材料性能总结

材料力学性能

第一章材料单向静拉伸的力学性能

1、名词解释

弹性比功：为应力-应变曲线下弹性范围所吸收的变形功的能力,又称弹性比能，应变比能。即弹性比功=ζe2/2E =ζeεe/2 其中ζe为材料的弹性极限，它表示材料发生弹性变形的极限抗力

包申格效应：指原先经过变形，然后反向加载时弹性极限（ζP）或屈服强度（ζS）降低的现象。

滞弹性：应变落后于应力的现象，这种现象叫滞弹性

粘弹性：具有慢性的粘性流变，表现为滞后环，应力松弛和蠕变。上述现象均与温度，时间，密切相关。内耗：材料在弹性范围加载和卸载时，有一部分加载变形功被材料所吸收，这部分功叫做材料的内耗.

塑性：指金属材料断裂前发生塑性变形的能力。

脆性断裂：材料断裂前基本上补产生明显的宏观塑性变形。断口一般与正应力垂直，宏观上比较齐平光亮，常呈放射状或结晶状。

韧性断裂：材料断裂前及断裂过程冲产生明显宏观塑性变形的断裂过程。断口往往呈暗灰色、纤维状。

解理断裂：在正应力的作用下，由于原子间结合键的破坏引起的沿特定晶面发生的脆性穿晶断裂。

剪切断裂：材料在切应力作用下沿滑移面滑移分离而造成的断裂。

河流花样：实际上是许多解理台阶，不是在单一的晶面上。流向与裂纹的扩展方向一致。

韧窝：材料发生微孔聚集型断裂时，其断口上表现出的特征花样。

2、设条件应力为ζ，真实应力为S，试证明S>ζ。

证明：设瞬时截面积为A，相应的拉伸力为F，于是S=F/A。

同样，当拉伸力F有一增量dF时，试样在瞬时长度L的基础上变为L+dL，于是应变的微分增量应为de=dL/L，试样自L0伸长至L后，总的应变量为e=lnL/ L0 式中e为真应变。于是e=ln（1+ε）

假设材料的拉伸变形是等体积变化过程，于是真应力和条件应力之间有如下关系：

S=ζ（1+ε）由此说明真应力S大于条件应力ζ

3、材料的弹性模数主要取决于什么因素？高分子材料的弹性模数受什么因素影响最严重？

答：材料弹性模量主要取决于结合键的本性和原子间的结合力，而材料的成分和组织对它的影响不大，可以说它是一个对组织不敏感的性能指标（对金属材料），而对高分子和陶瓷E对结构和组织敏感。

补充：影响聚合物的弹性模量的因素：下列因素的增加，E↑1)主键热力学稳定性的增加2）结晶区百分比的增加3）分子链填充密度的增加4）分子链拉伸方向取向程度的增加5) 集合物晶体中链端适应性增强6)链折叠程度的减小

4、决定金属材料屈服强度的主要因素有哪些？

答：内在因素:结合键,组织,结构,原子本性

结合键: 金属—金属键高分子—范德华力陶瓷—共价键或离子键键能越大，屈服强度越大。

组织: 四种强化机制影响ζrs ：①固溶强化②形变强化③沉淀和弥散强化④晶界亚晶强化其中沉淀强化和晶粒细化是工程上常使用提高ζrs 的手段。前三种机制提高ζys,但是降低δ,只有第四种提高ζrs又提高δ。

外在因素：温度+应变速率+应力状态

温度因素：一般升高温度，金属材料的屈服强度下降。但是金属晶体结构不同，其变化趋势各异。

应变速率与应变状态：应变速率对金属材料的屈服强度有明显的影响。在应变速率较高的情况下，金属材料的屈服应力将显著升高。应力状态的影响是切应力分量越大，越有利于塑性变形，屈服强度就越低。不同应力状态下的材料屈服强度不同。

补充：

ζ0.2屈服强度单位是Mpa，表示的是试样卸除拉伸力后，其标距部分的残余伸长达到规定的原始标距百分比是0.2%时的应力。

ζb抗拉强度单位是Mpa，代表产生最大均匀塑性变形抗力，但它表示了材料在静拉伸条件下的极限承载能力

以上两种强度都是在静载条件下的拉伸实验中测得。

穿晶断裂可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂；而沿晶断裂则多数为脆性断裂。

准解离断裂实际上也有一定的塑性变形，如：贝氏体钢中、高强度钢

它是解理和微孔聚合的混合断裂

相似点:有解理面、河流花样

不同：①主裂纹的走向不太清晰，原因是主裂纹前方常产生许多二次裂纹；②晶粒内部有许多撕裂棱，撕裂棱附近有许多变形；③裂纹多萌生于晶粒内部，裂纹的扩展从解理台阶逐渐过渡向撕裂棱。

