材料物理性能 第一章、材料的熱學性能 一、基本概念 1.熱容：物體溫度升高1K所需要增加的能量。（熱容是分子熱運動的能量随溫度變化的一個物理量）

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2.比熱容：質量為1kg的物質在沒有相變和化學反應的條件下升高1K所需要的熱量。[與物質的本性有關，用c表示，單位J/(kg·K)]

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3.摩爾熱容：1mol的物質在沒有相變和化學反應的條件下升高1K所需要的熱量。用Cm表示。 4.定容熱容：加熱過程中，體積不變，則所供給的熱量隻需滿足升高1K時物體内能的增加，不必再以做功的形式傳輸，該條件下的熱容： 5.定壓熱容：假定在加熱過程中保持壓力不變，而體積則自由向外膨脹，這時升高1K時供給物體的能量，除滿足内能的增加，還必須補充對外做功的損耗。 6.熱膨脹：物質的體積或長度随溫度的升高而增大的現象。 7.線膨脹系數αl：溫度升高1K時，物體的相對伸長。

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8.體膨脹系數αv：溫度升高1K時，物體體積相對增長值。

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9.熱導率（導熱系數）λ：在單位溫度梯度下，單位時間内通過單位截面積的熱量。（标志材料熱傳導能力，适用于穩态各點溫度不随時間變化。)q=-λ△T/△X。 10.熱擴散率（導溫系數）α：單位面積上，溫度随時間的變化率。α=λ/ρc。α表示溫度變化的速率（材料内部溫度趨于一緻的能力。α越大的材料各處的溫度差越小。适用于非穩态不穩定的熱傳導過程。本質仍是材料傳熱能力。）。 二、基本理論

三、

1.德拜理論及熱容和溫度變化關系。

答：⑴愛因斯坦沒有考慮低頻振動對熱容的貢獻。

⑵模型假設：①固體中的原子振動頻率不同；處于不同頻率的振子數有确定的分布函數；

②固體可看做連續介質，能傳播彈性振動波；

③固體中傳播的彈性波分為縱波和橫波兩類；

④假定彈性波的振動能級量子化，振動能量隻能是最小能量單位hν的整數倍。

⑶結論：①當T》θD時，Cv,m=3R；在高溫區，德拜理論的結果與杜隆-珀蒂定律相符。

②當T《θD時，Cv,m∝

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。

③當T→0時，Cv,m→0，與實驗大體相符。

⑷不足：①由于德拜把晶體看成連續介質，對于原子振動頻率較高的部分不适用；

②晶體不是連續介質，德拜理論在低溫下也不符；

③金屬類的晶體，沒有考慮自由電子的貢獻。

2.熱容的物理本質。

答：溫度一定時，原子雖然振動，但它的平衡位置不變，物體體積就沒變化。物體溫度升高了，原子的振動激烈了，但如果每個原子的平均距離保持不變，物體也就不會因為溫度升高而發生膨脹。

【⑴反映晶體受熱後激發出的晶格波和溫度的關系；

⑵對于N個原子構成的晶體，在熱振動時形成3N個振子，各個振子的頻率不同，激發出的聲子能力也不同；

⑶溫度升高，晶格的振幅增大，該頻率的聲子數目也增大；

⑷溫度升高，在宏觀上表現為吸熱或放熱，實質上是各個頻率聲子數發生變化。材料物理的解釋】

3.熱膨脹的物理本質。

答：由于原子之間存在着相互作用力，吸引力與斥力。力大小和原子之間的距離有關（是非線性關系，引力、斥力的變化是非對稱的），兩原子相互作用是不對稱變化，當溫度上升，勢能增高，由于勢能曲線的不對稱性必然導緻振動中心右移。即原子間距增大。

