第二章材料的热学性能
热容：热容是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1K所需要增加的能量。
不同温度下，物体的热容不一定相同，所以在温度T时物体的热容为：
物理意义：吸收的热量用来使点阵振动能量升高，改变点阵运动状态，或者还有可能产生对外做功；或加剧电子运动。
晶态固体热容的经验定律：
一是元素的热容定律—杜隆-珀替定律：恒压下元素的原子热容为25J/（K?mol）；
二是化合物的热容定律—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。
不同材料的热容：
1.金属材料的热容：
由点阵振动和自由电子运动两部分组成，即
式中和分别代表点阵振动和自由电子运动的热容；α和γ分别为点阵振动和自
由电子运动的热容系数。
合金的摩尔热容等于组成的各元素原子热容与其质量百分比的乘积之和，符合奈曼-柯普定律：
式中，n i和c i分别为合金相中元素i的原子数、摩尔热容。
2.无机材料的热容：
（1）对于绝大多数氧化物、碳化物，热容都是从低温时的一个低的数值增加到1273K左右的近似于25J/(K·mol)的数值。温度进一步增加，热容基本无变化。（也即它们符合热容定律）
（2）对材料的结构不敏感，但单位体积的热容却与气孔率有关。气孔率越高，热容越小。
相变可分为一级相变和二级相变。一级相变：体积发生突变，有相变潜热，例如，铁的a-r转变、珠光体相变、马氏体转变等；二级相变：无体积发生突变、无相变潜热，它在一定温度范围逐步完成。例如，铁磁顺磁转变、有序-无序转变等，它们的焓无突变，仅在靠近转变点的狭窄温度区间内有明显增大，导致热容的急剧增大，达转变点时，焓达最大值。
3.高分子材料热容：
高聚物多为部分结晶或无定形结构，热容不一定符合理论式。一般，高聚物的比热容比金属和无机材料大，高分子材料的比热容由化学结构决定，它存在链段、链节、侧基等，当温度升高时，链段振动加剧，而高聚物是长链，使之改变运动状态较困难，因而，需提供更多的能量。
传导机制
（1）金属中热传导是以自由电子导热为主，合金热传导以自由电子导热和声子导热为主；金属材料的热导
率很大。
（2）对于晶体的无机非金属，热传导主要是靠点阵振动，即声子导热为主，约为金属热传导的三十分之一。（3）高聚物的热传导以链段运动传热为主，而高分子链段运动比较困难，所以，其导热能力较差。
晶体中存在的各种缺陷和杂质会导致声子的散射，降低声子的平均自由程，使热导率变小。固溶体的形成同样也降低热导率，而且溶质元素的质量和大小与溶剂元素相差愈大，取代后结合力改变愈大，则对热导率的影响愈大。热阻：材料对热传导的阻碍能力。理想晶体中的热阻也即声子与声子的碰撞。
热膨胀本质：原子间相互作用，位能曲伸不对称。温度升高，振动加剧，振动中心发生变化（右移），原子间距增大，材料产生热膨胀。
线膨胀系数与熔点的关系有一个经验表达式：
因此，固态晶体的熔点愈高，晶体原子间结合力增大，其膨胀系数就愈低。
高分子材料的热稳定性
提高高分子的耐热性：（1）增加高分子链的刚性（分子链带上庞大的侧基，增加主链共轭双键，减少单链），（2）提高聚物结晶能力（提高链的规整度和对成性），（3）进行交联，增加分子链间化学键，阻碍分子链运动。无机材料的热稳定性
提高抗热冲击断裂性能的措施（主要针对陶瓷，玻璃等）：①提高材料强度σ，减小弹性模量 E，使σ/E 提高。②提高材料的热导率λ，使R'提高。③减小材料的热膨胀系数α。也即产生的热应力小。④减小表面热传递系数h。⑤减小产品的有效厚度r m。
热差分析：是在程序控制温度下，将被测材料与参比物在相同条件下加热或冷却，测量试样与参比物之间温差(ΔT)随温度(T)时间(t)的变化关系。
参比物要求：应为热惰性物质，即在整个测试的温度范围内它本身不发生分解、相变、破坏，也不与被测物质产生化学反应同时参比物的比热容，热传导系数等应尽量与试样接近。
第三章材料的光学性能
一、光在介质中的传播速度比真空慢的原因
当光的电磁场作用到介质上时，介质的原子受到外加电场的作用而极化，正电荷沿着电场方向移动，负电荷沿着反电场方向移动，这样正负电荷的中心发生相对位移。外电场越强，原子正负电荷中心距离越大。由于这种光波电磁场和介质原子的电子体系的相互作用而产生的极化，“拖住”了电磁波的步伐，使光波的传播速度减少。
二、光的反射：指光在传播到不同物质时，在分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象。
影响因素：在垂直入射的情况下，光在界面上反射的多少取决于两种介质的相对折射率n21，如果n1和n2相差很大，那么界面反射损失就严重。如果n1等于n2，几乎没有反射损失。
由许多块玻璃组成透镜系统。反射损失更可观。为了减小这种界面损失，常常采用折射率和玻璃相近的胶将它们粘起来，这样，除了最外和最内的表面是玻璃和空气的相对折射率外，内部各界面都是玻璃和胶的较小的相
对折射率，从而大大减小了界面的反射损失。
三、双折射现象、常光折射和非常光折射的概念
当光通过除立方晶体以外的其他品型介质时，一般都要分为振动方向和互垂直、传播速度不等的两个波，它们分别形成两条折射光线，这个现象称为双折射。
双折射光线中，平行于人射面的光线的折射率，称为常光折射率n0，不论入射光的入射角如何变化，n0始终为一常数，因而常光折射率严格服从折射定律。
另一条与之垂直的光线所构成的折射率、则随入射线方向的改变而变化，称为非常光折射率n e，它不遵守折射定律，随入射光的方向而变化。
四、选择吸收：同一物质对各种波长的光吸收程度不一样，有的波长的光吸收系数可以非常大，而对另一波长
的吸收系数又可以非常小。
均匀吸收：介质在可见光范围对各种波长的吸收程度相同。
金属材料、半导体、电介质产生吸收峰的原因
（1）金属对光能吸收很强烈，这是因为金属的价电子
处于未满带，吸收光子后即呈激发态，用不着跃迁到导
带即能发生碰撞而发热。（2）半导体的禁带比较窄，吸
收可见光的能量就足以跃迁。（3）电介质的禁带宽，可
见光的能量不足以使它跃迁，所以可见光区没有吸收
峰。紫外光区能量高于禁带宽度，可以使电介质发生跃
迁，从而出现吸收峰。电介质在红外区也有一个吸收峰，
这是因为离子的弹性振动与光子辐射发生谐振消耗能量所致。
五、散射：材料中如果有光学性能不均匀的结构，例如含有透明小粒子，光性能不同的晶界相、气孔或其他夹杂
物，都会引起一部分光束偏离原来的传播方向而向四面八方散开来。
