材料物理性能復(fù)習(xí)資料

1、晶格熱振動(dòng)：晶體中的質(zhì)點(diǎn)總是圍繞著平衡位置作微小振動(dòng)。格波:晶格振動(dòng)以波的形式在材料內(nèi)傳播。熱容：在沒(méi)有相變或化學(xué)反應(yīng)的條件下，材料溫度升高1K時(shí)所吸收的熱量(Q)，單位為Jk。聲頻支振動(dòng):格波中頻率甚低的振動(dòng)波，質(zhì)點(diǎn)彼此之間的位相差不大時(shí)，格波類(lèi)似于彈性體中的應(yīng)變波.光頻支振動(dòng):格波中頻率甚高的振動(dòng)波，質(zhì)點(diǎn)間的位相差很大，鄰近質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)幾乎相反時(shí)，頻率往往在紅外光區(qū)為什么溫度升高材料會(huì)吸收熱量？這是因?yàn)闇囟壬邥r(shí)，晶格振動(dòng)加劇，材料的內(nèi)能增加；另外，吸收的熱量與過(guò)程有關(guān)，若溫度升高時(shí)體積發(fā)生膨脹，物體還要對(duì)外作功。熱容是材料的焓隨溫度變化而變化的一個(gè)物理量，這就是熱容的本質(zhì)。組織轉(zhuǎn)變對(duì)熱容的

2、影響:一級(jí)相變：相變?cè)谀骋粶囟赛c(diǎn)完成，除體積突變外，還同時(shí)吸收和放出潛熱的相變。如金屬三態(tài)轉(zhuǎn)變、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、合金的共晶和包晶轉(zhuǎn)變等。特點(diǎn)：如圖1-6(a)所示，加熱到Tc時(shí)，熱焓H發(fā)生突變，熱容為無(wú)限大。二級(jí)相變：是在一定溫度區(qū)間內(nèi)逐步完成。如磁性轉(zhuǎn)變、bbc點(diǎn)陣有有序無(wú)序轉(zhuǎn)變、合金的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變等。特點(diǎn)：如圖1-6(b)所示，熱焓無(wú)突變，僅在相變點(diǎn)附近的狹窄區(qū)域內(nèi)加劇，同時(shí)熱容也發(fā)生劇烈變化，但為有限值。相變的潛熱對(duì)應(yīng)于圖中的陰影部分面積。熱容的測(cè)量:1.量熱計(jì)法2.撒克斯法3.熱分析法熱膨脹：物體的體積或長(zhǎng)度隨溫度的升高而增大的現(xiàn)象。線膨脹系數(shù)：溫度升高1K時(shí)，物體的相對(duì)伸長(zhǎng)。線性振動(dòng)：是指

3、質(zhì)點(diǎn)間的作用力與距離成正比。 熱膨脹和結(jié)合能、熔點(diǎn)的關(guān)系:固體材料的熱膨脹與晶體點(diǎn)陣中質(zhì)點(diǎn)的位能性質(zhì)有關(guān)，而質(zhì)點(diǎn)的位能性質(zhì)是由質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力特性所決定的。所以，質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合力強(qiáng) ，熱膨脹系數(shù)小.熔點(diǎn)也取決于質(zhì)點(diǎn)間的結(jié)合力。所以熔點(diǎn)高的材料膨脹系數(shù)小。熱膨脹系數(shù)的測(cè)定：要測(cè)準(zhǔn)材料的平均線膨脹系數(shù)，關(guān)鍵在于能否精確地給出試樣溫度變化值T并同時(shí)精確反映出此時(shí)試樣長(zhǎng)度的變化值L。通常把能給出試樣長(zhǎng)度隨溫度變化的裝置稱(chēng)為膨脹儀。按原理可分為機(jī)械式、光學(xué)式和電測(cè)式。1.機(jī)械杠桿式膨脹儀：把試樣的膨脹量通過(guò)杠桿放大傳遞到記錄筆上。2.光杠桿膨脹儀：是利用三角架的機(jī)械放大，再加上安裝在三角架上的旋轉(zhuǎn)鏡的光點(diǎn)反射

4、光程的放大，使用照相方法直接記錄出膨脹曲線。其精度較高，穩(wěn)定性較好，是目前使用最高度廣泛的膨脹儀之一。3.電感式膨脹儀：是目前應(yīng)用最 多的一種，放大倍數(shù)高。熱膨脹分析：組織轉(zhuǎn)變附加的體積效應(yīng)使膨脹曲線產(chǎn)生拐折。切線法：從膨脹曲線可以確定組織轉(zhuǎn)變臨界點(diǎn)：取膨脹曲線上偏離單純熱膨脹規(guī)律的開(kāi)始點(diǎn)，即切離點(diǎn)。取膨脹曲線上4個(gè)極值點(diǎn)a、b、c、d所對(duì)應(yīng)溫度作為組織轉(zhuǎn)變臨界點(diǎn)Ac1、Ac3、Ar3、Ar1影響熱膨脹的因素：1.鍵強(qiáng)：鍵強(qiáng)越大的材料，熱系數(shù)越小。2.晶體結(jié)構(gòu)一般規(guī)律（1）結(jié)構(gòu)不同（即使成分相同），膨脹系數(shù)不同。（2）通常結(jié)構(gòu)緊密的晶體，膨脹系數(shù)較大；3.非等軸晶系晶體，其單晶在各晶軸方向上的

