物理性能打印版
第一章
1、实物粒子是否具有二相性？何时显示波性？何时显示粒子性？
实物粒子具有波粒二象性。当λ≥
d 波性显示（粒子性模糊）；当λ≤ d 粒子性显示。 2，求下列粒子的德布罗意波的波长；①在300k 以下平均热动能E=2/3kT 运动的电子，2、以30m/s 运动的0、1kq 的高尔夫球，并讨论有无必要用量子力学来处理？ 答：
3、什么是物质波，波函数表示的物理意义是什么？ 物质波是一种几率波，粒子波是对微观粒子运动的统计描述 波函数的统计意义：在某一时刻，在空间的某一点，粒子出现的几率正比于该时刻，该地点的波函数的平方。
4、请对经典电子学说，量子电子理论及能带理论进行比较。
5、 解释费米分布函数图的物理意义。 答：
费密分布函数图的意义：在熔点以下，虽然自由电子都收到激发，但只是在E=kT 附近范围内的电子，才能由EF 以下能级跳过EF 以上能级，即温度变化时，只有小部分的电子受到影响。
6、什么是费米界？
自由电子所能有的最大能量称为最大费米能能即费米界。 7、画出准电子模型的
E —K 曲线，并指出何处为允带、禁带？
答：
阴影部分区域为允带，
之间夹的空白区域为禁带。 8、禁带的起因是什么？ 对于任意一个K 值，不同列原子的反射波相位不同，由于干涉而相互抵消，即反射波为零。表示具有这样K 值的电子波在晶体中传播没有受到影响。当前进波的波长为：2a/n ，即 K=±n π/a 时，形成一个驻波，形成禁带。其中最根本的原因是金属中周期性场的存在，即能带理论。 9、什么是布里渊区？
答：布里渊区即允带电子所允许存在的能量范围。 10，请分析准自由电子近似能级密度与自由电子近似的能级曲线的不同。 答：
周期性势场的影响导致能隙，使带脑子E —K 曲线发生变化，同样也使Z （E ）曲线发生变化。当准自由电子逐步填充到金属晶体布氏区中，在填充低能量的能级时，Z （E ）
遵循自由电子的抛物线关系，OA 段。当电子波矢接近步里渊区边界时，dE/dk 直比自由电子近似的dE/dk 值小，即对于同样的能级变化，准自由电子近似的K 值变化量 大于自由电子近似的k 的变化值，所以在△E 范围内准自由电子近似包含的能级数多，即Z （E ）曲线提高，AB 段。当费米面接触步氏区边界时，Z （E ）达最大值，其后只有步氏区角落部分能级可以填充，Z （E ）下降，BC 段。当步氏区完全填满时，Z （E ）为零。
11、请画出能带交叠时的准自由电子能级曲线Z （E ）并加
以分析。 答：
能带交叠，总的Z （E ）曲线是各区Z （E ）曲线的叠加。其中虚线是第一，第二步氏区的状态密度；实线是叠加的状态密度；影线部分是已填充的能级。
12、请画出2个H 原子距离R ≈0.53A 时，形成稳定的分子，2个电子占据的能级情况，并以能级角度说明。
答：
两个原子靠近，能级分裂成两个A 和B ，形成稳定的分子，2个电子占据较低的能级B ，反平 行自旋。
13、对金属来说，如果N 个原子键合（如果原子为同一量子状态），晶体能级将发生什么变化？请画出。 答：
N 个原子键合时，一个原子能级分裂为N 个分子能级（能量下降） 14、测不准关系表明什么？是否是测量仪器不够精确所致？ 测不准关系表明：对于微观粒子不能同时用确定的位置和确定的动量来描述。
不是测量仪器不够精确所致。因为微观粒子显示波性，如果要愈加精确的测量某一个量，另一个量就愈加测不准。 15、是否可以将P 、X 同时测准？为什么？ 对于低速运动的宏观粒子，可以同时测准，而对于微观粒子，则不能同时测准。因为低速运动的宏观粒子，主要表现粒子性，而波动性非常弱：而微观粒子，
显示波性，由海森堡测不准关系：ΔX ΔP ≥nh ，当ΔP →0，ΔP →∞； 当ΔP →0，ΔX →∞，所以不能将P ，X 同时测准。
第二章：电学
1、 金属晶体产生电阻的根源是什么？
由于粒子热振动和晶体点阵完整性收到破坏，使得电子波在传播过程中收到散射。
2、试述金属中电子闪射系数u 同马基森定律间的关系。
答：
3、简述金属电阻率在不同温度范围内与温度的关系。
4、简述双电桥法测量电阻的优点，有关导线和接触电阻是如何消除的？
（1）可减少导线和接头电阻引起的误差
（2）能灵敏的反映出X待测电阻的变化，即测量精度较高。因为检流计G不是直接连接在X、N上，而是通过大
电阻R1、R2连接，所以连接导线的电阻和接头的接触电阻引起的误差基本上不影响测量精度。它们与R1、R2相比很
小，可以忽略不计。VB=VD实际上已包含了它们的影响。所以不减少导线和接触电阻引起的误差。
5、如何采用电阻法测绘二元共晶图中的溶解度曲线。
选定一系列不同成分的二元合金，分别在不同温度下淬火，并测量其电阻值，给出不同淬火温度下的电阻率与合金成分的关系。一定成分的合金电阻率随淬火温度升高而增加；因为淬火温度升高，固溶体的溶解度也增加。同一次货温度下，随着成分的变化，电阻率—成分曲线，出现双曲线（单相固溶体），直线（二相合金），直线与双曲线交点，即表示在该温度下的固溶体中最大溶解度对于所有淬火温度和相应的最大溶解度，作出溶解度曲线。
6、请对二元连续固溶体电阻率与重量浓度间的关系用
图表示，并加以说明。
答：ρ与组元重量浓度成非直线关系，中间部分电阻率最高，两边电阻率低。7、如何用电阻法评价半导体单晶的纯度？
答：用相对电阻率ρ300K/ρ 4.2K大小来衡量半导体单晶体的纯
度。
8、请用能带理论解释材料导体、半导体、绝缘体的特性。
答：
根据晶体的能带分布情况以及电子在能带中的填充情况可
