材料性能学-物理性能部分考试重点
材料物理性能期末复习重点-田莳.docx
1. 微观粒子的波粒二象性在量子力学里,微观粒子在不同条件下分别表 现出波动或粒子的性质。
这种量子行为称为波E.h 粒二象性「=云P2. 波函数及其物理意义微观粒子具有波动性，是一种具有统计规律的 几率波，它决定电子在空间某处出现的几率， 在t 时刻，几率波应是空间位置（x,y,z,t ）的 函数。
此函数 称波函数。
其模的平方代表粒 子在该处出现的概率。
表示七时亥（］、 （x 、y 、z ）处、单位体积内发现粒子的几率。
3. 自由电子的能级密度能级密度即状态密度。
dN 为E 到E+dE 范围内总 的状态数。
代表单位能量范围内所能容纳的电 子数。
4. 费米能级3. 2.1费米分布函数绝对温度T 下的物体内，电子达到热平衡状态时，一个 能量为E 的独立量子态，被一个电子占据的几率为：九（E ）=—U T —电子的费米分布函数1 + £ “K Q 为玻尔兹曼常数。
E F为…个类似于积分常数的-个待定常数，称为费米能级。
它描述了在热平衡状态下，在一个费米粒子系统（如电子系统）中 属于能址E 的一个量子态被一个电子占据的概率。
在0K 时，能量小于或等于费米能的能级全部被 电子占满，能量大于费米能级的全部为空。
故 费米能是0K 时金属基态系统电子所占有的能 级最咼的能量。
5. 晶体能带理论假定固体中原子核不动，并设想每个电子是在 固定的原子核的势场及其他电子的平均势场中 运动，称单电子近似。
用单电子近似法处理晶 体中电子能谱的理论，称能带理论。
6•导体，绝缘体，半导体的能带结构根据能带理论，晶体中并非所有电子，也并非 所有的价电子都参与导电，只有导带中的电子 或价带顶部的空穴才能参与导电。
从下图可以 看出，导体中导带和价带之间没有禁区，电子 进入导带不需要能量，因而导电电子的浓度很 大。
在绝缘体中价带和导期隔着一个宽的禁带 电子由价带到导带需要外界供给能量，使电 子激发，实现电子由价带到导带的跃迁，因而 通常导带中导电电子浓度很小。
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 =σ6. 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。
材料物理性能总复习
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。
杜隆珀替定律
恒压下元素的原子热容等于25J/(K.mol)。
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
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2、经典热容理论
• 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。
高温部分符合较好，但低温部分的理论值比实验值下降得过快。
磁性是一切物质的基本属性，从微观粒子到宏观物体以至于宇宙间的天体都存在着磁的现象。 磁性是磁性材料的一种使用性能，磁性材料具有能量转换、存储或改变能量状态的功能。
材料的磁学性能
01
02
1、基本磁参量的概念与定义以及影响因素
磁矩
磁化强度
磁导率
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IΔS，与电流I和封闭环形面积ΔS成正比
6、半导体的载流子浓度、迁移率及其电阻率 本征半导体 本征载流子浓度与温度T和禁带宽度Eg 有关： 随温度增加，载流子浓度增加； 禁带宽度大时，载流子浓度小； μn 和μp 分别表示在单位场强下自由电子和空穴的平均漂移速度（cm/s），称为迁移率。 杂质半导体 多子导电
