第一章 低温下材料的物理性质与测试技术

第一章低温下材料的物理性质与测试技术

1.0 引言

自1908年荷兰科学家昂纳斯将最后一个“永久气体”氦气液化，成功地获得4.2K（即 269℃）的低温以来，低温物理、超导电技术及其他低温技术的研究和应用发展很快。稀释制冷机、绝热去磁等技术的发展，开辟了mK温区的新研究领域，一些以前在较高温度下观察不到的物理现象陆续被人们所发现。当外界温度极低，物质热运动能量大大降低，被热运动所掩盖的物质内部相互作用所决定的固有性质便凸现出来，给人们带来了一些意想不到的效应，使得对物质状态和性质随温度变化的研究变得非常有趣。在物理学、化学、材料科学、空间技术及其他性质上有密切联系的领域中，低温已成为研究物质性质的极端条件之一。低温的最基本效应是减小热运动引起的无序，揭示物质的本征性质，从而引导人们更好地理解自然界中以多种不同方式形成的凝聚态物质的性质和现象，以及只有在低温环境下才能出现的新现象，包括新相的产生，新有序态的形成等等。所以，低温物理是物理学中一个十分重要的研究领域。

材料的各项物理性能参数（密度、弹性、电阻、热容、热传导，热膨胀、热电势、磁性、相变点等等）是研究材料内部结构和变化过程的重要线索，也是使用材料的依据。温度在材料性质研究中是决定性的变量之一。研究材料在低温下的物理性质首先要对材料在低温下的各项物理性能参数做大量的实验与测试。因而要学习低温实验的原理与方法，了解低温实验的特点，建立准确可靠的低温实验装置和选择合适的实验方法。

本章前面两节讲述进行低温实验的基础技术，包括低温液体的使用，小型制冷机的运行以及实用低温恒温器等，这些是低温物理实验所必须具备的最基本的知识。后两节围绕本综合实验所设计的内容，介绍材料在低温下的物理性质以及测试技术的原理和方法，它包括材料在低温下的电性质、磁性质和常用的测试技术，以及计算机控温、实时数据采集与处理在物性测试中的应用等。本章设计的综合性实验是在液氮和小型制冷机两种低温环境下进行，配有两套代表性的低温恒温器，设计了最基本的直流测量和交流测量。在加强基础同时，选择与当前凝聚态物理研究方向相关的几类代表性系列试样进行实验，使读者熟悉和掌握材料的物理性能参数随温度变化的基本概念和低温下测试技术的基本知识点。本实验涉及的基础知识

面广，实用性强，突出了低温下实验工作的特殊性。希望读者从这一章中既可以获得一个低温物理实验工作者所必备的专业知识，又可以顺利地完成本实验。当然，低温物理的研究面广，相应的测试方法也很多，因篇幅有限，有兴趣的读者可以有针对性地查阅相关专著和文献。

1.1 低温基础技术

1971年，国际制冷学会对0℃以下温区进行划分，建议温度高于120K为冷冻温区，120K 与0.3K之间的温区为低温温区，低于0.3K为超低温温区。在低温温区的物理实验中，常用沸点比室温低得多的低温液体作冷源。将试样或实验装置浸泡在低温液体中，借低温液体的蒸发得以冷却。除了低温液体作冷源外，近年来，在高温超导和低温物性研究中，小型制冷机越来越多地被使用，特别适合于缺乏低温液体或野外工作的场合。

1.1.1低温液体的性质和使用

在低温物理实验中，常用的低温液体和它们的物理性质列于表1.1。

表1.1 常用低温液体和物理性质

①atm为标准大气压，属于非法计量单位，1atm=101 325Pa。

因为氮气和氦气为惰性气体，使用安全，所以实验室中最常用的低温液体是液氮和液氦。液氧和液氢主要用作火箭的液体燃料。

浸泡在低温液体中的实验试样或装置靠低温液体的蒸发而被冷却。低温液体汽化时要吸收一定的热量，即为汽化潜热。因此，低温液体的汽化潜热越小，冷却实验装置并使其保持在低温所消耗的低温液体就越多。如果用低温蒸汽冷却，则是靠低温蒸汽在升温过程中吸收热量，此为显热。对于等压过程，其值等于升温时气体焓值的增加，所以显热是标志低温冷蒸汽的冷却能力。

一、液氮

液氮的正常沸点是77.344K ，能通过工业规模的生产（空气液化分馏）比较经济地获得。液氮无色无味、不燃不炸，贮藏和使用都很方便、安全，并且有较高的冷却能力，在低温实验中得到广泛的应用。液氮的沸点和凝固点之间的温差约为15K ，由于比较狭窄，因此当使用机械泵减压时极容易变成固体，其固体是一种无色透明的结晶。

液氮主要用做63K~300K 的冷源。将试样直接浸泡在低温液体中，试样温度降到77K 。如果将浸泡有试样的液氮容器封闭起来，用真空泵降低容器内氮蒸汽的压强，液氮温度可降到63K 。还可以设计制作以液氮作冷源的专门装置（低温恒温器），使试样获得63K~300K 的中间温度。当试样直接浸泡在盛有低温液体的敞口容器中，平衡时的温度大约是77K 。如果实验要求较精确的温度值，则平衡后必须考虑到环境大气压强、浸泡深度以及空气中氧的不断凝入等因素造成的修正。

两物体（温度分别为T H 和T L ）之间的辐射传热通量

4

4()H L AF T T Φσ=- （1.1.1）

式中，F 为两物体表面之间的净发射率，σ =5.67?10-8 W/(m 2·K 4)为斯忒藩-玻耳兹曼常数，

A 为表面积。Φ与44()H L T T -成正比。当T H >>T L 时，444H L H T T T -≈。由（1.1.1）式，辐射传 热很强地依赖于热物体的温度T H 。在低温工作中，常把盛有液氢或液氦的杜瓦放在液氮容

器中使这些低温液体的环境温度从室温降到77K ，则仅由辐射漏热造成的低温液体损失量将减少230倍。

液氦的汽化潜热很小（见表1.1），制取困难，价格昂贵。实验前要先用液氮将装置预冷到77K 附近，以节省液氦。因为将固体材料从室温冷却到低温液体正常沸点所需的冷量为材料在这两个温度下的焓值差。例如，1kg 铜在从300K 冷却到4.2K 的过程中，300K 与4.2K 的焓值差为79.6kJ/kg ，而77K 到4.2K 的焓值差为6.02kJ/kg ，两者之比6.02/79.6=7.6%。

这就是说，液氮完成了整个冷却任务的92.4%，所以液氦实验用液氮预冷可大大节省液氦的消耗。这个结论具有普遍意义，因为一般物质的比热容在77K 时都已减到很小，再继续冷却就比较容易了。

液氮还应用于氦液化器的预冷、纯化器的冷却以及真空技术中的冷阱等。

二、液氦

自然界的氦由质量数为4和3的两种稳定同位素组成，可写成4He 和3He 。大气中相对丰度为1:1.3?10-6。通常所说的氦如不特别注明，均指4He 。

液氦与普通液体有着极不相同的特性，这是由反映微观粒子运动规律的量子效应所引起的。因此常把液氦称为量子液体。其量子效应的两个突出表现是零点能效应和λ相变。由于零点能效应，液氦在常压下降温不固化。氦的密度低，汽化潜热小，光折射率以及介电常数与气体相近，而氦气的显热却是很大的，因此在液氦实验中不但要用液氮预冷或液氮保护，而且要充分利用冷氦气的显热来冷却试样或者装置，以节省液氦消耗，使低温实验维持较长的时间。

图1.1为4He 的相图。常压下液氦减压降温不固化，而是在T λ=2.176K 处液氦突然变得平静，不再沸腾。液氦相（He Ⅰ相）变成了另一个新的液相（He Ⅱ相）。液氦在T λ处发生的相变称为λ相变，T λ称为λ点，He Ⅱ相为超流相。

40

30

20

10

T (K)

p (?105

P a )

图 1.1 4He 相图

必须指出，低温液体的正确使用是使低温实验得以顺利进行的先决条件。在液氦使用中要特别注意如下几点：

（1）液氦的沸点低、汽化潜热小，生产成本高，要用优良的绝热容器保存。汽化后的氦气一般都回收。

（2）氦原子小，可渗透玻璃。因此玻璃液氦杜瓦的真空夹层为“活真空”，在液氦实验后要将进入夹层的氦气“冲洗”干净。

（3）HeⅡ的超流性使它可以无阻地通过小达1μm的微孔，引起所谓“超漏”。所以用于λ点温度以下的实验装置要非常仔细地设计、加工和检漏。如：尽量避免焊接，采用整体车制等。

（4）HeⅡ液面以上的器壁表面都有一层液氦膜，以一定的速度沿固体表面爬行，引起质量转移。爬行膜会增大液氦的蒸发率，使λ点以下的减压降温难以进行。

1.1.2 低温液体的贮存和输送

1892年，英国科学家詹姆斯·杜瓦（James Dewar）发明了存放低温液体的双层壁真空绝热容器。至今，几乎所有贮存低温液体容器的设计都还是以杜瓦的发明为基础，因此常称这些容器为杜瓦容器。

