11 Materialeigenschaften, die Sie für eine optimale Leistung kennen müssen

1. Mechanische Eigenschaften von Werkstoffen unter einachsiger statischer Spannung 1. Definition: Rissbildung: Rissbildung ist eine Art von Defekt, der beim Verformungsprozess von Polymerwerkstoffen auftritt. Er erscheint aufgrund seiner geringen Dichte und hohen Lichtreflexion als silberne Farbe. Risse treten an den schwachen oder defekten Stellen von Polymerwerkstoffen auf. Superplastizität: [...]

Inhaltsverzeichnis

1. Mechanische Eigenschaften von Materialien unter einachsiger statischer Spannung

1. Definition:

Verrücktheit: Craze ist eine Art von Defekt, der beim Verformungsprozess von Polymermaterialien auftritt. Er erscheint aufgrund seiner geringen Dichte und hohen Lichtreflexion als silberne Farbe. Risse treten an den schwachen oder defekten Teilen von Polymerwerkstoffen auf.

Superplastizität: Unter bestimmten Bedingungen zeigt das Material eine sehr große Dehnung (etwa 1000%) ohne Einschnürung oder Bruch, was als Superplastizität bezeichnet wird. Der Anteil der durch Korngrenzengleiten erzeugten Dehnung, εg, an der Gesamtdehnung, εt, liegt typischerweise zwischen 50% und 70%, was darauf hindeutet, dass das Korngrenzengleiten bei der superplastischen Verformung eine wichtige Rolle spielt.

Spröde Fraktur: Bevor das Material bricht, gibt es keine offensichtliche makroskopische plastische Verformung und keine Warnzeichen. Dieser Prozess verläuft oft plötzlich und schnell, was ihn sehr gefährlich macht.

Duktile Fraktur: Der Bruchvorgang, der vor und während des Bruchs eine deutliche makroskopische plastische Verformung aufweist. Bei duktilem Bruch verläuft die Rissausbreitung im Allgemeinen langsam und verbraucht eine große Menge an plastischer Verformungsenergie.

Spaltfraktur: Der Sprödbruch entlang einer bestimmten Kristallebene, der durch die Zerstörung von Bindungen zwischen Atomen unter normaler Belastung verursacht wird, wird als Spaltbruch bezeichnet. Die Spaltstufe, das Flussmuster und das Zungenmuster sind die grundlegenden mikroskopischen Merkmale des Spaltbruchs.

Scherfraktur: Scherbruch ist der Bruch, der durch das Gleiten und Trennen von Materialien entlang der Gleitebene unter Scherspannung verursacht wird. Mikroporen-Aggregationsbruch ist eine häufige Form des duktilen Bruchs in Materialien. Die Bruchfläche ist im Makrobereich in der Regel dunkelgrau und faserig, während die Mikrobruchfläche ein charakteristisches Muster aus vielen auf der Oberfläche verteilten "Grübchen" aufweist.

2. Versuchen Sie, den Unterschied zwischen duktilem Bruch und Sprödbruch zu beschreiben. Warum ist der Sprödbruch am gefährlichsten?

Art der Spannung, Grad der plastischen Verformung, Vorhandensein oder Fehlen von Vorzeichen und Geschwindigkeit der Rissausbreitung.

3. Was ist der Unterschied zwischen Bruchfestigkeit σc und Zugfestigkeit σb?

Wenn das Material vor dem Bruch keine oder nur eine sehr geringe plastische Verformung erfährt und ein Sprödbruch ohne Einschnürung auftritt, dann ist die kritische Spannung σc gleich der Bruchspannung σb.

Wenn die Einschnürung jedoch vor dem Bruch auftritt, sind σc und σb nicht gleich.

4. Für welchen Bereich gilt die Griffith-Formel und unter welchen Umständen sollte sie überarbeitet werden?

Die Griffith-Formel eignet sich nur für spröde Feststoffe, die Mikrorisse enthalten, wie z. B. Glas, anorganische Kristallmaterialien und ultrahochfester Stahl.

Bei vielen technischen Konstruktionswerkstoffen, wie Baustahl und Polymerwerkstoffen, unterliegt die Rissspitze einer erheblichen plastischen Verformung, die eine große Menge an plastischer Verformungsenergie verbraucht.

Daher muss die Griffith-Formel geändert werden, um dieses Phänomen genau widerzuspiegeln.

