Закономерности, связывающие электрические, тепловые и механические свойства твердых тел

• Автор: Палчаев, Даир Каирович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Махачкала
• Количество страниц: 276 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1. ПРОБЛЕМА ИНТЕРПРЕТАЦИИ ПРИРОДЫ СВЯЗИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
2 . МЕТОДЫ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ
2.1. Методика экспериментального определения удельного электросопротивления металлов в твердом и жидком состояниях
2.2. Методики комплексного исследования электросопротивления и теплового расширения
2.3. Методика исследования плотности металлов в твердом и жидком состояниях
2.4. Методика исследования комплекса тепловых свойств стационарным и нестационарным методом
2.5. Методы исследования механических свойств хрупких материалов
2.5.1. Обоснование выбора методов измерений
2.5.2. Исследования хрупких материалов методом двойного скручивания
2.5.3. Методика испытаний на прочность
2.6. Объекты исследования
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАСЧЕТОВ СВОЙСТВ ЛЕГКОПЛАВКИХ МНОГОВАЛЕНТНЫХ МЕТАЛЛОВ В ТВЕРДОМ И ЖИДКОМ СОСТОЯНИИ
3.1. Результаты экспериментальных исследований температурных зависимостей электросопротивления и плотности легкоплавких многовалентных металлов в твердом и жидком состояниях
3.2. Расчеты электросопротивления металлов в твердом и жидком состояниях
3.2.1. Результаты расчета электросопротивления по формуле Блоха-Грюнайзена
3.2.2. Расчеты электросопротивления жидких металлов по формуле Дж. Займана
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И РАСЧЕТОВ ТЕПЛОВЫХ СВОЙСТВ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
4.1. Комплекс тепловых свойств чистых веществ Э!, ЫаС1, А12Оз, 5102 и керамик на основе карбида кремния
4.2. Результаты расчета теплосопротивления чистых веществ по формулам Лейбфрида-Шлемана и Сироты
5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КЕРАМИК НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ
6. КОРРЕЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ

6.1. Связь фононного удельного электросопротивления с коэффициентом теплового расширения
6.2. Связь фононного теплосопротивления с коэффициентом теплового расширения
6.3. Связь характеристического теплосопротивления с другими параметрами твердых тел
6.4. Корреляции тепловых и механических свойств
карбидокремниевой керамики
7. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ И НЕКОТОРЫЕ КРИТЕРИИ ФОРМИРОВАНИЯ
КИНЕТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
7.1. Выражение для расчетов фононного теплосопротивления
7.2. Выражения для расчетов температурных зависимостей электро-
и тепло сопротивлений чистых металлов
7.3. Общие закономерности и критерии формирования тепловых, электрических и механических свойств твердых тел
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Настоящая работа выполнялась в соответствии с координационными планами НИР АН СССР по проблеме 1.3. Физика твердого тела на 1981-1985 г.г. (№ гос.per. 8158773) и на 1986-1990 г.г. (коды 3.22.20 и 3.22.21, № гос.per. 01890005.721) и была посвящена изучению общих закономерностей формирования и связи электрических, тепловых и механических свойств твердых тел.
Актуальность работы определяется необходимостью повышения эффективности применения и эксплуатации существующих в природе, а так же вновь синтезируемых материалов. Эта проблема может быть решена путем тщательных экспериментальных исследований и математической интерпретации свойств как можно большего круга веществ в конденсированном состоянии с различной структурой и типом межатомной связи. Разработка новых материалов с заданными эксплуатационными характеристиками, в свою очередь, предполагает установление критериев их достижения на основе детального анализа природы свойств твердых тел. Теоретические исследования в этом плане затруднены тем, что при построении энергетического спектра электронов и расчете свойств твердых тел, делаются многочисленные приближения, которые сводят к минимуму возможность не только количественных, но и качественных оценок многих свойств. Наиболее плодотворен путь эмпирического изучения корреляций свойств. Обнаружение корреляций, а тем более функциональных связей свойств твердых тел, способствуют установлению потенциала межатомного взаимодействия, служащего "генетическим кодом" твердого тела. Такие исследования могут способствовать выявлению закономерностей

и оно служит коэффициентом пропорциональности в уравнении переноса тепла в веществах, как в конденсированном, так и в неконденси-рованном состояниях. Для кристаллических твердых тел V — средняя скорость фононов, которую обычно отождествляют со скоростью звука, а С - объемная теплоемкость решетки. Параметр длины свободного пробега при выводе уравнения переноса вводится, как некоторая гипотетическая длина, в пределах которой частица не испытывает рассеяние. Поскольку вопрос об определении теплоемкости считается решенным в рамках теории Дебая, то решение задачи о передаче тепла колебаниями решетки обычно сводят к определению длины свободного пробега или времени релаксации т=1Л/. В отличие от релаксационного метода, где используется понятие /, вычисление Я вариационным методом лишено указанного выше произвола, тем не менее, эти расчеты производятся при таких радикальных приближениях, что надежда на количественные результаты, как считают авторы [27,71] вряд ли оправдана. Рассеяние фононов на фононах в теории учитывается возмущающим ангармоническим членом в разложении потенциальной энергии взаимодействия в ряд по степеням смещения атомов. Установив гамильтониан возмущения, рассчитывается матричный элемент, определяющий вероятность рассеяния. Произведение вероятности рассеяния на количество возбужденных мод определяет, в свою очередь, процессы, ограничивающие передачу тепловой энергии колебаниями атомов в решетке. Пайерлс показал [72], что решеточное теплосопротивление и установление теплового равновесия в фононном распределении обусловлены, в основном, и-процессами при взаимодействии фононов. При высоких температурах Т»Тд вероятность рассеяния не изменяется, а количество возбужденных мод ~Т, поэтому