《材料物理性能》期末复习资料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,材料物理性能期末复习,电学部分,电学部分重点为5.电导率的一般表达式 各个参数的物理意义。13、17也是复习关键。,什么是电解质？（以离子传导的导电物质）,迁移率、迁移数的概念,1.欧姆定律微分表达式jE中各个参数的物理意义。,电流密度,J,：,A/cm,2,电导率,：,-1,cm,-1,，,S,cm,-1,，,S,为西门子（,Siemens,）,电场强度,E,：,V/cm,2.,材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极法测量电导率的特点。电位差计法的测量原理。,a,b,g,r,1,h,r,2,主电极,a,环形电极,g,全电极,b,V,A,体电导测量方法（若ag间为等电位，其表面电阻可忽略）,2.,材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极法测量电导率的特点。电位差计法的测量原理。,h,a,b,g,V,圆片试样,x,A,表面电导测量方法,2.,材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极法测量电导率的特点。电位差计法的测量原理。,2.,材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极法测量电导率的特点。电位差计法的测量原理。,1,，,4,通小电流,I,（恒流），测,2,，,3,针间电位差,V,，由,V,、,I,、,l,求样品电阻率,V,I,I,1,2,3,4,l,l,l,I,r,r,1,2.,材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极法测量电导率的特点。电位差计法的测量原理。,若将探针与接触处看成点电源，则形成以点电源为中心的半球等势面，那么在,r,处的电流密度为,由,J=E/,，可得在,r,处得电场强度,E,为,2.,材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极法测量电导率的特点。电位差计法的测量原理。,由于,且,r,时，,V0,，则,r,处的电位,V,为,同理，电流由,4,流出样品时，在,r,处的电位为,2.,材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极法测量电导率的特点。电位差计法的测量原理。,2,，,3,间的电位差,根据电位叠加原理，探针,2,，,3,处的电位分别为,2.,材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极法测量电导率的特点。电位差计法的测量原理。,条件：试样厚度及任一探针与试样最近边界的距离至少大于四倍探针间距，即可满足上述公式要求，否则应该进行修正。,2.,材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极法测量电导率的特点。电位差计法的测量原理。,电位差计法测量电阻线路图,G,A,E,1,E,X,3,E,N,E,R,X1,R,N,R,K,1,a,b,R,X1,测量电阻,R,N1,标准电阻,R,可变电阻,E,N,标准电源,E,1,工作电源,2.,材料体电导与表面电导的测量方法，计算公式，四端电极法测量电导率的特点。电位差计法的测量原理。,K,1,a,，测量被测电阻的电压降,U,X1,K,1,b,，测量标准电阻的电压降,U,N1,R,X1,、,R,N1,、,R,与,E,构成回路，电流均为,I,3.,陶瓷材料电导按照载流子可以分为哪几种类型？