材料物理性能定义总结

1第一章材料的电性能A按压力对金属导电性的影响：金属分为正常金属和反常金属。B本征电导：源于晶体点阵中基本离子的运动。玻璃的导电机理：玻璃在通常情况下是绝缘体，但在高温下，玻璃的电阻率却可能大大降低，因此在高温下有些玻璃将成为导体。玻璃的导电是由于某些离子的可动性导致的，故玻璃是一种电解质的导体。在钠玻璃中，钠离子在二氧化硅网络中从一个间隙跳到另一个间隙，形成电流。这与离子晶体中的间隙离子导电类似。本征半导体：纯净的无结构缺陷的半导体单晶。本征电导在高温下为导电的主要表现。半导体导电机理：在绝对零度和无外界影响的条件下，半导体的空带中无运动的电子。但当温度升高或受光照射时，也就是半导体受到热激发时，共价键中的价电子由于从外界获得了能量，其中部分获得了足够大能量的价电子就可以挣脱束缚，离开原子而成为自由电子。本征半导体的电学特性：1)本征激发成对产生自由电子和空穴，自由电子浓度与空穴浓度相等；2)禁带宽度Eg越大，载流子浓度ni越小；3)温度升高时载流子浓度ni增大。4)载流子浓度ni与原子密度相比是极小的，所以本征半导体的导电能力很微弱。不均匀固溶体（k状态）：在合金元素中含有过渡族金属的，这些固溶体中有特殊相变及特殊结构存在，这种组织状态称为k状态。这些固溶体中原子间距的大小显著地波动，其波动正式组元原子在晶体中不均匀分布的结果，所以也把k状态称之为“不均匀固溶体）。C畴壁：两铁电畴之间的界壁称为畴壁。超导电性：在一定低温条件下，金属突然失去电阻的现象叫超导电性。超导态：金属失去电阻的状态称为超导态，金属具有电阻的状态称为正常态。超导体三个基本特性：完全导电性,完全抗磁性,通量(flux)量子化。2完全导电性：在室温下把超导体放入磁场中，冷却到低温进入超导态，把原磁场移开，则在超导体中的感生电流，由于没有电阻而将长久存在，成为不衰减电流。超导现象产生的原因：由于超导材料中的电子双双结成库柏电子对，电子对和晶格间相互作用，而无能量损失，使超导体不产生电阻超导体存在Tc的原因：当温度或外磁场强度增加时，电子对获得能量，当温度或外磁场强度增加到临界值时，电子对全部被拆开成正常态电子，于是材料即由超导态转变为正常态。D导带：允带中每个能级只允许填充两个自旋磁量子数相反的电子，如果能级中未能填满，则电子可以通过空能级运动，从而显示导电性。电流：电荷的定向移动。第一类离子电导：源于晶体点阵中基本离子的运动。第二类离子导电：结合力比较弱的离子运动造成的，这些离子主要是杂质离子。低温下，离子晶体的电导主要由杂质载流子浓度决定。电介质：是指不善于传导电流的物质，又称为绝缘体。它们的电阻率极高。电容器存储电荷能力增强的原因：电介质在电场作用下产生束缚电荷。电解质的极化：电介质在电场作用下产生束缚电荷。电介质的击穿：当施加于电介质上的电场强度或电压增大到一定程度是，电解质就由介电状态变为导电状态，这一突变现象称为电介质的击穿。电介质极化机制：1.位移极化：电子、离子位移极化2.松弛极化：电子、离子松弛极化3.取向极化4.空间电荷极化电畴转向：铁电畴在外电场作用下，总是要趋向于与外电场方向一致。这形象地称作电畴“转向”。电位差计法测量电阻的原理：当一恒定直流电通过试样和标准电阻时，测定试样和标准电阻两端压降Vx和VN，可得电阻测试方法：（1）小电阻：双电桥法，电位差计法。（2）半导体或超导体等低电阻率测试：直流四探针法（3）高电阻绝缘体测试方法：冲击检流计法。NxNxVVRR3电阻法分析应用：1.测量固溶体溶解度曲线2.研究合金时效3.研究碳钢回火4.研究马氏体转变5.研究疲劳和裂纹扩展材料的应力疲劳：材料的应力疲劳是内部位错的增值、裂纹的扩展等一系列微观缺陷的发展导致宏观缺陷发展的过程，故将引起电阻的变化。多相合金的电阻率：多相合金的导电性不仅与组成相的导电性及相对量有关，还与合金的组织形态有关。F反常金属－随压力增大，金属电阻率升高。G固溶体电阻率：形成固溶体时，合金导电性降低，即电阻率升高。