按制作材料，杜瓦容器可分为玻璃

杜瓦和金属杜瓦。玻璃杜瓦简单便宜，且直观，但易损坏。在室温下氦气能渗透入真空夹层使绝热性能下降。金属杜瓦牢固耐用，可以根据不同需要制作成不同形状，但制作较困难，价格较贵。从使用角度上看，杜瓦容器又可分为实验用杜瓦和贮存用杜瓦。贮存用的杜瓦容器又称贮槽，其容积较大，液体的蒸发率低。

图1.2给出了一个实验室比较通用的长直圆筒形金属杜瓦瓶。内筒用薄壁无缝不锈钢管制作。夹层采用多层绝热，即在真空夹层中由铝箔和含碳玻璃纤维纸隔层包扎。铝箔上端用铜丝捆扎在与不锈钢内筒焊接的一层层的铜环上。于是，由侧壁和底板投射到铝箔上的辐射热可传到杜瓦上部并由杜瓦内壁的冷蒸汽流带走。低温实验装置（低温恒温器）一般吊在杜瓦瓶盖上，插入低温液体中。在本章1.2节中，我们将

铜架

(

图 1.2 多层绝热的实验用金属杜瓦

介绍常用的低温恒温器。

作为贮存和运输用的杜瓦容器和实验用的杜瓦容器的主要区别在于它的颈管是细长的，以减小由颈管向下的室温辐射。图1.3所示是液氦贮槽及其内部结构示意图。由于这类绝热容器的内胆仅靠内颈管悬吊或悬丝固定，使用时注意不能倾倒，也不要受横向冲击。

C

B

A

d

D

H

图 1.3 液氦贮槽及其内部结构

小型液氮贮存容器，如图1.4所示，一般可运输液氮，也可直接用于低温实验。

图 1.4 液氮杜瓦容器

从液化器或贮槽输送液氦到实验杜瓦瓶必须使用特制的输液杜瓦管。输液管由两同心

薄壁不锈钢管组成，内外管不能直接相碰，夹层要保证高真空绝热。图1.5所示为输送液氦用的输液管，入口端插入液化器或贮槽中，出口端插入实验杜瓦。开始输液要慢一些，尽量减小输液过程中低温液体的消耗。为保证液氦输液管有良好的绝热性能，在输液前可以先用液氮试一下，要求在输送液氮时管外不结霜。但是，对于液氮，短时间输液往往直接用单层金属管或乳胶管。这时在管外表面上会结一层霜，它有助于减小漏热。

1.0 or 1.3 m 弹性接管

针形阀 1.0m

图 1.5 输运液氦用的输液管

1.1.3 小型制冷机

随着电子技术、材料科学、空间技术以及表面界面科学等学科的发展，人们需要在特定的空间内造成低温和真空条件，于是促使低温技术与真空技术的结合。小型制冷机正是反映了这种结合。小型制冷机可以方便地提供很宽温区的中间温度。它不需要低温液体作冷源，体积小、可移动，比较适合于野外工作或用于空间技术中。对缺乏低温液体条件的单位，可在小型制冷机冷却的低温恒温器上进行低温物理实验。常用的小型制冷机有：（1）吉福德-麦克马洪（Gifford-McMahon）循环制冷机，最低温度T min=6.5K，在20K 时为1W~20W制冷量。

（2）索尔文（Solvay）制冷机，性能与吉福德-麦克马洪制冷机相似。

（3）斯特林（Stirling）循环制冷机，T min=7.8K，在20K时为10W~400W制冷量。

根据需要，用户可以选择不同的制冷机。下面我们以G-M（吉福德—麦克马洪）制冷机为例，介绍其工作原理及使用方法。

一、制冷原理

室温下将高压气体充入一个贮有常温或低温气体的容器时，容器中压力升高，温度也升高。如果在充气同时对容器中的气体进行冷却，然后将该容器和低压气源接通，向低压空间绝热放气，容器中气体压力降低，同时温度也降低，便可制取冷量。

二、系统介绍

单级G-M制冷机如图1.6所示。它由压缩机组1、进气阀2、排气阀3、回热器4、换热器5和膨胀机6组成。压缩机组包括低压贮气罐a、高压贮气罐b、冷却器c和压缩机d 四大部分，彼此间以管道相连。2和3都处于室温下，由机械控制其开启和关闭，以控制4和6的气流。回热器4内装有高数目、大容量的金属网片，冷、热气流交替流过它，起着贮存和回收冷量从而达到冷热气流间换热的目的。换热器供输出冷量用。膨胀机6由薄

f

图 1.6 单级G-M制冷机

壁不锈钢气缸f和装在气缸里面并与其紧密配合的推移活塞e组成。推移活塞可在气缸中自由移动，造成气缸两端的两个有效容积（1）和（2）。（1）处在室温下，（2）处在低温下，它们与回热器用管道连结。因而e和f用导热性能差的材料制成。

三、工作过程

在图1.6所示的单级G-M制冷机中，工作气体在压缩机d中压缩，然后经冷却器c 冷却。清洁的高压气体进入高压贮气罐b。开始时，控制机构使活塞处于气缸底部，与此同时，打开冷却器进气阀。高压气体进入推移活塞上方的热腔容积（1）和回热器4。4和（1）的压力增高。当压力平衡后，推移活塞从气缸底部向上移动，把进入到热腔（1）的气体推移出去，经过回热器4被冷却后进入冷腔（2）。与此同时，还有一部分来自高压贮气罐的气体，也经回热器4被冷却后进入冷腔（2）。推移活塞移动到气缸顶部，进气阀关闭，排气阀打开，使冷腔（2）中的气体经换热器5、回热器4与低压贮气罐a连通。这时处在冷腔（2）中的高压气体，向低压贮气罐a放气。得到的制冷量经换热器5输出。气体经回热器4加热后，一部分进入热腔（1），一部分进入低压贮气罐a，然后由压缩机d吸入，压缩后再次进入高压贮气罐b。同时，推移活塞重新移动到气缸底部，排气阀关闭。即为一个周期，这样周而复始，整个系统就能够持续工作，连续不断地制取冷量。

双级G-M制冷机系统如图1.7所示。单级和双级G-M制冷机的差别在于膨胀机部分。另外，双级G-M制冷机多一个在更低温度下的回热器B，称为第二回热器。膨胀机由两个直径和长度不同的气缸和两个尺寸不同的推移活塞组成。两气缸的热端连在一起构成工作腔（1），两活塞并联在一起。第一级回热器A，处在较高温度下，第一级推移活塞热端腔（1）和冷端腔（2）通过它相连通。第二级回热器B，使得第二级推移活塞的冷端腔（3）与第一级推移活塞的冷端腔（2）、第一级回热器A的冷端相连通。第二级回热器用小铅球作填料。双级G-M制冷机的工作程序与单级G-M制冷机基本相同，双级在两个不同温度下同时制取冷量，其最低温度可达12K。

三级G-M制冷机增加了两个附加的膨胀空间，可在三个不同的温度下制取冷量，最低温度可达6.5K。

小型制冷机，国内已有单位生产，如第十六电子研究所研制的G-M系列制冷机（见图1.8），可用于低温电子器件和超导器件的冷却及其他需要低温环境的物理、化学、磁学、光学等研究领域。制冷机可配置低温控温仪，实现12K~300K温区内连续测温控温。

a

b

c

d 2

3

A

(3)

(1)

B

1

(2)

图 1.7 双级G-M 制冷机

图 1.8 我国第十六电子研究所研制的G-M 系列制冷机

1.2 低 温 恒 温 器

低温液体或制冷机给我们提供了低温的环境，而在实际工作中，经常要使样品或实验装置在所要求的中间温度（如4.2K~300K ，77K~300K 等）稳定一定的时间进行物理量的测量，然后再改变到另一温度。所以低温物理实验通常是在低温恒温器中进行的。低温恒温器是低温下的恒温装置，利用低温液体或者其他方法使样品处在恒定的或者按照所需方式变化的低温温度下，并能进行特定的一种或多种物理量测量的恒温装置。

与高温恒温装置相比较，低温下所有部件由于比热较小，微量的热量流入都会使温度上升。此外，低温液体或制冷机作为蓄冷库，是一个负的热能源。在设计制作低温恒温器时要考虑这些特殊性。恒温器的具体形式很大程度上取决于样品和所测物理量的种类和要求。在设计和制作中，除了对有关物理量的测量要有很好的了解外，还要用到几乎全部低温物理实验技术的知识。恒温器性能的优劣，往往是低温物理实验成败的关键。这里我们介绍一些实验室常见的恒温器。

1.2.1 高真空绝热恒温器

图1.9为一高真空绝热恒温器，整个装置浸泡在低

温液体中。在恒温器中，真空室C 需要达到10-6mmHg ①以上的高真空，以减小剩余气体的漏热。在实际操作中只要在室温下抽到10-4mmHg 左右的真空度，泡入液氮后真空室的真空度自然提高。试样S 、温度计T 与紫铜恒温块必须有良好的热接触。恒温块上有锰铜丝无感绕制的加热器H 1，可供恒温块加热。恒温块用热导很差的尼龙丝或用德银管悬吊在真空室的顶盖上。恒温块外加辐射屏R ，绕在辐射屏上的电加热丝H 2用来控制屏的温度，使之尽可能与样品温度一致，以减小辐射漏热。为消除室温到试样的引线漏热，测

