1、材料力學性能第一章材料單向靜拉伸的力學性能1、名詞解釋彈性比功：為應力-應變曲線下彈性范圍所吸收的變形功的能力 ，又稱彈性比能，應 變比能。 即彈性比功=c e2/2E = a e £ e/2其中c e為材料的彈性極限，它表示材料 發(fā)生彈性變形的極限抗力包申格效應：指原先經(jīng)過變形，然后反向加載時彈性極限（aP）或屈服強度（a S）降低的現(xiàn)象。滯彈性：應變落后于應力的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫滯彈性粘彈性：具有慢性的粘性流變，表現(xiàn)為滯后環(huán)，應力松弛和蠕變。上述現(xiàn)象均與溫 度，時間，密切相關。內(nèi)耗：材料在彈性范圍加載和卸載時，有一部分加載變形功被材料所吸收，這部分 功叫做材料的內(nèi)耗塑性：指金屬材料

2、斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。脆性斷裂：材料斷裂前基本上補產(chǎn)生明顯的宏觀塑性變形。斷口一般與正應力垂直， 宏觀上比較齊平光亮，常呈放射狀或結晶狀。韌性斷裂：材料斷裂前及斷裂過程沖產(chǎn)生明顯宏觀塑性變形的斷裂過程。斷口往往呈暗灰色、纖維狀。解理斷裂：在正應力的作用下，由于原子間結合鍵的破壞引起的沿特定晶面發(fā)生的脆性穿晶斷裂。剪切斷裂：材料在切應力作用下沿滑移面滑移分離而造成的斷裂。河流花樣：實際上是許多解理臺階，不是在單一的晶面上。流向與裂紋的擴展方向一致。韌窩：材料發(fā)生微孔聚集型斷裂時，其斷口上表現(xiàn)出的特征花樣2、設條件應力為c,真實應力為 S，試證明S>ao證明：設瞬時截面積為 A相應的拉伸

3、力為 F,于是S=F/Ao同樣，當拉伸力F有一增量dF時，試樣在瞬時長度L的基礎上變?yōu)長+dL,于 是應變的微分增量應為 de=dL/L，試樣自Lo伸長至L后，總的應變量為e=lnL/ Lo式 中e為真應變。于是 e=ln （1+£）假設材料的拉伸變形是等體積變化過程，于是真應力和條件應力之間有如下關系：S= a（ 1+£）由此說明真應力S大于條件應力c3、材料的彈性模數(shù)主要取決于什么因素？高分子材料的彈性模數(shù)受什么因素影響最 嚴重？答：材料彈性模量主要取決于結合鍵的本性和原子間的結合力，而材料的成分和組 織對它的影響不大，可以說它是一個對組織不敏感的性能指標（對金屬材料）

4、，而對高分子和陶瓷E對結構和組織敏感。補充：影響聚合物的彈性模量的因素：下列因素的增加，Ef 1）主鍵熱力學穩(wěn)定性的增加2）結晶區(qū)百分比的增加 3）分子鏈填充密度的增加 4 ）分子鏈拉伸方向取 向程度的增加5）集合物晶體中鏈端適應性增強 6）鏈折疊程度的減小4、決定金屬材料屈服強度的主要因素有哪些？ 答：內(nèi)在因素:結合鍵，組織，結構，原子本性結合鍵:金屬一金屬鍵高分子一范德華力陶瓷一共價鍵或離子鍵鍵能越大，屈服強度越大。組織:四種強化機制影響c rs :固溶強化形變強化沉淀和彌散強化 晶界亞晶強化 其中沉淀強化和晶粒細化是工程上常使用提高c rs的手段。前三種機制提咼c ys，但是降低3 ,只

5、有第四種提咼 c rs又提咼3。外在因素：溫度+應變速率+應力狀態(tài)溫度因素：一般升高溫度，金屬材料的屈服強度下降。但是金屬晶體結構不同，其變化趨勢各異。應變速率與應變狀態(tài)：應變速率對金屬材料的屈服強度有明顯的影響。在應變速率較高的情況下，金屬材料的屈服應力將顯著升高。應力狀態(tài)的影響是切應力分量越大，越有利于塑性變形，屈服強度就越低。不同應力狀態(tài)下的材料屈服強度 不同。補充：a 0.2屈服強度單位是Mpa表示的是試樣卸除拉伸力后，其標距部分的殘余伸 長達到規(guī)定的原始標距百分比是 0.2%時的應力。a b 抗拉強度單位是Mpa代表產(chǎn)生最大均勻塑性變形抗力，但它表示了材料 在靜拉伸條件下的極限承載能

