2011材料物理性能考试重点

编号：编号：2011120720111220材料物理性能考试重点一、材料的热性能晶格热振动：固体材料由晶体或非晶体组成,点阵中的质点（原子、离子）并不是静止不动的,而总是围绕其平衡位置作微小振动。格波：不同原子不同的振动位相差,就像简谐波一样在晶体中传播晶格热振动,这种波称为格波。是多频率振动的组合波。声频支振动：振动着的质点中所包含的频率甚低的格波,质点彼此之间的相位差不大,格波类似于弹性体的应变波,称为“声频支振动”。光频支振动：格波中频率甚高的振动波。质点间的位相差很大,邻近质点的运动几乎相反,频率往往在红外光区,称为“光频支振动”。简谐波的基本特征量：频率和波矢量声子：每个独立振动模式的能量均是以hWj为最小基本单位，格波能量的增减必须是hw.的整数倍，即能量是量子化的。把这种能量的量子“hw.”称为声子。ii热容：金属铜摩尔热容随温度的变化曲线：I区（接近于OK）CV,m^TII区（低温区）CV,m^T3III区（高温区）CVm>3R，CVm变化很平稳，近于恒定值。若升温过程中发生相V，mV，m于恒定值。若升温过程中发生相变，而产生热效应，则将使Cv,m——T曲线发生变化。热分析法：差热分析法、差示扫描量热法、热重分析法、热膨胀分析法。影响热膨胀性能的因素：键强、晶体结构、非等轴晶系的晶体、相变、化学成分

热导率2的物理意义是单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量，单位是J/（m.s.K），标志着材料本质的导热能力。020406080100r/K在达到1600OC高温后，入随温度的升高又会有少许回升，这是由于光子导热作用逐渐增强的结果。由此可看出：对于一般的-Bcrman(19511*■■OL«?flKiagery(l%0)憾韬界面oL«WKingcryf196(9石梃界面020406080100r/K在达到1600OC高温后，入随温度的升高又会有少许回升，这是由于光子导热作用逐渐增强的结果。由此可看出：对于一般的-Bcrman(19511*■■OL«?flKiagery(l%0)憾韬界面oL«WKingcryf196(9石梃界面1II11丄」°'°0200400^600EOO10001200140077K非金属晶体材料，在常用的温度区间内，入是随着温度的升高而降低的。材料的热稳定性是指材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力，又称抗热震性。（无机材料和其它脆性材料的热稳定性较差）材料的热冲击顺坏有两种类型：一种是材料发生瞬时断裂，抵抗之类破坏的性能称为抗热冲击断裂性；另一种是在热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落，并不断发展，最终碎裂或变质，抵抗这类破坏的性能称为抗热冲击损伤性。提高抗热冲击断裂性能的措施（1）提高材料的强度，减小弹性模量E，使O/E提高（2）提高材料的热导率入（3）减小材料的热膨胀系数a（4）减小表面散热系数h

