哈工大材料物理性能

金属导电
阻碍晶体中电子运动的原因：电子与点阵的非弹性碰撞。

机理：1 晶格热振动（温度引起的离子运动振幅的变化）
2 杂质的引入
杂质存在，使金属正常结构发生变化，引起额外的散射。

3 位错及点缺陷
影响因素：
1.温度
温度升高，离子振幅越大，电子越易受到散射，电阻率增大。

在不同温度范围内电阻率与温度变化的关系不同。

金属熔化时，电阻率突然增大。

铁磁体在居里温度处变化反常。

2.压力
在流体静压下，大多数金属的电阻率下降，有时大的压力使材料由半导体和绝缘体变为导体。

原因：金属原子间距变小，内部缺陷形态、电子结构、费米能和能带结构都将发生变化，因而电阻率下降。

3.冷加工和缺陷
除了K状态，大部分金属冷加工和电阻率增大。

机理：晶格畸变（空位、间隙原子以及它们的组合，位错使金属电阻增加，前二者作用远大于后者）。

冷加工后退火，电阻率减小，可以回复到加工前电阻值。

4.固溶体
形成固溶体时，合金导电性能降低。

机理：1. 加入溶质原子——溶剂的晶格发生扭曲畸变——破坏了晶格势场的周期性——增加了电子散射几率。

2. 固溶体组元的化学相互作用。

合金有序化后电阻率下降。

离子导电机制：
1.本征导电
晶体点阵的基本离子由于热振动离开晶格，形成热缺陷。

2.杂质导电
参加导电的载流子主要是杂质。

本质：离子导电是离子在电场作用下的扩散现象（空位扩散、间隙扩散、亚晶格间隙扩散）。

影响因素：
1.温度升高，电导率升高。

2.晶体结构（导电激活能不同）
熔点高，电导率下降
晶体有较大间隙，电导率上升
碱卤化物：负离子半径增大电导率升高；一价正离子比高价正离子电导率高。

3.点缺陷降低电导率
4.快离子导体
半导体导电
杂质半导体电导率较本征半导体高。

加入P形成施主能级，加入Al形成受主能级。

极化——电介质在电场作用下产生束缚电荷的现象。

电介质——在电场作用下能建立极化的物质。

弛豫时间——电介质完成极化需要的时间。

极化机制：
1.电子位移极化（可逆；与温度无关）
2.离子位移极化（可逆；温度升高，极化增强）
3.电子弛豫极化（不可逆；随温度升高极化强度有极大值）
4.离子弛豫极化（不可逆；随温度升高有极大值）
5.取向极化（能保存下来；随温度升高有极大值）
6.空间电荷极化（随温度升高减弱）
电导率小的介质承受的场强高，大的介质承受的场强低。

材料的不均匀性降低其击穿场强。

热释电效应——晶体由于温度的作用而使其电极化强度改变。

铁电体——极化强度与外加电场呈电滞回线的晶体为铁电体。

电畴——铁电体自发极化时能量升高，状态不稳定，晶体趋向于分成许多小区域，每个小区域电偶极子沿同一方向，不同小区域的电偶极子方向不同，每个小区域为电畴。

一般电介质>压电体>热释电体>铁电体
光学性能
光在介质中的传播速度取决于介电常数和磁导率。

折射本质——一部分能量被吸收，同时光波速度减小，导致折射。

光子与固体作用的微观现象：
1.电子极化
光中电场分量与传播过程中每一个原子都发生作用，引起电子极化；
2.电子能态的改变
光子被吸收和发射，都可能涉及到固体材料中电子能态的转变。

材料折射率的影响因素
1.材料元素的离子半径（离子半径增大，折射率增大）
2.材料的结构、晶型（非晶态和立方晶体结构只有一个折射率）
3.材料的内应力
4.同质异构体（高温相N小，低温下N大）
色散——材料的折射率随入射光的频率的减小而减小的性质，称为折射率的色散。

（原理：频率不同导致介质极化强度不同，从而导致折射率不同）
非金属材料的透过性
机制：
1.电子极化（只有光的频率与电子极化时间的倒数处于同一数量级）
2.电子受激吸收光子而越过禁带
3.电子吸收光子受激进入位于禁带中的杂质或缺陷能级
每一种金属材料对特定波长一下的电磁波是不透明的，其具体波长取决于禁带宽度。