2. Mechanische Eigenschaften von Materialien unter einachsiger statischer Spannung

1. Weicher Koeffizient des Spannungszustandes

Das Verhältnis zwischen der maximalen Scherspannung τmax und der maximalen Normalspannung σmax wird als Weichheitsgrad des Spannungszustands bezeichnet und mit α bezeichnet.

Je größer α ist, desto größer ist die maximale Scherspannungskomponente, was auf einen weicheren Spannungszustand und eine leichtere plastische Verformung des Materials hinweist.

Umgekehrt gilt: Je kleiner α ist, desto härter wird der Spannungszustand, was zu einem spröderen Bruch führt.

2. Wie ist das Phänomen der "Kerbverfestigung" von Kunststoffen zu verstehen?

Wenn eine Probe eine Kerbe aufweist, ist ihre Fließspannung höher als die einer Probe unter einachsiger Spannung, da dreiachsige Spannungen vorhanden sind, was als Phänomen der "Kerbverfestigung" bezeichnet wird.

Diese "Kerbverfestigung" kann jedoch nicht als eine Methode der Materialverfestigung angesehen werden, da sie ausschließlich das Ergebnis der plastischen Verformung des Materials unter dem Einfluss dreidimensionaler Spannungen ist.

In diesem Fall bleibt der materialeigene Wert von σs unverändert.

3. Die Eigenschaften und Anwendungsbereiche von einachsigen Zug-, Druck-, Biege- und Torsionsversuchen werden umfassend verglichen.

Überarbeitet:

Bei unidirektionalem Zug ist die Normalspannungskomponente groß, während die Schubspannungskomponente klein ist, was zu einem harten Spannungszustand führt.

Diese Prüfung wird in der Regel bei Materialien mit geringer plastischer Verformungs- und Schnittfestigkeit, den so genannten plastischen Materialien, durchgeführt.

Die unidirektionale Druckprüfung hat einen Weichheitsbeiwert von a=2 und wird hauptsächlich zur Prüfung spröder Materialien verwendet.

Bei Biegeversuchen kommt es nicht zu der bei Zugversuchen auftretenden Durchbiegung der Probe.

Bei der Biegung erreicht die Spannungsverteilung im Querschnitt ihr Maximum an der Oberfläche, was sie zu einem wirksamen Mittel zur Darstellung von Oberflächenfehlern in Materialien macht.

Torsionstest: Der Weichheitskoeffizient des Spannungszustands bei Torsion ist höher als der bei Zug, so dass es sich um eine wirksame Methode zur Bewertung der Festigkeit und Plastizität von Materialien handelt, die unter Zug spröde sind.

Bei der Torsionsprüfung ist die Spannungsverteilung auf dem Probenabschnitt an der Oberfläche am höchsten, wodurch sie sehr empfindlich auf die Materialeigenschaften reagiert. Oberflächenhärtung und Oberflächenfehler.

Der Torsionsversuch führt zu einer annähernd gleichen Normal- und Scherspannung.

Die Bruchfläche im Torsionsversuch steht senkrecht zur Probenachse und wird häufig zur Bewertung plastischer Materialien verwendet.

Beim Normalbruch beträgt der Winkel zwischen der Bruchfläche und der Probenachse etwa 45 Grad, was auf die Normalspannung zurückzuführen ist. Spröde Materialien weisen häufig diese Art von Bruchfläche auf.

4. Versuchen Sie, die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den Prinzipien der Brinell-Härteprüfung und der Vickers-Härteprüfung zu vergleichen, und vergleichen Sie die Vor- und Nachteile der Brinell-Härteprüfung, der Rockwell-Härteprüfung und der Vickers-Härteprüfung sowie deren Anwendungsbereich.

Das Prinzip der Vickers-Härteprüfung ist ähnlich wie das der Brinell-Härte Prüfung, da beide Methoden Härtewerte auf der Grundlage der Belastung pro Flächeneinheit des Eindrucks berechnen.

Der Hauptunterschied zwischen den beiden Prüfungen besteht in der Art des verwendeten Eindringkörpers. Bei der Vickers-Härteprüfung wird ein pyramidenförmiger Diamanteindringkörper mit einem Winkel von 136 Grad zwischen den gegenüberliegenden Seiten verwendet. Im Gegensatz dazu wird bei der Härteprüfung nach Brinell eine gehärtete Stahlkugel oder ein Hartlegierung Kugel als Eindringkörper.

