材料物理性能 干貨【ppt】

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1、 1、材料磁性分類、材料磁性分類 (1)抗磁性抗磁性 1）磁化強(qiáng)度）磁化強(qiáng)度M與與H方向相反；方向相反；2）磁化率）磁化率 0 充分條件充分條件 （ 具有一定晶體結(jié)構(gòu)）具有一定晶體結(jié)構(gòu)）為什么溫度升高鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?？為什么溫度升高鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判裕?）溫度升高，原子間距最大，交互作用降低；）溫度升高，原子間距最大，交互作用降低；2）溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)破壞了磁矩的同相排列（自發(fā)磁化）；）溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)破壞了磁矩的同相排列（自發(fā)磁化）；3）當(dāng)溫度升高到）當(dāng)溫度升高到TTc ，自發(fā)磁化不存在，鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)?，自發(fā)磁化不存在，鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判浴ｍ槾判浴?rRab4、 鐵磁性物質(zhì)的基本特征鐵磁性物

2、質(zhì)的基本特征 鐵磁性物質(zhì)的特性鐵磁性物質(zhì)的特性：自發(fā)磁化自發(fā)磁化 磁疇磁疇 居里溫度居里溫度 磁滯回線磁滯回線1、自發(fā)磁化：通過物質(zhì)內(nèi)自身某種作用將磁矩排列為有、自發(fā)磁化：通過物質(zhì)內(nèi)自身某種作用將磁矩排列為有序取向的現(xiàn)象，稱為自發(fā)磁化。序取向的現(xiàn)象，稱為自發(fā)磁化。2、磁疇磁疇：磁性材料內(nèi)部自發(fā)磁化的小區(qū)域。磁性材料內(nèi)部自發(fā)磁化的小區(qū)域。3、磁致伸縮：鐵磁性物質(zhì)在磁場中磁化，伴隨著磁化，、磁致伸縮：鐵磁性物質(zhì)在磁場中磁化，伴隨著磁化，它的長度和體積同時(shí)發(fā)生變化。這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮。它的長度和體積同時(shí)發(fā)生變化。這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮。OHOHBOHM曲線HM 曲線HB 曲線H鐵磁體的磁化曲線鐵磁體

3、的磁化曲線 磁化曲線的三種形式磁化曲線的三種形式開始開始M的增加比較緩慢后來的增加比較緩慢后來增加較快增加較快最后達(dá)到最后達(dá)到Ms(飽和磁化強(qiáng)度飽和磁化強(qiáng)度)縱坐標(biāo)改為磁感應(yīng)強(qiáng)度縱坐標(biāo)改為磁感應(yīng)強(qiáng)度B，對應(yīng)于平衡值對應(yīng)于平衡值Ms的磁感應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度強(qiáng)度值稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Bs ）磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率隨隨H的變化的變化磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率是是B-H曲線上的斜率曲線上的斜率在在B-H曲線上，當(dāng)曲線上，當(dāng)H0時(shí)的斜率時(shí)的斜率稱為初（起）始磁導(dǎo)率稱為初（起）始磁導(dǎo)率i初（起）始磁導(dǎo)率是磁性材料的初（起）始磁導(dǎo)率是磁性材料的重要性能指標(biāo)之一重要性能指標(biāo)之一M(B)與與H的變化關(guān)系的變化關(guān)系磁導(dǎo)率

4、磁導(dǎo)率隨隨H的變化的變化BHoc起始磁化曲線為起始磁化曲線為 oc ,當(dāng)外磁場減小時(shí)，介當(dāng)外磁場減小時(shí)，介質(zhì)中的磁場并不沿起始磁化曲線返回，而質(zhì)中的磁場并不沿起始磁化曲線返回，而是滯后于外磁場變化，是滯后于外磁場變化， HHc cB Br rHHc c當(dāng)外磁場為當(dāng)外磁場為 0 時(shí)，介質(zhì)中的時(shí)，介質(zhì)中的磁場并不為磁場并不為 0，有一剩磁，有一剩磁 Br;矯頑力矯頑力加反向磁場加反向磁場Hc，使介質(zhì)內(nèi)部的磁場為使介質(zhì)內(nèi)部的磁場為 0，繼續(xù)增加反向磁場，介質(zhì)達(dá)到繼續(xù)增加反向磁場，介質(zhì)達(dá)到反向磁飽和狀態(tài)；反向磁飽和狀態(tài)；改變外磁場為正向磁場，不斷改變外磁場為正向磁場，不斷增加外場，介質(zhì)又達(dá)到正向磁增加

5、外場，介質(zhì)又達(dá)到正向磁飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)。磁化曲線形成一磁化曲線形成一條磁滯回線。條磁滯回線。結(jié)論結(jié)論 鐵磁質(zhì)的 不是一個(gè)常數(shù)， 它是 的函數(shù)。Hr B B的變化落后于的變化落后于H H，從而具有剩磁，即磁滯，從而具有剩磁，即磁滯效應(yīng)。效應(yīng)。鐵磁體的磁化曲線鐵磁體的磁化曲線鐵磁體的磁化曲線鐵磁體的磁化曲線磁滯回線與磁滯回線與 磁疇的關(guān)系磁疇的關(guān)系磁滯現(xiàn)象的本質(zhì)磁滯現(xiàn)象的本質(zhì)磁疇的遷移運(yùn)動(dòng)磁疇的遷移運(yùn)動(dòng)受到阻力受到阻力 磁性流體指的是吸附有表面活磁性流體指的是吸附有表面活性劑的磁性微粒在基載液中性劑的磁性微粒在基載液中高度彌散分布而形成的穩(wěn)定高度彌散分布而形成的穩(wěn)定膠體體系。磁性流體不僅有膠體體

6、系。磁性流體不僅有強(qiáng)磁性，還具有液體的流動(dòng)強(qiáng)磁性，還具有液體的流動(dòng)性。它在重力和電磁力的作性。它在重力和電磁力的作用下能夠長期保持穩(wěn)定，不用下能夠長期保持穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)沉淀或分層現(xiàn)象。會(huì)出現(xiàn)沉淀或分層現(xiàn)象。磁性流體由磁性微粒、表面磁性流體由磁性微粒、表面活性劑和基裁液組成?；钚詣┖突靡航M成。 圖圖525 磁性液體的組成磁性液體的組成 a） 磁性流體磁性流體 b)吸附表面活性劑的磁性微粒吸附表面活性劑的磁性微粒 1-基載液基載液 2-表面活性劑表面活性劑 3-磁性微粒磁性微粒磁性微粒子功能材料磁性微粒子功能材料5.4 鐵磁性物質(zhì)的基本特征鐵磁性物質(zhì)的基本特征 鐵磁性物質(zhì)的特性鐵磁性物質(zhì)的特性：

7、自發(fā)磁化自發(fā)磁化 磁疇磁疇 居里溫度居里溫度 磁滯回線磁滯回線一、自發(fā)磁化一、自發(fā)磁化 鐵磁性物質(zhì)內(nèi)的原子磁矩，通過某種作用，克服熱運(yùn)動(dòng)鐵磁性物質(zhì)內(nèi)的原子磁矩，通過某種作用，克服熱運(yùn)動(dòng)的無序效應(yīng)，都能有序地取向，按不同的小區(qū)域分布。的無序效應(yīng)，都能有序地取向，按不同的小區(qū)域分布。通過物質(zhì)內(nèi)自身某種作用將磁矩排列為有序取向的現(xiàn)象，通過物質(zhì)內(nèi)自身某種作用將磁矩排列為有序取向的現(xiàn)象，稱為自發(fā)磁化。稱為自發(fā)磁化。磁性材料內(nèi)部自發(fā)磁化的小區(qū)域。磁性材料內(nèi)部自發(fā)磁化的小區(qū)域。每個(gè)區(qū)域內(nèi)包含大量原子，這些原子的磁矩都象一個(gè)個(gè)小磁每個(gè)區(qū)域內(nèi)包含大量原子，這些原子的磁矩都象一個(gè)個(gè)小磁鐵那樣整齊排列，但鐵那樣整齊

8、排列，但相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方相鄰的不同區(qū)域之間原子磁矩排列的方向不同。向不同。各個(gè)磁疇之間的交界面稱為各個(gè)磁疇之間的交界面稱為磁疇壁磁疇壁。宏觀物體一般總是具有很多磁疇，磁疇的磁矩方向各不相同，宏觀物體一般總是具有很多磁疇，磁疇的磁矩方向各不相同，結(jié)果相互抵消，矢量和為零，整個(gè)物體的磁矩為零，不對外結(jié)果相互抵消，矢量和為零，整個(gè)物體的磁矩為零，不對外顯示出磁性。顯示出磁性。磁性材料在正常情況下并不對外顯示磁性。只有當(dāng)磁性材料磁性材料在正常情況下并不對外顯示磁性。只有當(dāng)磁性材料被磁化以后，它才能對外顯示出磁性。被磁化以后，它才能對外顯示出磁性。 二、磁疇二、磁疇 對于所有的磁性材料

