材料物理性能-第2章-热学性能
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材料在外力作用下发生形状和尺寸的变化,称为形变。
材料承受外力作用、抵抗变形的能力及其破坏规律,称为材料的力学性能或机械性能。
材料在单位面积上所受的附加内力称为应力。
法向应力导致材料伸长或缩短,而剪切应力引起材料的切向畸变。
应变是用来表征材料在受力时内部各质点之间的相对位移。
对于各向同性材料,有三种基本类型的应变:拉伸应变ε,剪切应变γ和压缩应变Δ。
若材料受力前的面积为A0,则σ0=F/A0称为名义应力。
若材料受力后面积为A,则σT=F/A称为真实应力。
对于理想的弹性材料,在应力作用下会发生弹性形变,其应力与应变关系服从胡克(Hook)定律(σ=Eε)。
E是弹性模量,又称为弹性刚度。
弹性模量是材料发生单位应变时的应力,它表征材料抵抗形变能力(即刚度)的大小。
E越大,越不容易变形,表示材料刚度越大。
弹性模量是原子间结合强度的标志之一。
泊松比:在拉伸试验时,材料横向单位面积的减少与纵向单位长度的增加之比值。
粘性形变是指粘性物体在剪切应力作用下发生不可逆的流动形变,该形变随时间增加而增大。
材料在外应力去除后仍保持部分应变的特性称为塑性。
材料发生塑性形变而不发生断裂的能力称为延展性。
在足够大的剪切应力τ作用下或温度T较高时,材料中的晶体部分会沿着最易滑移的系统在晶粒内部发生位错滑移,宏观上表现为材料的塑性形变。
滑移和孪晶:晶体塑性形变两种基本形式。
蠕变是在恒定的应力σ作用下材料的应变ε随时间增加而逐渐增大的现象。
位错蠕变理论:在低温下受到阻碍而难以发生运动的位错,在高温下由于热运动增大了原子的能量,使得位错能克服阻碍发生运动而导致材料的蠕变。
扩散蠕变理论:材料在高温下的蠕变现象与晶体中的扩散现象类似,蠕变过程是在应力作用下空位沿应力作用方向(或晶粒沿相反方向)扩散的一种形式。
晶界蠕变理论:多晶陶瓷材料由于存在大量晶界,当晶界位相差大时,可把晶界看成是非晶体,在温度较高时,晶界粘度迅速下降,应力使得晶界发生粘性流动而导致蠕变。
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。