6、力以上兩種強度都是在靜載條件下的拉伸實驗中測得。穿晶斷裂可以是韌性斷裂，也可以是脆性斷裂；而沿晶斷裂則多數(shù)為脆性斷裂。準解離斷裂實際上也有一定的塑性變形，如：貝氏體鋼中、高強度鋼它是解理和微孔聚合的混合斷裂相似點:有解理面、河流花樣不同：主裂紋的走向不太清晰， 原因是主裂紋前方常產(chǎn)生許多二次裂紋；晶粒內(nèi)部有許多撕裂棱，撕裂棱附近有許多變形；裂紋多萌生于晶粒內(nèi)部，裂紋 的擴展從解理臺階逐漸過渡向撕裂棱。另外，加工硬化指數(shù)也是重點第二章名詞解釋:（1） 應力狀態(tài)軟性系數(shù)（新書38頁）（2） 缺口效應：缺口產(chǎn)生應力集中，引起三向應力狀態(tài)，使材料脆化，由應力集中產(chǎn)生應變集中，使缺口附近的應變速率增高。

7、（3） 缺口敏感度：缺口式樣進行拉伸試驗時，常用試樣的抗拉強度（T bN與等截面尺 寸光滑試樣的抗拉強度 T b的比值作為材料的缺口敏感性指標，并稱為缺口敏感度。（4） 布氏硬度：將單位壓痕面積承受的平均壓力（F/S ）定義為布氏硬度。0 0 0 0 0 0（5）洛氏硬度:2說明下列力學性能指標的意義（1） T PC規(guī)定非比例壓縮應力；（2） T be：抗壓強度；（3） T Pb：規(guī)定非比例彎曲應力；（4） T bb：彎曲強度；（5） T S :扭轉屈服強度；（6） T Po.3 :規(guī)定非比例扭轉應力；（7） T b： 扭轉強度極限；（8） 丫 max扭轉相對殘余切應變最大值；（9） HBS壓

8、頭為淬火鋼球時 的布氏硬度值表示符號；（10） HBW壓頭為硬質合金球時的布氏硬度值表示符號；（11） HR30N（ 12） HR45T（ 13） HV 維氏硬度和顯微硬度（14） HK努氏硬度（15） HS （16） qe：缺口敏感度，試樣的抗拉強度t bN與等截面尺寸光滑試樣的抗拉強度t b的比值；3缺口對材料的拉伸力學性能有什么影響？（1）缺口產(chǎn)生應力集中（2）引起三向應力狀態(tài)，使材料脆化（3）由應力集中產(chǎn)生應變集中（4）使缺口附近的應變速率增高4今有如下工件需要測定硬度，試說明選用何種硬度測試方法為宜。（1）滲碳層的硬度分析（2）淬火鋼（3）灰鑄鐵（4）硬質合金（5）鑒別鋼中的隱晶馬氏

9、體與殘余奧氏體（6）儀表小黃銅齒輪（7）龍門刨床導軌（8）氮化層（9）火車圓彈簧（10）高速鋼刀具答:布氏硬度：(3) (6)洛氏硬度：(1) (4) ( 8) (2) (7) (3) (10)顯微硬度：(5)第三章1、名詞解釋低溫脆性：當溫度低于某一溫度 時，材料由韌性狀態(tài)轉變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，沖擊吸收功明顯下降，斷裂機理由微孔聚集變?yōu)榇┚Ы饫恚瑪嗫谔卣饔衫w維狀變?yōu)榻Y晶狀。藍脆：碳鋼和某些合金鋼在沖擊載荷或靜載荷作用下，在一定溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)脆性，因為在該溫度范圍內(nèi)加熱鋼時，表面氧化色為藍色，故稱為藍脆。遲屈服：指當用高于材料屈服極限的載荷以高加載速度作用于體心立方結構材料時，瞬間并不屈服，需要在該

10、應力下保持一定時間后才發(fā)生屈服，且溫度越低，持續(xù)時間越長。韌脆轉變溫度：冷脆轉變溫度韌脆溫度儲備：牛tO-tk3、試說明低溫脆性的物理本質及影響因素。物理本質：從宏觀上分析，材料低溫脆性的產(chǎn)生與其屈服強度 和斷裂強度隨溫度 變化有關。微觀上，體心立方金屬的低溫脆性與位錯在晶體中運動的阻力對溫度變化非常敏感有關。影響因素：晶體結構、化學成分、顯微組織(晶粒大小，金相組織)、溫度加載速率、試樣形狀和尺寸第四章材料的斷裂韌性1、解釋下列名詞：低應力脆斷：一些高強度或超高強度機件，中低強度的大型機件常常在工作應力并 不高，甚至遠低于屈服極限的情況下，發(fā)生脆性斷裂現(xiàn)象，這就是所謂的低應力脆 斷。應力場強