折射：当光依次通过两种不同介质时，光的行进方向要发生改变，这种现象称为折射。
弹性散射：光的波长(或光子能量)在散射前后不发生变化的，称为弹性散射。
非弹性散射：当光束通过介质时，人射光子与介质发生非弹性碰撞，使散射光的波长(或频率)发生改变，这种散射称为非弹性散射。与弹性散射相比，非弹性散射通常要弱几个数量级，常常被忽略。六、红移、蓝移原因
（1）从能量的角度看，可以用简单的能级跃迁图来说明。图a表示瑞利散射过程，图b可表示红移过程，图c表示蓝移过程。
（2）从波动观点来看，光的非弹性散射机制是光波电磁场与介质内微观粒子固有振动之间的耦合，从而激发介质微观结构的振动或导致振动的消失，以致散射光波频率相应出现“红移”〔频率降低〕或“蓝移”(频率增高)。
七、利用拉曼散射分析物质的结构（不确定）
由于拉曼散射和布里渊散射中散射光的频率与散射物质的能态结构有关，研究非弹性光散射已经成为获得固体结构、点阵振动、声学动力学以及分子的能级特征等信息的有效手段。
八、色散：材料的折射率随入射光的频率的减小(或波长的增加)而减小的性质，称为材料的色散。
原因：在光波电磁场的作用下，光波引起介质中束缚电荷受迫振动，受迫振动的振子(束缚电荷)又可以作为新的电磁波波源，向外发射“电磁次波”(或称散射波)。在固体材料中，这种散射中心的密度很高，
多个振子波的相互干涉使得次波只沿原来入射光波的方向前进。按照波的叠加原理，次波和入射光波
叠加的结果使合成波的位相与入射波不同。次波的叠加改变了波的位相，也就改变了光波的速度。
九、自发辐射与受激辐射的区别
自发辐射过程是指，如果原子已经处于高能级，那么它就可能自发、独立地向低能级跃迁并发射一个光子，其能量为: hν=E2-E1
各个原子发射的自发辐射光子，除了能量(频率)受上式限制外，其发射方向和偏振态都是随机和无规的。
受激辐射过程是，当一个能量满足hν=E2-E1的光子趋近高能级E2的原子时，人射的光子诱导高能级原子发射一个和自己性质完全相同的光子来。受激辐射的光子和人射光子具有相同的频率、方向和偏振状态。
十、激光的激活介质的作用：实现粒子数反转的介质，具有对光的放大作用。
十一、红宝石
红宝石（CrAl2O3）加工好的红宝石激光器呈棒状，两端面平
行，靠近两个端面各放置一面镜子，以便使一些自发发射的光通过激光
棒来回反射。其中一个镜子起完全反射的作用，另一个镜子只是部分反
射。当沿着激光棒的长度方向用氙闪光灯照射时，大部分闪光的能量以
热的形式散失，一小部分被激光棒吸收，Cr3+的d电子可以从4A2基态激
发到4F1和4F2激发态。这些激发态寿命很短(10-9s)，通过无辐射跃迁迅速衰变，降到2E能级。2E激发态的寿命很长，约为5x10-3s，这表明有足够的时间形成位子数反转。然后由2E 能级跃迁返回基态，多余的能量以激光形式释放出来，于是产生了激光。
第四章材料的导电性能
一、超导：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。
两个基本特性：完全导电性和完全抗磁性（即超导体内无磁场，内部磁感应强度B为零）
二、库柏电子对（BCS理论）：当超导体内处于超导态的某一电子e1在晶体中运动时，它周围的正离子点阵将被
这个电子吸引以降低静电能，从而使这个局部区域的正电荷密度增加，而这个带正电的区域又会对邻近电子e2产生吸引力，正是由于这种吸引力克服了静电斥力，使动量和自旋方向相反的两个电子e1、e2结成了电子对，这种电子对称为库柏电子对。材料变为超导态后，由于电子对结成库柏对，使能量降低而成为一种稳定态。
三、固溶体、化合物对导电性能的影响
1.固溶体的导电性
(1)固溶体组元浓度对电阻的影响一般情况下形成固溶体时合金的电导率降低，即电阻率增高。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概率，使电阻率增大。同时，由于固溶体组元间化学相互作用（能带、电子云分布等）的加强使有效电子数减少，也会造成电阻率的增高。
(2)有序固溶体的电阻固溶体有序化对合金的电阻有显著的影响，其影响作用体现在两方面：一方面，固溶体有序化后，其合金组元间化学作用加强，电子结合比无序固溶体强，导致导电电子数减少而合金的剩余电阻增加；另一方面，晶体的离子电场在有序化后更对称，从而减少对电子的散射，使电阻降低。综合这两方面，通常情况下第二个因素占优势，所以有序化后，合金的电阻总体上是降低的。
(3)不均匀固溶体(K状态)的电阻当形成不均匀固溶体时，在固溶体点阵中只形成原子的偏聚，原子聚集区域的集合尺寸与电子波的波长相当(约1nm)，故可以强烈地散射电子波，提高了合金电阻率。
2.金属化合物的导电性
当两种金属原子形成化合物时，其合金电导率要比纯组元的电导率低得多，这是因为组成化合物后，原子间的金属键至少有一部分转化为共价键或离子键，使有效电子数减少，导致电阻率增高。
四、温度、压力、形变对于导电性质的影响
温度：金属电阻率随温度升高而增大，温度升高会使离子振动加剧，热振动振幅加大，原子的无序度增加，周期势场的涨落也加大。这些因素都使电子运动的自由程减小，散射概率增加而导致电阻率增大。大多数金属在熔化成液态时，其电阻率会突然增大约1.5~2倍，这是由于原子排列的长程有序被破坏，从而加强了对电子的散射，引起电阻增加。
应力的影响：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。高的压力往往能导致物质的金属化。引起导电类型的变化，而且有助于从绝缘休—半导体—金属—超导体的转变。
冷加工变形的影响：冷加工变形使晶体点阵畸变和晶体缺陷增加，特别是空位浓度的增加，造成点阵电场的不均匀而加剧对电子散射的结果。若对冷加工变形的金属进行退火，使它产生回复和再结晶，则电阻下降。再结晶生成的新晶粒的晶界增多，对电子运动的阻碍作用增强所造成的，晶粒越细，电阻越大。（回复退火可以显著
降低点缺陷浓度，因此使电阻率有明显的降低。再结晶过程可以消除形变时造成的点阵畸变和晶体缺陷，所以再结晶可使电阻率恢复到冷变形前的水平。）
五、多晶多相的陶瓷材料影响导电性的因素
其导电性受玻璃相、晶界和气孔的影响。电导很大程度上取决于玻璃相。晶界对带电离子运动产生散射，但要弱于晶格的散射效应。气孔相电导率一般较低，所以，对于少量气孔分散相，气孔率增加，陶瓷材料的电导率减小。如果气孔量很大，形成连续相，电导主要受气相控制。这些气孔形成通道，使环境中的潮气、杂质很容易进人，对电导有很大的影响。
六、双碱效应和压碱效应
