文档介绍：第二章
非组织敏感:弹性模量,热膨胀系数,居里点(成分)
组织敏感性:内耗,电阻率,磁导率(成分及组织)
相对电导率:IACS%
定义:把国际标准纯软铜(在室温20度,)的电导率作为100%,其它导体材料的电导率与之相比的百分数即为该导体材料的相对电导率。
载流子:电荷的载体(电子,空穴,正离子,负离子)
物体的导电现象的微观本质是:载流子在电场作用下的定向迁移
迁移数tx,也称输运数(transference number) 定义为:
式中: σT为各种载流子输运电荷形成的总电导率
s σx表示某种载流子输运电荷的电导率
tx的意义:是某一种载流子输运电荷占全部电导率的分数表示。
载流子与导电性能的关系:
因素:单位体积中可移动的带电粒子数量N
每个载流子的电荷量 q
载流子的迁移率μ
迁移率:受到外加电场作用时,材料中的载流子移动的难易程度
令μ=v/E,并定义其为载流子的迁移率。其物理意义为载流子在单位电场中的迁移速度。
σ=Nqμ
迁移率的影响因素:1. 温度越高,平均碰撞间隔时间t越小,迁移率越小
电子的平均自由程
m为电子的质量
n为电子的密度
n为电子的平均速度
2. 晶体缺陷越多,………………
金属导电机制:载流子为自由电子。
经典理论:所有自由电子都对导电做出贡献。所以有
量子理论,两点基本改进:
nef 表示单位体积内实际参加热传导的电子数,即费米面能级附近参加电传导的电子数
m*为电子的有效质量,考虑晶体点阵对电场作用的结果
实际导电的载流子为费米面附近的自由电子!
产生电阻的根本原因:当电子波通过一个理想晶体点阵时(0K),它将不受散射;只有在晶体点阵完整性遭到破坏的地方,电子波才会受到散射(不相干散射)。
理想晶体中晶体点阵的周期性受到破坏时,才产生阻碍电子运动的条件。
(1)晶格热振动(温度引起的离子运动振幅的变化)
(2)杂质的引入,位错及点缺陷
在电子电导的材料中,电子与点阵的非弹性碰撞引起电子波的散射是电子运动受阻的本质原因。
马西森定律:
与杂质浓度有关,有温度无关与温度有关
电阻率与温度的关系
1)一般来说,温度越高,电阻率越大。在温度高于室温情况下
为电阻温度系数:
2)金属电阻率在不同范围内与温度变化的关系不同
金属熔化时,-2倍,金属原子规则排列遭到破坏,增加了对电子散射。
K,Na正常
Sb反常,共价键变为金属键
铁磁性金属有时发生反常。
Tc: 居里点
铁磁性金属内d及s壳层电子云相互作用的特点决定的
电阻率与压力的关系
在流体静压下,大多数金属电阻率是下降的:
原因:金属原子间距变小,内部缺陷形态,电子结构,费密能和能带结构都将发生变化,大部分金属电阻率是下降的。
冷加工和缺陷对电阻率的影响
冷变形-----晶格畸变---增加电子散射几率-----导致电阻率增加
马西森定律:
r表示与温度有关的退火金属的电阻率,剩余电阻率,与温度无关
冷加工金属退火,可以回复到冷加工前金属的电阻值
空位的产生:(1)形变;(2)高能粒子辐射中产生;(3)淬火也可以产生。
位错:位错引起的电阻率的变化与位错密度之间呈线性关系
固溶体的电阻率
机理:
加入溶质原子----溶剂的晶格发生扭曲畸变----破坏了晶格势场的周期性-----增加了电子散射几率……合金导电性降低
固溶体组元的化学相互作用:一般电阻率最大在50%处,铁磁性及强顺磁性金属组成的固溶体有异常。
有序合金的电阻率:
组元的化学作用加强---导电电子数下降---电阻率增加
晶体离子势场更对称---电子散射的几率下降---电阻率下降
综合作用:电阻率比无序状态下降(一般)
不均匀固溶体(K状态)的电阻率:
K状态:在合金元素中含有过渡金属的,如 Ni-Cr, Ni-Cu-Zn, Fe-Cr-Al等为单相合金,但回火时,电阻有反常升高,加工时电阻率下降。
组元原子在晶体内不均匀分布-----内部原子的聚集---增加电子的散射几率----电阻升高
冷加工在很大程度上消除了这种不均匀状态
小结:
缺陷,杂质,第二组元可以考虑为“缺陷”, 一般而言,均匀分布的缺陷比其呈原子团方式分布时,迁移率降低更多,电阻率上升更多。
问题:
许多工程应用中,要求金属导线具有高强度和高导电率的综合性能,假设足够高的强度可以通过冷加工获得,也可以由固溶强化获得,从电导角度看,采用哪种方式?为什么?
因为缺陷毕竟占少数。
本征导电:晶体点阵的基本离子由于热振动离开晶格,形成热缺陷,而成为导电的载流子
杂质导电:参加导电的载流