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§4-3 影响金属导电性的因素 晶体点阵的不完整性是引起电子散射的原因，而电阻来源于晶体对自由运动电子的散射，因此电阻具有组织结构敏感性，温度、形变（应力）、合金化、杂质均能影响金属导电性。 一、温度的影响 金属：温度T↑→ρ↑。 原因:T↑对有效电子数和电子平均速度几乎没有影响； 但T↑ →离子振动加剧，热振动幅度↑，原子无序度↑，周期势场涨落↑ →电子运动自由程l↓，散射几率P↑。 在熔点以下，金属的电阻率 随温度变化的一般规律如右 图所示。 TΘD时,ρ∝T; TΘD时,ρ∝T5; T→0时,ρ→ρ’。 （理论上T→0 ,ρ∝T2→0） 形成ρ’的原因： 点阵畸变造成的残留电阻引起的，电阻率ρ’为一常数。有些金属，如Pb,Sn,Hg等在温度接近绝对零度以上的某一临界温度Tc， ρ→0，这种现象称为超导现象。 . 金属熔化时，由于原子排列规则性遭到破坏,一般，电阻升高1.5-2倍。 . 根据金属电阻率-温度曲线可知，在0℃以上至熔化温度之前，在t℃下，电阻率-温度关系可表示为： ρt=ρ0（1+αt） 电阻温度系数α=(ρt- ρ0)/ ρ0 t (℃-1) =(dρ/dt)(1/ρ) (℃-1) 二、冷加工和静压力的影响 冷加工→晶体点阵畸变，晶体缺陷↑→电场不均匀性↑→对电子的散射↑→ρ↑。 通过回复、在结晶可使材料的电阻率恢复到冷加工前的状态。 同样，淬火后（高温加热，快速冷却，点缺陷来不及扩散消失），材料的点缺陷浓度上升，导致电阻率上升。 在流体静压力（可达1200MPa,12000大气压）作用下，大多数金属的电阻率下降： 原因：由于高压作用，导致原子间距发生变化（变小），使金属内部的电子结构、费米能和能带结构发生变化，从而影响导电性。 很高的压力甚至可以使某些半导体、绝缘体变为导体。如S,P,Si,Ge,Se,金刚石等。 一些半导体和绝缘体转变为导体的压力极限 三、合金化对金属导电性的影响 纯金属的导电性与其在周期表中的位置有关，这是由于不同的能带结构决定的，而合金的导电性则表现更为复杂。原因是：加入合金元素，导致点阵畸变；组元间相互作用引起有效电子数的变化；能带结构的变化；组织结构的变化。 1、一般固溶体的导电性 一般规律：形成固溶体时，电阻率升高，导电率下降（即使溶质的电阻率低于溶剂的电阻率也是一样）。 在二元合金中，对于由非过渡族元素所形成的连续固溶体，其电阻最大值通常出现在50%原子浓度处。 对于铁磁性及强顺磁性金属的固溶体，电阻率最大值可能偏离50%处，对于一个组元为过渡族元素的合金，则电阻率最大值偏向过渡族元素一侧。 对于低浓度固溶体，其电阻率服从马提森（Matthissen）经验定则（或称为马西森定律），即 马西森定律只考虑了点阵畸变的影响，因而只适合于低浓度固溶体， P47 图2.13。对于高浓度固溶体，则不适合，P46 图2.11~2.12。 2、有序固溶体的导电性 固溶体发生有序化，其电阻率将明显下降。 原因：(1)点阵规律性加强，减少对电子的散射，导致电阻率下降； (2)有序化呈现出一定程度的共价结合，使原子间结合加强，有效电子数下降，导致电阻率上升。 二者相比(1)的作用大于(2),因而有序化导致电阻率下降。 从理论上讲，完全有序化，合金的电阻率将处于组元电阻率的连线上（即图中虚线所示），但实际上，合金很难实现100%有序化，另外共价键的形成，因而呈现出曲折的形状。 3、不均匀固溶体（K状态）的电阻反常 具有上述电阻反常现象的合金状态称为K状态。如Ni-Cr,Ni-Cu-Zn,Fe-Cr-Al,Fe-Ni-Mo,Ag-Mn,Fe-Al等。 反常的原因：由于溶质和溶剂原子的不均匀分布所造成，即在固溶体中存在原子的偏聚区，其成分与固溶体的平均成分不同；或者是固溶体中存在着短程有序区域。上述原子富集区的尺寸约为几个纳米，它与电子波的波长（2nm）相当，故能强烈地散射电子，从而导致电阻率升高。凡是能破坏K状态的手段，如加热、加工等均可使电阻率下降。反之，若导致形成K状态，则电阻率上升。 4、中间相的导电性 中间相（金属化合物）的导电性通常要比其组元的导电性低得多，这是由于金属键部分地为共价键或离子键所代替，减少了有效电子数。 由于中间相所处的成分范围较窄，因此组元成分的极小的偏离便会引起电阻率的明显下降。 若形成具有离子性质的化合物,可能呈现出半导体特性。 电子化合物主要是金属键结合，其导电性介于固溶体和中间相之间。如Cu-Zn合金：β、γ和ε相均比α固溶体具有较高的电阻率，γ相(Cu3Zn8、Cu9Al4等)