⑴T↑原子間的平均距離↑r＞r0吸引合力變化較慢

⑵T↑晶體中熱缺陷密度↑r＜r0排斥合力變化較快

【材料質點間的平均距離随溫度的升高而增大（微觀），宏觀表現為體積、線長的增大】

4.固體材料的導熱機制。

答：⑴固體的導熱包括：電子導熱、聲子導熱和光子導熱。

①純金屬：電子導熱是主要機制；

②合金：聲子導熱的作用增強；

③半金屬或半導體：聲子導熱、電子導熱；

④絕緣體：幾乎隻有聲子導熱一種形式，隻有在極高溫度下才可能有光子導熱存在。

⑵氣體：分子間碰撞，可忽略彼此之間的相互作用力。

固體：質點間有很強的相互作用。

5.焓和熱容與加熱溫度的關系。P11。圖1.8

⑴①有潛熱，熱容趨于無窮大；⑵①無潛熱，熱容有突變

②等溫轉變，焓有突變；②磁性轉變、BCC點陣的有序-無序轉變。

③熱容曲線發生不連續變化，焓曲線發生躍變；

④珠光體轉變、鐵的α→γ轉變。

6.相變對熱容、焓的影響。

答：⑴一級相變：固态的多型性轉變屬于一級相變（如珠光體轉變、鐵的α-γ轉變），加熱到臨界點Tc焓的曲線出現躍變，熱熔曲線發生不連續變化，這種曲線中轉變的熱效應即為曲線躍變所對應的焓變化值。【一級相變有潛熱，如果是等溫轉變，則相變時焓的變化有突變，熱容趨于無窮大】

⑵二級相變：是在一個溫度範圍内逐步完成的，焓随着溫度的升高而逐漸增大，當接近臨界點Tc，由于轉變的數量急劇增多，Q的變化加劇，與此相對應的熱容值則達到最大值，轉變的熱效應相當于陰影面積。【二級相變無潛熱，熱容有突變】

7.熔化和凝固。P10圖1.7

答:⑴加熱溫度低于熔點時，加熱所需熱量随T緩慢上升；

⑵Tm處，熔化熱qs，焓曲線拐折并陡直上升；

⑶液态金屬熱容比固态大。

8.熱導率和溫度的關系：

⑴金屬：

熱導率比較：同一材料：多晶＞單晶晶态＞非晶體粉體＜緻密态。

⑵無機非金屬：

①低溫時有較高熱導率的材料，随溫度的升高，熱導率降低；

②高溫時有較低熱導率的材料，随溫度的升高，熱導率升高。

9.熱力學參數的影響因素。

答：⑴熱容：①溫度；②壓力；③組分；④組織變化。

⑵熱導率：

①金屬：a.純金屬由于溫度升高而使平均自由程減小的作用超過溫度直接作用，因而純金屬的熱導率一般随溫度升高而降低。合金：合金的熱導率則不同于異類原子的存在，平均自由程受溫度的影響相對較小，溫度本身的影響占主導作用，使聲子導熱作用加強，因此随溫度的升高而升高；

b.原子結構；

c.合金成分和晶體結構：合金中加入雜質元素，使熱阻增強，λ下降；

d.氣孔率。

②無機非金屬：a.溫度；b.成分、結構；c.各向異性。

⑶熱膨脹：①相變的影響；

②成分和組織的影響；

③各向異性的影響；

④鐵磁性轉變的影響。

10.材料的熱膨脹與熱容、熔點、德拜溫度的關系：

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13.熱導率Fe-合金的膨脹反常機制：磁緻伸縮抵消了合金正常熱膨脹的結果。

四、基本技能

1.亞穩态組織轉變、有序-無序轉變（定性知道）：

答：⑴亞穩态組織轉變：不可逆轉變時效回火相變有偏離直線關系，無線性關系。亞穩态能量高，變為穩态放熱，而導緻熱熔曲線向下拐折。

⑵有序-無序轉變：伴随着膨脹系數的變化。有序結構會使合金原子之間的結合增強，因此，有序化導緻膨脹系數減小。

2.熱分析法分析組織相變，DTA，膨脹分析（膨脹曲線、相變點）。

答:利用加熱或冷卻過程中，熱效應所産生的溫度變化和時間關系的一種分析技術。

建立合金相圖：先确定合金的液相線、固相線、共晶線以及包晶線，再确立相區。

如：建立二元合金相圖，取某一成分的合金，用示差分析法測定出他的DTA曲線。

試樣從液相開始冷卻，熔化曲線向上拐折，拐折的特點是：陡直上升，然後逐漸減小，直到接近共晶溫度時，DTA接近基線。在共晶溫度處，由于試樣集中放出熱量，所以出現一個陡直的放熱峰，待共晶轉變完成後，DTA曲線重新回到基線。取寬峰将起始下和寬峰的峰值對應的溫度T2分别連成光滑曲線，得到液相線和共晶線。

