名词解释及习题2 材工基

07级考试复习——名词解释
1、晶胞和晶系
2、一级相变和二级相变
3、相图和相律
4、费米能级和费米面
5、 结晶和再结晶
6、位错的滑移和攀移
7、拐点分解和上坡扩散 8、白口铸铁和灰口铸铁
9、固溶体和中间相 10、库柏电子对和极化子
费米能级
在绝对零度时，电子对能态的填充是从最低能级一直填充到称为费米能级EF 的最大能级的。

费米能级表示的是金属在绝对零度时的最高填充能级。

费米面 于自由电子来说，在 K-空间中，等能面是球面。

而E=EF 的等能面，称为，其半径：
库柏电子对
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，这种电子对状态称之为库柏电子对。

极化子
在离子晶体中，电子的运动会影响离子的平衡位置；它吸引正离子使之内移，排斥负离子使之外移，从而产生离子的位移极化，导致所在区域内电子静电势的下降，出现趋于束缚电子的势阱，构成电子的束缚态——电子的自陷态。

这可以看成是一个准粒子（电子+晶格畸变），称为极化子
晶胞和晶系
晶胞：晶体结构的基本单元，为一个平行六面体，形状和大小由晶体的结构决定，要求晶胞尺寸要小并尽可能反映晶体内部结构的对称性。

晶胞共有七种类型，分属七大晶系。

晶胞的类型由其晶胞的三个边长a 、b 、c 和他们之间的夹角α、β、γ（称为晶格常数）的相互关系所决定。

固溶体 外来组分（离子、原子、或分子）分布在基质晶体晶格内，类似溶质溶解在溶剂中一样，并不破坏晶体的结构，仍旧保持一个晶相，称固溶体。

拐点分解
随温度下降，液相（固相）分成两种互不相溶的液相（固相）即为拐点分解。

相图
相图是用来表示材料的平衡相状态和温度及成分关系的综合图形
相律--多相平衡系统的普遍规律：
F=c-p+n
式中：n 为能够影响系统的平衡状态的外界因素的数目，一般n=2（温度和压力）
白口铸铁：含碳量在2.11～6.69%之间的铁碳合金，根据室温时组织的不同，又分为三种： 亚共晶白口铸铁，含碳量在2.11～4.3%之间；
共晶白口铸铁，含碳量为4.3%；
过共晶白口铸铁，含碳量在4.3～6.67%之间
/2F F mE k
灰口铸铁
灰口铸铁是因断口呈灰色而得名，简称灰铸铁。

化学成分一般为：2.5～3.6%C、1.1～2.5%Si、
0.6～1.2%Mn，P≤0.5%，S≤0.15%。

组织特点：在基体上分布着片状石墨。

基体有：铁素体、珠光体—铁素体、珠光体三类。

因此，可以把灰铸铁看成是钢加上片状石墨。

再结晶：当变形金属加热到较高温度，由于原子活动能力增大，使发生严重畸变的晶粒重新成核、长大，形成无畸变的晶粒。

1.名词解释：
弹性模量弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。

它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。

又称杨氏模量可
断裂韧性是断裂力学认为能反映材料抵抗裂纹失稳扩展能力的性能指标，
既能表示强度又能表示脆性断裂的指标
广义的断裂韧性，表征材料的断裂特性。

在断裂力学基础上建立起来的材料抵抗裂纹扩展断裂的韧性性能称为断裂韧性。

电导率：电导是指真实电荷在电场作用下在介质中的迁移。

电导率的单位为S.m-1，它是衡量材料导电能力的表观物理量，它定义为在单位电位下流过每立方厘米材料的电流I（A）。

σ＝IL/V S（S/m）L是样品厚度，m；S是样品面积,m2;V是电位，V
热导率：是材料传输热量的速率的量度，当存在温度梯度∆T/∆X时，热导率和每秒通过给定截面A和热量Q相关：
Q/A= λ∆T/∆X
(λ的单位为W.M-1.K-1或J.M-1S.K-1)
介电常数ε表示单位面积和单位厚度电介质的电容质，单位与ε0相同为F.m-1。

介电损耗电介质在交变电场作用下，由于发热而消耗的能量
载流子电流是电荷在空间的定向运动。

任一物质，只要存在电荷的自由粒子－－载流子，就可以在电场作用下产生导电电流。

金属中为电子，高分子和无机材料为电子或离子。

本征电导为电子电导和空穴电导同时存在。

迁移率物理意义为载流子在单位电场中的迁移速率。

布氏硬度
是应用最广泛的压痕型硬度试验法之一。

测定布氏硬度是用一定的压力将淬火钢球或硬质合金球压入试样表面,保持规定的时间后卸除压力,于是在试件表面留下压痕.单位压痕表面积S上所承受的平均压力,即定义为布氏硬度值.
•HB=P/S=P/πhD=2P/{π D[D-(D2-d2)1/2]}
洛氏硬度
是一种压痕测定硬度的方法,用压痕深度t来表征材料的硬度;压头有两种圆锥角是120︒的金刚石圆锥体;直径D=1.588mm的淬火钢球.
HR=K-t/0.002,金刚石圆锥头时K=100,淬火钢球K=130.
维氏硬度
维氏硬度与布氏硬度类似，用单位压痕面积上承受的名义应力值来计算硬度，但采用的压头不同。