采用什么实验可以确定材料是电子电导或离子电导？,类型：电子电导、离子电导,利用霍尔效应可以确定材料是电子电导还是离子电导,4.迁移率v/E的物理意义。,迁移率是载流子在单位电场强度作用下的迁移速度（cm/s,V）,5.电导率的一般表达式，各个参数的物理意义。,电导率的一般表达式为,宏观电导率,与微观载流子浓度,n,，电荷量,q,与迁移率,的关系。,（cm,2,/V,s）,6.本征离子电导的导电离子主要由什么缺陷提供？其载流子浓度：nNexp(E/2kT)中E的物理意义是什么？,本征离子电导的导电离子主要由热缺陷提供,其载流子浓度：nNexp(E/2kT)中E的物理意义是缺陷形成能,7.离子迁移率的公式，试分析影响离子迁移率的主要因素是什么。,离子迁移率的公式是,（在弱电场作用下）影响离子迁移率的主要因素包括晶体结构(、U,0,、,0,)，而指数项受温度影响较大,离子迁移率与电场强度无关,8.离子电导率的通式,i,0,exp(-W,i,/kT)，式中W,i,为离子电导活化能，其物理意义是什么？W,i,的求法？,Wi包括缺陷形成能与迁移能。,求法：由ln,i,ln,0,-B/T，以ln,i,和1/T为坐标，可绘得一直线，从直线斜率B可求出活化能W=BK,9.,离子扩散的主要形式有哪几种？,无外加电场的热运动,外加弱电场作用下,外加强电场作用下,10.NernstEinstein方程,能斯特-爱因斯坦方程为,该式建立了离子电导与扩散系数的关系,11.,影响离子电导率的主要因素是什么？如何影响？,温度：随着温度的升高，离子电导率按指数规律增加，在低温下杂质电导占主要地位，在高温下固有电导起主要作用,晶体结构：电导率随活化能按指数规律变化，而活化能反映离子的固定程度，它与晶体结构有关，那些熔点高的晶体，晶体结合力大，相应活化能也高，电导率就低,晶格缺陷：离子晶体要具有离子电导的特性，要求电子载流子的浓度小，离子晶格缺陷浓度大并参与电导,13.电子迁移率 各参数的物理意义？影响迁移率的主要因素？,为平均自由运动时间，由载流子的散射强弱决定，散射越弱，越长，,越高,m*为电子和空穴的有效质量，由材料性质决定，m*越大，,越低,14.本征半导体的电子浓度,本征半导体中的电子浓度为,其中N为等效状态密度，E,g,为禁带宽度,15.杂质半导体的电子浓度,对n型半导体,对p型半导体,16.电子电导率：ne。说明在不同温度条件下，影响电导率的主要因素：温度，杂质，缺陷。,通式：,0,exp(-W/kT)。W电导激活能(EgEi),本征：,n型：,16.电子电导率：ne。说明在不同温度条件下，影响电导率的主要因素：温度，杂质，缺陷。,在n型半导体的电导率表达式中，第一项与杂质浓度无关，第二项与杂质浓度有关。高温时第一项起主要作用，低温时第二项起主要作用,对本征半导体或高温时的杂质半导体，温度变化不大时，,0,可视为常数。ln,0,与1/T成直线关系,17.,根据缺陷化学反应式能正确写出缺陷浓度与氧分压的关系式，根据电导率与氧分压的实验结果，推断材料缺陷。,(kiks),关键：质量作用定律、电中性条件,对阳离子空位，温度一定时，空穴浓度与氧分压的1/6次方成正比，若迁移率不随氧分压变化，则电导率与氧分压的1/6次方成正比,对阴离子空位，温度一定时，电子浓度与氧分压的1/6次方成正比，若迁移率不随氧分压变化，则电导率与氧分压的1/6次方成正比,18.,陶瓷电导的混合法则：,ln,V,G,ln,G,V,B,ln,B,。,二种材料混合，或材料由不同晶相组成（如陶瓷通常有晶粒和晶界组成），如果界面等影响因素很小，可以忽略，则其总电导率可表示为lnV,G,ln,G,V,B,ln,B,G,：晶粒电导，,B,：晶界电导,n=-1：串联,n=1：并联,n 0：均匀分散状态,1.