分为
（1）有公共禁带
（2）五公共禁带
（3）电子填满一个能带
（4）电子没有点满一个能带
热学
1、试述经典热容理论、爱因斯坦热容理论与德拜热熔理
论比较的异同之处。
答：
2、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，C V.M∝T的三次方。。
3何为德拜温度？有什么物理意义？
答：H D=hνMAX/k 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。
4、何为差热分析？画出共析钢差热分析曲线，并分析亚共
析钢差热分析曲线与其之区别。
差热分析是在程序控制温度下，测量处于同一条件下样品与
参比物的温度差和温度关系的一种技术。
答：差热分析是在程序控制温度下，测量处于同条件下样品
与参比物的温度差和温度关系的一种技术
5、“所有金属的热容都是固定不变的，等于3R”此种手法
对吗？请结合金属铜的热熔曲线说明。
答：
6、陶瓷材料与金属材料热容相比主要差别是什么？
陶瓷材料主要由离子键和共价键组成，室温几乎无自由电
子，因此热容与温度的关系更符合德拜模型。而金属材料其
内部有大量自由电子，在温度很低时，应当考虑自由电子对
热容的贡献。
7、什么是一级相变？什么是二级相变？各有哪些变化？
在相变点，两相的化学势等，但两相的化学势的一级偏微商
不相等，这种相变称为“一级相变”。在相变点，两相的化
学势和化学势的一级偏微商相等，但化学势的二级偏微商不
等，这种相变称为“二级相变”。
一级相变有提及的变化和半岁相变潜热的发生。比容突变，
相应的膨胀系数将有不连续的变化，在转变点，为无限大。
热焓，热容发生突变（无限大）。
二级相变发生一个有限的温度范围，热焓逐渐变化，热容发
生剧烈变化（有限值），在相变带你处，膨胀曲线有折点。
8、请比较DSC法，DTA法各有什么特点？
DSC特点：（1）试样与标样各有一个加热器和传感器。
（2）通过外接调节试样的加热功
率，。
（3）直接求出热流。
（4）K值不是温度的函数。
DTA特点：优点：测试速度快，样品用量少，适用范围广。
缺点：K值随温度变化，定量分析有相当困难。
9、在金属凝固和熔化热分析曲线上实验曲线与理论曲线有
何不同？
试验曲线不像理想曲线，在转折点处有明显的尖角，往往呈
圆弧线，原因：1、热电偶测温滞后；2、接近凝固时缺乏搅
拌；3、固体原子扩散慢，成分不平衡；4、潜热消除方法，
A、在合金固相线下长时间均匀化；
B、金相法校正，或测完
加热曲线再测冷却曲线加以补充。
10、试分析SuJ2钢等温转变示差热分析曲线。
曲线说明，当试样投入等温盐浴炉之后，热电势下降，这是
由于试样和标样在冷却过程中温度不同造成的。经52S后，
由于试件发生相变产生热效应使试样温度上升，则示差热电
势向正向变化，在200S后回到变化前的状态，因此可以认
为52S即是SUJ2钢在300℃等温分解的孕育期。示差热电
势增加（发热）的开始的时间就是相变开始的时间，发热恢
复的时间即为转变终了时间。
12、试用双原子模型说明固体热膨胀的物理本质。
固体材料热膨胀本质归结为点阵结构中的质点间平均距离
随温度升高而增大。晶格振动中相邻质点间的作用力实际上
是非线性的，即作用力并不简单的与位移成正比。
若以双原子模型解释，
经典热容理论爱因斯坦热容理
论
德拜热容理论
假设将气体分子热
熔理论直接用
于固体
（1）晶格中每个
原子都在做振动，
而且晶格振动的
能量是量子化的
（2）晶格重点每
一个原子都在做
独立的震动。震动
的频率都相同
（1）原子震动具
有很宽的振动谱
（2）假设存在最
大振动频率Vmax
(3)某频率可能
具有的谐振子
数，由频率分布
函数决定（4）频
率从ｖ到ｖ＋ｄ
ｖ之间振子数为
ｇ（ｖ）ｄｖ
结论C=3R=常数
=24.9
（J/mol.k）
所有金属的摩
尔热容量都是
一个固定不变
与温度无关的
常数
高温C V。M≈
3R=24.9
低温C V≈3R（hν
/kT）2exp（-hν
/kT）
温度较高时，爱因
斯坦模型因实验
结果较符合
高温C V。M≈
3R=24.9
低温C V.M∝T的三
次方
适用范围室温以上，与
III区很符合。
但不能解释C
随T下降而下
降的事实
温度较高时，与实
验相符
温度较高区，低
温区
误差来源完全用气体分
子热熔理论
忽略了邻近原子
之间的存在的联
系。认为每个原子
的振动频率是相
同的
把晶体堪称是连
续介质，考虑了
晶格振动对热容
的贡献，忽略了
自由电子对热容
的贡献
作平行横轴的平行线1、2、3···，它们与横轴的距离分别
代表在Ｔ１、Ｔ２···Ｔ温度下质点振动的总能量。由图可见，其平衡位置随温度升高将沿着ＡＢ线变化，温度升的越高，则平衡位置移的越远，引起晶体膨胀。根据波尔兹曼统
计，可以算出平均位移这是4 错了死全家
此式说明，随温度增加，原子偏离ＯＫ振动中心距增大，物体宏观上膨胀了。
13、影响热膨胀的因素有哪些？
温度、合金成分和相变、晶体缺陷、晶体各向异性、铁磁性
转变的影响。
14、膨胀的反常行为有什么实际意义，举例说明之。
由于获得膨胀系数为零或负值的因瓦合金或者在一定温度
范围的膨胀系数基本不变的可伐合金有重大工业意义。
15，某合金的试样，利用膨胀法测量得其实验曲线如图所示
（加热速度很慢）
1）找出材料的相变点
2）如果加热速度较快，曲线有什么变化？请绘出示意
图。
3）如果改用差热分析测定此试样的相变温度，实验曲线