3.電導與熱導的關系，導熱機制。

答：⑴對金屬來說熱導率和電導率的關系（維德曼-弗蘭茲定律）：

室溫下許多金屬的熱導率和電導率之比λ/σ幾乎相同，不随金屬不同而改變表明導電性好的材料，導熱性也好。

λ/σ=LT，L洛倫茲數。

洛倫茲數隻有在T＞0℃的較高溫度才近似為常數；T→0K時，洛倫茲數趨于0。

⑵傳熱不同的傳熱方式，主要傳導方式：

固體：自由電子、聲子、光子。

純金屬：電子。

合金：電子、聲子。

半導體、半金屬：電子、聲子。

絕緣體：聲子。

【無機非金屬：聲子（晶格振動）輻射傳熱相當于光在介質中傳播】

4.共析鋼熱膨脹曲線:

⑴熱容（A最小）轉變體積先膨脹，M＞Fe3C＞P＞A；

⑵在加熱時，溫度到共析點以上，首先是鐵素體轉變為奧氏體，接着是珠光體轉變為奧氏體；

⑶由于發生相變而造成體積收縮（陡直下降），當全為奧氏體時，溫度升高，原子間距離增大，鋼膨脹。

5.淬火剛的回火轉變：淬火後組織：M Ar

⑴80～160℃：發生體積收縮，此時析出ε相碳化物，體積收縮是由于碳化物析出，導緻M正反度下降；

⑵230～280℃：發生了體積膨脹，表面淬火組織中Ar開始分解；

⑶260～360℃：體積收縮，M繼續分解鐵素體和滲碳體混合物；

⑷加熱到535℃後，再緩慢冷卻至室溫，冷卻曲線200℃附近出現拐折，表面535℃回火鋼組織完全變為鐵素體和滲碳體。

第二章、材料的電學性能

一、基本概念

1.壓電效應：

⑴正壓電效應：在某些晶體的一定方向上施加壓力或拉力，則在晶體的一些對應的表面上分别出現正、負電荷，其電荷密度與施加外力的大小成正比。

⑵逆壓電效應：如果一塊晶體置于外電場中，由于電場作用，使晶體正負電荷中心發生相對位移而分離，這一極化又導緻了晶體放熱形變——電緻形變。

2.熱釋電效應：在某些絕緣體中，由于溫度變化而引起電極化狀态改變的現象。

3.鐵電體：固有電偶極矩的取向一緻，E作用下，固有電矩轉向。

4.光電導效應：半導體受光輻射時，電導率增加而變得易于導電。

5.PN結的光伏效應：當光照射在PN結上時，在PN結上會産生電動勢的現象。

5.光電效應：某些物質受到光照後，引起物質電性發生變化，這種光緻電變的現象。

6電介質：能在電場中極化的材料。

7.N、P型半導體：在半導體中加入某種雜質元素并控制其含量分布可以得到主要靠電子或者電子空穴來導電的半導體結構，前者稱為N型半導體，後者稱為P型半導體。

8.介電強度：指電介質在不發生電擊穿條件下允許施加的最大電壓

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。

二、基本理論

1.分析金屬電阻産生原因？（缺陷、雜質）

答：量子力學證明：當電子波在0K下通過一個理想的晶體點陣時，它将不受到散射無阻礙傳播。隻有在晶體點陣的完整性以及由于晶體點陣離子的熱振動，晶體中的異類原子、位錯和點缺陷等使晶體點陣的周期性遭到破壞的地方，電子波會受到散射，從而産生了阻礙作用，導電性降低，這是材料産生電阻的本質所在。