11、度因子：K 丫 "akg/mm或 MPa m1/2Y是與裂紋幾何形狀和位置決定的參數(shù)，K1表示裂紋尖端應力場的大小或強度。對于張幵型的斷裂韌度：當應力c或裂紋尺寸a增大到臨界值時，也就是在裂紋尖端足夠大的范KiKic圍內(nèi)，應力達到了材料的斷裂強度，裂紋便失穩(wěn)擴展而導致材料的斷裂，這是 也G 2c2c EE達到了一個臨界值，記為稱為斷裂韌度能量釋放率：G表示彈性應變能的釋放率或為裂紋擴展力J積分：斷裂能量判據(jù)，在彈性條件下，J=G裂紋尖端張幵位移 COD裂紋體受載后，在裂紋尖端沿垂直裂紋方向所產(chǎn)生的位移，2用3表示。在平面應變條件下：3=4K / n Ec s2、說明下列符號的名稱和含

12、義這四個符號都是斷裂韌度。第一個是應力強度因子達到失穩(wěn)狀態(tài)時的斷裂韌度第二個是能量釋放率達到臨界值時的斷裂韌度第三個是能量率達到臨界值時的斷裂韌度第四個是裂紋尖端張幵位移達到臨界值時的斷裂韌度3、答案：P68中間一段4、答案：K判據(jù)表示當應力場強度達到臨界值時的斷裂韌度，多用于裂紋體在受力時的情況。G判據(jù)表示能量釋放率達到臨界值時的斷裂韌度，多用于分析裂紋擴展中 的情況。前兩種判據(jù)都是裂紋失穩(wěn)擴展的斷裂判據(jù)。J判據(jù)表示的是裂紋相差單位長度的兩個等同試樣，加載到等同位移時，勢能差值與裂紋差值的比率，即形變功率差。 J判據(jù)的目的是期望用小試樣測出 Jic，以代替大 試樣的Kc，然后再用K判據(jù)去解決

13、中、低強度鋼大型件的斷裂問題。COD表示的是裂紋受載擴展時的位移。后兩種判據(jù)都是裂紋幵始擴展的斷裂判據(jù)。8、課本 P78-799、分析影響斷裂韌度的因素。課本P75-7810、 計算略公式見課本 P67(4-4)P69 (4-12a)另外斷裂強度試驗測定也應該看看第五章一解釋名詞1. 載荷譜：它是結構疲勞與斷裂設計和試驗的載荷條件。載荷譜原則上應代表整個 載荷變化過程，但這難于實現(xiàn)和應用，實際上常進行數(shù)據(jù)處理或簡化，因此它只是 載荷變化過程的某種近似代表。2. 應力幅3.平均應力：4.應力比：以上三個見書本P865. 疲勞源：疲勞裂紋萌生的策源地，多出現(xiàn)在機件表面，常和缺口，裂紋，刀痕，蝕坑等

14、缺陷相連。但若材料內(nèi)部存在嚴重冶金缺陷，也會因局部材料強度降低而在 機件內(nèi)部引發(fā)出疲勞源。6. 疲勞貝紋線：是疲勞區(qū)的最經(jīng)典特征，一般人文是因載荷變動引起的，因為機器 運轉是不可避免的常有啟動，停歇，偶然過載等，均要在裂紋擴展前沿線留下弧狀 貝紋線痕跡。7. 疲勞條帶：主裂紋和裂紋核之間因內(nèi)頸縮而發(fā)生相向長大，橋接，是主裂紋向前擴展一段距離而構成疲勞條帶。8. 駐留滑移帶：稱這種永久或再現(xiàn)的循環(huán)滑移帶為，駐留滑移帶。其一般只在表面形成，深度較淺，隨著加載循環(huán)次數(shù)的增加，循環(huán)滑移帶會不斷的加寬。9. 擠出脊和侵入溝：駐留滑移帶在表面加寬過程中，還會出現(xiàn)擠出脊和侵入溝。詳 見書本P90下部和P91

15、上部。10. 疲勞壽命：機件疲勞失效前的工作時間成為疲勞壽命。11. 次載鍛煉：材料特別是金屬在低于疲勞強度的應力先運轉一定周次，即經(jīng)過次載鍛煉，可以提高材料的疲勞強度。12. 過載損傷：材料在過載應力水平下只有運轉一定周次后，疲勞強度或疲勞壽命才 會降低，造成過載損傷。13. 熱疲勞：由周期變化的熱應力或熱應變引起的材料破壞稱為熱疲勞。14. 高周疲勞和低周疲勞疲勞形式按應力高低和斷裂壽命分，有高周疲勞和低周疲勞。高周疲勞的斷裂壽命較長，N>105，斷裂應力水平較低，c <a S,又稱低應力疲勞，為常見的材料疲勞形式；低周疲勞的斷裂壽命較短，N=102至105，斷裂應力水平提高，