5、膨脹系數(shù)不同。4.相變：材料在加熱過(guò)程中發(fā)生相變時(shí)，體積變化，材料的膨脹系數(shù)也變化。5.化學(xué)成分:形成固溶體合金時(shí)，溶質(zhì)元素的種類(lèi)和含量對(duì)合金的膨脹系數(shù)有明顯影響。兩元素形成的化合物比形成的固溶體膨脹系數(shù)小。多相合金的膨脹系數(shù)介于其組成相的膨脹系數(shù)之間?？山频馗鶕?jù)“加和法則”粗略計(jì)算。溫度應(yīng)力又稱(chēng)為熱應(yīng)力,它是由于構(gòu)件受熱不均勻而存在著溫度差異,各處膨脹變形或收縮變形不一致,相互約束而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力熔點(diǎn)：在一個(gè)大氣壓下，晶體從固態(tài)熔化為液態(tài)的溫度。熱傳導(dǎo)：當(dāng)固體材料一端的溫度比另一端高時(shí)，熱量會(huì)從熱端自動(dòng)地傳向冷端的現(xiàn)象。熱傳導(dǎo)：熱量降從溫度高的區(qū)域自動(dòng)流向溫度低的區(qū)域的現(xiàn)象。穩(wěn)定傳熱是：傳熱

6、過(guò)程中，材料在傳熱方向上各處的溫度T是恒定的，與時(shí)間無(wú)關(guān)，Q/t是常數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義是指單位溫度梯度下，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位垂直面積的熱量。熱阻率：熱導(dǎo)率的倒數(shù)。非穩(wěn)定傳熱是指：傳熱過(guò)程中物體內(nèi)各處的溫度隨時(shí)間而變化。固體導(dǎo)熱的基本方式：由晶格振動(dòng)的格波和自由電子的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。氣體導(dǎo)熱的基本方式：質(zhì)點(diǎn)間直接碰撞金屬材料導(dǎo)熱的基本方式：自由電子間碰撞；非金屬材料導(dǎo)熱的基本方式：晶格振動(dòng)（格波） 聲子碰撞，并且格波分為聲頻支和光頻支兩類(lèi)。在溫度不高時(shí)，光頻支的能量很小，固體材料的導(dǎo)熱主要靠聲頻支的作用，可以忽略光頻支在導(dǎo)熱過(guò)程中的作用。聲頻波的量子稱(chēng)為聲子。它所具有能量仍然應(yīng)該是hv ，經(jīng)常

7、用來(lái)表示。聲子熱導(dǎo)的理論假設(shè)：可把聲頻支的傳熱看成是聲子的運(yùn)動(dòng)。把格波和物質(zhì)的相互作用理解為聲子和物質(zhì)的碰撞，把格波在晶體中傳播時(shí)遇到的散射看作是聲子同晶體中質(zhì)點(diǎn)的碰撞，把理想晶體中熱阻歸結(jié)為聲子-聲子的碰撞。晶格的熱振動(dòng)是非線性的晶格間有著一定的耦合作用聲子間會(huì)產(chǎn)生碰撞，使聲子的平均自由程減小熱導(dǎo)率降低。聲子間碰撞引起的散射是晶格中熱阻的主要來(lái)源。熱射線：有熱效應(yīng)的電磁波稱(chēng)為熱射線。熱輻射：熱射線的傳遞過(guò)程稱(chēng)為熱輻射。影響導(dǎo)熱性能的因素：電導(dǎo)率，溫度，晶體結(jié)構(gòu)，化學(xué)組成，復(fù)相陶瓷，氣孔。熱導(dǎo)率的測(cè)量：穩(wěn)態(tài)法，非穩(wěn)態(tài)法熱穩(wěn)定性:材料承受溫度的急劇變化而不致破壞的能力，所以又稱(chēng)為抗熱震性。熱應(yīng)力

8、：材料由于熱膨脹或收縮引起的內(nèi)應(yīng)力熱沖擊損壞的類(lèi)型（1）材料抵抗發(fā)生瞬時(shí)斷裂這類(lèi)破壞的性能，稱(chēng)為抗熱沖擊斷裂性；（2）材料抵抗在熱沖擊循環(huán)作用下，材料表面開(kāi)裂、剝落，并不斷發(fā)展，最終碎裂或變質(zhì)這類(lèi)破壞的性能，稱(chēng)為抗熱沖擊損傷性。提高抗熱沖擊斷裂性能的措施:1提高材料強(qiáng)度，減小彈性模量E，使E提高。2提高材料的熱導(dǎo)率，使R提高。3減小材料的熱膨脹系數(shù)。4減小表面熱傳遞系數(shù)h。5減小產(chǎn)品的有效厚度rm。6有意引入裂紋，是避免災(zāi)難性熱震破壞的途徑。 抗熱沖擊斷裂性：以強(qiáng)度應(yīng)力（strength-stress）理論為判據(jù)，認(rèn)為材料中熱應(yīng)力達(dá)到抗張強(qiáng)度極限后，材料產(chǎn)生開(kāi)裂、破壞。這適應(yīng)于玻璃、陶瓷等無(wú)機(jī)

