材料物理性能实验指导书

《无机材料物理性能》试验指导书2023年元月《无机材料物理性能》试验指导书《无机材料物理性能》试验指导书2前言本试验教学内容是《材料物理性能》课程的一局部。成份、构造、性能是材料的根本属性，物理性能更是诸多材料得以应用的应用根底。本试验设置旨在通过实践教学使学生对无机材料物理性能()的测试方法有肯定了解。课程根本要求把握各个试验工程的原理、计算公式和影响测试结果的因素；依据四人一组的分组完成各个工程的试验；答复《材料物理性能指导书》中各试验工程的思考题，完成试验预习；依据《材料物理性能试验报告》要求独立处理试验数据，编写试验报告。对前置课的要求在完成材料物理性能相应理论教学后，既开展相应单元的试验教学，从而起到补充和稳固理论教学的作用。其它说明：材料物理性能的试验格外多，当限于现有的试验条件，仅能每一类物理性能开出一个试验。《无机材料物理性能》试验指导书3《无机材料物理性能》试验指导书3材料抵抗机械作用的力量是材料最重要的性质之一。不管是金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料或复合材料，当它们用作机械部件、构造材料等用途时，一般都要测定其力学性能。材料力学性能试验的内容较多，包括拉伸、压缩、弯曲、剪切、冲击、疲乏、摩擦、硬度等。材料机械强度指材料受外力作用时，其单位面积上所能承受的最大负荷。一般用抗弯(抗折)强度、抗拉(抗张)强度、抗压强度、抗冲击强度等指标来表示。目的意义意义水泥的强度在使用中具有重要的意义。水泥强度是指水泥试体在单位面积上所承受的外力，它是水泥的主要性能指标。水泥是混凝土的重要胶结材料，水泥强度是水泥胶结力量的表达，是混凝土强度的主要来源。检验水泥各龄期强度，可以确定其强度等级，依据水泥强度等级又可以设计水泥混凝土的标号。水泥强度检验主要是抗折与抗压强度检验。目的①学习水泥胶砂强度的测试方法，以确定水泥强度等级；②分析影响水泥胶砂强度测试结果的各种因素。试验原理抗折R M2PR M2PLfWbh2623PL2bh2抗折强度，MPa；M—P处产生的最大弯矩；W—1-1小梁试体抗折受力分析

m；h—试样高度，m。得R f

3PL2bh2

2.34P应当留意的是，水泥胶砂试体是由晶体、胶体、未完全水化的颗粒、游离水和气孔等组成的不均质构造体。而且在硬化过程的不同龄期，试体内晶体、胶体、未完全水化的颗粒等所占的比率不同，导致试体的强度也不一样。因此，水泥胶“弹—粘—塑性体”，用式(1-1)计算出的强度不完全代表水泥胶砂试体的真实抗折强度值，但这种近似值已能满足工程测试的要求。1-2，实1-3M与各量的关系为：M1=PLlM3=SA平衡状态时M1=M2M3=M4

M2=SL2M4=QBP=S·L2/L1即S=B·Q/A所以PL2QBL A11=1A=12=5Q=10k，所以PL2L1

QB510B50BA 11Rf=2.34P=2.34×50B=117B (1-2)图1-2电动抗折试验机测力原理示意图 图1-3电动抗折试验机实物抗压检验抗压强度一般都承受轴心受压的形式。按定义，其计算公式为：检验抗压强度一般都承受轴心受压的形式。按定义，其计算公式为：RCPF(1-3)MPa；F—受压面积，m2；P—作用于试体的破坏荷重，kN。水泥胶砂抗压强度测试一般用各种万能材料试验(压机)实物照片。

