《材料物理性能》配套教学课件.ppt

绪 论 一、概念 材料物理性能是研究物质的微观结构、组织形式、运动状态、物理性能、化学成分以及它们之间相互关系的学科。 从物理学的基本概念、基本原理、基本定律出发，建立相应的物理模型，力图阐述材料本身结构、性质和变化规律，从而指导材料的生产和科学研究。 物理科学 材料物理 材料科学 二、研究对象 金属材料、无机非金属材料以及有机高分子材料。 三、研究内容 1、材料物理性能： 电学性能：导电性、介电性、热电性、磁电性、光电性 磁学性能：强磁性：铁磁性和亚铁磁性。 弱磁性：反铁磁性、顺磁性、抗磁性 热学性能：热容、热膨胀、热传导、热稳定性 光学性能：光的波粒二象性、光与物质的作用 2、研究物性与材料的成分,结构,工艺过程的关系及变化规律。 3、研究物性在一定环境下（温度、压力、磁场等）的稳定性及变化过程。 四、研究意义 1、材料物理性能涉及材料科学和工程两个部分。 是什么？ 为什么？ 如何做？ 材料科学 物理本质 工程 材料是人类一切生产和生活水平提高的物质基础，是人类进步的里程碑。 性能的物理本质告诉我们“为什么”。 例如：Al的电子浓度是Ag的3倍，为什么常温下Ag的电导率比Al高？为什么铁磁性材料更易磁化？有导热性好而导电性差的材料吗？ 工艺、结构、性能及测试分析技术告诉我们“如何做”。 在材料工程理论基础上进一步掌握材料各方面主要性能的基本概念、物理本质以及变化规律。 了解材料成分、组织、结构、性能的关系。 了解各性能指标影响因素。 任务 五、研究目的： 掌握，改善，提高各性能指标；充分发挥材料潜力。 具备合理选材，用材，开发新材料的基础知识和基本技能。 了解材料性能的测试原理、测试方法以及相关仪器设备。 2、性能根据对物性参量的认识可以分为： 非组织敏感性能参量：决定于材料的成分。 居里温度、热膨胀系数、弹性模量。 组织敏感性能参量：不仅和成分有关，还和组织有关。 矫顽力、热导率。 六、参考书 《材料物理性能》邱成军、王元化等 哈尔滨工业大学出版社 《材料物理性能》陈騑騢 机械工业出版社 《材料性能学》王从曾 北京工业大学出版社 《金属材料物理性能》 王润 冶金工业出版社 材料物理性能 第二章 材料的热学性能 2.1 热学性能的物理基础 2.2 材料的热容 2.3 材料的热膨胀 2.4 材料的热传导 2.5 材料的热稳定性 热传导材料 由于材料都是在一定的温度环境下使用的，不同的温度表现出不同的热物理性能（热学性能），包括热容，热膨胀，热传导，热电性等。本章目的就是探讨热性能与材料宏观、微观本质关系，为研究新材料、探索新工艺打下理论基础。 2.1 热学性能的物理基础 材料的热学性能均与晶格热振动有关。 晶格热振动：晶体点阵中的质点（原子、离子）总是围绕平衡位置做微小振动。 相同条件下，温度越高，晶格振动越剧烈。 格波：材料中所有质点的振动以弹性波的形式在整个材料内传播，这种多频率振动的组合波叫格波。 声频支振动：如果振动中的质点包含频率低的格波，且质点之间的位相差不大，称为声频支。 光频支振动：频率甚高的振动波，质点间的位相差很大，频率往往在红外光区。 晶格振动的能量和声子 某一质点的能量：E=nhν， n为量子数。 普朗克在1900年研究物体的热辐射时发现，只有假定电磁波的辐射和吸收不是连续的，而是一份一份进行的，计算结果才符合实验规律。这样的一份能量叫能量子。每一份能量为hν。h为普朗克常数=6.63*10-34J.s, ν为辐射波的频率。 格波的能量同样是量子化的，通常把声频支格波的能量子（最小能量单位）称为声子。 把格波的传播看成声子的运动，就可以把格波与物质的相互作用理解为声子与物质的碰撞，把格波在晶体中传播遇到的散射看成是声子与晶体中质点的碰撞，把理想晶体中热传导归结为声子-声子碰撞。 一、热容的基本概念 1. 热容：在没有相变和化学反应条件下，材料温度升高1K所需吸收的能量。 （J/K） 2. 比热容c：单位质量的热容。单位— , 摩尔热容：1mol材料升高1k吸收的能量。 单位— 。 另外，平均热容 ， 范围愈大，精度愈差。 2.2 材料的热容 说明：1）H（热焓):在定压条件下将质量m的物体升高T k吸收的热量。 2）CpCv。因为H=PV+U，若加热时保持压力不变，物体除升高温度外（增加内能），还要对外界做功（体积膨胀），所以提高1k需要吸收更多的热量。 根据热力学定律可导出： 式中：V0＝摩尔体积，