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材料物理性能
材料物理性能材料物理性能第一章材料的热学性能1、名词解释比热容：质量为1kg的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K所需的热量称为比热容。
摩尔热容：1mol的物质在没有相变或化学反应的条件下升高1K所需的热量称为摩尔热容。
热胀冷缩：一般来讲，温度升高，体积增大；温度降低，体积缩小。
这就是所谓的热胀冷缩现象。
热流密度：单位时间内通过与热流垂直的单位面积的热量称为热流密度。
2、元素与化合物的热容理论？元素的热容定律----杜隆-珀蒂定律：恒压下元素的原子摩尔热容为25J/（mo l﹒K）。
化合物的热容定律----奈曼-科普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。
3、奈曼-科普定律的内容及使用条件？内容：合金的热容是每个组成元素热容与其质量分数的乘积之和。
使用条件：①适用于金属化合物。
金属与非金属的化合物，并能准确地适用于中间相和固溶体及它们所组成的多相合金；②对铁磁合金不适用；③对不同合金、不同组织状态的适用性表明，热处理虽然能改变合金的组织，但对合金高温下的热容没有明显的影响。
4、示差热分析的原理，步骤？原理：示差热分析是在测定热分析曲线的同时，利用示差热电偶测定待测试样和标准试样的温度而得到的。
步骤：①取样：两个标准样大小相等，标准样无相变。
一个待测样②连接电路：将热电偶与标样3连接。
先将待测样1与标准样2反向串联后与示差热电偶连接。
③将三个试样放在同一个温度场中加热，测量标准试样3的温度-时间曲线及待测样1与标准样2的示差热电势曲线。
④将示差热电势曲线上的峰值与温度-时间曲线相对应，找到相对应的温度5、热传导的物理机制？纯金属：电子导热合金：电子导热+声子导热半导体：电子导热+声子导热绝缘体：声子导热6、热传导定律及应用？热传导定律：在室温下许多金属的热导率与电导率之比几乎相同，而不随金属不同而改变，称为维德曼-弗兰兹定律。
应用：（1）导电好的材料导热性也好（2）利用电导率来测热导率。
材料物理性能
材料物理性能材料的物理性能是指材料在受力、受热、受光、受电、受磁等外界作用下所表现出的性质和特点。
它是材料的内在本质，直接影响着材料的使用性能和应用范围。
材料的物理性能包括了热学性能、光学性能、电学性能、磁学性能等多个方面。
首先，热学性能是材料的一个重要物理性能指标。
热学性能包括导热性、热膨胀性和热稳定性等。
导热性是指材料传导热量的能力，通常用热导率来表示。
热膨胀性是指材料在温度变化下的体积变化情况，通常用线膨胀系数来表示。
热稳定性是指材料在高温环境下的性能表现，包括了热变形温度、热老化等指标。
这些性能对于材料在高温环境下的应用具有重要意义。
其次，光学性能是材料的另一个重要物理性能。
光学性能包括透光性、反射率、折射率等指标。
透光性是指材料对光的透过程度，通常用透光率来表示。
反射率是指材料对光的反射程度，通常用反射率来表示。
折射率是指材料对光的折射程度，通常用折射率来表示。
这些性能对于材料在光学器件、光学仪器等领域的应用具有重要意义。
此外，电学性能是材料的另一个重要物理性能。
电学性能包括导电性、介电常数、电阻率等指标。
导电性是指材料导电的能力，通常用电导率来表示。
介电常数是指材料在电场中的极化能力，通常用介电常数来表示。
电阻率是指材料对电流的阻碍程度，通常用电阻率来表示。
这些性能对于材料在电子器件、电气设备等领域的应用具有重要意义。
最后，磁学性能是材料的另一个重要物理性能。
磁学性能包括磁导率、磁饱和磁化强度、矫顽力等指标。
磁导率是指材料对磁场的导磁能力，通常用磁导率来表示。
磁饱和磁化强度是指材料在外磁场作用下的最大磁化强度，通常用磁饱和磁化强度来表示。
矫顽力是指材料在外磁场作用下的抗磁化能力，通常用矫顽力来表示。
这些性能对于材料在磁性材料、电机、传感器等领域的应用具有重要意义。
综上所述，材料的物理性能是材料的重要特性，直接影响着材料的使用性能和应用范围。
不同类型的材料具有不同的物理性能，因此在材料选择和应用过程中，需要充分考虑材料的物理性能指标，以确保材料能够满足特定的使用要求。
第一章材料物理性能绪论.ppt
三、研究材料疲劳裂纹的扩展