采用金刚石的四方角锥体为压头,四方角锥体两相对面的夹角为136︒.
已知载荷P，测定出压痕两对角线长度后取平均值d，代入下式即可求得HV，一般不标注单位。

HV=2psin(136︒/2)/d2=1.8544P/d2
P=5, 10, 20, 30, 50和100kgf (1kgf=9.8N)
2.子晶体的电导率随温度如何变化？其电导机制是什么？半导体的电导率随温度如何变化？
半导体电导率与温度T的关系为：lnσ = C—（E g/2kT）
3.绝缘体、半导体和金属的能带理论，半导体的光电导现象是如何产生的？
•导体的能带固体理论指出 1）在无外电场时，无论绝缘体、半导体或导体都无电流；2）在外场作用下，不满带导电而满带不导电。

•
•绝缘体的能带惰性气体的原子中各能级原来都是满的，结合成晶体时能带也为电子所填满，固为绝缘体。

离子晶体各外层电子均被填满，能带本来系有两个能量相差较大的能级分裂而来，禁带宽度较大，因而是典型的绝缘体。

•在满带与导带之间存在一个较大的禁带，约大于6.408×10－19J，禁带越宽，绝缘性越好。

•无机绝缘体对温度的稳定性好。

有机绝缘体随温度升高发生裂解，因游离出碳而使绝缘体变性。

•
半导体的能带导电性能介于绝缘体与导体之间的物质称为半导体。

升高温度或掺入杂质，都可改变其电阻，可广泛用于晶体管、二极管，镇流器、太阳能电池等方面。

（1）本征半导体半导体的禁带宽度较小，约在1.602X10-19(1.0 eV)附近。

例如室温下硅为1.794X10-19J(1.10 eV)。

固在室温下晶体中原子的振动就可使少量电子受到热激发，从满带跃迁到导带，即在导带底部附近存在有少量的电子，从而在外电场下显示一定的导电性。

（2）杂质半导体半导体的电阻对晶体中的杂质很敏感，大多数半导体的性质与杂质的种类和含量有关。

半导体的光电现象当光照射材料时，同样可使满带中的电子获得足够的能量激发到导带从而产生电子-空穴对，自由电子和自由空穴的变化导致电阻率的变化，这种由光照而使满带中的电子激发到导带的现象称为光电导效应。

光电导的实质是对电子电导作贡献的载流子浓度受光激发而增大的现象。

4.写出理论断裂强度、格列菲斯(Griffith)和Griffith-Orowan-Irwin公式并写出各个物理量的物理意义。

理论断裂强度σm=(E.γs/α0)1/2
E为弹性模量γs:表面能α0:原子间的平衡距离
格列菲斯：临界应力为：σc=[2Eγs/(πa)]1/2 (a为裂纹半长)
临界半裂纹长度为：a c=2Eγs/(σπc2)
Griffith-Orowan-Irwin公式σc=[2E(γs+γp)/( aπ)]1/2
γp著是塑性变形功，γp比γs大几个数量级，是裂纹扩展需要克服的主要阻力。

5.体结构讨论陶瓷材料与金属材料的弹性形变和塑性形变的差异。

6.据材料磁化率，可把材料的磁性大致分成哪五类？我们最常用的磁性材料为其中的哪两类？
铁磁性材料、亚铁磁性材料、顺磁性材料、反磁性材料、抗磁性材料
7.介电常数（εr）是电介质材料的一个十分重要的性能指标，其物理意义是什么？介电常数与哪些极化作用有关？
εr 是个无因次的纯数，称为电介质的相对介电常数，表征电解质贮存电能能力的大小，是介电材料的一个十分重要的性能指标。

8.半导体的光导现象的原因是什么？光导现象有哪些应用。

举出例说明何为n型和p型半导体？
照射材料时，同样可使满带中的电子获得足够的能量激发到导带从而产生电子-空穴对，自由电子和自由空穴的变化导致电阻率的变化，这种由光照而使满带中的电子激发到导带的现象称为光电导效应。

光电导的实质是对电子电导作贡献的载流子浓度受光激发而增大的现象。

n型半导体。

Si、Ge中掺入少量的P、Sb、Bi或As。

因价电子多出一个，在导带附近会形成由杂质造成的能级。

这种杂质能级与导带之间的禁带宽度很窄，故余的一个电子在室温下就可跃迁到导带上去。

p型半导体，Si、Ge中掺入少量的B、或Al。

因缺少一个电子，以少许的能量就可使电子从价带跃迁到掺杂能级上，相应地在价带形成一定数量的空穴，这些空穴可看成是参与导电的带有正电的载流子。

9.料的应力-应变曲线有哪几种？简要说明其特征。