另外，加工硬化指数也是重点

第二章

一名词解释：

（1）应力状态软性系数（新书38页）

（2）缺口效应：缺口产生应力集中，引起三向应力状态,使材料脆化，由应力集中产生应变集中，使缺口附近的应变速率增高。

（3）缺口敏感度：缺口式样进行拉伸试验时，常用试样的抗拉强度ζbN与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度ζb的比值作为材料的缺口敏感性指标，并称为缺口敏感度。

（4）布氏硬度：将单位压痕面积承受的平均压力（F/S）定义为布氏硬度。。。。。。。

（5）洛氏硬度:

2 说明下列力学性能指标的意义

（1）ζPC：规定非比例压缩应力；（2）ζbc:抗压强度；（3）ζpb：规定非比例弯曲应力;（4）ζ：弯曲强度；（5）ηs：扭转屈服强度；（6）ηp0.3：规定非比例扭转应力；（7）ηb：扭转强度bb

极限；（8）γmax：扭转相对残余切应变最大值;（9）HBS压头为淬火钢球时的布氏硬度值表示符号；

（10）HBW：压头为硬质合金球时的布氏硬度值表示符号；（11）HR30N（12）HR45T（13）HV：维氏硬度和显微硬度（14）HK努氏硬度（15）HS（16）q e：缺口敏感度，试样的抗拉强度ζbN与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度ζb的比值；

3缺口对材料的拉伸力学性能有什么影响？

（1）缺口产生应力集中

（2）引起三向应力状态,使材料脆化

（3）由应力集中产生应变集中

（4）使缺口附近的应变速率增高

4今有如下工件需要测定硬度，试说明选用何种硬度测试方法为宜。

(1)渗碳层的硬度分析(2)淬火钢(3)灰铸铁(4)硬质合金(5)鉴别钢中的隐晶马氏体与残余奥氏体(6)仪表小黄

铜齿轮(7)龙门刨床导轨(8)氮化层(9)火车圆弹簧(10)高速钢刀具

答:布氏硬度：（3）（6）

洛氏硬度：（1）（4）（8）（2）（7）（3）（10）

显微硬度：（5）

第三章

1、名词解释

低温脆性：当温度低于某一温度~时，材料由韧性状态转变为脆性状态，冲击吸收功明显下降，断裂机理由微孔聚集变为穿晶解理，断口特征由纤维状变为结晶状。

蓝脆：碳钢和某些合金钢在冲击载荷或静载荷作用下，在一定温度范围内出现脆性，因为在该温度范围内加热钢时，表面氧化色为蓝色，故称为蓝脆。

迟屈服：指当用高于材料屈服极限的载荷以高加载速度作用于体心立方结构材料时，瞬间并不屈服，需要在该应力下保持一定时间后才发生屈服，且温度越低，持续时间越长。

韧脆转变温度：冷脆转变温度

韧脆温度储备：Δ=t0-tk

3、试说明低温脆性的物理本质及影响因素。

物理本质：从宏观上分析，材料低温脆性的产生与其屈服强度~和断裂强度~随温度变化有关。微观上，体心立方金属的低温脆性与位错在晶体中运动的阻力~对温度变化非常敏感有关。影响因素：晶体结构、化学成分、显微组织（晶粒大小，金相组织）、温度加载速率、试样形状和尺寸

第四章 材料的断裂韧性

1、解释下列名词：

低应力脆断：一些高强度或超高强度机件，中低强度的大型机件常常在工作应力并不高，甚至远低于屈服极限的情况下，发生脆性断裂现象，这就是所谓的低应力脆断。

应力场强度因子：

1K Y σ=3/2/kg mm

或1/2MPa m ? Y 是与裂纹几何形状和位置决定的参数，K1表示裂纹尖端应力场的大小或强度。 对于张开型的

()1/211C

K a K σπ==

断裂韧度：当应力ζ或裂纹尺寸a 增大到临界值时，也就是在裂纹尖端足够大的范围内，应力达到了材料的断裂强度，裂纹便失稳扩展而导致材料的断裂，这是 也达到了一个临界值，记为 称为断裂韧度 能量释放率：

G 表示弹性应变能的释放率或为裂纹扩展力

J 积分：断裂能量判据，在弹性条件下，J=G

裂纹尖端张开位移COD ：裂纹体受载后，在裂纹尖端沿垂直裂纹方向所产生的位移，用δ表示。在平面应变条件下：δ=4K I 2/ ПE ζs

2、说明下列符号的名称和含义

这四个符号都是断裂韧度。

第一个是应力强度因子达到失稳状态时的断裂韧度

第二个是能量释放率达到临界值时的断裂韧度

第三个是能量率达到临界值时的断裂韧度

第四个是裂纹尖端张开位移达到临界值时的断裂韧度

3、答案：P68中间一段

4、答案：K 判据表示当应力场强度达到临界值时的断裂韧度，多用于裂纹体在受力时的情况。G 判据表示能量释放率达到临界值时的断裂韧度，多用于分析裂纹扩展中的情况。前两种判据都是裂纹失稳扩展的断裂判据。