Vorteile der Härteprüfung nach Brinell:

Die große Eindringfläche der Brinell-Härteprüfung ermöglicht es, die durchschnittliche Leistung jeder einzelnen Phase über eine große Fläche wiederzugeben, und die Prüfergebnisse sind stabil und in hohem Maße wiederholbar.

Die Härteprüfung nach Brinell eignet sich daher besonders für die Messung der Härte von Materialien wie Grauguss und Lagerlegierungen.

Nachteile der Härteprüfung nach Brinell:

Aufgrund des großen Eindrucksdurchmessers der Brinell-Härteprüfung ist sie für die direkte Prüfung von Fertigerzeugnissen im Allgemeinen ungeeignet.

Die Notwendigkeit, den Durchmesser und die Belastung des Eindringkörpers bei Materialien mit unterschiedlicher Härte zu ändern, sowie die Unannehmlichkeiten bei der Messung des Eindringdurchmessers sind weitere Nachteile des Tests.

Vorteile der Rockwell-Härteprüfung:

Einfache und schnelle Bedienung;

Die Vertiefung ist klein, und das Werkstück kann direkt geprüft werden;

Benachteiligungen: 

Schlechte Darstellung aufgrund der kleinen Einkerbung;

Die mit verschiedenen Skalen gemessenen Härtewerte können weder direkt verglichen noch ausgetauscht werden.

Die Härteprüfung nach Vickers hat viele Vorteile:

Genaue und zuverlässige Messung;

Sie können jede beliebige Last auswählen.

Darüber hinaus hat die Vickers-Härte nicht das Problem, dass die Härte der verschiedenen Skalen der Rockwell-Härte nicht vereinheitlicht werden kann, und die Dicke des Prüfstücks ist dünner als die der Rockwell-Härte.

Nachteile der Vickers-Härteprüfung: 

Das Messverfahren ist umständlich, die Arbeitseffizienz ist gering, die Eindruckfläche ist klein und die Repräsentativität ist schlecht, so dass es sich nicht für die Routinekontrolle in der Massenproduktion eignet.

Weiterführende Lektüre: Metallhärte: Der definitive Leitfaden

3. Schlagzähigkeit und Tieftemperatursprödigkeit von Werkstoffen

1. Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen, duktil-spröde Übergangstemperatur.

Wenn die Temperatur während der Prüfung unter eine bestimmte Temperatur tk (die Duktil-Spröd-Übergangstemperatur) sinkt, gehen Werkstoffe wie Metalle und Legierungen mit bcc-Kristallen oder dicht gepackten hexagonalen Kristallen, insbesondere mittel- und niedrigfeste Baustähle, die häufig in der Technik verwendet werden, von einem duktilen in einen spröden Zustand über, was zu einer erheblichen Verringerung der Schlagabsorptionsenergie führt.

Dieser Übergang ist gekennzeichnet durch einen Wechsel der Bruchart von Mikroporenaggregation zu transgranularer Spaltung und eine Änderung des Brucherscheinungsbildes von faserig zu kristallin, ein Phänomen, das als Tieftemperatursprödigkeit bekannt ist.

2. Das physikalische Wesen der Tieftemperatursprödigkeit und die sie beeinflussenden Faktoren werden erläutert.

Bei Temperaturen unterhalb der Übergangstemperatur von duktil zu spröde ist die Bruchfestigkeit geringer als die Streckgrenze, was zu einem spröden Verhalten bei niedrigen Temperaturen führt.

A. Der Einfluss der Kristallstruktur: Körperzentrierte kubische Metalle und ihre Legierungen sind bei niedrigen Temperaturen spröde, während flächenzentrierte kubische Metalle und ihre Legierungen im Allgemeinen keine Sprödigkeit bei niedrigen Temperaturen aufweisen.

Die Sprödigkeit von BCC-Metallen bei niedrigen Temperaturen kann eng mit dem Phänomen des späten Nachgebens zusammenhängen.

B. Der Einfluss der chemischen Zusammensetzung: der Gehalt an gelösten Zwischengitterelementen steigt, die höhere Energie sinkt und die Duktil-Spröd-Übergangstemperatur steigt.

C. Einfluss des Mikrogefüges: Die Verfeinerung von Korn und Struktur kann die Zähigkeit von Werkstoffen erhöhen.

D. Einfluss der Temperatur: Es ist relativ komplex und spröde (blau spröde) innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs.