9、來說，并不是在任何溫度下都具有對于所有的磁性材料來說，并不是在任何溫度下都具有磁性。磁性。一般地，磁性材料具有一個(gè)一般地，磁性材料具有一個(gè)，在這個(gè)溫度以上，在這個(gè)溫度以上，由于高溫下原子的劇烈熱運(yùn)動(dòng)，原子磁矩的排列是混亂無由于高溫下原子的劇烈熱運(yùn)動(dòng)，原子磁矩的排列是混亂無序的。在序的。在溫度以下，原子磁矩排列整齊，產(chǎn)生溫度以下，原子磁矩排列整齊，產(chǎn)生自發(fā)磁化，物體變成自發(fā)磁化，物體變成鐵磁性或亞鐵磁性鐵磁性或亞鐵磁性。所以，居里溫度所以，居里溫度 是鐵磁體或亞鐵磁體的相變轉(zhuǎn)變點(diǎn)，是鐵磁體或亞鐵磁體的相變轉(zhuǎn)變點(diǎn)，鐵磁態(tài)或亞鐵磁態(tài)鐵磁態(tài)或亞鐵磁態(tài) 順磁態(tài)順磁態(tài)Tc三、鐵磁性材料的居里溫鐵磁性材料的

10、居里溫度度四、鐵磁性自發(fā)磁化的起源 鐵磁性鐵磁性自發(fā)磁化自發(fā)磁化起源于起源于電子間的靜電交換相互作用電子間的靜電交換相互作用。靜電交。靜電交換相互作用主要由電子自旋磁矩產(chǎn)生換相互作用主要由電子自旋磁矩產(chǎn)生 1）鐵磁性產(chǎn)生的必要條件：原子的電子殼層有未被電子填滿）鐵磁性產(chǎn)生的必要條件：原子的電子殼層有未被電子填滿的狀態(tài)。的狀態(tài)。Fe 3d 4個(gè)未填滿的狀態(tài)個(gè)未填滿的狀態(tài) 4Ni 3d 2個(gè)未填滿的狀態(tài)個(gè)未填滿的狀態(tài) 2 產(chǎn)生較大磁矩產(chǎn)生較大磁矩Co 3d 3個(gè)未填滿的狀態(tài)個(gè)未填滿的狀態(tài) 3Mn 3d 5個(gè)未填滿的狀態(tài)個(gè)未填滿的狀態(tài) 5 不是鐵磁性不是鐵磁性原子中存在未被電子填滿的狀態(tài)只是必要條件

11、。不是充分條件原子中存在未被電子填滿的狀態(tài)只是必要條件。不是充分條件BBBB2 1 0 -1 -22）鐵磁性產(chǎn)生的充分條件 根據(jù)鍵合理論，當(dāng)原子相互接近形成分子時(shí)，根據(jù)鍵合理論，當(dāng)原子相互接近形成分子時(shí)，電子云相互重疊，電子云相互重疊，電子要相互交換位置電子要相互交換位置。對于過渡金屬，對于過渡金屬，3d 狀態(tài)與狀態(tài)與 s態(tài)能量相差不大，態(tài)能量相差不大，電子云相互重疊時(shí)，將引起電子云相互重疊時(shí)，將引起s、d 狀態(tài)的電子狀態(tài)的電子云重新分配。云重新分配。交換相互作用交換相互作用鐵磁性產(chǎn)生的充分條件鐵磁性產(chǎn)生的充分條件鐵磁性產(chǎn)生的條件鐵磁性產(chǎn)生的條件1、 原子內(nèi)部要有未填滿的電子殼層原子內(nèi)部要有未

12、填滿的電子殼層必要條件必要條件 （原子固有磁矩（原子固有磁矩 不為零）不為零）2、 電子交換積分電子交換積分A0 充分條件充分條件 （ 具有一定晶體結(jié)構(gòu)）具有一定晶體結(jié)構(gòu)）為什么溫度升高鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判詾槭裁礈囟壬哞F磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判裕?）溫度升高，原子間距最大，交互作用降低；）溫度升高，原子間距最大，交互作用降低；2）溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)破壞了磁矩的同相排列（自發(fā)磁化）；）溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)破壞了磁矩的同相排列（自發(fā)磁化）；3）當(dāng)溫度升高到）當(dāng)溫度升高到TTc ，自發(fā)磁化不存在，鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)?，自發(fā)磁化不存在，鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判?。順磁性?rRabOHOHBOHM曲線HM 曲線HB 曲線H鐵磁體的

13、磁化曲線鐵磁體的磁化曲線 磁化曲線的三種形式磁化曲線的三種形式開始開始M的增加比較緩慢后來的增加比較緩慢后來增加較快增加較快最后達(dá)到最后達(dá)到Ms(飽和磁化強(qiáng)度飽和磁化強(qiáng)度)縱坐標(biāo)改為磁感應(yīng)強(qiáng)度縱坐標(biāo)改為磁感應(yīng)強(qiáng)度B，對應(yīng)于平衡值對應(yīng)于平衡值Ms的磁感應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度強(qiáng)度值稱為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Bs ）磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率隨隨H的變化的變化磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率是是B-H曲線上的斜率曲線上的斜率在在B-H曲線上，當(dāng)曲線上，當(dāng)H0時(shí)的斜率時(shí)的斜率稱為初（起）始磁導(dǎo)率稱為初（起）始磁導(dǎo)率i初（起）始磁導(dǎo)率是磁性材料的初（起）始磁導(dǎo)率是磁性材料的重要性能指標(biāo)之一重要性能指標(biāo)之一M(B)與與H的變化關(guān)系的

14、變化關(guān)系磁導(dǎo)率磁導(dǎo)率隨隨H的變化的變化常用技術(shù)磁化量常用技術(shù)磁化量 B=0( H十M) =(1+x) =B/0H起始磁導(dǎo)率最大磁導(dǎo)率 拐點(diǎn)K 處的斜率剩磁剩余磁化強(qiáng)度M r（磁感應(yīng)強(qiáng)度Br）矯頑力Hc磁滯現(xiàn)象：在退磁過程中，磁化強(qiáng)度落后于磁場強(qiáng)度的現(xiàn)象。磁滯損耗：磁滯回線所包圍的面積（磁化一周所消耗的功） HBHi0limmHdBQ三、三、 磁各向異性與磁致伸縮磁各向異性與磁致伸縮 同一鐵磁物質(zhì)的單晶同一鐵磁物質(zhì)的單晶體，其磁化曲線隨晶軸體，其磁化曲線隨晶軸方向不同而有所差別，方向不同而有所差別，即即磁性隨晶軸方向而異。磁性隨晶軸方向而異。這種現(xiàn)象稱為磁晶各向這種現(xiàn)象稱為磁晶各向異性。異性。

15、沿鐵磁體不同晶軸方向磁化的沿鐵磁體不同晶軸方向磁化的難易程度不同，磁化曲線也不相難易程度不同，磁化曲線也不相同。同。 鐵磁單晶體在磁性上是各向異性的鐵磁單晶體在磁性上是各向異性的1 1、磁各向異性、磁各向異性磁各向異性能磁各向異性能 從能量角度，鐵磁體從退磁狀態(tài)磁化到飽和狀態(tài)，從能量角度，鐵磁體從退磁狀態(tài)磁化到飽和狀態(tài)，M-H曲線與曲線與M軸之間所包圍的面積等于磁化過程做的功軸之間所包圍的面積等于磁化過程做的功 （537） 磁各向異性能：磁各向異性能：飽和磁化強(qiáng)度矢量在鐵磁體中取不同方向而飽和磁化強(qiáng)度矢量在鐵磁體中取不同方向而改變的能量。改變的能量。磁晶各向異性能與磁化強(qiáng)度矢量在晶體中相磁晶各

16、向異性能與磁化強(qiáng)度矢量在晶體中相對晶軸的取向有關(guān)。對晶軸的取向有關(guān)。 在易磁化軸方向上，磁晶各向異性能最小，而在難磁化在易磁化軸方向上，磁晶各向異性能最小，而在難磁化軸方向上，磁晶各向異性能最大。軸方向上，磁晶各向異性能最大。MHdMW02、磁致伸縮、磁致伸縮 鐵磁性物質(zhì)在磁場中磁化，伴隨著磁化，它的長度和體積鐵磁性物質(zhì)在磁場中磁化，伴隨著磁化，它的長度和體積同時(shí)發(fā)生變化。這種現(xiàn)象稱為同時(shí)發(fā)生變化。這種現(xiàn)象稱為磁致伸縮磁致伸縮。磁致伸縮現(xiàn)象有三種：磁致伸縮現(xiàn)象有三種：1）沿著外磁場方向尺寸大小的相對變化稱為）沿著外磁場方向尺寸大小的相對變化稱為縱向磁致伸縮縱向磁致伸縮；2）垂直于外磁場方向尺寸

17、大小的相對變化稱為）垂直于外磁場方向尺寸大小的相對變化稱為橫向磁致伸縮橫向磁致伸縮。3）鐵磁體被磁化時(shí)其體積大小的相對變化稱為）鐵磁體被磁化時(shí)其體積大小的相對變化稱為體積磁致伸縮體積磁致伸縮。 由磁致伸縮導(dǎo)致的形變一般比較小，其范圍在由磁致伸縮導(dǎo)致的形變一般比較小，其范圍在10-510-6之間之間，雖然磁致伸縮引起的形變比較小，但它在控制，雖然磁致伸縮引起的形變比較小，但它在控制疇結(jié)構(gòu)疇結(jié)構(gòu)和和技術(shù)磁化技術(shù)磁化過程中是一個(gè)很重要的因素。過程中是一個(gè)很重要的因素。 TbFe2 機(jī)器人、傳感器、驅(qū)動(dòng)器（機(jī)器人、傳感器、驅(qū)動(dòng)器（10-3） 磁致伸縮與外磁場的關(guān)系 鐵磁體的磁致伸縮鐵磁體的磁致伸縮隨外

