服装材料物理性能测试

服装材料物理性能测试
服装材料物理性能测试

一、定义

织物在外力作用下引起的应力与变形间的关系所反映的性能叫做织物的物理机械性能。它包含强

度、伸长、弹性及耐磨性等方面的性能。

二、强度性能

1.织物的拉伸强度与断裂伸长率

织物在服用过程中,受到较大的拉伸力作用时,会产生拉伸断裂。将织物受力断裂破坏时的拉伸力称为断裂强度;在拉伸断裂时所产生的变形与原长的百分率,称为断裂伸长率。织物的拉伸断裂性能决定于纤维的性质、纱线的结构、织物的组织以及染整后加工等因素。

⑴纤维的性质:纤维的性质是织物拉伸断裂性能的决定因素。纤维的断裂强度是指单位细度的纤维能承受的最大拉伸力,单位:CN/dtex。在天然纤维中,麻纤维的断裂强度最高,其次是蚕丝和棉,羊毛最差。化纤中,锦纶的强度最高,并且居所有纤维之首,其次是涤纶、丙纶、维纶、腈纶、氯纶、富强纤维和粘胶纤维。其中,粘胶纤维强度虽低,但略高于羊毛,在湿态下,其强力下降很多,几乎湿强仅为干强的40~50%。除粘胶纤维外,羊毛、蚕丝、维纶、富强纤维的湿强也有所下降,但棉、麻纤维例外,其湿强非但没有下降反而有所提高。涤纶、丙纶、氯纶、锦纶、腈纶等则因吸湿小,而使其干、湿态强度相差无几。至于断裂伸长率,则属麻纤维最小,只有2%左右,其次为棉,只有3~7%,蚕丝15~25%,而羊毛属天然纤维之首,可达25~35%。化纤中,以维纶和粘胶纤维的断裂伸长率最低,在25%左右,其它合纤

均在40%以上。

因此,各类纺织纤维的拉伸性能是不同的:棉麻类属高强低伸型,羊毛属低强高伸型,而锦纶、涤纶、腈纶等属高强高伸型,此外,还有维纶和蚕丝属中强中伸型。一般细而长的纤维织成的织物比粗而短

的纤维织物拉伸性能好。

⑵纱线结构:一般情况下,纱线越粗,其拉伸性能越好;捻度增加,有利于拉伸性能提高;捻向的

配置一致时,织物强度有所增加;股线织物的强度高于单纱织物。

⑶织物的组织结构:在其它条件相同的情况下,在一定长度内纱线的交错次数越多,浮长越短,织物的强度和断裂伸长率越大。因此,三原组织中以平纹的拉伸性能为最好,斜纹次之,缎纹织物最差。

⑷后染整加工:织物的后整理对拉伸性能的影响,应视具备情况而定,有利有弊。

织物拉伸性能可用断裂强力、断裂伸长、断裂长度、断裂伸长率、断裂功等指标来表达。国际上通

用经纬向断裂功之和作为织物的坚韧性指标。

2.织物的撕裂强度

在服装穿着过程中织物上的纱线会被异物钩住而发生断裂,或是织物局部被夹持受拉而被撕成两半。织物的这种损坏现象称为撕裂或撕破。目前,我国在经树脂整理的棉型织物和其它化纤织物测试中,有评定织物撕裂强度的项目。织物撕裂强度的影响因素同拉伸性能,所不同的是撕裂性能还与纱线在织物中的交织阻力有关,因而表现出平纹组织织物的撕裂强度最小,方平组织织物最大,锻纹和斜纹组织处于两者之间。织物的撕裂性能在一定程度上能反映出织物的活络、板结等风格特性。

测试织物撕裂强度的方法,国家标准中规定有三种:单缝法、梯形法、落锤法。这三种方法分别适合于测试经染整加工处理的织物、各种机织物及轻薄非织造织物。针织物一般不作撕裂试验。

3.织物的顶裂强度

织物局部在垂直于织物平面的负荷作用下受到破坏,称其为顶裂或顶破。顶破与衣着用织物的拱肘拱膝现象相关,也与手套及袜子的受力情况相似。顶破试验可提供织物多向强伸特征的信息,特别适用于

针织物、三向织物、非织造布及降落伞用布等。

国家标准中规定,顶裂试验采用弹子式或气压式顶裂试验机进行。测试指标为顶破强度和顶破伸长。

三、抗皱性与弹性

抗皱性是指织物抵抗弯曲变形的能力,也称为折痕回复性;弹性是指织物变形后的恢复能力。二者同归于织物的弯曲性能。织物并非完全弹性体,织物在外力作用下会产生可变的弹性变形和不可变的塑性变形。当外力去除后织物能立即恢复原状或经过一段时间逐渐恢复原状的性能称为可变弹性变形,包括急弹性变形和缓弹性变形;当外力去除后织物不能恢复原状的性能称为不可变塑性变形。影响抗皱性和弹性的主要因素有纤维性质、纱线结构、织物组织及染整后加工等。

⑴纤维性质:纤维的抗皱性和弹性是影响织物抗皱性和弹性的主要因素,抗皱性决定于纤维初始模量的大小。初始模量是指较小的拉伸力与变形应力之比。初始模量越大,抗皱性越好;初始模量越小,抗皱性越差。在天然纤维中,以麻纤维的初始模量属首位,且在所有纤维中其值最大,棉、蚕丝次之,羊毛最差。在化纤中,初始模量从大到小依次是涤纶、粘胶纤维、腈纶、维纶、丙纶、氯纶、锦纶。弹性与纤维在小变形下的拉伸回复性能成线性关系,天然纤维中的羊毛弹性最好,氨纶又称之为弹性纤维,其次是锦纶、丙纶、涤纶、腈纶、氯纶和维纶,以粘胶的弹性为最差。

因此,涤纶初始模量高,弹性好,其织物不易折皱,保形性好,而锦纶虽然弹性好于涤纶,但初始模量低,其织物挺括度不如涤纶织物好,相比之下,涤纶更适合于做外套服装,而锦纶织物则在肘部、臀部、膝部会隆起来。麻、棉、粘胶等纤维初始模量较高,但弹性差,其织物一旦形成折皱,不易消失。

⑵纱线结构:纱线捻度适中,其织物抗皱性好,否则抗皱性会因捻度过大或过小而变差。

⑶织物的组织结构:一般组织点少的织物抗皱性好,因此锻纹组织织物的抗皱性较好,而平纹组织

织物较差。

⑷染整后加工:织物经过热定型和树脂整理,可提高抗皱性。

表达织物抗皱性的指标为折痕回复角,而反映弹性大小的指标是弹性恢复率。它们的测定均有国家

标准统一的测试方法。

四、耐磨性

织物在穿着和使用过程中会受到各种磨损而引起织物损坏,将织物抵抗磨损的特性称为耐磨性。磨损是服装织物损坏的主要原因之一,其影响因素仍是纤维的性质、纱线的结构、织物组织及染整后加工特

