材料物理性能思考题.

第二章 材料的热学1. 讨论为什么高温下非密排结构晶体是稳定相，而低温时，密排结构晶体却为稳定相？1.高温下原子活动能力较强，为了满足高温下原子平衡跳动的需要，原子间距要大，所以为非密排结构；低温时，原子活动性弱，原子间距小，在最低能态的条件下，原子尽量以密排方式。

2. 如图，比较铜和铁的热传导系数随温度的变化情况，讨论为什么铜在1084℃、铁在912℃会出现跳跃？2.铜在1084℃、铁在912℃会出现相变，晶体结构有变化。

铜的热传导系数出现跳跃是因为在此温度下铜由固态变成了液态，发生了相变，由于吸热使得单位时间内通过单位垂直面积的热量骤减，故热传导系数骤减；而铁在912℃由α-Fe 转变成γ-Fe ，晶体结构发生改变，热传导系数骤增，出现跳跃。

3. 进一步讨论晶体结构是如何影响热膨胀系数的？举例说明。

3、物体的体积或长度随着温度的升高而增大的现象称为热膨胀（thermal expansion ）用先膨胀系数、体膨胀系数表示。

线（体）膨胀系数指温度升高1K 时，物体的长度（体积）的相对增加。

由于晶体结构类型变化伴随着材料比体积发生引起线膨胀系数发生不连续变化。

例如，有序—无序转变时，伴随着膨胀系数的变化，在膨胀曲线上出现拐折，其中Au —Cu50%（质量分数）的有序合金加热至300℃时，有序机构开始破坏，450℃完全变为无序结构。

在这个温度区间，膨胀系数增加很快，在450℃处，膨胀曲线上出现明显的拐折，拐折点对应于有序—无序转变温度。

从曲线可以看出，有序结构具有较小的膨胀系数，这是CuFe 温度，℃/热传导系数 ℃/mm 0.40.2题2图 热传导系数与温度关系由于有序结构使合金原子间结合力增强的结果。

4. 根据题4图，如果变化相同的 T ，说明哪种材料的热膨胀系数更大，哪种材料的熔点更高，为什么？4、B 的热膨胀系数更大，A 的熔点更高。

材料的热膨胀与点阵中质点的位能有关，而质点的位能是由质点间的结合力特性所决定。

一、填空：1.提供材料弹性比功的途径有二，提高材料的，或降低。

2.退火态和高温回火态的金属都有包申格效应，因此包申格效应是具有的普遍现象。

3.材料的断裂过程大都包括裂纹的形成与扩展两个阶段，根据断裂过程材料的宏观塑性变形过程，可以将断裂分为与；按照晶体材料断裂时裂纹扩展的途径，分为和；按照微观断裂机理分为和；按作用力的性质可分为和。

4.滞弹性是指材料在范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加的现象，滞弹性应变量与材料、有关。

5.包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量的塑性变形,而后再同向加载,规定残余伸长应力；反向加载，规定残余伸长应力的现象。

消除包申格效应的方法有和。

6.单向静拉伸时实验方法的特征是、、必须确定的。

7.过载损伤界越，过载损伤区越，说明材料的抗过载能力越强。

8. 依据磨粒受的应力大小，磨粒磨损可分为、、三类。

9．解理断口的基本微观特征为、和。

10．韧性断裂的断口一般呈杯锥状，由、和三个区域组成。

11．韧度是衡量材料韧性大小的力学性能指标，其中又分为、和。

12.在α值的试验方法中，正应力分量较大，切应力分量较小，应力状态较硬。

一般用于塑性变形抗力与切断抗力较低的所谓塑性材料试验；在α值的试验方法中，应力状态较软，材料易产生塑性变形，适用于在单向拉伸时容易发生脆断而不能充分反映其塑性性能的所谓脆性材料；13.材料的硬度试验应力状态软性系数，在这样的应力状态下，几乎所有金属材料都能产生。

14. 硬度是衡量材料软硬程度的一种力学性能，大体上可以分为、和三大类；在压入法中，根据测量方式不同又分为、和。

15. 国家标准规定冲击弯曲试验用标准试样分别为试样和试样，所测得的冲击吸收功分别用、标记。

16. 根据外加压力的类型及其与裂纹扩展面的取向关系，裂纹扩展的基本方式有、和。

17. 机件的失效形式主要有、、三种。

18.低碳钢的力伸长曲线包括、、、、断裂等五个阶段。

19.内耗又称为，可用面积度量。

《材料物理性能》思考题第一章热学性能1.1 概述1、材料的热学性能包括热传导、热稳定性、热容和热膨胀等。

2、什么是格波？答；由于晶体中的原子间存在着很强的相互作用，原子的微振动不是孤立的，原子的运动状态（或晶格振动）会在晶体中以波的形式传播，形成“格波”。

3、若三维晶体由N个晶胞组成，每个晶胞中含有S个原子，则晶体中格波数为3NS 个，格波支数为3S 个。

4、受热晶体的温度升高，实质是晶体中热激发出的声子数目的增加。

5、举例说明某一材料热学性能的具体应用。

1.2 热容1、什么是比热容和摩尔热容（区分：定压摩尔热容和定容摩尔热容）？答；比热容(c)：质量为1k g的物质在没有相变和化学反应条件下温度升高1 K所需要的热量。