16、c大于等于cs，往往伴有塑性應變發(fā)生，常稱為高應力疲勞或應變疲勞。二解釋下列性能指標的意義1. c-1：光滑試樣的疲勞極限。c -1N：缺口試樣的疲勞極限C-1p :對稱拉壓疲勞強度T -1 ：對稱扭轉疲勞強度2. qf :材料在變動應力作用下的缺口敏感性，常用疲勞缺口敏感度qf表征，qf二(Kf1) / ( Kt 1) o qf隨材料強度增高而增大。3. 過載損傷界：把在每個過載應力下運行能引起損傷的最少循環(huán)周次連接起來就得到該材料的過載損傷界。材料的過載損傷界越陡直，損傷區(qū)越窄，則其抵抗疲勞過載能力就越強。4. Kth :代表疲勞裂紋不擴展的 KI臨界值，稱為疲勞裂紋擴展門檻值，表征材料

17、阻止疲勞裂紋幵始擴展的能力。5. da/dN :表示疲勞裂紋擴展速率。不僅與裂紋長度a有關，還與應力水平有關5、見課本P90-93提高材料疲勞抗力的主要方法見影響材料及機件疲勞強度的因素P103-106首先判別是高周疲勞壽命還是低周疲勞壽命，裂紋萌生，裂紋的擴展在整個疲勞壽命 中誰占主導地位若是高周疲勞，通常采用以下方法:11 0 240 3°5b''提高強度a.合金化b.熱處理c.變形d.細化晶粒，光滑試樣缺口試樣提高塑性：應力疲勞用Basqin方程減少表面的疲勞裂紋源 a.改善表面光潔度b.改善表面應力集中c.表面處理（壓應 力）減少夾雜物7、答案：兩個都是表征材

18、料無限壽命疲勞強度，但含義完全不同，疲勞強度代表的 是光滑試樣的無限壽命疲勞強度，適用于傳統(tǒng)的疲勞強度設計和校核；疲勞極限門 檻值代表的是裂紋試樣的無限壽命疲勞強度性能，適于裂紋件的設計和疲勞強度校 核。另外的比較自己看著找。自己總結第六章 材料的磨損性能1、解釋下列名詞： 摩擦：摩擦是接觸物體間的一種阻礙運動的現(xiàn)象磨損：是在摩擦作用下物體相對運動時，表面逐漸分離出磨屑從而不斷損傷的現(xiàn)象。耐磨性：是指材料抵抗磨損的性能。接觸疲勞：兩接觸材料作滾動或滾動加滑動摩擦時，交變接觸壓應力長期作用使材 料表面疲勞損傷，局部區(qū)域出現(xiàn)小片或小塊材料剝落，而使材料磨損的現(xiàn)象。2、磨損有幾種類型？定義？答：粘著

19、磨損是因兩種材料表面某接觸點局部壓應力超過該處材料屈服強度發(fā)生粘合并拽幵而產(chǎn)生的一種表面損傷磨損。多發(fā)生在摩擦副相對滑動速度小，接觸面氧化膜脆弱，潤滑條件差，以及接觸應力大的滑動摩擦條件下。其磨損表面特征是機 件表面有大小不等的結疤。磨粒磨損是摩擦副的一方表面存在堅硬的細粒或在接觸面間存在硬質粒子時產(chǎn) 生的磨損。磨損的主要特征是摩擦面上有擦傷或因明顯犁皺形成的溝槽。接觸疲勞是工件表面在接觸壓力的長期不斷反復作用下引起的一種表面疲勞破壞現(xiàn)象，表現(xiàn)為接觸表面出現(xiàn)許多針狀或痘狀的凹坑，稱為麻點，也叫點蝕或麻點磨損。（疲勞磨損）微動磨損通常發(fā)生在一對緊配合的零件腐蝕磨損。第七章 材料的高溫力學性能1、

20、解釋下列名詞蠕變：材料在長時間的恒溫、恒載荷作用下緩慢地產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象。持久強度：指材料在一定溫度下和規(guī)定的持續(xù)時間內(nèi)引起斷裂的最大應力值， 蠕變極限：在高溫長時間載荷作用下，機件不致產(chǎn)生過量塑性變形的拉力指標。松弛穩(wěn)定性：材料在恒變形的條件下，隨著時間的延長，彈性應力逐漸降低的現(xiàn)象稱為應力松弛。材料抵抗應力松弛的能力稱為松弛穩(wěn)定性。2、說明下列力學性能指標的名稱和物理意義是給定溫度下的蠕變極限，它表示的是在T溫度下，第二階段的穩(wěn)態(tài)蠕變速率等于£時的蠕變極限。單位是 Mpa這種方法是用在高溫下長時間服役時。Tt是給定溫度和時間下的蠕變極限。表示的是材料在T時，th產(chǎn)生£