18、磁場的增加而變化，隨外磁場的增加而變化，最終達(dá)到到飽和值最終達(dá)到到飽和值 s磁性材料的飽和磁致伸縮磁性材料的飽和磁致伸縮系數(shù)。系數(shù)。磁致伸縮產(chǎn)生的原因磁致伸縮產(chǎn)生的原因： 由于每個(gè)疇內(nèi)的晶格沿磁疇的磁化強(qiáng)度方向自發(fā)由于每個(gè)疇內(nèi)的晶格沿磁疇的磁化強(qiáng)度方向自發(fā)地形變，且應(yīng)變軸隨著磁疇磁化強(qiáng)度的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)地形變，且應(yīng)變軸隨著磁疇磁化強(qiáng)度的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，從而導(dǎo)致磁體整體有一形變。動(dòng)，從而導(dǎo)致磁體整體有一形變。 磁致伸縮的大小與外磁場的大小有關(guān)磁致伸縮的大小與外磁場的大小有關(guān)飽和磁化狀態(tài)下的磁致伸縮系數(shù)飽和磁化狀態(tài)下的磁致伸縮系數(shù) s作為磁性材料的作為磁性材料的一個(gè)磁性參數(shù)。不同的材料的磁致伸縮系數(shù)一個(gè)磁性

19、參數(shù)。不同的材料的磁致伸縮系數(shù) s也也是不同的：是不同的： s0的稱為正磁致伸縮的稱為正磁致伸縮正磁致伸縮是指沿磁正磁致伸縮是指沿磁場方向伸長，而垂直于磁場方向縮短，例如鐵就場方向伸長，而垂直于磁場方向縮短，例如鐵就是屬于這一類。是屬于這一類。 s0的則稱為負(fù)磁致伸縮的則稱為負(fù)磁致伸縮。負(fù)磁致伸縮則是沿場磁。負(fù)磁致伸縮則是沿場磁化方向縮短，在垂直于磁化方向伸長，鎳屬于這化方向縮短，在垂直于磁化方向伸長，鎳屬于這一類。一類。 軟磁材料的特征軟磁材料的特征具有較高的磁導(dǎo)率和較高的飽和具有較高的磁導(dǎo)率和較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度；磁感應(yīng)強(qiáng)度； 較小的矯頑力（矯頑力很小，較小的矯頑力（矯頑力很小，即磁場的方

20、向和大小發(fā)生變化時(shí)即磁場的方向和大小發(fā)生變化時(shí)磁疇壁很容易運(yùn)動(dòng)）和較低磁滯磁疇壁很容易運(yùn)動(dòng)）和較低磁滯損耗，磁滯回線很窄；損耗，磁滯回線很窄； 在磁場作用下非常容易磁化；在磁場作用下非常容易磁化； 取消磁場后很容易退磁化取消磁場后很容易退磁化BHo 軟鐵、坡莫合金、硒鋼片、軟鐵、坡莫合金、硒鋼片、鐵鋁合金、鐵鎳合金等。鐵鋁合金、鐵鎳合金等。 由于軟磁材料磁滯損耗小，由于軟磁材料磁滯損耗小，適合用在交變磁場中，如變壓適合用在交變磁場中，如變壓器鐵芯、繼電器、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子器鐵芯、繼電器、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子、定子都是用軟件磁性材料制、定子都是用軟件磁性材料制成。成。(二二) 硬磁材料硬磁材料 硬磁材料又稱永磁

21、材料，硬磁材料又稱永磁材料，難于磁化又難于退磁。難于磁化又難于退磁。主要特點(diǎn)主要特點(diǎn) 具有較大的矯頑力，典型值具有較大的矯頑力，典型值Hc104106A/m； 磁滯回線較粗，具有較高的最大磁滯回線較粗，具有較高的最大磁能積磁能積(BH)max； 剩磁很大；剩磁很大； 這種材料充磁后不易退磁，適合這種材料充磁后不易退磁，適合做永久磁鐵。做永久磁鐵。 硬磁性材料如碳鋼、鋁鎳鈷合金硬磁性材料如碳鋼、鋁鎳鈷合金和鋁鋼等。和鋁鋼等。BHo習(xí)題1 1、試述物質(zhì)磁性的分類及其特點(diǎn)，并繪出磁化曲線。、試述物質(zhì)磁性的分類及其特點(diǎn)，并繪出磁化曲線。 2 2、自發(fā)磁化的物理本質(zhì)是什么、自發(fā)磁化的物理本質(zhì)是什么? ?

22、物質(zhì)具有鐵磁性的充要條物質(zhì)具有鐵磁性的充要條件是哪些？件是哪些？3 3、根據(jù)居里、根據(jù)居里- -外斯定律外斯定律 ，說明磁化率與溫度，說明磁化率與溫度的關(guān)系。并在磁化率的關(guān)系。并在磁化率 溫度曲線上標(biāo)出其代表的相應(yīng)磁性。溫度曲線上標(biāo)出其代表的相應(yīng)磁性。4 4、簡述磁性材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域，、簡述磁性材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域，說明其應(yīng)用對磁性能的要求。說明其應(yīng)用對磁性能的要求。 FTTCx 材料的電性能的差別主要由其外層電子來決定，而外層材料的電性能的差別主要由其外層電子來決定，而外層電子由于受原子核和周圍勢場的影響，使電子分布在不同能電子由于受原子核和周圍勢場的影響，使電子分布在不同能帶上，從而導(dǎo)致了

23、不同材料電性能的差別。帶上，從而導(dǎo)致了不同材料電性能的差別。 理想完整的晶體在絕對零度時(shí)的電阻為零理想完整的晶體在絕對零度時(shí)的電阻為零. 電阻的產(chǎn)生總是伴隨著晶體的不完整性。電阻的產(chǎn)生總是伴隨著晶體的不完整性。為什么產(chǎn)生電阻？為什么產(chǎn)生電阻？resistance （1）溫度引起晶格的）溫度引起晶格的熱振動(dòng)熱振動(dòng)加大，使晶格對自由電子的散加大，使晶格對自由電子的散射增大，產(chǎn)生電阻。射增大，產(chǎn)生電阻。thermal vibration （2）其它組元的加入及）其它組元的加入及晶格畸變晶格畸變,引起晶格周期性勢場的規(guī)引起晶格周期性勢場的規(guī)律性和能帶結(jié)構(gòu)的改變等律性和能帶結(jié)構(gòu)的改變等. crystal

24、 lattice aberrance3-1材料的導(dǎo)電材料的導(dǎo)電 性性 1、載流子、載流子（carrier; charge carrier ） 導(dǎo)電性源于載流子在電場作用下遷移運(yùn)動(dòng)。電荷的定向運(yùn)導(dǎo)電性源于載流子在電場作用下遷移運(yùn)動(dòng)。電荷的定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了電流，電荷的載體稱為動(dòng)產(chǎn)生了電流，電荷的載體稱為載流子載流子。 載流子是具有電荷的自由粒子載流子是具有電荷的自由粒子，在電場作用下可產(chǎn)生電流。，在電場作用下可產(chǎn)生電流。載流子載流子: 電子、空穴、正、負(fù)離子、雜質(zhì)電子、空穴、正、負(fù)離子、雜質(zhì)。不同材料的載流子不同材料的載流子金屬金屬 自由電子自由電子 （電導(dǎo)率高（電導(dǎo)率高 導(dǎo)電性好）導(dǎo)電性好） 半導(dǎo)

25、體半導(dǎo)體自由電子、空穴自由電子、空穴離子固體離子固體自由電子、空穴、正負(fù)離子自由電子、空穴、正負(fù)離子（室溫絕緣體（室溫絕緣體 T高高 電導(dǎo)率大）電導(dǎo)率大） （無機(jī)非金屬）（無機(jī)非金屬）高分子材料高分子材料 正負(fù)離子、雜質(zhì)（導(dǎo)電性）正負(fù)離子、雜質(zhì)（導(dǎo)電性） 1、材料的電導(dǎo)、材料的電導(dǎo) 在一定溫度下，自由電子作無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，在一定溫度下，自由電子作無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，沒有定向的流動(dòng)。沒有定向的流動(dòng)。 當(dāng)有當(dāng)有電場電場E的存在時(shí)，電子產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，形的存在時(shí)，電子產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，形成電流，電流的大小用成電流，電流的大小用電流強(qiáng)度電流強(qiáng)度I度量。根據(jù)度量。根據(jù)導(dǎo)電導(dǎo)電性原理性原理，可以用，可以用載流子的數(shù)

