材料物理與性能知識點

1、材料物理與性能知識點.txt如果有來生，要做一棵樹，站成永恒，沒有悲傷的姿勢。一半在土里安詳，一半在風里飛揚，一半灑落陰涼，一半沐浴陽光，非常沉默非常驕傲，從不依靠從不尋找。引導語：也許你正在為這（材料物理與性能）復習而惆悵，看看一下的總結(jié)，猶如是一題庫呀，不，它就是一個題庫呀！把它裝進手機里，當成電子書，呵呵你想錯了，是讓你在睡覺前看看。個人認為放在手機里看要比書上看的效果好，編者有體會。好了，大家開始進入復習階段吧：ok ，lets go！第一章-材料的熱學性能1杜隆-珀替將氣體分子的熱容理論直接應用于固體,從而提出了杜隆珀替定律（元素的熱容定律）：恒壓下元素的原子熱容為。實際上，大部分元

2、素的原子熱容都接近該值，特別在高溫時符合的更好。2柯普定律：化合物分子熱容等于構成該化合物各元素原子熱容之和3普朗克基本觀點：質(zhì)點的熱振動大小不定，即動能大小不是定值，但能量是量子化的。1)愛因斯坦熱容模型：基本觀點：原子的振動是獨立而互不依賴的；具有相同的周圍環(huán)境，振動頻率都是相同的；振動的能量是不連續(xù)的、量子化的。結(jié)論：高溫時，Cv=3R，與杜隆-珀替公式相一致。低溫時，Cv隨T變化的趨勢和實驗結(jié)果相符，但是比實驗更快的趨近于零。T0K時，Cv也趨近于0，和實驗結(jié)果相符。2）德拜比熱模型基本觀點：晶體中原子具有相互作用，晶體近似為連續(xù)介質(zhì)。由于晶格中對熱容的主要貢獻是彈性波的振動，聲頻波的

3、波長遠大于晶體的晶格常數(shù)，可以把晶體近似看成連續(xù)介質(zhì)。結(jié)論：溫度較高時，即T D時，Cv=3R，即杜隆-珀替定律。溫度較低時，即TD時，Cv與T3成正比并隨T0而趨于0.溫度越低，與實驗值越吻合。彌補了愛因斯坦量子熱容模型的不足，但不能解釋超導等復雜問題（因為晶體不是連續(xù)體）。4膨脹系數(shù)：用來描述溫度變化時材料發(fā)生膨脹或收縮程度的物理量。（此部分的公式難以打出，麻煩看書） 假設物體原來的長度為，溫度升高后長度的增加量為，實驗得出：l/l0=l*T式中：l為線膨脹系數(shù)，即溫度升高1K時，物體的相對伸長量。同理，物體體積隨溫度的增加可表示為 式中： V為體膨脹系數(shù)，相當于溫度升高1K時物體體積相對

4、增長值。5熱膨脹與性能的關系 1）熱膨脹與結(jié)合能、熔點的關系： 質(zhì)點間的結(jié)合力越強，熱膨脹系數(shù)越小，熔點越高。金屬和無機非金屬材料的線膨脹系數(shù)較小；聚合物材料則較大。2 / 6 2）熱膨脹與溫度、熱容的關系 熱膨脹是固體材料受熱以后晶格振動加劇而引起的容積膨脹，而晶格振動的激化就是熱運動能量的增大。升高單位溫度時能量的增量也就是熱容的定義，所以，熱膨脹系數(shù)顯然與熱容密切相關并有 著相似的規(guī)律。 3）熱膨脹與物質(zhì)結(jié)構的關系 對于相同組成的物質(zhì)，由于結(jié)構不同，膨脹系數(shù)也不同。通常結(jié)構緊密的晶體比非晶體的膨脹系數(shù)要大。溫度變化引起的晶型變化也會引起體積的變化。 6熱穩(wěn)定性：材料承受溫度急驟變化而不致

5、破壞的能力.(抗熱震性） 熱沖擊損壞類型： 1） 抗熱沖擊斷裂性：抵抗材料發(fā)生瞬時斷裂的能力 2）抗熱沖擊損傷性：在熱沖擊循環(huán)作用下，材料表面開裂，剝落并不斷發(fā)展，最終失效或斷裂；材料抵抗這類破壞的能力。7熱膨脹的物理本質(zhì)歸結(jié)為點陣結(jié)構中的質(zhì)點間平均距離隨溫度的升高而增大。8熱傳導的微觀機理：聲子傳導和光子傳導。第二章-缺陷物理與性能1晶體缺陷的類型 分類方式：幾何形態(tài)：點缺陷、線缺陷、面缺陷等形成原因：熱缺陷、雜質(zhì)缺陷、非化學計量缺陷等2填隙原子和肖脫基缺陷可以引起晶體密度的變化，弗倫克爾缺陷不會引起晶體密度的變化。3位錯的運動 位錯的滑移：指位錯在外力作用下，在滑移面上的運動，結(jié)果導致永久