温 度 升 高
半导体载流子浓度、迁移率及其电阻率与温度的关系
n -- 单位体积内载流子数目 q -- 为每一载流子携带的电荷量
E -- 为外电场电场强度
μ为载流子的迁移率，其含义为单位电场下载流子的平均漂移速度。
J -- 为电流密度
2、导电性本质因素
决定材料导电性好坏的本质因素有两个：
载流子浓度
载流子迁移率
温度、压力等外界条件，以及键合、成分等材料因素都对载流子数目和载流子迁移率有影响。任何提高载流子浓度或载流子迁移率的因素，都能提高电导率，降低电阻率。
材料物理性能复习资料
材料物理性能复习资料材料物理性能总复习(⽆材⼀)考试题型：1 名词解释 5个*3分，共15分；2 简答 7个*5分，共35分；3 计算 2个*10分，共20分；4 论述 2个*15分，共30分。
考试时间：2013-1-14. 考试重点1 材料的受⼒形变不同材料应⼒应变曲线的区别A （A 点）：⽐例极限; E （B 点）：弹性极限; P （C 点）：屈服极限; U （D 点）：断裂极限;E ，可逆线性正⽐例关系，当应⼒在 E 和 P 之间，外⼒去除后有⼀定程度的永久变形，即发⽣塑性变形陶瓷材料⼀般没有塑性变形，发⽣脆性断裂应⼒：单位⾯积上所受内⼒。
ζ=F/A由于材料的⾯积在外⼒作⽤下，可能有变化，A 就有变化，有名义应⼒和实际（真实）应⼒ P4. 应变：描述物质内部各质点之间的相对位移名义位移的应变：实际应变和L0有关，可以通过公式推导获得由于材料的不同⽅向的应变，因此考虑可以采⽤和应⼒分解的办法来解决，具体看教材第6-7页虎克定律：σ=E ε⽐例系数E 成为弹性模量（Elastic Modulus ）,⼜称弹性刚度相关概念：应⼒应变虎克定律弹性模量001L L L L L ?=-=ε三种应变类型的弹性模量杨⽒模量E ；剪切模量G ；体积模量B 弹性模量：原⼦间结合强度的标志之⼀两类原⼦间结合⼒与原⼦间距关系曲线弹性模量实际与曲线上受⼒点的曲线斜率成正⽐结合键、原⼦之间的距离、外⼒作⽤也将改变弹性模量的值温度升⾼，原⼦之间距离变⼤，弹性模量下降弹性模量的本质特征；弹性模量的影响因素；晶粒、异相、⽓孔、杂质等，弹性模量的计算公式及⽅法；把材料看成材料的串联或者并联，我们可以得到其上限模量和下限模量，如下⾯的公式表⽰：（P13）复合材料弹性模量及应⼒的计算。
陶瓷材料弹性常数和⽓孔率关系多⽓孔陶瓷材料可以看成⼆相材料，其中⼀相的刚度为0 陶瓷材料的弹性模量随⽓孔率变化的表达式是：b 是与制备⼯艺有关常数.当泊松⽐0.3，f1和f2分别是1.9和0.9，和教材上p13公式1.21⼀样粘弹性：⼀些⾮晶体,有时甚⾄多晶体在⽐较⼩的应⼒时同时表现出粘性和弹性。
材料物理性能复习重点
1.热容：热容是使材料温度升高1K所需的热量。
公式为C=ΔQ/ΔT=dQ/dT (J/K)；它反映材料从周围环境中吸收热量的能力，与材料的质量、组成、过程、温度有关。
在加热过程中过程不同分为定容热容和定压热容。
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升高1K所需的热量称为比热容每个物质中有两种比热容，其中c p＞c v，c v不能直接测得。
3.摩尔热容：1mol的物质在没有相变或化学反应条件下升高1K所需的能量称为摩尔热容，用Cm表示，单位为J/(mol·K)4.热容的微观物理本质：材料的各种性能（包括热容）的物理本质均与晶格热振动有关。
5.热容的实验规律：1.对于金属:2.对于无机材料（了解）1.符合德拜热容理论，但是德拜温度不同，它取决于键的强度、材料的弹性模量、熔点等。
2.对于绝大多数氧化物，碳化物，摩尔热容都是从低温时一个最低值增到到1273K左右近似于3R，温度进一步升高，摩尔热容基本没有任何变化。