26、量、遷移率及所帶電載流子的數(shù)量、遷移率及所帶電量量來反映電流的大小。電流強(qiáng)度來反映電流的大小。電流強(qiáng)度I或電流密度或電流密度J為為 （3-1） （3-2）u=QnqlsIn qsttum=Ijn qnq Es如何理解材料的電導(dǎo)現(xiàn)象如何理解材料的電導(dǎo)現(xiàn)象 必須明確幾個(gè)問題 參與遷移的是哪種參與遷移的是哪種載流子載流子有關(guān)載流子類別類別的問題 carrier sort載流子載流子的數(shù)量有多大的數(shù)量有多大有關(guān)載流子濃度、載有關(guān)載流子濃度、載流子流子產(chǎn)生產(chǎn)生過程的問題過程的問題 carrier density載流子載流子遷移速度的大小遷移速度的大小有關(guān)載流子輸運(yùn)輸運(yùn)過程的問題 carrier tran

27、sfer speed2、決定電導(dǎo)率的基本參數(shù)決定電導(dǎo)率的基本參數(shù) conductance parameters 載流子電量載流子電量 電子、空穴、正離子、負(fù)離子電子、空穴、正離子、負(fù)離子 載流子數(shù)載流子數(shù) charge carrier density-n, 個(gè)個(gè)/m3 載流子遷移率載流子遷移率 electron mobility- ( 物理意義為載流子在單位電場中的遷移速度物理意義為載流子在單位電場中的遷移速度) = /E電流密度電流密度單位時(shí)間（單位時(shí)間（1s） 通過單位截面積的電荷量）通過單位截面積的電荷量） Jnq 電導(dǎo)率電導(dǎo)率 =J/E =nq E =nq 1、電阻率、電阻率2、電導(dǎo)率

28、、電導(dǎo)率3、相對電導(dǎo)率（、相對電導(dǎo)率（IACS%） 工程中常用工程中常用表示導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能。表示導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能。 國際上把標(biāo)準(zhǔn)軟銅在室溫國際上把標(biāo)準(zhǔn)軟銅在室溫20。C下的電阻率下的電阻率 = 0.01724 mm2/m的電阻率作為的電阻率作為100%，其他材，其他材料的電導(dǎo)率與之相比的百分?jǐn)?shù)為該材料的相對電料的電導(dǎo)率與之相比的百分?jǐn)?shù)為該材料的相對電導(dǎo)率。導(dǎo)率。 R SLr=13. 2 金屬的導(dǎo)電性金屬的導(dǎo)電性 金屬的導(dǎo)電金屬的導(dǎo)電自由電子的定向運(yùn)動(dòng)。自由電子的定向運(yùn)動(dòng)。 金屬的導(dǎo)體的載流子金屬的導(dǎo)體的載流子自由電子自由電子1、金屬的導(dǎo)電機(jī)制、金屬的導(dǎo)電機(jī)制 材料的導(dǎo)電性取決于材料的導(dǎo)電

29、性取決于能帶的結(jié)構(gòu)和電子填充情況能帶的結(jié)構(gòu)和電子填充情況。實(shí)。實(shí)際上對金屬的導(dǎo)電有貢獻(xiàn)的僅僅是費(fèi)米面附近的電子，只際上對金屬的導(dǎo)電有貢獻(xiàn)的僅僅是費(fèi)米面附近的電子，只有它們可以在電場的作用下進(jìn)入能量較高的能級(jí)；能量比有它們可以在電場的作用下進(jìn)入能量較高的能級(jí)；能量比費(fèi)米能級(jí)費(fèi)米能級(jí)Ef低得多的電子，其附近的狀態(tài)已被電子占據(jù)，低得多的電子，其附近的狀態(tài)已被電子占據(jù)，沒有空的狀態(tài)而不能從電場中獲得能量來改變狀態(tài)，這種沒有空的狀態(tài)而不能從電場中獲得能量來改變狀態(tài)，這種電子不參與導(dǎo)電。因此，金屬的電導(dǎo)與電子在費(fèi)米面處的電子不參與導(dǎo)電。因此，金屬的電導(dǎo)與電子在費(fèi)米面處的能態(tài)密度和馳豫時(shí)間有密切關(guān)系。能態(tài)密

30、度和馳豫時(shí)間有密切關(guān)系。 影響金屬導(dǎo)電性的因素影響金屬導(dǎo)電性的因素 溫度溫度: thermal vibration雜質(zhì)雜質(zhì): solid solution塑性形變塑性形變: dislocation缺陷缺陷散射散射 3.2.2 本征本征載流子濃度載流子濃度1）在絕對零度時(shí)，半導(dǎo)體的價(jià)帶是被填滿，導(dǎo)帶是全空）在絕對零度時(shí)，半導(dǎo)體的價(jià)帶是被填滿，導(dǎo)帶是全空 材料的電導(dǎo)率為零材料的電導(dǎo)率為零 2）溫度的升高，價(jià)帶中的部分電子躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶）溫度的升高，價(jià)帶中的部分電子躍遷到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶中留下等量的空穴。導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴具有相中留下等量的空穴。導(dǎo)帶中的電子和價(jià)帶中的空穴具有相反的電荷，

31、在電場的作用下沿著相反的方向運(yùn)動(dòng)，這種反的電荷，在電場的作用下沿著相反的方向運(yùn)動(dòng)，這種由由本征熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子本征熱激發(fā)產(chǎn)生的載流子本征載流子本征載流子。3）本征載流子不斷由熱激發(fā)成對產(chǎn)生，不斷復(fù)合而成對消）本征載流子不斷由熱激發(fā)成對產(chǎn)生，不斷復(fù)合而成對消失，失，載流子電子和空穴的濃度是相等。載流子電子和空穴的濃度是相等。 載流子濃度與溫度呈指數(shù)關(guān)系載流子濃度與溫度呈指數(shù)關(guān)系 3 2exp()2/eoEgnpkTkT=-施主能級(jí)施主能級(jí)受主能級(jí)受主能級(jí)雜質(zhì)能級(jí)：雜質(zhì)可以使電子在其周圍運(yùn)動(dòng)形成量子態(tài)雜質(zhì)能級(jí)：雜質(zhì)可以使電子在其周圍運(yùn)動(dòng)形成量子態(tài)34 離子電導(dǎo)離子電導(dǎo) 離子導(dǎo)電是帶電荷的離子導(dǎo)電

32、是帶電荷的離子載流子離子載流子在電場的作用下的定在電場的作用下的定向運(yùn)動(dòng)。參與電導(dǎo)的載流子為離子和雜質(zhì)。向運(yùn)動(dòng)。參與電導(dǎo)的載流子為離子和雜質(zhì)。離子導(dǎo)電可分為兩類：本征電導(dǎo)和雜質(zhì)電導(dǎo)。離子導(dǎo)電可分為兩類：本征電導(dǎo)和雜質(zhì)電導(dǎo)。1）本征電導(dǎo)源于晶體點(diǎn)陣的基本）本征電導(dǎo)源于晶體點(diǎn)陣的基本離子的熱運(yùn)動(dòng)離子的熱運(yùn)動(dòng)。離子自身。離子自身隨著熱振動(dòng)離開晶格，形成熱缺陷。這些隨著熱振動(dòng)離開晶格，形成熱缺陷。這些熱熱缺陷缺陷（離子、（離子、空位）在電場的作用下成為空位）在電場的作用下成為導(dǎo)電載流子導(dǎo)電載流子，這種導(dǎo)電稱為，這種導(dǎo)電稱為本本征電導(dǎo)，征電導(dǎo)，在高溫下本征電導(dǎo)起主要作用。在高溫下本征電導(dǎo)起主要作用。2）

33、雜質(zhì)電導(dǎo)參與電導(dǎo)的）雜質(zhì)電導(dǎo)參與電導(dǎo)的載流子載流子主要是主要是雜質(zhì)雜質(zhì)。由于雜質(zhì)離子。由于雜質(zhì)離子與晶格聯(lián)系較弱，故在較低溫度下雜質(zhì)電導(dǎo)是作為離子電與晶格聯(lián)系較弱，故在較低溫度下雜質(zhì)電導(dǎo)是作為離子電導(dǎo)的主要貢獻(xiàn)者。導(dǎo)的主要貢獻(xiàn)者。344 影響離子電導(dǎo)的因素影響離子電導(dǎo)的因素1溫度溫度 離子電導(dǎo)隨溫度升高，電導(dǎo)率迅速增大，并呈離子電導(dǎo)隨溫度升高，電導(dǎo)率迅速增大，并呈指數(shù)關(guān)系。隨著溫度由低溫到高溫，指數(shù)關(guān)系。隨著溫度由低溫到高溫，ln和和1/T的的曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)A，把曲線分為兩部分。，把曲線分為兩部分。1代表低溫區(qū)域是雜質(zhì)導(dǎo)電。代表低溫區(qū)域是雜質(zhì)導(dǎo)電。2代表高溫區(qū)域是本征導(dǎo)電。代表高溫區(qū)

34、域是本征導(dǎo)電。圖圖3-10 雜質(zhì)離子電導(dǎo)與溫度的關(guān)系雜質(zhì)離子電導(dǎo)與溫度的關(guān)系例如：例如：NaCl在低溫下，是雜質(zhì)離子電導(dǎo)，在高溫下在低溫下，是雜質(zhì)離子電導(dǎo)，在高溫下主要為離子電導(dǎo)，也會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。主要為離子電導(dǎo)，也會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。 2、離子性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)、離子性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu) 離子性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)對離子電導(dǎo)的影響是通過改變離子性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)對離子電導(dǎo)的影響是通過改變導(dǎo)電導(dǎo)電活化能活化能來實(shí)現(xiàn)的。活化能大小又取決于晶體間各粒子結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的。活化能大小又取決于晶體間各粒子結(jié)合力。而晶體結(jié)合力受以下因素影響：力。而晶體結(jié)合力受以下因素影響： 1)熔點(diǎn)：熔點(diǎn)高的晶體，原子間的結(jié)合力大，相應(yīng)的活化熔點(diǎn)：熔點(diǎn)高

