度或时间变化的关系曲线ΔT~T（t），从而对材料组织结构进行分析的一种技术。
8.示差扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry,DSC）: 用示差方法测量加热或冷却过程中，将试样和标准样的温度差保持为零时，所需要补充的热量与温度或时间的关系。
9.热稳定性（抗热振性）：材料承受温度的急剧变化（热冲击）而不致破坏的能力。
10.塞贝克效应：当两种不同的导体组成一个闭合回路时，若在两接头处存在温度差则回路中将有电势及电流产生，这种现象称为塞贝克效应。
11.玻尔帖效应：当有电流通过两个不同导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，还要在两接头处出现吸热或放出热量Q的现象。
材料物理性能资料
)（E k →第一章：材料电学性能1 如何评价材料的导电能力？如何界定超导、导体、半导体和绝缘体材料？用电阻率ρ或电阻率ζ评价材料的导电能力。
按材料的导电能力（电阻率），人们通常将材料划分为：）（）超导体（）（）导体（）（）半导体（）（）绝缘体（m .104m .10103m .10102m .1012728-828Ω〈Ω〈〈Ω〈〈Ω〈---ρρρρ2、经典导电理论的主要内容是什么？它如何解释欧姆定律？它有哪些局限性？金属导体中，其原子的所有价电子均脱离原子核的束缚成为自由电子，而原子核及内层束缚电子作为一个整体形成离子实。
所有离子实的库仑场构成一个平均值的等势电场，自由电子就像理想气体一样在这个等势电场中运动。
如果没有外部电场或磁场的影响，一定温度下其中的离子实只能在定域作热振动，形成格波，自由电子则可以在较大范围内作随机运动，并不时与离子实发生碰撞或散射，此时定域的离子实不能定向运动，方向随机的自由电子也不能形成电流。
施加外电场后，自由电子的运动就会在随机热运动基础上叠加一个与电场反方向的平均分量，形成定向漂移，形成电流。
自由电子在定向漂移的过程中不断与离子实或其它缺陷碰撞或散射，从而产生电阻。
E J →→=σ，电导率ζ= （其中μ= ，为电子的漂移迁移率，表示单位场强下电子的漂移速度），它将外加电场强度和导体内的电流密度联系起来，表示了欧姆定律的微观形式。
缺陷：该理论高估了自由电子对金属导电能力的贡献值，实际上并不是所有价电子都参与了导电。
（？把适用于宏观物体的牛顿定律应用到微观的电子运动中，并且承认能量的连续性）3、自由电子近似下的量子导电理论如何看待自由电子的能量和运动行为？自由电子近似下，电子的本证波函数是一种等幅平面行波，即振幅保持为常数；电子本证能量E 随波矢量的变化曲线 是一条连续的抛物线。
4、根据自由电子近似下的量子导电理论解释：准连续能级、能级的简并状态、简并度、能态密度、k 空间、等幅平面波和能级密度函数。
材料物理性能复习资料
晶格热振动：晶体中的质点总是围绕着平衡位置作微小振动。
格波:晶格振动以波的形式在材料内传播。
热容：在没有相变或化学反应的条件下，材料温度升高1K时所吸收的热量(Q)，单位为J／k。
声频支振动:格波中频率甚低的振动波，质点彼此之间的位相差不大时，格波类似于弹性体中的应变波.光频支振动:格波中频率甚高的振动波，质点间的位相差很大，邻近质点的运动几乎相反时，频率往往在红外光区为什么温度升高材料会吸收热量？这是因为温度升高时，晶格振动加剧，材料的内能增加；另外，吸收的热量与过程有关，若温度升高时体积发生膨胀，物体还要对外作功。
热容是材料的焓随温度变化而变化的一个物理量，这就是热容的本质。
组织转变对热容的影响:①一级相变：相变在某一温度点完成，除体积突变外，还同时吸收和放出潜热的相变。
如金属三态转变、同素异构转变、合金的共晶和包晶转变等。
特点：如图1-6(a)所示，加热到Tc时，热焓H发生突变，热容为无限大。
②二级相变：是在一定温度区间内逐步完成。
如磁性转变、bbc点阵有有序—无序转变、合金的超导转变等。
特点：如图1-6(b)所示，热焓无突变，仅在相变点附近的狭窄区域内加剧，同时热容也发生剧烈变化，但为有限值。
相变的潜热对应于图中的阴影部分面积。
热容的测量:1.量热计法2.撒克斯法3.热分析法热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象。