（5）减小产品的有效厚度rm二、材料的导电性1、从导电角度出发，根据导电机理、参照材料导电性的高低，习惯上将材料划分为导体、半导体和绝缘体。2、半导体材料的载流子包括导带中的电子和价带中的空穴。n型半导体中，导带中的电子体积密度远远多于价带的空穴，是占主导地位的载流子；p型半导体中数量占优势的载流子为价带的空穴。（数量占优势的载流子称作多数载流子）3、电阻的影响因素：温度、缺陷、杂志。4、材料中所有价电子都参与成键、并且所有键都处于饱和（原子外电子层填满）状态，这类半导体称作本征半导体。与之相对的是掺杂半导体。掺杂半导体中，所有结合键处被价电子填满后仍有部分富于价电子，称作n型半导体。掺杂半导体中，在所有价电子都成键后仍有些结合键上缺少价电子，而出现一些空穴，称作p型半导体。耗尽区载流子浓度激发区（1）低温区：导带中的电子主要来自于掺杂原子的电离。耗尽区载流子浓度激发区（2）中温区：电离基本完毕，半导体中总得载流子浓度保持不变。（3）高温区：本征激发占据主导地位，本征激发载流子远远高于掺杂浓度。T5、超导体两种热性：完全导电性、完全抗磁性。超导体三个性能指标：超导转变温度Tc、临界磁场He、临界电流密度Jc三、材料的磁性能真空磁导率卩o=4nX10-7H・m-l磁导率是单位磁场中材料的磁感应强度大小，是表征磁体的磁性、导磁性及磁化难易程度的磁学量。根据磁化率x的大小，材料的磁性分为铁磁性、顺磁性、抗磁性三大类。原子磁矩的三个来源：电子轨道磁矩、电子自旋磁矩、原子核磁矩。材料在外加磁场H中时，使它所在的空间的磁场发生变化，产生一个附加磁场H',材料本身呈现出磁性，这种现象叫磁化。磁化过程中两个重要特性：磁各向异性、磁致伸缩磁致伸缩：在磁场中磁化时，铁磁体的长度或体积发生变化的现象。磁各向异性：材料沿不同方向磁化的难易程度不同。磁畴：在铁磁体物质中，存在许多微小自发磁化区域，称为磁畴。成因：稳定的磁结构要求：总能量最低磁畴的形状、尺寸、磁畴壁的厚度由交换能、退磁场能、磁晶各向异性能以及磁场能（存在外磁场时）、磁弹性能（存在外应力时）决定。平衡状态的磁畴结构和磁畴壁应具有最小的能量。畴壁——布洛赫壁、奈尔壁永磁材料：金属永磁材料、铁氧体永磁材料、稀土永磁材料软磁材料：金属软磁材料、铁氧体软磁材料、非晶及纳米晶软磁材料铁磁性材料的磁化曲线（复杂）：可逆磁化阶段、不可逆磁化阶段、饱和磁化阶段、顺磁磁化阶段在直流磁场中测量的磁导率称为静态磁导率，根据不同的用途和直流磁场的特点有：起始磁导率；最大磁导率；增量磁导率；微分磁导率标志永磁体性能好坏的参数：最大磁能积、矫顽力、剩于磁感应强度、（稳定性——温度系数和不可逆损失）铁电体的类型：1、有序-无序型铁电体2、位移型铁电体3、有序-无序和位移复合型铁电体。1/tan称为品质因数Q,是表征软磁材料在高频应用时的性能指标。磁谱是指铁磁体在交变磁场中的复数磁导率的实部和虚部随频率增加而变化的曲线。在材料的磁谱曲线上,下降到初始值的一半或达到极大值时所对应的频率称为该材料的截止频率f。是磁性材料能够使用的频率范围的重要标志。

磁性能材料的铁芯损耗一般包括磁滞损耗、涡流损耗、剩余损耗磁电阻效应：材料的电阻随外加磁场的变化而改变的现象。分为：正常磁电阻（0MR）、各向异性磁电阻（AMR）、巨磁电阻（GMR）。(E/V)IAIZ=-^T<Ie(E/V)IAIZ=-^T<Ie顺磁材料与抗磁材料的磁化曲线抗磁、顺磁性材料磁化曲线特点：—线性—磁化可逆性—斜率很小（M-H）铁磁体的磁滞回线B随H变化规律oab同磁化曲线；减小H,B沿bc减小,当H=0时,B=Br（剩余磁感应强度）这就是铁磁金属的剩磁现象；cd想去掉剩磁需加反向磁场.H=-Hc，B=0，Hc为去掉剩磁的临界外磁场,称为矫顽力。cd曲线也称为退磁曲线，从此曲线可得出考核永磁材料的重要参数。