21、的蠕變應變的蠕變極限。單位是Mpa這種方法用在蠕變時間短而如變速率又較大的情況下。方法：蠕變試驗時間為幾百小時到幾千個小時，甚至1萬到10萬小時。但是,tTl!:Zt許多機件要求在高溫長時間下工作，壽命至少在10萬小時以上,這樣，壽命越長，和 J是持久強度，單位是 Mpa表示的是材料在T下工作t的持久強度。（T sh是剩余應力，是評價應力松弛穩(wěn)定性的一個指標。5、試述高溫下金屬蠕變變形和塑性變形機理的差異。答：在高溫下，金屬的蠕變變形機理主要是位錯滑移蠕變機理、晶界蠕變機理。而高分子的是粘彈性機理。課本 p1277、總結各種因素對蠕變變形的影響。 P131-133第十三章材料的耐腐蝕性能本章主

22、要掌握概念腐蝕是物質的表面因發(fā)生化學或電化學反應而受到破壞的現(xiàn)象。應力腐蝕：材料或零件在應力和腐蝕環(huán)境的共同作用下引起的破壞氫脆:分內(nèi)部氫脆和環(huán)境氫脆內(nèi)部氫脆就是材料在使用前內(nèi)部已含有足夠的氫并導致了脆性環(huán)境氫脆指材料原先不含氫或含氫極微，但在有氫環(huán)境與介質中產(chǎn)生腐蝕疲勞：材料或零件在交變應力和腐蝕介質的共同作用下造成的失效腐蝕疲勞的特點（與應力腐蝕相比）應力腐蝕是在特定的材料與介質組合下才發(fā)生的,而腐蝕疲勞在任何介質中均可出現(xiàn)。腐蝕疲勞即使KmaxvKISC（裂紋仍舊擴展。腐蝕疲勞裂紋源有多處，裂紋沒有分支，而應力腐蝕只有一兩個主裂紋，且有小裂紋。腐蝕疲勞在交變應力作用下裂紋尖端溶液的酸度與

23、周圍環(huán)境的平均值差別不大而應力腐蝕尖端酸度總是高于平均值。氫脆的特點即氫脆與應力腐蝕的區(qū)別：實驗室識別的方法是:當施加一小的陽極電流，如使幵裂加速，為應力腐蝕，而施加一小的陰極電流，使幵裂加速則為氫脆在強度較低的材料中斷裂源不在表面 ，而在表面以下的某一深處主裂紋沒有分枝情況斷口沒有腐蝕產(chǎn)物或者其量極微表現(xiàn)出對溫度和形變速率有強烈的依賴應力腐蝕的特點：其靜應力遠低于材料的屈服強度，且一般為拉伸應力.是脆性斷裂特定的合金成分與特定的介質相組合才會造成應力腐蝕的裂紋擴展速率是漸進緩慢的 裂紋多起源于表面蝕坑處，傳播途徑常垂直于拉力軸斷口顏色灰暗，表面有腐蝕產(chǎn)物主裂紋擴展時常有分枝.可以是穿晶斷裂，

24、也可以是晶間斷裂 應力腐蝕抗力指標:KvKISCC寸，在應力作用下，材料或零件可以長期處于腐蝕環(huán)境中而不發(fā)生破壞K1SCC <K< K1C時，在腐蝕性環(huán)境和應力共同作用下，裂紋呈亞臨界擴展，隨裂紋不 斷增長,裂紋尖端K值不斷增大,達到K1C斷裂K>K1C時，加上初始載荷后試樣立即斷裂既可用K1SCC表示材料應力腐蝕抗力，也可以測量裂紋擴展速率da/dt影響應力腐蝕的因素見 P276-277材料物理性能第一章材料各種熱學性能的物理本質，均與晶格熱振動有關。晶格熱振動：固體材料（包括晶體和非晶體），點陣中的質點（原子、離子）實際上 并不是固定不動的，而總是圍繞其平衡位置作微小振動

25、。如金屬鋁、NaCI（面心立方）中離子。格波：相鄰質點間的振動存在一定相位相差，即晶格振動以彈性波的形式在整個材料內(nèi)傳播，這種彈性波稱為格波。聲頻支振動可看成相鄰質點具有相同的振動方向；光頻支振動可看成相鄰質點振動方向相反熱容：在沒有相變、化學反應的條件下，材料溫度升高1K所吸收的熱量。 單位J/K （在T溫度時）。物質內(nèi)能的物理本質：構成物體各質點熱運動動能的總和即為物體的熱量。溫度升 高，質點振動頻率和振幅增加，熱量增加。為什么溫度升高材料吸收熱量哪？（即熱容的物理本質是什么？）答：溫度升高，晶格熱振動加劇，材料內(nèi)能增加，若發(fā)生膨脹，還對外做功。影響物質熱容的因素：物質的性質、溫度、是否發(fā)

