材料物理性能绪论共34页

材料物理性能简介-之欧阳光明创编

<<材料物理性能>>基本要求欧阳光明（2021.03.07）一，基本概念：1.摩尔热容: 使１摩尔物质在没有相变和化学反应的条件下，温度升高1K所需要的热量称为摩尔热容。

它反映材料从周围环境吸收热量的能力。

2.比热容：质量为1kg的物质在没有相变和化学反应的条件下，温度升高1K所需要的热量称为比热容。

它反映材料从周围环境吸收热量的能力。

3.比容：单位质量（即1kg物质）的体积，即密度的倒数（m3/kg）。

4.格波：由于晶体中的原子间存在着很强的相互作用，因此晶格中一个质点的微振动会引起临近质点随之振动。

因相邻质点间的振动存在着一定的位相差，故晶格振动会在晶体中以弹性波的形式传播，而形成“格波”。

5.声子（Phonon）: 声子是中集体激发的准粒子，就是振动中的简谐振子的能量量子。

6.德拜特征温度: 德拜模型认为:晶体对热容的贡献主要是低频弹性波的振动，声频支的频率具有0～ωmax分布,其中,最大频率所对应的温度即为德拜温度θD,即θD=ћωmax/k。

7.示差热分析法（Differential Thermal Analysis, DTA ）: 是在测定热分析曲线（即加热温度T与加热时间t的关系曲线）的同时，利用示差热电偶测定加热（或冷却）过程中待测试样和标准试样的温度差随温度或时间变化的关系曲线ΔT~T（t），从而对材料组织结构进行分析的一种技术。

8.示差扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry, DSC）: 用示差方法测量加热或冷却过程中，将试样和标准样的温度差保持为零时，所需要补充的热量与温度或时间的关系。

9.热稳定性（抗热振性）：材料承受温度的急剧变化（热冲击）而不致破坏的能力。

10.塞贝克效应：当两种不同的导体组成一个闭合回路时，若在两接头处存在温度差则回路中将有电势及电流产生，这种现象称为塞贝克效应。

11.玻尔帖效应：当有电流通过两个不同导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，还要在两接头处出现吸热或放出热量Q的现象。

材料物理性能(课件)

· 热重法(Thermogravimetry)：测量质量与温度的关系。 · 用途：测量有机物分解温度，研究高聚物的热稳定性
TIM
Ni(OH)2
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（二）热容
■ 热分析方法 · 差热分析(Differential thermal analysis, DTA)：测量试样与参比物之间温差与时间或温度的关系。分析所采用的参比物应是热惰性物质，即在整个测试温度范围内不发生分解、相变和破坏，也不与被测物质发生化学反应。参比物的热容、热传导系数等应尽量与试样接近。
5
（一）热学性能的物理基础
■ 晶格热振动
· 晶格热振动：晶体点阵中质点围绕平衡位置的微小振动。材料热学性能的物理本质均与其晶格热振动相关。 · 晶格振动是三维的，当振动很微弱时，可认为原子作简谐振动。振动频率随弹性模量Em增大而提高。
x=ACOS(ot+p)
· 温度升高时质点动能增大， 1/2 mv2= 1/2 kT, ∑ (动能)i ＝热能 · 质点热振动相互影响，相邻质点间的振动存在一定的相位差，晶格振动以波（格波）的形式在整个材料内传播。格波在固体中的传播速度： v = 3 * 103m/s, 晶格常数a为10-10 m数量级，格波最高频率：v / 2a = 1.5 * 1013 Hz · 频率极低的格波：声频支振动；频率极高的格波：光频支振动
■ 亚稳态组织转变为稳定态要释放热量，热容－温度曲线向下拐折。
H
TC
T
二级相变焓和热容随温度的变化
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（二）热容
■ 热容的测量
· 量热计法。低温及中温区：电加热法 · 高温区：撒克司法
P：搅拌器，C：量热器筒 18

