材料电阻率的测量

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1、实验材料电导率的测量一、目的要求1．了解材料的电阻率、电导率的测量方法1.掌握材料电导率与电阻率的关系2．加深理解影响材料导电性能的因素二、基本原理欧姆定律LR=ρS式中R为导体的电阻，L、S分别为导体的长度和横截面积；ρ为导体的电阻率，电阻率与材料本质有关。2电阻率的单位：Ω⋅m，Ω⋅cm，μΩ⋅cm，工程技术上常用Ω⋅mm/m。它们之间的换算关系为-9-6-221μΩ⋅cm=10Ω⋅m=10Ω⋅cm=10Ω⋅mm/m1电阻率与电导率关系为σ=ρσ的单位为西门子每米S/m。电性能的测量主要是测量材料的电导率σ及电阻率ρ。影响材料

2、电阻率的因素1）材料电阻率与温度的关系电阻率与温度的关系为ρt=ρo（1+αT）上式一般在高于室温下对大多数材料适用。2）合金化与电阻率的关系当溶入第二相溶质时，溶质破坏了溶剂原有的晶体点阵，使晶格畸变，从而破坏了晶格势场的周期性，增加了电子散射几率，使电阻率增高。根据马西森定律ρ=ρ0+ρ′ρ0---固溶体溶剂组元的电阻率ρ′---剩余电阻，ρ′=CΔρC—杂质原子含量，Δρ--1%原子杂质引起的附加电阻。Δρ与溶质浓度和温度有关，随溶质浓度的增加，Δρ偏离严重。2诺伯利定则Δρ=a+b(ΔZ)a、b是随元素而异的常数，ΔZ--

3、溶剂和溶质间的价数差。3）电阻率与压力的关系压力使原子间距缩小，能带结构发生变化，内部缺陷、电子结构都将改变，从而影响金属的导1电性。电阻率与压力的关系：ρp=ρo(1+ϕp)-5-6ρo---真空条件下的电阻率；ϕ--压力系数为负值，数量级在10∼10。4）冷加工对电阻率的影响冷加工变形使金属的晶格发生畸变，增加了电子散射几率，使材料的电阻率增加；同时冷加工变还会引起金属原子间的键合的改变，导致原子间距的改变。。根据马西森定律，冷加工金属的电阻率可写成‘ρ=ρ+ρM‘‘ρM—表示与温度有关的退火金属的电阻率，ρ—是剩余电阻；实验

4、表明ρ与温度无关。5）缺陷对电阻率的影响大量空位、间隙原子、位错等晶体缺陷，引起点阵周期势场的破坏，使电阻率增加。根据马西森定律，缺陷引起电阻率的增值Δρ等于Δ=Δρρρ+Δ空位位错Δρ为空位对电子散射引起的电阻率增量；Δρ为位错对电子散射引起的电阻率增量。空位位错6）电阻率的尺寸效应和各向异性当导电电子的自由程同试样尺寸是同一量级时,材料的导电性与试样几何尺寸有关。对于金属薄膜和细丝材料的电阻尤其重要。因为电子在薄膜表面会产生散射，构成了新的附加电阻。ρ=+ρρ0d薄膜试样的电阻率ρd=ρ∞(1+L/d)ρ∞--为大尺寸试样的电

5、阻率。L-试验表面的电子自由程，d-薄膜厚度。电阻率的各向异性通常在对称性较高的立方晶系中表现不明显，但在对称性较差的六方、四方、斜方晶系中，导电性表现为各向异性。电阻率在垂直或平行于晶轴方向数量有所差异。三、仪器与测量实验一、电导率σ的测量一、实验目的通过测试金属材料的电导率σ，了解金属材料的导电特性；认识不同种类的金属材料以及它们的合金的电导率。通过测量合金的电导率考察合金元素对材料电导率σ的影响。了解涡流电导仪的使用方法，掌握相对电导率（IACS%）的计算。二、涡流电导仪简介金属材料的电导率σ的测量采用涡流电导仪进行测量。工

6、程应用中常用相对电导率。（IACS%），它表示导体材料的导电性能。国际上把标准软铜在室温20C下的电阻率ρ=0.0172422Ω⋅mm/m的电阻率作为100%，其它材料的电导率与之相比的百分数为该材料的相对电导率。涡流导电仪用于测量有色金属材料的电导率。其中，7501适用于金、银、铜、铝、镁、锌黄铜等金属及其舍金7502适用于青铜、钛合金、不锈钢等。涡流导电仪也用于与材料电导率直接有关性质的间接测了量。例如：7501可用于铜、铝等铸件的检验，铜铸件中某元素含量（如磷合量、氧合量）的分析，铝合金铸锭中的铜偏析，不同牌号合金的混料分选

7、，某些合金的硬度、抗拉强验。三、仪器与样品图1测试装置图，方框图图2测试装置电路原理图振荡器是由3DG6晶体三级管及石英晶体谐振器组成电感反馈三点式振荡器。由于采用了石英晶-9体这种具有高Q值的谐振元件，故具有较高的频率稳定度（可达10）。为减少负载对谐振回路的影响，仪器设有缓冲级（功率放大器），它由二只（3DG6）三级管组成乙类推挽放大，以保证有足够的振幅和稳定的频率，并减小波形的失真。交流电桥是本仪器的核心部分，电路结构如图所示：3图3测试电导率电路结构图L1为探测线圈，L2为补偿线圈，C2为可调电容，根据电桥原则；当L2＝L

8、2，C1＝C2时，桥路达到平衡，输出电压为零。若探测线卷L1放在金属块上，线圈电磁场就在金属表面感生涡流，涡流大小与被测金属电性有关。涡流磁场（或称感生磁场〉将减弱探测线圈的磁场，被测金属导电性不同,减弱程度也不一样，探测线圈磁场的变化势必破坏电桥