9、材料?？篃釠_擊損傷性：以應(yīng)變能斷裂能（strain-fracture energy）為判據(jù)，認(rèn)為在熱應(yīng)力作用下，裂紋產(chǎn)生，擴(kuò)展以及蔓延的程度與材料積存有彈性應(yīng)變能和裂紋擴(kuò)展的斷裂表面能熱導(dǎo)率的應(yīng)用：（1）是保溫材料選擇的依據(jù)；（2）金屬材料熱處理計(jì)算保溫時(shí)間的重要參數(shù)；（3）多相材料的導(dǎo)熱系數(shù)可降低，且氣體的導(dǎo)熱系數(shù)比固體材料要低得多，氣孔率高的多孔輕質(zhì)耐火材料比一般的耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)低，這是隔熱耐火材料生產(chǎn)應(yīng)用的基礎(chǔ)。（4）航空、航天材料，電子信息材料的選擇與計(jì)算。導(dǎo)電性:在電場(chǎng)作用下，材料中的帶電粒子發(fā)生定向移動(dòng)從而形成宏觀電流的現(xiàn)象。根據(jù)材料導(dǎo)電性的高低，可將材料劃分為：導(dǎo)體、半導(dǎo)體、

10、絕緣體。電子電導(dǎo)的特性1.電子電導(dǎo)的載流子：是電子或空穴(即電子空位)。2.電子電導(dǎo)材料：主要發(fā)生在導(dǎo)體和半導(dǎo)體中。3.電子的運(yùn)動(dòng)1）在理想晶體中：在絕對(duì)零度下，電子運(yùn)動(dòng)像理想氣體分子在真空中的運(yùn)動(dòng)一樣，電子運(yùn)動(dòng)時(shí)不受阻力，遷移率為無(wú)限大。2）實(shí)際晶體中：周期性受到破壞，電子運(yùn)動(dòng)受到阻礙。電子與點(diǎn)陣的非彈性碰撞引起電子波的散射是電子運(yùn)動(dòng)受阻的原因之一3）電場(chǎng)周期破壞的原因：晶格熱振動(dòng)、雜質(zhì)的引入、位錯(cuò)和裂縫等。4）電子運(yùn)動(dòng)受阻的原因：電子與點(diǎn)陣的非彈性碰撞引起電子波的散射使電子運(yùn)動(dòng)受阻。電流密度J:單位面積通過(guò)的電流量。霍爾效應(yīng)：若在X方向通以電流，在z方向上加以磁場(chǎng)，則在Y方向電極兩側(cè)開(kāi)始聚

11、積異號(hào)電荷而產(chǎn)生相應(yīng)的附加電場(chǎng)的現(xiàn)象。載流子：材料中參與傳導(dǎo)電流的帶電粒子。遷移率：載流子在單位電場(chǎng)中的遷移速度。=v/E電導(dǎo)率： = nq半導(dǎo)體的電導(dǎo)率表達(dá)式為：離子電導(dǎo)：載流子為離子的電導(dǎo)稱(chēng)為離子電導(dǎo)；電子電導(dǎo)：載流子為電子的電導(dǎo)稱(chēng)為電子電導(dǎo)。導(dǎo)電性的物理本質(zhì)研究的三個(gè)理論階段：經(jīng)典自由電子理論，量子自由電子理論，能帶理論。經(jīng)典電子理論認(rèn)為：正離子形成的電場(chǎng)是均勻的，自由電子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律遵循經(jīng)典力學(xué)氣體分子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。量子自由電子理論的主要內(nèi)容：金屬中正離子形成的電場(chǎng)是均勻的，價(jià)電子不被原子所束縛，可以在整個(gè)金屬中自由地運(yùn)動(dòng)。滿帶：全帶中每一能級(jí)都被都被兩個(gè)電子占據(jù)的能帶。在能帶圖中滿帶是在

