第二章 材料的电学性能.pptVIP

偏离马提申规律合金的典型代表是Cu-Mn合金。添加的合金元素不仅影响合金的残余电阻ρ0 ，同时也使合金的电阻率ρT随温度的变化率发生改变。 Cu加入Mn不仅可以大幅提高电阻率，还使得合金 电阻率随温度变化趋于平缓为了量化温度的影响， 定义电阻率温度系数TCR（temperature coefficient of resistivity） 2.2 金属材料的导电性 金属材料导电性的实验规律 TCR数值很小的合金—精密电阻合金。 获途径： ?提高合金大电阻率ρ ?降低合金的电阻率随温度变化率 * 工程上用平均电阻率温度系数α来反应温度T对ρ的影响 其中ρ(T0)为某个参考温度下T0的电阻率 2.2 金属材料的导电性 金属材料导电性的实验规律 * 温度对金属材料的导电性的影响 2.2 金属材料的导电性 格律乃森定律从理论上定量的分析温度对金属材料导电性的影响 M为原子质量，ΘD为的白温度，x=hν/kT为无量纲参数 分析：极低温度下，金属电阻率正比于绝对温度T的五次方， 较高温度下，纯金属及合金的电阻率随温度T线性升高 * 2.2 金属材料的导电性 合金元素与金属缺陷对金属导电性的影响 合金元素或杂质对导电性的影响 向纯金属中加入另一金属形成固溶体，固溶体的电阻率比纯金属溶 剂明显升高。原因是这些固溶原子破坏了纯金属自身库伦势场的周 期性，形成对导电电子的散射中心，在均匀固溶下，合金的电阻率ρ 随化学组成的变化规律为： 式中ρ，ρ分别为A，B两种纯金属的电阻率，xA，xB分别为固溶体中A，B两种 纯金属的摩尔分数，γ为交互作用强度系数 交互作用强度系数γ反映两种金属混合在一起对合金库伦势场的影响程度。 * 2.2 金属材料的导电性 合金元素与金属缺陷对金属导电性的影响 当溶剂组元摩尔分数xB很低时，合金电阻率表达式可以简化为： * 2.2 金属材料的导电性 合金元素与金属缺陷对金属导电性的影响 实验结果表明，对以一价金属为基体的固溶体合金，固溶原子的 作用强度系数正比于它与基体金属之间的化合价差的平房： ZA、ZB分别为合金组员A、B的化合价，a、b为常数。 * 2.2 金属材料的导电性 合金元素与金属缺陷对金属导电性的影响 当金属组元溶溶于金属基元形成有序固溶体时，合金的有序化使晶格的库伦势场恢复周期性，因而使电阻率大幅下降。 * 2.2 金属材料的导电性 合金元素与金属缺陷对金属导电性的影响 合金中经常存在多相平衡区。将这种合金看做是不同电阻率的多种 材料的混合体。可利用电路并联或者串联模型估算总体电阻率的变 化。假设合金由α，β两相组成，电阻率分别为ρα，ρβ，串联模型下 合金的电阻率为： 如果采用并联模型，合金的电导率为： * 2.2 金属材料的导电性 合金元素与金属缺陷对金属导电性的影响 金属材料中造成电子波散射的另一类晶体结构不完整性是晶体缺陷。 合金中的空位、间隙原子、位错、晶界都影响合金的电阻率，这些 晶体缺陷密度的增加，都导致合金的电阻率升高、导电性降低 金属中晶体缺陷的影响 * 2.2 金属材料的导电性 合金元素与金属缺陷对金属导电性的影响 金属材料的导电性还受到纯金属中原子结合键对导电电子的束缚力的影响。 这种影响首先变现为纯金属的导电性随和外电子结构周期性变化。 * 2.2 金属材料的导电性 合金元素与金属缺陷对金属导电性的影响 * 2.2 金属材料的导电性 合金元素与金属缺陷对金属导电性的影响 另一种表现是相变对金属导电性的影响。 电阻率变化的原因可以理解为： 晶格势场由于晶体结构的变化 而发生了突变，导电电子与晶 格势场的作用强度发生变化 * 2.2 金属材料的导电性 合金元素与金属缺陷对金属导电性的影响 非晶态合金中原子在空间无规排列，因此电阻率远高于相应晶态材 料。很高的电阻率来自于非常高的残余电阻，因此非晶态合金的另 一个特点是电阻率随温度变化比晶态合金要小。 * 2.2 金属材料的导电性 合金元素与金属缺陷对金属导电性的影响 金属材料的导电性存在各向异性的现象。 * 2.2 金属材料的导电性 合金元素与金属缺陷对金属导电性的影响 以上关于金属及合金导电的影响因素及其作用机理的讨论，基本出发点都是金属中传导电子与金属晶格势场之间的电场交互作用。 实际上，鉴于电子自身的自旋特性，电子导电过程还受到金属材料中原子磁矩的影响。反应这种交互作用对于导电性影响的实验事实之一是近藤效应。 * 2.2 金属材料的导电性 合金元素与金属缺陷对金属导电性的影响 * Ni是铁磁性金属，居里温度是358℃.居里温度以下Ni的电阻率表现出反常现象——数值偏低 。 原因：居里温度下，Ni的磁矩，也就是原子中的自旋有序排列，结果是减轻了对传导电子