J 判据表示的是裂纹相差单位长度的两个等同试样，加载到等同位移时，势能差值与裂纹差值的比率，即形变功率差。J 判据的目的是期望用小试样测出J Ic ，以代替大试样的K Ic ，然后再用K 判据去解决中、低强度钢大型件的断裂问题。

COD 表示的是裂纹受载扩展时的位移。后两种判据都是裂纹开始扩展的断裂判据。

8、课本P78-79

9、分析影响断裂韧度的因素。

课本P75-78

10、计算略 公式见课本P67 (4-4)P69 (4-12a)

另外断裂强度试验测定也应该看看

第五章 1K 1C

K ()()22222u c c G c c E E πσσπ????=-=--= ?????

一．解释名词

1.载荷谱：它是结构疲劳与断裂设计和试验的载荷条件。载荷谱原则上应代表整个载荷变化过程，但这难于实现和应用，实际上常进行数据处理或简化，因此它只是载荷变化过程的某种近似代表。

2.应力幅

3.平均应力：

4.应力比：

以上三个见书本P86

5.疲劳源：疲劳裂纹萌生的策源地，多出现在机件表面，常和缺口，裂纹，刀痕，蚀坑等缺陷相连。但若材料内部存在严重冶金缺陷，也会因局部材料强度降低而在机件内部引发出疲劳源。

6.疲劳贝纹线：是疲劳区的最经典特征，一般人文是因载荷变动引起的，因为机器运转是不可避免的常有启动，停歇，偶然过载等，均要在裂纹扩展前沿线留下弧状贝纹线痕迹。

7.疲劳条带：主裂纹和裂纹核之间因内颈缩而发生相向长大，桥接，是主裂纹向前扩展一段距离而构成疲劳条带。

8.驻留滑移带：称这种永久或再现的循环滑移带为，驻留滑移带。其一般只在表面形成，深度较浅，随着加载循环次数的增加，循环滑移带会不断的加宽。

9.挤出脊和侵入沟：驻留滑移带在表面加宽过程中，还会出现挤出脊和侵入沟。详见书本P90下部和P91上部。

10.疲劳寿命：机件疲劳失效前的工作时间成为疲劳寿命。

11.次载锻炼：材料特别是金属在低于疲劳强度的应力先运转一定周次，即经过次载锻炼，可以提高材料的疲劳强度。

12.过载损伤：材料在过载应力水平下只有运转一定周次后，疲劳强度或疲劳寿命才会降低，造成过载损伤。

13.热疲劳：由周期变化的热应力或热应变引起的材料破坏称为热疲劳。

14.高周疲劳和低周疲劳

疲劳形式按应力高低和断裂寿命分，有高周疲劳和低周疲劳。高周疲劳的断裂寿命较长，N>105 ，断裂应力水平较低，ζ<ζs ，又称低应力疲劳，为常见的材料疲劳形式；低周疲劳的断裂寿命较短，N=102至105，断裂应力水平提高，ζ大于等于ζs ，往往伴有塑性应变发生，常称为高应力疲劳或应变疲劳。

二．解释下列性能指标的意义

1. ζ-1: 光滑试样的疲劳极限。ζ-1N:缺口试样的疲劳极限

ζ-1p ：对称拉压疲劳强度 т-1：对称扭转疲劳强度

2.qf ：材料在变动应力作用下的缺口敏感性，常用疲劳缺口敏感度qf 表征，qf=（Kf —1）/（Kt —1）。qf 随材料强度增高而增大。

3.过载损伤界：把在每个过载应力下运行能引起损伤的最少循环周次连接起来就得到该材料的过载损伤界。材料的过载损伤界越陡直，损伤区越窄，则其抵抗疲劳过载能力就越强。

4.△Kth ：代表疲劳裂纹不扩展的△KI 临界值，称为疲劳裂纹扩展门槛值，表征材料阻止疲劳裂纹开始扩展的能力。

5.da/dN ：表示疲劳裂纹扩展速率。不仅与裂纹长度a 有关，还与应力水平有关

5、见课本P90-93 提高材料疲劳抗力的主要方法见影响材料及机件疲劳强度的因素P103-106

首先判别是高周疲劳寿命还是低周疲劳寿命,裂纹萌生，裂纹的扩展在整个疲劳寿命中谁占主导地位

若是高周疲劳，通常采用以下方法 : 提高强度 a.合金化b.热处理c.变形d.细化晶粒，光滑试样 缺口试样 提高塑性：应力疲劳用Basqin 方程

减少表面的疲劳裂纹源 a.改善表面光洁度b.改善表面应力集中c.表面处理（压应力）

减少夹杂物

7、答案：两个都是表征材料无限寿命疲劳强度，但含义完全不同，疲劳强度代表的是光滑试样的无限寿命疲劳强度，适用于传统的疲劳强度设计和校核；疲劳极限门槛值代表的是裂纹试样的无限寿命疲劳强度性能，适于裂纹件的设计和疲劳强度校核。