线膨胀系数：温度升高1K时，物体的相对伸长。
线性振动：是指质点间的作用力与距离成正比。
热膨胀和结合能、熔点的关系:固体材料的热膨胀与晶体点阵中质点的位能性质有关，而质点的位能性质是由质点间的结合力特性所决定的。
所以，质点间结合力强，热膨胀系数小.熔点也取决于质点间的结合力。
所以熔点高的材料膨胀系数小。
热膨胀系数的测定：要测准材料的平均线膨胀系数，关键在于能否精确地给出试样温度变化值△T并同时精确反映出此时试样长度的变化值△L。
通常把能给出试样长度随温度变化的装置称为膨胀仪。
材料物理性能讲解
2、量子理论
假设：在金属中点阵所产生的势场各处均匀，即离子与价电子没 有相互作用，且价电子为整个金属所共有，但明确指出：金属中每个 原子的内层电子基本保持着单个原子时的能量状态，所有价电子按量 子化规律具有不同能量状态，即具有不同能级
第二章 热学性能
热学性能包括热容、热膨胀和热传导， 其共同特点是这些性能和金属中原子的热 振动密切相关，即热学性能直接取决于晶 格振动；
（二）、合金成分和组织的影响 1、固溶体：绝大多数金属形成单相固溶体时，其膨胀系数介于组元的膨胀系数之间，
溶剂中溶入低膨胀系数的溶质时，固溶体膨胀系数降低，反之升高；随溶质浓度 的增加，其变化规律稍低于按算术相加规律的计算值，成凹曲线
例：一般情况：在Al中溶入Cu、Si、Ni、Fe、Be；Cu中加Pd、Ni、Au均降低其热 膨胀系数；Cu中溶入Zn、Sn使其热膨胀系数增大
二、金属导电理论
1、经典电子理论
假设：金属晶体中原子失去价电子成为正离子，正离子构成晶体 点阵，价电子成为公有化电子，电子间无相互作用。自由电子与正离 子间的作用仅类似于机械碰撞；无外场作用时，自由电子沿各向运动 的机率相同，不产生电流；施加外电场后电子获得加速度，发生定向 迁移，从而产生电流。
V at Ee/ mt
材料物理性能
第一章热学性能1、热容热容是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1k所需要增加的能量2、金属高聚物的热容本质及比较大小高聚物多为部分结晶或无定形结构，热容不一定符合理论式。
大多数高聚物的比热容在玻璃化温度以下比较小，温度升高至玻璃化转变点时，分子运动单位发生变化，热运动加剧，热容出现阶梯式变化。
高分子材料的比热容由化学结构决定，温度升高，使链段振动加剧，而高聚物是长链，使之改变运动状态较困难，因而需提供更多的能量。
一般而言，高聚物的比热容比金属和无机材料大。
3、热膨胀的物理本质物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。
材料的热膨胀是由于原子间距增大的结果，而原子间距是指晶格结点上原子振动的平衡位置间的距离。
材料温度一定时，原子振动但平衡位置保持不变，材料不随温度升高而发生膨胀；而温度升高，振动中心右移，原子间距增大，材料产生热膨胀。
4、化学键对热膨胀的影响材料的膨胀系数与化学键强度密切相关。
对分子晶体而言，膨胀系数大；而由共价键相连接的材料，膨胀系数小的多。
对于高聚物来说，长链分子中的原子沿链方向是共价键相连接的，近邻分子间的相互作用是弱的范德华力，因此结晶高聚物和取向高聚物的热膨胀具有很大的各向异性。
5、从化学键角度比较高聚物的膨胀系数对于高聚物来说，长链分子中的原子沿链方向是共价键相连接的，近邻分子间的相互作用是弱的范德华力，因此结晶高聚物和取向高聚物的热膨胀具有很大的各向异性。
6、热膨胀与熔点、热容的关系（1）热膨胀与熔点的关系当固体晶体温度升高至熔点时，原子热运动将突破原子间结合力，使原有的固态晶体结构被破坏，物体从固态变成液态，所以，固态晶体的膨胀有极限值。
因此，固态晶体的熔点越高，其膨胀系数就越低。
（2）热膨胀与热容的关系热膨胀是固体材料受热以后晶格振动加剧而引起的容积膨胀，而晶格振动的激化就是热运动能量的增大，每升高单位温度时能量的增量也就是热容的定义。
材料物理性能
材料物理性能材料的物理性能是指材料在物理层面上所表现出来的各种性质和特性，包括力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能等。