性。

⑴纤维的性质:在各种纤维中,以锦纶的耐磨性为最优,其次是涤纶、维纶、丙纶、氯纶,腈纶的耐磨性最差。天然纤维中,羊毛的耐磨性相当好,棉、蚕丝和麻的耐磨性一般。这就是锦纶常用来制袜,

而羊毛耐穿的原因。

⑵纱线结构:纱线粗,其织物耐磨性好;捻度大的织物耐磨性亦好;股线织物的耐磨性优于单纱织

物。

⑶织物组织结构:在经纬密度较疏松的织物中,平纹组织织物的耐磨性最好,锻纹组织最差;而在经纬密度较大的紧密织物中,结论正好相反,平纹织物的耐磨性最差,锻纹织物耐磨性最好。一般,过松、

过紧的织物都不利于织物的耐磨性。

⑷染整后加工:织物经过树脂整理,可提高其耐磨性。

织物的磨损分平磨、曲磨和折边磨等。衣服的袖口与裤脚属平磨,而衣裤的肘、膝部是曲磨,上衣

领口、裤脚边则属折边磨。

织物耐磨性能的测试有实际穿着试验与仪器试验两类。评价织物耐磨性的指标很多,大致可分为以

下几种:

①经一定的摩擦次数后,以织物物理性能发生的变化表示。例如用样卡来对比评定外观色泽、起毛

起球级别,用仪器来测定强度、重量、厚度、透气量等的变化率。

②以试样上出现一定的物理形态变化(如产生破洞)时的摩擦次数来表示。

③采用综合耐磨值:综合耐磨值=3/(1/耐平磨值+1/耐曲磨值+1/耐折边磨值)

《材料物理性能》试卷B.doc

一、是非题(I 分X1O=10分) 得分 评分人 1、 非等轴晶系的晶体,在膨胀系数低的方向热导率最大。 () 2、 粉末和纤维材料的导热系数比烧结材料的低得多。 () 3、 第一热应力因子/?是材料允许承受的最大温度差。 () 4、 同一种物质,多晶体的热导率总是比单晶的小。 () 5、 电化学老化的必要条件是介质中的离子至少有一种参加电导。() 6、 玻璃中的电导基本上是离子电导。 () 7、 薄玻璃杯较厚玻璃杯更易因冲开水而炸裂。 () 8、 压应力使单晶材料的弹性模量变小。 () 9、 多晶陶瓷材料断裂表面能比单晶大。 () 10、 材料的断裂强度取决于裂纹的数量。 () 二、名词解释(2分X 10=20分) 得分 评分人 题号 -------- - ? ---- * 四 五 六 七 八 九 总分 合分人 得分 材料物理性能课程结束B 试卷 考试形式 闭卷 考试用时120分钟

1、固体电解质: 2、表面传热系数: 3、P型半导体: 4、施主能级: 5、声频支: 6、稳定传热: 7、载流了的迁移率: 8、蠕变: 9、弛豫:

10、滑移系统:

三、简答题(5分X4=20分,任选4题) 得分 评分人 1、导温系数。的物理意义及其量纲? 2、显微结构对材料脆性断裂的影响? 3、写出两个抗热应力损伤因子的表达式并对其含义及作用加以说明。 4、不同材料在外力作用时有何不同的变形特征?

四、问答题(9分X4=36分) 得分 评分人 1、何为裂纹的亚临界生长?试用应力腐蚀理论解释裂纹的亚临界生长? 2、请对图1表示的氧化铝单晶的入-丁曲 线分析说明。o I JI O 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 T/K图1氧化铝单晶的热导率随温度的变 化

材料物理性能期末复习题

期末复习题 一、填空(20) 1.一长30cm的圆杆,直径4mm,承受5000N的轴向拉力。如直径拉成3.8 mm,且体积保持不变,在此拉力下名义应力值为,名义应变值为。 2.克劳修斯—莫索蒂方程建立了宏观量介电常数与微观量极化率之间的关系。 3.固体材料的热膨胀本质是点阵结构中质点间平均距离随温度升高而增大。 4.格波间相互作用力愈强,也就是声子间碰撞几率愈大,相应的平均自由程愈小,热导率也就愈 介电常数一致,虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 .当磁化强度M为负值时,固体表现为抗磁性。8.电子磁矩由电子的轨道磁矩和自旋磁矩组成。 9.无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 10.广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 ?(1-m)2x。11.设某一玻璃的光反射损失为m,如果连续透过x块平板玻璃,则透过部分应为 I 12.对于中心穿透裂纹的大而薄的板,其几何形状因子。 13.设电介质中带电质点的电荷量q,在电场作用下极化后,正电荷与负电荷的位移矢量为l,则此偶极矩为 ql 。 14.裂纹扩展的动力是物体内储存的弹性应变能的降低大于等于由于开裂形成两个新表面所需的表面能。 15.Griffith微裂纹理论认为,断裂并不是两部分晶体同时沿整个界面拉断,而是裂纹扩展的结果。16.考虑散热的影响,材料允许承受的最大温度差可用第二热应力因子表示。 17.当温度不太高时,固体材料中的热导形式主要是声子热导。 18.在应力分量的表示方法中,应力分量σ,τ的下标第一个字母表示方向,第二个字母表示应力作用的方向。 19.电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 20.原子磁矩的来源是电子的轨道磁矩、自旋磁矩和原子核的磁矩。而物质的磁性主要由电子的自旋磁矩引起。 21. 按照格里菲斯微裂纹理论,材料的断裂强度不是取决于裂纹的数量,而是决定于裂纹的大小,即是由最危险的裂纹尺寸或临界裂纹尺寸决定材料的断裂强度。 22.复合体中热膨胀滞后现象产生的原因是由于不同相间或晶粒的不同方向上膨胀系数差别很大,产生很大的内应力,使坯体产生微裂纹。 23.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。 24.铁电体是具有自发极化且在外电场作用下具有电滞回线的晶体。 25.自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用。 二、名词解释(20) 自发极化:极化并非由外电场所引起,而是由极性晶体内部结构特点所引起,使晶体中的每个晶胞内存在固有电偶极矩,这种极化机制为自发极化。 断裂能:是一种织构敏感参数,起着断裂过程的阻力作用,不仅取决于组分、结构,在很大程度上受到微观缺陷、显微结构的影响。包括热力学表面能、塑性形变能、微裂纹形成能、相变弹性 能等。