量用的处在室温下的所有电引线经高真空接插件，由

高真空管道引入，先与热沉（在真空室内一块与液池热接触很好的铜柱）有良好的热接触，使之取得液池

温度，然后和辐射屏取得良好的热接触，最后再连结到试样上。

① mmHg 为非法定计量单位，1mmHg=133.322Pa 。

C 2

1

图 1.9 高真空绝热恒温器

将恒温器浸于低温液体中，使试样先取得液池温度，随后绝热，这个过程通常通过热开关来完成。在绝热环境下，利用加热丝给试样输送热量，这部分热量是可以被准确计量的。当单位时间输送给试样的热量与漏走的热量相平衡时，恒温块就稳定在某一温度。改变加热丝的功率或调整试样与周围低温液体间的漏热，可以获得不同的稳定的中间温度。用这种方法可以进行液体正常沸点以上的低温物理实验，如4.2K~77K，77K~300K。

应该指出的是：试样的温度应从低到高，在升温过程中控制温度并进行测量。因为试样是绝热的，一旦升温过头，再要冷下来要等很长时间，且消耗液体。

1.2.2 减压降温恒温器

图1.10为一减压降温系统。在减压降温恒温器中，把试样或者实验装置S直接浸泡在低温液体里面。通过抽气系统对实验杜瓦瓶减压，即可改变液池的温度。压强越低温度越低，这就是减压降温。温度可由蒸汽压确定，控制蒸汽压即可控制温度。温度范围一般在液体的沸点与三相点之间，例如，液氮为77K~63.15K；液氢为20K~13.8K。对液态氦，减压到超流态时，由于超流氦的爬行膜现象，沿容器壁向上爬行的氦膜在温度较高处蒸发，且这种蒸发随着HeⅡ温度的降低而迅速增大。因此4He减压降温到1K以下就比较困难了。

图 1.10 减压降温系统

减压降温过程中，温度的控制是通过控制蒸汽压的方法达到的。图1.10中所示的压力控制系统中。D是主阀，起粗调作用，可从大气压调到所需的压强附近。F是针尖阀，起微调作用。P是自动恒压器，使液池内的压强平衡在所需要的某一稳定的温度所对应的压强上。液池温度由水银压力计P或者真空表来测量，油压差计U用来监视液池内压强的波动，示出所控温度的稳定度。减压所能达到的最低压强取决于减压系统的抽速和到达液池的热流

的大小。为了得到尽可能低的温度，设法减小减压系统的流阻和液池的漏热。

应当指出的是：试样的温度应从高到低，即在减压的过程中进行测量。在减压时，表面液体蒸发，温度较低，由于对流作用，液池温度整体均匀。但是在升压过程中，表面层温度回升较快，热的液体密度较低将留在表面上而不引起自然对流，加之低温液体本身导热系数低，因此可能在相当长时间内液池下部温度要比上部温度低得多。温度极不均匀。所以要得到沸点以下某一温度，一定要从较高的温度逐渐趋近这一温度。不要减压过头。超流HeII 热导率很好，无论降压或升压，液池内部温度都十分均匀。

1.2.3 漏热恒温器

图1.11为一般普遍采用的简单而又实用的漏热恒温器。在恒温器和液池之间人为地引入一定的热连结（漏热），控制加热功率使之与漏热功率平衡以获得

比较稳定的中间温度。该装置的特点是采用多种材料组成的热漏杆A ，A 上端是导热系数较差的黄铜，下端是导热系数良好的紫铜。样品室C 是用厚2mm~3mm 的紫铜制作的一个铜室，导热好，热容大，铜室内温度易于均匀平衡。试样S ，温度计T 与紫铜块保持良好的热接触。样品室上端用德银管或不锈钢

管与杜瓦瓶盖连结。样品室C 不密封，以利于冷蒸汽

进入，有助于室内温度的均匀。样品室可上下移动，以实现快速变温。浸泡在液池中的加热丝H 2用来蒸发

液体。所以，通过调节加热丝H 1的加热功率、引入室

内冷蒸汽的量以及上下移动恒温器，可使样品室C 稳定在某个所需的中间温度。

与高真空绝热恒温器相比，漏热恒温器在温度均

匀性、稳定性以及控温精度方面都不够高，但是它结构简单、操作方便、易于降温和变温而常常被使用。

1.2.4 连续流恒温器

连续流恒温器是直接将低温液体贮槽中的液体通过输液管流到恒温器来冷却试样。图1.12为斯文森（Swenson ）恒温器，是放在实验杜瓦中且内部带有氦液池的连续流恒温器。

它有效地利用低温液体的蒸发潜热和汽化时温度上升而伴随着的较大热容量。因此，冷却

C

12

S 图 1.11 漏热恒温器

能力大。

连续流恒温器装置的适应性强，可配置在各种仪器设备上。冷却速度快，只需要一种低温液体就可获得较宽的中间温度。实验结束，液体的消耗也就停止。其缺点是热交换器在低温下效率低，而且输液管要消耗一定液体。因此这种恒温器在低温下连续工作时液体消耗较大。

图 1.12 连续流恒温器

1.2.5 制冷机冷却的低温恒温器

图1.13是在小型制冷机上直接进行低温超导和低温物理实验。将待冷却试样或器件直接与制冷机冷头热接触，或是通过高热导的铜带来传热。试样温度先由制冷机冷却到最低温度，改变充气压强，自然升温或在制冷头上进行电加热，可以控制待测试样的温度。

若采用自然升温，制冷机冷头温度降到最低温度后关闭制冷机，则在低温下升温速度是非常快的，而在接近室温时温度上升缓慢，通常很难彻底达到室温。这样会出现在低温区测量的点过稀，而高温区测量点过于密集，误差增大，或很难达到指定温度等现象。实验过程中，可以在制冷机不关闭的情况下对制冷头进行适当的加热，调节加热功率，保证样品温度能够匀速地上升到指定温度。

压缩气

图 1.13 小型制冷机上的低温恒温器

1.2.6 PPMS简介

随着极端条件下凝聚态物理学、材料科学、高能物理以及其他科学与技术的发展，越来越需要稳定的、方便的、可靠的低温物理量测试系统。传统的利用低温液体直接冷却的“单一”物理量测试用的恒温器，无论从对低温实验技术的要求来看，还是从测试精度来看都不能满足现代工业和科学技术的需要。因此，研究和开发具有良好的低温实验环境的新方法和设备具有十分重要的意义。Quantum Design公司推出的综合物性测量系统Physical Property Measurement System（PPMS）为当今低温物理量测试与研究中先进的设备，见图1.14。在这套主设备上可以进行电、磁、热性质等多种物理量的自动测量，各种测量功能组件共享主系统提供的低温、强磁场环境以及共用测量电路、控制软件等。该系统提供的温度范围1.9K~400K，磁场最高可达16特斯拉，并把实验室的自动化提高到了新的水平。使用者可详细阅读说明书。

(纺织行业)纺织品检测

纺织品检测 ========== 纺织品作为时尚产品的代表，虽然凭借时尚的概念可以轻易引起不理性的消费，但产品的质量、各项性能和遵守相关法规也是产品成功的重要因素。 宁波捷通提供纺织品的各项检测服务，出具ITS天祥/ TUV莱茵国际权威检测报告，为您的产品出口提供有力的保障！ 检测服务专线：0574-******** 宁波捷通认证/ 邹小姐 【织物可燃性测试项目】 1. 普通织物的燃烧性能ASTM D1230，US CPSC 16 CFR PART 1610 ，CAN/CGSB-4.2 No. 27.5 2. 布料的燃烧速率（45度角）JIS L 1091 Method C，FTMS-191 Method 5908 3. 布料易燃性ISO 6941 EN 1103 4. 英国睡衣安全测试BS 5722，BS 5438 ，SI 1985 No. 2043 5. 澳洲儿童睡衣AS/NZS 1249 6. 瑞典成衣燃烧性能KOVFS 1985:5 7. 儿童睡衣DOC FF 3 US CPSC 16 CFR Part 1615，DOC FF 5 US CPSC 16 CFR Part 1616 8. 儿童睡衣燃烧性能EN 14878 9. 家具填充物防火测试California Technical Bulletin 117 10. 英国家具（防火及安全）条例SI 1988 No. 1324 ，BS 5852-2:1979，BS 5852-2:1982 11.家具—装潢家具可燃性的评价EN 1021-1, 2 12.地毯表面燃烧测试DOC FF 1 US CPSC 16 CFR Part 1630，DOC FF 2 US CPSC 16 CFR Part 1631 13.帐篷CPAI 84 14.毛毯ASTM D4151 15.汽车座垫防火测试FMVSS 302 ，GB 8410 16.汽车内饰防火测试ECE 44-Annex 4 17.美国带垫家具行动委员会UFAC Test Standard 18.床上用品燃烧性能BS EN ISO 12952-1, 2 ，EN ISO 12952-1, 2 ，NF EN ISO 12952-1, 2 19.表面燃烧BS 4569 20.非家用的衬垫类家具的阻燃性测试BS 7176:2007 21.窗帘及帘用织物的防火测试BS 5867：2008 22.防护衣防火测试BS EN ISO 15025:2002，BS EN 531 Code Letter A 23.聚乙烯塑料膜的燃烧测试CPSC 16 CFR 1611 24.美国加州床上用品填充物的阻燃测试California Technical Bulletin 604 (Draft) 25.睡袋的阻燃测试CPAI 75 ，ASTM F 1955 26.窗帘的防火性EN 1101 ，EN 1102 27.纺织品垂直方向试样易点燃性的测定ISO 6940，GB/T 8746 28.纺织品燃烧性能垂直方向火焰蔓延性能的测定ASTM D6413，GB/T 5456 29.服装织物燃烧性能测定EN 1103 30.纺织品和薄膜的燃烧性能测试（窗帘）NFPA 701:1989 31.帐篷织物燃烧性能测试BS 6341

