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1、第一章、概第一章、概 述述牌号牌号材料类型材料类型1J软磁2J可变形永磁3J弹性合金4J热膨胀合金5J热双金属6J电阻合金7J热电偶材料功功能能材材料料是指具有特定光光、电电、磁磁、声声、热热、气气、生生物物等特性的各类材料。由于历史的原因，金属功能材料也叫精密合金。根据冶金工业部部颁标准规定，精密合金产品牌号用“J”表示。 表表1精密合金产品的牌号精密合金产品的牌号。1北科功能材料考试复习第二章第二章、磁磁性性材材料料2北科功能材料考试复习一、铁磁学基础1、CGS制和MKSA制单位制的换算2、磁化曲线、磁滞回线抗磁（a）、顺磁或反铁磁（b）和铁磁性（c）材料的磁化曲线抗磁、顺磁或反铁磁材料无
2、磁滞现象，M、J绝对值低，随H增加，抗磁性物质的M为负值。3北科功能材料考试复习(1)M-H和J-H磁化曲线及磁滞回线铁磁性物质在磁化和退磁时的曲线不同，存在磁滞现象，M的绝对值高，磁场足够大时成为一条水平线。Ms-饱和磁化强度；Mr-剩余磁化强度；MHc-内禀矫顽力，是材料的本征特征。铁磁性物质的M-H磁化曲线及磁滞回线4北科功能材料考试复习强磁性材料的B-H磁化曲线及磁滞回线B-H磁化曲线及磁滞回线（实用、应用曲线）考虑到磁场H的影响，B-H曲线更为实用。Bs-饱和磁感应强度；Br-剩余磁感应强度；Hc-矫顽力。若磁化不到饱和，其回线叫小回线，不反映材料本身的特征。5北科功能材料考试复习小
3、小小小 结结结结在CGS制在MKSA制(CGS)：在真空中，B=H，=1。单位：HOe，BGs，MGs，Gs/Oe，Gs/Oe。（MKSA）：在真空中，亨利/米。单位：HA/m，BWb/m2，MA/m，J-Wb/m2无量纲，H/m 在两制中的数值关系：H：1A/m=410-3OeB：1Wb/m2=104GsM：1A/m=10-3Gs ：MKSA制中之值是CGS制中之值的4倍。其它的磁参量可参照相关的单位换算表。6北科功能材料考试复习二、物质的磁性物质的磁性来源于原子磁性，原子的磁性来源于电子的轨道运动和自旋运动产生的磁矩。电子轨道磁矩若一原子中有很多电子，则由各个电子形成的轨道总磁矩是各个电子
4、轨道磁矩的向量和。因此在原子壳层完全充满电子的情况下，由于电子轨道在空间的对称分布，原子的轨道总磁矩为零。（2）电子自旋磁矩一个电子自旋磁矩在外磁场方向的大小正好是一个玻尔磁子，但其方向可能和外磁场的方向平行或反平行。总的自旋磁矩是各个自旋磁矩的向量和。对于充满了电子的壳层，其总的自旋磁矩也为零。7北科功能材料考试复习物质的磁性主要包括：抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。抗磁性物质的磁结构及磁化率随温度的变化顺磁性物质的磁结构及磁化率随温度的变化铁磁性物质的磁结构及磁化率随温度的变化反铁磁性物质的磁结构及磁化率随温度的变化亚铁磁性物质的磁结构及磁化率随温度的变化8北科功能材料考试复习
5、三、铁磁体的能量和磁畴三、铁磁体的能量和磁畴铁磁体在磁化和反磁化时的磁化状态取决于它们的能量状态。即：交换能、静磁能交换能、静磁能交换能、静磁能交换能、静磁能（磁体在外场中的能量）、退磁能、磁各向异性退磁能、磁各向异性退磁能、磁各向异性退磁能、磁各向异性能、磁弹性能能、磁弹性能能、磁弹性能能、磁弹性能等。交换能交换能交换能交换能：交换能属于近邻原子间的静电相互作用能，它是各向同性的。它比其它各项磁自由能大102-104数量级。它使强磁性物质相邻原子磁矩有序排列，即自发磁化自发磁化自发磁化自发磁化。其他各项磁自由能不改变其自发磁化的本质，而仅改变其其他各项磁自由能不改变其自发磁化的本质，而仅改变
6、其其他各项磁自由能不改变其自发磁化的本质，而仅改变其其他各项磁自由能不改变其自发磁化的本质，而仅改变其磁畴结构。磁畴结构。磁畴结构。磁畴结构。(2)分畴有利于减小退磁能。分畴有利于减小退磁能。9北科功能材料考试复习四、技术磁化与反磁化四、技术磁化与反磁化1、两种磁化方式:畴壁位移和磁畴转动铁磁体在居里点以下，发生自发磁化到饱和。整个磁体的磁化强度取决于各个磁畴中自发磁化的大小和方向，也就是取决于整个磁畴结构。在外磁场作用下，磁化强度是如何变化的？在外磁场作用下，磁化强度是如何变化的？在外磁场作用下，磁化强度是如何变化的？在外磁场作用下，磁化强度是如何变化的？这就是技术磁化-在外磁场作用下，磁畴
7、结构的变化过程。磁畴结构的变化可以通过畴壁位移和畴内磁化方向的转动过程来进行。*对于一般晶态磁性材料来说，畴壁移动过程是首先进行的（如图），由于只需克服畴壁能，在弱磁场下就可发生。*畴壁转动（由易磁化方向转向难磁化方向）需要克服磁各向异性能，磁各向异性能远大于畴壁能，因此在高场下才能发生。10北科功能材料考试复习五、交变磁场中的磁化五、交变磁场中的磁化当铁磁体在交变场中磁化时，B和H之间出现相位差，由此产生了附加的损耗而使交流下的磁滞回线面积加大。另一方面，对于金属磁性材料来说，由于它的电阻率较低，当在交变场中磁化时，因其中磁通量的迅速变化而引起显著的涡流效应及趋肤效应，对材料的交流磁性有显著