极化、极化率、极化强度及其关系式,极化：在外电场作用下，介质内质点（原子、分子、离子）正负电荷重心的分离，形成偶极子,极化率：单位电场强度下，质点电偶极矩的大小,极化强度：单位体积内的电矩总和,1.极化、极化率、极化强度及其关系式,关系式,偶极子的电偶极矩,：,极化率：,电介质极化系数（电极化率）：,6.,介质极化的类型及基本形式。,极化机制：电子极化、离子极化、偶极子转向极化、空间电荷极化,极化形式：位移极化、松弛极化、自发极化,9.,松弛极化的特点是什么？,近程迁移,要克服势垒,建立时间较长,不可逆过程,消耗能量,14.介质损耗的物理本质是什么？（电导损耗、极化损耗）,电介质在恒定电场作用下所损耗的能量与通过其内部的电流有关,加上电场后通过介质的全部电流包括：,由样品的几何电容的充电所造成的电流，简称电容电流，不损耗能量,由各种介质极化的建立所造成的电流，这种电流引起的损耗称为,极化损耗,由介质的电导（漏导）造成的电流，这种电流引起的损耗称为,电导损耗,15.,德拜方程以及各参数的物理意义，试分析频率对,、,的影响,德拜方程：,各参数物理意义：(0)为静态相对介电系数，,为高频相对介电系数，,为弛豫时间常数,频率对、的影响,当,=1时，,极大，因而tg,也极大,15.,德拜方程以及各参数的物理意义，试分析频率对,、,的影响,16.,介电强度的定义？,介质的特性，如绝缘、介电能力，都是指在一定的电场强度范围内的材料的特性，即介质只能在一定的电场强度以内保持这些性质。当电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态。这种现象称介电强度的破坏，或叫介质的击穿,相应的临界电场强度称为介电强度，或称为击穿电场强度,17.,介质击穿的主要形式及其特征。,热击穿,：处于电场中的介质，由于其中的介质损耗而受热，当外加电压足够高时，可能从散热与发热的热平衡状态转入不平衡状态，若发出的热量比散去的多，介质温度将愈来愈高，直至出现永久性损坏,热击穿可以简化为两种极端情况,稳态热击穿,：电压长期作用，介质内温度变化极慢,脉冲热击穿,：电压作用时间很短，散热来不及进行,17.,介质击穿的主要形式及其特征。,电击穿,：,当结构内的电子受电场作用而加速到一定速度，以致通过碰撞而释放出附加的电子所产生的击穿现象,电击穿从理论上可分为本征电击穿理论和,“,雪崩,”,电击穿理论,本征电击穿理论,：电子加速运动,（,动能,）,与晶格振动的相互作用，把能量传递给晶格。当其处于平衡时，介质中有稳定的电导，若电子能量大到一定值而破坏平衡，电导由稳定态变为非稳定态。,“,雪崩,”,式电击穿理论,：,晶格的破坏过程，碰撞电离后的自由电子的倍增，产生雪崩现象，以碰撞电离后自由电子数倍增到一定值作为电击穿判据,1.,铁电体的定义与电滞回线、铁电畴的定义。,铁电体,：在一定温度范围内含有能自发极化，且极化方向可随外电场作可逆转动的晶体,电滞回线,：,在铁电态下晶体的极化与电场的关系曲线,铁电畴,：铁电体从顺电相转变为铁电相时自发极化一致的区域,1.,铁电体的定义与电滞回线、铁电畴的定义。,电滞回线,磁学部分,磁学部分的重点：直接磁化、间接磁化、原子磁矩定向排列,1.,基本磁参量的概念与定义以及影响因素。,磁矩,：方向与环形电流法线的方向一致，其大小为电流与封闭环形面积的乘积I,S，与电流I和封闭环形面积S成正比,磁化强度,：单位体积的磁矩M=(m)/V，与磁介质性质有关,2.,物质磁性的分类。,抗磁性：,当磁化强度M为负时，固体表现为抗磁性，抗磁性物质的原子（离子）的磁矩应为零，即不存在永久磁矩,当抗磁性物质放入外磁场中，外磁场使电子轨道改变，感生出一个磁矩，按照楞次定律，其方向应与外磁场方向相反，表现为抗磁性,所以抗磁性来源于原子中电子轨道状态的变化，抗磁性物质的抗磁性一般很微弱,2.,物质磁性的分类。