3.相变时会发生摩尔热容的突变4.固体材料单位体积热容与气孔率有关，多孔材料质量越小，热容越小。
因此提高轻质隔热砖的温度所需要的热量远低于致密度的耐火砖所需的热量。
6.经典理论传统理论不能解决低温下Cv的变化，低温下热容随温度的下降而降低而下降，当温度接近0K时热容趋向于07.量子理论1.爱因斯坦模型三个假设：1.谐振子能量量子化2.每个原子是一个独立的谐振子3.所有原子都以相同的频率振动。
爱因斯坦温度：爱因斯坦模型在T >> θE 时，Cv，m=3R,与实验相符合，在低温下，T当T << θE时Cv，m比实验更快趋于0，在T趋于0时，Cv,m也趋于零。
爱因斯坦模型不足之处在于：爱因斯坦模型假定原子振动不相关，且以相同频率振动，而实际晶体中，各原子的振动不是彼此独立地以同样的频率振动，而是原子间有耦合作用，点阵波的频率也有差异。
温度低尤为明显2.德拜模型德拜在爱因斯坦的基础上，考虑了晶体间的相互作用力，原子间的作用力遵从胡克定律，固体热容应是原子的各种频率振动贡献的总和。
材料物理性能考试重点材料物理性能基本要求
<<材料物理性能>>基本要求一，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.晶格热振动：晶体点阵中的质点(原子,离子)总是围绕着平衡位置作微小振动.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,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。
12.迈斯纳效应：若在常温下将超导体先放入磁场内，则有磁力线穿过超导体；然后再将超导体冷却至Tc以下，发现磁产从超导体内被排出，即超导体内无磁场B=0。
材料物理性能复习重点-图文
材料物理性能复习重点-图文第二章非组织敏感：弹性模量，热膨胀系数，居里点（成分）组织敏感性：内耗，电阻率，磁导率（成分及组织）相对电导率：IACS%定义：把国际标准纯软铜（在室温20度，电阻率为0.01724.mm2/m）的电导率作为100%，其它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。
载流子：电荷的载体（电子，空穴，正离子，负离子）物体的导电现象的微观本质是：载流子在电场作用下的定向迁移迁移数t某，也称输运数（tranferencenumber)定义为：某t某T式中：σT为各种载流子输运电荷形成的总电导率σ某表示某种载流子输运电荷的电导率t某的意义：是某一种载流子输运电荷占全部电导率的分数表示。
载流子与导电性能的关系：因素：单位体积中可移动的带电粒子数量N每个载流子的电荷量q载流子的迁移率μ迁移率：受到外加电场作用时，材料中的载流子移动的难易程度令μ=v/E，并定义其为载流子的迁移率。
其物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度。
σ=Nqμ迁移率的影响因素：1.温度越高，平均碰撞间隔时间t越小，迁移率越小2.晶体缺陷越多，………………电子的平均自由程n为电子的密度2金属导电机制：载流子为自由电子。
经典理论：所有自由电子都对导电做出贡献。
所以有n为电子的平均速度m为电子的质量量子理论，两点基本改进:nef表示单位体积内实际参加热传导的电子数,即费米面能级附近参加电传导的电子数m某为电子的有效质量，考虑晶体点阵对电场作用的结果2eff某f实际导电的载流子为费米面附近的自由电子！nelmvnelmv产生电阻的根本原因：当电子波通过一个理想晶体点阵时（0K），它将不受散射；只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方，电子波才会受到散射（不相干散射）。
