材料物理性能答案

资料物理性能答案资料物理性能答案/资料物理性能答案第一章：资料电学性能怎样评论资料的导电能力？怎样界定超导、导体、半导体和绝缘体资料？用电阻率ρ或电阻率σ评论资料的导电能力。按资料的导电能力（电阻率），人们往常将资料区分为：（1）绝缘体108（.m）（）半导体102108.m）（2（）导体10-8102.m）（327（4）超导体10（.m）2、经典导电理论的主要内容是什么？它怎样解说欧姆定律？它有哪些限制性？金属导体中，其原子的所有价电子均离开原子核的约束成为自由电子，而原子核及内层约束电子作为一个整体形成离子实。所有离子实的库仑场构成一个均匀值的等势电场，自由电子就像理想气体相同在这个等势电场中运动。假如没有外面电场或磁场的影响，必定温度下此中的离子实只好在定域作热振动，形成格波，自由电子则能够在较大范围内作随机运动，并时时与离子实发生碰撞或散射，此时定域的离子实不可以定向运动，方向随机的自由电子也不可以形成电流。施加外电场后，自由电子的运动就会在随机热运动基础上叠加一个与电场反方向的均匀重量，形成定向漂移，形成电流。自由电子在定向漂移的过程中不停与离子实或其余缺点碰撞或散射，从而产生电阻。JE，电导率σ=（此中μ=，为电子的漂移迁徙率，表示单位场强下电子的漂移速度），它将外加电场强度和导体内的电流密度联系起来，表示了欧姆定律的微观形式。缺点：该理论高估了自由电子对金属导电能力的贡献值，实质上其实不是所有价电子都参加了导电。（？把适用于宏观物体的牛顿定律应用到微观的电子运动中，而且认可能量的连续性）3、自由电子近似下的量子导电理论怎样对待自由电子的能量和运动行为？自由电子近似下，电子的本证波函数是一种等幅平面行波，即振幅保持为常数；电子本证能量E随波矢量的变化曲线是E（k)一条连续的抛物线。4、依据自由电子近似下的量子导电理论解说：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。准连续能级：电子的本征能量是量子化的，其能量值由主量子数n决定，而且其能量值也是不连续的，能级差与资料线度L2成反比，资料的尺寸越大，其能级差越小，作为宏观尺度的资料，其能级差几乎趋于零，电子能量能够当作是准连续的。能级的简并状态：把同一能级下拥有多种能态的现象称为能级的简并状态。简并度：把同一能级下的能态数目称为简并度。能态密度：对于某一个电子系统，在k空间内单位体积内能态的数目或倒易节点数称为波矢能态密度。ρ=V/(2π)3，含自旋的能态密度应为2ρ空间：假如使用波矢量k的三个重量k1,k2,k3为单位矢量修建坐标系，则每个能态在该坐标中都是一个整数点，对于准连续的能级，此坐标系中的每个整数点都代表一个能态。人们把此坐标系常数称为k空间或状态空间。等幅平面波：量子导电理论中在自由电子近似下用来描绘电子运动行为的本征波函数，其波幅保持为常数。-1-能级密度函数：电子的波矢能态函数对其能量的散布函数，能够以为是在单位能量宽度上的能态散布，表31达式为：NVdZ/dE(V/42)(2m/2)2E25、自由电子近似下的等能面为何是球面？倒易空间的倒易节点数与不含自旋的能态数是何关系？为何自由电子的波矢量是一个倒易矢量？①因为在k空间内，能量的大小仅与波矢k的长度有关，而与波矢的方向没关，所以所有等长的波矢均代表一个相同的能级，所以代表同一能级的所有状态点在k空间中应散布在以坐标原点为中心、以k为半径的球面（等能面）上。②倒易空间的倒易节点数=不含自旋的能态数③在波矢的计算中利用周期性界限条件、欧拉公式以及倒易矢量关系式获取以下关系式kNak2N2ak3Na3011123lπ假如令li为随意整数，则kii2Naii依据倒易矢量定义令b2/a,则波矢量可写成iilπlπl3πl1l2l3k222b2b3Na1N2a2N3a3N1b1N2N31这样就很简单证了然电子波的波矢量k就是晶格对应的倒易空间的倒易矢量。6、自由电子在同意能级的散布按照何种散布规律？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？怎样依据价电子浓度确立原子的费米半径？①同意能级中的电子在各能态的散布按照费米--狄拉克统计散布规律。其散布函数为：1，此中E为电子的能量,EF为费米能量或化学势，kB为波尔兹曼常数，T为绝f(E)exp[(EEF)/kBT]1对温度。散布函数的物理意义表示：T温度下，能量为E的能态被电子占有的概率为f（E），其图形如图：绝对零度时（基态），E<EF的能级的各能态被电子占有，f(E)=1；E<EF的能级能态则全空着，f(E)=0；E<EF时，f（E）发生陡直的变化。T温度下（T>0的激发态），散布函数在费米能量周边的陡直程度降落了，散布对应的能量范围约为EF周边kBT区间。可见温度越高，散布变化所对应的能量范围越宽。但E=EF时，f(E)恒等于1/2.这类变化的物理本质为：本来处于费米面以下周边费米能级的一部分电子因为遇到kBT能量的热激发而能够跃迁到费米面以上-2-能区。②费米面和费米能：按自由电子近似，电子的等能面在k空间是对于原点对称的球面。特别存心义的是E=EF的等能面，它被称为费米面，相应的能量成为费米能。③有效电子：能量位于费米面周边的部分价电子，当它们遇到某种能量的激发而跃迁到同意电子存在的不满态能区时，才能成为真实意义上的自由电子，我们把这些自由电子称为有效电子。