材料物理性能考试复习资料

1. 影响弹性模量的因素包括:原子结构、温度、相变。 2. 随有温度升高弹性模量不一定会下降。如低碳钢温度一直升到铁素体转变为 奥氏体相变点,弹性模量单调下降,但超过相变点,弹性校模量会突然上升,然后又呈单调下降趋势。这是在由于在相变点因为相变的发生,膨胀系数急剧减小,使得弹性模量突然降低所致。 3. 不同材料的弹性模量差别很大,主要是因为材料具有不同的结合键和键能。 4. 弹性系数Ks 的大小实质上代表了对原子间弹性位移的抵抗力,即原子结合 力。对于一定的材料它是个常数。 弹性系数Ks 和弹性模量E 之间的关系:它们都代表原子之间的结合力。因为建立的模型不同,没有定量关系。(☆) 5. 材料的断裂强度:a E th /γσ= 材料断裂强度的粗略估计:10/E th =σ 6. 杜隆-珀替定律局限性:不能说明低温下,热容随温度的降低而减小,在接近 绝对零度时,热容按T 的三次方趋近与零的试验结果。 7. 德拜温度意义: ① 原子热振动的特征在两个温度区域存在着本质差别,就是由德拜温 度θD 来划分这两个温度区域: 在低θD 的温度区间,电阻率与温度的5次方成正比。 在高于θD 的温度区间,电阻率与温度成正比。 ② 德拜温度------晶体具有的固定特征值。 ③ 德拜理论表明:当把热容视为(T/θD )的两数时,对所有的物质都具有 相同的关系曲线。德拜温度表征了热容对温度的依赖性。本质上, 徳拜温度反应物质内部原子间结合力的物理量。 8. 固体材料热膨胀机理: (1) 固体材料的热膨胀本质,归结为点阵结构中质点间平均距离随温度升 高而增大。 (2) 晶体中各种热缺陷的形成造成局部点阵的畸变和膨胀。随着温度升 高,热缺陷浓度呈指数增加,这方面影响较重要。 9. 导热系数与导温系数的含义: 材料最终稳定的温度梯度分布取决于热导率,热导率越高,温度梯度越小;而趋向于稳定的速度,则取决于热扩散率,热扩散率越高,趋向于稳定的速度越快。 即:热导率大,稳定后的温度梯度小,热扩散率大,更快的达到“稳定后的温度梯度”(☆) 10. 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,故又称为抗热震 性。 热稳定性破坏(即抗热振性)的类型有两种:抗热冲击断裂性和抗热冲击损伤性。 11. 提高材料抗热冲击断裂性能的措施 ①提高材料强度σ,减小弹性模量E ,σ/E 增大,即提高了材料柔韧性,这样可吸收较多的应变能而不致于开裂。晶粒较细,晶界缺陷小,气孔少且分散者,强度较高,抗热冲击断裂性较好。

材料物理性能思考题

材料物理性能思考题 第一章:材料电学性能 1如何评价材料的导电能力?如何界定超导、导体、半导体和绝缘体材料? 2 经典导电理论的主要内容是什么?它如何解释欧姆定律?它有哪些局限性? 3 自由电子近似下的量子导电理论如何看待自由电子的能量和运动行为? 4 根据自由电子近似下的量子导电理论解释:准连续能级、能级的简并状态、 简并度、能态密度、k空间、等幅平面波和能级密度函数。 5 自由电子近似下的等能面为什么是球面?倒易空间的倒易节点数与不含自旋 的能态数是何关系?为什么自由电子的波矢量是一个倒易矢量? 6 自由电子在允许能级的分布遵循何种分布规律?何为费米面和费米能级?何 为有效电子?价电子与有效电子有何关系?如何根据价电子浓度确定原子的费米半径? 7 自由电子的平均能量与温度有何种关系?温度如何影响费米能级?根据自由 电子近似下的量子导电理论,试分析温度如何影响材料的导电性。 8 自由电子近似下的量子导电理论与经典导电理论在欧姆定律的微观解释方面 有何异同点?

9 何为能带理论?它与近自由电子近似和紧束缚近似下的量子导电理论有何关 系? 10 孤立原子相互靠近时,为什么会发生能级分裂和形成能带?禁带的形成规律 是什么?何为材料的能带结构? 11 在布里渊区的界面附近,费米面和能级密度函数有何变化规律?哪些条件下 会发生禁带重叠或禁带消失现象?试分析禁带的产生原因。 12 在能带理论中,自由电子的能量和运动行为与自由电子近似下有何不同? 13 自由电子的能态或能量与其运动速度和加速度有何关系?何为电子的有效质 量?其物理本质是什么? 14 试分析、阐述导体、半导体(本征、掺杂)和绝缘体的能带结构特点。 15 能带论对欧姆定律的微观解释与自由电子近似下的量子导电理论有何异同 点? 16 解释原胞、基矢、基元和布里渊区的含义

材料物理性能及材料测试方法大纲、重难点

《材料物理性能》教学大纲 教学内容: 绪论(1 学时) 《材料物理性能》课程的性质,任务和内容,以及在材料科学与工程技术中的作用. 基本要求: 了解本课程的学习内容,性质和作用. 第一章无机材料的受力形变(3 学时) 1. 应力,应变的基本概念 2. 塑性变形塑性变形的基本理论滑移 3. 高温蠕变高温蠕变的基本概念高温蠕 变的三种理论 第二章基本要求: 了解:应力,应变的基本概念,塑性变形的基本概念,高温蠕变的基本概念. 熟悉:掌握广义的虎克定律,塑性变形的微观机理,滑移的基本形态及与能量的关系.高温蠕变的原因及其基本理论. 重点: 滑移的基本形态,滑移面与材料性能的关系,高温蠕变的基本理论. 难点: 广义的虎克定律,塑性变形的基本理论. 第二章无机材料的脆性断裂与强度(6 学时) 1.理论结合强度理论结合强度的基本概念及其计算 2.实际结合强度实际结合强度的基本概念 3. 理论结合强度与实际结合强度的差别及产生的原因位错的基本概念,位错的运动裂纹的扩展及扩展的基本理论 4.Griffith 微裂纹理论 Griffith 微裂纹理论的基本概 念及基本理论,裂纹扩展的条件 基本要求: 了解:理论结合强度的基本概念及其计算;实际结合强度的基本概念;位错的基本概念,位错的运动;裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件熟悉:理论结合强度和实际结合强度的基本概念;位错的基本概念,位错的运动;裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件. 重点: 裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件难点: Griffith 微裂纹理论的 基本概念及基本理论 第三章无机材料的热学性能(7 学时) 1. 晶体的点阵振动一维单原子及双原子的振动的基本理论 2. 热容热容的基本概念热容的经验定律和经典理论热容的爱因斯坦模型热容的德拜模型 3.热膨胀热膨胀的基本概念热膨胀的基

