【知识总结】材料物理与性能

材料物理与性能知识点

第一章-材料的热学性能

1·杜隆-珀替将气体分子的热容理论直接应用于固体,从而提出了杜隆－珀替定律（元素的热容定律）：恒压下元素的原子热容为。实际上，大部分元素的原子热容都接近该值，特别在高温时符合的更好。

2·柯普定律：

化合物分子热容等于构成该化合物各元素原子热容之和

3·普朗克基本观点：质点的热振动大小不定，即动能大小不是定值，但能量是量子化的。

1)爱因斯坦热容模型：

基本观点：原子的振动是独立而互不依赖的；具有相同的周围环境，振动频率都是相同的；振动的能量是不连续的、量子化的。

结论：

高温时，Cv=3R，与杜隆-珀替公式相一致。

低温时，Cv随T变化的趋势和实验结果相符，但是比实验更快的趋近于零。

T→0K时，Cv也趋近于0，和实验结果相符。

2）德拜比热模型

基本观点：晶体中原子具有相互作用，晶体近似为连续介质。

由于晶格中对热容的主要贡献是弹性波的振动，声频波的波长远大于晶体的晶格常数，可以把晶体近似看成连续介质。。

结论：

温度较高时，即T 》θD时，Cv=3R，即杜隆-珀替定律。

温度较低时，即T《θD时，Cv与T3成正比并随T→0而趋于0.温度越低，与实验值越吻合。弥补了爱因斯坦量子热容模型的不足，但不能解释超导等复杂问题（因为晶体不是连续体）。4·膨胀系数：用来描述温度变化时材料发生膨胀或收缩程度的物理量。（此部分的公式难以打出，麻烦看书）

假设物体原来的长度为，温度升高后长度的增加量为，实验得出：

△l/l0=αl*△T

式中：αl为线膨胀系数，即温度升高1K时，物体的相对伸长量。同理，物体体积随温度的增加可表示为

式中：αV为体膨胀系数，相当于温度升高1K时物体体积相对增长值。

5·热膨胀与性能的关系

1）热膨胀与结合能、熔点的关系：

质点间的结合力越强，热膨胀系数越小，熔点越高。金属和无机非金属材料的线膨胀系数较小；聚合物材料则较大。

2）热膨胀与温度、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。升高单位温度时能量的增量也就是热容的定义，所以，热膨胀系数显然与热容密切相关并有着相似的规律。

3）热膨胀与物质结构的关系

对于相同组成的物质，由于结构不同，膨胀系数也不同。通常结构紧密的晶体比非晶体的膨胀系数要大。温度变化引起的晶型变化也会引起体积的变化。

6·热稳定性：材料承受温度急骤变化而不致破坏的能力.(抗热震性）

热冲击损坏类型：

1）抗热冲击断裂性：抵抗材料发生瞬时断裂的能力

2）抗热冲击损伤性：在热冲击循环作用下，材料表面开裂，剥落并不断发展，最终失效或断裂；材料抵抗这类破坏的能力。

7·热膨胀的物理本质归结为点阵结构中的质点间平均距离随温度的升高而增大。

8·热传导的微观机理：声子传导和光子传导。

第二章-缺陷物理与性能

1·晶体缺陷的类型分类方式：

几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等

形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等

2·填隙原子和肖脱基缺陷可以引起晶体密度的变化，弗伦克尔缺陷不会引起晶体密度的变化。3·位错的运动

位错的滑移：指位错在外力作用下，在滑移面上的运动，结果导致永久形变。

位错的攀移：指在热缺陷的作用下，位错在垂直滑移方向的运动，结果导致空位或间隙原子的增值或减少。

4·材料在塑性变形时，位错密度大大增加，从而使材料出现加工硬化。当外加应力超过屈服强度时，位错开始滑移。如果位错在滑移面上遇上障碍物，就会被障碍物钉住而难以继续滑移。

5·热弹性高分子材料在塑性变形时的硬化现象，其原因不是加工硬化，而是长链分子发生了重新排列甚至晶化。

6·加工硬化原理（此是考试重点）：经过冷加工的金属材料位错密度大大增大，位错之间的相互作用也越大，对位错进行的滑移的阻力也越大，这就是加工硬化原理。

第三章材料的力学性能

1·力-伸长曲线和应力应变曲线（书上的低碳钢的力伸长曲线图好好的看看，理解一下）2·弹性模量，又称杨氏模量，可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。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。

3·缩颈：韧性金属材料在拉伸实验时变形集中于局部区域的特殊现象，他是应变硬化和截面积减小共同作业结果。

第四章导电物理与性能

1.导电原理极其主要特征：（个人认为必考）

经典自由电子导电理论，连续能量分布的价电子在均匀势场中的运动。

量子自由电子理论，不连续能量分布的价电子在均匀势场中的运动。

能带理论，不连续的能量分布的价电子在周期性的势场中的运动。

2.BCS理论认为，超导现象来源于电子与声子相互作用所产生的电子对，处于超导状态时，电子对的运动是相关联的，致使杂质原子和缺陷对其不能进行有效的散射。当瞬时结合的电子对之中的某一个电子被散射时，另一个与其相关的电子会发生同样反应，此时将继续保持电子运动的非对称性分布，电子对将不损耗能量，从而导致超导电性的出现。

导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。（重点）

3·本征半导体:纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。

4·在本征半导体中掺入微量的杂质元素，成为杂质半导体，也叫非本征半导体。

5·半导体的物理效应：

热敏效应，半导体的导电主要是由电子和空穴造成的。温度增加，使电子动能增大，造成晶体中自由电子和空穴数目增加，因而使电导率升高。

电压敏感效应。