[ J/(kg·K) ]摩尔热容( Cm )：1 mol物质在没有相变和化学反应条件下温度升高1 K所需要的热量。

[ J/(mol·K) ]3、固体热容的经验定律和经典理论只适用于高温，对低温不适用！4、由德拜模型可知，温度很低时，固体的定容摩尔热容与温度的三次方成正比（德拜T3定律）。

5、金属热容由晶格振动热容和自由电子热容两部分组成。

6、自由电子对热容的贡献在极高温和极低温度下不可忽视，在常温时与晶格振动热容相比微不足道！7、一级相变对热容的影响特征是什么？8、影响无机材料热容的因素有哪些？9、对于隔热材料，需使用低热容（如轻质多孔）隔热砖，便于炉体迅速升温，同时降低热量损耗。

10、什么是热分析法？DTA、DSA和TG分别是哪三种热分析方法的简称？举例说明热分析方法的应用。

答；在程序控制温度下，测量物质的物理性质（如质量、温度、热量、尺寸、力学特性、磁学特性等）与温度关系的一种技术差热分析差示扫描量热法1.3 热膨胀1、什么是线或体膨胀系数？答；温度升高1 K时，物体的长度（体积）的相对增加量。

2、固体材料的热膨胀本质，归结为点阵结构中质点平均距离随温度升高而增大。

材料物理习题和思考题材料物理习题和思考题第⼀章材料的电⼦理论1、重要名词：⾃由电⼦近似波函数的归⼀化条件波恩－卡曼边界条件允许波长 K 空间状态密度费⽶能电⼦的费⽶－狄拉克统计分布布洛赫定理近⾃由电⼦近似能带允带禁带紧束缚近似布拉格定律布⾥渊区等能⾯费⽶⾯费⽶球电⼦密度泛函2、说明⾃由电⼦近似的基本假设。

在该假设下，⾃由电⼦在⼀维⾦属晶体中如何分布？电⼦的波长、能量各如何分布？3、何谓K 空间? K 空间中的（2，2，2）和（1，1，3）两点那个代表的能级能量⾼？4、何谓状态密度？状态密度与电⼦能量是何种关系？5、⽤公式1k exp 1F +??=T E-E f(E)解释左图的⾃由电⼦在0K 和T K时的能量分布，并说明T 改变时该能量分布如何变化。

6、说明的物理意义，并简要说明为什么在讨论左图的电⼦能量分布时不考虑和的区别？F E 0F E F E 7、近⾃由电⼦假设和⾃由电⼦假设中电⼦所处的势场有何区别？前者的主要假设是什么？8、画出⾃由电⼦近似和近⾃由电⼦近似下的E-K 曲线，并说明他们的区别，解释能带的概念。

9、从左图说明能带产⽣的原因。

10、什么是布⾥渊区？给出⼀维K 空间前三个布⾥渊区的范围，注意其特点。

将⼀维布⾥渊区的特点推⼴到⼆维、三维的情形，他们的第⼀、第⼆、第n 布⾥渊区有何种关系？11、解释左下图的⼆维晶体布⾥渊区的等能线，并说明能隙和能量交叠出现的原因。

12、画图说明⾃由电⼦近似和近⾃由电⼦近似下的状态密度的异同。

13、画图说明导体、半导体、绝缘体能带结构的异同。

14、简要说明⽤现代电⼦理论进⾏合⾦设计的主要思想。

15、简要说明电⼦密度泛函⽅法的主要思想。

第⼆章材料的晶态结构与缺陷1、重要名词：晶体，⾮晶态，准晶体，点阵（晶格），晶胞，点阵常数（晶格常数，晶格参数），晶系，布拉菲点阵，晶向指数，晶⾯指数，⾯⼼⽴⽅，体⼼⽴⽅，密排六⽅，同素异构现象，合⾦，固溶体，间隙式固溶体，置换式固溶体，中间相，正常价化合物，电⼦化合物，间隙相和间隙化合物，拓扑密堆相，超结构（超点阵，有序固溶体），径向分布函数，位置⽮径分布函数，陶瓷，特种陶瓷，硅氧四⾯体，岛状结构，组群状结构，链状结构，层状结构，架状结构，低维材料，吸附，物理吸附，化学吸附，解吸，凝结，临界晶核，稳定晶核，多晶体，外延⽣长，同质外延，异质外延，错配度，晶体缺陷，化学缺陷，点阵缺陷，点缺陷，线缺陷，⾯缺陷，空位和间隙原⼦，空位形成能，辐照损伤，位错，柏⽒⽮量，刃型位错，螺型位错，混合型位错，晶界，⼩⾓度晶界，⼤⾓度晶界，过冷液体模型，⼩岛模型，重合位置点阵模型，重合位置密度，孪晶，孪晶界，共格界⾯，⾮共格界⾯，外表⾯，清洁表⾯，实际表⾯，表⾯弛豫，表⾯重构，相界，2、晶体为何有各向异性？3、在晶胞中画出下列晶⾯和晶向：[111],[110], [111], [011], [120];(111), (110), (225), (101), (210)4、在图上标出下列晶向和晶⾯的指数5、计算⾯⼼⽴⽅和体⼼⽴⽅结构的致密度，画出其任意原⼦的配位原⼦，⽐较两种结构的区别。