散射与波长（波长越小，散射越严重）、散射颗粒大小、分布、数量以及散射相与基体的相对折射率有关。

1. 发光
由于受温度之外的其他因素导致的固体向外发射可见光的现象。

包括荧光和磷光。

2. 热辐射
利用高温使材料发光。

光导电性——光子照射到半导体表面，能产生光诱导的导电性，称为光导电性。

材料的热性能
德拜温度反应了原子结合力，值越大原子结合力越大。

影响热膨胀的因素：
1. 合金成分和相变
2. 晶体缺陷
3. 晶体的各向异性（弹性模量较高的方向上有较小的膨胀系数）
4. 铁磁性合金的铁磁转变（反常，磁致收缩抵消了合金正常的热膨胀）
5. 加工及热处理
热导率影响因素：
1. 纯金属
1. 温度（先增后平再减）
2. 晶粒大小（晶粒粗大，热导率高）
3. 各向异性
4. 杂质降低热导率
2. 合金
1. 无序固溶体（浓度增加热导率减小）
2. 有序固溶体（热导率提高）
3. 钢（奥氏体<淬火马氏体<回火马氏体<珠光体）
3 无机非金属
1. 温度
2. 化学组成
3. 晶体结构
晶体结构越复杂，热导率越低
4. 非晶热传导有特殊性
① 不考虑光子导热，在所有温度下，非晶导热低于晶体；
② 在较高温度下热导率比较接近
③ 非晶热导随温度变化没有出现极值。

弹性性能
弹性模量影响因素：
1. 温度
温度升高，E 降低
2. 相变
加热时E 增加，降温时E 减小
3. 固溶体
T L k e 0/=σ
粘弹性——材料在小应力作用小表现出粘性和弹性（被认为是严重发展的滞弹性）
滞弹性——与时间有关的弹性称为滞弹性
内耗——由于固体内部原因而使机械能消耗的现象的称为内耗或阻尼
内耗机制：
1.点阵中原子有序排列形成内耗
2.与位错有关的内耗
3.与晶界有关的内耗
4.磁弹性内耗
5.热弹性内耗
6.伪弹性内耗
7.相变内耗
磁性能
磁性分类：抗磁性、顺磁性、反铁磁性、铁磁性、亚铁磁性。

组成物质的原子具有完全填满的电子壳层，具有抗磁性。

顺磁性：源自未填满的内电子壳层中那些未成对的电子具有的磁矩，绝大多数的过渡金属和稀土金属具有顺磁性。

铁磁性条件：
1.内层电子未填满
2.未填满的电子层有较小的轨道半径
3.未填满的电子层的电子能带很窄
磁致收缩——铁磁体在磁场中磁化，形状和尺寸都发生改变。

磁弹性能——磁化时材料变化尺寸受限制，产生应力，从而产生弹性能，物体内部缺陷，杂质都可能增加其磁弹性能。

自发磁发理论：交换积分A>0时，相邻原子磁矩同向排列，从而实现自发磁发，产生铁磁性。

本质——静电力迫使电子自旋磁矩平行排列。

铁磁性产生条件：1. 原子内部要有未填满的电子壳层（本征磁矩不为0），2. Rab/r>3，使交换积分A为正（一定的晶体结构）
铁磁性——所有偶极子指向相同的方向
反铁磁性——方向交替变化的偶极子具有相同的大小
亚铁磁性——如果相反方向交替排列的两种偶极子大小不同
磁畴——磁体由不同磁偶极矩取向的小区域组成的每一区域为磁畴。

磁畴的形成：
1.单晶
交换能力——晶体自发磁发饱和，磁化方向沿晶体易磁化方向——产生磁极——退磁场——破坏已形成的自发极化——分畴（减小退磁能是分畴的基本动力）
2.多晶
晶界：磁畴壁一般不穿过晶界作用
夹杂物，空洞：（1）出现楔形畴附加畴
（2）吸收畴壁的作用
不均匀应力：磁化不均匀，出现散磁场
技术磁化——外加磁场对磁畴的作用过程，外加磁场把各个磁畴的磁矩方向转到外磁场方向的过程。

技术磁化机制：
（1）未加磁场时，形成两个磁畴，磁畴壁通过夹杂相
（2）H增加，磁畴壁移动，形成几段圆弧（内部原子磁矩转向过程），取消磁场，可以回到原位（第一阶段，可迁移阶段）
（3）H继续增加，磁畴壁脱离夹杂物，到达中线，再达到另一夹杂物，不会由于H取消回到原位，为不可逆迁移，磁导率较高）
（4）H再增加，整个磁畴的磁矩方向转向外磁场，为畴的旋转过程。

宏观磁性达到最大值。

影响磁畴壁迁移的因素：
（1）材料中的夹杂物，第二相，空隙数量及分布；
（2）内应力的大小
（3）磁晶各向异性
（4）磁致伸缩及磁弹性能
影响合金铁磁性和亚铁磁性的因素：
1.温度
对铁磁性材料：饱和磁化强度是温度的减函数
对于亚铁磁性材料：由不同相，但磁相互作用相反的磁结构组成的。

则每个磁结构因来源不同，与温度的关系也不相同。

2.加工硬化的影响
点阵畸变磁导率下降
晶粒破碎矫顽力上升
内应力增加剩磁强度先下降后上升，存在临界形变，与Ms无关
材料纯度高，等轴状，及小的内应力，大的晶粒度，得到高的磁导率。