26、生體積變化、電子。比定壓熱容：材料溫度升高時，壓強恒定，所測得的比熱容。焓P詵內(nèi)能BQ = 二 9U+l¥比定容熱容：材料溫度升高時，體積恒定，所測得的比熱容。cp 與 CV 哪個大？ cp> CV 原因？cp測量方便，CV更具理論意義。對于固體材料二者差別很小，可忽略，但高溫下差別增大。cp、CV與溫度之間的關系（三個階段）。元素的熱容定律一一杜隆-伯替定律恒壓下元素的原子熱容等于 25J/mol K，即晶態(tài)固體材料每含1mol原子，熱容為25J/mol K化合物的熱容定律奈曼柯普定律化合物的分子熱容等于構成此化合物各原子熱容之和愛因斯坦模型1906年愛因斯坦根據(jù)普朗克質點振

27、動量子化的觀點，并假設每個質點都在獨立振動，原子間彼此無關，每個質點振動頻率相同，簡化、推導而得。e E:愛因斯坦溫 度進步：能量量子化、考慮到溫度因素。討論：（1）當高溫時（T>>e E ），Cv 3R即為杜隆-伯替定律的形式，實際上杜隆-伯替定律在較高溫度時與事實符合n 吐較好。愛因斯坦模型中考慮到了頻率隨溫度和元素的變化，較杜隆-伯替定律精確。2）低溫時（Tvve E ），卩_ T熱容以指數(shù)規(guī)律隨 T減小而減小，但不是按 T的三次方變化，計算值較實際值小, 但較經(jīng)驗定律有明顯進步。（3）T-0時，熱容為0,與事實相符。評價：三個方面的進步：考慮到的溫度、低溫、溫度趨于0時。不

28、足：在T<<9 E溫區(qū)理論值較實驗值下降得過快。原因：前提、沒有考慮低頻率振動對熱容的貢獻。德拜模型在這一方面作了改進, 故能得到更好結果。德拜模型 前提：考慮了晶體中各質點的相互作用；對熱容的貢獻主要是頻率較低的聲頻 支振動（0宀max），光頻支振動對熱容的貢獻很小， 忽略；把晶體看作連續(xù)介質; 宀max由分子密度和聲速決定。9 D:德拜特征溫度進步：考慮到了晶體中各質點的相互作用討論：（1）高溫時（T>>9 D ），Cv3R,即杜隆疣伯替定律形式。同時考慮到了 CV =匸1）頻率隨溫度和元素的變化，一般溫度下，較杜隆-伯替定律精確。（2）低溫時（T<<9

29、 D ），表明T趨于0時，熱容與T的3次方成比例地趨于0,與事實十分符合，較愛因斯坦模型進步評價：般場合已足夠精確。但隨著測量技術的進步，發(fā)現(xiàn)其在低溫下還不能與實際完全相符；不能解釋超導現(xiàn)象；不完全適用于復雜化合物。原因：晶體畢竟不是一個連續(xù)體（如晶界、雜質等缺陷）。對于金屬晶體，沒有考 慮自由電子的貢獻等。熱膨脹：物體的體積或長度隨溫度的升高而增大的現(xiàn)象。也就是所謂的熱脹冷縮現(xiàn) 象。材料熱容與溫度關系的經(jīng)驗公式 Cp= a + bT+ cT 2熱膨脹的物理本質（機理）實際上物體溫度升高，由于質點振動的加劇，將引起質點平均距離增大，從而導 致物體熱膨脹鍵強、晶體結構對熱膨脹的影響：1. 鍵強：

30、鍵強越大的材料膨脹系數(shù)越小，如陶瓷為共價或離子鍵，膨脹系數(shù)小。2. 晶體結構：化學組成同，但晶體結構不同，如石英玻璃與多晶石英。哪個a大？結構緊密的晶體a大，類似非晶態(tài)玻璃那樣結構松散的材料a小。因結構疏松的材料內(nèi)部空隙較多，溫度升高，質點振幅增大，質點間距離的增大部分被結構內(nèi)的 空隙所容納，整個材料宏觀上a小。多晶石英：12X 10 6K 1; 石英玻璃：0.5 X 10 6K 1固體物質導熱機理：主要依靠晶格振動的格波和自由電子金屬材料：有大量的自由電子，可迅速實現(xiàn)傳熱，故入一般很大。晶格振動對金屬導熱的貢獻很次要非金屬材料：自由電子極少，導熱主要依靠晶格振動的格波可見，材料依靠晶格熱振動