,顺磁性：,不论外加磁场是否存在，原子内部存在永久磁矩,在无外加磁场时，由于顺磁物质的原子做无规则的热振动，宏观看来没有磁性,在外加磁场作用下，每个原子磁矩比较规则地取向，物质显示出极弱的磁性,2.,物质磁性的分类。,铁磁性：,即使在较弱的磁场内也可以得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性,铁磁体的磁化率为正值，而且很大，但当外场增大时，由于磁化强度迅速达到饱和，其磁化率变小,铁磁性物质很强的磁性来自于其很强的内部交换场，自发磁化是铁磁物质的基本特征,铁磁性物质的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超过这一温度，由于物质内部热骚动破坏电子自旋磁矩的平行取向，因而自发磁化强度变为0，铁磁性消失，这一温度称为居里点T,e,2.,物质磁性的分类。,反铁磁性,：由于,“,交换,”,作用为负值，电子自旋反向平行排列，在同一子晶格中有自发磁化强度，电子磁矩是同向排列的；在不同子晶格中，电子磁矩反向排列，两个子晶格中自发磁化强度大小相同，方向相反，整个晶体M=0,3.,铁磁性材料特性,磁化曲线：,铁磁性物质的磁化曲线（MH或BH）是非线性的，随磁化场的增加，磁化强度M或磁感强度B开始时缓慢增加，然后迅速增加，再转而缓慢增加，最后磁化饱和,3.,铁磁性材料特性,磁滞回线：,两条反磁化曲线组成的闭合回线,CD段：退磁曲线,M,S,：饱和磁化强度,B,S,：饱和磁感强度,M,r,：剩余磁化强度,B,r,：剩余磁感强度,H,C,：矫顽力,磁滞回线所包围的面积表征磁化一周时所消耗的功，称为,磁滞损耗Q，Q=,HdB，单位是J/m,3.,铁磁性材料特性,磁晶各向异性与磁晶各向异性能 E,K,晶体的各向异性：在单晶体的不同晶体学方向上，其光学、电学、热膨胀、力学和磁学等性能都不同,磁晶各向异性,：单晶体的磁性各向异性,磁晶各向异性能,：磁化矢量沿不同晶轴方向的磁化功之差,3.,铁磁性材料特性,形状各向异性与退磁能E,D,形状各向异性：,由退磁场引起，铁磁体出现磁极后，除在周围空间产生磁场外，在铁磁体内部也产生磁场，该磁场与铁磁体的磁化强度方向相反，起退磁的作用，称为退磁场,退磁场能,：铁磁体与自身退磁场的相互作用能，E,D,=0.5NM,3.,铁磁性材料特性,磁致伸缩与磁弹性能E,磁致伸缩,：,铁磁体在磁场中磁化时，其尺寸或体积发生变化的现象。,磁弹性能E,：,当铁磁体存在应力时，磁致伸缩要与应力相互作用，与此有关的能量称为磁弹性能,3.,铁磁性材料特性,铁磁性与居里温度,铁磁性,：即使在较弱的磁场内也可以得到极高的磁化强度，而且当外磁场移去后，仍可保留极强的磁性,居里温度,：铁磁性物质的铁磁性只在某一温度以下才表现出来，超过这一温度，由于物质内部热骚动破坏电子自旋磁矩的平行取向，因而自发磁化强度变为0，铁磁性消失，这一温度称为居里温度T,e,4.,自发磁化理论：铁磁性的本质；斯莱特关系。,自发磁化理论,：主要讨论磁有序的起因，即交换作用，揭示了铁磁性的本质,1928年海森堡（W.Heisenberg）和弗伦克尔几乎同时提出分子场是由于相邻原子间电子自旋的交换作用理论，是一种量子力学效应,设,“,分子场,”,使铁磁体自发磁化，铁磁体的磁化强度M,S,与分子场H,m,成正比：H,m,=,M,S,(T)，,为分子场系数,4.,自发磁化理论：铁磁性的本质；斯莱特关系。