固溶体电阻率比纯金属高的主要原因是溶质原子的溶入引起溶剂点阵的畸变，破坏了晶格势场的周期性，从而增加了电子的散射几率，使电阻率增大。同时由于固溶体组元间化学相互作用的加强使有效电子数减少，也会造成电阻率的增高。H霍尔效应：当金属导体处于与电流方向相垂直的磁场内时，则在模跨样品的两面产生一个与电流和磁场都垂直的电场，此现象称为霍耳效应。化合物的电阻率当两种金属原子形成化合物时，其电阻率要比纯组元的电阻率高很多，这是因为组成化合物后原子间的金属键部分的转化为共价键或离子键，使导电电子数减少所致，因此电阻率增高，正是由于键合性质发生变化，在一些情况下，金属化合物是半导体。J经典自由电子理论：1.正离子构成了晶体点阵，并形成一个均匀的电场，价电子是完全自由的称为自由电子。它们弥散分布于整个点阵之中，具有相同的能量，因此称为电子气。2．当对金属施加外电场时，自由电子沿电场方向做定向加速运动，从而形成了电流。在自由电子定向运动过程中，不断与正离子发生碰撞，产生电阻。金属产生电阻的根本原因：当电子波通过理想晶体点阵(0K)时,不受散射；只有晶体在点阵完整性遭到破坏的地方，电子波受到散射，这就是金属产生电阻的根本原因。金属剩余电阻率：在极低温度下（4.2k）测得的金属电阻率。绝缘体是指不善于传导电流的物质，又称为电介质。它们的电阻率极高。4介电材料：放在平板电容器中增加电容的材料。介质损耗：电介质在电场作用下，在单位时间内因发热而消耗的能量称为电解质的损耗功率，或简称介质损耗。击穿电压：发生电介质击穿时所加电压称为击穿电压。击穿电场强度：发生击穿时的电场强度称为击穿电场强度。介电强度：发生击穿时的电场强度称为击穿电场强度。晶体压电性本质：无对称中心的晶体受力后产生应变，即改变原子相对位置，正负电荷重心不再重合，结果产生净电偶极矩，从而在特定平面上产生束缚电荷。金属导电的两种散射机制：声子散射和电子散射声子散射电阻：由于温度引起的点阵离子运动（热振动）引起的基本电阻，它在绝对零度时将为零。电子散射机制：电子在杂质和缺陷上的散射，是绝对零度下金属存在残余电阻的实质，反映了金属的纯度和完整性。金属熔化时电阻增高的原因：金属熔化时金属原子规则排列遭到破坏，从而增加对电子的散射，电阻增加。但锑、铋、镓等金属熔化时电阻减小：因为它们在固态时为层状结构，具有小的配位数，主要为共价键型晶体结构，在熔化时共价键被破坏，转为以金属键结合为主，故使电阻率下降。间隙相的导电性与金属相似，部分间隙相还是良导体。K空间电荷极化：离子多晶体的晶界以及二维、三维缺陷处存在空间电荷，在外电场作用下，趋向于有序化，即带有空间电荷的正负电荷质点分别向外电场的负、正极方向移动，从而表现为极化。L量子自由电子理论：金属中正离子形成的电场是均匀的，价电子-自由电子与离子间没有相互作用，可以在整个金属中自由运动。金属中每个原子的内层电子基本保持着单个原子时的能量状态，而所有价电子却按量子化规律具有不同的能量状态，即具有不同的能级。离子固有电导：源于晶体点阵中基本离子的运动。离子导电：是离子在电场作用下的扩散现象。其扩散路径畅通，离子扩散系数就高，导电率也就高。临界转变温度：金属发生超导现象时的温度称为转变温度。5临界磁场强度Bc－温度低于Tc时，将磁场作用于超导体，当磁场强度大于Bc时，磁力线穿入超导体，使超导体回到正常态，此时磁场强度称为临界磁场强度。临界电流密度Jc－输入电流产生的磁场与外加磁场之和超过临界磁场强度时，超导态被破坏。此时通过的电流密度称为临界电流密度。冷加工引起金属电阻率增加的原因：（1）冷加工引起金属晶格畸变，增加电子散射几率；（2）冷加工引起金属晶体原子间键合的改变，导致原子间距的改变。M满带：允带中所有的能级都被电子填满。迈斯纳效应：处于超导态的材料，不管其经历如何，磁感应强度始终为零。这就是所谓的迈斯纳效应。N能带：电子能级间隙很小，所以能级的分布可看成是准连续的，称为能带。