E. Auswirkung der Belastungsrate: Eine Erhöhung der Belastungsrate ist gleichbedeutend mit einer Senkung der Temperatur, wodurch die Sprödigkeit des Materials zunimmt und die Duktil-Spröd-Übergangstemperatur steigt.

F. Einfluss von Form und Größe der Probe: je kleiner der Krümmungsradius der Kerbe, desto höher tk.

3. Der Grund für die Verbesserung der Zähigkeit durch Verfeinerung der Körner?

Korngrenzen dienen als Widerstand gegen die Rissausbreitung.

Die Verringerung der Anzahl der Versetzungen an der Vor-Korngrenzen-Packung trägt zur Verringerung der Spannungskonzentration bei.

Eine Vergrößerung der gesamten Korngrenzenfläche reduziert die Konzentration von Verunreinigungen entlang der Korngrenzen und verringert damit die Wahrscheinlichkeit eines intergranularen Sprödbruchs.

4. Bruchzähigkeit von Werkstoffen

1. Spannungsarmer Sprödbruch

Wenn die Arbeitsspannung großer Teile nicht hoch ist und sogar weit unter der Streckgrenze liegt, kommt es häufig zu einem Sprödbruch, der als spannungsarmer Sprödbruch bezeichnet wird.

2. Erläutern Sie die Namen und Bedeutungen der folgenden Symbole: KIc; JIc; GIc; δc.

KIC (der Spannungs-Dehnungsfeld-Intensitätsfaktor an der Rissspitze im Risskörper) ist ein Maß für die Bruchzähigkeit bei ebener Dehnung und stellt die Fähigkeit eines Materials dar, einer instabilen Rissausbreitung unter ebenen Dehnungsbedingungen zu widerstehen.

JIc (die Dehnungsenergie an der Rissspitze) wird auch als Bruchzähigkeit bezeichnet und steht für die Fähigkeit eines Werkstoffs, der Rissentstehung und -ausbreitung zu widerstehen.

GIc steht für die Energie, die pro Flächeneinheit verbraucht wird, um eine instabile Rissausbreitung in einem Material zu verhindern.

δC (Rissöffnungsverschiebung), auch bekannt als Materialbruchzähigkeit, gibt die Fähigkeit eines Materials an, den Beginn der Rissausbreitung zu verhindern.

3. Erklären Sie die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen KI und KIc.

KI und KIC sind zwei unterschiedliche Konzepte.

KI ist ein mechanischer Parameter, der die Stärke des Spannungs-Dehnungsfeldes an der Rissspitze im Risskörper darstellt und von der angelegten Spannung, der Probengröße und der Rissart abhängt, aber unabhängig vom Material ist.

Andererseits ist KIC ein Index für die mechanischen Eigenschaften des Materials, der von internen Faktoren wie Zusammensetzung und Struktur abhängt, aber nicht von externen Faktoren wie angewandter Spannung und Probengröße beeinflusst wird.

Die Beziehung zwischen KI und KIC ist ähnlich wie die zwischen σ und σs, wobei KI und σ mechanische Parameter sind und KIC und σs Indizes für mechanische Eigenschaften von Materialien.

5. Ermüdungseigenschaften von Werkstoffen

1. Was sind die Merkmale von Ermüdungsbrüchen?

(1) Bei dieser Art von Versagen handelt es sich um ein plötzliches und unerwartetes Versagen, das ohne erkennbare plastische Verformung auftritt, bevor Ermüdungsbruch und ist durch Sprödbruch gekennzeichnet.

(2) Ermüdungsbruch ist eine Art verzögerter Bruch mit geringem Spannungszyklus.

(3) Die Ermüdung reagiert sehr empfindlich auf Defekte wie Kerben, Risse und strukturelle Mängel.

(4) Die Ermüdungsformen können auf verschiedene Weise klassifiziert werden.

Zu den Ermüdungsformen gehören je nach Spannungszustand Biegeermüdung, Torsionsermüdung, Zug- und Druckermüdung, Kontaktermüdung und Verbundermüdung.

Auf der Grundlage des Spannungsniveaus und der Bruchlebensdauer kann die Ermüdung weiter in Ermüdung mit hohem Zyklus und Ermüdung mit niedrigem Zyklus unterteilt werden.

2. Wie viele charakteristische Bereiche der Ermüdungsbruchfläche?

Ermüdungsquelle, Ermüdungsrisswachstumszone und Übergangsbruchzone.