1-4万能材料试验机3-1-1每试验小组需要试验器材列表品名 规格 数量 说明胶砂搅拌 1(全班)用于搅拌混匀水泥胶砂机

ISO679-1989(E) 1(全班)振实台应安装在高度约为400mm的混凝土基座上。需防外部振动影响振动效果时，可在整个混凝土基座上放一层厚约5mm自然橡胶弹性衬垫。试模(抗折)40×40×160mm1由三个水平的模槽组成，如图示。1-5(a)所试模(抗压)100×100×100mm3所示1用于掌握料层厚度和刮平胶砂尺1(全班)试验机径均为(10±0.1)mm，两个支撑圆柱中心(100±0.2)mm。1(全班)1-44／5量程范围试验机内使用时记录的荷载应有±1％精度，并4试验步骤具有按(2400±200)N·s-1速率的加荷力量。4.1试体成型①将试模擦净，四周模板与底板接触面上应涂黄油，严密装配，防止漏浆。内壁均匀刷一薄层机油。0.5份水(0.50)。3条抗折测试试体，3个抗压测试试体。《无机材料物理性能》试验指导书《无机材料物理性能》试验指导书7(准确位置。然后马上开动搅拌机，低速搅拌30s后，在其次个30s开头的同时均匀地将砂子参加()。把30s90s115s内用胶皮刮具将叶片和锅壁上的胶砂刮人锅中间，在高速下连续搅拌60s。各个搅拌阶段，时间误差应在±1s以内。④胶砂制备后应马上进展成型。预先将空试模和模套固定在振实台上，用一个适当勺子直接从搅拌锅里将胶砂分二层装入试模，装第一层时，每个槽里约放胶砂，用大播料器垂直架在模套顶部沿每个模槽来回一次将料层播平，再振实60次。再装入其次层胶砂，用小播料器播平，再振实60次。移走模套，从振实台上取下试模，用一金属直尺以近似90。的角度架在试模模顶的一端，然后沿试模长度方向以横向锯割动作渐渐向另一端移动，一次将超过试模局部的胶砂刮去，并用始终尺以近乎水平的状况下将试体外表抹平。最终在试模上标记。⑤假设使用代用设备振动台时，操作如下：在搅拌胶砂的同时将试模和下料漏斗卡紧在振动台的中心。将搅拌好的全部胶砂均匀地装人下料漏斗中，开动振动(120±5)s停车，振动完毕，取下试模，用刮平尺刮去其高出试模的胶砂并抹平(方法同上)，最终在试模上标记。试体养护脱模前的养护将试模放人养护箱养护[温度(20±3)℃，相对湿度大于90％]。始终养护到规定的脱模时间时取出脱模。脱模前，用防水墨汁或颜料笔对试体进展编号，对二个3条试体分在二个以上龄期内。脱模24h龄期的，应在破型试验前20min24h以上龄期的，应在成型后20～24h之间脱模。脱模应留神，以免损伤试体。对于已确定作为24h龄期试验的已脱模试体，应用湿布掩盖至做试验时为止。水中养护将编号的试体马上水平放在(20±1)5mm。留意：试体放置的箅子不宜用木料制成，每个养护池只养护同类型的水泥试体，不允许在养护期间换水，水量不够时可加水至恒定水位。强度试验3-1-2规定时间内进展强度试验。3-1-2各龄期强度测定时间的规定龄期 时间 龄期 时间24h 24h±15mirI 7d4815 48h±30mitI ~>28d72h 72h±45mirl

7d±2h28d±8h③抗折强度测定：擦去试体外表的附着水分和砂粒，去除夹具上圆柱外表杂(50±30)N-1的速率均匀地将荷载垂直地加在棱柱体相对侧面上，直至折断。记录抗折强度值(记录至0.1MPa)。④抗压强度测定：抗折试验后的两个断块应马上进展抗压试验。抗压试验须±0.5mm内，整个加荷过程中应以(2400±200)N·s-1的速率均匀地加荷直至破坏，记录抗压强度值(记0.1MPa)。水泥强度的计算抗折强度(1-2)0.1MPa。3个强度值中有超出平均值±10％时，应剔除后再取平均值作为抗折强度试验结果。抗压强度(1-3)0.1MPa。33313个平均值的±10％，就应剔除这个结果，而以剩下2个的±10应重做这组试验。5思考题?如何提高水泥的胶砂强度??可实行哪些措施提高混凝土的强度?在水泥胶砂强度试验过程中，以下状况对测试结果有何影响?①试体尺寸偏大；②试体尺寸偏小；③加荷速率偏大；④加荷速率偏小；⑤试模涂油不均；⑥在试体成型过程中，搅拌叶片和锅没有用湿布擦湿；⑦标准砂粒度偏大。在现代建筑物中，为了保护生态环境，节约能源，需要大量具有隔热、保温等功能的无机非金属材料，这些材料具有一系列的热物理特性。为了合理地使用与选择有关的功能材料，需要用其热物理特性进展热工计算。所以，了解和测定材料的热物理特性是格外重要的。材料的热物理参数有热导率、导温系数、比热容等。测定方法有稳定热流法和非稳定热流法两大类。每大类中又有多种测定方法。在稳态法中，先利用热源在待测样品内部形成一稳定的温度分布，然后进展测量。在动态法中，待测样品中的温度分布是随时间变化的。例如呈周期性的变化等。本试验承受稳态法进展测量。目的意义意义在现代工程中，测定材料热导率的稳定态热流方法以其原理简洁、计算便利而被广泛应用。平板导热仪即为其中的方法之一。主要用于测定块体枯燥材料的热导率。目的①加深对稳定导热过程根本理论的理解；②把握用导热仪测定材料热导率的方法；③确定材料热导率与温度的关系；④测定橡胶盘，空气，铝合金棒的导热系数。试验原理不同材料的热导率相差很大，一般说，金属的热导率在2.3～417.6W·m-1·K-1范围内，建筑材料的热导率在0.16～2.2W·m-1·K-1之间，液体的热导率波动于0.093～0.7W·m-1·K-1，而气体的热导率则最小，在0.0058～0.58W·m-1·K-1范围内。即使是同一种材料，其热导率还随温度、压强、湿度、物质构造和密度等因素而变化。各种材料的热导率数据均可从有关资料或手册中查到，但由于具体条件如温度、构造、湿度和压强等条件的不同，这些数据往往与实际使用状况有出入，需进展修正。热导率低于0.22W·m-1·K-1的一些固体材料称为绝热材料，由于它们具有多孔性构造，传热过程是固体和孔隙的简单传热过程，其机理简单。为了工程计算的便利，常常把整个过程当作单纯的导热过程处理。1882年法国数学、物理学家傅立叶给出了一个热导体的根本公式——傅立叶导热方程式。该方程式指出，在物体内部，取两个垂直于热传导方向、彼此相距h、温度分别为θ1，θ2的平行面(θ1>θ2)，假设平面面积均为S，在t时间内通过S的热量Q满足下述表达式：Q t S 1h 2