另外的比较自己看着找。自己总结

第六章 材料的磨损性能

10.5b σσ-=10.24~0.3b σσ-=

1、解释下列名词：

摩擦：摩擦是接触物体间的一种阻碍运动的现象。

磨损：是在摩擦作用下物体相对运动时，表面逐渐分离出磨屑从而不断损伤的现象。

耐磨性：是指材料抵抗磨损的性能。

接触疲劳：两接触材料作滚动或滚动加滑动摩擦时，交变接触压应力长期作用使材料表面疲劳损伤，局部

区域出现小片或小块材料剥落，而使材料磨损的现象。

2、磨损有几种类型？定义？

答：粘着磨损是因两种材料表面某接触点局部压应力超过该处材料屈服强度发生粘合并拽开而产生的一种

表面损伤磨损。多发生在摩擦副相对滑动速度小，接触面氧化膜脆弱，润滑条件差，以及接触应力大的滑

动摩擦条件下。其磨损表面特征是机件表面有大小不等的结疤。

磨粒磨损是摩擦副的一方表面存在坚硬的细粒或在接触面间存在硬质粒子时产生的磨损。磨损的主要

特征是摩擦面上有擦伤或因明显犁皱形成的沟槽。

接触疲劳是工件表面在接触压力的长期不断反复作用下引起的一种表面疲劳破坏现象,表现为接触表

面出现许多针状或痘状的凹坑,称为麻点,也叫点蚀或麻点磨损。（疲劳磨损）

微动磨损通常发生在一对紧配合的零件

腐蚀磨损。

第七章 材料的高温力学性能

1、解释下列名词

蠕变：材料在长时间的恒温、恒载荷作用下缓慢地产生塑性变形的现象。

持久强度：指材料在一定温度下和规定的持续时间内引起断裂的最大应力值，

蠕变极限：在高温长时间载荷作用下，机件不致产生过量塑性变形的拉力指标。

松弛稳定性：材料在恒变形的条件下，随着时间的延长，弹性应力逐渐降低的现象称为应力松弛。材料抵

抗应力松弛的能力称为松弛稳定性。

2、说明下列力学性能指标的名称和物理意义

是给定温度下的蠕变极限，它表示的是在T 温度下，第二阶段的稳态蠕变速率等于ε时的蠕变极限。

单位是Mpa 这种方法是用在高温下长时间服役时。

是给定温度和时间下的蠕变极限。表示的是材料在T 时，th 产生ε的蠕变应变的蠕变极限。 单位是Mpa 这种方法用在蠕变时间短而如变速率又较大的情况下。

方法：蠕变试验时间为几百小时到几千个小时，甚至1万到10万小时。但是，许多机件要求在高温长时间下工作，寿命至少在10万小时以上,这样，寿命越长， 和 ↓ 是持久强度，单位是Mpa 。表示的是材料在T 下工作t 的持久强度。

ζsh 是剩余应力，是评价应力松弛稳定性的一个指标。

5、试述高温下金属蠕变变形和塑性变形机理的差异。

答：在高温下，金属的蠕变变形机理主要是位错滑移蠕变机理、晶界蠕变机理。而高分子的是粘弹性机理。

课本p127

7、总结各种因素对蠕变变形的影响。P131-133

第十三章 材料的耐腐蚀性能

本章主要掌握概念

腐蚀是物质的表面因发生化学或电化学反应而受到破坏的现象。

应力腐蚀:材料或零件在应力和腐蚀环境的共同作用下引起的破坏.

氢脆:分内部氢脆和环境氢脆.内部氢脆就是材料在使用前内部已含有足够的氢并导致了脆性.环境氢脆指材

料原先不含氢或含氢极微,但在有氢环境与介质中产生

腐蚀疲劳:材料或零件在交变应力和腐蚀介质的共同作用下造成的失效.