大约是什么样子？
16、钢的不同显微组织的密度，比较排序。
从密度大小排：马氏体＜铁素体+Fe3C（珠光体，贝氏体）
＜奥氏体
从比容大小排：马氏体＞渗碳体＞铁素体＞珠光体＞奥氏
体
17、为了读出蠕变机上两臂的相对位移，用长0.5m的棒与
百分表连接，假定市内温度最大波动为10℃。
（1）如果此棒用纯铁制造可能产生多大误差？
（2）如果改用因瓦合金制造，误差将是多少？
磁学
1，什么是原子固有磁矩？
答，原子的电子轨道磁矩和电子的自旋磁矩构成了原子的固
有磁矩，也称本征磁矩。
2电子磁矩的最小单位是什么？
答：
3，金属到底是抗磁性还是顺磁性从哪些方面判断？
答：要从正离子的抗磁性，正离子的顺磁性，自由电子的
抗磁性，自由电子的顺磁性四个方面综合讨论。
4，正离子抗磁性的特点？
答：1）来源于电子的轨道磁矩；2）与T无关；3）任何原
子，分子中都存在有△Me，但很小
5，正离子的顺磁性的特点？
答：1）来源于电子的固有磁矩；2）正离子的顺磁性与温度
成反比3）顺磁性物质磁化率比抗磁性物质磁化率大1~3个
能量级。
6，自由电子顺磁性的特点？
答：1）来源于自由电子的自旋磁矩；2）自由电子的顺磁磁
化率与温度的关系不大，基本上为一个常数；
7，什么是铁磁性材料的退磁场？与那些因素有关？
答：当铁磁体表面出现磁极后，除在铁磁体周围空间产生磁
场外，在铁磁体的内部也产生磁场。这一磁场与铁磁体的磁
化强度方向相反，它起到退磁的作用，因此称为退磁场。
退磁场与以下两个因素相关：1）铁磁体的形状，越粗越
短，退磁场越大；2）外磁场，外磁场越大，磁化强度越大，
退磁场越大。
8，什么是自发磁化理论？
答：铁磁性材料的磁性是自发产生的。所谓磁化过程（又称
感磁或充磁）只不过是把物质本身的磁性显示出来，而不是
由外界向物质提供磁性的过程。
9，形成铁磁性的基本条件是什么？
答：
或者：1）在原子中存在有未被电子填满的状态（指d或
f状态）是产生铁磁性的必要条件；
2）产生铁磁性不仅仅取决于原子本身的原子磁矩
是否高，而且还取决于形成晶体时原子间的相互键合作用。
这个作用是否对形成铁磁性有利，这是形成铁磁性的第二个
条件（充分条件）
10，技术磁化的本质是什么?
答：技术磁化的过程，就是外加磁场对磁畴的作用过程，也
就是外磁场的作用把各个磁畴的磁矩方向转到外磁场方向
（或近似外磁场方向）上去的过程。进行的方式包括壁的迁
移和畴的旋转。
11，哪些是组织敏感参数，哪些是组织不敏感参数？
答：1）组织敏感参数是指凡与技术磁化有关的参量。
包括：矫顽力H c ，磁导率μ，磁化率χ，剩磁Br，
磁滞损耗Q。
2）组织不敏感参数是指凡是与自发磁化有关的参量。
包括：Bs（Ms）饱和磁化强度，居里温度Tc，饱和
磁畴伸缩系数λs，磁晶各向异性常数K。
12，一个合金中有两种铁磁性相，用什么实验方法证明（绘
出实验曲线说明）
答：测合金磁化强度与温度的关系。
18，试说明下列磁学参量的定义和概念：
答：磁化强度：一个物体在外磁场中被磁化的程度，用单
位体积内磁矩的多少来衡量，成为磁化强度M
矫顽力Hc：一个试样磁化至饱和，如果要μ=0（或
B=0），则必须加上一个反向磁场Hc，成为矫顽
力。
饱和磁化强度：磁化曲线中，随着磁化场的增加，磁
化强度M或磁感强度B开始增加较缓慢，然后
迅速增加，再转而缓慢地增加，最后磁化至饱
和。Ms成为饱和磁化强度，Bs成为饱和磁感应
强度。
磁导率：μ=B/H，表征磁性介质的物理量，μ称为磁
导率、
磁化率：从宏观上来看，物体在磁场中被磁化的程度
与磁化场的磁场强度有关。
M=χ^H，χ称为单位体积磁化率。
剩余磁感应强度：将一个试样磁化至饱和，然后慢慢
地减少H，则M也将减少，但M并不按照磁
化曲线反方向进行，而是按另一条曲线改
变，当H减少到零时，M=Mr（或Br=4πMr）。
Mr、Br分别为剩余磁化强度和剩余磁感应强
度。
磁滞消耗：磁滞回线所包围的面积表征磁化一周时所
消耗的功，称为磁滞损耗Q
（J/m3 ）
磁晶各向异性常数：磁化强度矢量沿不同晶轴方向的
能量差代表磁晶各向异性能，用Ek表示。
磁晶各向异性能是磁化矢量方向的函数。
K1,K2与方向有关，成为磁晶各向异性常
数，由物质结构决定。
饱和磁致伸缩系数：λ=（ｌ-ｌ0）/ｌ0，λ称为线磁
致伸缩系数。随着外磁场的增
强，致磁体的磁化强度增强，这
时︳λ︳也随之增大。当H=Hs
时，磁化强度达到饱和值，此时
λ=λs，称为饱和磁致伸缩所
致。
19，试绘图说明抗磁性、顺磁性、铁磁性物质在外磁场
B0=0，B0≠0的磁行为。比较其磁
化率χ大小和符号，并表示出
μ，μr，χ之间的关系。
铁磁性：χ是很大的正值。顺磁性：χ是很小的正值。抗
磁性：χ是很小的负值。
μr=1+χμr=μ/μ0，μ0为真空磁异率。
20，分析抗磁性，顺磁性，反铁磁性的磁化率与温度的关
系？
答：抗磁性
顺磁性
反铁磁性
21，什么是自发磁化？铁磁体的形成条件是什么？有人
说“铁磁性金属没有抗磁性”对
吗？为什么？
答：铁磁性材料的磁性是自发产生的，所谓磁化过程（又
称感磁或充磁）只不过把物质本
身的磁性显示出来，而不是由外
界物质提供磁性的过程。
形成铁磁性的基本条件
这种说法是不对的：任何物质在外磁场作用下都要产
生抗磁性，只是χ数量级很小，
大约为10-6，被铁磁性掩盖。
物理性能名词解释