12、最下方，該處電子能量低，不足以參加物理過(guò)程（除非受激發(fā)），因此滿帶沒(méi)有導(dǎo)電性?？諑В核鶎俑髂芗?jí)上沒(méi)電子的能帶。因此也無(wú)導(dǎo)電性。價(jià)帶：與原子中價(jià)電子的能量相對(duì)應(yīng)的能帶。在半導(dǎo)體或電絕緣體中，價(jià)帶是滿帶中能量最高的能帶。由于熱激發(fā)、光輻射或摻入雜質(zhì)等原因，價(jià)帶可能失去少量電子，留下空穴，從而產(chǎn)生空穴導(dǎo)電性。導(dǎo)帶：最靠近價(jià)帶而能量較高的能帶.這是除去完全被電子充滿的一系列能帶外，還有部分被填表滿的能帶.此帶中，電子能自由活動(dòng)。由于熱激發(fā)、光輻射或摻入雜質(zhì)等原因，導(dǎo)帶出現(xiàn)少量電子，從而產(chǎn)生電子導(dǎo)電性。禁帶：又稱(chēng)能隙。不允許自由電子和空穴存在的各能帶之間的能量間距，較常指價(jià)帶之上，導(dǎo)帶之下的一段能量區(qū)間

13、。為了產(chǎn)生電導(dǎo)，必需將電子激發(fā)，越過(guò)禁帶，進(jìn)入導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體的能帶中電子分布的情況各具有明顯的特征，導(dǎo)體中存在未滿帶(由于電子未充滿或能帶重疊)。絕緣體的特征是價(jià)電子所處的能帶都是滿帶，且滿帶與相鄰的空帶之間存在一個(gè)較寬的禁帶。半導(dǎo)體的能帶與絕緣體的相似，但半導(dǎo)體的禁帶要狹窄得多(一般在1eV左右)。經(jīng)典自由電子理論存在著嚴(yán)重缺陷。原因：認(rèn)為所有的自由電子都參與導(dǎo)電。根源：經(jīng)典自由電子理論沒(méi)有認(rèn)識(shí)到金屬中自由電子的能量、波矢或速度狀態(tài)的量子化特征影響本征載流子的濃度的因素：溫度T高時(shí),熱缺陷濃度才顯著,即本征電導(dǎo)在高溫下顯著。E和晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，在離子晶體中，肖待基缺陷形成能比弗侖克爾缺陷

14、形成能低。只有在結(jié)構(gòu)很松，離子半徑很小的情況下，易形成弗侖克爾缺陷，如AgC1晶體。 物體的導(dǎo)電現(xiàn)象的微觀本質(zhì)：載流子在電場(chǎng)作用下的定向遷移影響遷移率的因素：晶格散射，電離雜質(zhì)散射金屬導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)：導(dǎo)帶和價(jià)帶之間沒(méi)有禁區(qū)，電子進(jìn)入導(dǎo)帶不需要能量，導(dǎo)電電子的濃度很大。半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)：半導(dǎo)體的禁帶較窄(Eg小)，電子躍遷比較容易。絕緣體能帶結(jié)構(gòu)：金屬中載流子濃度等于自由電子濃度；絕緣體中載流子濃度很小，所以主要介紹半導(dǎo)體中載流子濃度。（將在半導(dǎo)體的導(dǎo)電性中詳細(xì)闡述）。離子電導(dǎo)的影響因素：溫度導(dǎo)電性、離子性質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)的影響（晶體熔點(diǎn)高 原子之間的結(jié)合力大 導(dǎo)電激活能高電導(dǎo)率降低）金屬材料為電子導(dǎo)電

15、，陶瓷材料中電子電導(dǎo)比較顯著的主要是半導(dǎo)體陶瓷。電子電導(dǎo)率：和離子電導(dǎo)率一樣，電子電導(dǎo)率仍可按公式=nq計(jì)算。金屬材料導(dǎo)電性的影響因素：1.金屬材料的導(dǎo)電性控制因素 2.溫度對(duì)金屬導(dǎo)電性的影響3.合金元素與晶體缺陷對(duì)金屬導(dǎo)電性的影晌4.原子結(jié)合鍵對(duì)金屬導(dǎo)電性的影晌5.相變對(duì)金屬導(dǎo)電性的影晌6.電阻率的各向異性7.電阻率的尺寸效應(yīng)金屬材料電阻分析的應(yīng)用：研究合金的時(shí)效，測(cè)定固溶體的溶解度，研究合金的有序 - 無(wú)序轉(zhuǎn)變，研究材料的疲勞過(guò)程本征半導(dǎo)體：e電子遷移率 h空穴遷移率本征電導(dǎo)：導(dǎo)帶中的電子導(dǎo)電和價(jià)帶中的空穴導(dǎo)電同時(shí)存在的電導(dǎo)。n型半導(dǎo)體：摻入施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體壓敏效應(yīng)：指對(duì)電壓變化敏感的非線