能带理论：金属中的价电子-自由电子的能级也是量子化的，与量子自由电子理论相同；金属中自由离子点阵所造成的势场不均匀，呈周期变化；电子在周期势场中运动时，随着位置的变化，它的势能也呈周期变化，即接近正离子时势能降低，离开时势能增高。耐电强度：发生击穿时的电场强度称为击穿电场强度。诺伯里－林德法则：除过渡族金属外，在同一溶剂中溶入1%（原子百分数）溶质金属所引起的电阻率增加，由溶剂和溶质金属的价数而定，其价数差越大，增加的电阻率越大，其数学表达式为：ΔZ为低浓度合金溶剂和溶质间价数差。P评价绝缘材料的主要电学性能指标：(1)介电常数，(2)耐电强度，(3)损耗因数，(4)体电阻率和表面电阻率Q取向极化：沿外场方向取向的偶极子数大于和外场反向的偶极子数，因此电介质整体出现宏观偶极矩，这种极化称为取向极化。它是极性电介质的一种极化方式，建立时间约为10-2~10-10s.缺陷对电阻率的影响：空位、间隙原子及其组合、位错等晶体缺陷使金属电阻率增加。2)(Zba6点缺陷－用1%原子空位浓度或1%原子间隙原子所引起的电阻率变化。线缺陷－单位体积中位错线的单位长度所引起的电阻率变化。面缺陷－单位体积中晶界的单位面积所引起的电阻率变化。缺陷对电阻率的影响大小：点缺陷所引起的剩余电阻率变化比线缺陷的影响大；空位和间隙原子对剩余电阻率的影响与金属中杂质原子的影响大小是同一数量级；多数金属当变形量不大时，位错引起的电阻率变化Δρ位错与位错密度ΔN位错呈线性关系，当变形量为8%时，位错影响电阻率增加值很小。R热缺陷：这种离子随着热振动的加剧而离开晶格阵点，形成热缺陷。S松弛极化：a.电子松弛极化－晶格热振动、晶格缺陷、杂质的引入、化学组成的局部改变等因素都能使电子能态发生变化。在外加电场作用下，一些能量高的电子或空穴的运动具有方向性而呈现极化，这种极化即为电子松弛极化，建立时间约为10-2~10-9s，不可逆过程。b.离子松弛极化－弱联系离子从一平衡位置移动到另一平衡位置，在外电场作用下，离子向电场方向或反电场方向迁移的几率增大，呈现电极性。建立时间为10-2~10-5s，不可逆过程。剩余电阻率：在0K，冷加工金属保留某一极限电阻率，称为剩余电阻率。T铁电性：晶体在某个温度范围内不仅具有自发极化强度（无外加电场时的极化强度），而且自发极化强度的方向能随外电场的作用而重新取向，晶体的这种性质称为铁电性，具有这种性质的晶体为铁电体。铁电畴：铁电体自发极化的方向不相同，但在一个小区域内，各晶胞的自发极化方向相同，这个小区域就称为铁电畴。两畴之间的界壁称为畴壁。铁电体的特性：⑴极化强度P和电场强度E有复杂的非线性关系。⑵有电滞现象，在周期性变化的电场作用下，出现电滞回线，有剩余极化强度。⑶当温度超过某一温度(居里温度）时，铁电性消失。⑷铁电体内存在自发极化小区，即电畴。7W位移极化：a.电子位移极化－在外电场作用下，原子外围的电子轨道相对于原子核发生位移，原子中的正负电荷重心产生相对位移，建立的时间仅为10-14~10-15s。可逆变化，不导致介质损耗。它的主要贡献是引起介电常数的增加。b.离子位移极化－离子在电场作用下偏移平衡位置的移动，相当于形成一个感生偶极矩，也可理解为离子晶体在电场作用下离子间的键合被拉长，建立的时间为10-12~10-13s。Y压电效应：正压电效应：当晶体受到机械力作用时，一定方向的表面产生束缚电荷，其电荷密度大小与所加应力的大小呈线性关系。这种由机械能转换为电能的过程称为正压电效应。逆压电效应：当晶体在外电场激励下，晶体的某些方向上产生形变（或谐振），且应变大小与所加电场在一定范围内有线性关系，这种由电能转变为机械能的过程称为逆压电效应。影响金属导电性的因素：（1）温度的影响（2）应力的影响（3）冷加工和缺陷的影响（4）合金元素和相结构的影响应力对电阻的影响：弹性应力范围内的单向拉应力，使原子间的距离增大，点阵的畸变增大，导致金属的电阻增大。压应力对电阻的影响恰好与拉应力相反，由于压应力使原子间