3. Versuchen Sie, die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen σ-1und ΔKth.

σ-1 (Ermüdungsfestigkeit) stellt die unendliche Dauerfestigkeit glatter Proben dar, die sich für die herkömmliche Auslegung und Überprüfung der Dauerfestigkeit eignet;

ΔKth (Schwellenwert des Ermüdungsrisswachstums) steht für die unendliche Ermüdungsleistung der Rissprobe, die für die Auslegung und den Nachweis der Ermüdungsfestigkeit der gerissenen Teile geeignet ist.

6. Verschleißfestigkeit von Materialien

1. Wie viele Arten von Verschleiß gibt es? Sie zeigt die Morphologie der Oberflächenschäden.

Adhäsionsverschleiß, abrasiver Verschleiß, Korrosionsverschleiß und Ermüdungsverschleiß durch Lochfraß (Kontaktermüdung).

Adhäsionsverschleiß: Die Verschleißoberfläche ist durch unterschiedlich große Krusten auf der Oberfläche der Teile gekennzeichnet.

Abrasiver Verschleiß: Rille, die durch einen Kratzer oder eine deutliche Furche auf der Reibfläche entsteht.

Kontaktmüdigkeit: Auf der Kontaktfläche befinden sich zahlreiche, zum Teil tiefe Vertiefungen (Pockmarks), und am Boden sind Spuren von Ermüdungsrissen zu erkennen.

2. Ist die Aussage "Je härter das Material, desto höher die Verschleißfestigkeit" richtig? Warum?

Richtig. Denn der Verschleiß ist umgekehrt proportional zur Härte.

3. Unter dem Gesichtspunkt der Verbesserung der Materialermüdungsfestigkeit, der Kontaktermüdungsfestigkeit und der Verschleißfestigkeit werden die Punkte analysiert, die bei der chemischen Wärmebehandlung zu beachten sind.

Die Druckeigenspannung der Deckschicht wird erhöht, während die Oberfläche Festigkeit und Härte erhöht werden.

7. Hochtemperaturverhalten von Materialien

1. Erklären Sie die folgenden Begriffe:

Ungefähre spezifische Temperatur: T/Tm

Kriechen: Darunter versteht man die allmähliche plastische Verformung eines Materials unter dem Einfluss konstanter Temperatur und Belastung über einen längeren Zeitraum.

Dauerfestigkeit: Dieser Begriff bezieht sich auf die maximale Belastung, die ein Material bei einer bestimmten Temperatur und innerhalb eines bestimmten Zeitraums aushalten kann, ohne dass es zum Kriechbruch kommt.

Kriechgrenze: Sie gibt die Beständigkeit eines Werkstoffs gegen Hochtemperatur-Kriechverformung an.

Relaxationsstabilität: Der Begriff, der die Fähigkeit eines Materials beschreibt, der Spannungsrelaxation zu widerstehen, wird als Relaxationsstabilität bezeichnet.

2. Die Kriechverformung und der Bruchmechanismus von Materialien werden zusammengefasst.

Zu den wichtigsten Mechanismen der Kriechverformung in Materialien gehören Versetzungsgleiten, atomare Diffusion und Korngrenzengleiten.

Bei Polymerwerkstoffen ist die Dehnung der Molekülketten unter äußerer Krafteinwirkung ebenfalls ein Faktor, der zum Kriechen beiträgt.

Interkristalliner Bruch ist eine häufige Form des Kriechbruchs, insbesondere bei hohen Temperaturen und niedrigen Spannungen. Dies liegt daran, dass die Festigkeit von polykristallinen Körnern und Korngrenzen mit der Temperatur abnimmt, letztere jedoch schneller, was zu einer geringeren Korngrenzenfestigkeit im Verhältnis zur Kornfestigkeit bei hohen Temperaturen führt.

Es gibt zwei Modelle zur Erklärung des Korngrenzenbruchs: das Modell des Korngrenzengleitens und der Spannungskonzentration und das Modell der Leerstellenaggregation.

3. Die Unterschiede zwischen den Mechanismen der Kriechverformung und der plastischen Verformung von Metallen bei hohen Temperaturen werden erörtert.

Der Mechanismus der plastischen Verformung von Metallen beruht auf Schlupf und Zwillingsbildung.

