材料的电学性能2分析.ppt

纯金属有局限性， 合金化是改变和提高金属材料的性能最主要的途径。由两种或两种以上的金属经熔混而成的、具有金属特性的物质称为合金(alloy)。 合金相的晶体结构：主要有固溶体和中间相（又称金属间化合物）两大类。 溶质原子进入溶剂晶体结构，占据主晶相结点位置一部分或间隙位置一部分，仍然保持晶相类型，这种晶体称为固溶体。置换式、间隙式固溶体。 2.2.3 固溶体的电阻率 1） 固溶体电阻率 －－当形成固溶体时，合金导电性下降；即使是在导电性好的金属溶剂中溶入导电性很高的溶质金属时，也是如此。 ① 溶质进入溶剂晶格后，溶质晶格畸变，影响周期势场，改变了固体能带，增加了电子散射几率，电阻率增高。 ②固溶体组元之间的相互作用，使能带及电子云分布发生变化也是导致电阻率改变的因素之一。 2）低浓度固溶体的电阻率 马西森定律： 溶剂组元电阻率（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；C为杂质原子含量； 为1%原子杂质引起的附加电阻。 对于同一溶剂的低浓度固溶体，掺入不同溶质原子会导致金属电阻率升高，且与温度无关。 低浓度固溶体的电阻温度系数低于纯金属，但固溶体电阻率随温度变化的斜率与纯金属相同，与溶质浓度无关。 实验证明，除过渡族金属外，在同一溶剂中溶入1%原子溶质金属所引起的电阻率增加，由溶剂和溶质金属的价数而定，它的价数差越大，增加的增加的电阻率越大： △ ?＝a+b(△Z)2,a、b是常数△Z表示低浓度合金溶剂和溶质间的价数差。 此式称为(Norbury－Lide)法则。 3）高浓度固溶体的电阻率 连续固溶体中，电阻随合金成分连续变化无突变； 当组元A中溶入组元B时，电阻率逐渐增大； 合金成分距组元成分越远，电阻率越高，最大电阻率通常出现在x=50%处，且可能比组元高很多； 图2.2 Ag-Au合金电阻率与成分的关系 例外，贵金属(Cu，Ag，Au)与过渡族金属组成固溶体时偏离50%，且电阻非常高。 因为价电子转移到过渡族金属内较深而末填满的d-或f-壳层中，造成价电子/导电电子数目减少的缘故。 合金的电阻率随成分变化： 某一元素组分，NA，NB元素A,B的原子浓度。 一定温度下， 图2.3 Cu、Ag、Au和Pd合金电组率与成分的关系 4）有序固溶体的电阻率 （1）固溶体有序化后，合金组元的化学作用加强，因此电子结合要比在统计上无序的固溶体中强，使传导电子数目减少，剩余电阻率增加。 （2）晶体的离子电场在有序化时变得更对称，迁移电子路径变短，这就使残余电阻减小。 (2)(1) ，电阻总是降低。 图2.5 Cu3Au合金有序化对电组率影响 /℃ 100 300 200 无序淬火态 有序回火态 X射线结构分析指出，对于退火的Cu3Au和CuAu合金，除了代表具有面心立方点阵无序固溶体的X射线谱外，还出现另外一些线谱，称为超结构线谱。 因为，成分为Cu3Au和CuAu的合金在退火时晶体点阵中的原子进行了有序排列，例如CuAu的合金呈有序状态时，形成的点阵具有层状结构。 化合物电阻率比纯组元高很多：原因是原子键合方式发生改变，绝大多数由金属键转变成共价键，使电阻率增加； 中间相的导电性介于固溶体和化合物之间；电子化合物的电阻率比较高，随温度升高电阻率增加。间隙相的导电性和金属相似，部分间隙相还是良导体； 多相合金的电阻率是组成相电阻率的组合，受晶粒度大小、夹杂物大小和分布的影响。 等轴晶粒的两相混合物，且电阻率比较接近，合金的电导率为： 2.2.4 化合物、中间相、多相合金的电阻率 1. 材料电性能测量 电阻的测量方法很多，一般都是根据测量的需要利用具体的测试条件来选择不同的测试方法。 按测量的范围或测量的准确度要求来分类： 对107?以上较大的电阻(俗称高阻)，如材料的绝缘电阻的测量，粗测时，可选用兆欧表(俗称摇表)；要求精测时，可选用冲击检流计测量。 102～ 106 ?的中值电阻测量时，可选用万用表?挡、数字式欧姆表或伏安法测量，精测时可选用单电桥法测量； 10-6 ～ 102 ?的电阻的测量，如金属及其合金电阻的测量，必须采用较精确的测量，可选用双电桥法或直流电位差计法测量； 对半导体材料电阻的测量用直流四探针法。 2.2.5 金属导电性能的测量以及应用 （1）单电桥法 因为金属及合金的电阻率一般都很小，即使再纫再长的试样电阻也不会超过