(2-1)t1个单位时，在单位时间内通过单位面积的热量，其AFBHPCG3.000mv单位为W／(m·K)；S—传热面积，单位m2；θ1，θ2—两个测量点的温度，单位AFBHPCG3.000mvDE IA—带电热板的发热盘 B—样品C—螺旋头G—真空保温杯H—数字电压表D—样品支架 E—风扇P－散热盘I—双向开关F—热电偶原理示意图

2-1DC-II型导热系数测定仪

实物照片2-1b为其实物照片)。如图，在支架D上先后放上圆铜盘P、待测样品(圆盘形不良导体)B和厚底紫铜圆筒A。在A的上方加热，使样品上、下外表各维持稳定的温度θ1，θ2，它们的数值分别用安插在A、PF来测量。F的冷端浸入盛于杜瓦瓶G内的冰水混合物中。I为双向开关，用以变换上、下热电偶的测量回路。数字式电压表H用以测量B任一圆截面的热流量为：Q t 1h

2rR2

(2-2)R—圆盘样品的半径，h—样品厚度。当传热到达稳定状态时，θ2θ1的值将稳定不变，这时可认为发热盘A通过圆盘样品上外表的热流量与由散热盘P向Pθ2时的散热速率求出热流量Q。t试验器材表，DC-II型导热系数测定仪，游标卡尺。试验步骤θ2θ1后，马上样品B移去，使发热盘APθ21mVA移去，让散热盘P30秒钟读一下散热盘的温度示《无机材料物理性能》试验指导书10《无机材料物理性能》试验指导书10