双碱效应：双碱效应是指当玻璃中碱金属离子总浓度大(占玻璃组成25%~30%)时，碱金属离子总浓度相同的情况下，含两种碱金属离子比含一种碱金属离子的玻璃电导率要小。当两种碱金属浓度比例适当时，电导率可以降到很低。
压碱效应：压碱效应是指含碱玻璃中加人二价金属氧化物，特别是重金属氧化物。使玻璃的电导率降低。（相应的阳离子半径越大，这种效应越强.这是由于二价离子与玻璃中氧离子结合比较牢固，能嵌入玻璃网络结构，以致堵住了迁移通道，使碱金属离子移动困难，因而电导率降低。）
七、三个热电效应的概念
1.第一热电效应—塞贝克效应
当两种不同的导体组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。回路中产生的电势称为热电势，电流称为热电流，上述回路称为热电偶或温差电池。
塞贝克效应产生的机理：
1.触点处有接触电位差，当两种不同金属紧密接触时，由于它们的真空能级都为
零，而各自的表面势垒E0和费米能E F不同，也即它们的逸出功不同。另外不同金
属的自由电子密度不同，由此产生接触电位差。
2.回路里面的电位差，
2.第二热电效应—玻尔帖效应
当电流通过两个不同金属的接点时，除因电流产生的焦耳热外，还要在两接头处额外产生放热或吸热效应，这种现象称为玻尔帖效应。
玻尔帖效应可以用接触电位差来解释。接触电位差的电场将阻碍电流电子的运动，电子要反抗电场力做功eV12，电子动能要减小；减速的电子与金属原子相碰，又从金属原子取得动能，从而使该处温度降低，须从外界吸收能量。（而在接头B处，情况相反。）
3.第三热电效应—汤姆逊效应
当电流通过有温差的导体时，会有一横向热流流入或流出导体，其方向视电流的方向和温度梯度的方向而定，此种热电现象称为汤姆逊效应。
对汤姆逊效应可作如下解释：当某一金属存在一定的温差（温度梯度）时，电子被温差电场加速，电子从温差电场中获得的能量，除一部分用于电子达高温端所需的动能增加外，剩余的能量将通过电子与晶格的碰撞传给晶格，使整个金属温度升高，并放出热量。反之则吸热。
第五章材料的介电性能
一、束缚电荷：在真空平板电容间嵌人一块电介质，当加上外电场时，则在正极板附近的介质表面上感应出负电
荷，负极板附近的介质表面感应出正电荷。这种感应出的表面电荷称为感应电荷，亦称束缚电荷。
二、电介质极化的机制
包括电子的极化、离子的极化(又可分为位移极化和弛豫极化)、电偶极子取向极化、空间电荷极化。
1.电子、离子位移极化：
（1）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。
（2）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。
2．弛豫（松弛）极化：这种极化机制也是由外加电场造成的，但与带电质点的热运动状态密切相关。极化是一种非可逆过程。
3.取向极化：沿外场方向取向的偶极子数大于与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。
4.空间电荷极化：混乱分布的空间电荷，在外电场作用下。趋向于有序化.即空间电荷的正、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。
压电性：对晶体在一些特定方向上加力，则在力的垂直方向的平面上出现正、负束缚电荷，这种现象为压电效应。
产生条件：压电体首先必须是电介质，同时其结构必须有带正、负电荷的质点——离子或离子团的存在。（必须是离子晶体或者由离子团组成的分子晶体）
热释电性：晶体由于温度作用而使共电极化强度变化，这就是热释电性，亦称热电性。
产生条件：晶体是具有自发极化（固有极化）的能力，在结构上应具有极轴，无对称中心。
铁电性：晶体中其极化强度随外加电场的变化而变化的性质。
产生条件：铁电体具有自发极化（电场极化），无对称中心，有极轴和电滞回线。
第六章材料的磁学性能
一、固有磁矩产生的原因
原子固有磁矩由电子的轨道磁矩和电子的自旋磁矩构成，电子绕原子核运动，产生轨道磁矩；电子的自旋也产生自旋磁矩。当电子层的各个轨道电子都排满时，其电子磁矩相互抵消，这个电子层的磁矩总和为零。原子中如果有未被填满的电子壳层，其电子的自旋磁矩未被抵消(方向相反的电子自旋磁矩可以互相抵消)，原子就具有“永久磁矩”。
二、抗磁性与顺磁性
抗磁性：轨道运动的电子在外磁场作用下产生附加的且与外磁场反向的磁矩。
产生原因：外加磁场作用下电子绕核运动所感应的附加磁矩造成的。
顺磁性：材科的顺磁性来源于原子的固有磁矩。
产生原因：因为存在未填满的电子层，原子存在固有磁矩，当加上外磁场时，为了降低静磁能，原子磁矩要转向外磁场方向，结果使总磁矩不为零而表现出磁性。
三、强顺磁性：过渡族金属在高温都属于顺磁体，这些金属的顺磁性主要是由于3d, 4d, 5d电子壳层未填满，而d和f态电子未抵消的磁矩形成晶体离子构架的固有磁矩，因此产生强烈的顺磁性。
四、磁化曲线、磁滞回线
剩余磁感应强度：Br（剩余磁化强度Mr）
矫顽力：Hc
饱和磁感应强度：Bs（饱和磁化强度Ms
五、磁畴：在铁磁材料中存在着许多自发磁化的小区域，我们把磁化方向一致的小区域，称为磁畴。
结构：磁畴结构包括磁畴的形状、尺寸、畴壁的类型与厚度，同一磁性材料如果磁畴结构不同，则其磁化行为不同。从能量观点来看，磁畴结构受到交换能、各向异性能、磁弹性能、畴壁能及退磁能的影响。
稳定的磁畴结构，应使其能量总和最小。由于晶体表面形成磁极的结果，这种组态退磁能最大。从能
量的观点，把晶体分为两个或四个平行反向的自发磁化区域可以大大降低退磁能。当磁体被分为n
个区域(即n个磁畴)时，退磁能降到原来的1/n。但由于两个相邻磁畴间畴壁的存在又增加了畴壁能，
因此自发磁化区域的划分并不是可以无限地小，而是以畴壁能及退磁能之和为最小，分畴停止。六、产生自发磁化的原因
在没有外磁场的情况下，材料所发生的磁化称为自发磁化。
（1）从能量的角度：铁磁性物质自发磁化是由于电子间的相互作用产生的。当两个原子相接近时，电子云相互重叠，由于3d层和4s层的电子能量相差不大，因此它们的电子可以相互交换位置，迫使相邻原子自旋磁矩产生有序排列。因交换作用所产生的附加能量成为交换能，用E ex表示。交换能的正负取决于A和，当A为正值(A>0)时，时，E ex为负最大值，即相邻自旋磁矩同向平行排列时能量最低，即自发磁化；（当A为负值(A＜0). =180`，E ex为负最大值，即相邻自旋磁矩反向平行排列时能量最低，即产生反磁性。）