材料物理性能作业及课堂测试

热学作业(一) 1. 请简述关于固体热容的经典理论. 爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论存在的什么问题?其本身又存在什么问题?为什么会出现这样的问题?德拜模型怎样解决了爱因斯坦模型的问题? 答:固体热容的经典理论包括关于元素热容的杜隆-珀替定律,以及关于化合物热容的柯普定律。前者内容为:恒压下元素的原子热容约为25 J/(K·mol)。后者内容为:化合物分子热容等于构成该化合物的各元素原子热容之和。 爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论中C m 不随T 变化的问题。在高温下爱因斯坦模型与经典理论一致,与实际情况相符,在0K 时C m 为0,但该模型得出的结论是C m 按指数规律随T 变化,这与实际观察到的C m 按T 3变化的规律不一致。 之所以出现这样的问题是因为爱因斯坦热容模型对原子热振动频率的处理过于简化——原子并不是彼此独立地以同样的频率振动的,而是相互间有耦合作用。 德拜模型主要考虑声频支振动的贡献,把晶体看作连续介质,振动频率可视为从0到ωmax 连续分布的谱带,从而较为准确地处理了热振动频率的问题。 2. 金属Al 在30K 下的C v,m =0.81J/K·mol ,其θD 为428K. 试估算Al 在50K 及500K 时的热容C v,m . 解:50K 远低于德拜温度428K ,在此温度下,C v 与T 3成正比,即3T A C v ?= 则 53310330 81 .0-?=== T C A v J/mol·K 4 故50K 时的恒容热容75.3501033 53=??=?=-T A C v J/mol·K 500K 高于德拜温度,故此温度下的恒容摩尔热容约为定值3R ,即: 9.2431.833=?=?=R C v J/mol·K 热学作业(二) 1、晶体加热时,晶格膨胀会使得其理论密度减小. 例如,Cu 在室温(20℃)下密度为8.94g/cm 3,待加热至1000℃时,其理论密度值为多少?(不考虑热缺陷影响,Cu 晶体从室温~1000℃的线膨胀系数为17.0×10-6/℃) 解:因为3202020a m V m D == ,31000 10001000a m V m D ==

材料物理性能测试思考题答案

有效电子数:不是所有的自由电子都能参与导电,在外电场的作用下,只有能量接近费密能的少部分电子,方有可能被激发到空能级上去而参与导电。这种真正参加导电的自由电子数被称为有效电子数。 K状态:一般与纯金属一样,冷加工使固溶体电阻升高,退火则降低。但对某些成分中含有过渡族金属的合金,尽管金相分析和X射线分析的结果认为其组织仍是单相的,但在回火中发现合金电阻有反常升高,而在冷加工时发现合金的电阻明显降低,这种合金组织出现的反常状态称为K状态。X射线分析发现,组元原子在晶体中不均匀分布,使原子间距的大小显著波动,所以也把K状态称为“不均匀固溶体”。 能带:晶体中大量的原子集合在一起,而且原子之间距离很近,致使离原子核较远的壳层发生交叠,壳层交叠使电子不再局限于某个原子上,有可能转移到相邻原子的相似壳层上去,也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去,从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异,与此相对应的能级扩展为能带。 禁带:允许被电子占据的能带称为允许带,允许带之间的范围是不允许电子占据的,此范围称为禁带。 价带:原子中最外层的电子称为价电子,与价电子能级相对应的能带称为价带。 导带:价带以上能量最低的允许带称为导带。 金属材料的基本电阻:理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关,可以看成为基本电阻,基本电阻在绝对零度时为零。 残余电阻(剩余电阻):电子在杂质和缺陷上的散射发生在有缺陷的晶体中,绝对零度下金属呈现剩余电阻。这个电阻反映了金属纯度和不完整性。 相对电阻率:ρ (300K)/ρ (4.2K)是衡量金属纯度的重要指标。 剩余电阻率ρ’:金属在绝对零度时的电阻率。实用中常把液氦温度(4.2K)下的电阻率视为剩余电阻率。 相对电导率:工程中用相对电导率( IACS%) 表征导体材料的导电性能。把国际标准软纯铜(在室温20 ℃下电阻率ρ= 0 .017 24Ω·mm2/ m)的电导率作为100% , 其他导体材料的电导率与之相比的百分数即为该导体材料的相对电导率。 马基申定则(马西森定则):ρ=ρ’+ρ(T)在一级近似下,不同散射机制对电阻率的贡献可以加法求和。ρ’:决定于化学缺陷和物理缺陷而与温度无关的剩余电阻率。ρ(T):取决于晶格热振动的电阻率(声子电阻率),反映了电子对热振动原子的碰撞。 晶格热振动:点阵中的质点(原子、离子)围绕其平衡位置附近的微小振动。 格波:晶格振动以弹性波的形式在晶格中传播,这种波称为格波,它是多频率振动的组合波。 热容:物体温度升高1K时所需要的热量(J/K)表征物体在变温过程中与外界热量交换特性的物理量,直接与物质内部原子和电子无规则热运动相联系。 比定压热容:压力不变时求出的比热容。 比定容热容:体积不变时求出的比热容。 热导率:表征物质热传导能力的物理量为热导率。 热阻率:定义热导率的倒数为热阻率ω,它可以分解为两部分,晶格热振动形成的热阻(ωp)和杂质缺陷形成的热阻(ω0)。导温系数或热扩散率:它表示在单位温度梯度下、单位时间内通过单位横截面积的热量。热导率的单位:W/(m·K) 热分析:通过热效应来研究物质内部物理和化学过程的实验技术。原理是金属材料发生相变时,伴随热函的突变。 反常膨胀:对于铁磁性金属和合金如铁、钴、镍及其某些合金,在正常的膨胀曲线上出现附加的膨胀峰,这些变化称为反常膨胀。其中镍和钴的热膨胀峰向上为正,称为正反常;而铁和铁镍合金具有负反常的膨胀特性。 交换能:交换能E ex=-2Aσ1σ2cosφA—交换积分常数。当A>0,φ=0时,E ex最小,自旋磁矩自发排列同一方向,即产生自发磁化。当A<0,φ=180°时,E ex也最小,自旋磁矩呈反向平行排列,即产生反铁磁性。交换能是近邻原子间静电相互作用能,各向同性,比其它各项磁自由能大102~104数量级。它使强磁性物质相邻原子磁矩有序排列,即自发磁化。 磁滞损耗:铁磁体在交变磁场作用下,磁场交变一周,B-H曲线所描绘的曲线称磁滞回线。磁滞回线所围成的面积为铁 =? 磁体所消耗的能量,称为磁滞损耗,通常以热的形式而释放。磁滞损耗Q HdB 技术磁化:技术磁化的本质是外加磁场对磁畴的作用过程即外加磁场把各个磁畴的磁矩方向转到外磁场方向(和)或近似外磁场方向的过程。技术磁化的两种实现方式是的磁畴壁迁移和磁矩的转动。 请画出纯金属无相变时电阻率—温度关系曲线,它们分为几个阶段,各阶段电阻产生的机制是什么?为什么高温下电阻率与温度成正比? 1—ρ电-声∝T( T > 2/ 3ΘD ) ; 2—ρ电-声∝T5 ( T< <ΘD );