的冷却速率 ，2t 2则mc Q t tθ2时的散热速率，将其代入(2-2)式得：mc

h 1t 2m=1kg，c＝0.39kJ/kg·K留意事项：

1

R2据稳态法，必需得到稳定的温度分布，这就要等待较长的时间，为了提高180—200V20min130—1502—5min10min内样品上、下外表温度θ1，θ2θ1，θ2值后，移去样品，再加热。当铜盘温度比θ210℃左右时，移去圆筒A，让铜盘P自然冷却。每隔30s读一次P盘的温度示值，最终选取邻近θ2的测量数据来求出冷却速率t| ；t2置圆筒、圆盘时，须使放置热电偶的洞孔与杜瓦瓶、数字毫伏计位于同一侧。热电偶插入小孔时，要抹上些硅油，并插到洞孔底部，使热电偶测温端与铜盘接触良好。热电偶冷端插在滴有硅油的细玻璃管内，再将玻璃管浸入冰水混合物中。可用药物天平称量。4.2mV。与待测温度计算时，可直接以电动势值代表温度值。思考题简述金属、非金属建筑材料、气体导热性能差异大的缘由。用本试验方法测定材料的热导率是对什么温度而言的？材料的导电性质(导电性能的大小)代科技的不断进展，利用材料的导电性能已制成电阻、电容、导电材料、半导体材料、绝缘材料以及其他电子材料器件，应用范围日益广泛。例如，导电橡胶、导电塑料、导电胶等以聚合物与导电性物质复合而成的型导电材料，一方面它们具有较好的弹性、耐磨性或气密性，另一方面又具有优良的导电性，因此在很多特别场合中得到应用。再如，绝缘材料主要是用来使电气元件相互之间绝缘以及元件与地面绝缘。假设绝缘构件的绝缘电阻太小，不仅铺张电能，还会因局部过热导致仪器不能正常工作，甚至损害整个仪器。电介质的绝缘电阻是评价电介质材料性能的重要参数。因此，争论和测量材料的导电性能在实际工作中是格外重要的。目的意义无机非金属材料多为绝缘材料，局部为半导体。在电工、电子设备中有很多应用。因此，测定该种材料的电阻具有很重要的意义。本试验的目的：①了解绝缘材料、半导体材料的导电机理；②弄懂高阻计、四探针测试仪测量材料电阻率的根本原理；③把握高阻计、四探针测试仪测量材料电阻的方法，并测试给定样品。根本原理物体之所以导电是由于内部存在的各种载流子在电场作用下沿电场方向移动的结果。固体介质的电导分为两种类型：即离子电导和电子电导。对于一般材料，特别是用作绝缘材料的固体介质，正常条件下的主要作用是离子电导，而当温度和电场强度增加时，电子电导的作用会增大。衡量材料导电难易程度的物理量为电阻率(ρ)或电导率(σ)102Ω·m的固体材料称为导体；电阻率大于1012Ω·m的固体，材料称为绝缘体；电阻率介于两者之间的材料称为半导体。绝缘电阻绝缘电阻是表示绝缘材料阻挡电流通过力量的物理量，它等于施加在样品上直流电压与流经电极间的稳态电流之比，即RV。IIVIS两项，I=IV+IS，代人上式得1 1 1 I I V S

(3-1)R R R V VV S式中RV—试样体积电阻；Rs—试样的外表电阻。式(3-1)说明绝缘电阻实际上是体积电阻与外表电阻的并联。3-2所示的平板试样三电极系统中，体积电阻率ρVρS计算公式如下：《无机材料物理性能》试验指导书12《无机材料物理性能》试验指导书12 RV V

D214t

(3-2)图3-1绝缘电阻与体电阻、外表电阻的关系 图3-2平板试样三电极系统 RS S

2lnD2D1

(3-3)恒流源2恒流源23r12r34电位差计1r13r24412 3 4装置 b)点电流源 (c)探针排列图3-3四探针法测定电阻的原理示意半导体材料的电阻常用四探针法测量。测量时使用相距约1mm的四根金属探(14)通以小电流使样品内部产生压降，并以高输入阻抗的直流电位差计或数字电压表来测量其他的两根探UI针(如2、3)的电压，然后计算材料的电阻率C 23，式中U23为2、3两探针间I3-3所示，实物(外侧两根为电流探针，内侧的为电压探针)，测量原理尺寸与探针间距相比可视为无限面的面积为2r2，则电流密度为3-4四探针电阻仪可得电场强度为

Ej

j

jI

I 2r2r处的电位为V

I。明显，半导体内各点的电位应为电流探针分2r别在该点形成电位的矢量和。通过数学推倒可得四探针法测量电阻率的普遍公式为：1 1 1 11U2r12

23r r r I24 13 34

(3-4)1 1 1 11式中C2 为探针系数，r

,r

分别为相应探针的间r r r r

12 24 13 3412 24 13 34距。S1、S2、S3则(3-4)式又可写成1 1 1 11U2

S SS1 2 S

S S2

S I3I

(3-5)S1

＝S时，(3-5)式可简化为2SU23，这就是常用的直流等间距四I探针法测电阻率的公式。假设令IC2S，即流过探针1、4的电流数值上等于探针系数，则＝U ，23即从探针2、3上测得的电压在数值上就直接等于试样的电阻率。计算方法《无机材料物理性能》试验指导书14《无机材料物理性能》试验指导书14依据测量方式和样品的尺寸不同，可分别按以下公式计算样品的电阻率或方块电阻：薄圆片(厚度≦4mm)电阻率(Ω·cm)sp

(3-6)其中：D—cmmm；S—平均探针间距，单位：cmmm，留意DF(W/S)S探针间距修正系数；F(W/S)—样品厚度修正系数,II查出；F(D/S)—样品直,；V—2、3探针间取出的电压值，单位：mV薄层方块电阻R□(单位Ω/□)R□=V/I×F(D/S)×F(W/S)×Fsp(3-6)。棒材或厚度大于4mm的厚片电阻率(单位Ω·cm)