热容C: 在没有相变和化学反应的条件下，材料温度升高1K时所吸收的热量1、Cp与Cv哪个大，为什么？对于固体材料，低温时有CP ≈CV，高温时二者差别就大了。

定压加热时，物体除升温外，还会对外做功，所以温度每提高1K需要吸收更多的能量，即CP > CV。

2、晶格热容的爱因斯坦模型采用了什么简化假设？该模型的成功与不足之处及其原因？假设：晶体中所有原子都以相同的角频率w E振动且各个振动相互独立成功：T→0时CV→0，这与实验一致。

不足：在T→0时该式按指数快速下降，实验结果却缓慢得多。

原因：爱因斯坦模型把具有频率差别的振动过于简化地认为具有相同的角频率 wE，而忽略了低温时低频振动对总能量的贡献。

3、晶格热容的德拜模型采用了什么简化假设？该模型的成功与不足之处及其原因？假设：晶体是各向同性的连续介质,晶格振动具有从0至ωmax的频率分布成功：低温时CV与T3成正比，这与绝缘材料的实验结果相符不足：一般温度下，电子热容比离子振动的热容小得多，所以只考虑后者就足够了。

但在温度很高和很低的情况下，自由电子对热容的贡献不可忽视。

德拜模型下德拜温度与T和材料特性无关，实际上德拜模型如需要在任何温度下与实际吻合，要求德拜温度是温度的函数，而且与材料性质相关，由德拜模型确立的频率分布函数与实际的频率分布函数存在较大的差异4、在极低温度和极高温下，金属材料的热容和半导体或者绝缘体材料的热容有区别吗？原因是什么？金属材料：在温度很高和很低的情况下，自由电子和离子振动对热容的贡献都要考虑。

无机非金属材料(与Debye热容理论相符): 低温时C V∝T3，高温时C V ≈ 25 J/ K·mol ，无机材料的热容与材料的结构关系不大。

5、什么是一级相变和二级相变，它们分别对热容有什么影响？一级相变：相变在某一温度点上完成，除体积突变外，还同时吸收和放出潜热的相变。

金属的三态转变、同素异构转变、合金的共晶和包晶转变及固态的共析转变等都是一级相变。

材料力学思考题 -回复
材料力学思考题需要具有一定的材料力学知识和解题能力，以下是一些常见的材料力学思考题：
1. 弹性模量的测定方法有哪些，各有何特点？
2. 实际工程中，为什么会出现材料的疲劳破坏现象，如何预防和延长材料的疲劳寿命？
3. 材料的断裂韧性与应变速率有关吗？如果有关，有什么特点？
4. 塑性变形过程中，为什么细晶粒材料比粗晶粒材料更容易发生断裂？
5. 如何通过研究材料的应力应变曲线，来判断材料的力学性能和断裂机制？
6. 岩石的强度是如何影响地质工程设计和施工的？
7. 材料的蠕变行为是什么？在高温环境下，材料的蠕变性能会如何变化？
8. 材料的固溶强化和位错强化是如何增强材料的力学性能的？
9. 如何通过组织显微结构的观察，来分析材料的力学性能和断裂特点？
10. 如何通过有限元分析方法，来解决复杂结构的力学问题？
以上仅是一些常见的材料力学思考题，如果你有具体的材料力学问题或者需要更深入的讨论，可以提供更具体的问题，以便提供更准确的回答。

第一章 单向静拉伸力学性能 一、 解释下列名词。

1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。

2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。

3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。

4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。

5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。

6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。

韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。

7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b 的台阶。

8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。

是解理台阶的一种标志。

9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。

10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。

沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。

11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变12.弹性极限：试样加载后再卸裁，以不出现残留的永久变形为标准，材料能够完全弹性恢复的最高应力。

