16 无机材料的磁学性能
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什么叫无机材料物理性能特性无机材料是指由无机化合物构成的材料,它们具有广泛的应用领域,如电子、光电子、能源、环境等。
无机材料的性能特性直接影响着其在各个领域的应用效果。
那么,什么叫无机材料的物理性能特性呢?首先,我们来了解一下无机材料的物理性能。
无机材料的物理性能可以分为多个方面,包括机械性能、热学性能、电学性能、光学性能和磁学性能等。
机械性能是指无机材料抵抗外力破坏的能力,通常包括硬度、弹性模量、抗弯强度等指标。
例如,金刚石是一种硬度极高的无机材料,可以用来制作切割工具;陶瓷材料具有较高的抗压强度,适合用于建筑材料等领域。
热学性能是指无机材料在热环境下的表现,包括热导率、热膨胀系数、热稳定性等指标。
例如,氧化铝具有较低的热导率,可用作隔热材料;石墨烯具有优异的热导率,适合用于制作散热材料。
电学性能是指无机材料在电场或电流作用下的表现,包括导电性、介电性等指标。
例如,金属材料具有良好的导电性,适合用于制作电子元件;氧化铁具有优良的磁电耦合效应,适合用于磁存储器件。
光学性能是指无机材料在光学环境下的表现,包括透明度、折射率、发光性等指标。
例如,玻璃材料具有良好的透明性,适合用于光学器件;半导体材料具有发光性能,在光电子领域有重要的应用。
磁学性能是指无机材料在磁场作用下的表现,包括磁导率、磁饱和磁矩等指标。
例如,铁氧体材料具有良好的磁导率和磁饱和磁矩,适合用于制作磁性材料。
综上所述,无机材料的物理性能特性对于其应用效果具有重要影响。
了解无机材料的物理性能特性可以帮助我们更好地选择和应用材料,并优化其性能。
未来,随着科学技术的不断发展,我们有望进一步改进无机材料的物理性能,推动无机材料在各个领域的应用。
《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 。
1-11一圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉力F ,若其临界抗剪强度τf 为135 MPa,求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值,并求滑移面的法向应力。
解: 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: 以上两种模型所描述的是最简单的情况,事实上由于材料力学性能的复杂性,我们会用到用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。
如采用四元件模型来表示线性高聚物的蠕变过程等。
第二章 脆性断裂和强度)(112)(1012.160cos /0015.060cos 1017.3)(1017.360cos 53cos 0015.060cos 0015.053cos 82332min 2MPa Pa N F F f =⨯=︒︒⨯⨯=⨯=︒⨯︒⨯=⇒︒⨯︒=πσπτπτ:此拉力下的法向应力为为:系统的剪切强度可表示由题意得图示方向滑移2-1 求融熔石英的结合强度,设估计的表面能力为1.75J/m 2; Si-O 的平衡原子间距为1.6*10-8cm;弹性模量从60到75Gpaa E th γσ==GPa 64.28~62.2510*6.175.1*10*)75~60(109=- 2-2 融熔石英玻璃的性能参数为:E=73 Gpa ;γ=1.56 J/m 2;理论强度σth=28 Gpa 。
⽆机材料物理性能课后习题答案《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=,V 2=。
则有当该陶瓷含有5%的⽓孔时,将P=代⼊经验计算公式E=E 0+可得,其上、下限弹性模量分别变为 GPa 和 GPa 。
1-11⼀圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉⼒F ,若其临界抗剪强度τf 为135 MPa,求沿图中所⽰之⽅向的滑移系统产⽣滑移时需要的最⼩拉⼒值,并求滑移⾯的法向应⼒。
0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =?==-σ名义应⼒0851.0100=-=?=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)8405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量解: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:以上两种模型所描述的是最简单的情况,事实上由于材料⼒学性能的复杂性,我们会⽤到⽤多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合⽽成的复杂模型。