2.馬西森定律适用範圍。

答：⑴ρ=∑ρi=ρ（T） ρ殘。ρ（T）為與溫度有關的金屬的基本電阻率，即溶劑金屬（純金屬）的電阻率；ρ殘為決定于化學缺陷和物理缺陷，而與溫度無關的殘餘電阻率。

⑵意義：馬西森定則忽略了電子各種散射機制間的交互作用，給金屬的導電性做了簡明的描述，并很好地反映了低濃度固溶體的實驗事實。在高溫時金屬的電阻率基本上取決于ρ（T），而在低溫下取決于ρ殘。ρ殘是點在在雜質和缺陷上的散射引起的，ρ殘的大小就可以用來評定金屬的電學純度。

3.金屬導電、半導體導電的載流子。

4.半導體導電機制。（理解）

答：（能帶結構、本征激發、雜質引入）半導體晶體中，由于原子之間的距離很小，使得每一個原子中的價電子除受本身原子核内層電子的作用處，還受到其他原子的作用；在本身原子和相鄰原子的共同作用下，價電子不再屬于各個原子，而成為晶體中原子共有，正是這種價電子的共有化，使單個原子的價電子能級分裂成一系列相互之間能量差極微的能級，形成能帶。

導帶中自由電子→定向運動導帶中電子和價帶中空穴稱為載流子

價帶中空穴→導電雜質在禁帶中産生附加能級。

5.金屬導電機制。

答：⑴電阻率。組織結構敏感；

⑵金屬導電載流子——自由電子。

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⑶偶極子轉向極化：偶極分子在無外電場的就有一定偶極矩P，但因熱運動緣故，他在各方向概率相同，故無外場時，偶極電介質的宏觀電矩為零。但有外場時，由于偶極子要受到轉矩的作用，有沿外電場方向排列的趨勢，而呈現宏觀電矩，形成極化。非彈性、耗能、時間長。

⑷電子松弛極化：弱束縛電子、弱聯系。電子短距離遷移導緻極化。

⑸離子松弛極化：束縛力較弱的離子，在熱的影響下做無規則的跳躍遷移，無外電場時無宏觀電流；當外加電場後，由于正負離子沿逆電場躍遷率增大，形成正負離子分離産生介質極化。非彈性遷移、耗能、不可逆。

⑹空間電荷極化：一部分電介質中存在着可移動的離子，在電場作用下，正離子将向負電極側移動并積累，而負離子将向正電極側移動并積累，這種正負離子分離所形成的極化就是空間電荷極化。

⑺自發極化：特殊。無外場以及自發排列。

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9.鐵電體的特征。

答：具有居裡點，其自發極化能因外電場而重新取向，鐵電體隻有在極化之後才能表現出熱釋電效應，是具有電疇結構的晶體。

⑴自發極化；無E，固有電偶極矩取向一緻；有E，固有極矩沿外電場作用發生轉向；⑵電疇；

⑶特征溫度（居裡溫度）T＜Tc鐵電體；T＞Tc順電體；

⑷電滞回線；⑸介電特性。

10.涉及到相關參數、組織變化（隻有金屬電阻-組織敏感性參數、電阻分析、淬火鋼回火、金屬時效P77-78）

11.時效：含Cu4.5%的鋁合金：20℃下低溫時效，随時效時間變化電阻升高，溫度提高25℃，電阻↓。低溫時效電阻升高是由于時效的初期形成了極細小的彌散小區域（G-P區），使導電電子發生散射的緣故，G-P區是Cu原子在鋁晶體點陣中占優勢偏聚的結果；高溫時效電阻降低，由于固溶體中析出了

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相，降低了溶質的質量。

12.測量溶解度：在ρ-ω（B）%的曲線上，轉折點便是此溫度的溶解度。

測量方法：将試樣加熱到共晶溫度t0以下的某個溫度，待其成分均勻後在淬火，若要測量t1下的溶解度，可将試樣加熱到t1，保持足夠長的時間在淬火（目的是把高溫下的組織固定下來）然後測量ρ，做出ρ-ω（B）%的關系曲線，定出轉折。