13.比例极限：应力—应变曲线上符合线性关系的最高应力。

14.解理断裂：沿一定的晶体学平面产生的快速穿晶断裂。

晶体学平面－－解理面，一般是低指数、表面能低的晶面。

15.解理面：在解理断裂中具有低指数，表面能低的晶体学平面。

16.静力韧度：材料在静拉伸时单位体积材料从变形到断裂所消耗的功叫做静力韧度。

有效电子数：不是所有的自由电子都能介入导电，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介入导电.这种真正介入导电的自由电子数被称为有效电子数.之羊若含玉创作K状态：一般与纯金属一样，冷加工使固溶体电阻升高，退火则下降.但对某些成分中含有过渡族金属的合金，尽管金相剖析和Ｘ射线剖析的成果认为其组织仍是单相的，但在回火中发明合金电阻有反常升高，而在冷加工时发明合金的电阻显著下降，这种合金组织出现的反常状态称为K状态.X射线剖析发明，组元原子在晶体中不平均散布，使原子间距的大小显著摇动，所以也把K状态称为“不平均固溶体”.能带：晶体中大量的原子聚集在一起，并且原子之间距离很近，致使离原子核较远的壳层产生交叠，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，从而使原本处于同一能量状态的电子产生微小的能量差别，与此相对应的能级扩大为能带. 禁带：允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的规模是不允许电子占据的，此规模称为禁带.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.金属资料的根本电阻：幻想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关，可以算作为根本电阻，根本电阻在绝对零度时为零.残存电阻(剩余电阻)：电子在杂质和缺陷上的散射产生在有缺陷的晶体中，绝对零度下金属呈现剩余电阻.这个电阻反应了金属纯度和不完整性.相对电阻率：ρ (300K)／ρ (4.2K)是权衡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%) 表征导体资料的导电性能.把国际尺度软纯铜(在室温20 ℃下电阻率ρ= 0 .017 24Ω·mm2/ m)的电导率作为100% , 其他导体资料的电导率与之相比的百分数即为该导体资料的相对电导率.马基申定章(马西森定章)：ρ＝ρ’＋ρ(T)在一级近似下，不合散射机制对电阻率的进献可以加法求和.ρ’：决议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)，反应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)围绕其平衡位置邻近的微小振动.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)表征物体在变温进程中与外界热量交流特性的物理量，直接与物质内部原子和电子无规矩热运动相接洽.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：表征物质热传导才能的物理量为热导率.热阻率：界说热导率的倒数为热阻率ω，它可以分化为两部分，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：它暗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)热剖析：通过热效应来研究物质内部物理和化学进程的实验技巧.原理是金属资料产生相变时，陪同热函的突变.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，这些变更称为反常膨胀.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.交流能：交流能E ex =－2A σ1σ2cos φ A —交流积分常数.当A ＞0，φ＝0时，E ex 最小，自旋磁矩自发分列同一偏向，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分列，即产生反铁磁性.交流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分列，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 曲线所描写的曲线称磁滞回线.以热的形式而释放.技巧磁化：技巧磁化的实质是外加磁场对磁畴的作用进程即外加磁场把各个磁畴的磁矩偏向转到外磁场偏向(和)或近似外磁场偏向的进程.技巧磁化的两种实现方法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∝T 5 ( T< <ΘD )；3—ρ电-电∝T 2 ( T ≈2K )分为三个阶段：(1)温度T > (2/ 3)ΘD 阶段, 电阻率正比于温度，即ρ(T) =αT .电阻产生的机制是电子—声子(离子)散射.(2)温度T< <ΘD 阶段，电阻率与温度成五次方关系, 即ρ∝T 5.电阻产生的机制是电子—声子(离子)散射，(3)在极低温度(T ≈2K)阶段，电阻率与温度成2 次方关系, 即ρ∝T 2 , 电阻产生的机制是电子—电子之间的散射.**212=m v L n e 称为散射系数).