8、的影响。磁损耗磁性材料本身在磁化和反磁化过程中所损失的能量，叫磁损耗。磁损耗主要包括：磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗。磁滞损耗：单位体积的铁磁体在磁化一周时，由于磁滞的原因而损耗能量，称为磁滞损耗Wh，它的值等于静态磁滞回线的面积。涡流损耗：当铁磁性物质在交变磁场中反复磁化时，由于其中磁通量的反复变化，则在环绕磁通量的变化方向上出现感应电动势，因此出现涡流效应。这种涡流的大小是和物质的电阻率的大小有关。金属铁磁材料中的涡流效应比非金属磁性材料要大得多。 剩余损耗：从总的磁损耗中扣除磁滞损耗和涡流损耗后剩余的损耗为剩余损耗。它是由于磁性驰豫或磁性后效引起的损耗。11北科功能材料考试复习第二节、软磁
9、材料第二节、软磁材料 软磁材料是具有低矫顽力低矫顽力、高导磁率的合金高导磁率的合金。其磁滞回线是细长的。除少数用在直流磁化状态外，大多数用于交流磁化状态。软磁材料性能的要求1）高饱和磁感应强度（Bs）。这样单位体积中储存的磁能量高（EmBs2），既节省材料又减小体积。2）损耗小。对交变磁场下使用的软磁材料来说，损耗小，就可以节能、延长寿命等。为减小损耗，要求矫顽力小（磁滞损耗小）、电阻率高、塑性好（可加工成薄带）3）于在弱磁场下工作的材料要求有较高的初始磁导率、最大磁导率、脉冲磁导率(p=（B-Br）/H，磁感应强度B与对应的剩余磁感Br的差与把式样磁化到B的脉冲磁场强度H的比值)等。这样，在
10、应用（特别是信息处理）时可以有高灵敏度。4）磁性能随外界条件（温度、时间、应力、辐射等）的变化率小，提高使用的稳定性。12北科功能材料考试复习影响软磁材料性能的冶金和物理因素影响软磁材料性能的冶金和物理因素Ms、Tc、Ha（各向异性场）等参数是结构不敏感参量，属内禀特性；磁导率、Hc、损耗、剩磁比等参数是结构敏感参量，其性能与杂质含量、应力、晶体取向、晶粒大小、晶体缺陷、各向异性等参数有关，是由制备条件和工艺决定的，为非内禀特性。1）杂质（纯净度）一般情况下，杂质对软磁性是有害的，按对磁性能损害程度由大到小的顺序是：化合物夹杂、间隙固溶体、代位固溶杂质。但并非一切杂质都是有害的。如硅钢中的Mn
11、S、AlN等为有利夹杂，有利于获得再结晶织构。在工业生产上要特别注意控制杂质的含量。原材料要纯净，采用真空熔炼，氢气退火等。2）合金元素）合金元素(1)提高电阻率,减小涡流效应。(2)提高饱和磁感。(3)提高磁导率。降低矫顽力13北科功能材料考试复习3）晶体织构）晶体织构利用晶体取向获得磁晶各向异性，可大大改善磁性能。如硅钢取得织构可大大降低损耗，提高性能；但并不是一切织构都好。如电机硅钢片要求各向同性，否则反而有害。4）有序）有序无序转变无序转变合金发生有序无序转变时，磁晶各向异性常数和磁致伸缩系数发生明显的变化。有序度不同，其值不同。通过热处理（冷却速率、Tc以下的保温时间等）可以改变有序
12、度，使K1、0，使软磁性能提高。5）磁场退火）磁场退火磁性材料在居里温度以下退火时，加外磁场有可能形成感生各向异性。即形成人工控制的磁各向异性，从而改变磁性能。6）应力）应力当磁性材料加以宏观的弹性应力时，通过弹性应力和磁致伸缩的耦合而使磁化强度的方向发生变化。注意：应力变形或退火使性能改善或恶化。而软磁材料残留应力则更为有害。因此软磁材料生产要注意成品退火以消除应力消除应力；7）塑性变形）塑性变形 软磁材料的生产大多需要塑性变形。但变形后，晶格扭曲，产生应力将损害软磁性能。伴随塑性变形，必须配合以退火处理(中间退火、最终退火)，以保证应力减到最小。此外，变形产生的应力会造成感生各向异性，对磁
13、性能产生明显的影响。14北科功能材料考试复习软磁材料软磁材料电工纯铁电工纯铁电工纯铁电工纯铁: :工业纯铁、电解铁、羟基铁铁铁硅合金（硅硅合金（硅硅合金（硅硅合金（硅钢钢片）片）片）片）：无取向硅钢片（热轧硅钢片、冷轧无取向硅钢片）；取向硅钢片（冷轧取向硅钢片（高斯Goss：有利夹杂）、冷轧立方织构硅钢片） 铁铁镍镍镍镍合金（坡莫合金合金（坡莫合金合金（坡莫合金合金（坡莫合金Permalloy Permalloy Permalloy Permalloy ）：Fe-Ni合金有70多种成分，牌号300多个。高导磁合金高导磁合金、高导磁高磁感合金、热磁合金、矩磁合金、高导磁高磁感合金、热磁合金、矩磁
14、合金、恒导磁合金。恒导磁合金。 Fe-Ni合金的成分与性能密切相关：一般选取成分处在合金的成分与性能密切相关：一般选取成分处在单相固溶体区；对于高导磁合金，一般选取高导磁合金，一般选取饱和磁滞伸缩系数s和磁晶各向异性常数K1趋 近于零的成分。铁铁铝铝铝铝合金合金合金合金: : : :铁铁钴钴钴钴合金合金合金合金：特征：4 4 MsMs最高最高最高最高（2.4-2.5T）；TcTc最高最高最高最高，达980。 非晶非晶非晶非晶态软态软磁合金磁合金磁合金磁合金：性能特点：*比晶态合金有更高的电阻率；*磁性：非晶态软磁合金的饱和磁化强度低于相应的晶态合金。*非晶态软磁合金的居里温度低于晶态合金*由于