继续在反方向增加H--Hs，磁化曲线沿de到-Bs从-Bs改为加正方向磁场，随Hf,B沿e馆b曲线变化为BsB变化总是落后于H的变化,这种现象称为磁滞效应——磁滞回线——铁磁材料的重要特征之一。四、材料的介电性能极化：电介质在电场作用下发生正负电荷中心分离，产生束缚电荷的现象。在电介质中起主要作用的是束缚电荷，束缚电荷不形成漏电电流，在电的作用下，它们以正、负电荷重心不重合的电极化方式传递和记录电的影响。相对介电常数放映了电介质极化的能力。表征压电元件的常数：谐振频率和反谐振频率、频率常数、压电常数d33、电学品质因数和机械品质因数Qm、机电耦合系数k极化机理：电子极化、离子极化、偶极子取向极化、空间电荷极化极化形式：位移式极化、松弛极化、自发极化机电耦合系数k是衡量压电材料的机一电能量转换能力的一个重要参数。机电耦合系数是能量之比，无量纲，其最大值为1。当k=0时，则意味着无压电效应。常见的机电耦合系数有：平面耦合系数、横向耦合系数、纵向耦合系数、（厚度振动耦合系数）极化电场、极化温度、极化时间是压电陶瓷极化处理中的重要参数。正压电效应（压电性）：某些介质在应力的作用下，发生电极化或电极化的变化，导致晶体表面出现束缚电荷，且一定范围内束缚电荷密度与应力成正比，这种的现象称为正压电效应（压电性）。逆压电效应：在压电体的适当方向施加外电场会导致其发生形变，且一定范围内形变与电场强度成正比，这种效应称为逆压电效应。介质具有压电性的条件：晶体结构不具有对称中心铁电体：指在一定温度范围内具有自发极化，并且自发极化方向可随外电场作可逆转动的晶体。铁电晶体——极性晶体——自发极化——非线性介质固体电介质的击穿形式：热击穿、电击穿、电化学击穿一般电介质在电场作用下具体损耗的能量重要包括：极化损耗、电导损耗（漏导）电离损耗影响因素：内因——结构；外因——温度、频率介电性能的物理参数：介电常数、介电常数的温度系数、介电损耗、介电强度五、光学、附录1、光的波粒二象性——波动性、粒子性2、光的特性——折射、反射、吸收、散射、（色散）3、绝对折射率：光从真空进入介质材料时，光在两者中的传播速度之比。折射率是重要的特性参数，影响因素有：构成材料元素的离子半径和电子结构；材料的结构、晶型和晶态；同质异构体；外界因素对折射率的影响电子是微观粒子，同时具有粒子性和波动性K空间中某状态点上电子的能力正比于该店矢径的平方金属中自由电子的能态密度正比于能级能量的平方根能量位于能带间隙下方、被电子占据的能量最高的允带称作价带，而刚好处于能带间隙上方的允带称作导带。为什么说材料热学性能的物理本质都与晶格热振动有关？答：材料各种热学性能的物理本质，均与其晶格热振动有关。固体材料由晶体或非晶体组成，点阵中的质点（原子、离子）并不是静止不动的，而总是围绕其平衡位置作微小振动，称为晶格热振动。质点热振动的剧烈程度与温度有关。温度升高振动加剧，甚至产生扩散（非均质材料），温度升高至一定程度，振动周期破坏，导致材料熔化，晶体材料表现出固定熔点。PN结中的空间电荷区是如何形成？为什么PN结具有单向导电性？答：pn结是由n型与p型半导体互相接触时、在接触面上形成的。当两种掺杂半导体相互接触后，由于n型半导体中有大量的导带电子、p型半导体内有大量的价带空穴，两边存在空穴与电子的浓度梯度，因此要发生载流子扩散。在pn结区域内，通过电子与空穴的复合而大幅度降低了半导体的载流子体积密度，产生耗尽层。与此同时，该区域内原有的局部中性被破坏，p型半导体一侧内接受电子而带负电，n型半导体一侧则是带正电，这样的电荷分布形成了一个空间电荷区。在接触面的pn