,斯莱特关系,：A与a/r,3d,的关系，其中a为相邻原子间距，r,3d,为未填满电子的3d电子层的半径,5.,技术磁化理论,磁畴与磁畴结构、成因及影响因素,磁畴,：磁性材料中磁化方向一致的小区域,磁畴结构,：各个磁畴之间彼此取向不同，首尾相接，形成闭合的磁路，使磁体在空气中的自由静磁能下降为0，对外不显现磁性，磁畴之间被畴壁隔开，畴壁实质上是相邻磁畴间的过渡层,磁畴成因,：大量实验证明，磁畴结构的形成是由于这种磁体为了保持自发磁化的稳定性，必须使强磁体的能量达到最低值，因而就分裂成武术微小的磁畴,磁畴影响因素,：畴壁的厚度取决于交换能和磁结晶各向异性能平衡的结果，实际材料中的畴结构，受到材料的尺寸、晶界、第二相、应力、掺杂、缺陷等的显著影响，使畴结构复杂化,5.,技术磁化理论,技术磁化与反磁化过程,技术磁化过程,：处于热退磁状态的大块铁磁体（多晶体）在外磁场中磁化，当磁场由零逐渐增加时，铁磁体的M或B也逐渐增加的过程,反磁化过程,：由C点的磁化状态（+M,S,）到C点的磁化状态（-M,S,）的过程,技术磁化过程和反磁化过程以畴壁位移和磁矩转动这两种方式进行,技术磁化过程,中BH或MH曲线称为,磁化曲线,（I）区：可逆磁化过程（磁场减少到零时，M、B沿原曲线减少到零），磁化曲线是线性的，没有剩磁和磁滞。以可逆壁移为主,（II）区：不可逆，非线性，有剩磁、磁滞，由许多的M、B的跳跃性变化组成,（III）区：磁化矢量的转动过程，B点时，壁移消失，为单畴体。但M与H的方向不一致。再增加外场，磁矩逐渐转动，趋于一致，至S点达到技术饱和,5.,技术磁化理论,5.,技术磁化理论,与,反磁化过程,相对应的,B,H,或,M,H,曲线称为,反磁化曲线,（,I,）区：晶粒的磁矩转动到最靠近外磁场的易磁化方向；也可能产生新的反磁化畴,（,II,）区：可能是磁矩的转动过程；也可能是畴壁的小巴克豪森跳跃；也可能产生新的反磁化畴,（,III,）区：不可逆的大巴克豪森跳跃,（,IV,）区：磁矩转动到反磁化场方向的过程,6.,铁磁体的损耗及其损耗因素。,铁磁体的损耗包括铁损和铜损,铁损,：磁性材料在交变场中工作时引起的能量损耗，包括磁滞损耗、涡流损耗、剩余损耗三部分,铜损,：由于导线发热造成的能量损耗,磁滞损耗：铁磁体反复磁化一周，由于磁滞现象所造成的损耗,涡流损耗：感应电流（涡流）所引起的损耗,剩余损耗：总损耗中扣除磁滞损耗与涡流损耗所剩余的那部分损耗,6.,铁磁体的损耗及其损耗因素。,影响损耗的因素,通过影响,S,、,K,1,和,H,C,来影响磁损耗：,S,、K,1,的降低、H,C,的降低和磁导率的升高，必然导致磁滞损耗的降低,通过影响,畴结构（如畴宽等）,来影响涡流损耗：,晶粒尺寸过粗或过细都会提高损耗，晶粒过细，晶界过多，阻碍畴壁位移，使损耗增加；晶粒过粗，畴宽增加，涡流损耗增加,通过影响,电阻率,、,厚度t,和,表面状态,而影响涡流损耗或剩余损耗：电阻率的降低导致涡流损耗的升高，晶粒过粗，,电阻率减小，涡流损耗增加；在某一临界厚度以下时，合金带厚度t进一步减小，虽使涡流损耗降低，但磁滞损耗增加更快，因此t应取合适值；表面进行涂层处理（涂上绝缘层）可大大降低涡流损耗,7.,磁性基本测量方法。,磁性测量,组织结构不敏感量（内禀参量、本征参量）,组织结构敏感量（非本征参量）,物质结构与相关现象,交变磁场条件下的磁参数测量,7.,磁性基本测量方法。,冲击法测磁性材料参数（磁化曲线和磁滞回线）,O,：标准环形试样；,N,：磁化线圈；,n,：测量线圈；,G,：冲击检流计；,A,：直流电流表；,M,：标准互感器；,K,1,、,K,2,：双掷开关；,R,1,、,R,2,：可变电阻,在,N,线圈中通以电流,i,，则在,N,中产生磁场：,N,：磁化线圈匝数,：试样平均周长,试样被磁化，磁感应强度为,B,K,1,突然换向,(,在极短时间,秒内,),磁通量：,S,：试样的截面积,冲击法测磁原理图,7.,磁性基本测量方法。