现代材料测试技术试题答案

一、X射线物相分析的基本原理与思路 在对材料的分析中我们大家可能比较熟悉对它化学成分的分析，如某一材料为Fe96.5%,C 0.4%,Ni1.8%或SiO2 61%, Al2O3 21%,CaO 10% ,FeO 4%等。这是材料成分的化学分析。 一个物相是由化学成分和晶体结构两部分所决定的。X射线的分析正是基于材料的晶体结构来测定物相的。 X射线物相分析的基本原理是什么呢？ 每一种结晶物质都有自己独特的晶体结构，即特定点阵类型、晶胞大小、原子的数目和原子在晶胞中的排列等。因此，从布拉格公式和强度公式知道，当X射线通过晶体时，每一种结晶物质都有自己独特的衍射花样，它们的特征可以用各个反射晶面的晶面间距值d和反射线的强度来表征。 其中晶面网间距值d与晶胞的形状和大小有关，相对强度I则与质点的种类及其在晶胞中的位置有关。 衍射花样有两个用途： 一是可以用来测定晶体的结构，这是比较复杂的； 二是用来测定物相。 所以，任何一种结晶物质的衍射数据d和I是其晶体结构的必然反映，因而可以根据它们来鉴别结晶物质的物相，分析的思路将样品的衍射花样与已知标准物质的衍射花样进行比较从中找出与其相同者即可。 X射线物相分析方法有： 定性分析——只确定样品的物相是什么？ 包括单相定性分析和多相定性分析定量分析——不仅确定物相的种类还要分析物相的含量。 二、单相定性分析 利用X射线进行物相定性分析的一般步骤为: ①用某一种实验方法获得待测试样的衍射花样； ②计算并列出衍射花样中各衍射线的d值和相应的相对强度I值； ③参考对比已知的资料鉴定出试样的物相。 1、标准物质的粉末衍射卡片 标准物质的X射线衍射数据是X射线物相鉴定的基础。为此，人们将世界上的成千上万种结晶物质进行衍射或照相，将它们的衍射花样收集起来。由于底片和衍射图都难以保存，并且由于各人的实验的条件不同（如所使用的X射线波长不同），衍射花样的形态也有所不同，难以进行比较。因此，通常国际上统一将这些衍射花样经过计算，换算成衍射线的面网间距d值和强度I，制成卡片进行保存。

纺织品测试

纺织品检测 AOV 实验室通过 ILAC-MRA 协议，得到了世界上 40 多个国家实验室的互认，其中包括美国、 日本、加拿大、巴西和欧盟成员国等。 AOV实验室能根据行业的标准、规则和客户需求，为产品、原料及附件提供全面的检测服务，帮助客户最大限度减少贸易风险和保护生产商与消费者双方的利益。实验室以其专业的检测服务赢得了众多知名品牌、零售商和买家的认可。除了检测和验证服务，我们还提供各种培训服务，包括举办各类技术研讨会和有关产品标准、基本纺织 & 鞋 & 皮革知识、纺织品标签 & 鞋 & 皮革的研讨会等，与客 户共同分享最新的技术和检测标准的信息。 随着消费者绿色环保和健康安全意识的不断提高，越来越多的客户要求提供符合环保和健康安全要求的产品，特别是与皮肤或口腔直接接触的产品，如内衣、服装、毛巾、床上用品、鞋袜及其他卫生用品等。世界各地包括欧美发达国家和发展中国家都对此类产品制定出相当严格的国家标准及地区标准！ AOV 凭借专业的技术人才及实验室设备，对产品进行检测、认证及咨询服务，针对不同的产品类型、出口国家及客户需求等，为客户提供全面的、优质的“ 一站式服务” 。 AOV纺织品检测产品范围有：纤维与纱线、织物面料、羽绒产品、成衣、防晒衣服、功能性衣 服、服装辅料、皮革、鞋类、其它检测等。

检测标准 Testing Standards：

纺织品物性检测： 纤维成分分析FIBER COMPOSITION ANALYSIS 1、 纤维定性分析Fiber Qualitative Analysis 2、 纤维定量分析Fiber Quantitative Analysis 3、 成衣成分分析Garment Composition Analysis 4、 水份含量Moisture Content/Regain 色牢度检测COLOR FASTNESS TESTS 1、 耐洗色牢度Washing 2、 摩擦色牢度Rubbing/Crocking 3、 汗渍色牢度Perspiration 4、 干洗色牢度Dry cleaning 10、 耐干热色牢度Dry heat 11、 耐酸斑色牢度Acid spotting 12、 耐碱斑色牢度Alkaline spotting 13、 耐水斑色牢度Water spotting

材料分析测试技术复习题 附答案

材料分析测试技术复习题 【第一至第六章】 1.X射线的波粒二象性 波动性表现为： －以波动的形式传播，具有一定的频率和波长 －波动性特征反映在物质运动的连续性和在传播过程中发生的干涉、衍射现象 粒子性突出表现为： －在与物质相互作用和交换能量的时候 －X射线由大量的粒子流(能量E、动量P、质量m)构成，粒子流称为光子－当X射线与物质相互作用时，光子只能整个被原子或电子吸收或散射 2.连续x射线谱的特点，连续谱的短波限 定义：波长在一定范围连续分布的X射线，I和λ构成连续X射线谱 λ∞，波?当管压很低（小于20KV 时），由某一短波限λ 0开始直到波长无穷大长连续分布 ?随管压增高，X射线强度增高，连续谱峰值所对应的波长（1.5 λ 0处)向短波端移动 ?λ 0 正比于1/V, 与靶元素无关 ?强度I：由单位时间内通过与X射线传播方向垂直的单位面积上的光量子数的能量总和决定（粒子性观点描述）

?单位时间通过垂直于传播方向的单位截面上的能量大小，与A2成正比（波动性观点描述） 短波限:对X射线管施加不同电压时，在X射线的强度I 随波长λ变化的关系曲线中，在各种管压下的连续谱都存在一个最短的波长值λ0，称为短波限。 3.连续x射线谱产生机理 【a】.经典电动力学概念解释： 一个高速运动电子到达靶面时，因突然减速产生很大的负加速度，负加速度引起周围电磁场的急剧变化，产生电磁波，且具有不同波长，形成连续X射线谱。 【b】.量子理论解释： * 电子与靶经过多次碰撞，逐步把能量释放到零，同时产生一系列能量为hυi的光子序列，形成连续谱 * 存在ev=hυmax，υmax=hc/ λ0, λ0为短波限，从而推出λ0＝1.24/ V （nm) （V为电子通过两极时的电压降，与管压有关）。 * 一般ev≥h υ,在极限情况下，极少数电子在一次碰撞中将全部能量一次性转化为一个光量子 4.特征x射线谱的特点 对于一定元素的靶，当管压小于某一限度时，只激发连续谱，管压增高，射线谱曲线只向短波方向移动，总强度增高，本质上无变化。 当管压超过某一临界值后，在连续谱某几个特定波长的地方，强度突然显著