6、形變。位錯的攀移：指在熱缺陷的作用下，位錯在垂直滑移方向的運動，結(jié)果導致空位或間隙原子的增值或減少。4材料在塑性變形時，位錯密度大大增加，從而使材料出現(xiàn)加工硬化。當外加應力超過屈服強度時，位錯開始滑移。如果位錯在滑移面上遇上障礙物，就會被障礙物釘住而難以繼續(xù)滑移。5熱彈性高分子材料在塑性變形時的硬化現(xiàn)象，其原因不是加工硬化，而是長鏈分子發(fā)生了重新排列甚至晶化。 6加工硬化原理（此是考試重點）：經(jīng)過冷加工的金屬材料位錯密度大大增大，位錯之間的相互作用也越大，對位錯進行的滑移的阻力也越大，這就是加工硬化原理。第三章 材料的力學性能1力-伸長曲線和應力應變曲線（書上的低碳鋼的力伸長曲線圖好好的看看，

7、理解一下）2彈性模量，又稱楊氏模量，可視為衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標，其值越大，使材料發(fā)生一定彈性變形的應力也越大，即材料剛度越大，亦即在一定應力作用下，發(fā)生彈性變形越小。彈性模量E是指材料在外力作用下產(chǎn)生單位彈性變形所需要的應力。它是反映材料抵抗彈性變形能力的指標，相當于普通彈簧中的剛度。3縮頸：韌性金屬材料在拉伸實驗時變形集中于局部區(qū)域的特殊現(xiàn)象，他是應變硬化和截面積減小共同作業(yè)結(jié)果。第四章 導電物理與性能1.導電原理極其主要特征：（個人認為必考）經(jīng)典自由電子導電理論，連續(xù)能量分布的價電子在均勻勢場中的運動。量子自由電子理論，不連續(xù)能量分布的價電子在均勻勢場中的運動。能帶理論，不連

8、續(xù)的能量分布的價電子在周期性的勢場中的運動。2.BCS理論認為，超導現(xiàn)象來源于電子與聲子相互作用所產(chǎn)生的電子對，處于超導狀態(tài)時，電子對的運動是相關聯(lián)的，致使雜質(zhì)原子和缺陷對其不能進行有效的散射。當瞬時結(jié)合的電子對之中的某一個電子被散射時，另一個與其相關的電子會發(fā)生同樣反應，此時將繼續(xù)保持電子運動的非對稱性分布，電子對將不損耗能量，從而導致超導電性的出現(xiàn)。導電能力介于導體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導體。（重點）3本征半導體:純凈的、具有晶體結(jié)構的半導體稱為本征半導體。4在本征半導體中摻入微量的雜質(zhì)元素，成為雜質(zhì)半導體，也叫非本征半導體。5半導體的物理效應：熱敏效應，半導體的導電主要是由電子和空穴造

9、成的。溫度增加，使電子動能增大，造成晶體中自由電子和空穴數(shù)目增加，因而使電導率升高。電壓敏感效應。壓力敏感效應。光敏效應。6硅太陽能電池原理光生伏特效應：（有點重要性的）1）用能量等于或大于禁帶寬度的光子照射p-n結(jié)；2）p、n區(qū)都產(chǎn)生電子空穴對，產(chǎn)生非平衡載流子；3）非平衡載流子破壞原來的熱平衡；4）非平衡載流子在內(nèi)建電場作用下，n區(qū)空穴向p區(qū)擴散，p區(qū)電子向n區(qū)擴散；5）若p-n結(jié)開路，在結(jié)的兩邊積累電子空穴對,產(chǎn)生開路電壓。7超導的三個性能指標：完全導電性，完全抗磁性，臨界電流密度。第五章 材料的介電性能1電介質(zhì)：在電場作用下，束縛電荷起主要作用的物質(zhì)，稱電介質(zhì)。電介質(zhì)的特征是以正負電荷

10、重心不重合的電極化方式傳遞、存儲或記錄電的作用和影響。2電子位移極化： 電場作用時，正、負電荷中心產(chǎn)生相對位移(電子云發(fā)生了變化而使正、負電荷中心分離的物理過程) 電子云位移極化存在于一切氣體、液體及固體介質(zhì)中。 電子云位移極化的特點：a) 極化所需時間極短，在一般頻率范圍內(nèi)，可以認為與頻率無關；b)具有彈性，沒有能量損耗。c)溫度對電子式極化影響不大。 3離子位移極化：正、負離子產(chǎn)生相對位移.主要存在于離子化合物材料中，如云母、陶瓷等。離子位移極化的特點： a) 時間很短，在頻率不太高時，可以認為與頻率無關；b) 屬彈性極化，能量損耗很小。c) 離子位移極化受兩個相反因素的影響：溫度升高時離