Der Kriechverformungsmechanismus von Metallen wird hauptsächlich durch Versetzungsgleiten, Diffusionskriechen und Korngrenzengleiten angetrieben.

Bei hohen Temperaturen sorgt die erhöhte Temperatur für eine thermische Aktivierung von Atomen und Leerstellen, wodurch sich Versetzungen bewegen und weiterhin Kriechverformungen verursachen können.

Unter dem Einfluss einer äußeren Kraft wird im Kristall ein ungleichmäßiges Spannungsfeld erzeugt, das zu Unterschieden in der potenziellen Energie zwischen den Atomen und den Leerstellen führt. Dies führt zu einer gerichteten Diffusion von hoher potentieller Energie zu niedriger potentieller Energie.

8. Thermische Eigenschaften von Materialien

1. Versuchen Sie, die Faktoren zu analysieren, die die Wärmekapazität von Materialien beeinflussen?

Bei festen Materialien wird die Wärmekapazität nicht wesentlich durch die Struktur des Materials beeinflusst.

Bei einem Phasenübergang erster Ordnung ändert sich die Kurve der Wärmekapazität abrupt und hat einen unendlichen Wert.

Bei einer Phasenumwandlung zweiter Ordnung erfolgt die Veränderung allmählich über einen bestimmten Temperaturbereich und führt zu einer endlichen maximalen Wärmekapazität.

2. Versuchen Sie zu erklären, warum die Wärmeleitfähigkeit von Glas oft um mehrere Größenordnungen niedriger ist als die von kristallinen Festkörpern.

Amorphe Materialien haben eine niedrige Wärmeleitfähigkeit, da ihre kurzreichweitig geordnete Struktur als ein Kristall mit extrem kleinen Körnern angesehen werden kann.

Aufgrund der geringen Korngröße und der zahlreichen Korngrenzen werden die Phononen leicht gestreut, was zu einer deutlich geringeren Wärmeleitfähigkeit führt.

9. Magnetische Eigenschaften von Materialien

1. Warum wird Diamagnetismus in Materialien erzeugt?

Unter der Einwirkung eines Magnetfeldes führt die Umlaufbewegung der Elektronen in der Materie zu Diamagnetismus.

2. Was sind die wichtigsten Anwendungen der diamagnetischen und paramagnetischen Suszeptibilität in der Metallforschung?

Bestimmung der maximalen Löslichkeitskurve im Phasendiagramm der Legierung:

Unter Ausnutzung der Regel, dass einphasige Mischkristalle einen höheren Paramagnetismus aufweisen als zweiphasige Mischstrukturen, und der linearen Beziehung zwischen dem Paramagnetismus der Mischung und der Legierungszusammensetzung können die maximale Löslichkeit einer Legierung bei einer bestimmten Temperatur und die Löslichkeitskurve der Legierung bestimmt werden.

Untersuchung der Zersetzung von Aluminium-Legierungen:

Um die Zersetzung von Aluminiumlegierungen besser zu verstehen, wurden der Übergang von Ordnung zu Unordnung, der Isomerieübergang und die Rekristallisationstemperatur untersucht.

3. Erklären Sie die Bedingungen, unter denen Ferromagnetismus auftritt.

Damit ein Metall Ferromagnetismus aufweist, müssen seine Atome nicht nur magnetische Spinmomente ungleich Null haben, sondern diese Momente müssen sich auch spontan ausrichten und eine spontane Magnetisierung erzeugen.

4. Versuchen Sie, die wichtigsten Leistungsmerkmale von weichmagnetischen und hartmagnetischen Werkstoffen zu erklären.

Weichmagnetische Werkstoffe haben eine enge Hystereseschleife und zeichnen sich durch eine hohe magnetische Leitfähigkeit und einen niedrigen Hc-Wert aus. Im Gegensatz dazu haben hartmagnetische Werkstoffe eine dicke Hystereseschleife, hohes Hc, Br und (BH)m.

10. Elektrische Eigenschaften von Materialien

1. Erklären Sie die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen der Theorie der freien Elektronenleitung und der klassischen Leitungstheorie.

In einem Metall ist das von den positiven Ionen erzeugte elektrische Feld gleichmäßig und es gibt keine Wechselwirkung zwischen den Valenzelektronen und den Ionen. Dieses Feld wird als eine Eigenschaft des gesamten Metalls betrachtet und ermöglicht die freie Bewegung der Elektronen im gesamten Metall.