聚合物性能指标解释 1、拉伸强度 拉伸强度(tensile strength)是指材料产生最大均匀塑性变形的应力。 （1）在拉伸试验中，试样直至断裂为止所受的最大拉伸应力即为拉伸强度，其结果以MPa 表示。 （2）用仪器测试样拉伸强度时，可以一并获得拉伸断裂应力、拉伸屈服应力、断裂伸长率等数据。 （3）拉伸强度的计算： σt = p /( b×d) 式中，σt为拉伸强度（MPa）；p为最大负荷（N）；b为试样宽度（mm）；d为试样厚度（mm）。 注意：计算时采用的面积是断裂处试样的原始截面积，而不是断裂后端口截面积。（4）在应力应变曲线中，即使负荷不增加，伸长率也会上升的那一点通常称为屈服点，此时的应力称为屈服强度，此时的变形率就叫屈服伸长率；同理，在断裂点的应力和变形率就分别称为断裂拉伸强度和断裂伸长率。 2、弯曲模量 又称挠曲模量。是弯曲应力比上弯曲产生的形变。材料在弹性极限内抵抗弯曲变形的能力。E为弯曲模量；L、b、d分别为试样的支撑跨度、宽度和厚度；m为载荷(P)-挠度(δ)曲线上直线段的斜率，单位为N/m2或Pa。 弯曲模量与拉伸模量的区别： 拉伸模量即拉伸的应力与拉伸所产生的形变之比。 弯曲模量即弯曲应力与弯曲所产生的形变之比。 弯曲模量用来表征材料的刚性，与分子量大小有关，同种材质分子量越大，模量越高，另外还与样条的冷却有关，冷却越快模量越低。即弯曲模量的测试结果与样品的均匀度及制样条件有关，测试结果相差太大，无意义，应找到原因再测试。 2GB/T9341—2000中弯曲模量的计算方法。新标准中规定了弹性模量的测量，先根据给定的弯曲应变εfi=0.0005和εfi=0.0025，得出相应的挠度S1和S2（Si=εfiL2/6h），而弯曲模量Ef=（σf2-σf1）/（εf2-εf1）。其中σf2和σf1分别为挠度S1和S2时的弯曲应力。新标准还规定此公式只在线性应力-应变区间才是精确的，即对大多数塑料来说仅在小挠度时才是精确的。由此公式可以看出，在应力-应变线性关系的前提下，是由应变为0.0005和0.0025这两点所对应的应力差值与应变差值的比值作为弯曲模量的。 附：弹性模量 弹性模量是工程材料重要的性能参数，从宏观角度来说，弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来说，则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。凡影响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量，如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。因合金成分不同、热处理状态不同、冷塑性变形不同等，金属材料的杨氏模量值会有5%或者更大的波动。但是总体来说，金属材料的弹性模量是一个对组织不敏感的力学性能指标，合金化、热处理（纤维组织）、冷塑性变形等对弹性模量的影响较小，温度、加载速率等外在因素对其影响也不大，所以一般工程应用中都把弹性模量作为常数。 弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标，相当于普通弹簧中的刚度。
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。
材料物理性能心得
学材料物理性能心得 本学期我们学了材料物理性能,对材料的微观结构有了更充分的了解,全书一共有六章.第一章为材料的热学性能,包括热容、热膨胀、热传导、热稳定性等；第二章为材料的电学性能，包括材料的导电性、超导电性、介电性、磁电性、热电性、接触电性、热释电性和压电性、光学性等；第三章为材料的磁学性能，介绍有关的磁学理论、磁性的测量和磁性分析法在材料研究中的主要应用；第四章为材料的光学性质，介绍光传播电磁理论、光的折射与反射、光的吸收与色散、晶体的双折射和二向色性、介质的光散射、发光材料等；第五章为材料的弹性及内耗、内耗产生的物理本质、影响弹性模量的因素、弹性模量的测量及应用、滞弹性与内耗、内耗产生的机制、内耗的测量方法和度量、内耗分析的应用等；第六章为核物理检测方法及应用，主要介绍穆斯堡尔、核磁共振、正电子湮没和中子散射等现代物理方法。 在学习过程中对材料的磁学性能印象最深刻，物质的磁学性能在研究中非常重要，这是因为磁性是一切物质的基本属性之一，它存在的范围很广，小至微观粒子大到宇宙天体几乎丢存在着磁现象。磁性不只是一个宏观的物理量，而且与物质的微观结构密切相关；它不仅取决于物质的原子结构，还取决于原子间的相互作用，即键合情况和晶体结构等。因此，研究磁性是研究物质内部微观结构的重要方法之一。 随着现代科学技术和工业的发展，磁性材料的应用越来越广泛，特别是电子技术的发展，对磁性材料又提出了心得要求。因此，研究