(3-7)当探头的任一探针到样品边缘的最近距离不小于4S时，测量区的电阻率为：VCI

(3-8)其中：C=2πS 为探针系数，单位：cm；S 的取值来源于：1 1 1 1

1

针的间距，S S S1 3

SS1

S S 1 2 32 3单位：cm；I—1、4mA3-2；V—2、3探针间取出的电压值，单位：mV试验器材1套，薄片半导体材料，薄片绝缘材料试验步骤绝缘电阻测试试样制备切成边长为(100±2)mm2~4mm3个，并用软布条蘸无水乙醇将试样擦干净。②由于环境温度和湿度对电阻率有明显的影响，为了减小误差，并使结果具有重复性与可比性，绝缘电阻试样在测量前应进展预处理，条件见表3-1。预处理完毕后，将试样置于枯燥器中冷却至室温待用。处理条试样3-1处理条试样件温度／℃ 相对湿度／％ 时间／hA20±565±5≥24B70±2<404C105±2<401测试环境要求我国国家标准所规定常温为(20±5)℃，相对湿度为(65±5)％。试验环境条件最好能符合标准，至少不与所需条件相差太大。仪器的预备下面仅介绍“ZC-361017Ω10-14A微电流测试仪”的预备。线路的连接“Rx”输入插座中，另一端接至电极箱一侧的“测量端”插座中，并旋紧固定套。②将测试电源线的一端接至高阻计面板上的“Rx”测试电压接线柱(红色)一端接至电极箱的“高压端”测试电压接线柱(红色)上。“Rx”接地端钮上，另一端接至电极箱另一侧的“接地端”上并一起接地。④将电极箱内“测量端”关上的连线接至环电极的接线柱上。通电前仪器面板上各开关的位置①电源开关旋钮置于“关”的位置上。②“放电一测试”开关(K1)应置于“放电”位置上。③“测试电压”开关置于低档(IOV)。④“倍率”⑤输入端短路按钮(K3)应放在短路位置上，使放大器输入短路。⑥电表指针在机械零点处。⑦电表极性开关置于中间的“0”处。⑧接通电源、翻开电源开关，开机预热15min，以驱散机内的潮气。假设指示灯不亮，应马上切断电源，待查明缘由后再开机。测试步骤．①从枯燥器中取出试样块，快速用千分卡尺测量试样块的厚度：方形试样每边测量三次，取算术平均值，厚度测量误差不大于1％。试样厚度的测量也可在测出电阻后进展。②用凡士林将铝箔粘贴在试样的两对面上，做成接触电极。所涂凡士林的厚2.5m并将多余的粘合剂挤出去。③将待测试样安放在电极箱内，安放时应留意：三个电极应保持同心，间隙距离必需均匀；电极与试样应保持良好接触，环电极的光滑度一面应吻合接触试样，切勿倒置；试样放好后，盖上电极箱盖。④电表极性开关置于“+”的一边上。⑤调整调零旋钮，使指针指在“0”点(对电阻则为∞个)。“Rs—Rv”转换开关(K2)Rs500V。假设此时指针没有读数，可逐档上升倍率，直至能清楚的读数为止，待输出短路开关翻开一分钟后，马上读出表头的数值。=表头读数×倍率×测试电压系数×106(Ω)“测试一放电”开关置于“放电”位置，使试1min。⑨然后测体积电阻。先将“Rs—Rv”(K2)置于Rv处，测试电压为1000V8～91min。取出样品。1～10条进展测试。应当留意，当试验环境达不到规定的条件时，每块试样从枯燥器中取出到测试完毕所需的时间应尽量短，一般要求在几分钟内测试完毕。为此，可以先测样品的绝缘电阻，再测量样品的厚度。半导体电阻测试“R□”和“I”5分钟；3-1和表3-2下K1、K2、K3、K4中相应的键；(如无法估量样品方块电阻或电阻率的范围，可3-13-2选择电流量程。)放置样品，压下探针，使样品接通电流。主机此时显示电流数值。调整电调定不同的测试电流值，即可便利得到测试结果：表3-1 方块电阻测量时电流量程选择表<2.52.0～2520～250>200

电流量程(mA)1001010.1表3-2 电阻率测量时电流量程选择表电阻率(Ω·cm)<0.060.03～0.60.3～60>30测试薄圆片(厚度≦4mm)电阻率