④价电子是有可能超出费米面而参加导电的所有电子的会合，属于原子中比较活跃的电子，有效电子属于价电子，不过它超出了费米面而进入了未满能带而能够参加导电。⑤费米半径和价电子浓度N的关系：11kFN(一维空间）kF(32N)3(三维空间）kF(2N)2(二维空间）7、自由电子的均匀能量与温度有何种关系？温度怎样影响费米能级？依据自由电子近似下的量子导电理论，试剖析温度怎样影响资料的导电性。①温度高升，自由电子的均匀能量高升。②温度高升时，因为部分电子被激发，费米半径减小，资料原子的费米面稍微降落，但在很大的温度范围内，可近似以为不受温度影响。③对于自由电子，温度上涨使其能量提升，运动速度加快，但均匀的温度场只好使其作方向随机的热运动，只有不均匀的温度场才能使其产生定向漂移；对于费米面以下凑近费米面的价电子，温度场能促使其激发，能增添资料的有效电子数目；对于离子，增添温度则明显提升其热振动的振幅和频次，即增添声子的数目，其成效是极大地增添了离子实对电子的散射几率；此外还可能改变晶格周期场和电子的有效质量。整体上材料的电阻率随温度增添而增添，但资料不一样，温度范围不一样，两者的有关规律不一样。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说方面有何异同点？相同：都以自由电子作为电能传输的载流子。不一样：经典导电理论以为原子核外的所有价电子都参加了导电，而量子导电理论则是经过费米能级和费米面这一观点将价电子区分为两种状态，而且以为只有超出费米面之上的价电子（有效电子）才能够参加导电。9、何为能带理论？它与近自由电子近似和紧约束近似下的量子导电理论有何关系？①在电子能量散布状态中，假如考虑晶格周期势场对其的作用，那么电子的本证波函数就会变为一种由晶格周期势场调制的调幅平面波，而且在必定特定的能量地点上发生了断裂，即在k轴上出现了不一样意电子存在的中断点，资猜中这些不一样意电子存在的能隙就是所谓的禁带，而同意电子存在的能区被称为允带，相应的理论也被称为能带理论。②能带理论与近自由电子近似和紧约束近似下的量子导电理论的差异仅在于晶格周期势函数采纳不一样的近似，使得晶格周期势场的起伏程度不一样，晶格周期势场无起伏时称为自由电子近似，晶格周期势场起伏不大时称为近自由电子近似，晶格周期势场起伏很大时称为紧约束近似。10、孤立原子互相凑近时，为何会发生能级分裂和形成能带？禁带的形成规律是什么？何为资料的能带构造？①能级分裂：将N个原子渐渐凑近，原子之间的互相作用渐渐加强，各原子上的电子受其余原子（核）的影响；最外层电子的波函数将会发生重叠，简并会排除，原孤立原子能级分裂为N个靠得很近的能级；原子靠得越近，波函数交叠越大，分裂越明显。②能带形成：当两个原子凑近时，核外电子的交互作用渐渐加强，最外面的价电子最初产生交互作用，电子的能级发生交叠。因为越是处于外层的电子，其能量越高，能级量子数越大，所以这类能级交叠第一发生在价电子层，因为遇到泡利不相容原理的限制，能级固然发生交叠，但此中能态不可以重叠，而且原子数目越多，-3-这类交叠区的能级密度就越高，这类交叠结果使很多能级齐集到一同形成了能带。③本征能量的函数的中断点出此刻布里渊区的界面处，能级中断必定是在这些地点，可是资猜中这些地点并不必定出现禁带，能隙的宽度等于晶格周期势函数的傅立叶睁开式中相应项的系数的二倍，当能级的中断宽度达到必定程度而使得大部分电子不可以够超越时，便形成了禁带。④资料的能带构造是指能带的详细构成形式，包含构成、摆列方式、能级差和费米能级在此中地点等。11、在布里渊区的界面周边，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逝现象？试剖析禁带的产生原由。①费米面变化规律：考虑到晶格周期势场影响时，费米面在与布里渊区界面的交界处不连续，费米面有可能穿越布里渊区，受布里渊区的界面的影响，费米面的形状会发生畸变，这类影响和畸变程度随两个面间距的减小而加剧。②能级密度函数变化规律：假如取等厚度球壳为k空间的微元体积，在布里渊区以内，随球半径的增添球壳体积增添（同体积条件下球形表面积最小），即单位能量容纳的能态数增添，N（E）达到最大值，等能面半径持续增添，其表面面就渐渐接触第一布里渊区的界面，球壳表面面就会破裂，从而也会使整个球壳变得千疮百孔，支离破裂，k空间等厚度球壳微元体的体积就会逐渐减小，该阶段N（E）曲线会明显降落。当部分球壳穿越第一布里渊区进入第二布里渊区后，N（E）曲线会从头上涨。③禁带不出现或禁带重叠：受晶体构造要素的影响，能带的重叠能够使禁带消逝；晶格周期势场傅立叶睁开级数的系数为零，禁带消逝；多原子原胞（复式格子）晶体，因基元散射时的构造消光而使禁带消逝。④禁带产生原由：本征能量出此刻布里渊区界面处中断造成了禁带的产生。禁带不出现的原由：（Ⅰ）受晶体构造要素影响，能带的重叠能够使禁带消逝。（Ⅱ）晶格周期势场傅立叶睁开级数的系数为零，禁带消逝。（Ⅲ）多原子原胞（复式格子）晶体，因基元散射时的构造消光而使禁带消逝。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一样？能带理论中，自由电子的波函数由等幅平面波变为晶格周期势场调制的调幅平面波，电子的本征能量不再是连续的抛物线，而是在晶格的布里渊区界面处出现中断，本来准连续的能级此刻变为了由允带和禁带构成的能带构造，这使得自由电子不可以在各个能级上自由地超越和改动，而一定越过禁带才能抵达不一样的能级中，这需要外界供给额外的能量，资料的能带构造以及费米面在能带中的地点要素必定会影响电子的激发跃迁行为，从而影响资料的导电性。