（2）交换能积分常数A与原子之间的距离a和未填满电子壳层半径r之比有如下关系：当a/r＞3时，A＞0，有自发磁化倾向。（当a/r＜3时，A＜0，这时自旋磁矩反向平行排列时能量最低）
七、超交换：通过夹在磁性离子间的氧离子形成的间接交换作用，称为超交换作用。
八、正尖晶石型、反尖晶石型
通常把氧四面体空隙位置称为A位，八面体空隙位置称为B位并用[]来表示。如果M2+都处于四面体A位，Fe3+处于B位，如Zn2+[Fe3+]2O4，这种离子分布的铁氧体称为正尖晶石型铁氧体；如果M2+占有B位，F3+占有A位及余下的B位，则称为反尖晶石型铁氧体，如Fe3+[Fe3+ M2+]O4。
九、磁滞伸缩效应：当铁磁体在磁场中被磁化时，由于原子磁矩有序排列，电子间的相互作用，导致原子间距的自发调整过程而使其尺寸和形状发生改变。
十、铁磁的技术磁化的过程
技术磁化是指在外磁场作用下铁磁体从完全退磁状态磁化至饱和状态的内部变化过程。
铁磁物质的磁化可以分为三个阶段：起始磁化阶段、急剧磁化阶段及缓慢磁化至饱和阶段。在起始磁化阶段，在外加磁场的作用下，能态低的锐角畴扩大，能态高的钝角畴缩小，是铁磁体宏观上表现出微弱的磁化，该过程是可逆的。在急剧磁化阶段，钝角畴瞬时转向与磁场成锐角的易磁化方向，发生巴克豪森跳跃，不可逆的。当所有的原子磁矩都转向与磁场成锐角的易磁化方向后，晶体成为单畴。如果再增强磁场，磁矩将逐渐转向外磁场H 的方向。当外磁场使磁畴的磁化强度矢量与外磁场方向一致（或基本上一致)时，磁化达到饱和，称为磁饱和状态，此过程是可逆的。
十一、单畴颗粒的磁化特点：单畴颗粒中不存在畴壁，因而在技术磁化时不会有壁移过程，而只能依靠畴的转动。
具有低的磁导率和高的矫顽力。
十二、磁畴迁移的杂质理论和内应力理论
技术磁化过程中，磁畴壁移动存在阻力，因此需要由外磁场做功。阻力来自两个方面:一是由磁体磁化时产生的退磁能。二是由晶体内部的缺陷、应力及组织所造成的不均匀性。
(1)内应力理论：实际晶体中不可避免存在位错、空位、间晾原子及溶质原子，这些晶体缺陷都会产生内应力，磁化过程中铁磁体的磁致伸缩效应也会造成内应力。铁磁体中内应力的分布状态决定了畴壁迁移的阻力。
(2)杂质理论：从能量角度考虑，在无外磁场作用时，畴壁如果位于杂质处，畴壁就要被杂质穿孔而减少畴壁总面积，因此畴壁能低。如果施加磁场使畴壁移动离开这个位置，畴壁的面积就要增大，导致畴壁能量的增高，
给畴壁迁移造成阻力。
十三、提高剩磁Mr措施：①使材料的易磁化方向与外磁场方向一致；②进行磁场热处理。
十四、影响铁磁性的因素
影响铁磁性的因素主要有两方面：一是外部环境因素，如温度和应力等；二是材料内部因素，如成分、组织和结构等。
1.温度的影响：随温度升高，饱和磁化强度Ms下降。
2.应力的影响：当应力方向与金属的磁致伸缩为同向时，应力对磁化起
促进作用，反之起阻碍作用。
3.形变和晶粒细化的影响：磁导率μm，随形变量的增加而下降，而矫顽
力Hc则相反。剩余磁感应强度Br，在临界变形度下(约5%-8%)急剧下降，而
在临界变形度以上则随形变量的增加而增加。晶粒细化对磁性的影响和塑性
变形的作用相似，晶粒越细，则矫顽力和磁滞损耗越大，而磁导率越小。
形变影响原因：在临界变形度以下，只有少量晶粒发生了塑性变形，整个晶体的应力状态比较简单，沿铁丝轴向应力状态有利于磁畴在去磁后的反向可逆转动而使Br降低；在临界变形度以下，晶体中大部分晶粒参与形变，应力状态复杂，内应力增加明显，不利于磁畴在去磁后的反向可逆转动，因而使Br随形变量的增加而增加。冷塑性变形不影响饱和磁化强度。
十五、铁磁金属化合物的磁性特点：
1.铁磁金属与顺磁或抗磁金属所组成的化合物和中间相都是顺磁性的；
2. 铁磁金属与非金属所组成的化合物Fe3 O4 ,FeSi2, FeS等均呈亚铁磁性，即两相邻原子的自旋磁矩反平
行排列，而又没有完全抵消。而Fe3C和Fe4N则为弱铁磁性。
第七章材料弹性变形与内耗
一、晶体结构材料和高弹态聚合物弹性变形本质
弹性模量的物理本质是标志原子间结合力的大小。材料原子间结合力越大，其弹性模量越高；原子排列越紧密，其弹性模量越高。
高聚物分子的链段是由主链上若干个σ单键内旋转所形成的独立运动单元。像小分子一样，是一个无规热运动单元。在没有受到外力时，高分子链通常总是卷曲的，在受到外力作用时，高分子链转变为较伸展的分子构象，构象熵小。而当拉伸外力被解除后，高弹形变可完全回复，宏观上可以观察到显著的、可逆的高弹形变。二、温度对弹性模量的影响
一般说来，随温度的升高，物质的原子振动加剧，原子间距增大体积膨胀，原子间结合力减弱，使材料的弹性模量降低。
对于高弹态聚合物，弹性模量随温度的升高略有增加，这一点与其他材料不同。其原因是温度升高时，高分子链的分子运动加剧，力图恢复到卷曲的平衡状态的能力增强所致。
三、滞弹性内耗（动滞后型内耗）、静滞后型内耗区别
特点：应变—应力滞后回线的出现是由试样的动态性质所决定的。因此，回线的面积与振动频率的关系很大，但与振幅无关。即使是滞弹性材料，如果试验是静态地进行，即试验时应力的施加和撤除都非常缓慢，也不会产生内耗，所以，可以将滞弹性内耗看作是一种动态滞后行为的结果。
所谓静滞后是指弹性范围内与加载速度无关、应变变化落后于应力的行为。它们在应力应变间虽也存在多值函数关系，同一载荷下加载与去载具有不同应变值。但在完全去载后却留下残余形变，只有反向加载才能使其恢复到零应变状态。由于应力变化时应变总是瞬时调整到相应的值，因此这种滞后回线的面积是恒定的，与振动频率无关。
注：（一般来说，静滞后回线的面积与振幅不存在线性关系，因此其内耗一般与振幅有关而与振动频率无关，这往往被认为是静滞型内耗的特征。它与前面所讨论的弛豫型内耗和频率和关、振幅无关的特征恰好相反，这一明显的差别可作为区分这两类内耗的重要依据）
四、内耗和角频率之间的关系
（1）当，即时，弛豫时间远大于振动周期，意味着应力的变化非常快，以至于材料来不及产生弛豫过程，即内耗趋于零.
（2）当，即时，弛豫时间远小于振动周期，应力的变化非常快，这时应变和应力同步变化，应力和应变组成的回线趋于一条直线，但斜率较低，内耗也趋向于零。
（3）当为中间值，即在上述两种极限情况之间，当时，内耗曲线达到峰值，即内耗达到最大值。
五、背底内耗
背底内耗的含义可用右图内耗曲线说明。图中内耗峰abc是在虚线ac
的基础上产生的，则虚线ac以下即为背底内耗。
减缩量△可分为与振幅无关△Ⅰ和与振幅有关△Ⅱ两个部分。△Ⅰ与
应变幅ε0无关，与频率有关，相当于滞弹性内耗；△Ⅱ与应变幅ε0有