电流量程(mA)1001010.1×W×Fsp.(3-6)为“□ABCD”。中选取不同的电流量程时，测试电流显示值与实际电流值的关系如表3-3 测试电流显示值与实际电流值的关系电流显示值电流量程(mA)实际电流值(mA)□ABCD100AB.CD□ABCD10A.BCD□ABCD10.ABCD□ABCD0.10.0ABCDK6键选择“R□/ρ”K5键选择“ρ”，仪器则直接显示测量结果(Ω•cm)。测试薄层方块电阻R□按公式(3-7)I：I=F(D/S)×F(W/S)×Fsp(3-6)，然W1W2，使测试电流显示值为“□ABCD”。中选取不同的电流量程时，测试电流显示值与实际电流值的关系如表。K6键选择“R□/ρ”K5键选择“R□”，仪器则直接显示测量结果(Ω/□)。测试棒材或厚度大于4mm的厚片电阻率C3-8)，然后得出测试电流值：3-3。K6键选择“R□/ρ”K5键选择“ρ”，仪器则直接显示测量结果(Ω•cm)。思考题半导体电阻与绝缘电阻测试原理上有何不同？(如玻璃)的导电机制如何？怎样减小其电导？简述半导体电导的能带理论。目的意义铁磁性物质的磁性随温度的变化而变化，当温度上升到某一温度时，铁磁性材料就由磁性状态转变为顺磁性状态，即失掉铁磁性物质的特性而转变为顺磁性TCTC不仅对磁性材料、磁件的研制、使用，而且对工程技术至家用电器的设计都具有重要的意义。本试验的目的：JLD-Ⅱ型居里点测试仪测量居里温度的原理和方法；③测定5个低温温敏磁环的居里温度。根本原理根本原理在铁磁性物质中，相邻原子间存在着格外强的交换耦合作用，这个相互作用促使相原子的磁矩平行排列起来，形成一个自发磁化到达饱和状态的区域，这个10-8m3，称之为磁畴。在没有外磁场作用时，不同磁畴的取向各不一样，如图4-1(a)所示。因此，对整个铁磁物质来说，任何宏观的方向，任何宏观区域的平均磁矩不再为零，且随着外磁场的增大而增大。当外磁场增大到肯定值时，全部磁畴沿外磁场方向整齐排列，如图4-1(b)所示，任何宏观区域的平均磁矩到达最大值，铁磁物质显示出很μ远远大于顺磁物质的磁导率。《无机材料物理性能》试验指导书19《无机材料物理性能》试验指导书19(a)

4-1磁畴取向示意图

铁磁物质被磁化后具有很强的磁性，但这种磁性是与温度有关的，随着铁磁物质温度的上升，金属点阵热运动的加剧会影响磁畴磁矩的有序排列，但在未到达肯定温度时，热运动缺乏以破坏磁畴磁矩的平行排列，此时任何宏观区域的平KT(K是玻尔兹曼常数，T是确定温度)成正比的热运动能足以破坏磁畴磁矩的整齐排列时，磁畴被瓦解，平均磁矩降为零，铁磁物质的磁性消逝而转变为顺磁物质，相应的铁磁物质的磁导率转化为顺磁物质的磁导率。居里温度就是对应于这一磁性转变时的温度。对于铁磁物质来说，由于有磁畴的存在，因此在外加的交变磁场的作用下将产生磁滞现象。磁滞回线就是磁滞现象的主要表现。假设将铁磁物质加热肯定的温度，由于金属点阵中的热运动的加剧，磁畴遭到破坏时，铁磁物质将转变为顺磁物质，磁滞现象消逝，铁磁物质这一转变温度称为居里点。本居里点测试仪就是通过观看示波管上显示的磁滞回线的存在与否来观看测量铁磁物质的这一转变温度的。测试原理由居里温度的定义知要测定铁磁物质的居里温度，其测定装置必需具备四个功能：供给使样品磁化的磁场；转变铁磁物质温度的温控装置；推断铁磁性是否消逝的推断装置；测量铁磁物质磁性消逝时所对应温度的测温装置。以上四个功4-2所示的系统装置实现。4-2JLD-Ⅱ型居里点测试仪原理图对于铁磁物质，由于有磁畴的存在，因此在外加的交变磁场的作用下将产生磁滞现象。磁滞回线就是磁滞现象的主要表现。假设将铁磁物质加热到肯定的温度，由于金属点阵中的热运动加剧，磁畴遭到破坏时，铁磁物质将变为顺磁物质，磁滞现象消逝，铁磁物质这一转变温度称为居里点。本居里点测试仪就是通过观察示波器上显示的磁滞回线的存在与否来观看测量铁磁物质的这一转变温度的。L1通一交变电流，产生一交变磁场H，使铁磁物质往复BHB=f(H)为磁滞回线(4-3所示)4-3铁磁物质磁滞回线及励磁线路Hi，iL1的电流，称为励磁电流，因此可以用i的讯号H的讯号，为此在励磁电路中串接一个采样电阻R1，将其两端的电压讯号经过放大后送至示波管的X偏转板以表示HB是通过副线圈L2中由于磁通量变化d