,r,：测量回路中的总折合电阻,磁通量的变化，引起线圈,n,（匝数为,n,）中产生感生电动势：,在测量回路（由,n,、,M,、,G,、,R,3,、,R,4,组成）中产生瞬时电流：,由冲击检流计测出其电量,Q,：,：冲击检流计的偏转角；,C,：冲击检流计常数,7.,磁性基本测量方法。,K,2,合上标准互感器,M,的线路，,M,主线圈上的电流,i,：,其副线圈两端产生的感应电动势为：,M,：互感器的互感系数,测量回路中的感生电流：,通过检流计的电量（相应偏转角为,0,）：,Cr,：测量回路的冲击常数,在不同,H,条件下，测出,B,，可绘出磁化曲线。,测量磁滞回线的基本原理与此相同。,Cr的求法：,7.,磁性基本测量方法。,利用环形试样测定磁化曲线或磁滞回线的方法，只适用于测定软磁材料。因为线圈,N,产生的磁场较小，只有软磁材料才能在小磁场条件下磁化达到饱和,硬磁材料须用强磁场测定：,硬磁材料用强磁场测磁原理图,7.,磁性基本测量方法。,钢中残余奥氏体含量测定,讨论淬火钢中只存在马氏体和残余奥氏体,的简单情况,其饱和磁化强度：,，则,由于,7.,磁性基本测量方法。,因此，残余奥氏体的含量,由B=H+4,M,B,与冲击检流计的偏转角,成正比：,7.,磁性基本测量方法。,测定饱和磁化强度的方法：,检流计的偏转角,与试样的磁化强度,M,S,成正比,7.,磁性基本测量方法。,热磁仪原理示意图,通磁后，试样磁化，其磁化强度为,M,，则试样将受到力矩,1,的作用，使试样转动。,试样转动角，则：,V,：试样体积；,H,：磁场强度；,：试样与磁场夹角,弹性系统产生的反力矩：,平衡时：,则：,主要用于测定,M,的动态变化。,(CGS),热磁仪,热磁仪，又称阿库洛夫仪，磁转矩仪。,原理：将磁学量转换成力学量进行测量。,7.,磁性基本测量方法。,等温分解动力学曲线测定,测量时首先将试样放在磁极之间的高温炉中加热至奥氏体化温度，通上强磁场。由于奥氏体是顺磁体，试样在磁场作用下不发生偏转。然后通过专门机构，很快将加热炉取出，换上等温炉使试样等温淬火，此时过冷奥氏体将分解，其分解产物珠光体、贝氏体、马氏体都是铁磁相。随着等温时间的延长，分解产物增多，试样磁化强度增加，试样的偏转角增大。连续记录试样的转角，换算为奥氏体转变量，绘出奥氏体等温分解曲线。,饱和磁化强度与过冷奥氏体的转变产物的数量成正比,7.,磁性基本测量方法。,矫顽力的测定（甩脱法）,将待测试样先磁化至饱和，然后转移到一个退磁螺管线圈内（所产生的磁场方向，正好使试样退磁）。若螺管线圈的电流选择合适，则其,H,正好等于试样的,H,C,，试样的磁化强度为零（退磁）。此时将试样从测量线圈中拉出来，测量线圈中无磁通变化，冲击检流计不会偏转，故可以用螺管线圈的电流大小来衡量,H,C,的大小。,8.,软磁、硬磁材料的基本参数与特性。,软磁材料,：矫顽力很低的磁性材料，亦即当材料在磁场中易磁化，移出磁场后，获得的磁性便会全部或大部丧失,基本参数,：软磁材料的,温度稳定性,用温度系数,表示，定义为由于温度的改变而引起的被测量的相对变化与温度变化之比,软磁材料的特性,磁导率的减落,：,软磁材料尤其是铁氧体软磁材料在受到电、磁、热和机械等冲击后，畴壁易于移动，表现出较高的磁导率，当冲击停止后一段时间内，离子或空位在自发磁化的影响下，将逐渐向低能态的稳定状态迁移，从而导致磁导率下降,磁老化,：软磁材料的磁性能随时间增长而不断下降，其原因除减落之外，还可能由于材料结构变化而引起的不可逆变化，称为磁老化,截止频率,：,软磁材料畴壁共振及自然共振的影响，使软磁材料的 值下降为起始值的一半，且,达到峰值时的频率，称为截止频率f,r,，它与材料的组成和显微结构有关,8.,软磁、硬磁材料的基本参数与特性。