有关磁性的理论、发现新型的磁性材料是材料科学的一个重要方向。下面主要介绍磁性材料的内容。 磁性材料是一种新兴的基础功能材料。虽然我们人类早在几千年前就发现了磁石相吸和磁石吸铁的现象，但我们对于磁性材料的开发研究还不足100年。经过不断的发现研究，磁性材料已经成为一个庞大的家族。早在公元前四世纪、人们就发现了天然的磁石，我国古代人民最早用磁石和钢针制成了指南针、并将它用于军事和航海。对物质磁性的研究具有悠久的历史、是在十七世纪末期和十九世纪开始发展起来的。近代物理学大发展，电流的磁效应、电磁感应等相继被发现和研究，同时磁性材料的理论出现，涌现了像法拉第等大批电磁学大师。20世纪，法国的外斯提出了著名的磁性物质的分子场假说，奠定了现代磁学的基础。 磁性材料具有磁有序的强磁性物质，广义还包括可应用其磁性和磁效应的弱磁性及反铁磁性物质。磁性是物质的一种基本属性。物质按照其内部结构及其在外磁场中的性状可分为抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性物质。铁磁性和亚铁磁性物质为强磁性物质，抗磁性和顺磁性物质为弱磁性物质。磁性材料按性质分为金属和非金属两类，前者主要有电工钢、镍基合金和稀土合金等，后者主要是铁氧体材料。按使用又分为软磁材料、永磁材料和功能磁性材料。功能磁性材料主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料，旋磁材料以及磁性薄膜材料等，反应磁性材料基本磁性能的有磁化曲线、磁滞回线和磁损耗等。
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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
材料物理性能 第一章、材料的热学性能 一、基本概念 1.热容：物体温度升高1K 所需要增加的能量。（热容是分子热运动的能量随温度变化的一个物理量）T Q c ??= 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 所需要的热量。[ 与 物质的本性有关，用c 表示，单位J/(kg ·K)]T Q m c ??=1 3.摩尔热容：1mol 的物质在没有相变和化学反应的条件下升高1K 所需要的热量。用Cm 表示。 4.定容热容：加热过程中，体积不变，则所供给的热量只需满足升高1K 时物体内能的增加，不必再以做功的形式传输，该条件下的热容： 5.定压热容：假定在加热过程中保持压力不变，而体积则自由向外膨胀，这时升高1K 时供 给 物体的能量，除满足内能的增加，还必须补充对外做功的损耗。 6.热膨胀：物质的体积或长度随温度的升高而增大的现象。 7.线膨胀系数αl ：温度升高1K 时，物体的相对伸长。t l l l ?=?α0 8.体膨胀系数αv ：温度升高1K 时，物体体积相对增长值。t V V t t V ??= 1α 9.热导率（导热系数）λ：在 单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量。（标志 材 料热传导能力，适用于稳态各点温度不随时间变化。)q=-λ△T/△X 。 10.热扩散率（导温系数）α：单位面积上，温度随时间的变化率。α=λ/ρc 。α表示温度变化的速率（材料内部温度趋于一致的能力。α越大的材料各处的温度差越小。适用于非稳态不稳定的热传导过程。本质仍是材料传热能力。）。 二、基本理论
1.德拜理论及热容和温度变化关系。 答：⑴爱因斯坦没有考虑低频振动对热容的贡献。 ⑵模型假设：①固体中的原子振动频率不同；处于不同频率的振子数有确定的分布函数； ②固体可看做连续介质，能传播弹性振动波； ③固体中传播的弹性波分为纵波和横波两类； ④假定弹性波的振动能级量子化，振动能量只能是最小能量单位hν的整数倍。 ⑶结论：①当T》θD时，Cv,m=3R；在高温区，德拜理论的结果与杜隆-珀蒂定律相符。 ②当T《θD时，Cv,m∝3T。 ③当T→0时，Cv,m→0，与实验大体相符。 ⑷不足：①由于德拜把晶体看成连续介质，对于原子振动频率较高的部分不适用； ②晶体不是连续介质，德拜理论在低温下也不符； ③金属类的晶体，没有考虑自由电子的贡献。 2.热容的物理本质。 答：温度一定时，原子虽然振动，但它的平衡位置不变，物体体积就没变化。物体温度升高了，原子的振动激烈了，但如果每个原子的平均距离保持不变，物体也就不会因为温度升高而发生膨胀。 【⑴反映晶体受热后激发出的晶格波和温度的关系； ⑵对于N个原子构成的晶体，在热振动时形成3N个振子，各个振子的频率不同，激发出的声子能力也不同； ⑶温度升高，晶格的振幅增大，该频率的声子数目也增大； ⑷温度升高，在宏观上表现为吸热或放热，实质上是各个频率声子数发生变化。材料物理的解释】 3.热膨胀的物理本质。 答：由于原子之间存在着相互作用力，吸引力与斥力。力大小和原子之间的距离有关（是非线性关系，引力、斥力的变化是非对称的），两原子相互作用是不对称变化，当温度上升，势能增高，由于势能曲线的不对称性必然导致振动中心右移。即原子间距增大。 ⑴T↑原子间的平均距离↑r＞r0吸引合力变化较慢 ⑵T↑晶体中热缺陷密度↑r＜r0排斥合力变化较快 【材料质点间的平均距离随温度的升高而增大（微观），宏观表现为体积、线长的增大】 4.固体材料的导热机制。 答：⑴固体的导热包括：电子导热、声子导热和光子导热。 ①纯金属：电子导热是主要机制； ②合金：声子导热的作用增强； ③半金属或半导体：声子导热、电子导热； ④绝缘体：几乎只有声子导热一种形式，只有在极高温度下才可能有光子导热存在。 ⑵气体：分子间碰撞，可忽略彼此之间的相互作用力。 固体：质点间有很强的相互作用。 5.焓和热容与加热温度的关系。P11。图1.8 ⑴①有潜热，热容趋于无穷大；⑵①无潜热，热容有突变
无机材料物理性能期末复习题