关，相当于静滞后型内耗。
六、K-G-L理论
位错网络的结点为强钉扎，杂质原子为
弱钉扎。当受较小的交变应力作用时，位错
线段Lc弯曲弓出，并作往复运动（图b）。
随着外力增加，位错线弓出加剧（图c）。在
运动过程中要克服阻尼力，因而引起内耗，
这种从杂质原子处脱钉之前位错产生的内耗
与振幅无关。当交变应力足够大时，位错便从杂质的钉扎处解脱出来，即发生脱钉。一旦这段位错线脱钉，就会像雪崩一样连续地进行，直到网络结点之间的弱钉扎全部脱开为止（图d）。当位错从杂质原子脱钉之后便产生
了与振幅有关的内耗。继续增加应力，位错线L N继续弓出。应力去除时，位错线L N弹性收缩。如图7-28(f),(g)所示，最后重新被钉扎。脱钉与收缩过程。位错级运动情况不同，对应的应力—应变曲线如图7-29所示。曲线上的字母对应于图7-28中的各个过程。
七、应力感生有序：所谓应力感生有序是指固溶体中由于溶质原子溶入造成晶格的不对称畸变，在没有应力作用时呈无序分布，但在外应力作用下，溶质原子将沿某方向择优分布以降低畸变能，这一现象称为应力感生有序。
八、多晶铝出现这个内耗峰的原因
对高纯铝内耗曲线的测量表明，多晶铝随着温度的变化约在285℃附近出现一个内耗峰。图中曲线具有一个明显的特征，就是晶粒愈大，内耗峰就愈低，而单晶铝则不出现这个内耗峰。该峰的激活能为1. 34 X 104J/mol，它相当铝晶界弛豫的激活能与蠕变法求得的激活能基本一致，它表明此内耗峰是由晶界引起的。
晶界黏滞性流动引起的能量损耗可近似认为：能量=相对位移X沿晶界滑移的阻力
在温度比较高时，晶界的黏滞系数变小。晶界受到切应力时便可产生相对滑移，晶界的滑移阻力很小，虽然滑移的距离较大。但总的能量损耗还是很小;在温度比较低时，虽然滑移阻力大，但是滑移距离很小，所以，能量损耗也还是很小。只有在中间温度范围，位移和滑移阻力都较为显著的时候。内耗才达到最大值，出现内耗峰。
经典自由电子理论推导 推导各向同（异）性材料的体膨胀系数和线膨胀系数的关系 二、计算题 在500单晶硅中掺有的硼，设杂质全部电离球该材料的电阻率，（设u= ，硅密度2.33g/cm^3,硼原子量为10.8） 假设X射线用铝材屏蔽，如果要是95%的X射线能量不能透过，则铝材的厚度至少要多少？铝的吸收系数为0.42cm-1 三、名词解释 马基申定则：总的电阻包括金属的基本电阻和溶质浓度引起的电阻（与温度无关）。 本征半导体：纯净的无结构缺陷的半导体单晶 介质损耗：电介质在电场作用下，单位时间内因发热而消耗的能量成为电介质的介质损耗磁化：任何物质处于磁场中，均会使其所占有的空间的磁场发生变化，这是由于磁场的作用使物质表现出一定的磁性，该现象称为磁化（单位体积的磁矩称为磁化强度）本征磁矩：原子中电子的轨道磁矩和自旋磁矩构成的原子固有磁矩称为本征磁矩 自发磁化：在铁磁物质内部存在着很强的与外磁场无关的“分子场”，在这种分子场作用下，原子磁矩趋于同向平行排列，即自发的磁化至饱和， 磁畴：居里点下，铁磁体自发磁化成若干个小区域，称为磁畴 磁晶各向异性：在单晶体的不同晶向上，磁性能是不同的，称为~ 形状各向异性：不同形状的试样磁化行为是不同的，该现象称为~ 磁致伸缩：铁磁体在磁场中被磁化时，其形状和尺寸都会发生变化这种现象称为~ 技术磁化：在外磁场作用下铁磁体从完全退磁状态磁化至饱和状态的内部变化过程 双光束干涉：两束光相遇后，在光叠加区，光强重新分布，出现明暗相间，稳定的干涉条纹（条件：频率相同振动方向一致，并且有固定的相位关系） 衍射：光波遇到障碍物时，在一定程度上能绕过障碍物进入几何阴影区。 色散：材料的折射率随入射光的波长而变化 折射率的色散：材料的折射率随入射光的频率减小而减小的性质 双折射：由一束入射光折射后分成两束光的现象。符合折射率的是寻常光，不然是非常光二向色性：晶体结构的各向异性不仅能产生折射率的各向异性（双折射），而且能产生吸收率的各向异性 四、问答题 1.经典自由电子理论与量子自由电子理论异同 同：金属晶体中，正离子形成的电场是均匀的，价电子是自由的， 异：经典理论认为没有施加外电场时，自由电子沿各个方向运动的几率相同，不产生电流？ 量子理论认为每个原子的内层电子基本保持着单个原子时的能量状态，所有价电子有不同的能级。 2.评价电介质的主要电学性能指标有哪些？ 介电常数、耐电常数、损耗因数、体电阻率和表面电阻率、前三个属于介电性，后者导电性3.电介质的极化基本形式 电子式极化、离子式极化、偶极子极化、空间电荷极化
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》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
材料物理性能习题与解答
目录 1 材料的力学性能 (2) 2 材料的热学性能 (12) 3 材料的光学性能 (17) 4 材料的电导性能 (20) 5 材料的磁学性能 (29) 6 材料的功能转换性能 (37)
1材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为2.5 mm、长度为25cm并受到4500N的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解：根据题意可得下表 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-2一试样长40cm,宽10cm,厚1cm，受到应力为1000N拉力，其氏模量为3.5×109 N/m2，能伸长多少厘米? 解： 拉伸前后圆杆相关参数表 ) ( 0114 .0 10 5.3 10 10 1 40 1000 9 4 0cm E A l F l E l l= ? ? ? ? ? = ? ? = ? = ? = ? - σ ε 10 909 .4 0? 0851 .0 1 = - = ? = A A l l ε 名义应变