腐蚀疲劳的特点（与应力腐蚀相比）：

应力腐蚀是在特定的材料与介质组合下才发生的,而腐蚀疲劳在任何介质中均可出现。

T εσ T t δσT εσ T t δσT t σ

腐蚀疲劳即使Kmax

腐蚀疲劳裂纹源有多处,裂纹没有分支,而应力腐蚀只有一两个主裂纹,且有小裂纹。

腐蚀疲劳在交变应力作用下裂纹尖端溶液的酸度与周围环境的平均值差别不大而应力腐蚀尖端酸度总是高于平均值。

氢脆的特点即氢脆与应力腐蚀的区别：

实验室识别的方法是:当施加一小的阳极电流,如使开裂加速,为应力腐蚀,而施加一小的阴极电流,使开裂加速则为氢脆

在强度较低的材料中断裂源不在表面,而在表面以下的某一深处

主裂纹没有分枝情况

断口没有腐蚀产物或者其量极微

表现出对温度和形变速率有强烈的依赖

应力腐蚀的特点：

其静应力远低于材料的屈服强度,且一般为拉伸应力.

是脆性断裂.

特定的合金成分与特定的介质相组合才会造成.

应力腐蚀的裂纹扩展速率是渐进缓慢的.

裂纹多起源于表面蚀坑处,传播途径常垂直于拉力轴

断口颜色灰暗,表面有腐蚀产物.

主裂纹扩展时常有分枝.

可以是穿晶断裂,也可以是晶间断裂

应力腐蚀抗力指标：

K

K1SCC

K>K1C时,加上初始载荷后试样立即断裂

既可用K1SCC表示材料应力腐蚀抗力，也可以测量裂纹扩展速率da/dt

影响应力腐蚀的因素见P276-277

材料物理性能

第一章

材料各种热学性能的物理本质，均与晶格热振动有关。

晶格热振动：固体材料（包括晶体和非晶体），点阵中的质点（原子、离子）实际上并不是固定不动的，而总是围绕其平衡位置作微小振动。如金属铝、NaCl(面心立方)中离子…。

格波：相邻质点间的振动存在一定相位相差，即晶格振动以弹性波的形式在整个材料内传播，这种弹性波称为格波。

声频支振动可看成相邻质点具有相同的振动方向；光频支振动可看成相邻质点振动方向相反

热容：在没有相变、化学反应的条件下，材料温度升高1K所吸收的热量。单位J/K （在T温度时）。

物质内能的物理本质：构成物体各质点热运动动能的总和即为物体的热量。温度升高，质点振动频率和振幅增加，热量增加。

为什么温度升高材料吸收热量哪？（即热容的物理本质是什么？）

答：温度升高，晶格热振动加剧，材料内能增加，若发生膨胀，还对外做功。

影响物质热容的因素：物质的性质、温度、是否发生体积变化、电子。

比定压热容：材料温度升高时，压强恒定，所测得的比热容。

比定容热容：材料温度升高时，体积恒定，所测得的比热容。

cp 与cv 哪个大？cp ＞cv 原因？

cp 测量方便，cv 更具理论意义。对于固体材料二者差别很小，可忽略，但高温下差别增大。cp 、cv 与温度之间的关系（三个阶段）。

元素的热容定律——杜隆－伯替定律

恒压下元素的原子热容等于25J/mol·K ，即晶态固体材料每含1mol 原子，热容为25J/mol·K

化合物的热容定律——奈曼－柯普定律

化合物的分子热容等于构成此化合物各原子热容之和 爱因斯坦模型

1906年爱因斯坦根据普朗克质点振动量子化的观点，并假设每个质点都在独立振动，原子间彼此无关，每个质点振动频率相同，简化、推导而得。θE ：爱因斯坦温度

进步：能量量子化、考虑到温度因素。

讨论：（1）当高温时（T ＞＞θE ），Cv ≈3R

即为杜隆－伯替定律的形式，实际上杜隆－伯替定律在较高温度时与事实符合较好。爱因斯坦模型中考虑到了频率随温度和元素的变化，较杜隆－伯替定律精确。

2）低温时（T ＜＜θE ），

热容以指数规律随T 减小而减小，但不是按T 的三次方变化，计算值较实际值小，但较经验定律有明显进步。

（3）T →0时，热容为0，与事实相符。

评价： 三个方面的进步：考虑到的温度、低温、温度趋于0时。

不足：在T ＜＜θE 温区理论值较实验值下降得过快。

原因：前提、没有考虑低频率振动对热容的贡献。德拜模型在这一方面作了改进，故能得到更好结果。 德拜模型

前提：①考虑了晶体中各质点的相互作用；②对热容的贡献主要是频率较低的声频支振动（0～ωmax ），光频支振动对热容的贡献很小，忽略；③把晶体看作连续介质；④ ωmax 由分子密度和声速决定。