31、的導熱有兩種機制，即聲子導熱與光子導熱，溫度不太 高時光子導熱可忽略，高溫時光子導熱不可忽視熱導率公式:c :聲子比熱容，一：聲子平均速度，I :聲子平均3自由程。I的影響因素：格波中耦合作用（振動中的非線性）越強，不同頻率格波傳播中相互干擾越嚴重，聲子間碰撞越嚴重，I減小，熱導率降低晶體中缺陷、雜質即晶界都會引起聲子散射，I減小，熱導率降低。頻率越低，波長越大，傳播越易繞過缺陷,I大，熱導率降高。溫度升高，聲子碰撞機會增多，I減小。但減小有限度，高溫下I最小值為幾個晶格間距；反之，低溫時最大為一個晶粒尺寸。熱穩(wěn)定性材料承受溫度的急劇變化而不致破壞的能力（又稱抗熱震性）。材料受熱沖擊時的損壞有

32、兩種類型：抗熱沖擊斷裂性：抵抗熱沖擊時發(fā)生瞬時斷裂的能力（玻璃、陶瓷等）；抗熱沖擊損傷性：熱沖擊循環(huán)作用下，材料表面幵裂、剝落，并不斷發(fā)展最終碎裂或變質（含微孔的材料、非均質金屬陶瓷等）?？篃釠_擊斷裂，以強度一應力為判據(jù)，認為材料中熱應力達到抗張強度極限后就產(chǎn) 生幵裂。一旦有裂紋成核就會導致材料的完全破壞。這樣導出的結果只適用于一般 的玻璃、陶瓷和電子陶瓷等。抗熱沖擊損傷：以彈性應變能-斷裂能為判據(jù)，適用于含微孔材料、非均質金屬陶瓷提高抗熱沖擊斷裂性能的措施：1. 提高（7,降低E，使c /E提高2. 提咼入，使 R提咼3. 減小材料熱膨脹系數(shù)4. 減小材料表面散熱系數(shù) h5. 減小材料有效厚

33、度以上措施是針對密實性陶瓷材料、玻璃等，提高抗熱沖擊斷裂性能而言。但對多孔、粗粒、干壓和部分燒結的制品，要從抗熱沖擊損傷性來考慮。如耐火磚的熱穩(wěn)定不夠，表現(xiàn)為層層剝落，這是表面裂紋、微裂紋擴展所致。材料具有高E和低的極限強度，材料具有更低的彈性應變能釋放率；另一方面，提高材料的斷裂 表面能。第二章能帶里理論認為，晶體中價電子是公有化的，其能量是量子化的，每個能級只能容納兩個自旋方向相反的電子。由于晶體中電子能級間的間隙很小，可以把能級分布看成是準連續(xù)的，稱為能帶能帶分裂的寬度叫能隙；能帶對應的能隙叫禁帶；具有空能級價帶中的電子是自由的，在外電場的作用下參與導電，這樣的價帶叫導帶能帶理論解釋導體

34、、半導體、絕緣體間導電性的區(qū)別：_導體：價帶與導帶重疊，無禁帶?；騼r帶未被電子填滿，這種價帶本身即為導帶。這兩種情況下價電子都是自由的，就像金屬具有大量的這樣的自由電子，所以具有很強的導電能力。半導體和絕緣體：滿價帶和空導帶之間具有禁帶。半導體：禁帶寬度小，在熱、光等作用下，價帶中的部分電子有可能獲得足夠的能量而越過禁帶到達其上面的空帶形成導帶，且價帶中出現(xiàn)了電子留下的空穴。導 帶中的電子和價帶中的空穴在電場作用下定向移動產(chǎn)生電流。參加導電的電子和空 穴濃度相等，稱本征導電，這種半導體稱為本征半導體。雜質對半導體的導電性影響很大，如 Si中摻入十萬分之一的 B,其導電性提高 14倍。摻雜半導體

35、又分為n型和p型，n型載流子主要是導帶中的電子，p型中主要 是空穴。絕緣體：禁帶寬度很大，電子很難越過禁帶到達其上面的空帶，外電場的作用下幾乎不產(chǎn)生電流。金屬電阻的來源：晶體點陣離子的熱振動及晶體點陣的不完整性(晶體中異類原子、位錯和點缺陷等)使晶體點陣的周期性遭到破壞，晶體中的電子波就會受到散射，減小，導電性降低。馬基申定律馬基申等人把固溶體電阻率看成由金屬基本電阻率P(T)和殘余電阻p殘組成。即p = p( T)+p殘稱為馬基申定律對金屬導電性的影響受力情況(1) 拉力：彈性范圍內(nèi)單向拉伸或扭轉應力提高金屬p,并有o(1)(2) 壓力：對大多數(shù)金屬，受壓力情況下p降低，并有。(1 p)原因