35、的晶體，原子間的結(jié)合力大，相應(yīng)的活化能也高。因此，熔點(diǎn)高的晶體離子載流子的遷移率低，電能也高。因此，熔點(diǎn)高的晶體離子載流子的遷移率低，電導(dǎo)率也就低。導(dǎo)率也就低。 2)離子化合價(jià)：一價(jià)正離子的尺寸小，荷電小，相應(yīng)活化離子化合價(jià)：一價(jià)正離子的尺寸小，荷電小，相應(yīng)活化能也小。因此，離子載流子的遷移率高，電導(dǎo)率也高。高能也小。因此，離子載流子的遷移率高，電導(dǎo)率也高。高價(jià)正離子的價(jià)鍵強(qiáng)，活化能高，電導(dǎo)率就低。價(jià)正離子的價(jià)鍵強(qiáng)，活化能高，電導(dǎo)率就低。 3)晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)提供離子移動(dòng)的通路，堆積越緊密，晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)提供離子移動(dòng)的通路，堆積越緊密，結(jié)合能越高，可供移動(dòng)的離子數(shù)目就越少，而且移動(dòng)也困結(jié)

36、合能越高，可供移動(dòng)的離子數(shù)目就越少，而且移動(dòng)也困難。因此，導(dǎo)致較低的電導(dǎo)率。難。因此，導(dǎo)致較低的電導(dǎo)率。 體心立方結(jié)構(gòu)的晶體比面心立方結(jié)構(gòu)的晶體電導(dǎo)率要高。體心立方結(jié)構(gòu)的晶體比面心立方結(jié)構(gòu)的晶體電導(dǎo)率要高。3晶體缺陷晶體缺陷 在離子晶體中，點(diǎn)缺陷是由于熱振動(dòng)產(chǎn)生的。在離子晶體中，點(diǎn)缺陷是由于熱振動(dòng)產(chǎn)生的。由于熱的活化作用，是晶體產(chǎn)生肖特基缺陷和弗由于熱的活化作用，是晶體產(chǎn)生肖特基缺陷和弗朗克爾缺陷。朗克爾缺陷。 隨著隨著缺陷中空位的增加，電導(dǎo)率提高缺陷中空位的增加，電導(dǎo)率提高。因此，離子電導(dǎo)與金屬電導(dǎo)相反，缺陷越多，電導(dǎo)因此，離子電導(dǎo)與金屬電導(dǎo)相反，缺陷越多，電導(dǎo)率越高。率越高。 1、 超導(dǎo)體

37、的基本特性超導(dǎo)體的基本特性超導(dǎo)體有三個(gè)重要的特性：超導(dǎo)體有三個(gè)重要的特性：（1）超導(dǎo)體具有完全導(dǎo)電性（零電阻效應(yīng)）超導(dǎo)體具有完全導(dǎo)電性（零電阻效應(yīng)） 對于超導(dǎo)體來說，當(dāng)溫度降至某一溫度以下，電阻突對于超導(dǎo)體來說，當(dāng)溫度降至某一溫度以下，電阻突然消失的特征，稱為零電阻效應(yīng)。然消失的特征，稱為零電阻效應(yīng)。 （2）超導(dǎo)體具有完全抗磁性（邁斯納效應(yīng)）超導(dǎo)體具有完全抗磁性（邁斯納效應(yīng)） 把處于超導(dǎo)狀態(tài)的超導(dǎo)體置入磁場中，當(dāng)磁場強(qiáng)度把處于超導(dǎo)狀態(tài)的超導(dǎo)體置入磁場中，當(dāng)磁場強(qiáng)度H不超過臨界值不超過臨界值Hc，磁力線就無法穿過試樣，超導(dǎo)體中磁，磁力線就無法穿過試樣，超導(dǎo)體中磁感應(yīng)強(qiáng)度感應(yīng)強(qiáng)度B始終為零，稱為完

38、全抗磁性。始終為零，稱為完全抗磁性。 （3）超導(dǎo)體具有通量量子化（約瑟夫遜效應(yīng)）超導(dǎo)體具有通量量子化（約瑟夫遜效應(yīng)） 當(dāng)兩塊超導(dǎo)體之間的絕緣層薄至接近原子尺寸時(shí)，超當(dāng)兩塊超導(dǎo)體之間的絕緣層薄至接近原子尺寸時(shí)，超導(dǎo)電子對可以穿過絕緣層產(chǎn)生隧道電流，即超導(dǎo)體導(dǎo)電子對可以穿過絕緣層產(chǎn)生隧道電流，即超導(dǎo)體-絕緣絕緣體體-超導(dǎo)體（超導(dǎo)體（SIS）具有超導(dǎo)電性。這就是所謂通量量子化。）具有超導(dǎo)電性。這就是所謂通量量子化。2、超導(dǎo)體的臨界參數(shù)、超導(dǎo)體的臨界參數(shù)實(shí)際使用的超導(dǎo)材料中，有三個(gè)臨界性能參數(shù)決定材料是否實(shí)際使用的超導(dǎo)材料中，有三個(gè)臨界性能參數(shù)決定材料是否處于超導(dǎo)態(tài)。這三個(gè)性能指標(biāo)是：處于超導(dǎo)態(tài)。這三

39、個(gè)性能指標(biāo)是： 第一個(gè)性能指標(biāo)第一個(gè)性能指標(biāo)超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度 Tc當(dāng)溫度低于臨界轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，材料處于超導(dǎo)態(tài)，當(dāng)溫度當(dāng)溫度低于臨界轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，材料處于超導(dǎo)態(tài)，當(dāng)溫度高于臨界轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，它會(huì)恢復(fù)正常態(tài)。高于臨界轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，它會(huì)恢復(fù)正常態(tài)。第二個(gè)性能指標(biāo)第二個(gè)性能指標(biāo)臨界磁場強(qiáng)度臨界磁場強(qiáng)度Hc 當(dāng)溫度低于臨界轉(zhuǎn)變溫度時(shí)（當(dāng)溫度低于臨界轉(zhuǎn)變溫度時(shí)（TTc），若磁場強(qiáng)度），若磁場強(qiáng)度H大于大于某一個(gè)臨界值某一個(gè)臨界值Hc時(shí)，磁場將破壞超導(dǎo)態(tài)，使材料從超導(dǎo)時(shí)，磁場將破壞超導(dǎo)態(tài)，使材料從超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)，此時(shí)的磁場強(qiáng)度稱為臨界磁場強(qiáng)度態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎B(tài)，此時(shí)的磁場強(qiáng)度稱為臨界磁場強(qiáng)度

40、Hc。第三個(gè)性能指標(biāo)第三個(gè)性能指標(biāo)臨界電流密度臨界電流密度Jc 除磁場強(qiáng)度影響超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度外，電流密度也影響超導(dǎo)的除磁場強(qiáng)度影響超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度外，電流密度也影響超導(dǎo)的狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，臨界電流密度不僅是溫度的函數(shù)，而且狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，臨界電流密度不僅是溫度的函數(shù)，而且與磁場有密切關(guān)系與磁場有密切關(guān)系。FIGURE Critical temperature, current density, and magnetic field boundary separating superconducting and normal conducting states超導(dǎo)電性超導(dǎo)電性在一定在一定低溫下材料突然失

41、去低溫下材料突然失去電阻的現(xiàn)象電阻的現(xiàn)象 三個(gè)性能指標(biāo)三個(gè)性能指標(biāo) 三個(gè)性能指標(biāo)三個(gè)性能指標(biāo) 超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc 愈高愈好 臨界磁場臨界磁場Hc 破壞超導(dǎo)態(tài)的最小磁場。 隨溫度降低，Hc將增加； 當(dāng)TTc時(shí), 臨界電流密度臨界電流密度Jc 保持超導(dǎo)狀態(tài)的最大輸入電流 (與Hc相關(guān)）3、超導(dǎo)體材料種類、超導(dǎo)體材料種類1、元素超導(dǎo)體、元素超導(dǎo)體 元素周期表中有元素周期表中有28種元素及合金種元素及合金（Ti,V,Nb,Mo,W,Zn,Cd,Al,Pb,In,及合金及合金NbTi）。其中）。其中Nb的臨界溫度最高，為的臨界溫度最高，為9.2K 。2、合金超導(dǎo)體、合金超導(dǎo)體 最早發(fā)現(xiàn)的最早發(fā)

42、現(xiàn)的Nb-Zr和和 Nb-Ti 二元合金，七十年代以后發(fā)二元合金，七十年代以后發(fā)現(xiàn)的三元超導(dǎo)合金現(xiàn)的三元超導(dǎo)合金 Nb-Zr Ti V-Zr-H等，已作為磁流體發(fā)等，已作為磁流體發(fā)電機(jī)的大型磁體。合金超導(dǎo)材料具有強(qiáng)度高、應(yīng)力應(yīng)變小、電機(jī)的大型磁體。合金超導(dǎo)材料具有強(qiáng)度高、應(yīng)力應(yīng)變小、臨界磁場強(qiáng)度高、成本低易于生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。臨界磁場強(qiáng)度高、成本低易于生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。3、氧化物超導(dǎo)體、氧化物超導(dǎo)體 具有叫高的臨界溫度、臨界磁場強(qiáng)度和臨界電流密度，具有叫高的臨界溫度、臨界磁場強(qiáng)度和臨界電流密度，又稱高溫超導(dǎo)體。但這類材料較脆又稱高溫超導(dǎo)體。但這類材料較脆,加工困難。其中比較加工困難。其中比較重要的有：重要