13.電阻分析的應用。

答：⑴測量固溶體的溶解度；

⑵組織變化合金的時效低溫電阻↑高溫電阻↓

淬火鋼的回火

冷加工退火低于再結晶溫度，電阻↓高于再結晶溫度，電阻↑⑶相變：有序-無序轉變高溫無序，電阻高低溫有序ρ↓

室溫無序→有序ρ↓→無序↑

馬氏體相變高溫無序

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有序

14.三種熱電效應概念，應用關系。

答：⑴賽貝克效應（第一熱電效應）：當兩種不同的導體組成一個閉合回路時，若在兩接頭處存在溫度差，則回路中将有電勢及電流産生；

應用：熱電偶測溫（金屬）溫差發電（半導體）

【①接觸電位差：兩種金屬的自由電子密度不同，接觸面兩側存在自由電子的濃度差，密度高擴散到密度低處形成的電場。

②溫差電位差：熱端的高能電子向冷端擴散使電子在冷端堆積帶負電，而熱端帶正電，這樣就形成溫差電場。】

⑵珀爾帖效應（第二熱電效應）：當有電流通過兩個不同導體的回路時，除産生不可逆的焦耳熱外，還要在兩接頭處分别出現吸收或放出熱量的現象。

應用：主要用于溫差制冷小型恒溫器

⑶湯姆遜效應（第三熱電效應）：當電流通過具有一定溫度梯度的導體時，會有一橫向熱流流入或流出導體，其方向視電流的方向和溫度梯度的方向而定。

應用：X射線管、陽極射線管、電子顯微鏡

關系：一個由兩種導體組成回路，當兩接觸端溫度不同時，三種熱電效應會同時産生，賽貝克效應産生熱電勢和熱電流，而熱電流通過接觸點時要吸收或放出珀爾帖熱，通過導體要吸收湯姆遜熱。

15.熱電偶測溫原理：根據賽貝克效應，将兩種不同金屬導體連接成回路，一種金屬放入已知溫度中，一種金屬放入待測溫度中，通過測量回路中電動勢大小，計算出兩種導體的溫度差從而根據已知溫度，計算出待測溫度。