1-3一材料在室温时的氏模量为3.5×108 N/m 2,泊松比为0.35，计算其剪切模量和体积模量。 解：根据 可知： 1-4试证明应力-应变曲线下的面积正比于拉伸试样所做的功。 证： 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。 解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： Voigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： )21(3)1(2μμ-=+=B G E ) (130)(103.1)35.01(2105.3)1(288MPa Pa E G ≈?=+?=+=μ剪切模量) (390)(109.3) 7.01(3105.3)21(388 MPa Pa E B ≈?=-?=-=μ体积模量. ,.,1 1 2 1 212 12 1 2 1 21 S W VS d V ld A Fdl W W S W V Fdl V l dl A F d S l l l l l l ∝====∝= ===???? ? ?亦即做功或者： 亦即面积εεεεεεεσεσεσ)(2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量). 1()()(0)0() 1)(()1()(10 //0 ----= = ∞=-∞=-=e e e E t t t στεσεεεσεττ；；则有：其蠕变曲线方程为：. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为
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
1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解： 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2)可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和t = τ时的纵坐标表达式。 解：Maxwell 模型可以较好地模拟应力松弛过程： V oigt 模型可以较好地模拟应变蠕变过程： ) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量 ) (1.323)84 05.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量 ). 1()()(0)0() 1)(()1()(1 //0 ----= = ∞=-∞=-=e E E e e E t t t στεσεεεσετ τ ；；则有：其蠕变曲线方程为：. /)0()(;0)();0()0((0)e (t)-t/e στσσσσσστ ==∞==则有：：其应力松弛曲线方程为1.0 1.0 0816.04.25 .2ln ln ln 2 2 001====A A l l T ε真应变)(91710 909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .0100 =-=?=A A l l ε名义应变)(99510 524.445006MPa A F T =?==-σ真应力
材料物理性能考试重点、复习题
精品资料 1.格波：在晶格中存在着角频率为ω的平面波，是晶格中的所有原子以相同频率振动而 形成的波，或某一个原子在平衡附近的振动以波的形式在晶体中传播形成的波 2.色散关系：频率和波矢的关系 3.声子：晶格振动中的独立简谐振子的能量量子 4.热容：是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1K 所需要增加的能量。 5.两个关于晶体热容的经验定律：一是元素的热容定律----杜隆-珀替定律：恒压下元素的 原子热容为25J/(K*mol);另一个是化合物的热容定律-----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。 6.热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀 7.固体材料热膨胀机理：材料的热膨胀是由于原子间距增大的结果，而原子间距是指晶 格结点上原子振动的平衡位置间的距离。材料温度一定时，原子虽然振动，但它平衡位置保持不变，材料就不会因温度升高而发生膨胀；而温度升高时，会导致原子间距增大。 8.温度对热导率的影响：在温度不太高时，材料中主要以声子热导为主,决定热导率的因 素有材料的热容C、声子的平均速度V和声子的平均自由程L,其中v通常可以看作常数,只有在温度较高时,介质的弹性模量下降导致V减小。材料声子热容C在低温下与温度T3成正比。声子平均自由程V随温度的变化类似于气体分子运动中的情况，随温度升高而降低。实验表明在低温下L值的变化不大，其上限为晶粒的线度，下限为晶格间距。在极低温度时，声子平均自由程接近或达到其上限值—晶粒的直径；声子的热容C则与T3成正比；在此范围内光子热导可以忽略不计，因此晶体的热导率与温度的三次方成正比例关系。在较低温度时，声子的平均自由程L随温度升高而减小，声子的热容C仍与T3成正比，光子热导仍然极小，可以忽略不计，此时与L相比C对声子热导率的影响更大,因此在此范围内热导率仍然随温度升高而增大,但变化率减小。 在较高温度下，声子的平均自由程L随温度升高继续减小,而声子热容C趋近于常数,材料的热导率由L随温度升高而减小决定。随着温度升高,声子的平均自由程逐渐趋近于其最小值,声子热容为常数,光子平均自由程有所增大,故此光子热导逐步提高,因此高温下热导率随温度升高而增大。一般来说,对于晶体材料，在常用温度范围内，热导率随温度的上升为下降。 9.影响热导率的因素:1）温度的影响，一般来说，晶体材料在常用温度范围内，热导率随 温度的上升而下降。2）显微结构的影响。3）化学组成的影响。4）复合材料的热导率 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，所以又称为抗热震性。 11.常用热分析方法：1）普通热分析法2）差热分析3）差示扫描量热法4）热重法 12.光折射：当光依次通过两种不同介质时，光的行进方向要发生改变，这种现象称为折 射 13.光的散射：材料中如果有光学性能不均匀的结构，例如含有透明小粒子、光性能不同 的晶界相、气孔或其他夹杂物，都会引起一部分光束偏离原来的传播方向而向四面八方散开来，这种现象称为光的散射。 14.吸收：光通过物质传播时，会引起物质的价电子跃迁或使原子振动，从而使光能的一 部分转变为热能，导致光能的衰减的现象 15.弹性散射：光的波长（或光子能量）在散射前后不发生变化的，称为弹性散射 16.按照瑞利定律，微小粒子对波长的散射不如短波有效，在可见光的短波侧λ=400nm 处，紫光的散射强度要比长波侧λ=720nm出红光的散射强度大约大10倍 17.色散：材料的折射率随入射光的频率的减小（或波长的增加）而减小的性质，称为材仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2