材料分析测试技术试卷答案

《材料分析测试技术》试卷（答案） 一、填空题：（20分，每空一分） 1. X射线管主要由阳极、阴极、和窗口构成。 2. X射线透过物质时产生的物理效应有：散射、光电效应、透射X射线、和热。 3. 德拜照相法中的底片安装方法有：正装、反装和偏装三种。 4. X射线物相分析方法分：定性分析和定量分析两种；测钢中残余奥氏体的直接比较法就属于其中的定量分析方法。 5. 透射电子显微镜的分辨率主要受衍射效应和像差两因素影响。 6. 今天复型技术主要应用于萃取复型来揭取第二相微小颗粒进行分析。 7. 电子探针包括波谱仪和能谱仪成分分析仪器。 8. 扫描电子显微镜常用的信号是二次电子和背散射电子。 二、选择题：（8分，每题一分） 1. X射线衍射方法中最常用的方法是（ b ）。 a．劳厄法；b．粉末多晶法；c．周转晶体法。 2. 已知X光管是铜靶，应选择的滤波片材料是（b）。 a．Co ；b. Ni ；c. Fe。 3. X射线物相定性分析方法中有三种索引，如果已知物质名时可以采用（c ）。 a．哈氏无机数值索引；b. 芬克无机数值索引；c. 戴维无机字母索引。 4. 能提高透射电镜成像衬度的可动光阑是（b）。 a．第二聚光镜光阑；b. 物镜光阑；c. 选区光阑。 5. 透射电子显微镜中可以消除的像差是（ b ）。 a．球差；b. 像散；c. 色差。 6. 可以帮助我们估计样品厚度的复杂衍射花样是（a）。 a．高阶劳厄斑点；b. 超结构斑点；c. 二次衍射斑点。 7. 电子束与固体样品相互作用产生的物理信号中可用于分析1nm厚表层成分的信号是（b）。 a．背散射电子；b.俄歇电子；c. 特征X射线。 8. 中心暗场像的成像操作方法是（c）。 a．以物镜光栏套住透射斑；b．以物镜光栏套住衍射斑；c．将衍射斑移至中心并以物镜光栏套住透射斑。 三、问答题：（24分，每题8分） 1.X射线衍射仪法中对粉末多晶样品的要求是什么？ 答：X射线衍射仪法中样品是块状粉末样品，首先要求粉末粒度要大小 适中，在1um-5um之间；其次粉末不能有应力和织构；最后是样品有一 个最佳厚度（t =

材料物理性能思考题

材料物理性能思考题 第一章：材料电学性能 1如何评价材料的导电能力？如何界定超导、导体、半导体和绝缘体材料？ 2 经典导电理论的主要内容是什么？它如何解释欧姆定律？它有哪些局限性？ 3 自由电子近似下的量子导电理论如何看待自由电子的能量和运动行为？ 4 根据自由电子近似下的量子导电理论解释：准连续能级、能级的简并状态、 简并度、能态密度、k空间、等幅平面波和能级密度函数。 5 自由电子近似下的等能面为什么是球面？倒易空间的倒易节点数与不含自旋 的能态数是何关系？为什么自由电子的波矢量是一个倒易矢量？ 6 自由电子在允许能级的分布遵循何种分布规律？何为费米面和费米能级？何 为有效电子？价电子与有效电子有何关系？如何根据价电子浓度确定原子的费米半径？ 7 自由电子的平均能量与温度有何种关系？温度如何影响费米能级？根据自由 电子近似下的量子导电理论，试分析温度如何影响材料的导电性。 8 自由电子近似下的量子导电理论与经典导电理论在欧姆定律的微观解释方面 有何异同点？

9 何为能带理论？它与近自由电子近似和紧束缚近似下的量子导电理论有何关 系？ 10 孤立原子相互靠近时，为什么会发生能级分裂和形成能带？禁带的形成规律 是什么？何为材料的能带结构？ 11 在布里渊区的界面附近，费米面和能级密度函数有何变化规律？哪些条件下 会发生禁带重叠或禁带消失现象？试分析禁带的产生原因。 12 在能带理论中，自由电子的能量和运动行为与自由电子近似下有何不同？ 13 自由电子的能态或能量与其运动速度和加速度有何关系？何为电子的有效质 量？其物理本质是什么？ 14 试分析、阐述导体、半导体（本征、掺杂）和绝缘体的能带结构特点。 15 能带论对欧姆定律的微观解释与自由电子近似下的量子导电理论有何异同 点？ 16 解释原胞、基矢、基元和布里渊区的含义

材料物理性能及材料测试方法大纲、重难点

《材料物理性能》教学大纲 教学内容: 绪论(1 学时) 《材料物理性能》课程的性质,任务和内容,以及在材料科学与工程技术中的作用. 基本要求: 了解本课程的学习内容,性质和作用. 第一章无机材料的受力形变(3 学时) 1. 应力,应变的基本概念 2. 塑性变形塑性变形的基本理论滑移 3. 高温蠕变高温蠕变的基本概念高温蠕 变的三种理论 第二章基本要求: 了解:应力,应变的基本概念,塑性变形的基本概念,高温蠕变的基本概念. 熟悉:掌握广义的虎克定律,塑性变形的微观机理,滑移的基本形态及与能量的关系.高温蠕变的原因及其基本理论. 重点: 滑移的基本形态,滑移面与材料性能的关系,高温蠕变的基本理论. 难点: 广义的虎克定律,塑性变形的基本理论. 第二章无机材料的脆性断裂与强度(6 学时) 1.理论结合强度理论结合强度的基本概念及其计算 2.实际结合强度实际结合强度的基本概念 3. 理论结合强度与实际结合强度的差别及产生的原因位错的基本概念,位错的运动裂纹的扩展及扩展的基本理论 4.Griffith 微裂纹理论 Griffith 微裂纹理论的基本概 念及基本理论,裂纹扩展的条件 基本要求: 了解:理论结合强度的基本概念及其计算;实际结合强度的基本概念;位错的基本概念,位错的运动;裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件熟悉:理论结合强度和实际结合强度的基本概念;位错的基本概念,位错的运动;裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件. 重点: 裂纹的扩展及扩展的基本理论;Griffith 微裂纹理论的基本概念及基本理论,裂纹扩展的条件难点: Griffith 微裂纹理论的 基本概念及基本理论 第三章无机材料的热学性能(7 学时) 1. 晶体的点阵振动一维单原子及双原子的振动的基本理论 2. 热容热容的基本概念热容的经验定律和经典理论热容的爱因斯坦模型热容的德拜模型 3.热膨胀热膨胀的基本概念热膨胀的基

测试技术基础试题及答案1

北京工业大学２００7—2００8学年第二学期 测量技术基础试卷(开卷) 班级学号姓名成绩 一、填空题（２5分，每空1分) 1．时间常数τ是一阶传感器动态特性参数，时间常数τ越小，响应越快，响应曲线越接近于输入阶跃曲线。 2．满足测试装置不失真测试的频域条件是幅频特性为一常数和相频特性与频率成线性关系。３．电荷放大器常用做压电传感器的后续放大电路，该放大器的输出电压与传感器产生的电荷量成正比，与电缆引线所形成的分布电容无关。 4．信号当时间尺度在压缩时，则其频带变宽其幅值变小。 5.当测量较小应变值时,应选用电阻应变效应工作的应变片，而测量大应变值时，应选用压阻效应工作的应变片，后者应变片阻值的相对变化主要由材料电阻率的相对变化来决定。6．电感式和电容式传感器常采用差动方式，不仅可提高灵敏度,且能改善或消除非线性。7．电涡流传感器是利用金属材料的电涡流效应工作,可分为低频透射式和高频反射式两种，其中前者常用于材料厚度的测量。

8.在调制解调技术中，将控制高频振荡的低频信号称为 调制波 ,载送低频信号的高频振荡信号称为 载波 ,将经过调制过程所得的高频振荡波称为 已调制波 。 9．已知()t t x ωsin 12=,()t δ为单位脉冲函数,则积分()?∞ +∞-?? ? ?? -?dt t t x ωδ2π= 12 。 １０.已知霍尔式转速传感器的测速齿轮的齿数为20,若测得感应电动势的频率为3０0Hz ，则被测轴的转速为 900ｒ/min 。 1１. RC 低通滤波器中的ＲＣ值越大,则其上限截止频率越 小 。 1２． 频率混叠是由于 采样频率过低 引起的，泄漏则是由于 信号截断 所引起的。 二、选择题(１5分,每题1.5分) 1．离散、周期的时域信号频谱的特点是( C ）的。 A 非周期、离散? B 非周期、连续 C 、周期、离散 D 周期、连续 2．按传感器能量源分类，以下传感器不属于能量控制型的是( C )。 Ａ 电阻传感器? B 电感传感器 C 光电传感器 D 电容传感器 3．变磁通感应式传感器在测量轴的转速时，其齿盘应采用（ Ｂ )材料制成。 A 金属 Ｂ 导磁 C 塑料 Ｄ 导电 4.测试装置能检测输入信号的最小变化能力,称为（ D )。 A 精度 B 灵敏度 C 精密度 Ｄ 分辨力 ５.数字信号的特征是( B ）。 A 时间上离散，幅值上连续 B 时间、幅值上都离散 C 时间上连续,幅值上量化 ? D 时间、幅值上都连续