16.淬火剛的回火：⑴淬火後的回火溫度在110℃時，電阻開始急劇下降，原因是産生了馬氏體的分解；

⑵約在230℃時，電阻發生更為激烈的下降，原因是殘餘奧氏體分解的結果；

⑶在高于300℃，電阻則很少變化，說明固溶體分解基本結束。

15.影響金屬電阻率的因素。

答：⑴溫度。T↑，電子與聲子碰撞加劇，使電子波散射加劇，ρ↑；

⑵異類原子（雜質合金元素）。雜質及合金元素增多，ρ↑；

⑶晶體缺陷（點、線、面缺陷）。缺陷使散射增多，ρ↑；

⑷相變。同素異構轉變、凝固、熔化、有序-無序轉變、鐵磁-順磁轉變。

16.金屬的導電性影響因素。

答：溫度；成分、組成；相變、組織變化。

三、基本技能

第三章、材料的磁學性能

一、基本概念

1.自發磁化：鐵磁體内部存在很強的分子場，在分子場的作用下，原子磁矩趨于同向平行排列，即自發的磁化至飽和。

2.磁化強度：單位體積的總磁矩。M=∑Pm/V。

3.矯頑力：從飽和磁化狀态到磁場去除後得到剩磁Mr，再加反向磁場使M減小到零，此H0值稱為磁矯頑力。磁性材料已經磁化到飽和後，使磁化強度減小到零所需的磁場強度。

4.磁極化強度：單位體積的磁偶極矩的矢量和。J=∑Tm/VJ=μ0M

5.飽和磁化強度：磁性材料在外加磁場中被磁化時所能到達的最大磁化強度。

6.磁導率：外磁場增加時磁感應強度增加的速率。μ=B/H。

7.磁化率：（表征磁介質屬性的物理量）單位磁場感生出的磁化強度。Χ=M/H。

磁晶各向異性常數：K1K2關系磁化的難易各方向磁性不一樣（晶體結構、形狀各向異性）。

8.飽和磁緻伸縮系數：随外磁場強度增加，材料将伸長（或縮短），最後穩定在某一尺寸，此時的磁緻伸縮系數紀委飽和磁緻伸縮系數。

9.磁滞：從飽和磁化狀态a降低H時，μ将不再沿基本磁化曲線變化，而是落後于H變化的現象。

10.磁疇：未加磁場時，鐵磁體内部已經磁化到飽和狀态的區域。

11.磁緻伸縮：鐵磁體在磁場中被磁化時，形其狀和尺寸都會發生變化

二、基本理論

1.分析抗磁性、順磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性的磁化率與溫度的關系？

答：⑴抗磁體：①經典抗磁體：χ不随T變化；

②反常抗磁體：χ随T變化，且大小是前者的10～100倍。

⑵順磁體：①正常順磁體：其χ随T變化，且符合與T成反比關系；

②χ與T無關的順磁體，Li、No。

⑶反鐵磁體：χ是甚小的正常數，當T高于某個溫度時，其行為像順磁體；低于這個溫度時，它的磁化率同磁場的取向有關。

⑷鐵磁體：χ為很大的正常數。鐵磁體高于居裡溫度時變為順磁體。

P131圖3.1。

2.簡述影響金屬及其合金鐵磁性的因素有哪些？

答：⑴溫度的影響。溫度升高使原子熱運動加劇，原子磁矩的無序排列傾向增大，而導緻Ms下降；

⑵應力、形變、晶粒及雜質的影響。

①應力的影響：指彈性應力。當應力的方向與金屬的磁緻伸縮為同号時，則應力對磁化起促進作用；反号起阻礙作用。

②形變（加工硬化）的影響：加工硬化引起晶體點陣扭曲，晶粒破碎，内應力增加，他們都會對壁移造成阻力，使技術磁化困難，故會引起與組織結構有關磁性參數的改變。再結晶退火又能消除加工硬化引起的阻礙。

③晶粒細化的影響：晶粒細化與加工硬化的效果相似，這是因為晶界也是一種面缺陷，晶粒越細，晶界便越多，對磁化的阻力就越大。

④雜質的影響：雜質如C、N、Mn、P、S等，它們對鐵的組織敏感參數的影響與他們存在的形态有關。當它們固溶于鐵中便會造成點陣扭曲，而當他們呈夾雜物存在時使疇壁穿孔，這都會給壁移造成阻力，導緻μ下降，Hc上升。