16、性電阻效應(yīng)。晶界效應(yīng)：壓敏效應(yīng)，PTC效應(yīng)；表面效應(yīng)雙堿效應(yīng)：指當(dāng)玻璃中堿 金屬離子總濃度較大時(shí)(占玻璃組成25-30%)，堿金屬離子總濃度相同的情況下，含兩種堿金屬離子比含一種堿金屬離子的玻璃電導(dǎo)率要小。壓堿效應(yīng)：指含堿破璃中加入二價(jià)金屬氧化物，特別是重金屬氧化物，使玻璃的電導(dǎo)率降低，相應(yīng)的陽(yáng)離子半徑越大，這種效應(yīng)越強(qiáng)。超導(dǎo)現(xiàn)象：當(dāng)某種材料在低于某一溫度時(shí)，電阻率突然減小到零的現(xiàn)象。該溫度即是臨界溫度（Tc）。第一類(lèi)超導(dǎo)體主要包括一些在常溫下具有良好導(dǎo)電性的純金屬，如鋁、鋅、鎵、鎘、錫、銦等，該類(lèi)超導(dǎo)體的熔點(diǎn)較低、質(zhì)地較軟，亦被稱(chēng)作“軟超導(dǎo)體”。第一類(lèi)超導(dǎo)體由于其臨界電流密度和臨界磁場(chǎng)較低，

17、因而沒(méi)有很好的實(shí)用價(jià)值。第二類(lèi)超導(dǎo)體主要包括金屬化合物及其合金，還包括金屬元素釩、锝和鈮。電化學(xué)老化現(xiàn)象：在電場(chǎng)作用下，由于化學(xué)變化引起材料電性能不可逆的惡化。磁化：物質(zhì)在磁場(chǎng)中受到磁場(chǎng)的作用而表現(xiàn)出一定的磁性。材料磁性來(lái)源：安培的分子環(huán)流說(shuō)磁介質(zhì)：在考慮物質(zhì)受磁場(chǎng)的影響或物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響時(shí)的物質(zhì)。磁介質(zhì)的磁化：由于物質(zhì)的分子（或原子）中存在著運(yùn)動(dòng)的電荷，所以磁介質(zhì)將受到磁場(chǎng)的作用而處于一種特殊的狀態(tài)。磁化強(qiáng)度：?jiǎn)挝惑w積內(nèi)原子磁矩的矢量總和。磁導(dǎo)率：?jiǎn)挝淮艌?chǎng)中材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小。磁化率：材料在磁場(chǎng)中磁化的難易程度。磁性分類(lèi)：抗磁性，順磁性，亞鐵磁性，鐵磁性自發(fā)磁化：在低于居里溫度并且沒(méi)有外加

18、磁場(chǎng)的情況下，電子之間的交換耦合作用會(huì)使相鄰原子或者離子的磁矩在一定的區(qū)域內(nèi)趨于平行或者反平行排列。居里點(diǎn)：鐵磁性和亞鐵磁性材料的磁性轉(zhuǎn)變溫度。磁矩的來(lái)源：軌道磁矩和自旋磁矩鐵磁性主要起源于電子的自旋磁矩。磁晶各向異性：?jiǎn)尉w在不同晶向上磁性能不同的性質(zhì)。磁致伸縮效應(yīng)：鐵磁體在磁場(chǎng)中磁化時(shí)，其形狀和尺寸都會(huì)發(fā)生變化。磁致伸縮機(jī)理：在居里溫度以下，磁性材料中存在著大量的磁疇。在每個(gè)磁疇中，原子的磁矩有序排列，引起了晶格發(fā)生形變。由于各個(gè)磁疇的自發(fā)磁化方向不盡相同，因此在沒(méi)有加外磁場(chǎng)時(shí)，自發(fā)磁化引起的形變互相抵消，顯示不出宏觀效應(yīng)，外加磁場(chǎng)后，各個(gè)磁疇的自發(fā)磁化都轉(zhuǎn)向外磁場(chǎng)方向，于是產(chǎn)生了宏觀磁致

19、伸縮。自發(fā)磁化：鐵磁物質(zhì)為正值的較大交換能使得相鄰原子的磁矩平行取向，在物質(zhì)內(nèi)部形成許多小區(qū)域磁疇。磁疇：物質(zhì)內(nèi)部的存在自發(fā)磁化的小區(qū)域。磁疇壁：磁疇和磁疇之間的邊界自旋軌道相互作用理論：磁晶各向異性和晶體場(chǎng)對(duì)電子軌道運(yùn)動(dòng)的影響有關(guān):一方面電子軌道磁矩產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)電子自旋運(yùn)動(dòng)作用，使軌道和自旋間存在耦合作用；另一方面電子軌道平面受到晶體場(chǎng)的影響，使得能量簡(jiǎn)并被消除，這兩方面的作用疊加在一起，就使得原子磁矩傾向于在晶體的某些方向上能量最低，而在另一些方向上能量高。原子磁矩能量低的方向?yàn)橐状呕较颍芰扛叩姆较驗(yàn)殡y磁化方向。在無(wú)外磁場(chǎng)作用的平衡狀態(tài)下，原子磁矩傾向于排列在易磁化方向上退磁場(chǎng)：有限