四、研究淬火钢的回火
ρ
110 230 300
t(℃)
第五节导体合金及精密电阻
一、导体合金 Ag：ρ=1.47μΩ•cm
Cu：ρ=1.724μΩ•cm
AL：ρ=2.61μΩ•cm
二、精密电阻合金
锰铜 86Cu-12Mn-2Ni 康铜 Cu-40Ni-1.5Mn 新康铜 82.5Cu-12Mn-1.5Fe 新锰铜 67Mn-33Cu 三、加热合金
第六节影响电阻的因素
一、温度 二、应力 三、组织结构 塑性变形 热处理 四、合金元素及相结构 固溶体 有序化
第一章 电阻分析
第一节金属的导电性及其物理本质 一、金属的导电性
导体σ=104～108 （c/s） 半导体σ=10-7～104 （c/s） 绝缘体σ=10-8～10-18 （c/s）
二、金属导电的物理本质
1.经典电子理论
σ=ne2t/（2m） 2.量子自由电子理论
neff2 1 σ=
2m μ μ称为散射几率
四、碳钢的电阻
Wc＜0.02％时 Wc＞0.02％时 Wc＜0.9％的退火钢在20℃时 ρ20=（10.5 +3Wc+2Wc2）（μΩ•cm） Wc＜01％的钢，经850℃淬火后，在20 ℃时 ρ20=（10.3 +1.6Wc+12.6Wc2）（μΩ•cm） 1000℃淬火时 ρ20=（10.3 +9.3Wc+7.4Wc2）（μΩ•cm）
3.能带理论
三、影响金属导电性的因素
1.温度ρT=ρ0（1+αT） α=
2.应力的影响 ρ=ρ0（1+φp）
3.冷加工变形的影响 ρ=ρ（T）+ Δρ Δρ= Δρ（空位）+ Δρ（位错）
材料物理性能绪论概要
Composition
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Stru条件作用下，为描述材料的行为或结果，按照特定 的规范所获得的表征参量。 从定义可以看出：
有多少行为，就对应地有多少性能。 外界条件不同，相同的材料也会有不同的性能。 性能必须量化，多数的性能都有量纲。
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压电性
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结构件 电线、电缆 大规模集成电路
航空航天 超声波元件，滤波器
绪论
3.材料性能的研究，有助于研究材料的内部结构 如根据晶体材料能使X射线产生衍射的特性，就可以根据布拉 格公式nλ=2dsinθ(X射线在晶体中的衍射现象必须满足布拉格 (Bragg)公式)，利用晶体对X-ray的衍射图象，就可以推知晶体 中面网间距d，进而就可以分析晶体的结构。
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绪论
考试要求
1. 闭卷考试； 2. 成绩=80%期末成绩+20%平时成绩； 3. 平时成绩=考勤(不定时)+作业(质量)； 4. 三次缺席或两次不交作业，按规定取消考试；(请假除外，有 假条)
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绪论
二十一世纪世界各 国重点和优先发展
的技术是什么？ ①新材料技术、②信息技术、③能源技术、④生物技术、⑤先 进制造技术、⑥航空航天技术、⑦环境保护技术等已经成为影 响人类进步的重要技术。其中新材料技术是重中之重的技术。 其他任何技术的发展都离不开材料的发展。没有高性能的材料 作为基础，现代社会的文明很难再上一层楼！
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绪论
环境保护技术：该技术的发展也需要环保材料的进步，比如可降 解的塑料，污水处理所用的添加剂等都是材料的进步。
可降解塑料
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材料物理性能第一章材料热学性能一(热容的定义，热容的来源以及热容随温度的变化规律热容:是问题温度每升高1K，物质所需要增加的能量被称为热容。
热容的来源:温度升高导致原子热振动加剧，点阵离子振动以及体积膨胀需要向外做功，同时自由电子对热容也有贡献，但只在温度极端的情况下才发生。
热容随温度的变化规律:热容反映了材料从周围环境吸收能量的能力，不同温度时，热容不同。