43、的有：YBa2Cu3O7(Tc=80K)、Bi2Sr2Ca2Cu3O10(Tc=110K)。超導(dǎo)材料的分類超導(dǎo)材料的分類超導(dǎo)材料按其在磁場中的超導(dǎo)材料按其在磁場中的磁化行為磁化行為分成兩類。分成兩類。1）第一類超導(dǎo)體）第一類超導(dǎo)體 這類超導(dǎo)體在磁場中有不同的規(guī)律，磁矩與外磁場的關(guān)這類超導(dǎo)體在磁場中有不同的規(guī)律，磁矩與外磁場的關(guān)系如圖系如圖3-27（a）所示。）所示。a) 當(dāng)磁場強(qiáng)度低于臨界磁場強(qiáng)度時(shí)（當(dāng)磁場強(qiáng)度低于臨界磁場強(qiáng)度時(shí)（H Hc）, 磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B = H，不具有超導(dǎo)電性。，不具有超導(dǎo)電性。 具有這一特性的超導(dǎo)材料稱為第一類超導(dǎo)材料。非金屬元具有這一特性的超導(dǎo)材料稱為第一類超

44、導(dǎo)材料。非金屬元素和大部分過渡金屬（除素和大部分過渡金屬（除Nb、V、Ru外）都屬于此類超外）都屬于此類超導(dǎo)體。導(dǎo)體。超導(dǎo)體磁化曲線超導(dǎo)體磁化曲線 a) 第一類超導(dǎo)體第一類超導(dǎo)體 b) 第二類超導(dǎo)體第二類超導(dǎo)體 實(shí)驗(yàn)證明，第二類超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度實(shí)驗(yàn)證明，第二類超導(dǎo)體的臨界轉(zhuǎn)變溫度Tc、臨界磁場強(qiáng)、臨界磁場強(qiáng)度度Hc和臨界電流密度和臨界電流密度Jc要比第一類超導(dǎo)體高得多。要比第一類超導(dǎo)體高得多。 第二類超導(dǎo)體在應(yīng)用技術(shù)上更為重要。第二類超導(dǎo)體在應(yīng)用技術(shù)上更為重要。第二類超導(dǎo)體第二類超導(dǎo)體 該類超導(dǎo)體該類超導(dǎo)體 a) H Hc1時(shí)時(shí), 有部分磁場穿入導(dǎo)體內(nèi)，此時(shí)有部分磁場穿入導(dǎo)體內(nèi)，此時(shí)0 B

45、 Hc2時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B = H，磁場完全穿透，超，磁場完全穿透，超導(dǎo)電性才消失。導(dǎo)電性才消失。 d) 當(dāng)磁場介于當(dāng)磁場介于Hc1與與Hc2之間時(shí)，超導(dǎo)體既不是邁斯納態(tài)，之間時(shí)，超導(dǎo)體既不是邁斯納態(tài)，也不是正常態(tài)，此態(tài)稱為混合態(tài)。具有這一特性的超導(dǎo)材也不是正常態(tài)，此態(tài)稱為混合態(tài)。具有這一特性的超導(dǎo)材料稱為第二類超導(dǎo)材料。料稱為第二類超導(dǎo)材料。非金屬元素和大部分過渡金屬（除非金屬元素和大部分過渡金屬（除Nb、V、Ru外）都屬于外）都屬于此類超導(dǎo)體。大多數(shù)合金及此類超導(dǎo)體。大多數(shù)合金及Nb、V、Ru等元素屬于這類等元素屬于這類超導(dǎo)體。超導(dǎo)體。習(xí)題1 1、試述影響金屬、半導(dǎo)體、無機(jī)材料

46、、高分子材料、試述影響金屬、半導(dǎo)體、無機(jī)材料、高分子材料 和和 陶瓷材料電阻率的因素。陶瓷材料電阻率的因素。2 2、分析金屬、半導(dǎo)體、無機(jī)材料導(dǎo)電的機(jī)制，如何、分析金屬、半導(dǎo)體、無機(jī)材料導(dǎo)電的機(jī)制，如何提高其導(dǎo)電性能？提高其導(dǎo)電性能？ 3 3、畫出摻雜半導(dǎo)體的能帶示意圖，說明、畫出摻雜半導(dǎo)體的能帶示意圖，說明P P、N N摻雜導(dǎo)摻雜導(dǎo)電的機(jī)理。電的機(jī)理。4 4、超導(dǎo)性的三個(gè)基本特性是什么、超導(dǎo)性的三個(gè)基本特性是什么 ？圖示說明超？圖示說明超導(dǎo)材料處于超導(dǎo)態(tài)應(yīng)具備哪些條件？導(dǎo)材料處于超導(dǎo)態(tài)應(yīng)具備哪些條件？一維雙原子鏈模型反映了晶格振動(dòng)的基本特征。在此僅討論三維晶格振動(dòng)的主要結(jié)論。一、三維晶格振動(dòng)

47、的主要結(jié)論單原子鏈 只有一支聲學(xué)波； 雙原子鏈 有一支聲學(xué)波和一支光學(xué)波；三維晶格振動(dòng) 三支聲學(xué)支 ( ); 3n 3 支光學(xué)支 (+) 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)固體的熱容主要來自二部分： 1) 晶格振動(dòng)的貢獻(xiàn)；2) 電子熱運(yùn)動(dòng)的貢獻(xiàn);通常只考慮晶格振動(dòng)，除非在很低溫度下才考慮電子熱運(yùn)動(dòng)的貢獻(xiàn)。在熱力學(xué)中，固體的定容比熱 。由經(jīng)典統(tǒng)計(jì)力學(xué)總的振動(dòng)能量固體的熱容為 （杜隆-泊替定律）該定律在高溫時(shí)與實(shí)驗(yàn)符合很好,但在低溫下，能量均分經(jīng)典理論不適用，須用晶格振動(dòng)的量子理論。E = (ni+1/2) i 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)()VVCET= 抖B3ENk T=B3VCNk= 第七章：

48、材料熱學(xué)性能 天津大學(xué) 根據(jù)熱的經(jīng)典動(dòng)力學(xué)理論，以點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)為中心作振動(dòng)的原根據(jù)熱的經(jīng)典動(dòng)力學(xué)理論，以點(diǎn)陣結(jié)點(diǎn)為中心作振動(dòng)的原子，在一個(gè)自由度所具有的：子，在一個(gè)自由度所具有的：平均動(dòng)能為平均動(dòng)能為 平均勢能為平均勢能為 由能量均分定律：一個(gè)具有由能量均分定律：一個(gè)具有三個(gè)自由度三個(gè)自由度的原子，振動(dòng)時(shí)所的原子，振動(dòng)時(shí)所具有的總的平均能量為具有的總的平均能量為 E = E = 3kT一摩爾原子物質(zhì)內(nèi)的原子數(shù)為一摩爾原子物質(zhì)內(nèi)的原子數(shù)為N=6.023X1023 每摩爾原子物質(zhì)總的能量每摩爾原子物質(zhì)總的能量 E3NkT kT21kT211 1、經(jīng)典理論、經(jīng)典理論 Cv = = E-系統(tǒng)的平均能量 E

49、= 3NKT N=6.0221023 R = NK=8.314 J/mol.K 摩爾熱容為Cv =3NK = 3R 24.9（J/mol.K） 晶體的摩爾熱容是一個(gè)與溫度無關(guān)的常量。 杜隆-伯替定律 它的前提條件是在足夠高溫（室溫以上）時(shí)，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合很好。 但在低溫時(shí)，熱容隨著溫度下降將明顯減小，與杜隆珀替定律就不一致。 實(shí)驗(yàn)表明容隨溫度下降而減少，當(dāng)T0K，Cv0 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)dTdUvTE)( 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)2、愛因斯坦熱容理論、愛因斯坦熱容理論 假定假定1 1）每個(gè)原子與它鄰近的原子之間作相互無關(guān)的獨(dú)立振動(dòng)；每個(gè)原子與它鄰近的原子之間作相互無關(guān)的獨(dú)立

50、振動(dòng)；2 2）晶格中所有的原子都以相同的頻率）晶格中所有的原子都以相同的頻率E 振動(dòng)。振動(dòng)。（7-47）式簡化為）式簡化為 13kTeNE223(1)kTvkTeCNkkTe(749) kTfNke3(750) 式中， 22) 1(kTkTeeekTkTf為愛因斯坦比熱函數(shù)。為愛因斯坦比熱函數(shù)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大多數(shù)固體物質(zhì)在比熱發(fā)生顯著變化的寬廣溫度范圍內(nèi)，理論曲線值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)能相當(dāng)好地吻合?？墒窃跇O低溫度下，由于比熱和T3成正比，因此導(dǎo)致與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很大的偏差。這正是愛因斯坦模型的局限。 原因1、愛因斯坦模型忽略了每個(gè)原子與它鄰近的原子之間的作用。2、愛因斯坦模型假定所有原子振動(dòng)的頻率相同是