20、幾何尺寸的磁體在外磁場(chǎng)中被磁化后，表面將產(chǎn)生磁極，從而使磁體內(nèi)部存在與磁化強(qiáng)度M 方向相反的一種磁場(chǎng)，起減退磁化的作用 。磁化曲線：反映磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H或磁化強(qiáng)度M與H關(guān)系的曲線。3%Si-Fe室溫的磁化曲線：第I 部分(0 A) ：可逆磁化過(guò)程（磁場(chǎng)減少到零時(shí)，M、B沿原曲線減少到零），磁化曲線是線性的，沒(méi)有剩磁和磁滯。以可逆壁移為主。第II部分（AB）：不可逆壁移階段。非線性，有剩磁、磁滯。第部分(BC段)：磁化矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程。B點(diǎn)時(shí)，壁移消失，為單疇體。但M與H的方向不一致。再增加外場(chǎng)，磁矩逐漸轉(zhuǎn)動(dòng)，與外場(chǎng)趨于一致，至S點(diǎn)達(dá)到技術(shù)飽和，這時(shí)的磁化強(qiáng)度稱(chēng)飽和磁化強(qiáng)度。相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)

21、度稱(chēng)飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度 。鐵磁合金的磁滯回線：磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化總是滯后于磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為磁滯效應(yīng)，相應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化曲線稱(chēng)為磁滯回線。磁滯回線是鐵磁體的一個(gè)重要基本特征，它的大小、形狀均有一定的實(shí)用意義。其中，磁滯回線所包圍的面積相當(dāng)于磁化一周所產(chǎn)生的能量損耗，稱(chēng)為磁滯損耗。矯頑力：鐵磁體磁化到飽和后，使其磁化強(qiáng)度或磁感應(yīng)強(qiáng)度降低到零所需要的反向磁場(chǎng)。鐵芯損耗：磁性材料在交變場(chǎng)中工作時(shí)引起的能量損耗。P ：總損耗，Ph：磁滯損耗，Pe：渦流損耗，Pc：剩余損耗剩余磁化強(qiáng)度：鐵磁體磁化到飽和并去掉外磁場(chǎng)后，在磁化方向保留的剩余磁化強(qiáng)度或剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度。影響損耗的因素:以Fe - Si

22、合金為例:硅含量、雜質(zhì)元素含量、織構(gòu)度、晶粒大小、薄片厚度、表面狀態(tài)等對(duì)損耗都有影響。電介質(zhì)：指在電場(chǎng)作用下，能建立極化的一切物質(zhì)。電介質(zhì)的極化:介質(zhì)內(nèi)質(zhì)點(diǎn)（原子、分子、離子）正負(fù)電荷重心的分離，從而轉(zhuǎn)變成偶極子的過(guò)程。電介質(zhì)的極化：在外電場(chǎng)作用下電介質(zhì)表面出現(xiàn)電荷的現(xiàn)象.是電介質(zhì)的介電常數(shù)，r稱(chēng)相對(duì)介電常數(shù),0是真空介電常數(shù)8.85×10-12 Fm(法拉/米)。r=/0磁滯回線：由C點(diǎn)的磁化狀態(tài)（+MS）到C點(diǎn)的磁化狀態(tài)（-MS），稱(chēng)為反磁化過(guò)程。與反磁化過(guò)程相對(duì)應(yīng)的BH或MH曲線稱(chēng)為反磁化曲線 。兩條反磁化曲線組成的閉合回線為磁滯回線。（I）區(qū)：晶粒的磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)到最靠近外磁場(chǎng)的易

23、磁化方向；也可能產(chǎn)生新的反磁化疇。（II）區(qū)：可能是磁矩的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程；也可能是疇壁的小巴克豪森跳躍；也可能產(chǎn)生新的反磁化疇。（III）區(qū)：不可逆的大巴克豪森跳躍。（IV）區(qū)：磁矩轉(zhuǎn)動(dòng)到反磁化場(chǎng)方向的過(guò)程。質(zhì)點(diǎn)的極化率：?jiǎn)挝浑妶?chǎng)強(qiáng)度下，質(zhì)點(diǎn)電偶極矩的大小。介質(zhì)極化類(lèi)型：電子極化、離子極化、偶極子轉(zhuǎn)向極化、空間電荷極化和自發(fā)極化等。極化基本形式：位移式極化，松弛極化電子位移極化：在外電場(chǎng)作用下，原子外圍的電子云相對(duì)于原子核發(fā)生位移形成的極化。特點(diǎn)：電子位移極化是在原子和離子內(nèi)部發(fā)生的可逆變化，極化建立時(shí)間短，不耗散能量，不導(dǎo)致介電損耗。離子位移極化：離子在電場(chǎng)的作用下，偏移平衡位置引起的極化，特點(diǎn)：

