材料的微结构与性能.ppt

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材料的微结构与性能

材料的微结构与性质 课程的基本框架 绪论--材料的性能与显微结构 材料的磁学性质 材料的电学性质 材料的光学性质 材料的热学性质 材料的微结构与物理性质 绪论 材料的磁学性能 微观结构的几种表征方法 几个实验研究的例子 绪论: 本课程的目的和内容 (1) 本课程的目的 (2)材料的结构与性能的研究 材料的显微结构是指在纳米至微米、甚至达到毫米级的宽广尺度范围的材料结构,它有别于在晶胞尺度、原子尺度上的微观结构。 材料的许多宏观性能不仅取决于原子层次上的微观结构,而且更大程度上取决于更宽尺度范围内的显微结构。 (1)本课程的目的 对材料的微观结构和物理性质有基本的了解。 能将所学到的知识用到将来的研究工作中。 (2)材料的结构与性能的研究 许多材料(如各类复合材料和多晶材料)的结构具有从原子尺度到宏观尺度的多层次特征,这些材料的结构与性能之间的关系十分复杂。 根据材料结构的不同尺度特征,通常从两个不同尺度层次上对结构与性能之间的关系进行研究。 两个尺度层次 第一个尺度层次是微观原子尺度 在这个尺度水平上研究材料的组成-微观结构(电子、原子、分子结构)-性质关系,解释材料的各种特性,阐明其规律性,这是固体物理(凝聚态物理)、量子化学等基础学科的基本任务。 近来,国际上主要把这个领域的研究称之为“计算材料科学”(computational materials science) 两个尺度层次 第二个尺度层次是较为“宏观”的显微结构(microstructure)尺度 显微结构是指约在几个纳米以上,甚至达到毫米级的宽广尺度范围的材料结构,它有别于在晶胞尺度、原子尺度上的微观结构。 两个尺度层次 材料在这个显微结构层次上发生的现象即是材料材料显微结构物理学的研究内容。 它主要包括显微结构的形成与演变及表征、显微结构与性能之间的关系及进一步的材料显微结构的设计。 材料的显微结构与性能 除理想单晶和均质无序体系外,几乎所有材料中形成的显微结构都是非均匀(inhomogeneous)或非均质的(heterogeneous),如各类复合材料、多晶材料(如陶瓷、多晶金属和合金)、多孔介质、纳米材料、非均质无序体系、多层材料、软材料(如电流变体与磁流变体)等。 与均匀均质材料相比,这些材料具有复杂的多层次结构。 材料的显微结构与性能 很自然的一个焦点问题是这些复杂显微结构对材料宏观性能又起到何种作用? 现在已普遍认识到,材料的宏观性能不仅取决于材料的显微结构,即具有同一短程有序性的微域(或称之为组元,如相、颗粒、畴等)的含量、取向、尺寸、形状、不同组元之间的界面、相邻组元之间的相关、连接度、拓扑排列这些几何和拓扑两方面因素。 材料的显微结构与性能 因此,材料的各种有效性能实际上是由这些许许多多的组元的各种特性的某种集成在宏观上的反映。 如果材料中非均匀性变化了,亦即它的显微结构详情发生了变化,则这种集成结果也随着发生变化,材料宏观性能出现差异。 第一章 材料的磁学性能 1.1概述 1.2 磁学的基本物理量 1.3磁性物质的分类 1.4磁化曲线和磁滞回线 1.5 磁各向异性 1.6 磁致伸缩 1.7 磁畴结构 1.8 技术磁化 1.9 磁制冷材料 1.1概述 物质的磁性的研究是固体物理的一个重要领域,也是工业应用方面引起广泛兴趣的课题。 磁性出现的范围很广,从微观粒子到宏观物体以至宇宙间的天体都存在着磁的现象。 1.1概述 物质的磁性约三千年前就受到注意了 管子?地数篇中云:“上有慈石者,下有铜金” 。稍后,吕氏春秋?精通篇里写到“慈石召铁,或引之也”。古籍中的“慈石”就是现代的磁铁矿。 欧洲对磁石的最早记载是希腊台利斯(Thales)的著作,约在公元前600年,迟于管仲的时代。 中心问题:强磁性来自于何处? 1.1概述 1845年法拉第(M.Faraday)--建立了对抗磁性与顺磁性的认识。 19世纪末居里(P.Curie)--居里定律:顺磁磁化率与温度成反比。 19世纪,剑桥大学Alfred Ewing—第一位严肃思考铁磁性起源的科学家 观点:假定在固体中每个组成原子均具有单个的磁矩,并认为这些单个磁矩具有可以转动并保持相互一致的可能性。 Pierre Weiss—引领现代磁学研究 提出了“分子场概念”:分子场由单个原子的磁性引起,作用不容忽视。 建立居里-外斯定律。 1.1概述 Heisenberg—迈出关键性的一步 贡献:用静电性的交换作用对铁磁体中的分子场的性质给出了正确的解释,揭开了现代磁学的篇章。 20世纪50年代—发现了以铁氧体为代表的亚铁磁体。 意义:改变了100多年来金属铁磁性材料独占强磁铁领域的局面。 Louis Nee

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