期末复习题参考答案 一、填空 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，热导率也就愈低。 5．电介质材料中的压电性、铁电性与热释电性是由于相应压电体、铁电体和热释电体都是不具有对称中心的晶体。 6．复介电常数由实部和虚部这两部分组成，实部与通常应用的介电常数一致，虚部表示了电介质中能量损耗的大小。 7．无机非金属材料中的载流子主要是电子和离子。 8．广义虎克定律适用于各向异性的非均匀材料。 ?（1-m）2x。9．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 10．对于中心穿透裂纹的大而薄的板，其几何形状因子Y= 。 11．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 。 12．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。 13.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。14．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。 15．当温度不太高时，固体材料中的热导形式主要是声子热导。 16．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。 17．电滞回线的存在是判定晶体为铁电体的重要根据。 18．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。 19. 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。 20.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。 21.晶体发生塑性变形的方式主要有滑移和孪生。 22.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。 23.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 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。 滞弹性：当应力作用于实际固体时，固体形变的产生与消除需要一定的时间，这种与时间有关的弹性称为滞弹性。 格波：处于格点上的原子的热振动可描述成类似于机械波传播的结果，这种波称为格波，格波的一个
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 ==
武汉理工材料物理性能复习资料
第一章 一、基本概念 1．塑性形变及其形式：塑性形变是指一种在外力移去后不能恢复的形变。晶体中的塑性形变有两种基本方式：滑移和孪晶。 2．蠕变：当对粘弹性体施加恒定压力σ0时，其应变随时间而增加，这种现象叫做蠕变。弛豫：当对粘弹性体施加恒定应变ε0时，其应力将随时间而减小，这种现象叫弛豫。 3．粘弹性：一些非晶体，有时甚至多晶体在比较小的应力时可以同时表现出弹性和粘性，称为粘弹性，所有聚合物差不多都表现出这种粘弹性。 4．滞弹性：对于理想的弹性固体，作用应力会立即引起弹性应变，一旦应力消除，应变也随之消除，但对于实际固体这种弹性应变的产生与消除需要有限时间，无机固体和金属这种与时间有关的弹性称为滞弹性。 二、基本理论 1．金属材料和无机非金属材料的塑性变形机理：○1产生滑移机会的多少取决于晶体中的滑移系统数量。○2对于金属，金属键没有方向性，滑移系统多，所以易于滑移而产生塑性形变。对于无机非材料，离子键和共价键有明显的方向性，同号离子相遇，斥力极大，只有个别滑移系统才能满足几何条件与静电作用条件。晶体结构越复杂，满足这种条件就越困难，所以不易产生滑移。○3滑移反映出来的宏观上的塑性形变是位错运动的结果，无机材料不易形成位错，位错运动也很困难，也就难以产生塑性形变，材料易脆断。 金属与非金属晶体滑移难易的对比 金属非金属 由一种离子组成组成复杂 金属键物方向性共价键或离子键有方向性 结果简单结构复杂 滑移系统多滑移系统少 2．无机材料高温蠕变的三个理论 ○1高温蠕变的位错运动理论：无机材料中晶相的位错在低温下受到障碍难以发生运动，在高温下原子热运动加剧，可以使位错从障碍中解放出来，引起蠕变。当温度增加时，位错运动加快，除位错运动产生滑移外，位错攀移也能产生宏观上的形变。热运动有助于使位错从障碍中解放出来，并使位错运动加速。当受阻碍较小时，容易运动的位错解放出来完成蠕变后，蠕变速率就会降低，这就解释了蠕变减速阶段的特点。如果继续增加温度或延长时间，受阻碍较大的位错也能进一步解放出来，引起最后的加速蠕变阶段。 ○2扩散蠕变理论：高温下的蠕变现象和晶体中的扩散现象类似，并且把蠕变过程看成是外力作用下沿应力作用方向扩散的一种形式。 ○3晶界蠕变理论：多晶陶瓷中存在着大量晶界，当晶界位向差大时，可以把晶界看成是非晶体，因此在温度较高时，晶界粘度迅速下降，外力导致晶界粘滞流动，发生蠕变。 第二章 一、基本概念 1．裂纹的亚临界生长：裂纹除快速失稳扩展外，还会在使用应力下，随着时间的推移而缓慢扩展，这种缓慢扩展也叫亚临界生长，或称为静态疲劳。 2．裂纹扩展动力：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，反之，前者小于后者，则裂纹不会扩展。将上述理论用于有裂纹的物体，物体内储存的弹性应变能的降低（或释放）就是裂纹扩展动力。
材料物理性能.