改善鐵磁體μ的方法：⑴消除鐵磁材料中的雜質；

⑵把晶粒培育到足夠大，并呈等軸狀；

⑶造成再結晶織構；

⑷采用磁場中退火。

3.鐵磁體形成的條件？

答：⑴原子内部要有為填滿的電子層，原子本征磁矩不能為0；

⑵交換積分常數A＞0，要有一定的晶體點陣結構，一定的交換能。

4.抗磁性、順磁性産生機制。

答：⑴抗磁性：對于電子殼層已填滿的原子，無外側時，總磁矩為0；而在外場作用下由于電子的軌道運動，産生附加磁矩△P，方向與外磁場方向相反，産生抗磁性。

⑵順磁性：原子固有磁矩不為0，無外場時，由于熱運動，其原子磁矩取向是無序的，故總磁矩為0，外場作用下，原子磁矩沿外場取向。

5.技術磁化的機制，實質，幾個過程。

答：（定義：有外場作用下，鐵磁體從完全退磁狀态磁化到飽和的内部變化過程）

⑴①疇壁的遷移磁化（壁移磁化）；

②疇壁的旋轉磁化（疇轉磁化）。

⑵過程：①可逆遷移區；②不可逆遷移區；③旋轉區。

⑶實質：外磁場對磁疇的作用過程，也即外磁場把各個磁疇的磁矩方向轉到外磁場方向的過程（磁矩沿外磁場轉動。）

6.鐵磁體的基本特征：

答：⑴自發磁化（最本質）原子磁矩自發有序排列；

⑵χ很大；

⑶磁滞回線：M（B）-H單值磁滞回線；

⑷Tc居裡溫度；

⑸各向異性；

⑹磁疇。

7..磁疇的大小和結構由哪些條件決定？

答：磁疇結構受交換能、磁晶能、磁彈性能、疇壁能和退磁能的影響，平衡狀态的磁疇結構，應使這些能量之和為最小值。

8..磁化過程疇壁不可逆遷移機制：

答：疇壁發生巴克豪森跳躍，産生了強烈的磁化效應，即使出去外磁場也不能使疇壁回到原來位置，而是移到ЭE/ЭX=0處，故磁疇在外磁場方向保留了一定的剩餘磁化性質。

9..凡是與自發磁化有關的參數都是組織不敏感量。飽和磁化強度Ms、飽和磁緻伸縮系數λs、磁晶各向異性常數k、居裡點Tc。

10..凡與技術磁化有關的參數都是組織敏感量。矯頑力Hc、磁化率χ、磁導率μ、剩餘磁感應強度Br。

三、基本技能

1.分析應用。

⑴淬火剛回火：M與Ar分解引起飽和磁化強度Ms變化，由于多相系統Ms服從相加原則。Ms随回火溫度的變化作為相分析的依據，從而确定不同相發生分解的溫度區間，判斷生成相性質。

⑵過冷A等溫轉變：飽和磁化強度MS與過冷A的轉變産物的數量成正比，可選用Ms作測量參考，從曲線的拐點判斷A等溫轉變曲線開始及終了時間。

⑶測殘A。

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第四章、材料的光學性質

一、基本概念

1.折射率：光在真空中和材料中的速率之比稱為材料的折射率。

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c：光在真空中的速度；v：光在介質中的速度；n：介質折率。（光從真空射入介質發生折射時，入射角γ的正弦值與折射角β的正弦值的比值叫做介質的絕對折射率）

2.色散：材料的折射率随入射光的波長而變化的現象。

3.自發輻射：原子處于高能級，自發獨立地向低能級躍遷，并發射一個光子的過程。

4.受激輻射：一個能量滿足

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的光子趨于高能級E2的原子時，入射的光子誘導高能級原子發射一個和自己性質完全相同的光子的過程。

二、基本理論

1.光通過介質會發生哪些現象？

答：折射、反射、透射、吸收、色散、散射、發光。

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3.折射率本質：反映了材料的電磁結構在光波電磁場作用下的極化性質或介電性質，正是因為介質的極化拖住了電磁波的步伐，使傳播速度＜真空c。

4.光與材料發生的相互作用實際是光子與固體材料中的原子、離子、電子等的相互作用。兩種形式：

⑴電子極化：電磁輻射的電場分量與傳播過程中的每一個原子發生作用，引起電子極化，即造成了電子雲和原子核電荷重心發生相對位移，導緻一部分能量被吸收，同時光的速度減小，導緻折射率産生。

⑵電子能态轉變：電子發生的能量變化

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。

①原子中電子能級是分立的，能級間存在特定的△E，因此，隻有能量為△E的光子才能被該原子通過電子能态轉變而吸收；

②受激原子不可能無限長時間地保持在激發狀态，經過一個短期時間，它又會衰變回基态，同時發射電磁波，衰變途徑不同，發射電磁波頻率不同。

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3.激光産生的條件。

答：⑴受激吸收（受激輻射）：為此要實現粒子束反轉即

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，用光泵對激活介質（提供亞穩态能級）進行能量激勵，使低能級粒子躍遷至高能級的亞穩态能級；

⑵自發輻射機率(受激輻射的機率):