15、不存在晶体结构，不存在磁晶各向异性，耐蚀，高强度缺点缺点：在较低的温度下要发生晶化，并在更低的温度下发生结构弛豫，使磁性发生变化，即稳定性较差。15北科功能材料考试复习第三节、永磁材料第三节、永磁材料16北科功能材料考试复习永磁材料的Hc高，磁化后难以退磁，磁滞回线宽，又叫硬磁材料。衡量一种永磁材料能否有发展前途，主要取决于下列衡量一种永磁材料能否有发展前途，主要取决于下列衡量一种永磁材料能否有发展前途，主要取决于下列衡量一种永磁材料能否有发展前途，主要取决于下列三个因素三个因素三个因素三个因素：A.磁性能的优劣； B.原材料资源是否丰富； C.成本的高低。 永磁材料磁性能优劣的主要判据为永磁
16、材料磁性能优劣的主要判据为： (1)饱和磁化强度Ms值要高； (2)磁各向异性要大；(3)居里温度要高。 前两条决定了该材料是否具有高的剩磁，高的磁能积，高的矫顽力；后一条决定了它是否具有良好的稳定性和较高的工作温度。17北科功能材料考试复习永磁材料永磁材料AlnicoAlnico系永磁合金（系永磁合金（ Fe-Ni-AlFe-Ni-Al、铸造铸造Alnico合金）、合金）、 稀土钴永磁（稀土钴永磁（稀土钴永磁（稀土钴永磁（SmCo5永磁合金永磁合金-第一代稀土永磁、第一代稀土永磁、Sm2Co17永永 磁合金磁合金-第二代稀土永磁第二代稀土永磁）、）、）、）、 稀土铁永磁合金稀土铁永磁合金稀土
17、铁永磁合金稀土铁永磁合金- -NdFeBNdFeB 其它的永磁合金（其它的永磁合金（其它的永磁合金（其它的永磁合金（双相纳米晶耦合磁性材料、双相纳米晶耦合磁性材料、Sm-Fe-N系稀土系稀土永磁永磁、Nd(FeNd(Fe，Mo)Mo)1212NxNx系稀土永磁系稀土永磁） 从成分方面考虑，永磁材料成分一般处于多相区从成分方面考虑，永磁材料成分一般处于多相区从成分方面考虑，永磁材料成分一般处于多相区从成分方面考虑，永磁材料成分一般处于多相区18北科功能材料考试复习单畴粒子理论（磁畴转动过程控制单畴粒子理论（磁畴转动过程控制HcHc）铁磁体形成磁畴结构。在特定的条件下铁磁性粒子或一个晶粒只有一个磁
18、畴，这个粒子就叫单单单单畴畴畴畴粒粒粒粒子子子子。形成单畴粒子的条件条件条件条件是粒子尺寸小于临界尺寸。单畴粒子在磁化和反磁化过程的基本特性单畴粒子在磁化和反磁化过程的基本特性单畴粒子在磁化和反磁化过程的基本特性单畴粒子在磁化和反磁化过程的基本特性：由于单畴粒子没有畴壁，所以磁化过程中无畴壁位移，仅有畴壁的转动；反磁化过程中也没有反磁化核形成和长大，仅有畴壁的转动。其矫顽力的大小是由磁各向异性控制的，包括三种：磁晶各向异性单畴粒子、形状各向异性单畴粒子、应力各向异性单畴粒子。19北科功能材料考试复习亚稳分解（亚稳分解（亚稳分解（亚稳分解（SpinodalSpinodal分解）分解）分解）分解）
19、 1+2的分解不是形核长大的方式，而是以亚稳分解方式进行的。形核长大和亚稳分解的区别形核长大和亚稳分解的区别：形核长大形核长大：形核长大分解一开始就形成成分(不连续)和结构异于母相的新相核心；形核时需要形核功和激活能，需要成分和结构的涨落，有孕育期，只能在某些局部区域产生；长大通过原子下坡扩散进行。亚稳分解亚稳分解：亚稳分解则是靠成分起伏，成份连续过渡；成份起伏极快，没有孕育期，在整个体积进行，是纯扩散过程；富区生长通过原子上坡扩散进行；分解产物是结构相同、成份交替的两相，无明显界面，是共格的，弥散度高。20北科功能材料考试复习当温度变化时的点可连成一条曲线称为拐点曲线，的点可连成一条相溶解度
20、曲线。其中II区为Spinodal分解区、I、III区是形核长大分解区。21北科功能材料考试复习 Fe-Ni-Al Fe-Ni-Al析出硬化型合金组织结构组织结构:1相析出在2相的基体上。 1是富Fe的强磁性相；2是富Ni、Al的弱磁性相。1和2结构相同，点阵常数相近，但成分差别大，磁性悬殊。 1相是长棒形的单畴粒子单畴粒子单畴粒子单畴粒子，反磁化过程是克服形状各向异性的磁畴转动过程，因此有高的矫顽力。为提高Fe-Ni-Al合金的磁性能，材料的显微组织结构应满足：1相应是细长的单畴粒子；1相粒子应平行排列；1相和2相的成分差别要大，1相要富铁，为高饱和磁化强度的强磁性相；2相富Ni、Al，的非
21、磁性相或弱磁性相；堆积密度P（单畴粒子所占的体积比）大小适当。22北科功能材料考试复习铸造铸造Alnico合金合金Alnico合金是在Fe-Ni-Al系的基础上发展成的。合金加入Co后，在相的关系(1+2)、高矫顽力原理(形状各向异性)、亚稳分解、单畴粒子等方面基本相同。但磁性提高。特别是采用了磁场热处理采用了磁场热处理、定向结晶后，磁性能显著提高。磁场热处理磁场热处理本质是在磁场作用下进行亚稳分解。本质是在磁场作用下进行亚稳分解。 为什么为什么为什么为什么Fe-Ni-AlFe-Ni-Al合金不用磁场热处理？合金不用磁场热处理？合金不用磁场热处理？合金不用磁场热处理？Alnico5合金和Aln