材料物理性能课后习题问题详解_北航出版社_田莳主编

材料物理习题集 第一章 固体中电子能量结构和状态(量子力学基础) 1. 一电子通过5400V 电位差的电场,(1)计算它的德布罗意波长;(2)计算它的波数;(3) 计算它对Ni 晶体(111)面(面间距d =2.04×10-10 m )的布拉格衍射角。(P5) 12 34 131 192 1111 o ' (2) 6.610 = (29.110 5400 1.610 ) =1.67102K 3.7610sin sin 2182h h p mE m d d λπ λ θλ λ θθ----=???????=?==?=解:(1)= (2)波数= (3)2 2. 有两种原子,基态电子壳层是这样填充的 ; ; s s s s s s s 226232 2 6 2 6 10 2 6 10 (1)1、22p 、33p (2)1、22p 、33p 3d 、44p 4d ,请分别写出n=3的所有电子的四个量 子数的可能组态。(非书上内容)

3. 如电子占据某一能级的几率是1/4,另一能级被占据的几率为3/4,分别计算两个能级 的能量比费米能级高出多少k T ?(P15) 1()exp[]1 1 ln[1] ()()1/4ln 3()3/4ln 3F F F F f E E E kT E E kT f E f E E E kT f E E E kT = -+?-=-=-=?=-=-?解:由将代入得将代入得 4. 已知Cu 的密度为8.5×103 kg/m 3 ,计算其E 0 F 。(P16) 2 2 03 23426 23 3 31 18(3/8)2(6.6310)8.510 =(3 6.0210/8)291063.5 =1.0910 6.83F h E n m J eV ππ---=????????=解: 由 5. 计算Na 在0K 时自由电子的平均动能。(Na 的摩尔质量M=22.99,.0ρ?33 =11310kg/m ) (P16)

材料物理性能部分课后习题8页

课后习题 第一章 1.德拜热容的成功之处是什么? 答:德拜热容的成功之处是在低温下,德拜热容理论很好的描述了晶体热容,CV.M∝T的三次方 2.何为德拜温度?有什么物理意义? 答:HD=hνMAX/k 德拜温度是反映晶体点阵内原子间结合力的一个物理量 德拜温度反映了原子间结合力,德拜温度越高,原子间结合力越强 3.试用双原子模型说明固体热膨胀的物理本质 答:如图,U1(T1)、U2(T2)、U3(T3)为不同温度时的能量,当原子热振动通过平衡位置r0时,全部能量转化为动能,偏离平衡位置时,动能又逐渐转化为势能;到达振幅最大值时动能降为零,势能打到最大。由势能曲线的不对称可以看到,随温度升高,势能由U1(T1)、U2(T2)向U3(T3)变化,振幅增加,振动中心就由r0',r0''向r0'''右移,导致双原子间距增大,产生热膨胀 第二章 1.镍铬丝电阻率300K为1×10-6Ω·m加热到4000K时电阻率增加5%假定在此温度区间内马西森定则成立。试计算由于晶格缺陷和杂质引起的电阻率。 解:按题意:p(300k) = 10∧-6 则: p(400k) = (10∧-6)* (1+0.05) ----(1) 在400K温度下马西森法则成立,则: p(400k) = p(镍400k) + p(杂400k)

----(2) 又: p(镍400k) = p(镍300k) * [1+ α * 100] ----(3) 其中参数: α为镍的温度系数约 = 0.007 ; p(镍300k)(室温) = 7*10∧-6 Ω.cm) 将(1)和(3)代入(2)可算出杂质引起的电阻率 p(杂400k)。 2.为什么金属的电阻因温度升高而增大,而半导体的电阻却因温度的升高而减小? 对金属材料,尽管温度对有效电子数和电子平均速率几乎没有影响,然而温度升高会使离子振动加剧,热振动振幅加大,原子的无序度增加,周期势场的涨落也加大。这些因素都使电子运动的自由称减小,散射几率增加而导致电阻率增大 而对半导体当温度升高时,满带中有少量电子有可能被激发到上面的空带中去,在外电场作用下,这些电子将参与导电。同时,满带中由于少了一些电子,在满带顶部附近出现了一些空的量子状态,满带变成了部分占满的能带,在外电场作用下,仍留在满带中的电子也能够起导电作用。 3.表征超导体性能的3个主要指标是什么?(P80) (表征超导体的两个基本特性完全的导电性和完全的抗磁性) 1),临界转变温度TC,即成为超导态的最高温度 2)。临界磁场HC,即能破坏超导态的最小磁场,HC的大小与超导材料的性质有关 3),临界电流密度JC,即材料保持超导状态的最大输入电流 第三章 1.什么是自发磁化?(P142) 在铁磁质内部存在着很强的“分子场”,在这种“分子场”的作用下,原

《材料物理性能》测试题汇总(doc 8页)

《材料物理性能》测试题 1、利用热膨胀曲线确定组织转变临界点通常采取的两种方法是: 、 2、列举三种你所知道的热分析方法: 、 、 3、磁各向异性一般包括 、 、 等。 4、热电效应包括 效应、 效应、 效应,半导体制冷利用的是 效应。 5、产生非线性光学现象的三个条件是 、 、 。 6、激光材料由 和 组成,前者的主要作用是为后者提供一个合适的晶格场。 7、压电功能材料一般利用压电材料的 功能、 功能、 功能、 功能或 功能。 8、拉伸时弹性比功的计算式为 ,从该式看,提高弹性比功的途径有二: 或 ,作为减振或储能元件,应具有 弹性比功。 9、粘着磨损的形貌特征是 ,磨粒磨损的形貌特征是 。 10、材料在恒变形的条件下,随着时间的延长,弹性应力逐渐 的现象称为应力松弛,材料抵抗应力松弛的能力称为 。 1、导温系数反映的是温度变化过程中材料各部分温度趋于一致的能力。 ( ) 2、只有在高温且材料透明、半透明时,才有必要考虑光子热导的贡献。 ( ) 3、原子磁距不为零的必要条件是存在未排满的电子层。 ( ) 4、量子自由电子理论和能带理论均认为电子随能量的分布服从FD 分布。 ( ) 5、由于晶格热振动的加剧,金属和半导体的电阻率均随温度的升高而增大。 ( ) 6、直流电位差计法和四点探针法测量电阻率均可以消除接触电阻的影响。 ( ) 7、 由于严格的对应关系,材料的发射光谱等于其吸收光谱。 ( ) 8、 凡是铁电体一定同时具备压电效应和热释电效应。 ( ) 9、 硬度数值的物理意义取决于所采用的硬度实验方法。 ( ) 10、对于高温力学性能,所谓温度高低仅具有相对的意义。 ( ) 1、关于材料热容的影响因素,下列说法中不正确的是 ( ) A 热容是一个与温度相关的物理量,因此需要用微分来精确定义。 B 实验证明,高温下化合物的热容可由柯普定律描述。 C 德拜热容模型已经能够精确描述材料热容随温度的变化。 D 材料热容与温度的精确关系一般由实验来确定。 2、 关于热膨胀,下列说法中不正确的是 ( ) A 各向同性材料的体膨胀系数是线膨胀系数的三倍。 B 各向异性材料的体膨胀系数等于三个晶轴方向热膨胀系数的加和。 C 热膨胀的微观机理是由于温度升高,点缺陷密度增高引起晶格膨胀。 D 由于本质相同,热膨胀与热容随温度变化的趋势相同。 3、下面列举的磁性中属于强磁性的是 ( ) A 顺磁性 B 亚铁磁性 C 反铁磁性 D 抗磁性 4、关于影响材料铁磁性的因素,下列说法中正确的是 ( ) A 温度升高使得M S 、 B R 、H C 均降低。 B 温度升高使得M S 、B R 降低,H C 升高。 C 冷塑性变形使得C H μ和均升高。 D 冷塑性变形使得C H μ和均降低。 5、下面哪种效应不属于半导体敏感效应。 ( ) A 磁敏效应 B 热敏效应 C 巴克豪森效应 D 压敏效应 6、关于影响材料导电性的因素,下列说法中正确的是 ( ) A 由于晶格振动加剧散射增大,金属和半导体电阻率均随温度上升而升高。 B 冷塑性变形对金属电阻率的影响没有一定规律。 C “热塑性变形+退火态的电阻率”的电阻率高于“热塑性变形+淬火态” D 一般情况下,固溶体的电阻率高于组元的电阻率。 7、下面哪种器件利用了压电材料的热释电功能 ( ) A 电控光闸 B 红外探测器 C 铁电显示器件 D 晶体振荡器 8、下关于铁磁性和铁电性,下面说法中不正确的是 ( ) A 都以存在畴结构为必要条件 B 都存在矫顽场 C 都以存在畴结构为充分条件 D 都存在居里点 9、下列硬度实验方法中不属于静载压入法的是 ( )