24、極化時(shí)間短，不消耗能量，不導(dǎo)致介電損耗。介電常數(shù)的溫度系數(shù)：隨溫度變化，介電常數(shù)的相對(duì)變化率。電介質(zhì)損耗：電介質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)消耗的能量。是導(dǎo)致電介質(zhì)發(fā)生熱擊穿的根源。極化損耗由極化電流引起，主要與松弛極化過(guò)程有關(guān)。要經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，才能從建立極化到極化的穩(wěn)定狀態(tài)。損耗因素：外施電壓一定時(shí)，介質(zhì)損耗只與tg有關(guān)。 tg僅由介質(zhì)本身決定。介質(zhì)損耗的影響因素:頻率、溫度、濕度。介質(zhì)材料還有兩種損耗形式：電離損耗和結(jié)構(gòu)損耗降低材料的介質(zhì)損耗的方法：選擇合適的主晶相，盡量選擇結(jié)構(gòu)緊密的晶體作為主晶相；改善主晶相性能時(shí)，盡量避免產(chǎn)生缺位固溶體或填隙固溶體，最好形成連續(xù)固溶體，這樣弱聯(lián)系離子少，可避免損耗顯著

25、增大；盡量減少玻璃相；防止產(chǎn)生多晶轉(zhuǎn)變；注意焙燒氣氛；控制好最終燒結(jié)溫度。介質(zhì)損耗是介質(zhì)的電導(dǎo)和松弛極化引起的電導(dǎo)和極化過(guò)程中帶電質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，將它在電場(chǎng)中所吸收的能量部分地傳給周?chē)胺肿印?，使電磁?chǎng)能量轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺肿印钡臒嵴駝?dòng)，能量消耗在使電介質(zhì)發(fā)熱效應(yīng)上。介質(zhì)的擊穿:當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)某一臨界值時(shí)，介質(zhì)由介電狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)的現(xiàn)象。擊穿電壓:導(dǎo)致?lián)舸┑淖畹团R界電壓擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度:介質(zhì)的擊穿時(shí)，相應(yīng)的臨界電場(chǎng)強(qiáng)度稱(chēng)為介電強(qiáng)度。擊穿類(lèi)型:熱擊穿、電擊穿和電化學(xué)擊穿熱擊穿：電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，由于漏導(dǎo)電流、損耗或氣隙局部放電產(chǎn)生熱量 ，逐漸升溫，積熱增多，達(dá)到一定溫度，即行開(kāi)裂、?；蛉刍瑢?dǎo)致絕緣材料性

26、能破壞的現(xiàn)象。熱擊穿的本質(zhì)：在電場(chǎng)作用下，固體電介質(zhì)承受的電場(chǎng)強(qiáng)度雖不足以發(fā)生電擊穿，但因電介質(zhì)內(nèi)部熱量積累、溫度過(guò)高而導(dǎo)致失去絕緣能力，從而由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)。影響熱擊穿的因素：電學(xué)因素：電壓的大小、類(lèi)型、頻率和介質(zhì)的電導(dǎo)、損耗；熱學(xué)因素：材料的熱傳導(dǎo)、熱輻射以及介質(zhì)試樣的形狀、散熱情況、周?chē)劫|(zhì)溫度等。電擊穿：在電場(chǎng)作用下，電介質(zhì)內(nèi)少量自由電子的動(dòng)能加大，當(dāng)電壓足夠大時(shí)，在電子沖擊下激發(fā)出新的自由電子參加運(yùn)動(dòng)，并產(chǎn)生負(fù)離子，介電功能遭受破壞，而被擊穿。電擊穿的本質(zhì)：電介質(zhì)中存在的少量導(dǎo)電電子，一方面在外電場(chǎng)作用下獲得動(dòng)能，另一方面又要與振動(dòng)的晶格產(chǎn)生相互作用而損耗能量。當(dāng)外加電場(chǎng)足

27、夠高，使電子從電場(chǎng)中獲得的能量超過(guò)其失去的能量時(shí)，電子就可以在碰撞過(guò)程中積累能量，積累的能量達(dá)到可使電子與晶格發(fā)生碰撞電離時(shí)，將產(chǎn)生出新的電子，構(gòu)成雪崩效應(yīng)，最終導(dǎo)致介質(zhì)擊穿。固體介質(zhì)中導(dǎo)電電子的來(lái)源：本征激發(fā)，雜質(zhì)電離和注入電子。電化學(xué)擊穿：電介質(zhì)在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中受電、光、熱以及周?chē)劫|(zhì)的影響，產(chǎn)生化學(xué)變化，電性能發(fā)生不可逆的破壞，最后被擊穿。工程上稱(chēng)為老化。鐵電體：在一定溫度范圍內(nèi)含具有自發(fā)極化，并且發(fā)極化方向可隨外電場(chǎng)作可逆轉(zhuǎn)動(dòng)的晶體。產(chǎn)生鐵電性的原因自發(fā)極化：自發(fā)極化的極化狀態(tài)并非由外電場(chǎng)所造成，而是由晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)造成的，晶體中每一個(gè)晶胞里存在固有電耦極矩，這類(lèi)晶體通常稱(chēng)為極性