51、過于簡化了。 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué) 說明：說明： 這與很多固體在低溫下這與很多固體在低溫下 CV T 3 的實(shí)驗(yàn)規(guī)律不符。的實(shí)驗(yàn)規(guī)律不符。這是由于愛因斯坦模型對晶體振動(dòng)作了過分簡化。這是由于愛因斯坦模型對晶體振動(dòng)作了過分簡化。 在低溫下，只有在低溫下，只有 的格波才能被激發(fā)，對熱容有貢獻(xiàn)，的格波才能被激發(fā)，對熱容有貢獻(xiàn)，頻率高于頻率高于 的格波已經(jīng)的格波已經(jīng)”凍結(jié)凍結(jié)”，對熱容沒有貢獻(xiàn)。，對熱容沒有貢獻(xiàn)。 愛因愛因斯坦模型斯坦模型的的單一頻率格波單一頻率格波只近似描寫只近似描寫光學(xué)波光學(xué)波，因?yàn)楣鈱W(xué)波一般，因?yàn)楣鈱W(xué)波一般頻寬很窄頻寬很窄 (隨隨 q 的變化很小的變化很小)，可以近似的

52、用單一頻率描述。，可以近似的用單一頻率描述。而愛因斯坦模型忽略了頻率較低的聲學(xué)波對熱容的貢獻(xiàn)。在而愛因斯坦模型忽略了頻率較低的聲學(xué)波對熱容的貢獻(xiàn)。在低低溫下聲學(xué)波對熱容的貢獻(xiàn)恰恰又是主要溫下聲學(xué)波對熱容的貢獻(xiàn)恰恰又是主要的。所以的。所以 (2) 式的熱容式的熱容隨溫度下降比實(shí)驗(yàn)結(jié)果更快。隨溫度下降比實(shí)驗(yàn)結(jié)果更快。愛因斯坦模型主要適用于光學(xué)波，或者說不適用于低溫。愛因斯坦模型主要適用于光學(xué)波，或者說不適用于低溫。Bk TwD時(shí)， Cv3Nk2） 當(dāng)TD時(shí)， TNkfCDDv3kTekT1TTfDDD4310424154)1(dxexexx34)(512DvTNkC34)(512DvTNkC3TC

53、v 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)（760） 表明：表明：比熱和溫度比熱和溫度T3成正比成正比德拜定律德拜定律。它與實(shí)驗(yàn)測定的比熱與溫度的關(guān)系一致。它與實(shí)驗(yàn)測定的比熱與溫度的關(guān)系一致。 在非常低的溫度下，只有長波的激發(fā)是主要的，在非常低的溫度下，只有長波的激發(fā)是主要的，而對于長波，晶格是可以作為連續(xù)介質(zhì)處理，而對于長波，晶格是可以作為連續(xù)介質(zhì)處理，與德拜模型所作的假設(shè)一致。與德拜模型所作的假設(shè)一致。三、影響三、影響材料的熱熔的因素材料的熱熔的因素物質(zhì) /K 物質(zhì) /K Ag225BaO1173Ni450Al2O3923Si645G1973 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)1 1、不同材料其德拜溫

54、度不同、不同材料其德拜溫度不同 它取決于材料的它取決于材料的化學(xué)鍵的強(qiáng)度、彈性常數(shù)和熔點(diǎn)化學(xué)鍵的強(qiáng)度、彈性常數(shù)和熔點(diǎn)。其特征。其特征溫度一般約為它的熔點(diǎn)溫度一般約為它的熔點(diǎn)(K)的的 左右。左右。德拜特征溫度一般都是由它的熱容實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的。德拜特征溫度一般都是由它的熱容實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的。 2151 表表71 幾種金屬和陶瓷晶體的幾種金屬和陶瓷晶體的D值值DD 金屬金屬 CP 1 KJKg-1K-1，熱容小，容易加熱、容易冷卻，自由電子的貢獻(xiàn)很小。 無機(jī)非金屬，無機(jī)非金屬，CP 1 ，熱容小，更符合德拜模型 高分子高分子 CP 1.0 3.0 KJKg-1K-1， 熱容大 不同的運(yùn)動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)單元

55、 原子、基團(tuán)、鏈段原子、基團(tuán)、鏈段 分子鏈柔順性柔順性 溫度的升高是由于分子間內(nèi) 摩擦引起的，柔性鏈，運(yùn)動(dòng)單元小內(nèi)摩擦小, T上 升慢，熱容量大， 熱膨脹是當(dāng)溫度變化時(shí)，材料的長度或體積發(fā) 生長大。為什么會(huì)發(fā)生熱膨脹？ 原子間平均作用力是非簡諧力，引力和斥力不完全對稱，斥力大于引力。 隨溫度的升高，振幅增大，不對稱性也增大。 因此，當(dāng)晶格原子振動(dòng)時(shí)，平均表現(xiàn)出為一定的斥力，這就是導(dǎo)致晶體熱膨脹的原因。 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)1）熱膨脹系數(shù)與熱容 熱膨脹是固體受熱后晶格振動(dòng)加劇而引起體積膨脹,熱運(yùn)動(dòng)能量增大。升高單位溫度能量的增量就是熱容，所以熱膨脹系數(shù)與熱容有密切關(guān)系。 格律乃森方程：

56、 （7-77） 格律乃森常數(shù)，1.52.5之間變化，X壓縮系數(shù)，Cv等容熱容。 熱膨脹系數(shù)與熱容變化的特征基本一致。 低溫下Cv T3 ， 熱膨脹系數(shù)在低溫下 也是按T3規(guī)律變化。 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)0VCxV 熱膨脹系數(shù)與物質(zhì)內(nèi)原子間的斥力、引力大小以及原子間的鍵能大小直接有關(guān)。物質(zhì)的熔點(diǎn)是其結(jié)合鍵強(qiáng)度的表征之一。格律乃森金屬的體熱膨脹極限方程： 純金屬由0K加熱到熔點(diǎn)TM，膨脹量是6%；當(dāng)金屬體積增大6時(shí)，金屬空間點(diǎn)陣的原子間的內(nèi)聚力已很弱，以致金屬將熔化.具有立方及六方結(jié)構(gòu)的不同金屬，體積熱膨脹的極限值在6到6.7之間波動(dòng)。 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)06.000VVVM

57、T 物體的熔點(diǎn)越低，熱膨脹系數(shù)越大， 熔點(diǎn)高的材料熱膨脹系數(shù)較小。 熱膨脹系數(shù)與熔點(diǎn)有一定聯(lián)系， 經(jīng)驗(yàn)公式： TM = b b-為常數(shù)，對大多數(shù)立方、六方晶格取0.060.07 元素線膨脹系數(shù)與熔點(diǎn)Tm的關(guān)系 氧化物、鹵化物線膨脹系數(shù) 與Tm的關(guān)系可表示2 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)mT02.060.03810mT熱膨脹系數(shù)隨原子序數(shù)呈明顯周期變化。 IA族： 隨原子序數(shù)增加而增大； 其余A族 隨原子序數(shù)增加而減小。 過渡族具有低的 值； 堿金屬 值高（原子結(jié)合力低）。 鐵：1210-6/C ，石英0。510-6/C（是鐵的30倍，可忽略） 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)4）溫度的影響 熱

58、膨脹系數(shù)隨溫度變化與熱容隨溫度變化的規(guī)律相似。 在沒有相變時(shí)，熱膨脹系數(shù)隨溫度升高連續(xù)增大。 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)鐵磁性金屬和合金的熱膨脹系數(shù)隨溫度的變化常 出現(xiàn)正、負(fù)反常膨脹。 Fe,Co,Ni磁性轉(zhuǎn)變區(qū)的膨脹曲線 Fe-35%Ni負(fù)反常膨脹曲線 由于磁致伸縮抵消了正常膨脹的結(jié)果 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué) 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué) 同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，熱膨脹系數(shù)不連續(xù)變化。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)，熱膨脹系數(shù)不連續(xù)變化。 有序有序-無序轉(zhuǎn)變時(shí)，熱膨脹系數(shù)出現(xiàn)拐點(diǎn)。無序轉(zhuǎn)變時(shí)，熱膨脹系數(shù)出現(xiàn)拐點(diǎn)。 ZrO2晶型轉(zhuǎn)變晶型轉(zhuǎn)變體積收縮體積收縮;合金的溶質(zhì)元素及含量對合金的熱膨脹的影響極為明

59、顯。 一級(jí)相變時(shí)，膨脹系數(shù)有不連續(xù)變化， 二級(jí)相變時(shí)，相變點(diǎn)處膨脹系數(shù)曲線上有拐點(diǎn)。 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)一級(jí)相變一級(jí)相變二級(jí)相變二級(jí)相變5) 鍵強(qiáng)度對熱膨脹的影響 熱膨脹與晶體內(nèi)離子或原子間結(jié)合鍵的強(qiáng)度有關(guān)。 共價(jià)鍵或離子鍵形成的晶體，一般情況，其熱膨脹系數(shù)都比較小； 范德華力結(jié)合的分子晶體，其熱膨脹系數(shù)一般都非常大。對稱性較低的金屬其熱膨脹系數(shù)有各相異性。彈性模量高的方向膨脹系數(shù)小。六方晶系的有明顯的各相異性。立方：體膨脹系數(shù) = 3 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué) Megaw從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)提出： 具有相同結(jié)構(gòu)的晶體，其熱膨脹系數(shù)與化合價(jià)的平方成反比。 熱膨脹系數(shù)與原子價(jià)熱膨脹