首先，力学性能是材料最基本的物理性能之一。
它包括抗拉强度、屈服强度、硬度、韧性、弹性模量等指标。
抗拉强度是材料在拉伸破坏时所能承受的最大拉力，屈服强度是材料在拉伸过程中开始产生塑性变形的拉力。
硬度是材料抵抗划痕或压痕的能力，描述了材料的抗刮擦性能。
韧性是材料在受外力作用下发生塑性变形而不破裂的能力，反映了材料的延展性。
弹性模量是材料在受力后产生弹性变形的能力，反映了材料的变形程度与受力大小的关系。
其次，热学性能是材料在热力学层面上的表现，包括热导率、热膨胀系数、比热容等。
热导率是材料导热性能的指标，反映了材料传导热量的能力。
热膨胀系数是材料在受热后的膨胀程度与温度变化之间的关系，描述了材料在温度变化时的尺寸变化。
比热容则是材料所需吸收或释放的热量与温度变化之间的关系，反映了材料的热量储存能力。
此外，电学性能是材料在电学层面上的表现，包括电导率、介电常数、磁导率等。
电导率是材料导电性能的指标，反映了材料导电的能力。
介电常数是材料对电场的响应能力，描述了材料在电场中的电极化程度。
磁导率则是材料对磁场的响应能力，反映了材料对磁场的传导性能。
最后，磁学性能是材料在磁化和磁导方面的表现，包括磁化强度、剩余磁感应强度、矫顽力等。
磁化强度是材料在外加磁场下磁化的能力，剩余磁感应强度是材料在去除外加磁场后保留的磁感应强度。
矫顽力是材料从磁化过程中恢复原始状态所需的去磁场强度，反映了材料抵抗磁通方向变化的能力。
总之，材料的物理性能涵盖了力学、热学、电学及磁学等多个方面，对于不同的应用需求，选择合适的材料具备合适的物理性能是十分重要的。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
材料物理性能材料物理性能第一章、材料的热学性能一、基本概念1.热容：物体温度升高1K 所需要增加的能量。
（热容是分子热运动的能量随温度变化的一个物理量）T Qc ∆∆=2.比热容：质量为1kg 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。
[与物质的本性有关，用c 表示，单位J/(kg ·K)]T Q m c ∂∂=13.摩尔热容：1mol 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。
用Cm 表示。
4.定容热容：加热过程中，体积不变，则所供给的热量只需满足升高1K 时物体内能的增加，不必再以做功的形式传输，该条件下的热容：T U T Q C v v ∆∆=∆∆=)(5.定压热容：假定在加热过程中保持压力不变，而体积则自由向外膨胀，这时升高1K 时供给物体的能量，除满足内能的增加，还必须补充对外做功的损耗。
P P P TH T V P T U T V P U T Q C )()(∆∆=∆∆+∆∆=∆∆+∆=∆∆=）（ 6.热膨胀：物质的体积或长度随温度的升高而增大的现象。
7.线膨胀系数αl ：温度升高1K 时，物体的相对伸长。
t l l l ∆=∆α08.体膨胀系数αv ：温度升高1K 时，物体体积相对增长值。
t V V tt V ∂∂=1α9.热导率（导热系数）λ：单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的在热量。
（标志料热传导能力，适用于稳态各点温度不随时间变化。
)q=-λ△材T/△X。
10.热扩散率（导温系数）α：单位面积上，温度随时间的变化率。
α=λ/ρc。
α表示温度变化的速率（材料内部温度趋于一致的能力。
α越大的材料各处的温度差越小。
适用于非稳态不稳定的热传导过程。
本质仍是材料传热能力。
）。
二、基本理论1.德拜理论及热容和温度变化关系。
答：⑴爱因斯坦没有考虑低频振动对热容的贡献。
⑵模型假设：①固体中的原子振动频率不同；处于不同频率的振子数有确定的分布函数；②固体可看做连续介质，能传播弹性振动波；③固体中传播的弹性波分为纵波和横波两类；④假定弹性波的振动能级量子化，振动能量只能是最小能量单位h ν的整数倍。
⑶结论：①当T》θD时，Cv,m=3R；在高温区，德拜理论的结果与杜隆-珀蒂定律相符。