对金属来说，温度升高离子热振动的振幅愈大，电子就愈易受到散射，故可以认为(因为式子中其他的量均与温度无关)，这就是高温下电阻率与温度成正比的原因.用电阻法研究金属冷加工时为什么要在低温？依据马西森定律, 冷加工金属的电阻率可写成ρ= ρ′+ρM式中：ρM 暗示与温度有关的退火金属电阻率；ρ′是剩余电阻率.实验证明，ρ′与温度无关，换言之，dρ/ dT 与冷加工程度无关.总电阻率ρ愈小，ρ′/ ρ比值愈大，所以ρ′/ ρ的比值随温度下降而增高.显然，低温时用电阻法研究金属冷加工更为适合.从导体、半导体、绝缘体资料能带构造剖析其导电性能不合的原因.导体：价带与导带重叠，无禁带.或价带未被电子填满，这种价带自己即为导带.这两种情况下价电子都是自由的，就像金属具有大量的这样的自由电子，所以具有很强的导电才能.半导体和绝缘体：满价带和空导带之间具有禁带.半导体：禁带宽度小，在热、光等外界条件作用下，价带中的部分电子有可能获得足够的能量而越过禁带到达其上面的空带，形成导带.并且价带中出现了电子留下的空穴.导带中的电子和价带中的空穴在电场的作用下沿相反的偏向定向移动，产生电流.导带中的电子导电和价带中的空穴导电同时存在的导电方法称为本征导电，其特征是介入导带的电子和空穴浓度相等，这种半导体称为本征半导体.绝缘体：禁带宽度很大，电子很难越过禁带到达其上面的空带，外电场的作用下几乎不产生电流.金属资料电阻产生的实质.当电子波通过一个幻想晶体点阵时(0K) , 它将不受散射；只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方, 电子波才受到散射(不相干散射) , 这就是金属产生电阻的根起源基本因.由于温度引起的离子运动(热振动) 振幅的变更(通经常使用振幅的均方值暗示)，以及晶体中异类原子、位错、点缺陷等都邑使幻想晶体点阵的周期性遭到破坏.这样，电子波在这些地方产生散射而产生电阻，下降导电性.为什么金属资料的导电性随温度的升高而下降，而非金属资料的导电性随温度的升高而升高？对于金属资料：温度升高，晶格热振动加剧，声子电阻率升高，而剩余电阻率不变，故金属资料的导电性随温度的升高而下降.对于非金属资料：温度升高，资料的电子或载流子运动才能增强，数量也增加，传递电荷的才能增强，导电性增强.金属资料受力后电阻率的变更.(1)拉力 在弹性规模内单向拉伸或扭转应力能提高金属的ρ，并有(2)压力对大多半金属来说，在受压力情况下电阻率下降压力系数，为负. 几乎所有纯元素随温度变更电阻压力系数几乎不变.0(1)γρρασ=+正常金属元素：电阻率随压力增大而下降；(铁、钴、镍、钯、铂、铱、铜、银、金、锆、铪等)反常金属元素：碱金属、碱土金属、稀土金属和第V族的半金属，它们有正的电阻压力系数，但随压力升高一定值后系数变号，研究标明，这种反常现象和压力作用下的相变有关.高压力还能导致物质的金属化，引起导电类型的变更，并且有助于从绝缘体—半导体—金属—超导体的某种转变.固溶、冷加工对金属资料电阻率的影响及原因.形成固溶体时，导电性能下降.即使是在低导电性的金属中溶入高导电性的金属溶质也是如此，但电阻随成分持续变更而无突变.对于持续固溶体，当组元A溶入组元B时，电阻由B组元的电阻值逐渐增大至极大值后再逐渐减小到A组元的电阻值.原因：(1)引起晶体点阵畸变，增加了电子的散射，原子半径差越大，固溶体的电阻也越大；(2)杂质对幻想晶体的局部破坏；(3)合金化引起能带构造变更，移动费米面(0K时电子最高能级)并转变了电子能态的密度和有效导电电子数；(4)合金化影响弹性常数，使点阵振动的声子谱转变.一般，冷加工引起电阻率增大.室温下测得经相当大的冷加工变形后纯金属(如铁、铜、银、铝)的电阻率, 比未经变形的总共只增加2%～6%.只有金属钨、钼破例, 当冷变形量很大时, 钨电阻可增加30%～60% , 钼增加15%～20%.一般单相固溶体经冷加工后, 电阻可增加10%～20%.而有序固溶体电阻增加100% , 甚至更高.也有相反的情况, 如Ni-Cr，Ni-Cu-Zn，Fe-Cr-Al等中形成K状态, 则冷加工变形将使合金电阻率下降.原因：冷加工引起金属晶格畸变，增加电子散射几率；同时也会引起金属晶体原子联合键的转变，导致原子间距变更.固溶体的有序化对其电阻率有何影响？为什么？固溶体产生有序时，其电阻率显著下降.固溶体产生有序化时对导电性的影响：(1)使点阵纪律性增强，削减了对电子的散射而使电阻率下降(2)使组元间的相互化学作用增强，使有效电子数削减，从而引起电阻率的升高.上述两种相反的作用中，第一种作用占主导地位，因此有序化一般表示为电阻率下降.有序化程度越高，电阻率就越低.将下列物质按热导率大小排序，并说明来由：(1)铬(2)银(3)Ni-Cr合金(4)石英(5)铁(2)银＞(5)铁＞(3) Ni-Cr合金＞(1)铬＞(4)石英银在五种物质中导电性能最佳，铁次之.合金热导率通常小于纯金属.铬的性质比较接近半导体.石英是绝缘体.导电率：(2)银＞(5)铁＞(3) Ni-Cr合金＞(1)铬＞(4)石英.依据魏德曼—弗兰兹定律，热导率与电导率之间存在如下关系：/LT λσ=.所以，(2)银＞(5)铁＞(3) Ni-Cr 合金＞(1)铬＞(4)石英.为什么说资料热学性能的物理实质都与晶格热振动有关?固体资料的各类热学性能就其物理实质而言，均与组成资料的质点(原子、离子)热振动有关.固体资料由晶体或非晶体组成，点阵中的质点（原子、离子）总是围绕其平衡位置作微小振动，这种振动称为晶格热振动.资估中质点之间的振动存在的关系和作用.资料内能的实质、热容的物理实质.C p 与C v 的物理意义是什么？