理想晶体中晶体点阵的周期性受到破坏时，才产生阻碍电子运动的条件。
（1）晶格热振动（温度引起的离子运动振幅的变化）（2）杂质的引入，位错及点缺陷在电子电导的材料中，电子与点阵的非弹性碰撞引起电子波的散射是电子运动受阻的本质原因。
材料物理性能期末复习考点
材料物理性能期末复习考点
1.力学性能
-弹性模量：描述材料在受力后能恢复原状的能力。
-抗拉强度和屈服强度：材料在受拉力作用下能够承受的最大应力。
-强度和硬度：表示材料对外界力量的抵抗能力。
-延展性和韧性：描述材料在受力下发生塑性变形时的能力。
-蠕变：材料在长期静态载荷下发生塑性变形的现象。
2.电学性能
-电导率：描述材料导电的能力。
-电阻率：描述材料导电困难程度的量。
-介电常数和介电损耗：材料在电场中储存和散失电能的能力。
-铁电性和压电性：描述材料在外加电场或机械压力下产生极化效应的能力。
-半导体性能：半导体材料的导电性能受温度、光照等因素的影响。
3.热学性能
-热导率：描述材料传热能力的指标。
-线热膨胀系数：描述材料在温度变化下线膨胀或收缩的程度。
-热膨胀系数：描述材料在温度变化下体积膨胀或收缩的程度。
-比热容：描述单位质量材料在温度变化下吸收或释放热能的能力。
-崩裂温度：材料在受热时失去结构稳定性的温度。
4.光学性能
-折射率：描述光在材料中传播速度的比值。
-透射率和反射率：描述光在材料中透过或反射的比例。
-吸收率：光在材料中被吸收而转化为热能的比例。
-发光性能：描述材料能否发光以及发光的颜色和亮度。
-线性和非线性光学效应：描述材料在光场中的响应特性。
以上是材料物理性能期末复习的一些考点，希望能帮助到你。
但需要注意的是，这只是一部分重点，你还需要结合教材和课堂笔记，全面复习和理解这些概念和原理。
祝你考试顺利！。
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物理性能部分考试重点
一、名词解释
1. 介电性
在外加电场作用下，材料表面感生出电荷的性能称为介电性。
2. 介电击穿
当施加于电介质上的电场强度/电压增大到一定程度时，电介质由介电状态变为导电状态，这一突变现象称为介电击穿。
3. 电极极化
电流通过电极时，电极电位偏离平衡电位的现象称为电极极化。
4. 粒子极化率（？）
极化率：在极化曲线上，电位对于电流密度的导数d φ/d i 为电极在该电流密度时的极化率，它们分别等于通过极化曲线上对应于该电流密度的点的切线的斜率。
5. 量子效率
光发射：材料以某种方式吸收能量之后，将其转化为光能，即发射光子的过程。
量子效率ηq ：发光效率的表征方法之一。
为发射光子数n out 与吸收光子数n in 之比。
ηq =n out
n in
6. 余辉时间（发光寿命）
发光体在激发停止后持续发光时间的长短。
7. 磁有序、磁无序材料
磁有序：铁磁性、亚铁磁性、反铁磁性 磁无序：顺磁性、抗磁性
8. 赛贝克效应
两种不同导体（或半导体）连成闭合回路，且两接头处温度不同时，回路中将产生电流和相应的电动势。
9. 抗热震性
材料承受温度骤变而不破坏的能力称为抗热震性。
热震失效{
热震断裂热震损伤
10. 磁滞
铁磁材料从饱和磁化状态降低磁场H 时，磁感应强度B 不沿着原磁化曲线下降，而是较缓慢地下降，且当H =0时，B 并不等于零，即磁性体中B 的变化滞后于H 的变化，这种现象称为磁滞。
11.压碱效应
在含碱玻璃中加入二价（碱土）金属氧化物，特别是重金属氧化物，能使玻璃的电导率降低。
相应的二价阳离子半径越大，该效应越强。
二、重点内容
热学
1. 线膨胀系数与体膨胀系数P282
各向同性物质VS 各向异性物质的αL 和αV 的关系
2. 抗热震性P125
热震失效
{