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

材料物理性能与力学性能PPT课件

3. 弹性模量的影响因素
弹性模量是构成材料的离子或分子之间键合强度的主要标志，凡是影响键合强度的因素均能影响弹性模量。如：键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度、加载方式和速度等。
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1）键合方式和原子结构共价键、离子键、金属键----较高分子键----较弱原子半径越大，E越小
5）温度----温度升高，E降低特例：橡胶。其弹性模量随温度升高而增加。
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6）加载条件和负荷持续时间加载方式、速率和负荷持续时间对金属材料、陶瓷材料影响很小。对于高分子聚合物，负荷时间延长，E下降。
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4、比例极限和弹性极限
p
Fp A0
Fp：比例极限对应的应力 A0 ：试棒的原始截面面积
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第四节塑性变形及其性能指标
一、塑性变形机理定义：材料微观组织的相邻部分产生永久性位移，并不引起材料破裂的现象。 1：金属材料的塑性变形机理：滑移、孪生滑移系越多，塑性越好
复习：滑移：晶体的一部分对于另一部分沿一定晶面和晶向发生相对
滑动，滑动后原子处于新的稳定位置。滑移通常沿晶体中原子密度最大的晶面和晶向发生。
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五、本课程学习注意问题：
预备知识：材料力学和金属学方面的基本理论知识。理论联系实际:是实用性很强的一门课程。某些力学性能指
标根据理论考虑定义,而更多指标则按工程实用要求定义。重视实验: 通过实验既可掌握力学性能的测试原理，又可掌握测试技术，了解测试设备，进一步理解所测的力学性能指标的物理意义与实用意义。做些练习: 加深理解――巩固所学的知识。
消除方法：进行较大塑性变形；再结晶退火

—材料物理性能绪论第一章

本课程是建立在大学物理基础上的专业基础课。它是后续各专业课的基础。
相关课程
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。

材料物理性能-第一章绪论

1.1 材料物理性能引论
1.1.1 材料 (概念、分类、特征与应用、重要性)
1.1.2 物理（概念、研究方法、分类）
1.1.3 材料科学与工程 1.1.4 材料物理（定义、研究目的、范围、实验技术） 1.1.5 材料性能（定义、本质、分类、目的、重要性、研究内容）
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1.1 引论——材料、物理、性能
材料物理性能
授课对象:功能材料 2012-1、2012-2
重庆科技学院.冶金与材料工程学院
一、课程概况
1、课程名称：《材料物理性能》 2、课程性质：功能材料本科专业的一门专业平台课. 3、研究内容：主要围绕金属材料和无机非金属材料的物理性能、影响因素、测试方法、原理及相关应用等展开讨论。
主要内容：材料的电学性能（重点）、材料的磁学性能（重点）、材料的光学性能、材料的弹性与内耗
功能材料是指除强度外还有其他功能的材料。它们对外界环境具有灵敏的反应能力，即对外界的光、热、电、磁、压力、气氛等各种刺激，可以有选择性地作出反应，从而有许多特定的用途。电子、激光、能源、通讯、生物等许多新技术的发展都必须有相应的功能材料。可以认为，没有许多功能材料的出现，就不可能有现代科学技术的发展。智能材料：具有环境判断、自我修复等功能的功能材料传统材料先进材料
材料科学与工程：四要素
使用性能
制备加工
本课程中，材料的性能是指 “材料性质” 。它是材料科学与工程学科基本性能的四个基本要素之一。
组成与结构
1.1.4 材料物理
凝聚态物理学是从微观角度出发，研究凝聚状态物质（固体、液体、液晶等）的原子之间的结构、电子态结构以及相关的各种物理性质的一门学科。包括固体物理（晶体/非晶、金属、半导体、电介质、磁性）、液晶与高分子、液体物理、介观物理（包括团簇、纳米）、低温物理（超导与超流）、相变等等。材料物理，研究作为材料的凝聚态物质的物理，是凝聚态物理的分支，主要研究材料微观结构、物理性能（电/ 磁/光/热/力等）的微观起源及其相互联系，涉及量子力学、晶体学、电磁学等学科的交叉，以及实验（观察和鉴别）手段。