定容热容与定压热容有相似规律。
当温度较高时，定压热容变化趋势平缓当温度较低时，定压热容与T3成正比;当温度趋于0K时，定压热容与T成正比;当温度等于0K是，定压热容也等于0K。
二(热容的德拜模型以及其局限性答:晶格点阵结构对热容的作用主要表现在弹性波的振动上，即波长较长的声频支的振动在低温下起主导作用，由于声频支的波长大于晶格常数，故可以将晶格看成是连续的介质，声频支也可以看成是连续的具有0-Wmax的谱带的振动。
由此，可导出定压热容的公式:Cv,m=12/5π4R(T/θD)3由此公式可得:1)当温度大于德拜温度时，即处于高温区，定压热容=3R，与实验结果相符合;2)当温度小于德拜温度时，定压热容与T3成正比，比爱因斯坦模型更接近于实验结果;3)当温差极低时(趋近于0K时)，定压热容趋近于0，大体与实验结果相符。
德拜模型的局限性:因为德拜模型把晶格点阵考虑成连续的介质，故对于原子振动频率较高的部分并不适用，故德拜模型对于一些化合物的计算与实验结果不相符;2)对于金属类晶体，忽略了自由电子的贡献，所以在极端温度条件下与实验结果不符;3)解释不了超导现象。
三(热膨胀的定义及其物理机制热膨胀:热膨胀是指随着温度的升高，材料发生体积或者长度增大的现象。
热膨胀的物理机制:随着温度的升高，晶体中的的原子振动加剧，相邻原子之间的平衡间距也随温度的变化而变化，因此温度升高产生热膨胀的现象。
四(热膨胀与其他物理量之间的关系。
热膨胀是原子间结合力的体现，原子间的结合力越大，热膨胀系数越小。
材料物理性能资料
)（E k →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？用电阻率ρ或电阻率σ评价材料的导电能力。
按材料的导电能力（电阻率），人们通常将材料划分为：）（）超导体（）（）导体（）（）半导体（）（）绝缘体（m .104m .10103m .10102m .1012728-828Ω〈Ω〈〈Ω〈〈Ω〈---ρρρρ2、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？金属导体中，其原子的所有价电子均脱离原子核的束缚成为自由电子，而原子核及内层束缚电子作为一个整体形成离子实。
所有离子实的库仑场构成一个平均值的等势电场，自由电子就像理想气体一样在这个等势电场中运动。
如果没有外部电场或磁场的影响，一定温度下其中的离子实只能在定域作热振动，形成格波，自由电子则可以在较大范围内作随机运动，并不时与离子实发生碰撞或散射，此时定域的离子实不能定向运动，方向随机的自由电子也不能形成电流。
施加外电场后，自由电子的运动就会在随机热运动基础上叠加一个与电场反方向的平均分量，形成定向漂移，形成电流。
自由电子在定向漂移的过程中不断与离子实或其它缺陷碰撞或散射，从而产生电阻。
E J →→=σ，电导率σ= （其中μ= ，为电子的漂移迁移率，表示单位场强下电子的漂移速度），它将外加电场强度和导体内的电流密度联系起来，表示了欧姆定律的微观形式。
缺陷：该理论高估了自由电子对金属导电能力的贡献值，实际上并不是所有价电子都参与了导电。
（？把适用于宏观物体的牛顿定律应用到微观的电子运动中，并且承认能量的连续性）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？自由电子近似下，电子的本证波函数是一种等幅平面行波，即振幅保持为常数；电子本证能量E 随波矢量的变化曲线 是一条连续的抛物线。
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。
材料物理性能绪论
论
一、引 言
（一）材料性能的定义
������
材料性能是一种用于表征材料在给定的外界条件 下的行为的参量。
1、有多少行为，就对应地有多少性能。 2、 外界条件不同，相同的材料也会有不同 3、 性能必须量化，多数的性能都有量纲。
从定义可以看出： ������ ������
的性能。 ������
1、有多少行为，就对应地有多 少性能
为什么说材料科学是未来最令人兴 奋的学科呢？因为材料领域为我们的创 新与改进提供无限的机会。当我们把焦 点放到发展金属、陶瓷、高分子、复合 材料时，我们才认识到这些材料可以满 足如此之多的特殊要求。这项工程从原 子量级开始，元素间有数百万种可能的 组合。这些性能最终反映到宏观量级上， 应用在像石墨钓鱼杆，以及桥梁、建筑 物等等。越来越多的新材料被发现，材 料科学对我们的生活影响越来越大。材 料科学在工业及全球经济中扮演着重要 的角色，我们必将在材料时代中发挥更 大的作用。
