材料科学基础第2版课件作者石德珂西安交通大学主编第八章节固体材料的电子结构与物理性能.ppt

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表3-2几种物质的膨胀系数 线膨胀系数 1400 20~1000 17.3 镍铬合金80Ni20Cr 900~950 20~300 18.5~21 黄铜 1130~1160 0~200 10.5~12 铸铁 1400~1420 20~400 16.0 镍铬不锈钢18Cr-8Ni-Fe 1480~1530 20~400 10.0 铬不锈钢13Cr-0.35C-Fe ~1460 20~400 4.6~3.2 可伐合金29Ni-18Co-Fe 1350~1400 20 18 高锰钢13Mn-C-Fe 1425~1460 20~100 0~2 因瓦合金36Ni-Fe 1500 20~100 11.3 wC0.40%碳钢 1760 1120~1700 14.2 Pt 3377~4407 1300 5.19 W 2617 1500 6.5 Mo 1083 100 17.18 Cu 1455 420~990 17.1 Ni 1495 300~860 17.9 Co 1530 30~850 16.7 Fe 1244 30~500 29.8 Mn 1903 250~480 10.60 Cr 1665 -120~860 0.2 Ti 659 30~300 24.9 Al 熔点 温度范围/℃ /℃-1 材料名称 20~100 0.9 玻璃 20~100 11.2 M2高速工具钢 30~100 12.5 Fe-Cr-Al合金 20~900 硬质合金 20~100 9.4 硬质合金WC50,Ni5,Mn7,Mo3,Co3,Cu30 24~1925 6.8 VC 24~1300 6.9 WC 20~100 26.8 ZM5镁合金 20~100 22.7 LY12铝合金 20~100 11.60 镍基合金K3 0~100 14.0 GCr15 0~100 13.0 GCr9轴承钢 温度范围/℃ /℃-1 材料名称 三、热传导 1.热导率 当固体材料一端的温度比另一端高时,热量就会从热端自动地传向冷端,这个现象就称为热传导。热传导率是用来描述物质传热能力的性质,即 热导率λ的物理意义是指单位温度梯度下,单位时间内通过单位垂直面积的热量,它的单位为瓦特/米·K(焦耳/米·秒·K)。 不稳定传热过程 2. 热传导机理 热在固体物质里的传递是通过晶格振动波(声子)和自由电子实现的。一个热传导率对应了一种机理,总的热传导率为晶格振动和自由电子热传导率两者之和,可以表示为: kl和ke分别是晶格振动和电子热传导率。在通常情况下,二者其中之一占有优势。与声子或晶格振动相关联的热能是沿运动方向传递的。Kl的贡献来自于存在着温度梯度的固体内声子从高温向低温区域的净运动。 自由或传导电子参与电子热传导。在高温区域的自由电子获得动力学能量,然后迁移到低温区域,一部分动力学能量通过声子碰撞或其它晶体缺陷传递给原子自身(作为振动能量)。ke对总热传导率的相对贡献随自由电子浓度增加而增加,因为有更多的电子可以参与到热传递过程中去。 3. 金属、陶瓷和聚合物的热传导 在高纯度金属中,因为电子不象声子那样容易散射,所以电子对热传导的贡献比声子大。并且,因为金属有大量的自由电子存在参与热传导,所以金属传热性能特别好。 不纯的金属合金导致了热传导率的降低,同样,电传导率也降低了。也就是说,杂质原子在固溶体中充当了散射中心,降低电子运动的效率。 图3-4 几种陶瓷材料热导率与温度的关系 大部分聚合物的热传导率在0.3 W/(m.K)左右。 温下陶瓷材料的热传导率范围大约在2~50 W/(m?K)。 第六节 功能材料举例 图9-29 光纤通信装置示意图 一、光导纤维 图9-30 两层折射率不同的玻璃纤维 a)界面上折射率有突变 b)折射率平缓变化 图9-31 各种磁性材料的磁滞回线 尚辅网 / 第八章 固体材料的电子结构与物理性能 第一节 固体的能带理论 第二节 半 导 体 第三节 材料的磁性 第四节 材料的光学性能 第五节 材料的热学性能 第六节 功能材料举例 第一节 固体的能带理论 一、能带的形成 图9-1 能带的形成 图9-2 各种金属的能带结构 a)碱金属Na b)贵金属Cu c)碱土金属Mg d)过渡金属Fe 二、金属的能带结构与导电性 金属的导电性 6.8?107 6.0?107 4.3?107 3.8?107 1.6?107 1.0?107 0.94?107 0.6?107 0.2?107 银 铜 金 铝 黄铜 铁 铂 碳素钢 不锈钢 电导率[(Ω·m)-1] 金属 表3-3 常见金属和合金在室温下的电导率 由于金属中存在结晶的缺陷,而这些晶体缺陷可以成为导电电子的发散中心,增加它们的数量可以提高电阻率(即降低电导

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