材料物理性能--电学性能

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1、第二章材料的电学性能导电性晶体的能带金属和合金的导电性导电性的测量和应用半导体的电学性能绝缘体的电学性能超导电性热电性压电性磁电性导电性电阻与材料性能和尺寸的关系电阻率电导率电阻温度系数导体（纯金属10-8~10-7Ω·m，合金10-7~10-5Ω·m）半导体（10-3~109Ω·m）绝缘体（>109Ω·m）元素周期表ⅠA族，碱金属，外壳层价电子数为1，其价电子在外加电场作用下由价带跃迁到导带，形成电流。因此只有那些电子未填满能带的材料才有导电性。ⅠA族，外壳层价电子数为1贵金属，d壳层填满、与原子核有强交互作用，使s壳层电子与核

2、作用大大减弱，其价电子在外加电场作用下进入导带，导电性极好。d壳层填满，与原子和有强交互作用，使s壳层电子与核作用大大减弱，其价电子在外加电场作用下进入导带，导电性极好。ⅡA族，外壳层价电子数为2。Mg的3p能带与3s能带重叠，3s上的电子可跃迁到3p能带上，也有较好的导电性。ⅡA族，外壳层价电子数为2ⅢA族，外壳层价电子数为3d壳层电子逐渐填满－过渡金属。Fe原子形成晶体时4s能带与3d能带重叠。由于价电子核内层电子有强的交互作用，铁的导电性稍差。d壳层电子逐渐填满－过渡金属金属的导电理论经典电子理论金属晶体为正离子＋电子气外加

3、电场时，自由电子定向迁移，形成电流。自由电子与正离子机械碰撞产生电阻Eev电子在自由程终点获得的定向迁移速度平均速度电流密度电阻率表达式散射系数a－加速度t－两次碰撞时间间隔E－电场强度m－电子质量n－单位体积自由电子数在量子理论中为n*，代表单位体积内实际参加导电的电子数e－电子电荷v－电子速度L－电子平均自由程影响导电性的因素温度升高，离子热振动加剧，原子无序度加大，使电子散射几率加大，电阻率加大冷加工使晶格畸变，使电子散射几率加大，原子间距有所改变，电阻率加大压力通常使电阻率降低热处理－通过晶格畸变、点缺陷、晶粒尺寸的变化影

4、响电阻率θD合金的导电性连续固溶体，最大电阻率通常在50％原子浓度处。主要是异类原子引起溶剂晶格畸变。溶质为过渡元素时，电阻率增大更为显著。因为溶剂的部分价电子会进入过渡元素未填满的d或f电子层，减少了有效电子数。用做电热合金和电阻合金。马基申定律低浓度下固溶体电阻溶剂电阻（晶格热振动，电子散射），与温度有关，绝对零度时为零。残余电阻（合金原子，空位、间隙原子及位错等），与温度无关。低浓度下溶质原子引起的残余电阻与温度无关，固溶体的电阻温度系数低于纯金属，而固溶体电阻率随温度变化的斜率与纯金属相同。高浓度下，和均随温度变化。含有过

5、渡金属元素时（如加入Mn），可能出现锰铜精密电阻合金，具有低的电阻温度系数。有序固溶体的导电性固溶体有序化使点阵规律性加强，减小电子散射，使导电性加强。冷加工破坏固溶体的有序度，增加电阻率。电阻测量法是研究有序固溶体的有效方法。不均匀固溶体（K状态）的电阻固溶体中存在溶剂原子的偏聚区－成分波动或原子排列短程有序，故能强烈地散射电子，使电阻率增加。回火能促使偏聚区的形成。加热到高温或进行强烈的冷加工，使偏聚区消失，可降低电阻率。铝铜合金。加热到单相区固溶；淬火形成过饱和单相固溶体；加温时效，析出GP区、θ’’，θ’等。可用电阻分析法

6、研究铝合金的时效过程。铝合金在180℃时效5秒钟，铜原子的偏聚金属化合物的导电性金属化合物（如FeAl3,NiAl3）的导电性通常比其组元的导电性低得多，主要是金属键部分地为共价键或离子键所代替。电子化合物（如Cu3Zn8）主要是金属键结合，导电性介于固溶体和金属化合物之间。间隙相(如TiC)具有金属键和的特性，导电性较好。多相合金的导电性当合金为退火态、无织构，且组成相的电导率相近时（电导率之比约0.75~1.75），双相合金的导电性符合各项合金相加规律。p、q为体积百分数。c1、c2为质量百分数。两相片状组织导电方向导电方向导

7、电性的测量电桥法（单电桥，双电桥－克服附加电阻）直流电位差计测量法（消除连线电阻和接触电阻）半导体电阻的测量（四探针法）绝缘体电阻的测量（电容和冲击检流计测量法）1、工作电流标准化（K到N）2、求待测电动势（K到X）3、求待测电阻RxRx=R标Ux/U标特点：消除连线电阻和接触电阻电阻分析的应用合金的时效合金的有序－无序转变固溶体的溶解度淬火钢的回火Al-Cu合金时效步骤：1、加热到α单相区固溶2、淬水，得到过饱和α固溶体3、在室温或加热时效：a.析出GP区（与基体共格）b.析出θ’’（与基体共格）c.析出θ’（与基体半共格）d.

8、析出CuAl2（与基体非共格），并聚集长大。基体Cu含量减少，电阻下降。铝合金在180℃时效5秒钟，铜原子的偏聚25℃时效产生的GP区在215℃保温时又溶回到基体中，形成均匀固溶体，电阻下降。合金的有序－无序转变（有序结构电阻率低）测量方法：1、将