θD ：德拜特征温度

进步：考虑到了晶体中各质点的相互作用。

讨论：（1）高温时（T ＞＞θD ），Cv ≈3R ，即杜隆－伯替定律形式。同时考虑到了频率随温度和元素的变化，一般温度下，较杜隆－伯替定律精确。

（2）低温时（T ＜＜θD ），

表明T 趋于0时，热容与T 的3次方成比例地趋于0，与事实十分符合，较爱因斯坦模型进步。

评价： 一般场合已足够精确。但随着测量技术的进步，发现其在低温下还不能与实际完全相符；不能解释超导现象；不完全适用于复杂化合物。

P

内能

焓

原因：晶体毕竟不是一个连续体（如晶界、杂质等缺陷）。对于金属晶体，没有考虑自由电子的贡献等。 热膨胀：物体的体积或长度随温度的升高而增大的现象。也就是所谓的热胀冷缩现象。 材料热容与温度关系的经验公式Cp ＝ a ＋bT ＋cT －2 热膨胀的物理本质（机理）

实际上物体温度升高，由于质点振动的加剧，将引起质点平均距离增大，从而导致物体热膨胀 键强、晶体结构对热膨胀的影响：

1.键强： 键强越大的材料膨胀系数越小，如陶瓷为共价或离子键，膨胀系数小。

2.晶体结构：

化学组成同，但晶体结构不同，如石英玻璃与多晶石英。哪个α大？

结构紧密的晶体α大，类似非晶态玻璃那样结构松散的材料α小。因结构疏松的材料内部空隙较多，

温度升高，质点振幅增大，质点间距离的增大部分被结构内的空隙所容纳，整个材料宏观上α小。

多晶石英：12×10－6K －1； 石英玻璃：0.5×10－6K －1 固体物质导热机理：主要依靠晶格振动的格波和自由电子

金属材料：有大量的自由电子，可迅速实现传热，故λ一般很大。晶格振动对金属导热的贡献很次要

非金属材料：自由电子极少，导热主要依靠晶格振动的格波

可见，材料依靠晶格热振动的导热有两种机制，即声子导热与光子导热，温度不太高时光子导热可忽略，高温时光子导热不可忽视 热导率公式：l c νλ3

1= c ：声子比热容， ν：声子平均速度， l ：声子平均自由程。 l 的影响因素：

①格波中耦合作用（振动中的非线性）越强，不同频率格波传播中相互干扰越严重，声子间碰撞越严重，l 减小，热导率降低。 ②晶体中缺陷、杂质即晶界都会引起声子散射， l 减小，热导率降低。 ③频率

越低，波长越大，传播越易绕过缺陷， l 大，热导率降高。 ④温度升高，声子碰撞机会增多， l 减小。但减小有限度，高温下l 最小值为几个晶格间距；反之，低温时最大为一个晶粒尺寸。 热稳定性

材料承受温度的急剧变化而不致破坏的能力（又称抗热震性）。

材料受热冲击时的损坏有两种类型：

抗热冲击断裂性：抵抗热冲击时发生瞬时断裂的能力（玻璃、陶瓷等）；

抗热冲击损伤性：热冲击循环作用下，材料表面开裂、剥落，并不断发展最终碎裂或变质（含微孔的材

料、非均质金属陶瓷等）。 抗热冲击断裂，以强度－应力为判据，认为材料中热应力达到抗张强度极限后就产生开裂。一旦有裂纹成

核就会导致材料的完全破坏。这样导出的结果只适用于一般的玻璃、陶瓷和电子陶瓷等。 抗热冲击损伤：以弹性应变能－断裂能为判据，适用于含微孔材料、非均质金属陶瓷 提高抗热冲击断裂性能的措施：

1.提高ζ，降低E ，使ζ/E 提高

2.提高λ，使 R '提高

3.减小材料热膨胀系数

4.减小材料表面散热系数h

5.减小材料有效厚度

以上措施是针对密实性陶瓷材料、玻璃等，提高抗热冲击断裂性能而言。

但对多孔、粗粒、干压和部分烧结的制品，要从抗热冲击损伤性来考虑。如耐火砖的热稳定不够，表现

为层层剥落，这是表面裂纹、微裂纹扩展所致。材料具有高E 和低的极限强度，材料具有更低的弹性应变

能释放率；另一方面，提高材料的断裂表面能。

第二章

能带里理论认为，晶体中价电子是公有化的，其能量是量子化的，每个能级只能容纳两个自旋方向相反的电子。由于晶体中电子能级间的间隙很小，可以把能级分布看成是准连续的，称为能带

能带分裂的宽度叫能隙； 能带对应的能隙叫禁带； 具有空能级价带中的电子是自由的，在外电场的作用下参与导电，这样的价带叫导带 能带理论解释导体、半导体、绝缘体间导电性的区别：

导体：价带与导带重叠，无禁带。或价带未被电子填满，这种价带本身即为导带。

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能力。 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，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作用下定向