22、ico8合金含有Co，Tc 相相分分解解温温度度。合金在分解的初期就是铁磁性的，磁场可影响分解过程，磁场热处理有效。而Fe-Ni-Al合金无Co，Tc相分解温度，相出现时是非铁磁性的，磁场热处理无效。23北科功能材料考试复习稀土钴永磁稀土钴永磁热处理采用固溶处理、等温（或分级）时效的方法。24北科功能材料考试复习稀土铁永磁合金稀土铁永磁合金代表材料：NdFeBNd2Fe14B具有单轴各向异性，易磁化轴为C轴，有很强的磁晶各向异性。主要制备方法：烧结法烧结法和粘结法粘结法第四节、铁氧体磁性材料第四节、铁氧体磁性材料25北科功能材料考试复习第三章第三章、电电性性材材料料电电性性材材料料电电性性材材
23、料料是利用物质的导电或电阻特性制造的具有不同功能的金属材料。按其功能特性可分为精精密密电电阻阻合合金金、电电热合金热合金、接点材料接点材料和热电偶热电偶等。26北科功能材料考试复习第一节第一节第一节第一节材料的电学性能材料的电学性能材料的电学性能材料的电学性能影响材料电阻率的主要因素:合合金金元元素素、杂质、组织结构、温度。 合金元素合金元素：合金的电阻率一般比组成它的金属的电阻率高。杂杂质质：杂质的影响与合金元素道理相同。影响程度取决于杂质种类、含量及分布状态。组组织织结结构构：形成固溶体电阻率呈抛物线增加；两相混合物时，电阻呈线性。 温度温度温度温度电阻随温度而变化。一般温度升高电阻率增大
24、，有两种类型：电阻随温度变化特性接近一条直线（线性关系）；电阻随温度变化特性接近抛物线。27北科功能材料考试复习第二节第二节电阻合金电阻合金重点介绍了重点介绍了重点介绍了重点介绍了：精密电阻合金、精密电阻合金、精密电阻合金、精密电阻合金、应变电阻合金应变电阻合金和热敏电阻合金热敏电阻合金热敏电阻合金热敏电阻合金一、一、一、一、 精密电阻合金精密电阻合金精密电阻合金精密电阻合金精密电阻合金精密电阻合金是指电阻温度系数和对铜热电动势小、电阻值经年变化小的合金，是利用电阻恒定不变特性的电阻材料。精密电阻合金的性能要求精密电阻合金的性能要求精密电阻合金的性能要求精密电阻合金的性能要求1)电阻温度系数小
25、，且电阻-温度曲线的线性好，即要小。2)电阻值稳定，经年变化小。3)对铜热电势率要小。4)电阻率高，且电阻的均匀性好。5)良好的加工性能和机械性能。6)耐蚀性、耐热性、抗氧化性、耐磨性和包漆性能好。7)焊接性能好。 主要的精密电阻合金主要的精密电阻合金主要的精密电阻合金主要的精密电阻合金CuMn系合金（锰铜合金、新康铜合金、锗锰铜合金）、CuNi系电阻合金、NiCr改良型电阻合金28北科功能材料考试复习 二、二、二、二、应变电阻合金应变电阻合金应变电阻合金应变电阻合金应变电阻合金是利用电阻-应变效应进行测量和控制的材料。所谓电阻电阻应变效应是材料应变导致电阻的相对变化。应变效应是材料应变导致电
26、阻的相对变化。 应变电阻合金对性能的要求应变电阻合金对性能的要求应变电阻合金对性能的要求应变电阻合金对性能的要求1）高、稳定的电阻率，0.5m；2）在工作温度范围内，低且稳定的电阻温度系数，电阻和温度成线性关系；3）应变灵敏系数（，单位应变的电阻相对变化）大，且在较大应变范围为常数，K不随温度变化。4）线膨胀系数等于或高于（接近）被测零件的线膨胀系数。5）机械性能方面要求：疲劳强度高、弹性极限大、蠕变小，抗氧化。6）工艺上要求冷加工性能好，塑性易绕制，和焊接性。主要的应变电阻合金有主要的应变电阻合金有Cu基（Cu-Ni应变康铜、Cu-Mn锰白铜等）、Ni基（Ni-Cr、Ni-Mo）、Fe基（F
27、e-Cr-Al）贵金属（PtW、PtWRe）等29北科功能材料考试复习三、三、三、三、 热敏电阻合金热敏电阻合金热敏电阻合金热敏电阻合金热热热热敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻合合合合金金金金：利利用用电电阻阻随随温温度度升升高高而而增增大大的的性性能能的合金的合金。热敏电阻合金的要求热敏电阻合金的要求热敏电阻合金的要求热敏电阻合金的要求：1)电阻温度系数大且为正；2)电阻率较小，电阻值与温度呈线性；3）电阻值的时间稳定性好；4）有一定的抗氧化性和耐蚀性；5）加工性好，资源丰富，价格便宜。主主主主要要要要的的的的热热热热敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻合合合合金金金金：Co基、Ni基、Fe基等合金，如Ni50