11、子間的結(jié)合力降低，使極化程度增加；但離子的密度隨溫度升高而減小，使極化程度降低。通常，前一種因素影響較大.4偶極子轉(zhuǎn)向極化：固有偶極矩p0的偶極子定向排列。偶極子極化的特點：a) 極化是非彈性的，消耗的電場能在復原時不可能收回。b) 形成極化所需時間較長，故與頻率有較大關系，頻率很高時，偶極子來不及轉(zhuǎn)動，因而其減小。c) 溫度對極性介質(zhì)的有很大的影響。 5松弛極化：弱聯(lián)系電子、離子和偶極子等松弛質(zhì)點時，熱運動使其分布混亂，而電場力圖使這些質(zhì)點按電場規(guī)律分布，在電場作用占主導時則發(fā)生極化，叫作熱松馳極化。 松馳極化的特點：松馳極化的帶電質(zhì)點在熱運動時移動的距離可以有分子大小，甚至更大。松馳極化中

12、質(zhì)點需要克服一定的勢壘才能移動，因此這種極化建立的時間較長（可達10-210-9秒）,并且需要吸收一定的能量，所以這種極化是一種不可逆的過程。松馳極化多發(fā)生在晶體缺陷處或玻璃體內(nèi)。6當電介質(zhì)開始受靜電場作用時，要經(jīng)過一段時間后，極化強度才能達到相應的數(shù)值，這個現(xiàn)象稱為極化弛豫，所經(jīng)過的這段時間稱為弛豫時間。電子位移極化和離子位移極化的弛豫時間很短，取向極化的弛豫時間較長，所以極化弛豫主要是取向極化造成的。7電介質(zhì)的擊穿（這個也得好好看看） 一般外電場不太強時，電介質(zhì)只被極化，不影響其絕緣性能。當其處在很強的外電場中時，電介質(zhì)分子的正負電荷中心被拉開，甚至脫離約束而成為自由電荷，電介質(zhì)變?yōu)閷щ姴?/p>

13、料。當施加在電介質(zhì)上的電壓增大到一定值時，使電介質(zhì)失去絕緣性的現(xiàn)象稱為擊穿擊穿場強電介質(zhì)所能承受的不被擊穿的最大場強。擊穿電壓電介質(zhì)（或電容器）擊穿時兩極板的電壓。擊穿形式：熱擊穿：由于電介質(zhì)內(nèi)部熱的不穩(wěn)定過程所造成的。 電擊穿：在較低溫度下，采用了消除邊緣效應的電極裝置等嚴格控制的條件下，進行擊穿試驗時所觀察到的一種擊穿現(xiàn)象。 電化學擊穿（不均勻介質(zhì)局部放電引起擊穿 ）：擊穿往往是從耐電強度低的氣體中開始，表現(xiàn)為局部放電，然后或快或慢地隨時間發(fā)展至固體介質(zhì)劣化損傷逐步擴大，致使介質(zhì)擊穿。 第六章 鐵電物理與性能1鐵電體：具有自發(fā)極化強度,自發(fā)極化強度能在外加電場下反轉(zhuǎn)或：具有電滯回線和具有電

14、疇的特點的材料為鐵電體。2通常，一個鐵電體并不是在一個方向上單一地產(chǎn)生自發(fā)極化。但在一個小區(qū)域內(nèi)，各晶胞的自發(fā)極化方向都相同，這個小區(qū)域稱為鐵電疇，兩疇之間的界壁稱為疇壁。3鐵電體的物理效應：熱釋電效應，壓電效應，電致伸縮效應，光學效應。第七章 磁性物理與性能1磁矩是表征磁性物體磁性大小的物理量，磁矩越大，磁性越強，即物體在磁場中受的力越大。2磁偶極子：所謂磁偶極子是指強度相等、極性相反并且其距離無限接近的一對“磁荷”。3一般磁介質(zhì)無外加磁場時，其內(nèi)部各磁矩的取向不一，宏觀無磁性；但在外磁場作用下，各磁矩有規(guī)則取向，使磁介質(zhì)宏觀顯示磁性，這就是磁化。 磁化強度M是單位體積的磁矩，表征物質(zhì)被磁化的程度.4磁場強度和磁感應強度均為表征磁場性質(zhì)（即磁場強弱和方向）的兩個物理量。在充滿均勻磁介質(zhì)的情況下，若包括介質(zhì)因磁化而產(chǎn)生的磁場在內(nèi)時，用磁感應強度B表示，其單位為特斯拉