②当T《θD时，Cv,m∝3T。
③当T→0时，Cv,m→0，与实验大体相符。
⑷不足：①由于德拜把晶体看成连续介质，对于原子振动频率较高的部分不适用；②晶体不是连续介质，德拜理论在低温下也不符；③金属类的晶体，没有考虑自由电子的贡献。
2.热容的物理本质。
答：温度一定时，原子虽然振动，但它的平衡位置不变，物体体积就没变化。
物体温度升高了，原子的振动激烈了，但如果每个原子的平均距离保持不变，物体也就不会因为温度升高而发生膨胀。
【⑴反映晶体受热后激发出的晶格波和温度的关系；⑵对于N个原子构成的晶体，在热振动时形成3N个振子，各个振子的频率不同，激发出的声子能力也不同；⑶温度升高，晶格的振幅增大，该频率的声子数目也增大；⑷温度升高，在宏观上表现为吸热或放热，实质上是各个频率声子数发生变化。
材料物理的解释】3.热膨胀的物理本质。
答：由于原子之间存在着相互作用力，吸引力与斥力。
力大小和原子之间的距离有关（是非线性关系，引力、斥力的变化是非对称的），两原子相互作用是不对称变化，当温度上升，势能增高，由于势能曲线的不对称性必然导致振动中心右移。
即原子间距增大。
⑴T↑原子间的平均距离↑ r＞r0 吸引合力变化较慢⑵T↑晶体中热缺陷密度↑ r＜r0 排斥合力变化较快【材料质点间的平均距离随温度的升高而增大（微观），宏观表现为体积、线长的增大】4.固体材料的导热机制。
答：⑴固体的导热包括：电子导热、声子导热和光子导热。
①纯金属：电子导热是主要机制；②合金：声子导热的作用增强；③半金属或半导体：声子导热、电子导热；④绝缘体：几乎只有声子导热一种形式，只有在极高温度下才可能有光子导热存在。
⑵气体：分子间碰撞，可忽略彼此之间的相互作用力。
固体：质点间有很强的相互作用。
5.焓和热容与加热温度的关系。
P11。
图1.8⑴①有潜热，热容趋于无穷大；⑵①无潜热，热容有突变②等温转变，焓有突变；②磁性转变、BCC点阵的有序-无序转变。
③热容曲线发生不连续变化，焓曲线发生跃变；④珠光体转变、铁的α→γ转变。
6.相变对热容、焓的影响。
答：⑴一级相变：固态的多型性转变属于一级相变（如珠光体转变、铁的α-γ转变），加热到临界点Tc焓的曲线出现跃变，热熔曲线发生不连续变化，这种曲线中转变的热效应即为曲线跃变所对应的焓变化值。
【一级相变有潜热，如果是等温转变，则相变时焓的变化有突变，热容趋于无穷大】⑵二级相变：是在一个温度范围内逐步完成的，焓随着温度的升高而逐渐增大，当接近临界点Tc，由于转变的数量急剧增多，Q的变化加剧，与此相对应的热容值则达到最大值，转变的热效应相当于阴影面积。
【二级相变无潜热，热容有突变】7.熔化和凝固。
P10图1.7答:⑴加热温度低于熔点时，加热所需热量随T缓慢上升；⑵Tm处，熔化热q s，焓曲线拐折并陡直上升；⑶液态金属热容比固态大。
8.热导率和温度的关系：⑴金属：粉体＜致密态。
⑵无机非金属：①低温时有较高热导率的材料，随温度的升高，热导率降低；②高温时有较低热导率的材料，随温度的升高，热导率升高。
9.热力学参数的影响因素。
答：⑴热容：①温度；②压力；③组分；④组织变化。
⑵热导率：①金属：a.纯金属由于温度升高而使平均自由程减小的作用超过温度直接作用，因而纯金属的热导率一般随温度升高而降低。
合金：合金的热导率则不同于异类原子的存在，平均自由程受温度的影响相对较小，温度本身的影响占主导作用，使声子导热作用加强，因此随温度的升高而升高；b.原子结构；c.合金成分和晶体结构：合金中加入杂质元素，使热阻增强，λ下降；d.气孔率。
②无机非金属：a.温度；b.成分、结构；c.各向异性。
⑶热膨胀：①相变的影响；②成分和组织的影响；③各向异性的影响；④铁磁性转变的影响。
10.材料的热膨胀与热容、熔点、德拜温度的关系：⑴与温度的关系：V K c v0v γα= V K c v 0l 3γα=⑵与熔点的关系Tm ： 022.0=m l T α C T m l =α⑶与德拜温度θD 的关系：23/2'1D l A V c γθα=11.影响膨胀系数的因素（了解）:⑴膨胀系数和热容关系：格林爱森定律⑵膨胀系数和熔点的关系： 022.0=m l T α C T m l =α⑶膨胀系数和原子序数的关系：膨胀系数随元素的原子序数呈明显周期性关系。