13、自由电子的能态或能量与其运动速度和加快度有何关系？何为电子的有效质量？其物理实质是什么？①能量处于k状态的电子运动速度等于波矢为k电子波的流传速度，其运动速度取决于能量对波矢量的商数或许偏导数（前者为相速度，后者为群速度）。②电子有效质量m*定义为：由dv1d2E.F对照于牛顿运动方程aF得：（m*)11d2Edt2m2dk2dk2③电子的有效质量是对电子本征质量的一种修正，为的是在计算中将电子遇到的外场作用和晶格周期场对电子综合作使劲综合在一同考虑，从而折算为电子的质量变化，方便计算和表达。引入电子有效质量观点完好是为了让电子在晶格周期场中的运动规律仍拥有牛顿定律的形式而把晶格周期场对电子的作使劲折换成其质量变化，或许说电子的有效质量中包含了晶格周期场对电子作使劲的影响。电子有效质量的变化实质上反映了晶格周期场对电子运动速度、加快度和能量的影响。-4-14、试剖析、论述导体、半导体（本征、混杂）和绝缘体的能带构造特色。①导体中含有未满带，在外场的作用下，未满带上的电子散布发生偏移，从而改变了本来的中心堆成状态，占有不一样状态的电子锁形成的运动电流不可以完好抵消，未抵消的部分就形成了宏观电流；②绝缘体不含未满带，满带中的电子不会受外场的作用而产生偏离均衡态的散布，过大，基层满带的电子没法跃迁到空带上来形成能够导电的未满带，

而一些含有空带的绝缘体，所以绝缘体不可以导电；

也因为禁带空隙③本本征半导体的状况和绝缘体近似，差异是其禁带能隙比较小，当遇到热激发或外场作用时，满带中的电子比较简单超出能隙，进入上方空的允带，从而使资料拥有必定的导电能力；④混杂半导体则是经过掺入异质元素，从而提供额外的自由电子或许额外的空穴以供基层电子向上超越，使得超越禁带的能量变低，电子更为简单进入上层的空带中，从而拥有导电能力。15、能带论对欧姆定律的微观解说与自由电子近似下的量子导电理论有何异同点？自由电子近似下的量子导电理论中那些能量低于费米能且远离费米面的价电子，因其四周的能态都是满态，其行动其实不自由，不可以导电，只有能量位于费米面周边的部分价电子才能够参加导电，成为有效电子，资料的导电能力主要取决于这些有效电子的运动状态与能量散布。能带理论基础与之近似，不一样的是能带理论在此基础上还引入了能量散布断裂和禁带对自由电子能量和运动状态散布的影响，资料能带构造对其电导率的影响则主要经过电子散布状态改变的难易程度来反应。16、解说原胞、基矢、基元和布里渊区的含义原胞：一种表征晶体构造的最小单元，每个原胞中只好包含一个点阵节点（基元），原胞也是一个平行六面体。基矢：原胞的相邻三个棱边的单位矢量。基元：晶胞中所包含的节点，能够是单个原子，也能代表多个同种或不一样种的原子。布里渊区：在倒易空间以某倒格点为坐标原点，作所有倒格矢的垂直均分面，倒易空间被这些平面包围和分割成很多的多面体地区，这些地区被称为布里渊区。17、试指出影响资料导电性的内外要素和影响规律，并剖析其原由。①内在要素：原子构造、晶体构造和晶格的完好性原子构造决定了其核外电子的组态，从而决定了电子的价态散布，以及能够参加导电的自由电子数目；晶体构造能够影响能带构造和晶格作用处的状况；晶格中存在缺点时，资料导电能力降落。②外在要素：温度场、电场、磁场温度能够增大自由电子的能量，金属的电阻跟着温度的高升而增大；

但同时也会使得原子中自由电子的运动状态变得更为无序，整体上来讲，电场能够使电子发生定向漂移，磁场能够改变电子的自旋状态，从而改变其散布。18、资料电阻的测试方法有哪几种？各有何特色？电桥法、直流电位差法、直流四探针法电桥法的特色是测试精度较高，但连线电阻难于除去；直流电压差法的特色之一是对连线电阻无要求，可用于高、低温条件下的温度的电阻丈量；直流探针法检测速度较快。19、简述用电阻法测绘固溶度曲线的原理和方法。原理：固溶体的电阻率随成分非线性变化而多相合金的电阻率成分线性变化。方法：①取几构成分密集变化的电阻剖析试件；②分别在不一样温度Ti下测试其电阻，也可将该温度下长时间保温的样品迅速激冷至室温，而后在室温下测试其电阻；③对各Ti绘制的电阻率--固溶度曲线；④确立各Ti曲线上曲线与直线的交点成分αi和相应的温度；⑤在T—B％绘出各αi，并连结成曲线。-5-资料力学性能—热学性能1、简述资料热容的定义，为何说资料的等容热容CV的物理实质是资料内能随温度的变化率常常需附带无相变、无化学反响和不过体积功的条件？CV和CP的实质差异是什么？对实质资料进行热剖析时，如有相变发生，为何其CP中还可以反响相变的热效应？①热容指必定量物质在规定条件下温度每变化一度（或K）所汲取或放出的热量。②当系统处于一般状况时，δQ=dU-∑Yidyi-∑μidni，其热容中将包含更多的能量要素惹起的热效应，只有在资猜中无相变、无化学反响和不过体积功的条件下才有δQ=dU，从而CV=δQ/dT=dU/dT,其等容热容CV的物理实质是资料内能随温度的变化率。CV=δQ/dT=dU/dT，Cp=δQ/dT=dH/dT，它们的实质差异在于Cp中包含了其余热效应。④因为Cp包含了相变等除内能之外的其余变化所产生的热效应。2、微观上怎样认识资料内能的构成？答：内能是资料内部微观粒子运动能量总和的统计均匀值。