可否通过实验丈量？C p 与C v 哪个大，为什么？ 若温度升高时物体的体积不变，物体吸收的热量只用来知足温度升高物体内能的增加，此种条件下的热容称为定容热容(C v ).若温度升高时物体的压力不变，物体吸收的热量除了用来知足温度升高物体内能的增加外，还对外做功，此种条件下的热容称为定压热容(C p ).对于金属，C v 不克不及直接通过实验丈量，需由实验测得C p ，再换算得到C v .C p 大于C v ，这是因为定压比热容中含有体积膨胀功，2m α-=V P V V Tc c K .故在相同质量的条件下，C p 更大.资料热容随温度的变更纪律.Ⅰ区：T ：0～5K ，C v ∝T Ⅱ区： c v ∝T 3，T 达到时，C v ＝3R.Ⅲ区： c v ＞3R ，增加部分主要是自由电子热容的进献.热容经验定律的内容及其与实际相符的情况.若晶体有N 个原子，则有3N 个自由度.金属原子的热振动既具有动能，又具有位能，两者不竭地相互转换，且平均动能与平均位能统计地相等(每个振动自由度U m ＝3NkT ＝3RT.金属的定容摩尔热容为：热容经验定律杜隆－珀替定律(Dulong-Petit rule)的内容是所有金属的摩尔热容是一个与温度无关的常数，其数值接近于3R.与实际相符的情况是：(1)认为热容与温度无关，与事实不符.(2)认为所有元素热容相同，组成化合物时，分子热容等于各原子热容之和，与事实不完全相符.(3)低温时、轻元素与事实不同很大.(4)除轻元素外，大部分元素与固体物质在非低温时，与事实十分接近.与实际不相符的原因：假设与前提问题，原子(各类元素、任何温度)平均动能、位能相等，模子过于简化.把原子的振动能量看作是持续的，不相符能量不持续性的量子化条件.热容爱因斯坦模子、德拜模子的前提及其与事实相符情况，不完全相符的原因.爱因斯坦模子(1)前提：晶格中每个原子(离子)都在其格点作振动，各个原子的振动是自力而互不依赖，每个原子都具有相同的周围情况，因而其振动频率v都是相同的，原子振动的能量是不持续的、量子化的.可把原子的振动看作是谐振子的振动.(2)事实相符情况：在高温时热容和杜隆—珀替定律一致，并和热容曲线相符得较好.值一般在100～300K规模.(3)不完全相符的原因：在低温时，热容与温度之间的关系中存在指数项，不相符实验的C v=T3 关系，即随着温度的下降，爱因斯坦热容理论值比实验值要更快地下降而趋近于零.原因在于把原子的振动算作是孤立的，并疏忽了振子振动频率的不同.德拜模子(1)前提：在爱因斯坦量子热容理论基本上加以完善的.认为：晶体中各原子间存在着弹性的斥力和吸力，这种力使原子热振动相互受牵连而达到相邻原子间协调地振动.波长较长，属于声频波规模(相当于弹性振动波).由于弹性波波长远大于晶格常数，可近似地把晶体视为持续介质，把弹性波的振动也可近似地视为持续的，其振动频率可持续散布在零到v m之间.(2)事实相符情况：在高温下原子都几乎以最大频率振动，因而使热容接近于一个常数.此时德拜热容理论与经典热容理论、爱因斯坦热容理论一致.在低温时，金属温度升高所吸收的热量主要是用来增强晶格的振动，即使得具有高频振动的振子数急剧地增多，C v与T3 成正比.当T=0K时，C v=0.这也完全相符实验纪律.(3)不完全相符的原因：在很接近0K的温度规模，德拜热容理论与实验纪律存在着误差.原因在于德拜理论只斟酌了晶格振动对热容的进献，而未斟酌自由电子对热容的进献.在极低的温度下，由于晶格振动的能量已趋近于零，自由电子的动能便不成被疏忽，它成为对热容的主要进献者.资料热容与温度关系的经验公式.会使釉层脱资料热膨胀系数随温度的变更情况.资料热膨胀的机理.格律乃森定律的内容及原因.格律乃森(Grüneisen)从晶格振动理论导出金属体膨胀系数与热容间存在的关系式：式中：γ是格律乃森常数，是暗示原子非线性振动的物理量，一般物质γ在1 .5 - 2 .5 间变更；K 是体积模量； V 是体积；C V 是等容热容.从热容理论知, 低温下C V 随温度T 3 变更, 则膨胀系数在低温下也按T 3 纪律变更, 即膨胀系数和热容随温度变更的特征根本一致.体膨胀系数与定容热容成正比，它们有相似的温度依赖关系，在低温下随温度升高急剧增大，而到高温则趋向平缓.程减小，热哪些因素会影响资料的热导率？如何影响？(1)对于纯金属，影响其电导率因素有：温度、晶粒大小、晶向、杂质.具体地来说：依据导热机制可以推论高电导率的金属就有高的热导率.①热导率与温度关系：在低温时, 热导率随温度升高而不竭增大，并达到最大值.随后，热导率在一小段温度规模内根本保持不变；当温度升高到某一温度后，热导率开端急剧下降，并在熔点处达到最低值.但像铋和锑这类金属熔化时, 它们的果. 0(1)r T λλα=+.在德拜温度以下，某些金属的热导率遵循格留涅申定律而变更，-3T λα=铁磁性金属或合金的热导率与温度曲线在居里点时有转折.②晶粒大小的影响：一般情况是晶粒粗大，热导率高；晶粒愈细，热导率愈低. ③立方晶系的热导率与晶向无关.非立方晶系晶体热导率表示出各向异性.④所含杂质强烈影响热导率.当参加少量杂质时，组元的热导率下降很激烈，但随着浓度的增加对热导率的影响要小得多.(2)对于合金两种金属组成持续无序固溶体时, 溶质组元浓度愈高, 热导率下降愈多, 并且热导率最小值接近原子浓度50%处.当组元为铁及过渡族金属时，热导率最小值比50%处有较大的偏离.当为有序固溶体时，热导率提高，最大值对应于有序固溶体化学组分.(3)对于无机非金属资料比较而言, 金属资料热导率的影响因素比较单一，而无机非金属资料就庞杂一点.