实验一 复合材料弯曲强度测定 一、实验目的 了解复合材料弯曲强度的意义和测试方法，掌握用电子万能试验机测试聚合物材料弯曲性能的实验技术。 二、实验原理 弯曲是试样在弯曲应力作用下的形变行为。弯曲负载所产生的盈利是压缩应力和拉伸应力的组合，其作用情况见图1所示。表征弯曲形变行为的指标有弯曲应力、弯曲强度、弯曲模量及挠度等。 弯曲强度f σ，也称挠曲强度（单位MPa ），是试样在弯曲负荷下破裂或达到规定挠度时能承受的最大应力。挠度s 是指试样弯曲过程中，试样跨距中心的顶面或底面偏离原始位置的距离（㎜）。弯曲应变f ε是试样跨度中心外表面上单元长度的微量变化，用无量纲的比值或百分数表示。挠度和应变的关系为：h L s f 62ε=（L 为试样跨度，h 为试样厚度）。 当试样弯曲形变产生断裂时，材料的极限弯曲强度就是弯曲强度，但是，有些聚合物在发生很大的形变时也不发生破坏或断裂，这样就不能测定其极限弯曲强度，这时，通常是以试样外层纤维的最大应变达到5%时的应力作为弯曲屈服强度。 与拉伸试验相比，弯曲试验有以下优点。假如有一种用做梁的材料可能在弯曲时破坏，那么对于设计或确定技术特性来说，弯曲试验要比拉伸试验更适用。制备没有残余应变的弯曲试样是比较容易的，但在拉伸试样中试样的校直就比较困难。弯曲试验的另一优点是在小应变下，实际的形变测量大的足以精确进行。 弯曲性能测试有以下主要影响因素。 ① 试样尺寸和加工。试样的厚度和宽度都与弯曲强度和挠度有关。 ② 加载压头半径和支座表面半径。如果加载压头半径很小，对试样容易引起较大的剪切力而影响弯曲强度。支座表面半径会影响试样跨度的准确性。 ③ 应变速率。弯曲强度与应变速率有关，应变速率较低时，其弯曲强度也偏低。 ④ 试验跨度。当跨厚比增大时，各种材料均显示剪切力的降低，可见用增大跨厚比可减少剪切应力，使三点弯曲更接近纯弯曲。 ⑤ 温度。就同一种材料来说，屈服强度受温度的影响比脆性强度大。 三、实验仪器 WDW1020型电子万能试验机 图1 支梁受到力的作用而弯曲的情况
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
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
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 )；
《材料物理性能》 第一章材料的力学性能 1-1一圆杆的直径为2.5 mm 、长度为25cm 并受到4500N 的轴向拉力，若直径拉细至 2.4mm ，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。 解： 由计算结果可知：真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。 1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al 2O 3 (E = 380 GPa)和5%的玻璃相(E = 84 GPa)，试计算其上限和下限弹性模量。若该陶瓷含有5 %的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。 解：令E 1=380GPa,E 2=84GPa,V 1=0.95,V 2=0.05。则有 当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E 0(1-1.9P+0.9P 2) 可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3 GPa 和293.1 GPa 。 1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t = 0,t = ∞ 和 0816 .04.25.2ln ln ln 22 001====A A l l T ε真应变) (91710909.44500 60MPa A F =?==-σ名义应力0851 .010 0=-=?=A A l l ε名义应变) (99510524.445006MPa A F T =?== -σ真应力) (2.36505.08495.03802211GPa V E V E E H =?+?=+=上限弹性模量) (1.323)84 05.038095.0()(1 12211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量
《材料物理性能》课程教学大纲 一、课程名称（中英文） 中文名称：材料物理性能 英文名称：Properties of Material Physics 二、课程代码及性质 课程代码: 0801151 课程性质:学科专业基础课程, 必修课 三、学时与学分 总学时：32（理论学时：32学时；实践学时：0学时） 学分：2 四、先修课程 大学物理、材料科学基础、热处理原理与工艺 五、授课对象 本课程面向材料科学与工程专业、功能材料专业开设 六、课程教学目的（对学生知识、能力、素质培养的贡献和作用） 本课程的教学目的: 1. 系统掌握材料物理性能方向的专业知识，具备应用这些知识分析、解决材料科学与工程专业中的功能材料选择和应用技术复杂问题的能力； 2. 掌握各种物理性能的本质，具备独立进行物理性能分析和测量的能力； 3. 理解不同类型物理性能与材料的不同层次的结构和组织之间的对应关系，具备基于材料成分、结构设计开发新型功能材料的能力；同时，具备基于材料物理性能的研究，实现对材料结构和相变（结构变化）的表征的能力； 4．了解功能材料及制备和应用技术的发展前沿，掌握其发展特点与动向。
七、教学重点与难点： 教学重点：