3、简述杜隆—珀替经典热容理论模型和结果，评论其限制性。①理论模型：把构成晶体点阵的基元近似成独立粒子和理想气体，并只考虑其均匀动能和势能，没有考虑原子振动形成的格波。②结果：CV=?E/?T=3R③限制性：模型太简化，结果仅反应当T＞ΘD时C→3R，且Cv与温度没关，对单原子气体的实验结果是，Vm比较切合的。4、解说何为晶格热振动、格波和色散关系？何为简谐近似和非简谐近似？怎样界定连续介质和非连续介质？色散关系式的个数怎样确立？色散与非色散介质中格波的相速度和群速度有何差异？①晶格热振动就是晶体中的原子在热能驱动下在其均衡地点周边进行的一种微振动。因为原子之间的互相作用，这类振动以行波的形式在晶格中流传，形成格波。格波的频次ω与波矢q之间的关系称为色散关系。②简谐近似是指将晶格热振动近似为一个简谐振动的模型，资猜中原子的总作用势能Un只好取到u2mn项，假如按非简谐近似Un常取到u3mn项。③假如格波波长λ远远大于原子间距a，则以为是连续介质，不然需按非连续介质办理。④色散关系的个数由单胞原子数P决定。如单原子原胞P=1，则只有一种色散关系式。⑤非色散介质中相速度与群速度相等，而色散介质中不相等。5、解说何为晶格振动模式？格波的波矢数和模式数怎样确立？为何晶体中有3PN种振动模式（或格波）？①振动模式：因为频次和波矢是一种波的主要特色参量，晶体中一种格波就有一组（ω，q）与之相对应，我们把它定义为一种振动模式。②格波波矢个数等于其倒易空间的倒易节点数，也等于晶格的原胞数N。一维单原子原胞的振动模式数等于格波数N，一维多原子原胞（设其原胞内有P个原子）的振动模式数为PN，三维多原子原胞的振动模式数为3PN。③因为原子热振动的位移拥有3个自由度，所以晶体中总合会有3PN种振动模式或格波。6、对晶格热振动进行正则坐标变换的意义是什么？依据量子力学，线性谐振子的能量表达式-6-是什么？答：经过正则坐标变换，原空间中3PN个振动模式（格波）或有互相作用的振动节点在新坐标系就被等效成为3PN个独立的简谐振子。求晶体晶格振动的总能量也转变为求3PN个独立简谐振子能量之和的问题。依据量子力学，频次为ωl的线性谐振子的本征能量为:εl=（?+nl）hl，nl=0,1,2,3...7、何为声子？对一个线性谐振子，声子的种类、声子的数目及其数目的增减各代表什么物理意义？为何声子数目拥有统计均匀值？它与温度有何关系？①格波（或等效谐振子）能量变化的最小单元②一种声子代表一种格波即一种振动模式。

hl被称为声子。当一种振动模式l处于其能量本征态时，称这类振动模式有nl个声子，即用一种声子的数目表征该简谐振子能量高低。声子数目增减表示谐振子能量的起伏变化。③因为必定温度下，振动能量存在着起伏，所以声子数目拥有统计均匀值。④温度高升，声子数目增添。8、解说何为格波模式密度或模式密度函数？简述模式密度函数的求取方法。模式密度为在单位频次范围内的振动模式（或格波）数，即g(ω)=dn/dω，dn表示频次在ω～ω+dω范围内的振动模式（或格波）数。求取方法就是求导数9、简述与晶格热振动有关的等容热容的求解方法，并分别说明爱因斯坦理论和德拜理论的近似方法和成效特色，你对两种理论的结果有何评论？①晶格热振动的总能量等于3PN个简谐振子振动能量之和，E=依据麦克斯韦-波尔兹曼统计散布规律和积分中值定理求得T温度下nl的统计均匀值，得晶格热振动的总能量而后求该函数对温度的导函数即可获取。②爱因斯坦假定所有谐振子有相同频次，即能量相同，而且频次与波矢q没关。该结果除在高温时Cv→3R外，多半状况下与实验结果有较大偏差。德拜假定晶体为连续介质，格波等效为弹性波（主要考虑此中声频支），并以为纵波与两支横波流传速度均等于V。德拜晶格热振动热容理论在解说金属热容实验现象方面是成功的，特别在低温下，理论结果与实验数据切合的特别好。但随温度增添，德拜热容理论的偏差会愈来愈大。10、自由电子对晶体等容热容有何贡献？该热容随温度怎样变化？自由电子平等容热容的贡献此贡献在低温区对热容的贡献很小，但在极低平和高温下不容忽视，造成理论热容值在极低平和高温下雨实验结果出现偏差的根来源因就是未考虑自由电子的能量。11、实质资料的等压热容往常由哪些部分构成？又遇到哪些要素的影响？有什么影响规律？①实质资料的等压热容包含等容热容部分和资料除内能之外的其余变化所产生的热效应。②遇到温度、晶体构造和成分以及相变的影响。温度高升，资料的热容增大。晶体构造能够改变资料恢复系数β、基元构成和原子间距，从而改变色散关系和睦振子数目；化学成分还可以够决定原子质量M和各样原z数目及比率，也能够影响资料的Cv值及变化规律。一级相变以致等压热容出现不连续奇怪，二级相变以致等压热容出现连续奇怪。-7-12、一级相变、二级相变怎样界定？为何一级相变、二级相变在相变温度点其热容曲线会出现差异？①在相变点，一级相变的特色是：两相化学位连续；两相化学位一阶偏导数有突变；二级相变的特色是：两相化学位和化学位一阶偏导数连续；两相化学位二阶偏导数存在突变。②一级相变在相变点处其化学位的一阶偏导数不连续，其二阶偏导数必定不存在，所以其等压热容在相变点出现中断奇怪。二级相变的化学位一阶偏导数在相变点连续，而二阶偏导数在相变点不连续，故其等压热容在相变点出现连续奇怪。13、解说差热剖析（DTA）、差示扫描量热剖析（DSC）；画出45﹟钢由室温加热到Ac3+30～50℃,保温后再空冷到室温全过程的（DTA）曲线，剖析该曲线的形成原由，标出各特色温度点，并说明其发生的相变。