dBa式中aB1a

dt dtL2

CCB2理后送示波管的Y偏转板。于是示波管上显示了样品的磁滞回线。当样品被加热到肯定温度时，示波管上的磁滞回线即行消逝。对应于磁滞回线刚好消逝时样品的温度，即为该样品的居里点。试验器材4-4JDL-II型居里点测试仪试验步骤定性观看①将加热炉的连线接于电源箱前面板的两接线柱上。将铁磁材料样品与电源箱，用专用线连接，并把样品放入加热炉。将温度传感器、降温风扇的接插件与接在电源箱面板上的传感器接插件对应相接。X升温——Y、X调钮，示波器上就显示出了磁滞回线。③关闭加热炉上的两风门(旋扭方向和加热炉的轴线方向垂直)，将“测量——设置”开关打向“设置”，设定好炉温后，打向“测量”，加热炉工作，炉温渐渐升向设置的温度。④当炉温到达该样品的居里点时，磁滞回线消逝同时数显温度显示测量温度值——居里点。数显温度表显示的温度值——该样品的居里点。⑤翻开加热炉上的两风门(风门上的旋扭方向和加热炉的轴线方向平行)，把“升温——降温”开关打向降温，让加热炉降温。加热炉降温后，换一样品重复上述过程，直到样品测完为止。定量测量①测量温度与感应电动势的关系，对应一个温度值，读出相应的感应电动势，测量感应电动势随温度变化的值从而画出感应电动势——温度曲线。②数据列表(例)温度℃2025303540424446485052感应电1277119711201018960940914888857822777压压(B值)mv5456575859606162636465666768741702677649621560490491231165120896345③数据处理作感应电压温度曲线图图4-5)，在斜率最大处作切线，切线与横座标的交点为所求的居里点TC(64.3℃)④重复上述过程，直到测完为止。留意事项L1的电感量在不断削减R1H信号相

4-5感应电压-温度曲线X调钮，使其在示波器上显现出比较抱负的磁滞回线。②测量样品的居里点时，肯定要让炉温从低温开头上升，即每次要让加热炉降温后再放入样品测量，这样可避开由于样品和温度传感器响应时间的不同而引起的居里点每次测量值的不同。③温度传感器可以调整，样品磁环套在温度传感器边缘与传感器接触，采集温度最正确。80℃以上测样品时，温度很高，留神烫伤。一起，有肯定的互感，始终有肯定感应电压，因此当磁滞回线变为始终线时，Y轴衰减无限制的减小。思考题样品的磁化强度在温度到达居里点时发生突变的微观机理是什么试用磁畴理论进展解释。-温度曲线，为什么与横坐标没有交点？磁性材料分为金属磁性材料和非金属磁性材料两类。纯铁(99.9％Fe)、硅铁合《无机材料物理性能》试验指导书23《无机材料物理性能》试验指导书23金(Fe-Si，又称硅钢)和铁镍合金(Fe-Ni，又称坡莫合金)是最常见的金属磁性材料。非金属磁性材料主要指铁氧体磁性材料，是金属氧化物烧结的磁性体。此外，通过蒸发、溅射或超急冷方法可以将过渡金属和稀土族合金制成非晶态磁性薄膜。在工农业生产和科学争论中，磁性材料(特别是铁磁材料)占有重要的地位。因此，了解和把握材料磁性的测定，对于材料磁性的争论和应用是格外重要的。目的意义铁磁材料可分为软磁材料、硬磁材料和半硬磁材料几类。硬磁材料(如铸钢)的磁滞回线宽、剩磁和矫顽力较大(120～20230A·m)，磁化后的磁感应强度能长期(如硅钢片)的磁滞回线窄，矫顽力较小(120A·m)，简洁磁化和退磁，适宜于制作电机、变压器和电磁铁。所以，把握材料磁性参数(磁化曲线和磁滞回线等)的测量方法，对于研制电磁仪表、磁件具有重要的意义。本试验的目的：①了解铁磁体的一般特性；②把握用冲击法测量磁性材料参数的方法，并能测定铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线；③加深对铁磁材料主要物理量(如矫顽磁力、剩磁和磁导率)的理解。根本原理铁磁材料铁磁材料除了具有高的磁导率外，另一个重要的特点就是磁滞。磁滞现象是材B不仅与当时的磁场强度H有关，而且与以前的磁化状态有关。图5-1表示铁磁质的这种性质，设铁磁质在开头时没有磁化，如磁场B几乎不变。假设将磁场强度H减小，则B并不沿原来的磁化曲线减小，而是沿图中 图5-1 磁滞回线B