①只有IA 族的αl 随原子序数的增加而增大，其余主族的αl 随原子序数的增加而减小；②过渡元素具有低的αl 值；③碱金属αl 值高，12.林德曼定律：32m 12108.2V A T r m ⨯=ω13.热导率Fe-合金的膨胀反常机制：磁致伸缩抵消了合金正常热膨胀的结果。
三、基本技能1.亚稳态组织转变、有序-无序转变（定性知道）：答：⑴亚稳态组织转变：不可逆转变 时效 回火 相变有偏离直线关系，无线性关系。
亚稳态能量高，变为稳态放热，而导致热熔曲线向下拐折。
⑵有序-无序转变：伴随着膨胀系数的变化。
有序结构会使合金原子之间的结合增强，因此，有序化导致膨胀系数减小。
2.热分析法分析组织相变，DTA ，膨胀分析（膨胀曲线、相变点）。
答:利用加热或冷却过程中，热效应所产生的温度变化和时间关系的一种分析技术。
建立合金相图：先确定合金的液相线、固相线、共晶线以及包晶线，再确立相区。
如：建立二元合金相图，取某一成分的合金，用示差分析法测定出他的DTA曲线。
试样从液相开始冷却，熔化曲线向上拐折，拐折的特点是：陡直上升，然后逐渐减小，直到接近共晶温度时，DTA接近基线。
在共晶温度处，由于试样集中放出热量，所以出现一个陡直的放热峰，待共晶转变完成后，DTA曲线重新回到基线。
取宽峰将起始下和宽峰的峰值对应的温度T2分别连成光滑曲线，得到液相线和共晶线。
3.电导与热导的关系，导热机制。
答：⑴对金属来说热导率和电导率的关系（维德曼-弗兰兹定律）：室温下许多金属的热导率和电导率之比λ/σ几乎相同，不随金属不同而改变表明导电性好的材料，导热性也好。
λ/σ=LT，L洛伦兹数。
洛伦兹数只有在T＞0℃的较高温度才近似为常数；T→0K时，洛伦兹数趋于0。
⑵传热不同的传热方式，主要传导方式：固体：自由电子、声子、光子。
纯金属：电子。
合金：电子、声子。
半导体、半金属：电子、声子。
绝缘体：声子。
【无机非金属：声子（晶格振动）辐射传热相当于光在介质中传播】4.共析钢热膨胀曲线:⑴热容（A最小）转变体积先膨胀，M＞Fe3C＞P＞A；⑵在加热时，温度到共析点以上，首先是铁素体转变为奥氏体，接着是珠光体转变为奥氏体；⑶由于发生相变而造成体积收缩（陡直下降），当全为奥氏体时，温度升高，原子间距离增大，钢膨胀。
5.淬火刚的回火转变：淬火后组织：M+Ar⑴80～160℃：发生体积收缩，此时析出ε相碳化物，体积收缩是由于碳化物析出，导致M正反度下降；⑵230～280℃：发生了体积膨胀，表面淬火组织中Ar开始分解；⑶260～360℃：体积收缩，M继续分解铁素体和渗碳体混合物；⑷加热到535℃后，再缓慢冷却至室温，冷却曲线200℃附近出现拐折，表面535℃回火钢组织完全变为铁素体和渗碳体。
第二章、材料的电学性能一、基本概念1.压电效应：⑴正压电效应：在某些晶体的一定方向上施加压力或拉力，则在晶体的一些对应的表面上分别出现正、负电荷，其电荷密度与施加外力的大小成正比。
⑵逆压电效应：如果一块晶体置于外电场中，由于电场作用，使晶体正负电荷中心发生相对位移而分离，这一极化又导致了晶体放热形变——电致形变。
2.热释电效应：在某些绝缘体中，由于温度变化而引起电极化状态改变的现象。
3.铁电体：固有电偶极矩的取向一致，E作用下，固有电矩转向。
4.光电导效应：半导体受光辐射时，电导率增加而变得易于导电。
5.PN结的光伏效应：当光照射在PN结上时，在PN结上会产生电动势的现象。
5.光电效应：某些物质受到光照后，引起物质电性发生变化，这种光致电变的现象。
6电介质：能在电场中极化的材料。
7.N、P型半导体：在半导体中加入某种杂质元素并控制其含量分布可以得到主要靠电子或者电子空穴来导电的半导体结构，前者称为N型半导体，后者称为P型半导体。
U。
8.介电强度：指电介质在不发生电击穿条件下允许施加的最大电压d二、基本理论1.分析金属电阻产生原因？（缺陷、杂质）答：量子力学证明：当电子波在0K下通过一个理想的晶体点阵时，它将不受到散射无阻碍传播。
只有在晶体点阵的完整性以及由于晶体点阵离子的热振动，晶体中的异类原子、位错和点缺陷等使晶体点阵的周期性遭到破坏的地方，电子波会受到散射，从而产生了阻碍作用，导电性降低，这是材料产生电阻的本质所在。