移动产生电流。参加导电的电子和空穴浓度相等，称本征导电，这种半导体称为本征半导体。

杂质对半导体的导电性影响很大，如Si 中掺入十万分之一的B ，其导电性提高14倍。掺杂半导体又分

为n 型和p 型，n 型载流子主要是导带中的电子，p 型中主要是空穴。

●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。 金属电阻的来源：

晶体点阵离子的热振动及晶体点阵的不完整性（晶体中异类原子、位错和点缺陷等）使晶体点阵的周期性

遭到破坏，晶体中的电子波就会受到散射， 减小，导电性降低。 马基申定律

马基申等人把固溶体电阻率看成由金属基本电阻率ρ(T)和残余电阻ρ残组成。 即ρ＝ρ（T ）＋ρ残 称

为马基申定律 对金属导电性的影响

受力情况

（1）拉力：弹性范围内单向拉伸或扭转应力提高金属ρ，并有)1(0σαρργ+=

（2）压力：对大多数金属，受压力情况下ρ降低，并有)1(0p ?ρρ+=

原因：金属在压力作用下原子间距缩小，内部缺陷的形态、电子结构、费米面和能带结构以及电子散射

机制等都将生变化，引起金属的导电性能变化。尤其对过渡族金属，由于其内部存在着具有能量差别不大

的未填满电子的壳层，在压力的作用下，有可能使外壳层电子转移到未填满的内壳层，这就必然会表现出

性能的变化。

金属经塑性形变ρ↑的原因：冷加工使晶体点阵发生畸变和缺陷，从而增加了电子散射的几率；同时冷加

工也会引起金属原子间结合键的变化，导致原子间距的改变。 晶体缺陷：空位、位错、间隙原子及它们的组合等晶体缺陷使金属电阻率增加。 导体与半导体随温度变化不一样的原因？

金属导电性一般随温度升高而降低，而半导体导电性随温度升高而升高

金属材料随温度升高，离子热振动的振幅增大，电子就愈易受到散射，可认为μ与温度成正比，则ρ也与

温度成正比。这些因素使电子运动的自由程减小，散射几率增加而导致导电性降低。

半导体的电子和空穴对是由热激活产生的，其浓度与温度成指数关系，温度升高时，电子和空穴的浓度成

指数上升，导电能力升高。 本征半导体与杂质半导体的电学特性？

本征半导体 在纯净无缺陷的半导体单晶中，参加导电的电子和空穴浓度相等。

在本征半导体中人为地掺入5价元素或3价元素将分别获得N 型（电子型）杂质半导体和P 型（空穴型）杂质半导体。对于N 型半导体多数载流子为自由电子较本征半导体显著增多且与空穴多，导电性能大幅度

提高。 对于P 型半导体多数载流子空穴较本征半导体显著增多且比自由电子多，导电性能大幅度提高 电介质的极化

介质在电场作用下，其内部的束缚电荷发生弹性位移和偶极子定向取向，从而产生表面感应电荷的现象。 介质极化的基本形式

1）电子式极化（电子位移极化）2）离子式极化(离子位移极化）a.离子弹性位移极化 b.热离子极化（离子

松弛式位移极化）：3）偶极子极化(固有电矩的转向极化）4）空间电荷极化

介电强度：发生击穿时的电场强度称击穿电场强度Eb，此时所加电压称击穿电压Ub即耐电强度或介电强度。Eb=Ub/d d:击穿处材料厚度。

介电常数又可理解为单位电场强度下单位体积中所存储的能量。

介质损耗形式：1）电导（或漏导）损耗2）极化损耗3）电离损耗

击穿形式：1）电击穿2）热击穿3）化学击穿

.超导电性：一定条件下（温度、磁场、压力），材料的电阻突然消失的现象。

材料失去电阻的状态称为超导态，存在电阻的状态称为正常态，具有超导态的材料称为超导体。材料由正常态转变为超导态的温度称为临界温度（Tc）

两个基本特性

1）完全导电性：即电阻为0

将超导体在室温下做成园环放入磁场中后，温度降至Tc以下使之转入超导态，突然去掉H，则环中产生感应电流，电流永不衰竭，称永久电流，电流不变，使环内磁通不变，称冻结磁通。

2）完全抗磁性（迈斯纳效应）

先将超导体冷却至超导态，然后加磁场，发现磁场不能进入超导体内。若在常温下将超导体先放入磁场内，则有磁力线穿过超导体，然后再将超导体冷却至Tc以下，发规磁场从超导体内被排出，即超导体内无磁场，磁感应强度B为零。这一现象说明了超导体具有完全的抗磁性。