材料物理性能考试重点、复习题电子教案

材料物理性能考试重点、复习题

精品资料 1.格波:在晶格中存在着角频率为ω的平面波,是晶格中的所有原子以相同频率振动而 形成的波,或某一个原子在平衡附近的振动以波的形式在晶体中传播形成的波 2.色散关系:频率和波矢的关系 3.声子:晶格振动中的独立简谐振子的能量量子 4.热容:是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量,其定义是物体温度升高1K 所需要增加的能量。 5.两个关于晶体热容的经验定律:一是元素的热容定律----杜隆-珀替定律:恒压下元素的 原子热容为25J/(K*mol);另一个是化合物的热容定律-----奈曼-柯普定律:化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。 6.热膨胀:物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀 7.固体材料热膨胀机理:材料的热膨胀是由于原子间距增大的结果,而原子间距是指晶 格结点上原子振动的平衡位置间的距离。材料温度一定时,原子虽然振动,但它平衡位置保持不变,材料就不会因温度升高而发生膨胀;而温度升高时,会导致原子间距增大。 8.温度对热导率的影响:在温度不太高时,材料中主要以声子热导为主,决定热导率的因 素有材料的热容C、声子的平均速度V和声子的平均自由程L,其中v通常可以看作常数,只有在温度较高时,介质的弹性模量下降导致V减小。材料声子热容C在低温下与温度T3成正比。声子平均自由程V随温度的变化类似于气体分子运动中的情况,随温度升高而降低。实验表明在低温下L值的变化不大,其上限为晶粒的线度,下限为晶格间距。在极低温度时,声子平均自由程接近或达到其上限值—晶粒的直径;声子的热容C则与T3成正比;在此范围内光子热导可以忽略不计,因此晶体的热导率与温度的三次方成正比例关系。在较低温度时,声子的平均自由程L随温度升高而减小,声子的热容C仍与T3成正比,光子热导仍然极小,可以忽略不计,此时与L相比C对声子热导率的影响更大,因此在此范围内热导率仍然随温度升高而增大,但变化率减小。 在较高温度下,声子的平均自由程L随温度升高继续减小,而声子热容C趋近于常数,材料的热导率由L随温度升高而减小决定。随着温度升高,声子的平均自由程逐渐趋近于其最小值,声子热容为常数,光子平均自由程有所增大,故此光子热导逐步提高,因此高温下热导率随温度升高而增大。一般来说,对于晶体材料,在常用温度范围内,热导率随温度的上升为下降。 9.影响热导率的因素:1)温度的影响,一般来说,晶体材料在常用温度范围内,热导率随 温度的上升而下降。2)显微结构的影响。3)化学组成的影响。4)复合材料的热导率 10.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,所以又称为抗热震性。 11.常用热分析方法:1)普通热分析法2)差热分析3)差示扫描量热法4)热重法 12.光折射:当光依次通过两种不同介质时,光的行进方向要发生改变,这种现象称为折 射 13.光的散射:材料中如果有光学性能不均匀的结构,例如含有透明小粒子、光性能不同 的晶界相、气孔或其他夹杂物,都会引起一部分光束偏离原来的传播方向而向四面八方散开来,这种现象称为光的散射。 14.吸收:光通过物质传播时,会引起物质的价电子跃迁或使原子振动,从而使光能的一 部分转变为热能,导致光能的衰减的现象 15.弹性散射:光的波长(或光子能量)在散射前后不发生变化的,称为弹性散射 16.按照瑞利定律,微小粒子对波长的散射不如短波有效,在可见光的短波侧λ=400nm 处,紫光的散射强度要比长波侧λ=720nm出红光的散射强度大约大10倍 17.色散:材料的折射率随入射光的频率的减小(或波长的增加)而减小的性质,称为材仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除谢谢2

材料物理性能作业及课堂考试

材料物理性能作业及课堂测试

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热学作业(一) 1. 请简述关于固体热容的经典理论. 爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论存在的什么问题?其本身又存在什么问题?为什么会出现这样的问题?德拜模型怎样解决了爱因斯坦模型的问题? 答:固体热容的经典理论包括关于元素热容的杜隆-珀替定律,以及关于化合物热容的柯普定律。前者内容为:恒压下元素的原子热容约为25 J/(K·mol)。后者内容为:化合物分子热容等于构成该化合物的各元素原子热容之和。 爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论中C m 不随T 变化的问题。在高温下爱因斯坦模型与经典理论一致,与实际情况相符,在0K 时C m 为0,但该模型得出的结论是C m 按指数规律随T 变化,这与实际观察到的C m 按T 3变化的规律不一致。 之所以出现这样的问题是因为爱因斯坦热容模型对原子热振动频率的处理过于简化——原子并不是彼此独立地以同样的频率振动的,而是相互间有耦合作用。 德拜模型主要考虑声频支振动的贡献,把晶体看作连续介质,振动频率可视为从0到ωmax 连续分布的谱带,从而较为准确地处理了热振动频率的问题。 2. 金属Al 在30K 下的C v,m =0.81J/K·mol ,其θD 为428K. 试估算Al 在50K 及500K 时的热容C v,m . 解:50K 远低于德拜温度428K ,在此温度下,C v 与T 3成正比,即3T A C v ?= 则 53310330 81 .0-?=== T C A v J/mol·K 4 故50K 时的恒容热容75.3501033 53=??=?=-T A C v J/mol·K 500K 高于德拜温度,故此温度下的恒容摩尔热容约为定值3R ,即: 9.2431.833=?=?=R C v J/mol·K 热学作业(二) 1、晶体加热时,晶格膨胀会使得其理论密度减小. 例如,Cu 在室温(20℃)下密度为8.94g/cm 3,待加热至1000℃时,其理论密度值为多少?(不考虑热缺陷影响,Cu 晶体从室温~1000℃的线膨胀系数为17.0×10-6/℃) 解:因为3202020a m V m D == ,31000 10001000a m V m D ==