28、Co10Fe、Cr20V10Fe、Co85CrAlFe等。30北科功能材料考试复习第三节电热材料第三节电热材料电电热热合合金金就是利用电电电电能能能能转转转转换换换换为为为为热热热热能能能能特性的电阻合金。广泛用于各种工业电炉、实验室电炉和家用电器的电加热元件。对电热合金的性能要求是对电热合金的性能要求是：具有高的电阻率和低电阻温度系数。合金在使用温度范围内无相变，以保证电阻没有突变，电性能 长期稳定。具有较高的抗氧化性和对各种气氛的耐蚀性。具有足够的高温强度，保证加热体不易形变和较长的使用寿命 良好的加工性能。主主要要的的电电热热合合金金：包括NiCr系和FeCrAl系两类，适用于在9501
29、400温度范围内工作的电加热元件。在更高温度工作的加热体则采用纯金属电热材料。31北科功能材料考试复习根据不同电热合金的抗氧化性能和在不同介质气氛中根据不同电热合金的抗氧化性能和在不同介质气氛中的耐蚀性，在选择电热合金时应考虑使用介质气氛。的耐蚀性，在选择电热合金时应考虑使用介质气氛。电热合金在各种气氛中的耐蚀性及最高使用温度（电热合金在各种气氛中的耐蚀性及最高使用温度（）气氛气氛合金牌号合金牌号空气空气氢气氢气氮气氮气水蒸气水蒸气H2S、SO2吸热式吸热式气体气体放热式放热式气体气体真空真空(10-3乇乇以下以下)铁铁铬铬铝铝合合金金0Cr13Al6Mo20Cr25Al51300125095
30、0不适用不适用10501100115011000Cr27Al7Mo214001350950不适用不适用1150120012501150Cr20Ni801150115011001200不适用不适用95010501100W不适用不适用2500Mo不适用不适用200032北科功能材料考试复习热电偶合金：热电偶合金：热电偶合金：热电偶合金：就是利用材料的热电动势随温度差而变就是利用材料的热电动势随温度差而变就是利用材料的热电动势随温度差而变就是利用材料的热电动势随温度差而变化的特性的一种测温材料化的特性的一种测温材料化的特性的一种测温材料化的特性的一种测温材料。对热电偶电极合金的要求：对热电偶电极合金
31、的要求： 热热电电偶偶的的热热电电动动势势应应足足够够大大，并并随随温温度度的的变变化化呈呈线线性性关系关系，电阻温度系数低电阻温度系数低，以保证热电偶测温的灵敏度。 在使用过程中热电动势应有良好的稳定性和一致性在使用过程中热电动势应有良好的稳定性和一致性。 热热电电偶偶的的熔熔点点要要足足够够高高，以便能在较宽的温度范围内工作。 热电偶的热电特性应有良好的重现性热电偶的热电特性应有良好的重现性。 良好的抗氧化性和耐蚀性良好的抗氧化性和耐蚀性。 此外，还要求加工性能好；价格便宜等。33北科功能材料考试复习铂铑热电偶合金：铂铑热电偶合金：铂铑热电偶合金：铂铑热电偶合金：广泛用于广泛用于1000以
32、上的温度测量，以上的温度测量，在氧化或中性气氛中在氧化或中性气氛中使用，也可在真空中使用，应避避免在还原气氛中使用免在还原气氛中使用）、）、）、）、镍铬镍铬镍铬镍铬镍硅热电偶合金：镍硅热电偶合金：镍硅热电偶合金：镍硅热电偶合金：很宽的测温区域很宽的测温区域(500-1300 (500-1300 )，适用于在氧化或惰性气氛中使用适用于在氧化或惰性气氛中使用，但不适于还不适于还原性气氛、含硫气氛或真空原性气氛、含硫气氛或真空。低温热电偶：低温热电偶：低温热电偶：低温热电偶：NiCr-康铜深低温热电偶：深低温热电偶：深低温热电偶：深低温热电偶：主要有Cu-AuFe（Co）和NiCr-AuFe钨铼热电
33、偶：钨铼热电偶：钨铼热电偶：钨铼热电偶：干氢气氛、惰性气氛和真空下使用到干氢气氛、惰性气氛和真空下使用到2700的高温，的高温，但在无保护情况下不能在氧化气氛或不能在氧化气氛或无氢的还原气氛中使用无氢的还原气氛中使用。不同的热电偶材料要求不同的补偿导线。补偿导线材料一般采用热电偶材料本身或专门的合金。34北科功能材料考试复习第四节第四节 导电合金导电合金 主要介绍了主要介绍了主要介绍了主要介绍了电触头材料电触头材料电触头材料电触头材料和和和和导电合金。导电合金。导电合金。导电合金。 一、电触头材料一、电触头材料一、电触头材料一、电触头材料电触头电触头是用于电路通断或连接的导电元件，按工作电流的
34、负荷大小可将电触头分为强电、中电和弱电三种电触头。对电触头材料的性能具体要求是对电触头材料的性能具体要求是：v电导率大，最小电弧电压和最小电弧电流大，接触电阻小且稳定。v化学稳定性好，抗氧化、耐腐蚀，不易生成有害的表面膜。v熔点和沸点高，导热性好。v良好的耐磨性，适当的硬度与弹性。v良好的加工性能。电触头材料在使用过程中发生一系列表面现象：接触电阻和电侵蚀接触电阻Rk由收缩电阻收缩电阻Rc和表面膜电阻表面膜电阻Rf两部分组成。35北科功能材料考试复习弱电触头材料主要采用贵金属材料。弱电触头材料主要采用贵金属材料。强强电电触触头头材材料料：在大、中功率的条件下，工作电压和电流很高，接点常处在电弧