①差热剖析：热差剖析是按必定程序控制实验温度变化，并及时监测处于同一条件下样品与标准样品（参比物）的温度差与温度或时间的关系从而对试样的组织构造进行剖析的一种技术。②差示扫描量热剖析：在程序控制温度条件下，丈量输入到试样的功率差和参比物与温度或时间关系的一种测试剖析技术。③T1为液相线温度，T2为共晶温度。因为共晶合金在凝结过程中，当有固相从液相中析出和发生共晶转变时，往常伴有必定的热效应产生，示差热电偶便将这些热效应惹起的温差以热电势的形式记录下来。14、何谓资料的热膨胀？其物理实质是什么？为何热膨胀系数能反映原子结协力的大小？为何简谐振动近似没法说明热膨胀的物理实质？①热膨胀：资料在加热和冷却过程中，其宏观尺寸随温度发生变化的现象。②物理实质：在非简谐近似下，随温度增添，原子热振动不单振幅和频次增添，其均衡地点距均匀尺寸也增添，宏观上变现为热膨胀。③因为原子偏离均衡地点的距离Un与原子间作使劲有关。④因为简谐近似下，原子的互相作用势能睁开函数近取到位移的二次项，该势能函数是对于原子均衡地点对称的。说明原子只以其均衡地点为中心振动，温度增添时振幅和频次增添。但微观上原子的均衡间距不发生变化，宏观上晶体尺寸不改变。相变、合金化、晶体构造的不一样以及晶体缺点都会影响资料的热膨胀特征。①热膨胀曲线在一级相变点中断奇怪，在二级相变点连续变化。②合金化对膨胀系数的影响很复杂，必定近似下的共性有：单相连续固溶体的膨胀系数其量值往常在两组元膨胀系数之间；固溶体从无序向有序转变膨胀系数常降低；两组元形成化合物膨胀系数一般比形成固溶体低；多相合金的膨胀系数与各相的膨胀系数、弹性模量E和体积分数有关；铁磁合金中易出现膨胀失常现象。③晶体构造与原子间距、恢复力系数有关，影响原子结协力，也造成膨胀系数各向异性；晶体缺点损坏晶体构造的完好性，使膨胀系数增添。-8-试画出亚共析、共析、过共析碳钢由室温到奥氏体化温度迟缓加热和冷却过程的一般和示差光学膨胀曲线，剖析曲线的形成原由，标出各特色温度点，并说明其发生的相变和组织转变。一般示差简述由热膨胀剖析方法测绘过冷奥氏体等温转变曲线的原理和方法，并说明为何由膨胀曲线能获取组织转变量曲线？对不完好转变又怎样办理？原理：利用热膨胀测试剖析资猜中的组织或相转变的原理是假定试样的体积膨胀量与此中的组织或相变量成正比。即相或组织转变量（%）=（发生的膨胀量/总膨胀量）×该相或组织在最后组织中的百分数方法：为了测绘等温或连续转变曲线，一定第一把各试样在等温或连续冷却条件下测得的膨胀曲线变换为相应的转变量-时间曲线，而后再绘制等温或连续转变曲线。解说温度场、温度梯度、热通量、导热系数、热阻、导温系数。①温度场：指物体内温度随空间和时间的散布规律。②温度梯度：温度沿其等温面法向的变化率，方向指向温度增添方向。③热通量（热流密度）：指单位时间内经过单位法向面积的热量。④导热系数：对于导热性质各向同性的资料，有q=-λ·gradT，此中比率因子λ称为导热系数或热导率。单位：W/(m·K)⑤热阻：定义W=1/λ为热阻，单位：m·K/W⑥导温系数：α=λ/ρc，单位：（㎝）2/S，表征资料传热的快慢程度。此中ρ为资料密度，c为资料比热。资料导热的物理实质是什么？有哪几种导热体制？微观上它们的导热系数有何不一样？影响导热的要素有哪些？实质：热传导是热量（能量）在温度梯度驱动下的定向运输过程。体制：热量的载运者能够是自由电子（电子导热）、格波（声子导热）和电磁波（光子导热等）。影响要素：原子构造、晶体构造、成分、组织及晶体构造完好性。-9-第三章：资料的磁学性能1复习磁场、磁场强度、磁化强度、磁感觉强度（磁通量密度）、磁化率、磁导率等观点及它们的关系。①磁场：任何磁极和运动电荷（或电流）都能在其四周产生磁场，磁场的特征是能使此中的磁介质磁化，对在此中运动的电荷或载流导体产生作使劲并对它们做功。②磁感觉强度B：表征不一样介质中磁场强弱和方向的物理量。③磁场强度H：任何介质中，磁场中某点处的磁感觉强度与该点磁导率的比值被定义为该点的磁场强度。除去了磁介质对磁场强弱的影响。④磁化强度M：。：，此中，为该磁介质的磁化率。磁导率r：r=1+定义为资料的相对磁导率，简称磁导率。关系为：简述环电流与磁矩的关系、电子的循轨磁矩与其角动量（动量矩）的关系、电子的自旋磁矩与其自旋角动量的关系；说明主量子数、轨道角量子数、轨道磁量子数（空间量子数）、自旋量子数、自旋磁量子数及其取值范围。环电流与磁矩的关系：轨道磁矩：可见轨道磁矩正比于其角动量而方向相反。电子自旋磁矩：电子自旋角动量（自旋动量矩）：可见其大小成正比，方向相反主量子数：主量子数的n的取值为1，2，3...等正整数角量子数：L只好取小于n的非负整数：l=0,1,2,3(n-1)磁量子数：自旋量子数：ms=1/2孤立原子的总磁矩与其核外电子的循轨磁矩和自旋磁矩是什么关系？?原子的总磁矩是由原子核外未被电子填满的壳层上的所有电子的轨道磁矩和自旋磁矩-10-及其组合形式。解说什么是抗磁性、顺磁性和铁磁性物质。抗磁性（抗磁质），10-6～10-4数目级，与m、H,T没关顺磁性（顺磁质）数值在10-5～10-2量级，m与H没关，但与T有关。铁磁性（铁磁质），101～106数目级，m与H呈非线性关系，与温度有关。简述物质的顺磁性和抗磁性是怎样产生的？它们都遇到哪些要素的影响？