※ 材料的导电性能 1、 霍尔效应 电子电导的特征是具有霍尔效应。 置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流导体上平行于电流和磁场方向上的两 个面之间产生电动势差，这种现象称霍尔效应。 形成的电场E H ，称为霍尔场。表征霍尔场的物理参数称为霍尔系数，定义为： 霍尔系数R H 有如下表达式：e n R i H 1 ± = 表示霍尔效应的强弱。霍尔系数只与金属中自由电子密度有关 2、 金属的导电机制 只有在费密面附近能级的电子才能对导电做出贡献。 利用能带理论严格导出电导率表达式： 式中： nef 表示单位体积内实际参加传导过程的电子数； m *为电子的有效质量，它是考虑晶体点阵对电场作用的结果。 此式不仅适用于金属，也适用于非金属。能完整地反映晶体导电的物理本质。 量子力学可以证明，当电子波在绝对零度下通过一个完整的晶体点阵时，它将不受散射而无阻碍的传播，这时 电阻为零。只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方，电子波才受到散射(不相干散射)，这就会产生电阻——金属产生电阻的根本原因。由于温度引起的离子运动(热振动)振幅的变化(通常用振幅的均方值表示)，以及晶体中异类原子、位错、点缺陷等都会使理想晶体点阵的周期性遭到破坏。这样，电子波在这些地方发生散射而产生电阻，降低导电性。 3、 马西森定律 （P94题11） 试说明用电阻法研究金属的晶体缺陷（冷加工或高温淬火）时威慑年电阻测量要在低温下进行。 马西森（Matthissen ）和沃格特（V ogt ）早期根据对金属固溶体中的溶质原子的浓度较小，以致于可以略去它们 之间的相互影响，把金属的电阻看成由金属的基本电阻ρL(T)和残余电阻ρ?组成，这就是马西森定律（ Matthissen Rule ），用下式表示： ρ?是与杂质的浓度、电缺陷和位错有关的电阻率。 ρL(T)是与温度有关的电阻率。 4、 电阻率与温度的关系 金属的温度愈高，电阻也愈大。 若以ρ0和ρt 表示金属在0 ℃和T ℃温度下的电阻率，则电阻与温度关系为: 在t 温度下金属的电阻温度系数： 5、 电阻率与压力的关系 在流体静压压缩时，大多数金属的电阻率降低。 在流体静压下金属的电阻率可用下式计算 式中：ρ0表示在真空条件下的电阻率；p 表示压力；φ是压力系数(负值10-5~10-6 )。 正常金属（铁、钴、镍、钯、铂等），压力增大，金属电阻率下降；反常金属（碱土金属和稀土金属的大部分） 6、 缺陷对电阻率的影响：不同类型的缺陷对电阻率的影响程度不同，空位和间隙原子对剩余电阻率的影响和金属 杂质原子的影响相似。点缺陷所引起的剩余电阻率变化远比线缺陷的影响大。
物理性能
或
杨氏模量 其中，表示杨氏模数，表示正向应力，表示正向应变。 杨氏模量以英国科学家托马斯·杨命名。 各种物料的杨氏模数约值 楊氏模量取决于材料的组成。举例来说，大部分金属在合金成分不同、热处理在加工过程中的应用，其楊氏模量值会有5％或者更大的波动。正如以下的很多材料的楊氏模量值非常接近。
? (1牛顿每平方毫米为1MPa) ? (1千牛顿每平方毫米为1GPa) 剪切模量 剪力模数（shear modulus）是材料力学中的名词，弹性材料承受剪应力时会产生剪应变，定义为剪应力与剪应变的比值。公式记为 其中，表示剪力模数，表示剪应力，表示剪应变。在均质且等向性的材料中： 其中，是杨氏模数(Young's modulus )，是泊松比(Poisson's ratio)。
体积模量 压缩示意图 体积模量（）也称为不可压缩量，是材料对于表面四周压强产生形变程度的度量。它被定义为产生单位相对体积收缩所需的压强。它在SI单位制中的基本单位是帕斯卡。 定义 体积模量可由下式定义： 其中为压强，为体积，是压强对体积的偏导数。体积模量的倒数即为一种物质的压缩率。 还有其他一些描述材料对应变的反应的物理量。比如剪切模量描述了材料对剪切应变的反应；而杨氏模量则描述了材料对线性应变的反应。对流体而言，只有体积模量具有意义。而对于不具有各向同性的固体材料（如纸、木等），上述三种弹性模量则不足以描述这些材料对应变的反应。 热力学关系 严格的说，体积模量是一个热力学量。说明在何种温度变化条件下对体积模量是有必要的。等温体积模量（）以及定熵（绝热）体积模量（）或其他形式都是可能出现的。实践中上述区分只是用于对气体的讨论中。 对于气体，绝热体积模量大约由下式给出： 而等温体积模量大约由下式给出：
材料物理性能期末复习重点-田莳
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粒二象性。 2.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t 时刻、 （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 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高的能量。 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E g ，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。半导体和绝缘体有相类似的能带结构，只是半导体的禁带较窄(E g 小) ，电子跃迁比较容易 1.电导率 是表示物质传输电流能力强弱的一种测量值。当施加电压于导体的两 端 时，其电荷载子会呈现朝某方向流动的行为，因而产生电流。