材料物理性能中的电学性能、介电性能、热学性能、光学性能和磁学性能基于材料成分、结构和组织微观本质。 教学难点： 材料物理性能中的电学性能、介电性能、热学性能、光学性能和磁学性能的微观机理和宏观性能内在联系的定量描述，以及各种性能之间的逻辑关系。 八、教学方法与手段： 教学方法： (1)以课堂讲授为主,阐述该课程的基本内容,保证主要教学内容的完成; (2)安排适量的课堂讨论环节,使学生通过课下的资料查阅而掌握基本的专业资料获取方法、途径、整理归纳和讲演能力。 教学手段： (1)运用现代教学工具,在课堂上通过PPT讲授方式,实现图文并茂,形象直观; (2)收集典型功能材料应用实物,在课堂上进行针对性讲授。 九、教学内容与学时安排 （1）总体安排 教学内容与学时的总体安排，如表2所示。 （2）具体内容 各章节的具体内容如下： 第一章材料物理性能概论(2学时) 1.1材料的分类 1.2材料物理性能本构关系 1.3材料物理性能的研究方法及描述 1.4数值分析方法在材料物理性能研究中的应用 1.5功能材料的性能、应用与发展 第二章材料的电学性能(6学时) 2.1 概念和原理 2.2 导体、绝缘体和半导体的能带 2.3 金属的导电性 2.4 离子导体 2.5 半导体的电学性能 2.6 超导电性
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。前者容为：恒压下元素的原子热容约为25 J/(K·mol)。后者容为：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 ==
1、试说明下列磁学参量的定义和概念：磁化强度、矫顽力、饱和磁化强度、磁导率、磁化率、剩余磁感应强度、磁各向异性常数、饱和磁致伸缩系数。 a、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 b、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。 c、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。 d、磁导率：μ=B/H，表征磁性介质的物理量，μ称为磁导率。 e、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。 f、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） g、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） h、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。 i、饱和磁致伸缩系数：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M达到饱和值，此时λ=λs，称为饱和磁致伸缩所致。 2、计算Gd3+和Cr3+的自由离子磁矩？Gd3+的离子磁矩比Cr3+离子磁矩高的原因是什么？
Gd3+有7个未成对电子,Cr3+ 3个未成对电子. 所以, Gd3+的离子磁矩为7μB, Cr3+的离子磁矩为3μB. 3、过渡族金属晶体中的原子（或离子）磁矩比它们各自的自由离子磁矩低的原因是什么？ 4、试绘图说明抗磁性、顺磁性、铁磁性物质在外场B=0的磁行为。
大连理工大学实验报告 学院（系）：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程班级：材0701姓名：学号：组：___ 指导教师签字：成绩： 实验一金属拉伸实验 Metal Tensile Test 一、实验目的Experiment Objective 1、掌握金属拉伸性能指标屈服点σS，抗拉强度σb，延伸率δ和断面收缩率 φ的测定方法。 2、掌握金属材料屈服强度σ0.2的测定方法。 3、了解碳钢拉伸曲线的含碳量与其强度、塑性间的关系。 4、简单了解万能实验拉伸机的构造及使用方法。 二、实验概述Experiment Summary 金属拉伸实验是检验金属材料力学性能普遍采用的极为重要的方法之一，是用来检测金属材料的强度和塑性指标的。此种方法就是将具有一定尺寸和形状的金属光滑试样夹持在拉力实验机上，温度、应力状态和加载速率确定的条件下，对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。通过拉伸实验可以解释金属材料在静载荷作用下常见的三种失效形式，即过量弹性变形，塑性变形和断裂。在实验过程中，试样发生屈服和条件屈服时，以及试样所能承受的最大载荷除以试样的原始横截面积，求的该材料的屈服点σS，屈服强度σ0.2和强度极限σb。用试样断后的标距增长量及断处横截面积的缩减量，分别除以试样的原始标距长度，及试样的原始横截面积，求得该材料的延伸率δ和断面收缩率φ。 三、实验用设备The Equipment of Experiment 拉力实验的主要设备为拉力实验机和测量试样尺寸用的游标卡尺，拉力
实验机主要有机械式和液压式两种，该实验所用设备原东德WPM—30T液压式万能材料实验机。液压式万能实验机是最常用的一种实验机。它不仅能作拉伸试验，而且可进行压缩、剪切及弯曲实验。 （一）加载部分The Part of Applied load 这是对试样施加载荷的机构，它利用一定的动力和传动装置迫使试样产生变形，使试样受到力或能量的作用。其加载方式是液压式的。在机座上装有两根立柱，其上端有大横梁和工作油缸。油缸中的工作活塞支持着小横梁。小横梁和拉杆、工作台组成工作框架，随工作活塞生降。工作台上方装有承压板和弯曲支架，其下方为钳口座，内装夹持拉伸试样用的上夹头。下夹头安装在下钳口座中，下钳口座固定在升降丝杆上。 当电动机带动油泵工作时，通过送油阀手轮打开送油阀，油液便从油箱经油管和进入工作油缸，从而推动活塞连同工作框架一起上升。于是在工作台与大横梁之间就可进行压缩、弯曲等实验，在工作台与下夹头之间就进行拉伸实验。实验完毕后，关闭送油阀、旋转手轮打开回油阀，则工作油缸中的油液便经油管泄回油箱，工作台下降到原始位置。 （二）测力部分The Part of Measuring Force 加载时，油缸中的油液推动工作活塞的力与试样所承受的力随时处于平衡状态。如果用油管和将工作油缸和测力油缸连同，此油压便推动测力活塞，通过连杆框架使摆锤绕支点转动而抬起。同时，摆锤上方的推板便推动水平齿杆，使齿轮带动指针旋转。指针旋转的角度与油压亦即与试样所承受的载荷成正比，因此在测力度盘上便可读出试样受力的量值。 四、试样Sample 拉伸试样，通常加工成圆型或矩形截面试样，其平行长度L0等于5d或10d （前者为长试样，后者为短试样），本实验用短试样，即L0=5d。本实验所用的试样形状尺寸如图1—1所示。 图1－1圆柱形拉伸试样及尺寸