材料科学(materials science) 材料科学是一门科学，它从事于材料本质 的发现、分析方面的研究，它的目的在于提供 材料结构的统一描绘，或给出模型，并解释这 种结构与材料的性能之间的关系。 材料工程(materials engineering) 材料工程属技术的范畴，目的在于采用经 济的、而又能为社会所接受的生产工艺、加工 工艺控制材料的结构、性能和形状以达到使用 要求。
例如:“强度”这个力学性能，如不注明外界条件， 其意义是含糊的，说含30%的Zn的黄铜的室温抗 拉强度是313.6MPa，才是确切的，因为它表明的 外界条件是：室温、空气、拉伸载荷、工业标准规 定的拉伸速度。又如，虽然“断裂强度”的临界条 件是断裂，不少的外界条件可以影响断裂行为： a) 温度升高到熔点的40--50%以上──蠕变断裂强 度； b) 反复的交变载荷──疲劳断裂强度； c) 特定的化学介质等──腐蚀断裂强度。
—材料物理性能绪论第一章
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数学、物理、材料力学、量子力学、固 体物理、电路、半导体物理、介电质物 理等课程。
本课程的理论与知识体系
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章
金属电子论概要 热学性能 电学性能 铁磁学基础 磁学性能 弹性与滞弹性
第一节 电子的波动性
一、微观粒子的波粒二象性
1、 光子具有的能量为：
E = hν
(1-1)
式中，h6.6310 34J•s为普朗克常数。 ν为频率。
2、“二象性”：象光子这种微观粒子表现出双重性 质—波动性和粒子性，这种现象叫波粒二象性。
3、物质波的假说：一个能量为E、动量为p的粒子，同
时也具有波性，其波长λ由动量p确定，频率ν则由能量
功能材料
能源材料
建筑材料
航空航天材料
光电材料
智能材料
生态环境材料 液晶
单晶 多晶
信息材料
准 晶
非晶
材料无处不在
功能材料 磁性材料
金属材料
信号接受 移动通讯
介电材料 对话功能
传感器件
金属外壳
光学材料
拍照功能
液晶材料
电子线路 半导体技术
数码拍照 显示功能
照片存储
半导体芯片
“新材料”与“高技术”
所谓“新材料”，就是那些新出现或已在发展中的，
纳米材料
聚合物
材料工程
材料物理和材料科学的关系
1.息息相关、相互促进和共同发展
2.材料物理研究课题来源于材料、对象也 是材料，都是生产、科研中提出来的新问 题。
3.材料物理的基本研究指导材料的生产应 用。
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绪论
金属材料
材 料
无机非金属材料
有机高分子材料
绪论
物理科学
材料 物理
材料科学
材料物理是研究物质的微观结构、组织形式、 运动状态、物理性能、化学成分以及它们之 间相互关系的学科。从物理学的一些基本概 念、基本原理、基本定律出发，建立相应的 物理模型、力图阐述材料本身结构、性质和 它们在各种外界条件下变化及其规律，得出 结论，进而指导材料的生产和科学研究。
绪论
材料物理性能
电学 性能 热学 性能
磁学 性能
声学、结 构、工艺过程的关系及其变化规律。
“物性” 还随材料的使用（或实验）环境变 化的。这些环境包括温度、压力、电场、磁 场、辐照、化学介质、力场等等。
材料物理性能涉及到材料科学和工程两个部 分。性能的物理本质部分告诉我们“为什 么”，工艺—结构、性能及其测试分析技术 告诉我们“如何做”，其载体和桥梁就是具 体的功能材料。
绪论
功能材料
是什么？
为什么？
如何做？
材料科学
物理本质
工程
绪论
本课程的内容庞杂，每章都自成体系。从四 个方面进行学习：基本概念、物理本质、影 响因素和分析应用。 学习要求：
1、掌握基本概念
2、定性了解各种物理性能的物理本质
3、会分析实验结果
绪论
参考书：
1、《材料物理性能》 田莳编著 北航
2、《材料物理性能》 龙毅主编 中南
3、《材料物理性能》 陈树川等著 上交 大 《固体物理学》、《量子力学》、《金属 学及热处理原理》等相关知识。