电导率 是以欧姆定律定义为电流密度 和电场强度 的比率： κ=1/ρ 2.金属—电阻率与温度的关系 金属材料随温度升高，离子热振动的振幅增大，电子就愈易受到散射，当电子波通过一个理想品体点阵时(0K)，它将不受散射；只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方，电子被才受到散射(不相干散射)，这就是金属产生电阻的根本原因。由于温度引起的离子运动(热振动)振幅的变化(通常用振幅的均方值表示)，以及晶体中异类原于、位错、点缺陷等都会使理想晶体点阵的周期性遭到破坏。这样，电子波在这些地方发生散射而产生电阻，降低导电性。 金属电阻率在不同温度范围与温度变化关系不同。一般认为纯金属在整个温度区间产生电阻机制是电子-声子（离子）散射。在极低温度下，电子-电子散射构成了电阻产生的主要机制。金属融化，金属原子规则阵列被破坏，从而增强了对电子的散射，电阻增加。 3.离子电导理论 离子电导是带有电荷的离子载流子在电场作用下的定向移动。一类是晶体点阵的基本离子，因热振动而离开晶格，形成热缺陷，离子或空位在电场作用下成为导电载流子，参加导电，即本征导电。另一类参加导电的载流子主要是杂质。 离子尺寸，质量都远大于电子，其运动方式是从一个平衡位置跳跃到另一个平衡位置。离子导电是离子在电场作用下的扩散。其扩散路径畅通，离子扩散系数就高，故导电率高。 4.快离子导体（最佳离子导体，超离子导体） 具有离子导电的固体物质称固体电解质。有些
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 )；
物理性能测试仪器-中华人民共和国科学技术部
物理性能测试仪器 原值50万以上的对外提供共享服务的大型科学仪器设备总量为20333台（套），其中物理性能测试仪器的数量为1875台（套），占总量的9.2%。物理性能测试仪器中，力学性能测试仪器1002台（套），其他227台（套），光电测量仪器215台（套），颗粒度测量仪器178台（套），声学振动仪器175台（套），大地测量仪器46台（套），探伤仪器32台（套）。
1 脉冲激光溅射沉积系统PLD-450 JGF600 中国上海大学上海 2 激光再生放大器PRO-FIKXP 美国上海大学上海 3 荧光光谱仪FLSP920 英国上海大学上海 4 动态力学分析仪Q800 DMA 美国上海大学上海 5 物理特性测量系统 PPMS-9T 美国上海大学上海 6 水分吸附仪IGAsorp 英国上海大学上海 7 声源定位分析系统GFAI Star48 德国上海市环境科学研究院上海 8 电子万能测试机5569 美国上海市伤骨科研究所上海 9 比表面积和孔隙度分析仪ASAP2020-M 美国上海市检测中心上海 10 光散射法颗粒计数器CLS-1000 美国上海市检测中心上海 11 光测量系统8164B 德国上海市检测中心上海 12 光功率计校准装置IQ-12000 加拿大上海市检测中心上海 13 耐光及耐气候色牢度试验机Ci3000+ 美国上海市服装研究所上海 14 日晒色牢度试验机Ci4000 美国上海市服装研究所上海 15 脉冲试验台BI 1002 ARF 意大利上海市塑料研究所上海 16 拉力试验机Z010 德国上海市塑料研究所上海 17 臭氧老化试验机Argentox Ozone 500 德国上海橡胶制品研究所上海 18 激光粒度分析仪Mastersizer 2000 英国上海市涂料研究所上海 19 万能材料实验机LR-50 英国上海市合成树脂研究所上海 20 拉力机AG-50kNE 日本上海市合成树脂研究所上海 21 万能材料试验机SHT5106 中国上海市机械制造工艺研究所有限公司上海 22 电液伺服疲劳试验机及电子引伸计810 Material test system 美国上海市机械制造工艺研究所有限公司上海 23 试验机配套高温炉及引伸仪ZWICK 德国上海市机械制造工艺研究所有限公司上海 24 便携式超声波相控阵检测仪Olympus OmniScan MX 美国上海市机械制造工艺研究所有限公司上海 25 万能试验机300t SHT4306-W 中国上海市机械制造工艺研究所有限公司上海 26 微机电子万能试验机CMT4204，CMT5305 中国上海市机械制造工艺研究所有限公司上海 27 万能材料试验机附试验机配套高温炉及引伸仪BXC-FR250 德国上海市机械制造工艺研究所有限公司上海 28 轴承压摆疲劳试验台PLS-700 中国上海市轴承技术研究所上海 29 关节轴承磨损试验机PLS-100 中国上海市轴承技术研究所上海 30 关节轴承磨损试验机PLS-300 中国上海市轴承技术研究所上海 31 轴承高速摆动试验台NSDZ-50 中国上海市轴承技术研究所上海 32 液压万能专用试验机ZGPJ19200 中国上海市轴承技术研究所上海 33 巴克豪森应力测试仪Bearing Sca 芬兰上海市轴承技术研究所上海 34 轴承高速摆动试验台NSDZ-20 中国上海市轴承技术研究所上海 35 部件温度冲击设备TC405-Ⅱ中国上海半导体照明工程技术研究中心上海 36 高低温交变湿热箱HUT410P 中国上海半导体照明工程技术研究中心上海 37 快速温度变化试验箱TU403-10 中国上海半导体照明工程技术研究中心上海 38 熔融玻璃旋转粘度计RSV-1600 中国中国建材国际工程集团有限公司上海 39 光谱椭偏仪SenPro 德国中国建材国际工程集团有限公司上海
《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 （ ）