,硬磁材料,：材料被外磁场磁化后，去掉外磁场仍然保持着较强的剩磁的磁性材料,基本参数,：退磁曲线上每一点的B和H的乘积（BH），表征材料内部储存的能量大小,磁铁的最大磁能积,D点是指永磁材料去掉磁场后，由于退磁场的作用，剩磁B所处的位置（称为磁体工作点）,B,d,：表观剩磁,B,r,的极限值：,0,M,S,B,H,C,的极限值：,0,M,r,=,0,M,S,凸出系数（极限隆起度）：,回复磁导率,rec,光学部分,光学部分的重点为选择性吸收、散射、发光机理,1.,光与介质的相互作用,折射、折射率的影响因素,构成材料元素的离子半径,：,介质材料的离子半径增大时，其,增大，因而n也随之增大,材料的结构、晶型,：,均质介质（非晶态、立方晶体）只有一个折射率；非均质介质发生双折射,材料的内应力,：,垂直于受拉主应力方向的n大，平行于受拉主应力方向的n小,同质异构,：,在同质异构材料中，高温时的晶型折射率较低，低温时存在的晶型折射率较高,1.,光与介质的相互作用,折射率的色散,：材料的折射率随入射光频率的减小（或波长的增加）而减小的性质,消色差镜头：由于光学玻璃一般都或多或少具有色散现象，因而使用这种材料制成的单片透镜，成像不够清晰，在自然光的透过下，在像的周围环绕一圈色带，克服的办法是用不同牌号的光学玻璃，分别磨成凸、凹透镜组成复合镜头，可消除色差,1.,光与介质的相互作用,反射：镜反射与漫反射,镜反射,：材料表面光洁度非常高的情况下的反射，反射光线具有明确的方向性,漫反射,：材料表面粗糙的情况下的反射，在局部地方的入射角参差不一，反射光的方向也各式各样，致使总的反射能量分散在各个方向上,1.,光与介质的相互作用,介质对光的吸收,1.,光与介质的相互作用,介质对光的吸收,（朗伯特定律）,：物质对光的吸收系数,与材料的密度、辐射波长以及导带与价带之间的能隙有关,不同材料，,差别很大,空气：,=10,-5,cm,-1,玻璃：,=10,-2,cm,-1,金属：,为几万几十万,1.,光与介质的相互作用,介质对光的吸收,吸收由一般吸收和选择性吸收两部分构成,没有任何一种介质（真空除外）对任何波长的电磁波都是完全透明的，所有介质对某些波长范围的光透明，而对另外一些波长范围的光不透明,金属对所有的低频电磁波（从无线电波到紫外线）都是不透明的，只有对高频电磁波X射线和,射线才是透明的,可见光吸收：金属、半导体；紫外吸收：对应于满带至导带的跃迁；红外吸收：对应于离子的弹性振动与光子辐射发生谐振,色心：能吸收可见光的晶体缺陷,1.,光与介质的相互作用,介质对光的散射,光波在材料中遇到光学性能不均匀结构，如含有小粒子的透明介质、光性能不同的晶界相、气孔或其它夹杂物，引起散射；,遇到不均匀结构产生次级波，与主波方向不一致，与主波合成出现干涉现象，使光偏离原来的方向，引起散射,S：散射系数，与散射质点的大小、数量以及与基体的相对折射率等因素有关,当光的波长约等于散射质点的直径时，出现散射系数的峰值,1.,光与介质的相互作用,影响透光性的因素：,吸收系数、反射系数、散射系数,散射系数最影响陶瓷材料的透光率，细分有以下几个方面：材料的宏观及显微缺陷、晶粒排列方向的影响、气孔引起的散射损失,改进措施,：提高原材料纯度、掺加外加剂、工艺措施,2.,发光材料的发光机理,冷光,：不需要提高物体的温度，是物体在某种外界条件的刺激下偏离热平衡状态时由激发态到基态的跃迁所产生的辐射,自发发光,：受激发的粒子（如电子），受粒子内部电场作用从激发态A而回到基态G时的发光,受迫发光,：受激发的电子只有在外界因素的影响下才发光（亚稳态发光）,分立中心发光,：发光材料的发光中心受激发时并未离化，发光过程全部局限在中心内部。