。当加ｒH时，B随着减小，当反向磁场H到达某一值(c点)时，B=0，与ocHｃ

称为矫顽磁力。当反向磁场连续增加时，铁磁质中产生反向磁感应强度，并很快到达饱和。渐渐减小反向磁场强度，减到零，再加正向磁场强度时，则磁感应强度沿defa变化，形成一闭合曲线abcdefa，称该闭合曲线为磁滞回线。HBH的多值函数，它不仅与H有关，而且与这铁磁质磁化程度有关。例如：与H=0B有3个值。o点，这与原来没有磁化相对应。⑵B＝B，这是在铁磁质已磁化后发生的。ｒ⑶B＝－B，这是在反向磁化后发生的。ｒ必需指出，当铁磁材料从未被磁化开头，在最初的几个反复磁化的循环内，每一个循环H和B不肯定沿一样的路径进展(曲线并非闭和曲线)。只有经过十几次反复磁化(称为“磁熬炼”)以后，才能获得一个差不多稳定的磁滞回线。它代表该材料的磁滞性质。所以样品只有“磁熬炼”后，才能进展测绘。将磁铁分为软磁材料、硬磁材料和矩磁材料等几种。H

ｒ ｃ特征是磁导率高，易于磁化及退磁。软铁、硅钢等属于这一类，它们常用来制造变压器及电机的转子。当铁磁质反复被磁化时，介质要发热。试验说明，反复磁化所产生的热与磁滞回线包围的面积成正比，变压器选用软磁材料就是考虑了这一点。硬磁材料的磁滞回线较宽，BHB可ｒ ｃ ｒ保持较长时间。铬、钴、镍等元素的合金属属于硬磁材料。它常用于制造永久磁铁。矩磁材料的磁滞回线接近矩形，其特点是剩余磁感应强度Bｒ

B，矫顽磁力小。假设使矩磁材料在不同方向的磁场下磁化，当磁化电流为零时，它ｍ

和－Bｒ

两种不同的剩磁，矩磁材料常用作记忆元件，如电子计算机H

的差异。ｃ对于高磁导率的软磁材料，H1～10A/m；对高矫顽磁力硬磁材

ｃH

102A/m以下。· ｃ可见，铁磁材料的磁化曲线和磁滞回线是该材料的重要特性，也是设计电磁机构和仪表的重要依据之一。由于铁磁材料磁化过程的不行逆性及具有剩磁的特点，在测定磁化曲线和磁H＝0时，B＝0；其次，磁化电流在试验过程中只允许单调增加或减小，不行时增时减。退磁方法，从理论上分析，要消退剩磁B，只要通一反向电流，使外加磁场ｒ正好等于铁磁材料的矫顽磁力就行了，实际上，矫顽磁力的大小通常并不知道，因此无法确定退磁电流的大小。我们从磁滞回线得到启发，假设使铁磁材料磁化到达饱和，然后不断转变磁化电流的方向，与此同时渐渐减小磁化电流，以至于零。那么该材料磁化过程是一连串渐渐缩小而最终趋向原点的环状曲线，如图5-2HB到达完全退磁。式测量。示波器显示磁滞回线的原理示波器法正广泛用在交变磁场下观看、拍摄和定量测绘铁磁材料的磁滞回X偏转板输入正比HY

图5-2 退磁示意图BB-H回线。(励磁线圈)N１

和副线圈)N5-3。(5-1)２(5-1)当原线圈N中通过磁化电流１I时，此电流在圆环内产生磁场。１HL＝NI，１１磁场强度的大小为NIH 11L其中N１为原线圈的匝数，L 图5-3 测定装置图R=(IU

是交变的)，取出来加在示波器X偏转板上，１ ｘ １ １ １ ｘ则电子束在水平方向上的偏移跟磁化电流I１

(5-1)有HLNI N11所以LRU 1Hx N1U

(5-2)接到示波器X轴输出端，ｘ则电子束在水平的偏转正比于励磁场强度H。为了获得跟样品中磁感应强度瞬时,R

和电容