35、的高温作用下易被熔焊或电侵蚀。因此强强电电触触头头材材料料选选择择导导电电、导导热热性性好好，熔熔点高的材料。点高的材料。强电触头材料包括三类：Ag、W、Mo等纯金属和W-Mo、W-Fe合金；将导电、导热性好的金属和熔点高的金属用粉末冶金方法制成的复合材料，如Cu-W、Ag-W、Ag-Mo、Ag-WC、Ag-石墨等。Ag-金属氧化物复合材料，如Ag-CdO、Ag-MnO、Ag-MgO、Ag-SnO2-In2O3等。其中，使用多的是复合材料，特别是Ag-CdO内氧化触头。36北科功能材料考试复习二、二、导电合金导电合金对导电合金的要求是对导电合金的要求是：导电率高，要有一定的机械强度，耐蚀性要好
36、，工艺性要好。按导电性能的好坏，以Ag最好，其次是Cu、Au、Al。目前广泛使用的导电材料是Cu及其合金，Al及其合金等。37北科功能材料考试复习第四章、第四章、膨膨胀胀材材料料38北科功能材料考试复习膨胀合金：具有特殊膨胀系数的合金。按膨胀系数大小又将膨胀合金分为三种:低膨胀合金低膨胀合金（亦称因瓦合金）： 材料的线膨胀系数材料的线膨胀系数材料的线膨胀系数材料的线膨胀系数 1.8101.810-6-6/ / 主要应用主要应用: :仪器仪表中随温度变化尺寸近似恒定的元件。还用作热双金属的被动层。Fe-Ni系因瓦合金(4J36)、Fe-Ni-CoFe-Ni-Co系超因瓦合金。系超因瓦合金。定膨胀
37、合金定膨胀合金： =(411)10-6/应用应用：由于这种合金与玻璃、陶瓷或云母等的膨胀系数接近，可与之匹配(或非匹配)封接，所以又称为封接合金。定膨胀合金主要有Fe-Ni、Fe-Ni-Co,Fe-Cr,Fe-Ni-Cr系合金等。高膨胀合金高膨胀合金： 1210-6/ 应用应用：主要用作热双金属的主动层。39北科功能材料考试复习热膨胀的物理本质是热膨胀的物理本质是材料温度变化时原子材料温度变化时原子间结合力发生变化间结合力发生变化。40北科功能材料考试复习反常热膨胀现象反常热膨胀现象一般金属与合金的膨胀系数随温度变化的规律如图4.3(a)，这叫正常热膨胀。但某些金属和合金，如Ni和铁镍合金的膨
38、胀系数随温度变化的规律与之不同(图4.3(b)，称为反常热膨胀。Ni的膨胀系数在居里点附近异常增大，叫正反常。而Fe-Ni35at%合金在居里点附近的膨胀系数明显减小，可接近于零甚至负值，称负反常，也叫因瓦反常。41北科功能材料考试复习对于铁磁性的热膨胀合金的物理基础对于铁磁性的热膨胀合金的物理基础对于铁磁性的热膨胀合金的物理基础对于铁磁性的热膨胀合金的物理基础是因瓦反常。是因瓦反常。是因瓦反常。是因瓦反常。因瓦合金的反常热膨胀与其铁磁性密切相关。因瓦合金的反常热膨胀与其铁磁性密切相关。因瓦合金的反常热膨胀与其铁磁性密切相关。因瓦合金的反常热膨胀与其铁磁性密切相关。42北科功能材料考试复习定膨
39、胀合金定膨胀合金 对定膨胀合金的要求对定膨胀合金的要求对定膨胀合金的要求对定膨胀合金的要求： 在一定温度范围内合金的膨胀系数与被封接的玻璃、陶瓷或云在一定温度范围内合金的膨胀系数与被封接的玻璃、陶瓷或云在一定温度范围内合金的膨胀系数与被封接的玻璃、陶瓷或云在一定温度范围内合金的膨胀系数与被封接的玻璃、陶瓷或云母等材料的膨胀系数相近，以做到匹配封接母等材料的膨胀系数相近，以做到匹配封接母等材料的膨胀系数相近，以做到匹配封接母等材料的膨胀系数相近，以做到匹配封接；有较高的导电和导热性；有较高的强度和加工成型性;生产合金的工艺力求使合金方向性小，深冲引伸无“制耳”；良好的焊接性；与玻璃封接的合金表面
40、应能形成与基体结合牢固，又易于被玻璃浸润的氧化膜；与陶瓷封接的合金有良好的抗焊料渗透性；在使用过程中不允许有组织结构变化； 非金属夹杂、有害元素和气体含量要少，以保证封接后的气密非金属夹杂、有害元素和气体含量要少，以保证封接后的气密非金属夹杂、有害元素和气体含量要少，以保证封接后的气密非金属夹杂、有害元素和气体含量要少，以保证封接后的气密性；性；性；性；带材应平整、光洁、表面质量高，无划伤等缺陷，无残余应力。43北科功能材料考试复习热双金属热双金属热热双双金金属属是由不同膨胀系数的两层或两层以上的金属或合金沿整个接触面牢固结合而成的复合材料。其中膨胀系数高的一层称为主动层，膨胀系数低的一层称为
41、被动层。电阻型热双金属中还在两层中间加上一定厚度的中间层，以达到控制电阻率的目的。热双金属随温度变化弯曲变形，从而产生力矩。利用这种功能，热双金属被广泛用作温度测量、温度控制、温度补偿及各种自动控制设备中的热敏元件。热双金属的热双金属的热双金属的热双金属的应用：应用：应用：应用：指示温度、指示温度、指示温度、指示温度、控制负荷控制负荷44北科功能材料考试复习第五章、第五章、第五章、第五章、弹弹弹弹 性性性性 合合合合 金金金金 弹性合金定义弹性合金定义：弹性合金是具有特殊弹性性能的材料。对弹性合金的一般要求对弹性合金的一般要求：弹性合金应具有良好的机械性能良好的机械性能，特殊的物理特殊的物理化
42、学性能化学性能（如耐腐蚀、无磁性(或铁磁性)、高的电导性、恒定的线膨胀系数、低的弹性模量温度系数、小的对铜热电动势和接触电阻等等）和良好的工艺性能良好的工艺性能。弹性合金的种类：弹性合金的种类：弹性合金的种类：弹性合金的种类：按照弹性合金的使用性能及特点可将其分为两种:1.高弹性合金高弹性合金：具有高弹性模量、高弹性极限和低弹性不完整性，有时还需要耐腐蚀、耐高温、高导电、抗磁性等特性。2.恒弹性合金恒弹性合金:在一定范围内弹性模量不随温度变化或变化很小，即弹性模量温度系数或频率温度系数很小的合金。一般小于或等于1010-6/。45北科功能材料考试复习压压力力作作用用下下弹弹性性变变形形的的实实