60、系數(shù)與原子價(jià)Z的關(guān)系的關(guān)系 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)一、氣孔率 氣孔率對材料熱膨脹性能的影響，很大程度上決定于氣孔在材料中的分布狀態(tài)。1）氣孔彌散分布在連續(xù)的固相基體中 可以把它看作是氣孔(氣相)和固相的復(fù)合材料。由于空氣的體積模量K與固相基體的體積模量相比可予忽略，因此代入Turner經(jīng)驗(yàn)方程，計(jì)算得到的含有氣孔的材料的熱膨脹系數(shù)與純粹是固相基體的熱膨脹系數(shù)接近相等。這說明連續(xù)固相中的氣孔不會(huì)對材料的熱膨脹系數(shù)帶來明顯的影響。2）材料由相互結(jié)合比較弱的顆粒組成，或者材料內(nèi)的顆粒之間只有很小部分接觸。顆粒之間充斥著氣體。 這種材料的熱膨脹性能就難以確定，多數(shù)情況下其膨脹系數(shù)要比顆粒本身的

61、小，但也有例外。一般來說，含有這種氣孔類型的材料的熱膨脹系數(shù)與顆粒尺寸、顆粒間結(jié)合的強(qiáng)弱以及各向異性程度等許多因素有關(guān)，因而難于找到一個(gè)通用的計(jì)算熱膨脹系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式。 熱膨脹與晶體內(nèi)離子或原子間鍵的強(qiáng)度有關(guān)，與結(jié)合鍵的類型有關(guān)。1）純粹由共價(jià)鍵或離子鍵形成的晶體，一般情況，其熱膨脹系數(shù)都比較??；2）以范德華力結(jié)合的分子晶體，其熱膨脹系數(shù)一般都非常大。石英的體膨脹系數(shù)要比草酸有機(jī)物晶體的熱膨脹系數(shù)小一個(gè)量級(jí)。例如：水鎂石Mg(0H)2與a軸平行的方向的熱膨脹系數(shù)大致與MgO相同，但與a軸垂直的方向，因?yàn)槭欠妒辖?，其膨脹系?shù)就非常大。1）鍵的長度增加，原子或者離子趨于遠(yuǎn)離；2） 鍵的長度雖無變化

62、，但鍵的方向發(fā)生了變化。 離子鍵在結(jié)構(gòu)上是沒有方向性的 共價(jià)鍵有特定的方向。 石英礦物在轉(zhuǎn)變時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象就是鍵角的較小變化將引起較大的熱膨脹。石英礦物的各種變體，因SiO鍵的長度增加產(chǎn)生的膨脹不大，它們在轉(zhuǎn)變點(diǎn)發(fā)生的膨脹是由于鍵的方向發(fā)生變化引起的。熔融石英由于存在堅(jiān)固的SiO鍵和無序結(jié)構(gòu)，鍵與鍵之間的角度完全沒有規(guī)律，膨脹純粹是由于鍵的長度增加，所以膨脹系數(shù)也比較小。 當(dāng)材料內(nèi)部發(fā)生相變時(shí)，其熱膨脹系數(shù)在相變點(diǎn)會(huì)發(fā)生突變。材料體積在轉(zhuǎn)變點(diǎn)將產(chǎn)生一個(gè)不連續(xù)的增大。 膨脹系數(shù)在轉(zhuǎn)變點(diǎn)處出現(xiàn)最大值。 鐵磁體在轉(zhuǎn)變點(diǎn)居里溫度處，熱膨脹雖然沒有發(fā)生不連續(xù)的變化，但膨脹系數(shù)依然會(huì)在相變點(diǎn)處出現(xiàn)最大值。

63、具有同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變的組分加入到復(fù)合材料中后，把復(fù)合材料升溫到該組分的轉(zhuǎn)變點(diǎn)，其熱膨脹系數(shù)也會(huì)出現(xiàn)突然的增大。 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué) 傅立葉定律確定了在傅立葉定律確定了在穩(wěn)態(tài)傳熱穩(wěn)態(tài)傳熱的情況下，某一材料在單位的情況下，某一材料在單位時(shí)間內(nèi)，通過單位面積上的熱流密度時(shí)間內(nèi)，通過單位面積上的熱流密度q正比于該材料的溫度正比于該材料的溫度梯度。梯度。q = = -grad T (786)式中負(fù)號(hào)表示熱量向低溫處傳播式中負(fù)號(hào)表示熱量向低溫處傳播。 導(dǎo)熱系數(shù)（或稱熱導(dǎo)率）導(dǎo)熱系數(shù)（或稱熱導(dǎo)率）單位單位W/(mK)或或J/(mKs)， 表示單位時(shí)間內(nèi)單位溫度梯度下，通過單位面積的熱量。表示單位時(shí)間

64、內(nèi)單位溫度梯度下，通過單位面積的熱量。傅立葉（傅立葉（Fourier）導(dǎo)熱定律。）導(dǎo)熱定律。dTdx 導(dǎo)熱系數(shù)是一個(gè)矢量；是直接表征物質(zhì)導(dǎo)熱能力的一個(gè)重要物理量。 1）不同的物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)不同，有些甚至相差幾個(gè) 數(shù)量級(jí)。 2）同一種物質(zhì)由于晶體結(jié)構(gòu)、顯微結(jié)構(gòu)、密度、濕度和所處的溫度不同也會(huì)明顯影響導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值。(786)式還可寫成 （787） S一面積 Q一在t時(shí)間內(nèi)通過面積S傳導(dǎo)的總熱量；T表面溫度與沿導(dǎo)熱方向L深度處溫度的差值。TtSLQgradTq 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù) taat1001金屬：隨著溫度t升高，降低；非金屬：隨著溫度t升高，升高。對大多數(shù)固體：

65、付里葉導(dǎo)熱定律適用于穩(wěn)態(tài)。 通常熱傳導(dǎo)過程是不穩(wěn)定的傳熱，溫度是時(shí)間t和位置x的函數(shù)，可導(dǎo)出熱擴(kuò)散率: (m2/s) -熱擴(kuò)散率，d密度，Cp等壓比熱熔物理意義：是與不穩(wěn)定導(dǎo)熱相聯(lián)系，標(biāo)志著溫度變化的速度。 1）在同樣加熱冷卻的條件下，越大，物體各處的溫差越小。2）導(dǎo)溫系數(shù)大，則溫度梯度小，試樣溫度比較均勻。3）導(dǎo)熱系數(shù)高，導(dǎo)溫系數(shù)大。 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)pdc22pTTtdcx 工程上選擇保溫材料和熱交換材料，除了考慮導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)溫系數(shù)外，還要考慮熱阻 熱流量通過截面的溫度差 （K/W）熱阻的物理意義：材料對熱傳導(dǎo)的阻隔能力。 鍋爐、冷藏、石油液化、建筑結(jié)構(gòu)隔熱 熱阻的倒數(shù)熱導(dǎo)1

66、/R 導(dǎo)熱電子元件、葉片 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)TR7.4.2 熱傳導(dǎo)理論 不同的物質(zhì):：金屬、高分子、無機(jī)非金屬 物質(zhì)所處的不同狀態(tài)：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)結(jié)構(gòu)上有差別，相應(yīng)的導(dǎo)熱能力也大不一樣。導(dǎo)熱的機(jī)理當(dāng)然也不相同。 共同的：所有物質(zhì)的熱傳導(dǎo)，不管它處于什么狀態(tài)都是由于物質(zhì)內(nèi)部微觀粒子相互碰撞和傳遞的結(jié)果。 第七章：材料熱學(xué)性能 天津大學(xué)熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)由于材料相鄰部分間的溫差而發(fā)生的能量遷移。由于材料相鄰部分間的溫差而發(fā)生的能量遷移。 材料內(nèi)部的能量傳輸過程材料內(nèi)部的能量傳輸過程微觀粒子的運(yùn)動(dòng)、碰撞微觀粒子的運(yùn)動(dòng)、碰撞 1）氣體和液體中氣體和液體中，熱量的傳導(dǎo)，熱量的傳導(dǎo)通過分子或原子相互通過分子或原子相互作用或碰撞來實(shí)現(xiàn)。作用或碰撞來實(shí)現(xiàn)。 2）在）在金屬晶體中金屬晶體中，熱量的傳導(dǎo)主要通過電子的相互作用和，熱量的傳導(dǎo)主要通過電子的相互作用和碰撞來實(shí)現(xiàn)的；碰撞來實(shí)現(xiàn)的； 3）在）在無機(jī)介質(zhì)無機(jī)介質(zhì)中，熱量的傳導(dǎo)是通過晶體點(diǎn)陣或者晶格的中，熱量的傳導(dǎo)是通過晶體點(diǎn)陣或者晶格的振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。振動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。 由于晶格振動(dòng)的能量是量子化的，我們把晶格振動(dòng)由于晶格振動(dòng)的能量是量子化的，我們把晶