第5章 材料的光学性能

1.奥氏体晶粒大小与哪些因素有关？什么缘故说奥氏体晶粒大小直接阻碍冷却后钢的组织和性能？奥氏体晶粒大小是阻碍利用性能的重要指标，要紧有以下因素阻碍奥氏体晶粒大小。

（1）加热温度和保温时刻。

加热温度越高，保温时刻越长，奥氏体晶粒越粗大。

（2）加热速度。

加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度的比值增大，那么奥氏体的起始晶粒越细小，但快速加热时，保温时刻不能太长，不然晶粒反而加倍粗大。

（3）钢的化学成份。

在必然含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大偏向增加，但当含碳量超过必然限度后，碳能以未溶碳化物的形式存在，阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒长大偏向减小。

（4）钢的原始组织。

钢的原始组织越细，碳化物弥散速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小，相同的加热条件下奥氏体晶粒越细小。

传统多晶的强度与尺寸的关系符合Hall-Petch关系，即σs=σ0+kd-1/2，其中σ0和k是常数，σs是，d是平均直径。

显然，尺寸与强度成反比关系，晶粒越细小，强度越高。

但是常温下的晶粒是和晶粒度相关的，通俗地说常温下的晶粒度遗传了晶粒度。

因此晶粒度大小对钢冷却后的组织和性能有专门大阻碍。

奥氏体晶粒度越细小，冷却后的组织转变产物的也越细小，其强度也越高，另外塑性，韧性也较好。

2．过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可取得哪些转变产物？试列表比较它们的组织和性能。

3.共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温进程中，什么缘故550℃的孕育期最短，转变速度最快？因为过冷奥氏体的稳固性同时由两个因素操纵：一个是旧与新相之间的自由能差ΔG；另一个是原子的扩散系数D。

等温温度越低，过冷度越大，自由能差ΔG也越大，那么加速过冷奥氏体的转变速度；但原子扩散系数却随等温温度降低而减小，从而减慢过冷奥氏体的转变速度。

高温时，自由能差ΔG起主导作用；低温时，原子扩散系数起主导作用。

本课实行点名 7次不到取消考试资格
第1-2次不到考试成绩扣1分/每次 第2-4次不到考试成绩扣1.5分/每次 第5-6次不到考试成绩扣2分/每次
本课无实验。
第二章材料的热学性质
• 主讲：龙毅
解答问题邮箱地址 shallytiger2000@
2.1概论
• 材料主要的热性能参数有哪些？ • （1）热容：材料升高一度所需要的热量。 • （2）热膨胀系数：当温度变化1度（单位：K）时， 物质尺寸（或体积）的变化率。其单位是1/K。
1 E i n n 2
• 为了找出与所有晶格振动联系的晶体内能，还需要 考虑在各种频率有多少模式，即在波矢空间里频率 为ω 至ω +dω 包含的模式数，设ρ (ω )是单位频率 内的模式数，那么， ρ (ω )dω 是dω 范围内的模 式数。一摩尔固体晶格振动的内能是：
( q ) E ( ) d E 0 0 ( q ) exp 1 kT
材料的物理性能 第1章前 言
材料科学与工程是关于
材料的成分与结构（composition and structure）、
合成与加工（synthesis and processing）、
性质（proporties）
与服役性能（performance）这四个要素、
以及它们两两之间的互相联系的学科。
本课程中，材料的性能是指“材料性质”。它 是材料科学与工程学科的四个基本要素之一。 所谓的材料性能，是指在给定的外界环境中， 材料受到某种作用时，其状态所发生的变化。 作用于材料上的作用因素通常可以分为应力、 温度、磁场、电场、化学介质、辐照等。 受到这些因素作用时，材料内部会产生一系列 的变化，伴随之产生一些外在表现，也就是所 谓的状态的变化。

数值孔径
分辨率（R）
分辨率是将硅片上两个相邻的特征尺寸（或关键尺 寸）光刻胶图形区分开的能力。分辨率是光刻中一 个重要的性能指标。
k为工艺因子，范围是0.6～0.8， λ为光源的波长NA 为曝光系统的数值孔径 要提高曝光系统的分辨率即减小特征尺寸，就要降 低紫外光的波长λ
图中分辨率为0.25μm
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第五章 光 刻
光刻：
5.1 引 言
将掩膜版上的电路图形精确转移到硅片表面光刻
胶膜上的复制过程。
光刻是集成电路制造的关键工艺
掩膜版（Reticle或Mask）
材质—玻璃/石英，亚微米及以下技术—石英版， 石英版优点：透光性好、热膨胀系数低。
金属铬膜 — 版上不透光的图形
光刻是产生特征尺寸的工序
透 镜 光 学 系 统
数值孔径（NA）
透镜能够把一些衍射光会聚到一点成像，把透镜 收集衍射光的能力称为透镜的数值孔径。（ 通常 UV光通过掩膜版上的特征尺寸小孔会发生衍射 现象）
NA＝（n）Sinθm≈（n）×透镜半径/透镜焦长 n为图像介质的折射率，θm为主光轴与透镜边缘 光线的最大夹角。透镜半径越大数值孔径越大成 像效果越好。但受到镜头成本的限制。分步重复 光刻机和步进扫描光刻机的NA都能做到0.60～ 0.68的水平
（b）对比度好
3. 敏感度好（是指硅片表面光刻胶中产生良好图形 所需要的一定波长光的最小能量值，以mJ/cm2为 单位）

《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。