材料物理性能ppt课件

材料物理性能,2.2电子类载流导电,2.2.1金属导电机制,载流子为自由电子,经典理论：所有自由电子都对导电做出贡献。,量子理论，两点基本改进:nef表示单位体积内实际参加热传导的电子数,即费米面能级附近参加电传导的电子数m*为电子的有效质量，考虑晶体点阵对电场作用的结果,实际导电的载流子为费米面附近的自由电子！,电阻的本质在绝对零度，在具有严格周期性的理想晶体中的电子和空穴的运动像理想气体分子在真空中的运动一样，电子运动时不受阻力，迁移率为无限大。,理想晶体中晶体点阵的周期性受到破坏时，才产生阻碍电子运动的条件。（1）晶格热振动（温度引起的离子运动振幅的变化）（2）杂质的引入位错及点缺陷在电子电导的材料中，电子与点阵的非弹性碰撞引起电子波的散射是电子运动受阻的本质原因。,3.马西森定律：,与温度有关,与杂质浓度有关，有温度无关,温度温度升高，离子振幅愈大，电子愈易受到散射，正比关系,2.杂质存在，使金属正常结构发生变化，引起额外的散射,2.2.2电阻率与温度的关系,1)一般来说，温度越高，电阻率越大。在温度高于室温情况下,为电阻温度系数：,纯金属：=410-3/,铁磁性金属，Fe为610-3/，Co为6.610-3/，Ni为6.210-3/,2）金属电阻率在不同范围内与温度变化的关系不同,3)金属熔化时，电阻增高1.5-2倍，金属原子规则排列遭到破坏，增加了对电子散射。K，Na正常Sb反常，共价键变为金属键铁磁性金属有时发生反常。Tc:居里点铁磁性金属内d及s壳层电子云相互作用的特点决定的,2.2.3电阻率与压力的关系,在流体静压下，大多数金属电阻率是下降的：,正常金属：Fe,Co,Ni,Pt,Cu,Ag,Au,Zr,反常金属：碱金属，稀土Ca,Sr,Bi,Sb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，费密能和能带结构都将发生变化，大部分金属电阻率是下降的。,2.2.4冷加工和缺陷对电阻率的影响,纯金属：冷加工后纯金属的电阻率增加2%-6%，W的电阻增加30%，Mo增加15-20%,固溶体：一般增加10%-20%有序固溶体：100%,反常：Ni-Cr,Ni-Cu-Zn,Fe-Cr-Al等形成K状态，电阻率降低。,机理：冷变形-晶格畸变-增加电子散射几率-导致电阻率增加,马西森定律：,M表示与温度有关的退火金属的电阻率，剩余电阻率，与温度无关,冷加工金属退火，可以回复到冷加工前金属的电阻值。,晶格畸变，晶体缺陷导致电阻率增加值为,空位,位错,m，n在0-2之间变化。,空位，间隙原子及它们的组合，位错都使金属电阻增加。前二者的作用远超过后者。,2.2.4冷加工和缺陷对电阻率的影响,空位的产生：（1）形变；（2）高能粒子辐射中产生；（3）淬火也可以产生。,位错：位错引起的电阻率的变化与位错密度之间呈线性关系,2.2.5固溶体的电阻率,形成固溶体的电阻率的变化.,现象：形成固溶体时，合金导电性降低。,机理：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固溶体组元的化学相互作用,一般电阻率最大在50%处，铁磁性及强顺磁性金属组成的固溶体有异常。,:1%(原子百分比）杂质引起的附加电阻率,Z:溶剂和溶质原子化合价之差,马西森定律,表铜合金的性能,2.2.5固溶体的电阻率,有序合金的电阻率：组元的化学作用加强-导电电子数下降-电阻率增加晶体离子势场更对称-电子散射的几率下降-电阻率下降综合作用：电阻率比无序状态下降（一般）,2.2.5固溶体的电阻率,不均匀固溶体的电阻率：K状态：在合金元素中含有过渡金属的，Ni-Cr,Ni-Cu-Zn,Fe-Cr-Al等为单相合金，但回火时，电阻有反常升高，加工时电阻率下降。组元原子在晶体内不均匀分布-内部原子的聚集-增加原子的散射几率-电阻升高冷加工在很大程度上消除了这种不均匀状态,2.2.5固溶体的电阻率,小结：缺陷，杂质，第二组元可以考虑为“缺陷”，一般而言，均匀分布的缺陷比其呈原子团方式分布时，迁移率降低更多，电阻率上升更多。问题：许多工程应用中，要求金属导线具有高强度和高导电率的综合性能，假设足够高的强度可以通过冷加工获得，也可以由固溶强化获得，从电导角度看，采用哪种方式？为什么？,【案例-材料设计】导电材料的选择和设计电导材料是现代工业必不可少的材料。一般导电合金选材和设计的核心物理性能参数是电导率（电阻率）；其次有一定的强度要求。结合金属材料的导电性，银、铜和铝具有较高的电导率。考虑成本，一般选用铝，其次是铜。关于强度，可以采用形变强化和合金化的提高强度。,【案例-材料设计】精密电阻合金的选材和设计精密电阻合金是电路的基本组成元件，电阻值稳定可