①受激輻射激勵光子來源自發輻射；

②光子諧振腔：激光光子→受激輻射→光放大；

③增益＞損耗。

⑶為産生激光，必須選擇增益系數超過一定閥值的激活物質，在激光諧振腔的配合下，利用激光振蕩，使軸方向傳播的光波不斷增強，并成為色彩極單純，方向性極好能量密度極高的激光束。

4.光纖工作原理。

答：利用光的全反射原理，光纖由纖芯包層和塗敷層組成。包層的折射率比纖芯略低，兩層間形成良好的光學界面。光線從一端以适當的角度入射纖維内部時，光纖内傳播的光線發生全反射，無折射能量損失，這樣光在内外兩層之間産生反射而傳到另一端。

5.極化有關、極化行為。

三、基本技能

第五章、材料的彈性及内耗分析

一、基本概念

1.内耗：一個固體材料棒即便是在真空中做彈性振動，它的振幅也會逐漸衰減，最後停止，說明振動能逐漸被消耗了。對于固體材料，這種内在的能量消耗稱為内耗。

2.滞彈性：在彈性範圍内，在交變載荷下表現為應變對應力的滞後。

3.彈性蠕變：物體受力後産生一部分應變，另一部分應變在一定時間内逐漸産生的現象。

4.彈性後效：去除外力後應變也并不立即消失，而是先消失一部分，另一部分也逐漸消失的現象。

二、基本理論

1.彈性模量的物理本質/彈性本質。

答：代表了産生單位應變所需施加的應力，是材料彈性形變難易的衡量；也表征着材料恢複形變前形狀和尺寸的能力。從微觀上講。彈性模量代表了材料原子、離子或分子間的結合力。

2.表征材料原子間結合力的強弱的常用物理量參數有哪些？參數間的關系。

答：如：熔點、沸點、德拜溫度的應力傳播速度。

彈性模量與德拜溫度：

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彈性模量與熔點：

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彈性模量與原子結構：

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，

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為原子間距。

3.簡要說明産生彈性的鐵磁反常現象的物理本質及應用。

答：⑴未磁化的鐵磁材料，在居裡溫度以下的彈性模量比飽和磁化狀态的彈性模量低（△E效應）；

⑵未磁化的材料由于自身存在自發磁化，它的各個磁疇的取向排列是封閉的，當這種材料在外力作用下發生彈性變形時，還将引起磁疇的磁矩轉動，産生相應的磁緻伸縮（力緻伸縮）；

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4.BCC間隙原子産生内耗的機制，間隙固溶濃度與内耗關系。

答：⑴間隙原子在點陣中引起的是不對稱畸變，在應力作用下，溶質原子擇優分布，即有序化，使相應方向伸長大于其他方向，該方向間隙位置能量比其他方向低，間隙原子沿該方向分布，産生應力感生有序化。

⑵溶質原子的有序是通過微擴散過程實現的，并由此而産生滞彈性行為，引起内耗，在一定溫度下，由間隙原子在BCC點陣中應力感生微擴散産生的内耗峰與溶質原子濃度成正比，濃度越大，内耗峰越高。

由于内耗峰的高度隻是固溶體中間隙原子的量度，且随固溶體脫溶而下降，故用來研究過飽和固溶體第二相的沉澱。

5.鋼的飽和磁化強度Ms與過冷奧氏體的轉變量成正比，因此，研究過冷奧氏體分解過程中各相的相對數量可用Ms做為測量參數。

測量時，先将試樣放在磁極之間的加熱爐中加熱到奧氏體溫度，然後加上強磁場，奧氏體順磁性，不發生偏轉，再迅速将加熱爐換成等溫爐試試樣等溫淬火。這時分解A→P、M、B為強鐵磁相，随等溫時間延長，Ms↑，試樣偏轉角越大，将偏轉角換算成轉變量，可繪A等溫曲線。

不同溫度下的轉變開始時間和終了時間。

第六章、核物理檢測方法及其應用

1.核磁共振：當交變磁場的頻率v滿足hv=

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時，其能量恰好是能級躍遷差，于是原子核便會強烈的吸收交變磁場的能量，而産生躍遷。

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