纺织材料测试参考题

经漂染整理后的织物称为色织布。 [参考答案] 错误 [我的答案] 正确 试题2 纱织物是指织物的经纬其中之一用了单纱。 [参考答案] 错误 [我的答案] 错误 试题3 织物中经纬纱相互交织的规律和形式称为织物组织。 [参考答案] 正确 [我的答案] 正确 试题4 平纹组织是机织物三原组织中文错次数最多的组织。 [参考答案] 正确 [我的答案] 正确 试题5 织物密度是用来比较不同特(支)数纱线构成的织物紧密程度。 [参考答案] 错误 [我的答案] 错误 试题6 针织物的未充满系数可表示纱线粗细不同时针织物的稀密程度；此值越小，针织物越稀疏。[参考答案] 错误 [我的答案] 错误 试题7 针织物的密度用10cm内针织物的线圈数表示。 [参考答案] 错误 [我的答案] 错误 试题8 用两种或两种以上纤维混纺的纱线交织的织物称为混纺织物。 [参考答案] 正确 [我的答案] 正确 试题9 罗纹组织较纬平针组织的纬编针织物易脱散。 [参考答案] 错误 [我的答案] 错误 试题10 经平组织的针织物当纱线断裂后织物可纵向分离。 [参考答案] 正确 [我的答案] 正确 试题1 用uster均匀度仪测得的纱线不匀率是真正反映纱线的实际不匀率。 [参考答案] 错误 [我的答案] 错误 试题2

当纱线的线密度偏差为正值时，即为所纺纱线偏粗。 [参考答案] 正确 [我的答案] 正确 试题3 在棉纱特(号)数测定中，缕纱长度为1oom，缕纱的平均干重为G。棉纱公定回潮率为8.5％时，则缕纱实际特(号)数为10.85G。 [参考答案] 正确 [我的答案] 错误 试题4 当纱线的重量偏差为负值时，表示纱线实际重量大于设计重量。 [参考答案] 错误 [我的答案] 错误 试题5 纤维愈细，纱线的随机不匀率愈小。 [参考答案] 正确 [我的答案] 正确 试题6 当股线捻向与单纱捻向相反时，则股线的性质为结构稳定，手感较柔软，光泽较好。 [参考答案] 正确 [我的答案] 正确 试题7 混纺纱中纤维长度长而细的纤维向纱内转移。 [参考答案] 正确 [我的答案] 正确 试题8 随着纱线捻度不断增加，纱线强度也不断增加。 [参考答案] 错误 [我的答案] 错误 试题9 用定长制表示纱线细度时，一定长度的质量（特克斯、旦尼尔）值越大，纱线越细。 [参考答案] 错误 [我的答案] 错误 试题10 捻回角越大，纱线加捻程度越大。 [参考答案] 正确 [我的答案] 正确 试题11 捻系数越大，纱线加捻程度越大。 [参考答案] 错误 [我的答案] 正确 试题12 标准重量是指公定回潮率下的重量。 [参考答案] 正确 [我的答案] 正确

材料物理性能作业及课堂测试

热学作业（一） 1. 请简述关于固体热容的经典理论. 爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论存在的什么问题？其本身又存在什么问题？为什么会出现这样的问题？德拜模型怎样解决了爱因斯坦模型的问题？ 答：固体热容的经典理论包括关于元素热容的杜隆-珀替定律，以及关于化合物热容的柯普定律。前者内容为：恒压下元素的原子热容约为25 J/(K·mol)。后者内容为：化合物分子热容等于构成该化合物的各元素原子热容之和。 爱因斯坦热容模型解决了热容经典理论中C m 不随T 变化的问题。在高温下爱因斯坦模型与经典理论一致，与实际情况相符，在0K 时C m 为0，但该模型得出的结论是C m 按指数规律随T 变化，这与实际观察到的C m 按T 3变化的规律不一致。 之所以出现这样的问题是因为爱因斯坦热容模型对原子热振动频率的处理过于简化——原子并不是彼此独立地以同样的频率振动的，而是相互间有耦合作用。 德拜模型主要考虑声频支振动的贡献，把晶体看作连续介质，振动频率可视为从0到ωmax 连续分布的谱带，从而较为准确地处理了热振动频率的问题。 2. 金属Al 在30K 下的C v,m =0.81J/K·mol ，其θD 为428K. 试估算Al 在50K 及500K 时的热容C v,m . 解：50K 远低于德拜温度428K ，在此温度下，C v 与T 3成正比，即3T A C v ?= 则 53310330 81 .0-?=== T C A v J/mol·K 4 故50K 时的恒容热容75.3501033 53=??=?=-T A C v J/mol·K 500K 高于德拜温度，故此温度下的恒容摩尔热容约为定值3R ，即： 9.2431.833=?=?=R C v J/mol·K 热学作业（二） 1、晶体加热时，晶格膨胀会使得其理论密度减小. 例如，Cu 在室温（20℃）下密度为8.94g/cm 3，待加热至1000℃时，其理论密度值为多少？（不考虑热缺陷影响，Cu 晶体从室温~1000℃的线膨胀系数为17.0×10-6/℃） 解：因为3202020a m V m D == ，31000 10001000a m V m D ==

现代材料测试技术复习题及答案

. ... .. 现代材料测试技术复习 第一部分 填空题： 1、X射线从本质上说，和无线电波、可见光、γ射线一样，也是一种电磁波。 2、尽管衍射花样可以千变万化，但是它们的基本要素只有三个：即衍射线的峰位、线形、强度。 3、在X射线衍射仪法中，对X射线光源要有一个基本的要求，简单地说，对光源的基本要稳定、强度大、光谱纯洁。 4、利用吸收限两边质量吸收系数相差十分悬殊的特点，可制作滤波片。 5、测量X射线衍射线峰位的方法有七种，它们分别是7/8高度法、峰巅法、切线法、弦中点法、中线峰法、重心法、抛物线法。 6、X射线衍射定性分析中主要的检索索引的方法有三种，它们分别是哈那瓦尔特索引、芬克索引、字顺索引。 7、特征X射线产生的根本原因是原子层电子的跃迁。 8、X射线衍射仪探测器的扫描方式可分连续扫描、步进扫描、跳跃步进扫描三种。 9、实验证明，X射线管阳极靶发射出的X射线谱可分为两类：连续X射线光谱和特征X射线光谱。 10、当X射线穿过物质时，由于受到散射，光电效应等的影响，强度会减弱，这种现象称为X射线的衰减。 11、用于X射线衍射仪的探测器主要有盖革-弥勒计数管、闪烁计数管、正比计数管、固体计数管，其中闪烁计数管和正比计数管应用较为普遍。 12、光源单色化的方法：试推导布拉格方程，解释方程中各符号的意义并说明布拉格方程的应用 名词解释 1、X-射线的衰减：当X射线穿过物质时，由于受到散射，光电效应等的影响，强度会减弱，这种现象称为X-射线的吸收。 2、短波限：电子一次碰撞中全部能量转化为光量子，此光量子的波长 3、吸收限：物质对电磁辐射的吸收随辐射频率的增大而增加至某一限度即骤然增大，称吸收限。吸收限：引起原子层电子跃迁的最低能量。 4、吸收限电子--hv 最长波长与原子序数有关 5、短波限 hv--电子最短波长与管电压有关 6、Ｘ射线：波长很短的电磁波 7、特征Ｘ射线：是具有特定波长的X射线，也称单色X射线。 8、连续Ｘ射线：是具有连续变化波长的X射线，也称多色X射线。 9、荧光Ｘ射线：当入射的X射线光量子的能量足够大时，可以将原子层电子击出，被打掉了层的受激原子将发生外层电子向层跃迁的过程，同时辐射出波长严格一定的特征X射线 10、二次特征辐射：利用X射线激发作用而产生的新的特征谱线 11、Ka辐射：电子由L层向K层跃迁辐射出的K系特征谱线 12、相干辐射：X射线通过物质时在入射电场的作用下，物质原子中的电子将被迫围绕其平衡位置振动，同时向四周辐射出与入射X射线波长相同的散射X射线，称之为经典散射。由于散射波与入射波的频率或波长相同，位相差恒定，在同一方向上各散射波符合相干条件，称为相干散射 13、非相干辐射：散射位相与入射波位相之间不存在固定关系，故这种散射是不相干的 14、俄歇电子：原子中一个K层电子被激发出以后，L层的一个电子跃迁入K层填补空白，剩下的能量不是以辐射 15、原子散射因子：为评价原子散射本领引入系数f (f≤E)，称系数f为原子散射因子。他是考虑了各个电子散射波的位相差之后原子中所有电子散射波合成的结果