因此，金属资料热导率的影响因素对无机非金属资料都同样的有作用，只是由于陶瓷资料相构造庞杂一点，包含玻璃相和一定孔隙率.①化学组成的影响：对于无机非金属资料来说，资料构造的相对原子质量愈小，密度愈小，弹性模量愈大, 德拜温度愈高, 则热导率愈大, 所以轻元素的固体和联合能大的固体热导率较大，固溶体的情况与金属固溶体的变更趋势相似，和金属固溶体相似，杂质浓度很低时， 杂质下降热导率效应十分显著；杂质浓度增高时，杂质效应削弱，在低温下杂质效应将会更显著.②晶体构造的影响：晶体构造愈庞杂，晶格振动的非线性程度愈大，其散射程度愈大，因此声子平均自由程较小，所以热导率便低了.③晶粒大小和各向异性的影响：与对金属的热导率影响相同.同样化学组成的多晶体的热导率总比单晶小.④非晶体的热导率：非晶体的热导率在所有温度下都比晶体小.玻璃是无机的非晶体资料，其热导率变更有其特殊性.中.热导率可以按下式盘算：式中：κc、κd分离为持续相和疏散相的热导率；φd为疏散相的体积分数.⑥气孔率的影响：无机资料常含有气孔，气孔对热导率的影响较庞杂.如果温度不是很高，且气孔率不大，尺寸很小，散布又平均，可以认为此时的气孔是复相陶瓷的疏散相, 此时热导率可以按上式处理.只是由于与固相相比，其热导率很小，可以近似认为零, 且κc/κd很大，此时κ≈κs ( 1-φ气孔).式中：κs为陶瓷固相热导率；φ气孔为气孔的体积分数.斟酌气孔的辐射传热时，按下式盘算：式中：P 为气孔面积分数；PL 是气孔的长度分数；ε为辐射面的热发射率；G 是几何因子；纵向长条气孔G=1，横向圆柱形气孔G =π/4, 球形气孔G = 2/ 3；d 是气孔最大尺寸.(5)对于本征半导体在本征半导体中，导带中电子和价带中的空穴随温度升高而增加，这导致热导率随温度升高而升高.可以采纳哪些措施提高资料的磁导率？其理论依据是什么？(1)消除资估中的杂质；(2)把晶粒培养到足够大并呈等轴状；(3)形成再结晶织构；(4)采取磁场中退火.(1)的理论依据是如当杂质固溶在资估中会造成点阵扭曲，当杂质呈搀杂物存在时则使畴壁穿孔，这都邑给畴壁迁移造成阻力，导致磁导率下降，矫顽力上升.(2)的理论依据是晶粒足够大，使得晶界削减，畴壁迁移变得加倍容易.(3)的理论依据是再结晶织构具有偏向性，在该偏向的磁导率会显著增大.(4)的理论依据是在沿轴向的磁场中迟缓冷却时，磁畴将在室温磁化时沿应伸长(在正磁致伸缩情况下)的偏向预先伸长，这样经由磁场中退火的样品，其磁致伸缩将无妨害磁化，样品的磁化将变得加倍容易，从而在该偏向会有高的磁导率.铁磁性物质中的相互作用能有哪些？各有什么特点？其中哪种能量最大？铁磁性物质中的相互作用能有：磁晶各向异性能、磁弹性能、交流作用能、退磁能.磁晶各向异性能是指沿不合晶轴偏向的能量差.其特点是在易磁化轴上，磁晶各向异性能最小.物体在磁化时要伸长(或收缩)，如果受到限制，不克不及伸长(或缩短)，则在物体内部产生压应力(或拉应力)，物体内部将产生的磁弹性能.其特点是物体内部缺陷、杂质等都可能增加其磁弹性能.交流作用能是指近邻原子间静电相互作用能，其特点是各向同性，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分列，即自发磁化.而其它各项磁自由能退磁能是指退磁场与铁磁体的相互作用能.其特点是退磁能与资料的退磁因子N，磁化强度M的平方成正比.N值、M2越大，退磁能越大.总的来说，磁晶各向异性能、磁弹性能、退磁能不转变其自发磁化的实质，而仅转变其磁畴构造.其中，交流作用能的能量最大.物质抗磁性产生的根源是什么？为什么任何物质在磁场中都产生抗磁性？理论研究证明, 抗磁性起源于电子轨道运动, 故可以说任何物质在外磁场作用下均应有抗磁性效应.但只有原子的电子壳层完全填满了电子的物质, 抗磁性才干表示出来, 不然抗磁性就被此外磁性掩盖了.无外H的时候：电子壳层已填满的原子总磁矩为0.有外H作用时：即使总磁矩为0的原子，也会产生磁矩.不管循轨运动的偏向是绕H轴向顺时针照样逆时针，电子的循轨运动在外H作用下都邑产生抗磁矩,即产生的附加磁矩总是与外H偏向相反，这就是物质产生抗磁性的原因.物质顺磁性产生的根源是什么？物质的顺磁性是如何产生的？物质顺磁性产生的根源是：原子(离子)的固有磁矩.无外H的时候：由于热运动的影响，固有磁矩的取向为无序的，宏不雅上无磁性.外H作用下：固有磁矩与H作用，有较高的静磁能，为下降静磁能，固有磁矩转变与H的夹角，趋于排向外H偏向，表示为正向磁化.在常温和H不是很高的情况下，M与H成正比，磁化要战胜热运动的干扰，磁矩难以有序分列，故顺磁化进行十分艰苦，磁化率较小.铁磁性资料为什么会形成一定形状和大小的磁畴？为了最大限度地减小退磁能，磁畴必须形成三角畴的关闭构造，即呈关闭磁路，这样可使退磁能等于零.当铁磁晶体形成磁畴时，虽然下降了退磁场能，但增加了畴壁能.对大块晶粒来说，后者比前者要小许多，因此分畴在能量上是有利的.影响磁畴壁迁移的因素有哪些？如何影响？(1)铁磁资估中的搀杂物、第二相、闲暇的数量及其散布.(2)内应力起伏大小和散布，起伏越大、散布越不平均，对磁畴壁的迁移阻力越大.为提高资料磁导率，就必须削减搀杂物的数量，削减内应力.(3)磁晶各向异性能的大小，因为壁移实质上是原子磁矩的转动，它必定要通过难磁化偏向，故下降磁晶各向异性能也可提高磁导率.(4)磁致伸缩性能和磁弹性能也影响较小壁移进程，因为壁移也会引起资料某一偏向的伸长, 另一偏向则要缩短, 故要增加磁导率, 应使资料具有较小的磁致伸缩和磁弹性能.。