36、：金屬在壓力作用下原子間距縮小，內(nèi)部缺陷的形態(tài)、電子結構、費米面和能帶結構以及電子散射機制等都將生變化，弓I起金屬的導電性能變化。尤其對過渡族金屬，由于其內(nèi)部存在著具有能量差別不大的未填滿電子的殼層，在壓力的作用下，有可能使外殼層電子轉移到未填滿的內(nèi)殼層，這就必然會表現(xiàn)出性能的變化。金屬經(jīng)塑性形變pf的原因：冷加工使晶體點陣發(fā)生畸變和缺陷，從而增加了電子散射的幾率；同時冷加工也會引起金屬原子間結合鍵的變化，導致原子間距的改變。晶體缺陷：空位、位錯、間隙原子及它們的組合等晶體缺陷使金屬電阻率增加。導體與半導體隨溫度變化不一樣的原因？金屬導電性一般隨溫度升高而降低，而半導體導電性隨溫度升高而升高金

37、屬材料隨溫度升高，離子熱振動的振幅增大，電子就愈易受到散射，可認為口與溫度成正比，則p也與溫度成正比。這些因素使電子運動的自由程減小，散射幾率增加而導致導電性降低。半導體的電子和空穴對是由熱激活產(chǎn)生的，其濃度與溫度成指數(shù)關系，溫度升高時，電子和空穴的濃度成指數(shù)上升，導電能力升高。本征半導體與雜質半導體的電學特性？本征半導體 在純凈無缺陷的半導體單晶中，參加導電的電子和空穴濃度相等。在本征半導體中人為地摻入 5價元素或3價元素將分別獲得 N型（電子型）雜質半 導體和P型（空穴型）雜質半導體。對于N型半導體多數(shù)載流子為自由電子較本征半導體顯著增多且與空穴多，導電性能大幅度提高。對于P型半導體多數(shù)載

38、流子空穴較本征半導體顯著增多且比自由電子多，導電性能大幅度提高電介質的極化介質在電場作用下，其內(nèi)部的束縛電荷發(fā)生彈性位移和偶極子定向取向，從而產(chǎn)生表面感應電荷的現(xiàn)象。介質極化的基本形式1）電子式極化（電子位移極化）2）離子式極化（離子位移極化）a.離子彈性位移極 化b.熱離子極化（離子松弛式位移極化）：3）偶極子極化（固有電矩的轉向極化）4） 空間電荷極化介電強度：發(fā)生擊穿時的電場強度稱擊穿電場強度Eb,此時所加電壓稱擊穿電壓 Ub即耐電強度或介電強度。Eb=Ub/d d: 擊穿處材料厚度。介電常數(shù)又可理解為單位電場強度下單位體積中所存儲的能量。介質損耗形式：1）電導（或漏導）損耗 2 ）極化

39、損耗 3 ）電離損耗擊穿形式:1）電擊穿2 ）熱擊穿 3 ）化學擊穿.超導電性：一定條件下（溫度、磁場、壓力），材料的電阻突然消失的現(xiàn)象。材料失去電阻的狀態(tài)稱為超導態(tài)，存在電阻的狀態(tài)稱為正常態(tài)，具有超導態(tài)的材料稱為超導體。材料由正常態(tài)轉變?yōu)槌瑢B(tài)的溫度稱為臨界溫度（Tc）兩個基本特性1）完全導電性：即電阻為 0將超導體在室溫下做成園環(huán)放入磁場中后，溫度降至Tc以下使之轉入超導態(tài)，突然去掉H,則環(huán)中產(chǎn)生感應電流，電流永不衰竭，稱永久電流，電流不變，使環(huán)內(nèi) 磁通不變，稱凍結磁通。2）完全抗磁性（邁斯納效應）先將超導體冷卻至超導態(tài)，然后加磁場，發(fā)現(xiàn)磁場不能進入超導體內(nèi)。若在常溫下將超導體先放入磁場內(nèi)

40、，則有磁力線穿過超導體，然后再將超導體冷卻至 Tc以下， 發(fā)規(guī)磁場從超導體內(nèi)被排出，即超導體內(nèi)無磁場，磁感應強度B為零。這一現(xiàn)象說明了超導體具有完全的抗磁性。三個重要指標及影響因素：1）臨界轉變溫度Tc：希望其越高越好，有利于應用。高分辨顯微鏡中，Tc從原來的35K升高至100K以上，就可液氦t液氮2）臨界磁場強度He當Tv Tc時，將超導體放入磁場，若 H> He,磁力線穿過超導體，超導體被破 壞至正常態(tài)。He即使超導體被破壞為正常態(tài)的最小磁場強度。He與溫度有關，溫度越低，He越高。3）臨界電流密度 Jc超導體內(nèi)輸入電流時，產(chǎn)生磁場，當此磁場與外磁場之和超過He時，超導態(tài)被破壞，這時的輸入電流為臨界電流lc ,相應的電流密度為臨界電流密度。即使超 導體保持超導態(tài)的最大電流密度。三個基本熱電效應:賽貝克效應、玻爾帖效應、湯姆遜效應第一熱電效應塞貝克效應兩種導體組成一閉合