vv物质顺磁性的产生主假如由各原子和离子实的磁矩J和各自由电子的自旋磁矩S在外磁场中的取向过程中造成的。简述铁磁质磁化曲线和磁滞回线的特色，解说节余磁感觉强度和矫顽力；何谓磁位能，它与哪些要素有关？怎样降低系统的磁位能？1）磁化曲线是磁介质的磁化强度M（或磁感觉强度B）随外磁场强度H的变化曲线，分为静态磁化曲线和动向磁化曲线（磁滞回线）。铁磁质的磁化曲线的特色:①铁磁质的静态磁化曲线按磁化强度M随外磁场H的变化规律大概可分为三个阶段。第一阶段磁化强度随外磁场迟缓增添；撤掉外磁场，磁化强度恢复为原始值（可逆磁化）。第二阶段磁化强度随外磁场强度增添而迅速增添；去除外磁场，磁化强度不可以完好恢复至原始状态（不行逆磁化或有剩磁）。第三阶段磁化强度又随外磁场强度增添而迟缓增添并趋于饱和状态。②磁滞回线的形状与磁场强度和磁场强度的变化频次及变化波形有关；频次一准时，随交变磁场强度幅值的减小，磁滞回线的形状渐渐趋近于变为椭圆形；随频次增添，磁滞回线体现椭圆形的磁场强度幅值的范围扩大，且各磁场强度幅值下回线的矩形比增大。2）磁滞回线中，外磁场H减小为零时，铁磁质所拥有的磁感觉强度为节余磁感觉强度Br，简称为剩磁；为使剩磁降低为零而施加的反向外磁场强度Hc，称为矫顽力。v4)外磁场H与铁磁质的互相作用能为磁位能EHvvJ0HcosEHJ0H5）某处某磁矩的磁位能与外磁场强度H，该处的磁导率，该磁矩J的大小和磁矩与外磁场的夹角θ有关。6）使更多的磁矩转向与外磁场一致的方向能降低系统磁位能。-11-7解说磁各向异性、易磁化方向和难磁化方向，简述什么是磁各向异性能和磁化功？它们有何关系？怎样降低系统的磁各向异性能？1）外磁场对铁磁单晶体的磁化，在不一样的晶向上，磁化的难易程度各不相同，这类现象为磁各向异性。容易磁化的晶向为易磁化方向，难磁化的晶向犯难磁化方向。2）磁化功是磁介质磁化过程中，外磁场对其所做的功。3）磁介质在磁化过程中，外磁场对其所做的功转变为磁介质系统的内能，沿不一样晶向磁化而增添的系统内能为各向异性能Ek。磁各向异性能能够用不一样晶向的磁化功表示。4）磁介质的磁化尽可能优先选择易磁化方向进行。解说磁致伸缩、磁致伸缩系数和磁弹性能。怎样降低系统的磁弹性能？1）磁致伸缩指磁介质被磁化时，其尺寸和形状发生改变的现象。2）磁致伸缩系数：磁致伸缩系数l(ll)l0或v(vv)v。000磁致伸缩系数的量值为106~103；能够是正当，也能够是负值。磁致伸缩系数随磁场强度H的变化因材料而异，存在各向异性和磁饱和现象。3）磁介质磁化时，当磁致伸缩遇到应变阻力，磁化功中一定额外增添一部分用于战胜这类应变阻力，所额外增添的部分以磁弹性能形式进入磁介质系统的内能中。4）尽量防止磁致伸缩现象。9、简述形状各向异性、退磁场强度、退磁因子、退磁能和它们的关系。怎样降低系统的退磁能？1）磁介质的外面几何形状影响其磁化的现象叫磁化的形状各向异性。v2）出现上述现象的原由是铁磁介质被磁化时，其内部会出现退磁场Hd，用以阻挡外磁场对它的磁化。vv此中N为形状退磁因子，与铁磁质的几何形状、vHdvNM能否存在磁极有关，Hd的方向总v是与M或H相反。vEd。3）退磁场Hd与铁磁质的互相作用能为退磁能EdvvHdMcos( )HdMHdMd(Ed)HddM所以铁磁质的退磁能为EdMM1NM2HddMNMdM002（N0），4）为降低系统的退磁能，铁磁质磁化时尽可能形成关闭磁回路，此时因其形状退磁因子趋于零其退磁能也趋于零。10简述Wiss铁磁性假说的主要内容，说明物质自觉磁化形成铁磁质的条件；为何互换积分常数A能决定原子磁矩的磁有序构造？原子间距为何能影响互换积分常数A？居里温度Tc以上，铁磁质为何转变为顺磁质?Wiss铁磁性假说的主要内容：①铁磁质内部存在很强的分子场，在该分子场的作用下，原子磁矩趋势于同方向平行摆列。——分子场假说。②铁磁质内散布有若干原子磁矩同向平行摆列的小地区（磁畴），各磁畴的磁化方向随机散布，相互抵消，-12-整体对外不显磁性。——磁畴假说。2）物质自觉形成铁磁质的条件：①原子构造条件（必需）：要求构成物质的原子（或离子）总磁矩J0，即存在未被抵消的轨道、自旋磁矩，特别是②晶体构造条件（充分）：互换积分常数A＞0。v互换能：EvAPPcosAPPexs1s2s1s2

0。A为互换积分常数，取决于电子运动状态的波函数和两原子间距。3）若A0，当0时(Eex)minAPs1Ps2cos(0)APs1Ps2此时，两电子自旋磁矩同向平行摆列互换能最低。若A0，当时(Eex)minAPs1Ps2cos( )APs1Ps2此时两电子自旋磁矩反向平行摆列互换能最低。4）在Wiss假说中，使原子磁矩同方向平行摆列的“分子场”，其实是晶体内相邻原子间电子自旋的互换作用，是一种量子效应。当相邻两原子互相凑近，核外电子云互相重叠，其电子自旋角动量产生一种互换作用，与其相对应的能量为互换能。改变原子间距，能改变两原子电子云互相重叠的程度，影响相邻电子自旋角动量互换作用，从而影响互换积分常数A。5）当温度高升至居里温度时，晶体的ar3d6，相邻电子自旋角动量的交互作用已很弱，互换积分常数A趋于零，故铁磁质转变为顺磁质。何谓磁畴？简述铁磁质磁畴构造特色，并指出磁畴构造和磁畴壁构造的决定要素；磁畴壁的实质是什么？有几种种类？磁畴指铁磁质内部自觉磁化至饱和状态（原子磁矩同向平行摆列）的小地区。磁畴构造是对磁畴的形态、尺寸、取向、畴壁种类、畴壁厚度及其构成形式的一种描绘，近似金属资料的组织，所以也称磁畴组态。