Nach der Theorie der freien Quantenelektronen behalten die inneren Elektronen jedes Atoms im Metall den Energiezustand eines einzelnen Atoms, während die Valenzelektronen aufgrund der Quantisierung unterschiedliche Energiezustände haben und verschiedene Energieniveaus aufweisen.

Die Energiebandtheorie erkennt auch an, dass die Valenzelektronen in Metallen geteilt und in ihrer Energie gequantelt sind, aber sie legt nahe, dass das von Ionen in Metallen erzeugte Potenzialfeld nicht gleichmäßig ist, sondern sich periodisch ändert.

2. Warum nimmt der Widerstand eines Metalls mit der Temperatur zu, während der eines Halbleiters mit der Temperatur abnimmt?

Der Temperaturanstieg verstärkt die Ionenschwingung und erhöht die Amplitude der thermischen Schwingung, was zu einer erhöhten atomaren Unordnung, einer geringeren Elektronenbewegung und einer erhöhten Streuungswahrscheinlichkeit führt. Diese Faktoren führen zu einem Anstieg des spezifischen Widerstandes.

In Halbleitern wird die Leitfähigkeit hauptsächlich durch Elektronen und Löcher bestimmt. Ein Temperaturanstieg erhöht die kinetische Energie der Elektronen, was zu einem Anstieg der Zahl der freien Elektronen und Löcher im Kristall und damit zu einem Anstieg der Leitfähigkeit und einem Rückgang des Widerstands führt.

3. Was sind die drei wichtigsten Indikatoren für die Leistung von Supraleitern?

(1) Kritische Übergangstemperatur Tc

(2) Kritisches Magnetfeld Hc

(3) Kritische Stromdichte Jc

4. Die Anwendung der Widerstandsmessung in der Metallforschung wird kurz erörtert.

Die Veränderung der Mikrostruktur von Metallen und Legierungen wird durch Messung der Veränderung des spezifischen Widerstands untersucht.

(1) Messung der Löslichkeitskurve des Feststoffs

(2) Messung der Umwandlungstemperatur in einer Formgedächtnislegierung.

5. Was sind die leitfähigen empfindlichen Effekte von Halbleitern?

Thermischer Effekt, lichtempfindlicher Effekt, druckempfindlicher Effekt (spannungsempfindlich und druckempfindlich), magnetempfindlicher Effekt (Hall-Effekt und Magnetowiderstandseffekt), usw.

6. Was sind die wichtigsten Schadensformen bei Dämmstoffen?

Elektrischer Abbau, thermischer Abbau und chemischer Abbau.

11. Optische Eigenschaften von Materialien

1. Das Konzept der linearen optischen Leistung und ihre grundlegenden Parameter werden kurz beschrieben.

Lineare optische Eigenschaften: Wenn Licht mit einer einzigen Frequenz auf ein transparentes Medium trifft, das kein Licht absorbiert, ändert sich seine Frequenz nicht. Wenn Licht mit unterschiedlichen Frequenzen gleichzeitig auf das Medium trifft, kommt es zu keiner Wechselwirkung zwischen den Lichtwellen und es entsteht keine neue Frequenz.

Wenn sich zwei Lichtstrahlen kreuzen, kommt es zur Interferenz, wenn es sich um kohärentes Licht handelt. Handelt es sich um inkohärentes Licht, wird nur die Intensität des Lichts kombiniert, was dem Prinzip der linearen Überlagerung entspricht.

Weitere optische Eigenschaften sind Brechung, Dispersion, Reflexion, Absorption und Streuung.

2. Versuchen Sie zu analysieren, ob es möglich ist, transparente Metallprodukte herzustellen?

Es ist nicht sinnvoll, Metalle für die Optik des sichtbaren Lichts zu verwenden, da sie sichtbares Licht stark absorbieren. Das liegt daran, dass die Valenzelektronen in Metallen ein unvollständiges Band besetzen und sich nach der Absorption von Photonen in einem angeregten Zustand befinden. Sie können durch Kollisionen Energie übertragen und Wärme erzeugen, gehen aber nicht in das Leitungsband über.

3. Die Bedingungen für die Erzeugung nichtlinearer optischer Eigenschaften werden kurz beschrieben.

Das einfallende Licht ist stark;

Symmetrieanforderungen an Kristalle;

Phasenanpassung.

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Shane
Autor

Shane

Gründerin von MachineMFG

Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.

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