43、质质：微微观观上上就就是是在在外外力作用下原子间距的可逆变化。力作用下原子间距的可逆变化。衡量材料弹性大小的重要参数：弹性模量衡量材料弹性大小的重要参数：弹性模量弹弹性性模模量量是是表表征征原原子子间间结结合合力力大大小小的的物物理理量量，是组织结构不敏感的是组织结构不敏感的。弹性模量随温度升高而降低。弹性模量随温度升高而降低。某些铁磁性材料在一定温度范围内弹性模量随温度的变化很小（0），甚至增加(0)。这是弹性模量温度关系的反常变化，称为弹弹性反常性反常，又叫埃林瓦(Elinvar)效应。利用弹性反常制备恒弹性合金恒弹性合金。46北科功能材料考试复习高弹性合金高弹性合金Fe-NiFe-Ni基
44、基基基弥散硬化弥散硬化弥散硬化弥散硬化型高弹性合金：型高弹性合金：型高弹性合金：型高弹性合金：固溶和时效处理CoCo基基基基形变强化形变强化形变强化形变强化型高弹性合金：型高弹性合金：型高弹性合金：型高弹性合金：固溶处理固溶处理、强烈冷变强烈冷变形后形后，再进行回火处理，才能获得最佳性能。NiNi基弥散硬化型高弹性合金：基弥散硬化型高弹性合金：基弥散硬化型高弹性合金：基弥散硬化型高弹性合金：耐热性好NbNb基高弹性合金：基高弹性合金：基高弹性合金：基高弹性合金：耐高温、高强度、耐蚀、无磁，但E值低。47北科功能材料考试复习恒弹性合金恒弹性合金Fe-NiFe-Ni系恒弹性合金系恒弹性合金Co-F
45、eCo-Fe系恒弹性合金系恒弹性合金无磁恒弹性合金无磁恒弹性合金反铁磁性恒弹性合金48北科功能材料考试复习第六章、第六章、超导材料超导材料49北科功能材料考试复习超导体的基本物理性质超导体的基本物理性质:零电阻效应和完全抗磁性（零电阻效应和完全抗磁性（迈斯纳效应）迈斯纳效应）临界温度Tc、临界磁场Hc、临界电流临界电流Ic50北科功能材料考试复习图7两类超导体的磁化曲线a第I类超导体类;b第II类超导体两类超导体的基本特征两类超导体的基本特征超超导导体体按按其其磁磁磁磁化化化化特特特特性性性性可可分分成成两两类类。在临界磁场以下显示超导性，超过临界磁场便立即转变为正常态的超导体，称为第I类超导
46、体。第I类超导体只有一个临界磁场Hc。很明显在超导态，磁化行为满足M/H=-1，具有迈斯纳效应。第类超导体有两个临界磁场，即下临界磁场HC1和上临界磁场HC2。当外磁场H0小于HC1时，同第I类超导体一样，磁通被完全排出体外，此时，第类超导体处于迈斯纳状态，体内没有磁通线通过。当外场增加至HC1和HC2之间时，第类超导体处于混合态，也称涡旋态。这时体内有部分磁通穿过，体内既有超导态部分，又有正常态部分，磁通只是部分地被排出.图7两类超导体的磁化曲线a第I类超导体类;b第II类超导体51北科功能材料考试复习低温超导材料低温超导材料:元素超导体、合金超导体、元素超导体、合金超导体、化合物超导材料。
47、化合物超导材料。高温超导材料高温超导材料属于属于第类超导体。超导材料的应用超导材料的应用52北科功能材料考试复习第七章、第七章、形状记忆合金形状记忆合金形状记忆合金是一种具有形状记忆效应的材料。形形状状记记忆忆效效应应是指材料能够“记住”原始形状的功能。这种材料在一定形态及条件下，虽经变形，但在加热到超过某一温度，或卸除载荷后具有回复到原始形状的能力。53北科功能材料考试复习当在一定的状态下施加应力产生百分之几到十几的变形量之后，若将载荷卸除并加热至一定温度以上时，变形可以完全消除，材料回复原状。这种现象叫形状记忆效应形状记忆效应形状记忆效应形状记忆效应。在高于Ms温度以上（低于Md）对合金施
48、加应力时，发生了马氏体相变，从而引起了合金的变形，此时马氏体只有在应力作用下才是稳定的，如果应力卸除，变形即消失，马氏体逆相变为母相。这种不通过加热即恢复到母相形状的现象称为超超超超弹弹弹弹性性性性效效效效应应应应或伪弹性伪弹性伪弹性伪弹性。形状记忆效应有三类：单向单向形状记忆效应双向双向形状记忆效应全过程全过程形状记忆效应54北科功能材料考试复习形状记忆效应的本质形状记忆效应的本质 形状记忆效应和超弹性效应的机制是相同的，都是以马氏体发生逆向转变形成其母相（奥氏体）而使马氏体发生逆向转变形成其母相（奥氏体）而使形状得到恢复为基础的形状得到恢复为基础的。即：发生马氏体转变的合金在形变后，被加热
49、到马氏体转变逆转变的终了温度以上，使低温马氏体又变回为高温母相，回复到形变前的原始形状。而再冷却时，通过内部弹性能又返回到马氏体的形状。呈现呈现形状记忆效应形状记忆效应的合金必须具备三个条件的合金必须具备三个条件：(1)马氏体相变只限于驱动力（驱动力（As-Ms）极小的热弹性型；(2)合金中的异类原子不论处于母相态还是马氏体态都必须为有序结构；(3)“母相马氏体”相变，在晶体学上是可逆的。55北科功能材料考试复习超弹性效应超弹性效应超弹性效应超弹性效应是在一定温度下使应力诱发M体转变得以发生，该温度（工作温度）一般在AfTMd范围内。Md是应力诱发M体形成的最高温度。56北科功能材料考试复习主