磁畴构造的特色：a）磁畴分为主畴和副畴，主畴一般都为大而长的片状或棱柱状，往常沿晶体易磁化方向；副畴多为短而小的三角形，不可以保证都出此刻易磁化方向；b）相邻磁畴经过主畴、副畴和磁畴壁组合形成自己关闭的磁回路；）相邻磁畴之间是磁畴壁，它是自旋磁矩改变方向的过渡区；d）磁畴的尺度往常小于晶粒，畴壁不可以穿越晶界。磁畴是自觉磁化的结果，但决定磁畴构造的倒是系统中的各样能量要素。决定磁畴构造的要素以下能量要素决定磁畴的构造。其原则是使系统的内能最低。互换能最低：偏向于让所有自旋磁矩同方向平行摆列，形成磁单畴。退磁能最低：偏向于让所有磁畴均形成关闭磁回路。磁弹性能最低：偏向于形成多半量、小尺寸、多方向、应变自恰的磁畴构造。磁各向异性能最低：偏向于让所有磁化方向均处于易磁化晶向。上述各样能量要素都希望自己所引发的能量在系统总能量中所占比率尽可能低，但它们所偏向的磁畴构造却常常是互相矛盾的。各样能量要素经矛盾运动，最后结果是形成的磁畴构造必定是使系统总的能量处于最低状态。-13-（4）磁畴壁是相邻磁畴之间自旋磁矩转向的过渡区。有两种种类。Blooh壁：畴壁内所有自旋磁矩变向的转轴垂直于壁面。Neel壁：畴壁内所有自旋磁矩变向的转轴平行于壁面。其厚度和种类主要由互换能和磁各向异性能决定1）互换能：畴壁越厚，互换能越低,自然磁畴壁厚度增添，涉及的过渡原子总数会增添，这会改变总的畴壁能及其构成。2）磁各向异性能：畴壁越薄，磁各向异性能越低。但最后的畴壁厚度必定使系统总畴壁能最低。何谓铁磁质的技术磁化？其磁化过程中磁畴构造的变化规律是什么？1）铁磁质的技术磁化是指铁磁质在外磁场作用下对外显示磁性的过程。2）磁化过程中磁畴构造的变化规律：在Ⅰ阶段，M随H的增添而迟缓增添，去除外磁场后，无剩磁；在铁磁质内部，磁化经过畴壁的可逆迁徙（畴壁近邻区磁矩转向）使其内部与外磁场H成锐角的畴区面积增添。在Ⅱ阶段，M随H的增添而迅速增添，H去除后有剩磁，此时，因为外磁场H较大，磁畴壁在迁徙过程中克服了某些位垒，从而造成磁畴壁的不行逆迁徙；在铁磁质内，与外磁场H成锐角的畴区面积进一步扩大，有可能形成单调磁畴。在Ⅲ阶段，随H的增添，M又迟缓增添并趋于饱和；在铁磁质内部，整个单调磁畴经过磁化方向向外磁场H方向旋转来进一步使M增添。磁畴壁迁徙的阻力有哪些？为何它们能影响磁畴壁迁徙？磁畴壁迁徙的阻力主要有：①不均匀的应力场。不均匀的应力场表示磁介质内存在局部应力区，局部应力区必定与迁移经过该处的磁畴壁经过弹性应变产生能量上的交互作用，造成畴壁能随迁徙地点变化而起伏的现象，以下图。在迁徙距离内（由a→b），这类作用有三种可能：a）应力区使畴壁能增添畴壁经过该地区时因磁致伸缩而惹起畴壁内的弹性应变与该地区的应力状态不一致，应力区相当于能量起伏的“波峰”。若磁畴壁位于应力区以前，则一定依靠外磁场做功，才能使磁畴壁抵达此位垒顶部的亚稳地点,总之一定依靠外磁场做功才能使磁畴壁经过该地区。b）应力区使畴壁能降低畴壁经过该地区时因磁致伸缩而惹起畴壁内的弹性应变与该地区的应力状态一致，应力区相当于能量起伏的“波谷”，对磁畴壁拥有“钉扎”作用，也需要外磁场额外做功才能让畴壁走开该处。）应力区不改变磁畴壁的畴壁能此时相当于无交互作用。②夹渣或杂质对铁磁质而言，夹渣或杂质主要指磁和磁化特征不一样的异类物质。当畴壁经过此类异质物时，相同会与畴壁产生交互作用使畴壁能增高或降低，造成畴壁经过时的“位垒”或“钉扎”。-14-何为动向磁特征？磁场频次和场强幅值对动向下磁滞回线的形状有何种影响规律？复数磁导率的实部和虚部各有什么物理含义？1）动向磁特征是指铁磁质在交变磁场作用下的特征。2）①频次必定，随交变磁场强度幅值的减小，磁滞回线的形状渐渐趋近于变为椭圆形。②随频次增添，磁滞回线体现椭圆形的磁场强度幅值的范围扩大，且各磁场强度幅值下回线的矩形比BriBmi增大。3）%BH(BmHm)eii此中实部(BmHm)cos为弹性磁导率，表征磁性资料储藏能量的能力。虚部(BmHm)sin为消耗（或粘滞）磁导率，表征磁性资料磁化一周的能量消耗状况。资料磁性的影响要素有哪些？影响规律是什么？1）温度①温度增添，系统的热运动能量（kBT）增添，它阻挡或损坏原子磁矩或自旋磁性的有序性，对顺磁性、铁磁性磁化过程均有不利影响；②温度增添，原子（或离子）热振动振幅增添（热振动）、原子均匀间距增大（热膨胀），从而能改变原子间电子自旋磁矩的互换积分常数和互换能，损坏铁磁质的自觉磁化条件。2）应力若规定：0表示磁致伸长，0表示磁致缩短；0，表示拉应力，0，表示压应力，则：,同号，有益磁化；,异号，不利磁化。3）资料的不完好性（杂质、缺点、冷变形加工硬化、晶界数目等）资料不完好性浓度的增添，均增添资料的磁化阻力，使磁化变得困难。4）织构因为铁磁质磁化时陪伴有磁各向异性能和磁弹性能的改变，所以人们能够采纳某种工艺举措，使铁磁质的易磁化晶向择优取向，形成所需的织构组织，并同时尽量降低其磁弹性能，从而提升资料的磁性能。比如，通过冷加工或控制轧制工艺，可获取轧制织构（主假如易磁化方向的择优取向）；而经过磁场中退火工艺可获得磁织构（主假如易磁化方向和内应力的两重择优取向）。5）资料的成分与组织（合金化）资料的成分、组织对其磁化的影响特别复杂，很难总结其广泛规律。16对多相合金，其饱和磁化强度Ms与各构成相的Msi和体积分数Vi有何关系？该关系有何应用？怎样用磁性剖析法剖析淬火钢中节余奥氏体的相对量？