材料物理复习大纲

1。力学1材料机械性能介绍材料的力学性质是一门与材料强度相关的学科，即在外部载荷(外力)或载荷与环境因素(温度、介质和加载速率)共同作用下，与材料的变形、损伤和断裂行为规律、物理本质和评价方法相关的学科。2弹性极限se:无永久变形的最大应力比例极限sp:保持弹性比例关系的最大应力值。略小于硒；3影响弹性模量的因素(1)粘合材料的熔点和弹性模量之间的一致性(2)原子结构：对于金属，原子结构对其弹性模量有很大影响。弹性模量周期性变化。(3)温度：随着温度的升高，弹性模量降低。(4)相变：相变影响晶体结构，从而影响弹性模量。相变包括：多晶相变、有序相变、铁磁相变、超导态相变等。陶瓷的弹性模量E和孔隙率p之间的关系可以表示为：E=E0e-bP，E0是孔隙率为零时的弹性模量，b是与陶瓷制备工艺相关的常数。连续矩阵中气密孔的经验公式为：E=E0 (1-1.9P 0.9 P2)4陶瓷材料弹性模量的特征特征1:陶瓷材料的弹性模量通常高于金属。特征2:陶瓷材料的弹性模量不仅与结合键有关，还与陶瓷相组成和孔隙率有关。(金属材料的弹性模量是一个非常稳定的机械性能指标)对于n对两相陶瓷复合材料，两相弹性模量分别为E1和E2，体积百分比分别为V1和V2。当应力与层平行且各层应变相等时，复合陶瓷的平均弹性模量为：E/=E1V1 E2V2当应力垂直于层时，各层的应力相等，复合陶瓷的平均弹性模量为：E=E1E2/(E2V1 E1V2)特征3:陶瓷材料在压缩状态下的弹性模量一般高于拉伸状态下的弹性模量，即压缩状态下的曲线斜率大于拉伸状态下的曲线斜率。5迟滞6屈服强度ss:当应力超过se时，材料开始塑性变形。当应力增加到s点时，试样开始明显塑性变形。曲线上出现一条水平的锯齿形线，表明应力没有增加，试样继续塑性拉伸。这种现象被称为产量。相应的强度称为屈服强度。陶瓷材料的弯曲强度是由于陶瓷材料的塑性小，陶瓷强度主要指其断裂强度。陶瓷弯曲试样的表面粗糙度和边缘倒角对弯曲强度有很大影响。8 .断层正断层类型：断层垂直于最大正应力；切割：沿最大剪应力方向切割。(1)开放(或拉伸)裂纹施加的法向应力垂直于裂纹表面。在应力作用下，裂纹尖端张开，扩展方向垂直于法向应力。这种类型的开放裂纹通常被称为型裂纹。(2)滑动型(或剪切型)裂纹剪应力平行于裂纹表面，裂纹滑动并扩展，通常称为型裂纹。(3)撕裂裂纹在剪应力的作用下，一个裂纹面在另一个裂纹面上滑动和脱离。裂缝的前缘平行于滑动方向，就像撕裂的布。这被称为撕裂裂纹，也称为第三类裂纹。断裂力学：研究裂纹体的力学。给出了裂纹体的断裂准则，提出了材料固有特性的指标断裂韧性。它用于比较各种材料的抗断裂性。根据断裂模式理论，解释为什么脆性材料容易断裂。粉末被压制和烧结时会产生裂纹。英格尔斯理论在带孔的大薄板中，孔末端的应力几乎完全取决于孔的长度和末端的曲率半径，与孔的形状无关。裂纹扩展的临界应力：sc=(Eg/(4c)1/2，其中c是裂纹的一半长度。格里菲斯微裂纹理论奥罗万理论：修正公式Gp是塑料制品随着S的增加，KI也增加。当试样断裂(宏观)或裂纹扩展(微观)时，相应的临界断裂韧度称为断裂韧度(KC或KIC)。KI:反映受外部条件影响的裂纹尖端应力场强度的机械测量。它不仅随外加应力和裂纹长度的变化而变化，还随裂纹的形状类型和加载方式而变化。与材料本身的固有属性无关。断裂韧性KC和KIC:表征材料防止裂纹扩展的能力是衡量材料韧性的定量指标。它与裂纹本身的大小、形状和施加的应力无关。它是材料的固有特性，仅与材料本身、热处理和加工技术有关。当裂纹尺寸不变时，材料的断裂韧性值越大，裂纹不稳定和扩展所需的临界应力就越大。