《材料分析测试技术》试卷答案

《材料分析测试技术》试卷（答案) 一、填空题：(20分，每空一分) 1．X射线管主要由阳极、阴极、和窗口构成。 2．X射线透过物质时产生的物理效应有：散射、光电效应、透射X 射线、和热。 3．德拜照相法中的底片安装方法有: 正装、反装和偏装三种。 4. X射线物相分析方法分: 定性分析和定量分析两种；测钢中残余奥氏体的直接比较法就属于其中的定量分析方法。 5．透射电子显微镜的分辨率主要受衍射效应和像差两因素影响。 6.今天复型技术主要应用于萃取复型来揭取第二相微小颗粒进行分析。 7. 电子探针包括波谱仪和能谱仪成分分析仪器。 ８．扫描电子显微镜常用的信号是二次电子和背散射电子。 二、选择题:（8分，每题一分） 1.X射线衍射方法中最常用的方法是( b ）。 a．劳厄法；b．粉末多晶法;ｃ.周转晶体法。 2. 已知X光管是铜靶，应选择的滤波片材料是(b)。 ａ．Co;b. Nｉ;c.Fe。 3.X射线物相定性分析方法中有三种索引,如果已知物质名时可以采用( c )。 a．哈氏无机数值索引;b. 芬克无机数值索引；ｃ. 戴维无机字母索引。 4.能提高透射电镜成像衬度的可动光阑是(b)。 a．第二聚光镜光阑；b．物镜光阑;c. 选区光阑。 5. 透射电子显微镜中可以消除的像差是( b )。 a.球差; b. 像散; c. 色差。 6．可以帮助我们估计样品厚度的复杂衍射花样是( a)。 ａ．高阶劳厄斑点；ｂ．超结构斑点;c. 二次衍射斑点。 7. 电子束与固体样品相互作用产生的物理信号中可用于分析1nｍ厚表层成分的信号是（b)。 a.背散射电子; b.俄歇电子；ｃ. 特征Ｘ射线。 8. 中心暗场像的成像操作方法是（ｃ)。 a．以物镜光栏套住透射斑;b．以物镜光栏套住衍射斑；c．将衍射斑移至中心并以物镜光栏套住透射斑。 三、问答题：(2４分,每题8分） 1.X射线衍射仪法中对粉末多晶样品的要求是什么？ 答: X射线衍射仪法中样品是块状粉末样品，首先要求粉末粒度要大小适 中,在1ｕｍ－5uｍ之间;其次粉末不能有应力和织构;最后是样品有一个 最佳厚度(t =

材料物理性能测试思考题答案

有效电子数：不是所有的自由电子都能参与导电，在外电场的作用下，只有能量接近费密能的少部分电子，方有可能被激发到空能级上去而参与导电。这种真正参加导电的自由电子数被称为有效电子数。 K状态：一般与纯金属一样，冷加工使固溶体电阻升高，退火则降低。但对某些成分中含有过渡族金属的合金，尽管金相分析和Ｘ射线分析的结果认为其组织仍是单相的，但在回火中发现合金电阻有反常升高，而在冷加工时发现合金的电阻明显降低，这种合金组织出现的反常状态称为K状态。X射线分析发现，组元原子在晶体中不均匀分布，使原子间距的大小显著波动，所以也把K状态称为“不均匀固溶体”。 能带：晶体中大量的原子集合在一起，而且原子之间距离很近，致使离原子核较远的壳层发生交叠，壳层交叠使电子不再局限于某个原子上，有可能转移到相邻原子的相似壳层上去，也可能从相邻原子运动到更远的原子壳层上去，从而使本来处于同一能量状态的电子产生微小的能量差异，与此相对应的能级扩展为能带。 禁带：允许被电子占据的能带称为允许带，允许带之间的范围是不允许电子占据的，此范围称为禁带。 价带：原子中最外层的电子称为价电子，与价电子能级相对应的能带称为价带。 导带：价带以上能量最低的允许带称为导带。 金属材料的基本电阻：理想金属的电阻只与电子散射和声子散射两种机制有关，可以看成为基本电阻，基本电阻在绝对零度时为零。 残余电阻(剩余电阻)：电子在杂质和缺陷上的散射发生在有缺陷的晶体中，绝对零度下金属呈现剩余电阻。这个电阻反映了金属纯度和不完整性。 相对电阻率：ρ (300K)／ρ (4.2K)是衡量金属纯度的重要指标。 剩余电阻率ρ’：金属在绝对零度时的电阻率。实用中常把液氦温度(4.2K)下的电阻率视为剩余电阻率。 相对电导率：工程中用相对电导率( IACS%) 表征导体材料的导电性能。把国际标准软纯铜(在室温20 ℃下电阻率ρ= 0 .017 24Ω·mm2/ m)的电导率作为100% , 其他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。 马基申定则(马西森定则)：ρ＝ρ’＋ρ(T)在一级近似下，不同散射机制对电阻率的贡献可以加法求和。ρ’：决定于化学缺陷和物理缺陷而与温度无关的剩余电阻率。ρ(T)：取决于晶格热振动的电阻率(声子电阻率)，反映了电子对热振动原子的碰撞。 晶格热振动：点阵中的质点(原子、离子)围绕其平衡位置附近的微小振动。 格波：晶格振动以弹性波的形式在晶格中传播，这种波称为格波，它是多频率振动的组合波。 热容：物体温度升高1K时所需要的热量(J/K)表征物体在变温过程中与外界热量交换特性的物理量，直接与物质内部原子和电子无规则热运动相联系。 比定压热容：压力不变时求出的比热容。 比定容热容：体积不变时求出的比热容。 热导率：表征物质热传导能力的物理量为热导率。 热阻率：定义热导率的倒数为热阻率ω，它可以分解为两部分，晶格热振动形成的热阻(ωp)和杂质缺陷形成的热阻(ω0)。导温系数或热扩散率：它表示在单位温度梯度下、单位时间内通过单位横截面积的热量。热导率的单位：W/(m·K) 热分析：通过热效应来研究物质内部物理和化学过程的实验技术。原理是金属材料发生相变时，伴随热函的突变。 反常膨胀：对于铁磁性金属和合金如铁、钴、镍及其某些合金，在正常的膨胀曲线上出现附加的膨胀峰，这些变化称为反常膨胀。其中镍和钴的热膨胀峰向上为正，称为正反常；而铁和铁镍合金具有负反常的膨胀特性。 交换能：交换能E ex=－2Aσ1σ2cosφA—交换积分常数。当A＞0，φ＝0时，E ex最小，自旋磁矩自发排列同一方向，即产生自发磁化。当A＜0，φ＝180°时，E ex也最小，自旋磁矩呈反向平行排列，即产生反铁磁性。交换能是近邻原子间静电相互作用能，各向同性，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。 磁滞损耗：铁磁体在交变磁场作用下，磁场交变一周，B-H曲线所描绘的曲线称磁滞回线。磁滞回线所围成的面积为铁 =? 磁体所消耗的能量，称为磁滞损耗，通常以热的形式而释放。磁滞损耗Q HdB 技术磁化：技术磁化的本质是外加磁场对磁畴的作用过程即外加磁场把各个磁畴的磁矩方向转到外磁场方向(和)或近似外磁场方向的过程。技术磁化的两种实现方式是的磁畴壁迁移和磁矩的转动。 请画出纯金属无相变时电阻率—温度关系曲线，它们分为几个阶段，各阶段电阻产生的机制是什么？为什么高温下电阻率与温度成正比？ 1—ρ电-声∝T( T > 2/ 3ΘD ) ； 2—ρ电-声∝T5 ( T< <ΘD )；

材料测试分析方法答案

第一章 一、选择题 1.用来进行晶体结构分析的X射线学分支是（） A.X射线透射学； B.X射线衍射学； C.X射线光谱学； D.其它 2. M层电子回迁到K层后，多余的能量放出的特征X射线称（） A.Kα； B. Kβ； C. Kγ； D. Lα。 3. 当X射线发生装置是Cu靶，滤波片应选（） A．Cu；B. Fe；C. Ni；D. Mo。 4. 当电子把所有能量都转换为X射线时，该X射线波长称（） A.短波限λ0； B. 激发限λk； C. 吸收限； D. 特征X射线 5.当X射线将某物质原子的K层电子打出去后，L层电子回迁K层，多余能量将另一个L层电子打出核外，这整个过程将产生（）（多选题） A.光电子； B. 二次荧光； C. 俄歇电子； D. （A+C） 二、正误题 1. 随X射线管的电压升高，λ0和λk都随之减小。（） 2. 激发限与吸收限是一回事，只是从不同角度看问题。（） 3. 经滤波后的X射线是相对的单色光。（） 4. 产生特征X射线的前提是原子内层电子被打出核外，原子处于激发状态。（） 5. 选择滤波片只要根据吸收曲线选择材料，而不需要考虑厚度。（） 三、填空题 1. 当X射线管电压超过临界电压就可以产生X射线和X射线。 2. X射线与物质相互作用可以产生、、、、 、、、。 3. 经过厚度为H的物质后，X射线的强度为。 4. X射线的本质既是也是，具有性。 5. 短波长的X射线称，常用于；长波长的X射线称 ，常用于。 习题 1.X射线学有几个分支？每个分支的研究对象是什么？