被激发的发光中心内的电子虽然获得了跃迁至激发态的能量，但并未离开中心，迟早会释放出激发能，回到基态而发出光来,复合发光,：发光材料受激发时分离出一对带异号电荷的粒子，一般为空穴和电子，这两种粒子复合时便发光,3.,光致发光：发光过程与斯托克斯规则；上转换发光；量子剪裁。,光致发光,：发光材料在光（紫外光、红外光、可见光等）照射下激发发光,发光过程,：,基质晶格或激活剂（或称发光中心）吸收激发能,基质晶格将吸收的激发能传递给激活剂,被激活的激活剂发出一定波长的光而返回基态，同时伴随有部分非发光跃迁，能量以热的形式散发,斯托克斯规则,：,发光波长总是大于激发波长，即发光的光子能量必然小于激发光的光子能量,用紫外线激发发光材料时，可得到可见光区域的各种颜色的光,用蓝光激发，只能得到红光、橙光，至多是绿光,热学部分,热学部分的重点是热膨胀、导热系数的调整,1.,热容与热容理论,热容,：物体温度升高1K所需要增加的热量，是质点热运动的的能量随温度变化的一个物理量,比热容,：1g质量的物体温度升高1K所需要增加的热量,摩尔热容,：1mol物质的热容,平均热容：,恒压热容：,恒容热容：,Q：热量 E：内能 H：焓,1.,热容与热容理论,经典热容理论,：模型过于简单，不能解释低温下热容减小的现象,将气体分子的热容理论直接用于固体，其基本假设：晶体格点是孤立的，根据经典统计理论，其能量是连续的，因此固体中一个原子在空间有三个振动自由度，每个自由度上的平均动能和位能均为0.5kT,1.,热容与热容理论,热容的量子理论,：能量量子化,爱因斯坦热容理论,假设：每个原子皆为一个独立的振子，原子之间彼此无关，并且,i,=,。,德拜热容理论,考虑晶体中点阵的相互作用，将格波看成是弹性波。每个谐振子的频率不同，频率范围从0到,m,2.,热膨胀及其物理本质；影响热膨胀的因素。,材料的,热膨胀,：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象,热膨胀的物理本质,：点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大,影响热膨胀的因素,：成分与相变、晶体缺陷、晶体各向异性、工艺因素、温度,3.,因瓦反常；热膨胀合金。,反常热膨胀：,对于铁磁性金属和合金如铁、钴、镍及其某些合金，膨胀系数随温度的变化不符合一般的正常热膨胀规律，而是在正常的膨胀曲线上出现附加的膨胀峰,镍、钴的膨胀峰向上为正，称为,正反常,；铁的膨胀峰向下为负，称为,负反常,因瓦反常,（热膨胀反常）：具有负反常膨胀特性的合金，膨胀系数可低到接近于零（甚至可达负值），或在一定温度范围内膨胀系数基本不变,热膨胀合金,（因瓦合金）：膨胀系数很小或趋于零或为负值的合金材料,4.,导热系数与传热的微观机理。,导热系数,：在单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量，单位为W/(m,K)或J/(m,s,K),传热的微观机理,固体中的导热主要是由,晶格振动的格波,和,自由电子的运动,来实现的,在金属中由于有大量的自由电子，而且电子的质量很轻，所以能迅速地实现热量的传递,在非金属晶体的晶格中，自由电子很少，因此晶格振动是他们的主要导热机构,5.,影响热导率的因素。,温度,的影响：德拜温度以上，,T,=,0,（1+,T,），德拜温度以下，,T,=,T,显微结构,的影响：（1）结晶构造的影响：晶体结构愈复杂，晶格振动的非谐性程度愈大。格波受到的散射愈大，声子平均自由程愈小，热导率愈低；（2）各向异性晶体的热导率：非等轴晶系的晶体热导率呈各向异性，温度升高时，晶体结构的对称性提高，不同方向的热导率差异减小,化学组成,的影响：质点的原子量愈小，密度愈小，杨氏模量愈大，德拜温度愈高，则热导率愈大,复相材料,的热导率,气孔,的影响：在不改变结构的情况下，气孔率的增大，总是使热导率降低,