当给定外力时，材料的断裂韧度值越高，当裂纹达到不稳定扩展时，临界尺寸越大。KC是平面应力下的断裂韧性，与板或样品的厚度有关。KIC是平面应变状态下的断裂韧性，是一个材料常数。12基于断裂韧性的材料选择有一个组成部分：实际使用应力为1.3GPa，有两种钢可供选择：钢：sys=1.95 GPa，KIC=45兆帕1/2乙钢：sys=1.56 GPa，KIC=75兆帕1/2假设钢中有一个最大长度为2mm的裂纹，从安全角度来看，如何选择所需的钢？13材料的加工硬化塑性变形后试样的应力两种想法：(1)完全消除内部位错和其他缺陷，使其强度接近理论强度。等轴定向凝固(2)大量缺陷被引入金属中以阻碍位错的运动并提高其强度。陶瓷材料的14种增韧措施第二相如晶须或纤维分布在由晶须或纤维增韧的陶瓷基体中，可使裂纹在扩展过程中转变，从而增加KIC。将第二相粒子引入到非均相弥散强化增韧基体中，利用基体与第二相之间热膨胀系数和弹性模量的差异，在样品制备的冷却过程中，在粒子和基体周围产生残余压应力。随着裂纹的发展，这种压应力使裂纹偏转。氧化锆马氏体相变增韧增韧陶瓷。微观结构增韧超细和纳米尺寸的颗粒或颗粒；颗粒形状的自增强和增韧；15材料硬度硬度是衡量材料硬度和硬度的机械性能指标。它是一种材料在给定载荷条件下形成表面凹痕(刻痕)的阻力。16强制腐蚀在室温下的硅酸盐玻璃和其他陶瓷中，裂纹尖端发生局部腐蚀或裂纹尖端的应力集中在缺陷上，导致材料在低应力下开裂。在新裂纹表面被介质腐蚀之前，裂纹扩展停止，然后进行下一个腐蚀-裂纹循环以形成缓慢增长的宏观裂纹。水和其他化学物质的存在会加速这种腐蚀。这种机制也被称为应力腐蚀。二世。热1热容量：材料在没有相变和化学反应的情况下上升到1K温度时需要吸收的热量，单位：焦耳/千克2晶体热容随温度变化的实验规律；(1)金属元素的摩尔热容在高于某一特征温度(称为德拜温度)后，接近于常数25J/molK。(2)在极低温度下，Cv与温度的立方成正比，并随温度的降低而急剧下降。(3)当温度降至10K以下时，热容量与温度成正比。在0K附近，热容量接近0。3热膨胀的物理性质当温度升高时，平衡位置附近原子的振动会发生变化。由于引力和斥力的作用方式不同，平衡位置两侧原子的变化幅度也不同，从而导致平衡位置偏离原来的位置。微观上，两个原子之间的距离被拉长，宏观上，材料在这个d当材料中的粒子处于较高温度时，热振动强且振幅大，而相邻粒子的温度低且振动弱。由于颗粒间的相互作用力，振动较弱的颗粒的振动增强，热振动的能量在振动较强的颗粒的影响下增加，从而引起热传递和传递。光子传导对于对辐射透明的介质，热阻很小，自由程很大。对于辐射不透明的介质，自由程很小；对于完全不透明的介质，自由程为零，其中辐射传热可以忽略。单晶和玻璃对辐射相对透明，因此773-1273K的辐射传热相对明显。大多数陶瓷材料在室温下是半透明或不透明的，并且光子自由程很小，因此在高温下辐射传热很明显。导电金属的导热机理晶体热传导和非晶热传导的区别在所有温度下，n非晶的热导率(不考虑光子传导的贡献)都小于晶体的热导率。氮晶体和非晶材料在高温下的导热系数相近。非晶态热传导曲线没有峰点m。三世。磁性1基本磁性参数环路电流的磁矩mm磁偶极子的磁偶极矩jm磁化强度m磁极化强度j比磁化强度s磁场强度h磁感应强度b磁化率c比磁化率磁导率2材料的磁性分类抗磁性顺磁性铁磁性防磁亚铁磁性3直接电子交换交换能E=E0 Eex=E02as 1 S2=E02as 1 S2 osje:氢分子的总能量；E0:与自旋无关的能量常数；Eex:与电子自旋取向相关的交换能量；S1s2:自旋角动量；j:自旋角动量之间的角度；答：交换积分表示对应于电子交换位置的能量，与电子云重叠的程度有关。