材料物理性能

材料物理性能 第一章 考点1. 电子理论的发展经历了三个阶段,即古典电子理论、量子自由电子理论和能带理论。古典电子理论假设金属中的价电子完全自由,并且服从经典力学规律; 量子自由电子理论也认为金属中的价电子是自由的,但认为它们服从量子力学规律;能带理论则考虑到点阵周期场的作用。 考点2. 费米电子 在T = 0K时,大块金属中的自由电子从低能级排起,直到全部价电子均占据了相应的能级为止。具有能量为EF(0)以下的所有能级都被占满,而在EF(0)之上的能级都空着,EF(0)称为费米能,是由费米提出的,相应的能级称为费米能级。 考点3. 四个量子数 1、主量子数n 2、角量子数l 3、磁量子数m 4、自旋量子数ms 考点4. 思考题 1、过渡族金属物理性能的特殊性与电子能带结构有何联系? 过渡族金属的 d 带不满,且能级低而密,可容纳较多的电子,夺取较高的 s 带中的电子,降低费米能级。 第二章 考点5. 载流子 载流子可以是电子、空穴,也可以是离子、离子空位。材料所具有的载流子种类不同,其导电性能也有较大的差异,金属与合金的载流子为电子,半导体的载流子为电子和空穴,离子类导电的载流子为离子、离子空位。而超导体的导电性能则来自于库柏电子对的贡献。 考点6. 杂质可以分为两类 一种是作为电子供体提供导带电子的发射杂质,称为“施主”;另一种是作为电子受体提供价带空穴的收集杂质,称为“受主”。 掺入施主杂质后在热激发下半导体中电子浓度增加(n>p),电子为多数载流子,简称“多子”,空穴为少数载流子,简称“少子”。这时以电子导电为主,故称为n型半导体。施主杂质有时也就称为n型杂质。 在掺入受主的半导体中由于受主电离(p>n),空穴为多子,电子为少子,因而以空穴导电为主,故称为p型半导体。受主杂质也称为p型杂质。 考点7. 我们把只有本征激发过程的半导体称为本征半导体。 考点8. 在同一种半导体材料中往往同时存在两种类型的杂质,这时半导体的导电类型主要取决于掺 杂浓度高的杂质。 随着温度的升高本征载流子的浓度将迅速增加,而杂质提供的载流子浓度却不随温度而改变。因此,在高温时即使是杂质半导体也是本征激发占主导地位,呈现出本征半导体的特征(n≈p)。一般半导体在常温下靠本征激发提供的载流子甚少

材料物理性能试题及其答案

西 安 科 技 大 学 2011—2012学 年 第 2 学 期 考 试 试 题(卷) 学院:材料科学与工程学院 班级: 姓名: 学号:

—2012 学 年 第 2 学 期 考 试 试 题(卷) 学院:材料科学与工程学院 班级: 姓名: 学号:

材料物理性能 A卷答案 一、填空题(每空1分,共25分): 1、电子运动服从量子力学原理周期性势场 2、导电性能介电性能 3、电子极化原子(离子)极化取向极化 4、完全导电性(零电阻)完全抗磁性 5、电子轨道磁矩电子自旋磁矩原子核自旋磁矩 6、越大越小 7、电子导热声子导热声子导热 8、示差热分析仪(DTA)、示差扫描热分析(DSC)、热重分析(TG) 9、弹性后效降低(减小) 10、机械能频率静滞后型内耗 二、是非题(每题2分,共20分): 1、√ 2、× 3、× 4、√ 5、× 6、√ 7、× 8、× 9、× 10、√ 三、名词解释(每题3分,共15分): 1、费米能:按自由电子近似,电子的等能面在k空间是关于原点对称的球面。特别有意义的是E=E F的等能面,它被称为费米面,相应的能量成为费米能。 2、顺磁体:原子内部存在永久磁矩,无外磁场,材料无规则的热运动使得材料没有磁性,当外磁场作用,每个原子的磁矩比较规则取向,物质显示弱磁场,这样的磁体称顺磁体。 3、魏得曼-弗兰兹定律:在室温下许多金属的热导率与电导率之比几乎相同,而不随金属的不同而改变。 4、因瓦效应:材料在一定温度范围内所产生的膨胀系数值低于正常规律的膨胀系数值的现象。

5、弛豫模量:教材P200 四、简答题(每题6分,共30分): 1、阐述导体、半导体和绝缘体的能带结构特点。 答:①导体中含有未满带,在外场的作用下,未满带上的电子分布发生偏移,从而改变了原来的中心堆成状态,占据不同状态的电子所形成的运动电流不能完全抵消,未抵消的部分就形成了宏观电流;②绝缘体不含未满带,满带中的电子不会受外场的作用而产生偏离平衡态的分布,而一些含有空带的绝缘体,也因为禁带间隙过大,下层满带的电子无法跃迁到空带上来形成可以导电的未满带,所以绝缘体不能导电;③本征半导体的情况和绝缘体类似,区别是其禁带能隙比较小,当受到热激发或外场作用时,满带中的电子比较容易越过能隙,进入上方空的允带,从而使材料具有一定的导电能力;④掺杂半导体则是通过掺入异质元素,从而提供额外的自由电子或者额外的空穴以供下层电子向上跨越,使得跨越禁带的能量变低,电子更加容易进入上层的空带中,从而具有导电能力。 2、简述温度对金属电阻影响的一般规律及原因。 答:无缺陷理想晶体的电阻是温度的单值函数,如果在晶体中存在少量杂质和结构缺陷,那么电阻与温度的关系曲线将要变化。 在低温下,电子-电子散射对电阻的贡献显著,其他温度电阻取决于电子-声子散射。 3、何谓材料的热膨胀?其物理本质是什么? 答:①热膨胀:材料在加热和冷却过程中,其宏观尺寸随温度发生变化的现象。 ②物理本质:在非简谐近似下,随温度增加,原子热振动不仅振幅和频率增加,其平衡位置距平均尺寸也增加,即导致振动中心右移,原子间距增大,宏观上变现为热膨胀。 4、物质的铁磁性产生的充要条件是什么? 答:(1) 原子中必须有未填满电子的内层,因而存在未被抵消的自旋磁矩。 (2) 相邻原子间距a与未填满的内电子层半径r之比大于3,即a/r>3。 5、内耗法测定α-Fe中碳的扩散(迁移)激活能H的方法和原理。 答:参考教材P-211 五、论述题(每题10分,共10分):