1）对于多相合金，其饱和磁化强度MS与其各构成相的MSi和体积分数Vi拥有线性关系，即MSVViMSi2）能够利用此关系用磁性剖析法进行定量金相剖析。3）对于碳钢和低合金钢，淬火后只有马氏体M和节余奥氏体A。MSVMSMVMMSAVA此中：MS,MSM,MSA分别是待测试样、纯马氏体和纯节余奥氏体的饱和磁化强度；V,VM,VA分别是它们的体积。因为奥氏体为顺磁体，MSA0，则上式变为MSMSMVMV节余奥氏体的体积分数A(%)(VVM)V(MSMMS)MSM100%。-15-有两种方法可获取MSM值①标准试样：用同种资料，淬火后冷办理，再进行回火，以获取尽可能为单调纯马氏体组织，而后测定其饱和磁化强度作为MSM。②计算：MSM172074WCWC为钢的含碳量（要求WC1.2%）当钢中除马氏体M、节余奥氏体A外还有其余碳化物时，设它们的体积分数分别为：MVMV、AVAV、cmVcmV，MAcm1A(MSMMS)MSM100%cm此中：MSM可用标准样品测定，cm用萃取法或定量金相法确立，待测试样的MS可用前述磁性丈量方法测得。第五章：资料的弹性与内耗何谓资料的弹性？弹性模量的物理意义是什么？哪些要素影响资料的弹性模量？资料的静态弹性模量和动向弹性模量有何差异？1）给资料施加外力，资料会发生变形，外力去除后资料能恢还原状的性质称为资料的弹性。2）宏观上，E代表资料对弹性正应变的抗力；微观上E表征原子间的结协力。3）影响要素（1）原子构造和晶体构造：原子构造不一样，价电子层和能带构造不一样，直接影响原子间互相作用势能，再加上晶体构造不一样，原子间距和近邻原子数都不一样，也对原子的互相作用势能和恢复力系数有影响，E对晶体构造十分敏感。2）温度：温度经过热膨胀或热振动，影响原子间距，从而影响弹性模量；此外，温度还可以明显降低原子位移的阻力。3）电、磁场：对于介电质和铁磁质，电场、磁场能分别惹起电致伸缩、磁致伸缩，再加上热膨胀、外力等要素的复合作用，也会影响弹性模量。4）变形速率和弛豫时间：因为应变在微观上常与原子迁徙、位错运动、晶界滑移等体制有关，而这些微观运动是需要时间来达成的，所以，宏观上的变形速率、弛豫时间等要素也能影响Ｅ。4）由资料的单向拉伸实验和应力、应变曲线获取的弹性模量，往常被称为静态弹性模量。由共振频次法和超声法测得的弹性模量为动向弹性模量。静态模量大多低于动向模量，这是因为静态测试弹性模量（1）测试时的应变速率太低，过程中简单产生应变弛豫现象；（2）测试时应力太大，很难保证微观上不发生塑性变形。何谓理想弹性体？实质弹性体在弹性范围内存在哪些非弹性现象？什么是资料的内耗现象？解说动滞后和静滞后。1）严格切合虎克定律的资料被称为理想弹性体，要求资料同时知足三条标准：线性、刹时性、独一性。2）实质弹性体在弹性范围内存在的非弹性现象有：①线性②刹时性③独一性理想弹性√√√非线性弹性×√√线性滞弹性√×√线性粘弹性√××刹时范性×√×-16-3）资料的内耗是指资料在弹性范围内因为其内部各样微观要素的原由以致机械能渐渐转变为为资料内能的现象。4）动滞后：线性滞弹性和线性粘弹性都不知足刹时性，即存在应变滞后应力的现象，所以都会产生内耗，而且这类应变滞后效应与加载速率或频次关系亲密。假如加载的速率特别迟缓或频次很低，这类滞后效应就不会出现，所以，又把这类滞后称为动滞后。5）静滞后：刹时范性知足刹时性，此类弹性体应变滞后应力是刹时动向发生的，不依靠于加载速率或频次，仅与应力大小有关。再迟缓的速率或频次，滞后现象也存在。什么是粘、滞弹性的静态响应特征？解说恒应力下的应变弛豫，恒应变下应力弛豫，未弛豫模量Eu，充分弛豫模量ER，动向模量E，恒应力下的应变弛豫时间和恒应变下应力弛豫时间。①响应特征是指施加或去除应力（或应变）载荷时，应变（或应力）的刹时表现行为，所谓静态是指施加的是静态载荷。②恒应力下的应变弛豫（弹性蠕变）给滞弹性体施加应力0，并保持不变，其总应变为：0(t)0是与应力同时出现（同相位）的刹时应变；(t)是落伍于应力、与时间有关的滞后（弛豫）应变（弹性蠕变）。同理，卸载时，应变的恢复会发生相反的过程，往常被称为弹性后效。相应的弹性模量变化为：Eu00为未弛豫模量ER0为充分弛豫模量E0(t)为动向模量EREEu为恒应力下的应变弛豫时间2）恒应变下的应力弛豫现象（弹性应力废弛）在上述加载过程中，假如保持应变0不变，经过一准时间后，此中的应力将会发生变化。d0dt此中的为恒应变下的应力弛豫时间。自然，卸载时也会发生相反的过程。4.什么是粘、滞弹性的动向响应特征？图示说明总应变ε中哪部分是应力同位相的弹性应变1？哪部分是滞后应变中与应力同位相的重量1？哪部分是滞后应变中滞后应力/2位相的重量ε″2？这些应变或与复模量、未弛豫模量、充分弛豫模量、模量损失和内耗有什么关系？所谓动向响应特征指应力随时间周期性变化时，应变滞后应力的表现行为。1是与应力同相位的应变。（与时间没关）1是滞后应变中与应力同相位的重量。（与时间有关）2是滞后应变中滞后应力/2相位的重量（与时间有关）1代表着模量的损失效应，2代表内耗。-17-为何滞、粘弹性资料应变相对于应力的滞后角能代表其内耗费？为何EuER等式建立？书上151页，答案暂不明确。第二个答案是广义胡克定律推到，见P151.6.试证明对滞弹性（弛豫）内耗，其内耗与应变振幅的大小没关、( )1是内耗有最大值、并剖析其原由。当时，载荷变化速率太高，克制了弛豫过程的出现，而使当()1时，载荷