当j=0且cosj=1时，A0和e最小。电子自旋平行排列，自旋磁矩增强，出现铁磁性。如果j=180o且cosj=-1，则A0和e最小。电子自旋是反平行的，自旋磁矩抵消了。推导了铁磁判据必要条件：原子有一个固有磁矩，即原子中必须有一个未填充的电子壳层。充分条件：交换积分A0。如果A0和“电子云”重叠得更多，相邻原子之间的距离(晶格常数A)应该适当地大于3d电子轨道的平均半径R，当30。】4过交换其思想是：O2-外电子为2p6，p电子的空间分布为哑铃形。当氧离子与阳离子相邻时，氧离子的p电子可以被激发到d态，而3d过渡族元素的阳离子的电子根据hunde定律被耦合。此时，剩余的未配对的p电子与另一个相邻的阳离子交换。这种交换是由氧离子介导的，称为超级交换或间接交换。铁磁性和反铁磁性的本质当n=5时，电子自旋只能呈现与3d电子自旋取向反平行排列的状态。如果O1-和右侧的磁性离子之间的交换积分A0导致O1两侧的磁性离子的磁矩之间的反铁磁耦合。如果为A0，则产生铁磁耦合。当n5时，电子自旋只能采取与3d电子自旋取向相同的状态。如果O1-和右侧磁性离子之间的交换积分A0，将产生铁磁耦合，而如果A0，将产生反铁磁耦合。5双交换两种不同价态的过渡族离子之间的交换作用以氧离子为中间介质。例如，La1-XCxMnO 3中的锰离子包括Mn3和Mn4。此时，与超交换效应不同，氧离子的一个P电子进入Mn4，Mn4离子变成Mn3，而氧离子另一侧的Mn3离子的一个电子交换到氧原子的P电子轨道，因此Mn3离子变成Mn4。因为Mn4离子中的电子不是半满的(n5)，所以跳跃到Mn4中的电子自旋与Mn4离子的电子自旋平行耦合。当电子自旋从Mn3跃迁到氧离子P轨道时7常见的永磁和软磁材料材料物理复习大纲第一章材料的光学性质首先，光的波粒二象性，光的干涉和衍射，以及双光束干涉和衍射发生的充要条件1.光的波粒二象性：光波具有波和粒子的属性1)波动性：光在宏观传播过程中表现出波传播的特征(光的干涉和衍射)。2)特殊性：光在微观上表现出颗粒性，例如在物体的电磁辐射和吸收以及光子与物质的相互作用(光的折射和反射、光电效应和康普顿效应)方面3)频率越高，波长越短，能量越强，光子粒子特性越显著；频率越低，波长越长，能量越低，光子波动越明显。在相同的条件下，光子要么显示它们的粒子性质，要么显示它们的涨落，但两者不能同时显示。4)爱因斯坦光电效应方程：E=h=HC/；p=h/c=h/5)光速：c=1/(00)0.5；=c/(rr)0.52.光的干涉和衍射1)干扰a)定义：两束光相遇后，光强在光的叠加区域重新分布，出现明暗交替的稳定干涉条纹。b)条件：频率相等，相位差恒定，振动方向一致现象：雨后油渍和动物羽毛2)衍射a)定义：光波传播到障碍物时，可以绕过障碍物，在一定程度上进入几何阴影区域。条件：只有当障碍物的线性度与光波的波长相当时，衍射才会发生。现象：晚上眯着眼睛看远处的灯光其次，光的反射和折射定律，费马原理，影响折射率的因素，晶体的双折射1.反射和折射定律1)反射定律a)反射线和入射光线位于同一平面(即入射平面)内，并分别位于法线的两侧b)反射角等于入射角2)折射定律a)折射线位于入射平面内b)折射光线和入射光线分别位于法线的两侧。c)对于单色光，入射角的正弦与折射角的正弦之比是常数。sin1/sin2=n2/n1=v1/v2=n212.费马原理的证明3.折射率1)绝对折射率：真空和介质中的光速之比：n=c/v(其余请参见PDF)2)相对折射率：两种(各向同性)介质中的光速比：n21=n2/n1=v1/v23)材料的绝对折射率反映了光在