28、晶體。自發(fā)極化過(guò)程：以鈦酸鋇為例：鈦酸鋇的自發(fā)極化是由晶胞中鈦離子的位移引起的。在鈦酸鋇晶體中，鈦離子處于“氧的八面體”中央，氧八面體空腔體積大于鈦離子體積，鈦離子能在氧八面體內(nèi)移動(dòng)。居里溫度以上，熱振動(dòng)能比較大，鈦離子不能在偏離中心的某一個(gè)位置上固定下來(lái)，它接近六個(gè)氧離子的幾率相等，晶體保持高的對(duì)稱(chēng)性，自發(fā)極化為零。溫度降低到120，鈦離子平均熱振動(dòng)能降低，因熱漲落，熱振動(dòng)能低的鈦離子占很大比例，其能量不足以克服氧離子電場(chǎng)作用，有可能向某一個(gè)氧離子靠近，在新平衡位置上固定下來(lái)，并使這一氧離子出現(xiàn)強(qiáng)烈極化，發(fā)生自發(fā)極化，使晶體順著這個(gè)方向延長(zhǎng)，晶胞發(fā)生輕微畸變，由立方變?yōu)樗姆骄w。也因此產(chǎn)生永

29、久電偶極矩，并且形成電疇。 鐵電性通常是指鐵電體的微觀結(jié)構(gòu)性質(zhì)，以及因此而可能顯示出來(lái)的宏觀性質(zhì)。鐵電疇鐵電體自發(fā)極化的方向不相同，但在一個(gè)小區(qū)域內(nèi)，各晶胞的自發(fā)極化方向相同的小區(qū)域。鐵電疇與鐵磁疇差別：鐵電疇壁的厚度很薄，大約是幾個(gè)晶格常數(shù)的量級(jí)，但鐵磁疇壁則很厚，可達(dá)到幾百個(gè)晶格常數(shù)的量級(jí)。磁疇壁中自發(fā)磁化方向可逐步改變方向，而鐵電體則不可能。電滯回線的意義：判定鐵電體的依據(jù)由于有剩余極化強(qiáng)度，因而鐵電體可用來(lái)作信息存儲(chǔ)、圖象顯示。同一種材料，單晶體和多晶體的電滯回線是不同的。例：BaTiO3單晶和多晶體電滯回線就不完全相同：BaTiO3單晶的電滯回線既窄又陡接近于矩形，Ps和Pr很接近，

30、而且Pr較高。BaTiO3陶瓷的電滯回線既寬又斜。陶瓷的電滯回線中Ps與Pr相差較多，表明陶瓷多晶體不易成為單疇，即不易定向排列。移峰效應(yīng)：在鐵電體中引入某種添加物生成固溶體，改變?cè)瓉?lái)的晶胞參數(shù)和離子間的相互聯(lián)系，使居里點(diǎn)向低溫或高溫方向移動(dòng)。移峰的目的：使在工作情況下(室溫附近)，材料的介電常數(shù)和溫度關(guān)系盡可能平緩，即要求居里點(diǎn)遠(yuǎn)離室溫溫度，如加入PbTiO3可使BaTiO3居里點(diǎn)升高。 壓峰效應(yīng)目的：降低居里點(diǎn)處的介電常數(shù)的蜂值，即降低-T非線性，也使工作狀態(tài)相應(yīng)于-T平緩區(qū)。鐵電體的非線性是指介電常數(shù)隨外加電場(chǎng)強(qiáng)度非線性地變化。壓電性：是某些晶體材料按所施加的機(jī)械應(yīng)力成比例地產(chǎn)生電荷的能

31、力。正壓電效應(yīng)：當(dāng)對(duì)石英晶體在一定方向上施加機(jī)械應(yīng)力時(shí)，在其兩端表面上會(huì)出現(xiàn)數(shù)量相等、符號(hào)相反的束縛電荷；作用力反向時(shí)，表面荷電性質(zhì)亦反號(hào)，而且在一定范圍內(nèi)電荷密度與作用力成正比。逆壓電效應(yīng)：石英晶體在一定方向的電場(chǎng)作用下，則會(huì)產(chǎn)生外形尺寸的變化,在一定范圍內(nèi)，其形變與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。正壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)統(tǒng)稱(chēng)為壓電效應(yīng)。具有壓電效應(yīng)的物體稱(chēng)為壓電體。壓電振子是最基本的壓電元件，它是被覆激勵(lì)電極的壓電體。頻率常數(shù)：壓電元件的諧振頻率與沿振動(dòng)方向的長(zhǎng)度的乘積為一常數(shù)。鐵電體是一種極性晶體，屬于熱電體。它的結(jié)構(gòu)是非中心對(duì)稱(chēng)的，因而也一定是壓電體。必須指出，壓電體必須是介電體。鐵電陶瓷只有經(jīng)過(guò)“極化”處理，才能具有壓電性；壓電陶瓷一般是鐵電體，只有鐵電陶瓷才能在外電場(chǎng)作用下，使電疇運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)向，達(dá)到“極化”的目的，成為壓電陶瓷，因而把這類(lèi)陶瓷稱(chēng)為鐵電、壓電陶瓷。壓電陶瓷的預(yù)極化及其性