材料物理性能-复习资料

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1、第二章材料的热学性能热容：热容是分子或原子热运动的能量随温度而变化的物理量，其定义是物体温度升高1K所需要增加的能量。不同温度下，物体的热容不一定相同，所以在温度T时物体的热容为：物理意义：吸收的热量用来使点阵振动能量升高，改变点阵运动状态，或者还有可能产生对外做功；或加剧电子运动。晶态固体热容的经验定律：一是元素的热容定律—杜隆-珀替定律：恒压下元素的原子热容为25J/（K•mol）；二是化合物的热容定律—奈曼-柯普定律：化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和。不同材料的热容：1.金属材料的热

2、容：由点阵振动和自由电子运动两部分组成，即式中和分别代表点阵振动和自由电子运动的热容；α和γ分别为点阵振动和自由电子运动的热容系数。合金的摩尔热容等于组成的各元素原子热容与其质量百分比的乘积之和，符合奈曼-柯普定律：式中，ni和ci分别为合金相中元素i的原子数、摩尔热容。2.无机材料的热容：（1）对于绝大多数氧化物、碳化物，热容都是从低温时的一个低的数值增加到1273K左右的近似于25J/(K·mol)的数值。温度进一步增加，热容基本无变化。（也即它们符合热容定律）（2）对材料的结构不敏感，但单位体积的热

3、容却与气孔率有关。气孔率越高，热容越小。相变可分为一级相变和二级相变。一级相变：体积发生突变，有相变潜热，例如，铁的a-r转变、珠光体相变、马氏体转变等；二级相变：无体积发生突变、无相变潜热，它在一定温度范围逐步完成。例如，铁磁顺磁转变、有序-无序转变等，它们的焓无突变，仅在靠近转变点的狭窄温度区间内有明显增大，导致热容的急剧增大，达转变点时，焓达最大值。3.高分子材料热容：高聚物多为部分结晶或无定形结构，热容不一定符合理论式。一般，高聚物的比热容比金属和无机材料大，高分子材料的比热容由化学结构决定，它存

4、在链段、链节、侧基等，当温度升高时，链段振动加剧，而高聚物是长链，使之改变运动状态较困难，因而，需提供更多的能量。传导机制12/12（1）金属中热传导是以自由电子导热为主，合金热传导以自由电子导热和声子导热为主；金属材料的热导率很大。（2）对于晶体的无机非金属，热传导主要是靠点阵振动，即声子导热为主，约为金属热传导的三十分之一。（3）高聚物的热传导以链段运动传热为主，而高分子链段运动比较困难，所以，其导热能力较差。晶体中存在的各种缺陷和杂质会导致声子的散射，降低声子的平均自由程，使热导率变小。固溶体的形成

5、同样也降低热导率，而且溶质元素的质量和大小与溶剂元素相差愈大，取代后结合力改变愈大，则对热导率的影响愈大。热阻：材料对热传导的阻碍能力。理想晶体中的热阻也即声子与声子的碰撞。热膨胀本质：原子间相互作用，位能曲伸不对称。温度升高，振动加剧，振动中心发生变化（右移），原子间距增大，材料产生热膨胀。线膨胀系数与熔点的关系有一个经验表达式：因此，固态晶体的熔点愈高，晶体原子间结合力增大，其膨胀系数就愈低。高分子材料的热稳定性提高高分子的耐热性：（1）增加高分子链的刚性（分子链带上庞大的侧基，增加主链共轭双键，减少

6、单链），（2）提高聚物结晶能力（提高链的规整度和对成性），（3）进行交联，增加分子链间化学键，阻碍分子链运动。无机材料的热稳定性提高抗热冲击断裂性能的措施（主要针对陶瓷，玻璃等）：①提高材料强度σ，减小弹性模量E，使σ/E提高。②提高材料的热导率λ，使R'提高。③减小材料的热膨胀系数α。也即产生的热应力小。④减小表面热传递系数h。⑤减小产品的有效厚度rm。热差分析：是在程序控制温度下，将被测材料与参比物在相同条件下加热或冷却，测量试样与参比物之间温差(ΔT)随温度(T)时间(t)的变化关系。参比物要求：应

7、为热惰性物质，即在整个测试的温度范围内它本身不发生分解、相变、破坏，也不与被测物质产生化学反应同时参比物的比热容，热传导系数等应尽量与试样接近。第三章材料的光学性能一、光在介质中的传播速度比真空慢的原因当光的电磁场作用到介质上时，介质的原子受到外加电场的作用而极化，正电荷沿着电场方向移动，负电荷沿着反电场方向移动，这样正负电荷的中心发生相对位移。外电场越强，原子正负电荷中心距离越大。由于这种光波电磁场和介质原子的电子体系的相互作用而产生的极化，“拖住”了电磁波的步伐，使光波的传播速度减少。二、光的反射：指

8、光在传播到不同物质时，在分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象。影响因素：在垂直入射的情况下，光在界面上反射的多少取决于两种介质的相对折射率n21，如果n1和n2相差很大，那么界面反射损失就严重。如果n1等于n2，几乎没有反射损失。12/12由许多块玻璃组成透镜系统。反射损失更可观。为了减小这种界面损失，常常采用折射率和玻璃相近的胶将它们粘起来，这样，除了最外和最内的表面是玻璃和空气的相对折射率外，内部各界面都是玻璃和胶的