2. 分析下列荧光辐射产生的可能性，为什么？ （1）用CuK αX 射线激发CuK α荧光辐射； （2）用CuK βX 射线激发CuK α荧光辐射； （3）用CuK αX 射线激发CuL α荧光辐射。 3. 什么叫“相干散射”、“非相干散射”、“荧光辐射”、“吸收限”、“俄歇效应”、“发射谱”、 “吸收谱”？ 4. X 射线的本质是什么？它与可见光、紫外线等电磁波的主要区别何在？用哪些物理量 描述它？ 5. 产生X 射线需具备什么条件？ 6. Ⅹ射线具有波粒二象性，其微粒性和波动性分别表现在哪些现象中？ 7. 计算当管电压为50 kv 时，电子在与靶碰撞时的速度与动能以及所发射的连续谱的短 波限和光子的最大动能。 8. 特征X 射线与荧光X 射线的产生机理有何异同？某物质的K 系荧光X 射线波长是否等 于它的K 系特征X 射线波长？ 9. 连续谱是怎样产生的？其短波限V eV hc 3 01024.1?= =λ与某物质的吸收限k k k V eV hc 3 1024.1?= =λ有何不同（V 和V K 以kv 为单位）？ 10. Ⅹ射线与物质有哪些相互作用？规律如何？对x 射线分析有何影响？反冲电子、光电 子和俄歇电子有何不同？ 11. 试计算当管压为50kv 时，Ⅹ射线管中电子击靶时的速度和动能，以及所发射的连续 谱的短波限和光子的最大能量是多少？ 12. 为什么会出现吸收限？K 吸收限为什么只有一个而L 吸收限有三个？当激发X 系荧光 Ⅹ射线时，能否伴生L 系？当L 系激发时能否伴生K 系？ 13. 已知钼的λK α＝0.71?，铁的λK α＝1.93?及钴的λK α＝1.79?，试求光子的频率和能量。 试计算钼的K 激发电压，已知钼的λK ＝0.619?。已知钴的K 激发电压V K ＝7.71kv ，试求其λK 。 14. X 射线实验室用防护铅屏厚度通常至少为lmm ，试计算这种铅屏对CuK α、MoK α辐射 的透射系数各为多少？ 15. 如果用1mm 厚的铅作防护屏，试求Cr K α和Mo K α的穿透系数。 16. 厚度为1mm 的铝片能把某单色Ⅹ射线束的强度降低为原来的23.9％，试求这种Ⅹ射 线的波长。 试计算含Wc ＝0.8％，Wcr ＝4％，Ww ＝18％的高速钢对MoK α辐射的质量吸收系数。 17. 欲使钼靶Ⅹ射线管发射的Ⅹ射线能激发放置在光束中的铜样品发射K 系荧光辐射，问 需加的最低的管压值是多少？所发射的荧光辐射波长是多少？ 18. 什么厚度的镍滤波片可将Cu K α辐射的强度降低至入射时的70％？如果入射X 射线束 中K α和K β强度之比是5：1，滤波后的强度比是多少？已知μm α＝49.03cm 2 ／g ，μm β ＝290cm 2 ／g 。 19. 如果Co 的K α、K β辐射的强度比为5：1，当通过涂有15mg ／cm 2 的Fe 2O 3滤波片后，强 度比是多少？已知Fe 2O 3的ρ=5.24g ／cm 3，铁对CoK α的μm ＝371cm 2 ／g ，氧对CoK β的 μm ＝15cm 2 ／g 。 20. 计算0.071 nm （MoK α）和0.154 nm （CuK α）的Ⅹ射线的振动频率和能量。（答案：4.23

《材料物理性能》测试题汇总(doc 8页)

《材料物理性能》测试题 1、利用热膨胀曲线确定组织转变临界点通常采取的两种方法是： 、 2、列举三种你所知道的热分析方法： 、 、 3、磁各向异性一般包括 、 、 等。 4、热电效应包括 效应、 效应、 效应，半导体制冷利用的是 效应。 5、产生非线性光学现象的三个条件是 、 、 。 6、激光材料由 和 组成，前者的主要作用是为后者提供一个合适的晶格场。 7、压电功能材料一般利用压电材料的 功能、 功能、 功能、 功能或 功能。 8、拉伸时弹性比功的计算式为 ，从该式看，提高弹性比功的途径有二： 或 ，作为减振或储能元件，应具有 弹性比功。 9、粘着磨损的形貌特征是 ，磨粒磨损的形貌特征是 。 10、材料在恒变形的条件下，随着时间的延长，弹性应力逐渐 的现象称为应力松弛，材料抵抗应力松弛的能力称为 。 1、导温系数反映的是温度变化过程中材料各部分温度趋于一致的能力。 （ ） 2、只有在高温且材料透明、半透明时，才有必要考虑光子热导的贡献。 （ ） 3、原子磁距不为零的必要条件是存在未排满的电子层。 （ ） 4、量子自由电子理论和能带理论均认为电子随能量的分布服从FD 分布。 （ ） 5、由于晶格热振动的加剧，金属和半导体的电阻率均随温度的升高而增大。 （ ） 6、直流电位差计法和四点探针法测量电阻率均可以消除接触电阻的影响。 （ ） 7、 由于严格的对应关系，材料的发射光谱等于其吸收光谱。 （ ） 8、 凡是铁电体一定同时具备压电效应和热释电效应。 （ ） 9、 硬度数值的物理意义取决于所采用的硬度实验方法。 （ ） 10、对于高温力学性能，所谓温度高低仅具有相对的意义。 （ ） 1、关于材料热容的影响因素，下列说法中不正确的是 （ ） A 热容是一个与温度相关的物理量，因此需要用微分来精确定义。 B 实验证明，高温下化合物的热容可由柯普定律描述。 C 德拜热容模型已经能够精确描述材料热容随温度的变化。 D 材料热容与温度的精确关系一般由实验来确定。 2、 关于热膨胀，下列说法中不正确的是 （ ） A 各向同性材料的体膨胀系数是线膨胀系数的三倍。 B 各向异性材料的体膨胀系数等于三个晶轴方向热膨胀系数的加和。 C 热膨胀的微观机理是由于温度升高，点缺陷密度增高引起晶格膨胀。 D 由于本质相同，热膨胀与热容随温度变化的趋势相同。 3、下面列举的磁性中属于强磁性的是 （ ） A 顺磁性 B 亚铁磁性 C 反铁磁性 D 抗磁性 4、关于影响材料铁磁性的因素，下列说法中正确的是 （ ） A 温度升高使得M S 、 B R 、H C 均降低。 B 温度升高使得M S 、B R 降低，H C 升高。 C 冷塑性变形使得C H μ和均升高。 D 冷塑性变形使得C H μ和均降低。 5、下面哪种效应不属于半导体敏感效应。 （ ） A 磁敏效应 B 热敏效应 C 巴克豪森效应 D 压敏效应 6、关于影响材料导电性的因素，下列说法中正确的是 （ ） A 由于晶格振动加剧散射增大，金属和半导体电阻率均随温度上升而升高。 B 冷塑性变形对金属电阻率的影响没有一定规律。 C “热塑性变形＋退火态的电阻率”的电阻率高于“热塑性变形＋淬火态” D 一般情况下，固溶体的电阻率高于组元的电阻率。 7、下面哪种器件利用了压电材料的热释电功能 （ ） A 电控光闸 B 红外探测器 C 铁电显示器件 D 晶体振荡器 8、下关于铁磁性和铁电性，下面说法中不正确的是 （ ） A 都以存在畴结构为必要条件 B 都存在矫顽场 C 都以存在畴结构为充分条件 D 都存在居里点 9、下列硬度实验方法中不属于静载压入法的是 （ ）

纺织材料测试

一、单项选择题 （A ）1．采用显微镜观察法，得知某纤维的特征为：纵向有天然转曲。推测该纤维最有可能是（）。 A 棉纤维 B 毛纤维 C 麻纤维 D 蚕丝纤维 （C ）2．公制支数的单位是（）。 A Tex B Den C Nm D Ne （B ）3．按原料来源分，天然纤维可分为（）、动物纤维和矿物纤维。 A 合成纤维 B 植物纤维 C 无机纤维 D 长丝 （D ）4．黄麻纤维的公定回潮率大约为（）。 A 4.5% B 8.5% C 10% D 14% （B ）5．化学纤维中涤纶的代号是（）。 A PA B PET C PP D PVC （C ）6．粘胶纤维的横向截面形态特征是（）。 A 腰园形，有中腔 B 多角形，有较小中腔 C锯齿形，有皮芯结构 D 三角形或半椭圆形 （D ）7．茧丝的形态结构特征是两根丝素被（）包覆。 A 氨基酸 B 蛋白质 C 丝朊 D 丝胶 （C ）8．采用手感目测法，得知某纤维的特征为：粗、硬，很难区分出单根纤维，大多为黄灰色。推测该纤维最有可能是（）。 A 棉纤维 B 毛纤维 C 麻纤维 D 蚕丝纤维 （A ）9．化学纤维中，耐磨性最好的是（）。 A、锦纶 B、丙纶 C、维纶 D、涤纶 （B ）10．易燃纤维包括棉纤维、麻纤维、再生纤维素纤维和（）等。 A 石棉纤维 B 腈纶 C 涤纶 D 羊毛 （D ）12．棉纤维的纵向形态特征是（）。 A 表面有细沟槽 B 表面平滑 C 表面如树干状，粗细不匀 D 扁平带状，有天然转曲 （C ）13．按原料来源分，化学纤维可分为再生纤维、合成纤维和（）。 A 天然纤维 B 短纤维 C 无机纤维 D 长丝 （B ）16．采用燃烧法，得知某纤维的特征为：有烧毛发的味道。推测该纤维最有可能是（）。 A 棉纤维 B 毛纤维 C 麻纤维 D 腈纶 （C ）18．纤维在拉伸时会产生三种变形，即急弹性变形、缓弹性变形和（）。 A 弹性变形 B 弯曲变形