热震断裂{
瞬时超过断裂强度σf 抗性要求：低E 、高σf
热震损伤{
热循环应力导致裂纹萌生、扩展抗性要求：高E 、低σf
提高抗热冲击断裂性能的措施{
提高强度，减小弹性模量
提高热导率减小热膨胀系数减小表面散热系数减小产品的有效厚度
热冲击损伤{
动力：弹性应变能的释放阻力：断裂表面能的增加
3. 热导率的测量P302
稳态法：
原理：
在稳定导热状态下，试样上各点温度稳定不变，温度梯度和热流密度也稳定不变，根据所测得的温度梯度和热流密度，就可按傅里叶定律计算材料的热导率。
St
dx dT
Q λ-=∆
热阻的表达式：
λx
Q T TI =∆=
关键：
控制和测量热流密度，使旁向热流减至最小； 要求在有效的距离内有较大的温差。
缺点：
①有旁向热流
②达到稳态所需时间长，效率低 ③不适用于高温（有热辐射） ④不适用于挥发性物质
非稳态法：
根据试样温度场随时间的变化情况来测量材料的热传导性能。
2222x
T x T c t T p ∂∂=∂∂=∂∂αρλ
特点：
①测量速度快 ②热损失小
③适合测量高温下传热情况 ④需要测量材料的比热容
⑤可测定含有一定水分的材料的热导率
4. 热阻P295、300
热阻=缺陷热阻+声子热阻
T ↑{缺陷热阻↓声子热阻↑
{纯金属合金 T ↑~热导率λ{ ↓（声子热阻为主） ↑（缺陷热阻为主）
热阻的表达式：
λx Q T TI =∆=
电阻：σl I U R =∆=
电学
5. 介质极化性质 及 极化形式与温度、频率的关系
介质极化{ 电子极化离子极化
空间电荷极化偶极子极化
或 {
位移极化（弹性）{电子位移极化离子位移极化空间电荷极化驰豫极化（耗能）{电子弛豫极化离子驰豫极化
6. 机电耦合系数VS 能量转换效率
机电耦合系数K ：综合反映压电晶体的机械能与电能之间耦合关系的物理量，衡量压电
性能的重要参数。
K 值越大，压电性能越好。
K =
转化的机械能静电场下输入的电能
（逆压电效应）
不代表能量转换效率：K值大，说明能量转换效率高，但反之不一定（转换为其他形式能量，不仅限于电能和机械能互转）。
7.超导体
在一定的低温条件下材料突然失去电阻的现象称为超导电性。
临界温度T C
超导体特性{完全导电性（零电阻现象）
完全抗磁性（磁感应强度为0）
超导体性能指标{
临界温度T C
临界磁场强度H C（T<T C时，若H>H C，则超导态被破坏）临界电流密度J C（输入电流产生的磁场与外加磁场之和超过H C）
磁学
8.非晶态磁性合金
非晶态：
①磁各向异性系数K=0。
②易磁化，无晶界阻碍磁畴移动。
③电阻率比一般软磁大（长程无序，散射电子几率大）。
④抗腐蚀性、强度、韧性好。
缺点：耐热差，高温时晶化
纳米磁性材料：
单畴结构，超顺磁性：磁化率极高，无磁滞（颗粒足够小，热扰动克服磁各向异性，磁矩在不同易磁化方向上随机取向，在外磁场下则立刻转向）。
磁存储介质颗粒尺寸不能太小，否则超顺磁性，无法储存信息。
因此有使用温度限制。
9.铁磁体与铁电体的异同
同：电滞回线、居里点、临界特性、电/磁畴、技术极化/磁化
异：电致伸缩效应的形变与外电场方向无关，且比逆压电效应小几个数量级。
磁致伸缩有各向异性。
光学
10.陶瓷、高聚物的透明性
透光性{吸收系数β反射系数R 散射系数S
陶瓷
{吸收系数β在可见光范围内较低反射系数R≈0.5
非晶态/单晶陶瓷：带宽大，一般不吸收光子，吸收系数小，透明多晶陶瓷：多相体系，晶相、玻璃相、气孔相，半透/不透明
高聚物{
非晶：透明/半透明
结晶：结构规则，反射光子，半透明/不透明
11.影响折射率的因素
绝对折射率n=c
v
=√εrμr
εr：介电常数 μr：磁导率
εr↑
{
致密度↑离子半径↑
垂直方向内应力↑
温度↑
介质极化“拖住”电磁波，光传播比真空慢，导致折射。