材料物理性能试题(研究生ZHONG)

材料物理性能试题 1从物理本质上叙述晶体中电子能量结构的导带、价带和禁带产生的原因,并利用能带理论的初步知识说明材料的一些物理性质(举一例即可) 答:晶体的能带结构与该晶体结构和势能函数决定 具有空能级允带的电子是自由的,称为导带,可以在外电场作用下导电 导体(金属)能带中一定有未满带,称为价带、导带 半导体,绝缘体中能量最高的满带叫价带能量最低的空带叫导带 禁带:离子所造成的势场是不均匀的,能量存在周期性变化,有能隙。称作禁带。k=n π/a 和k=2π/λ(λ为电子波长),可以得到2a=n λ,即。响铃原子的背向散射波干涉相长,使入射波遭到全反射而不能进入晶体内部,应此在自由电子准连续能谱中形成禁带。 导电行,半导体、太阳能电视电池 2 表征超导体性能的三个主要指标是什么?目前氧化物超导体应用的主要弱点是什么? 答:临界转变温度、临界磁场强度、临界电流密度。 主要弱点是临界电流密度低。 3 铂线300 K 时电阻率为1×10-7Ω·m ,假设铂线成分为理想纯。试求1000 K 时的电阻率。 T 0772*******(1)1+T 1+T 5110 2.27101+1+ 2.2 T m T T ρραρααρρραα--=+=?==??=?Ω 解: 4 试说明压电体、热释电体、铁电体各自在晶体结构上的特点。 答:压电晶体的结构是不具有对称中心。铁电晶体也具有压电性,它的晶体结构也不具有对称中心;铁电体一定是离子性晶体,是具有自发极化的一种压电体,但并不是所有的压电体都是铁电体。热释电体也是一种压电体,晶体结构同样不具有对称中心;温度变化可以引起极化强度改变,但不一定所有的压电体都是热释电体,有的铁电体也是热释电体。总之,压电体、铁电体和热释电体都是不具有对称中心的晶体。 5 工厂中发生“混料”现象。假如某钢的淬火试样,又经不同回火后混在一起了。可用何法将每个不同温度回火、淬火试样区分开来(不能损伤试样)。 答:磁性能分析:淬火钢在回火过程中,马氏体和残余奥氏体都要发生分解而引起饱和磁化强度的变化。在回火过程中残余奥氏体分解的产物都是铁磁相,会引起饱和磁化强度的升高,而马氏体分解析出的碳化物是弱铁磁相,会引起饱和磁化强度的降低。回火第一阶段(20~

材料物理性能测试思考题答案

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有效电子数:不是所有的自由电子都能参与导电,在外电场的作用下,只有能量接近费密能的少部分电子,方有可能被激发到空能级上去而参与导电。这种真正参加导电的自由电子数被称为有效电子数。 K状态:一般与纯金属一样,冷加工使固溶体电阻升高,退火则降低。但对某些成分中含有过渡族金属 的合金,尽管金相分析和X射线分析的结果认为其组织仍是单相的,但在回火中发现合金电阻有反常升高,而在冷加工时发现合金的电阻明显降低,这种合金组织出现的反常状态称为K状态。X射线分析发现,组元原子在晶体中不均匀分布,使原子间距的大小显着波动,所以也把K状态称为“不均匀固溶体”。 能带:晶体中大量的原子集合在一起,而且原子之间距离很近,致使离原子核较远的壳层发生交叠,壳层交叠使电子不再局限于某个原子上,有可能转移到相邻原子的相似壳层上去,也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去,从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异,与此相对应的能级扩展为能带。 禁带:允许被电子占据的能带称为允许带,允许带之间的范围是不允许电子占据的,此范围称为禁带。价带:原子中最外层的电子称为价电子,与价电子能级相对应的能带称为价带。 导带:价带以上能量最低的允许带称为导带。 金属材料的基本电阻:理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关,可以看成为基本电阻,基本电阻在绝对零度时为零。 残余电阻(剩余电阻):电子在杂质和缺陷上的散射发生在有缺陷的晶体中,绝对零度下金属呈现剩余电阻。这个电阻反映了金属纯度和不完整性。 相对电阻率:ρ (300K)/ρ是衡量金属纯度的重要指标。 剩余电阻率ρ’:金属在绝对零度时的电阻率。实用中常把液氦温度下的电阻率视为剩余电阻率。 相对电导率:工程中用相对电导率( IACS%) 表征导体材料的导电性能。把国际标准软纯铜(在室温 20 ℃下电阻率ρ= 0 .017 24Ω·mm2/ m)的电导率作为100% , 其他导体材料的电导率与之相比的百分数即为该导体材料的相对电导率。 马基申定则(马西森定则):ρ=ρ’+ρ(T)在一级近似下,不同散射机制对电阻率的贡献可以加法求和。ρ’:决定于化学缺陷和物理缺陷而与温度无关的剩余电阻率。ρ(T):取决于晶格热振动的电阻率(声子电阻率),反映了电子对热振动原子的碰撞。 晶格热振动:点阵中的质点(原子、离子)围绕其平衡位置附近的微小振动。 格波:晶格振动以弹性波的形式在晶格中传播,这种波称为格波,它是多频率振动的组合波。 热容:物体温度升高1K时所需要的热量(J/K)表征物体在变温过程中与外界热量交换特性的物理量,直接与物质内部原子和电子无规则热运动相联系。 比定压热容:压力不变时求出的比热容。 比定容热容:体积不变时求出的比热容。 热导率:表征物质热传导能力的物理量为热导率。 热阻率:定义热导率的倒数为热阻率ω,它可以分解为两部分,晶格热振动形成的热阻(ω p )和杂质缺 陷形成的热阻(ω )。 导温系数或热扩散率:它表示在单位温度梯度下、单位时间内通过单位横截面积的热量。热导率的单位:W/(m·K) 热分析:通过热效应来研究物质内部物理和化学过程的实验技术。原理是金属材料发生相变时,伴随热函的突变。 反常膨胀:对于铁磁性金属和合金如铁、钴、镍及其某些合金,在正常的膨胀曲线上出现附加的膨胀峰,这些变化称为反常膨胀。其中镍和钴的热膨胀峰向上为正,称为正反常;而铁和铁镍合金具有负反常的膨胀特性。 交换能:交换能E ex =-2Aσ 1 σ 2 cosφ A—交换积分常数。当A>0,φ=0时,E ex 最小,自旋磁矩自发排 列同一方向,即产生自发磁化。当A<0,φ=180°时,E ex 也最小,自旋磁矩呈反向平行排列,即产生反铁磁性。交换能是近邻原子间静电相互作用能,各向同性,比其它各项磁自由能大102~104数量级。它使强磁性物质相邻原子磁矩有序排列,即自发磁化。

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