三个重要指标及影响因素：

1）临界转变温度Tc：

希望其越高越好，有利于应用。高分辨显微镜中，Tc从原来的35K升高至100K以上，就可液氦→液氮

2）临界磁场强度Hc

当T＜Tc时，将超导体放入磁场，若H＞Hc，磁力线穿过超导体，超导体被破坏至正常态。Hc即使超导体被破坏为正常态的最小磁场强度。Hc与温度有关，温度越低，Hc越高。

3）临界电流密度Jc

超导体内输入电流时，产生磁场，当此磁场与外磁场之和超过Hc时，超导态被破坏，这时的输入电流为临界电流Ic，相应的电流密度为临界电流密度。即使超导体保持超导态的最大电流密度。

三个基本热电效应:赛贝克效应、玻尔帖效应、汤姆逊效应

第一热电效应——塞贝克效应

两种导体组成一闭合回路时，若两接头处存在温度差，则回路中将产生电势及电流，这种现象称塞贝克效应，产生的电势称温差电势或热电势，电流称热电流，上述回路称为热电偶或温差电池。

塞贝克效应产生的实质？

两种不同金属紧密接触时产生的接触电位差：就是说，接触电位差除与逸出功、自由电子密度有关外，还与温度成正比。两接点处温度不同，还产生温差电位差。

第三章

磁介质（或磁质）：能被磁场磁化的物质。实际上，所有的物质都是磁介质。

磁化：物质在磁场中受磁场的作用呈现一定磁性的现象

根据磁化率符号和大小，可把磁介质分为五类。

1）抗磁体

χ为甚小负常数，约在10-6数量级，即M与H方向相反，在磁场中使磁场稍减弱，受微弱斥力，约有一半的简单金属是抗磁体。

(1)“经典”抗磁体，χ不随T变化，如铜、银、金、汞、锌等。

(2)反常抗磁体，χ随T变化，为前者10～100倍，如铋、镓、锑、锡等。

2）顺磁体

χ为正常数，约为10－3～10－6数量级，即M与H方向相同，在磁场中使磁场稍增强，受微弱引力，分为：（l）正常顺磁体，χ随T变化，且符合与T反比关系，如铂、钯、奥氏体不锈钢、稀土金属等。（2）

χ 与T 无关的顺磁体，如锂、钠、钾、铷等。

3）反铁磁体

χ是甚小的正常数，当T 高于某个温度时（尼尔温度TN ），转换为顺磁体，图示其T － χ曲线，

如α－Mn 、铬、氧化镍、氧化锰等。

4）铁磁体

χ为很大的正变数，约在10～106数量级，且不大的H 就能产生很大的M ，在磁场中被强烈磁化，受

强大的吸力，如铁、钴、镍等。图示其χ－H 、M －H 曲线。5）亚铁磁体

类似铁磁体，但χ值没有铁磁体大，如磁铁矿（Fe3O4）等。

固有磁矩：

原子中被排满的电子层中总磁矩为0，只有原子中存在未被排满的电子层时，未排满的电子层中总磁矩不

为0，原子才有磁矩，叫固有磁矩。 抗磁性

即不管电子循轨运动方向是顺时针还是逆时针，在外H 中产生的附加磁矩方向总是与H 方向相反，这就

是物质产生抗磁性的原因。 物质的顺磁性：来源于原子（离子）的固有磁矩。 顺磁性与温度关系及原因：

对抗磁性基本无影响，对顺磁性影响很大。因为：温度升高，质点热振动加剧，对磁矩排向的干扰增

大，使磁矩的定向排向H 方向困难，使磁化率降低。 材料磁性产生的本源

任何物质由原子组成，原子又有带正电的原子核（核子）和带负电的电子构成。核子和电子本身都在做

自旋运动，电子又沿一定轨道绕核子做循规运动。它们的这些运动形成闭合电流，从而产生磁矩 材料磁性的本源是：材料内部电子的循规运动和自旋运动 铁磁性材料的磁滞回线：

铁磁性材料从饱和磁化状态逐渐降低H 时，M 不再沿原来的基本磁化曲线降低，而是降低的慢得多，当H 降至0时，M ≠0，而保留一定的值Mr ， Mr 称为剩余磁化强度，这种现象称为剩磁现象。要使M 降

至0，必须施加一反向磁场－Hc ， Hc 称为磁矫顽力。继续增加反向磁场至－Hs ，磁化强度达到－Ms 。从

－ Ms 改为正向磁场，随H 的增加，M 沿另一曲线逐渐增大至Ms 。 铁磁性产生的两个条件：原子有未被抵消的自旋磁矩、可发生自发磁化 技术磁化机制

技术磁化：H 作用下，铁磁体从完全退磁状态磁化至饱和的内部变化过

程。实质上是H 把各磁畴的磁矩方向转到H 方向（或接近）的过程。 技术磁化两种机制： 畴壁迁移磁化(壁移磁化)和磁畴旋转磁化(畴转磁化

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