《⽆机材料物理性能》课后习题答案(2)《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 。
0816.04.25.2ln ln ln 22001====A A l l T ε真应变)(91710909.4450060MPa A F =?==-σ名义应⼒0851.0100=-=?=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)8405.038095.0()(112211GPa E V E V E L =+=+=--下限弹性模量1-11⼀圆柱形Al 2O 3晶体受轴向拉⼒F ,若其临界抗剪强度τf 为135 MPa,求沿图中所⽰之⽅向的滑移系统产⽣滑移时需要的最⼩拉⼒值,并求滑移⾯的法向应⼒。
解: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:以上两种模型所描述的是最简单的情况,事实上由于材料⼒学性能的复杂性,我们会⽤到⽤多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合⽽成的复杂模型。
第三章材料的磁学性能一,一,基本概念1. 1.磁畴:在未加磁场时铁磁金属内部已经磁化到饱和状态的小区域。
2. 2.磁导率:磁导率是磁性材料最重要的物理量之一,表示磁性材料传导和通过磁力线的能力,用μ表示,其中μ=B/H.单位为亨利/米(H·m-1).3. 3.自发磁化:在未加磁场时铁磁金属内部的自旋磁矩已经自发地排向了同一方向的现象.4. 4.磁滞损失:磁滞回线所包围的面积相当于磁化一周所产生的能量损耗。
5. 5.磁晶各向异性:6. 6.退磁场:非闭合回路磁体磁化后,磁体内部产生一个与磁化方向相反的磁场。
第三章材料的磁学性能随着近代科学技术的发展,金属和合金磁性材料,由于它的电阻率低、损耗大,已不能满足应用的需要,尤其是高频范围。
磁性无机材料除了有高电阻、低损耗的优点以外,还具有各种不同的磁学性能,因此它们在无线电电子学、自动控制、电子计算机、信息存储、激光调制等方面,都有广泛的应用。
磁性无机材料一般是含铁及其它元素的复合氧化物,通常称为铁氧体(ferrite)。
它的电阻率为10~106Ω·m,属于半导体范畴。
目前,铁氧体已发展成为一门独立的学科。
本章介绍磁性材料的一般磁性能,着重讨论铁氧体材料的性能与应用。
7.1磁矩和磁化强度7.1.1磁矩(1)定义在磁场的作用下,物质中形成了成对的N、S磁极,称这种现象为磁化。
与讨论电场时的电荷相对应,引入磁量的概念,并把磁量叫做磁极强度或磁荷。
将一对等量异号的磁极相距很小的距离,把这样的体系叫做磁偶极子。
在外磁场的影响下,磁偶极子沿磁场方向排列。
为达到与磁场平行,该磁矩在力矩T=Lq m Hsin (7.1)的作用下,发生旋转。
式中的系数Lq m定义为磁矩M(Wb·m)。
磁矩这一物理量是磁相互作用的基本条件,是物质中所有磁现象的根源。
磁矩的概念可用于说明原子、分子等微观世界产生磁性的原因。
(2)原子磁矩物质是原子核和电子的集合体,要理解物质的磁性起源,就要考虑原子具有的磁矩。
4.11 无机材料的磁学性质金属和合金类磁性材料的介质损耗大,不宜用于高频。
陶瓷质的磁性材料具有强磁性、高电阻和低损耗等特性,在电子技术中比金属磁性材料更适用于作高频器件。
一、磁现象物质在磁场强度为H 的外磁场中因与磁场发生相互作用而被磁化,则在该物质内部产生磁感应强度为B 的磁场。
B 与H 成正比,即:H B μ=式中,μ为磁导率。
某物质的磁导率μ与真空磁导率o μ的比值就是该物质的相对磁导率r μ。
物质的磁化率1−=r μκ。
磁化率为正值的物质叫做顺磁性物质;磁化率为负值的物质叫做抗磁性物质或逆磁性物质。
有少数物质,其磁化率的值特别大,称之为铁磁性物质。
磁化率是对单位体积的物质而言,是个无量纲量。
在化学上,常用克磁化率χ或摩尔磁化率m χ度量物质的磁性。
存在以下关系:d /κχ=d M M m /κχχ=•=式中,d 是单位体积物质的质量,M 是物质的相对分子质量。
二、顺磁性物质在顺磁性物质中,存在着未成对的电子。
未成对电子进行自旋运动和轨道运动时,总角动量不等于零,因而会产生相应物质的分子、原子或离子的磁矩,即永久磁矩。
在无外磁场时,这些电子的磁矩指向是无序分布的,不形成宏观磁化现象。
但在外磁场作用下,由于这些磁矩沿磁场方向取向,便产生磁化现象。
称这种现象为顺磁性。
顺磁性物质经外磁场磁化后所产生的附加磁场,其方向与外磁场一致,其磁化率为正值,χ约在范围内。
4610~10−−三、抗磁性物质抗磁性物质因没有未成对电子,不存在永久磁矩。
但是当其被放置到外磁场中,则会因感应磁化而产生与外磁场方向相反的诱导磁矩,其磁化率为负值,且其大小也不随温度而变化。
χ值约为负左右。
610−四、铁磁性物质150Fe 、Co 、Ni 、Gd 等金属及其合金具有特别大的磁化率,其χ值约为。
4210~10−铁磁性物质的磁化率不是恒定的,可随磁场强度H 而改变。
在外磁场停止作用后,铁磁性物质仍能保持部分磁性。
每种铁磁性物质各有一个临界温度——居里点。