50、要的形状记忆合金：主要的形状记忆合金：1.以过渡族金属为基的合金，如NiTi等；2.贵金属的相合金，如AuCd等。从使用上，最主要的是NiTi、CuZnAl、CuAlNi合金等。应用应用应用应用在各种紧固件及连接件上的应用、电插座紧固装置、执行机构、能源开发及节能、消振减噪、医学方面的应用（骨科固定板、笞形矫正器、人造器官、牙科及整形外科方面）57北科功能材料考试复习第八章、第八章、生物医学材料生物医学材料58北科功能材料考试复习生物医学材料生物医学材料生物医学材料生物医学材料是用于与生命系统接触和发生相互作用的，并能对其细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的一类天然或人工合成的特
51、殊功能材料，亦称生物材料(biomaterials)。生物医学材料区别于其他材料的基本特征：生物医学材料区别于其他材料的基本特征：生物医学材料区别于其他材料的基本特征：生物医学材料区别于其他材料的基本特征：任何一种材料要作为生物医学材料使用的话，除了应具有必要的理化特性外，还应有良好的生物相容性良好的生物相容性良好的生物相容性良好的生物相容性。生物材料植入机体后，通过材料与机体组织的直接接触与相互作用而产生两种反应：其一是宿主反应宿主反应，即机体组织与生物活体系统对材料作用的反应；其二是材料反材料反应应，即材料对机体生理环境作用的反应。 生物相容性生物相容性生物相容性生物相容性表示的是材料在特
52、殊的生理环境应用中引起表示的是材料在特殊的生理环境应用中引起表示的是材料在特殊的生理环境应用中引起表示的是材料在特殊的生理环境应用中引起适当的宿主反应和产生有效作用的能力。包括：适当的宿主反应和产生有效作用的能力。包括：适当的宿主反应和产生有效作用的能力。包括：适当的宿主反应和产生有效作用的能力。包括：血液相血液相容性容性和组织相容性。组织相容性。59北科功能材料考试复习生物医学材料主要包括：生物医学材料主要包括：医用金属材料、生物陶瓷、医用高分子材料和医用复合材料以及几种新型生物材料。医用金属材料医用金属材料主要有医用不锈钢、医用钴基合金、纯钛与医用钛合金、医用形状记忆合金和医用贵金属，此外
53、还有医用钽、铌、锆和医用磁性合金。对于医用金属材料来讲，其发展历史实际上是对于医用金属材料来讲，其发展历史实际上是对于医用金属材料来讲，其发展历史实际上是对于医用金属材料来讲，其发展历史实际上是寻求能寻求能寻求能寻求能耐生理腐蚀耐生理腐蚀耐生理腐蚀耐生理腐蚀的金属材料的历史的金属材料的历史的金属材料的历史的金属材料的历史医用钴基合金医用钴基合金医用钴基合金医用钴基合金的耐磨性是所有医用金属材料中最好的，的耐磨性是所有医用金属材料中最好的，的耐磨性是所有医用金属材料中最好的，的耐磨性是所有医用金属材料中最好的，更适于制造体内承载苛刻的长期植入件。更适于制造体内承载苛刻的长期植入件。更适于制造体内
54、承载苛刻的长期植入件。更适于制造体内承载苛刻的长期植入件。医用钛合金医用钛合金的主要性能特点是密度较低、弹性模量值密度较低、弹性模量值小小(约为其他医用金属材料的一半约为其他医用金属材料的一半)，与人体硬组织的，与人体硬组织的弹性模量比较匹配。弹性模量比较匹配。60北科功能材料考试复习生物陶瓷生物陶瓷：近于惰性生物陶瓷、表面生物活性陶瓷和可吸收生物陶瓷。此外，利用生物陶瓷与其他医用材料所构成的生物陶瓷复合材料。医用高分子材料医用高分子材料按其来源可分为天然高分子材料和人工合成高分子材料两类。按材料的性质又可分为非降解型非降解型和可生物降解型可生物降解型两类医用高分子材料。医用高分子材料必须具备
55、如下临床应用条件：(1)良好的理化特性与力学性能。(2)耐生物老化。(3)良好的生物相容性。(4)对于与血液直接接触的材料，要有良好的血液相容性，61北科功能材料考试复习医用复合材料：医用复合材料：特点特点:在于其本身与组分材料都必须具有其本身与组分材料都必须具有良好的生物相容性良好的生物相容性。几种新型的生物材料几种新型的生物材料：医用酶、生物衍生材料、生物技术衍生生物材料和生物分子材料。62北科功能材料考试复习第九章、隐身材料第九章、隐身材料隐身技术：改变武器装备等目标的可探隐身技术：改变武器装备等目标的可探测信息特征，使敌方探测系统不易发现测信息特征，使敌方探测系统不易发现或发现距离缩短的综合性技术。或发现距离缩短的综合性技术。当代隐身技术主要包括：反雷达探测、反雷达探测、反红外探测、反电子探测、反可见光探反红外探测、反电子探测、反可见光探测和反声波探测测和反声波探测等隐身技术，其中反雷反雷达探测达探测和反红外探测反红外探测隐身技术是当前发展的重点。63北科功能材料考试复习