材料物理性能思考题第一章：材料电学性能1如何评价材料的导电能力？如何界定超导、导体、半导体和绝缘体材料？2 经典导电理论的主要内容是什么？它如何解释欧姆定律？它有哪些局限性？3 自由电子近似下的量子导电理论如何看待自由电子的能量和运动行为？4 根据自由电子近似下的量子导电理论解释：准连续能级、能级的简并状态、简并度、能态密度、k空间、等幅平面波和能级密度函数。

5 自由电子近似下的等能面为什么是球面？倒易空间的倒易节点数与不含自旋的能态数是何关系？为什么自由电子的波矢量是一个倒易矢量？6 自由电子在允许能级的分布遵循何种分布规律？何为费米面和费米能级？何为有效电子？价电子与有效电子有何关系？如何根据价电子浓度确定原子的费米半径？7 自由电子的平均能量与温度有何种关系？温度如何影响费米能级？根据自由电子近似下的量子导电理论，试分析温度如何影响材料的导电性。

8 自由电子近似下的量子导电理论与经典导电理论在欧姆定律的微观解释方面有何异同点？9 何为能带理论？它与近自由电子近似和紧束缚近似下的量子导电理论有何关系？10 孤立原子相互靠近时，为什么会发生能级分裂和形成能带？禁带的形成规律是什么？何为材料的能带结构？11 在布里渊区的界面附近，费米面和能级密度函数有何变化规律？哪些条件下会发生禁带重叠或禁带消失现象？试分析禁带的产生原因。

12 在能带理论中，自由电子的能量和运动行为与自由电子近似下有何不同？13 自由电子的能态或能量与其运动速度和加速度有何关系？何为电子的有效质量？其物理本质是什么？14 试分析、阐述导体、半导体（本征、掺杂）和绝缘体的能带结构特点。

15 能带论对欧姆定律的微观解释与自由电子近似下的量子导电理论有何异同点？16 解释原胞、基矢、基元和布里渊区的含义17 试指出影响材料导电性的内外因素和影响规律，并分析其原因。

18 材料电阻的测试方法由哪几种？各有何特点？19 简述用电阻法测绘固溶度曲线的原理和方法。