材料物理

第1章材料的晶态结构/ 1

1.1晶体学基础1

1.1.1点阵和晶胞1

1.1.2晶向指数和晶面指数6

1.1.3晶面间距8

1.1.4非晶态材料的结构10

1.1.5准晶体的结构11

1.2金属材料的结构12

1.2.1纯金属的典型晶体结构13

1.2.2合金相结构17

1.3陶瓷材料的结构26

1.3.1特种陶瓷的结构27

1.3.2硅酸盐的晶体结构29

1.3.3玻璃的结构32

1.4低维材料的结构34

1.4.1薄膜的形成过程34

1.4.2薄膜的结构37

思考题和习题40

第2章晶体缺陷/ 42

2.1晶体缺陷概述42

2.2点缺陷43

2.2.1肖特基缺陷和弗兰克尔缺陷43

2.2.2点缺陷的特点43

2.2.3点缺陷的平衡浓度44

2.2.4空位形成能45

2.2.5点缺陷对性能的影响45

2.2.6过饱和点缺陷46

2.3位错46

2.3.1位错的发现46

2.3.2位错的概念和柏氏矢量48

2.3.3位错的运动52

2.3.4位错对晶体性能的影响55

2.4面缺陷56

2.4.1晶界56

2.4.2堆垛层错61

2.4.3孪晶界62

2.4.4外表面63

2.4.5相界面64

思考题和习题65

第3章材料的固态相变/ 67

3.1固态相变的概念及分类67

3.1.1相变的基本概念67

3.1.2固态相变的一般特点68

3.1.3固态相变的分类70

3.2多晶型性转变73

3.2.1多晶型性转变的相变驱动力74

3.2.2多晶型性转变的相变过程74

3.3共析转变75

3.3.1共析转变的热力学75

3.3.2共析转变的过程76

3.3.3共析转变的动力学78

3.4马氏体转变79

3.4.1马氏体的概念79

3.4.2马氏体转变的特点80

3.4.3马氏体转变的动力学81

3.4.4马氏体转变的热力学84

3.4.5马氏体的组织形态86

3.4.6马氏体的转变机制87

3.4.7热弹性马氏体与形状记忆效应90

3.5贝氏体转变94

3.5.1贝氏体的组织形态94

3.5.2贝氏体转变的动力学96

3.5.3贝氏体转变的特点96

3.5.4贝氏体转变的机制97

3.5.5贝氏体的定义98

3.6玻璃态转变和非晶态合金98

3.6.1非晶态转变和玻璃化温度98

3.6.2非晶态合金的形成99

思考题和习题101

第4章材料的固态扩散/ 103

4.1扩散动力学103

4.1.1扩散第一定律103

4.1.2扩散第二定律104

4.2扩散机制109

4.2.1间隙扩散109

4.2.2置换扩散111

4.2.3晶界扩散和位错扩散113

4.3上坡扩散114

4.4影响扩散的因素115

4.4.1温度116

4.4.2固溶体类型116

4.4.3晶体结构116

4.4.4溶质浓度117

4.4.5第三组元117

4.4.6晶体缺陷118

思考题和习题119

第5章材料的电子理论/ 120

5.1波函数和薛定格方程120

5.1.1微观粒子的波粒二象性120

5.1.2波函数和薛定格方程121

5.2经典统计和量子统计124

5.3自由电子假设126

5.3.1经典自由电子理论126

5.3.2量子自由电子理论126

5.4能带理论133

5.4.1近(准)自由电子近似和能带134

5.4.2布里渊区137

5.4.3近自由电子近似下的状态密度140

5.4.4能带理论对材料导电性的解释140

思考题和习题142

第6章材料的电学性能/ 144

6.1金属导体的导电性144

6.1.1自由电子近似下的导电性144

6.1.2能带理论下的导电性145

6.1.3导电性与温度的关系146

6.1.4电导功能材料148

6.2半导体的导电性150

6.2.1本征半导体150

6.2.2杂质半导体152

6.2.3霍尔效应156

6.3离子晶体的导电性157

6.3.1离子导电的理论158

6.3.2离子导电的影响因素161

6.3.3快离子导体162

6.4超导电性163

6.4.1超导现象163

6.4.2超导理论166

6.4.3超导研究的进展及其应用169

6.5热电效应1716.5.1热电势171

6.5.2塞贝克效应172

6.5.3珀耳帖效应173

6.6材料的介电性能174

6.6.1电介质的极化174

6.6.2介电损耗178

6.6.3介电体击穿181

思考题和习题183

第7章材料的磁学性能/ 186

7.1材料磁性能的表征参量和材料

磁化的分类186

7.1.1材料磁性能的表征参量186

7.1.2材料磁化的分类187

7.2孤立原子的磁矩188

7.2.1电子和原子核的磁矩188

7.2.2原子的磁矩190

7.3抗磁性和顺磁性191

7.3.1抗磁性192

7.3.2顺磁性193

7.4铁磁性194

7.4.1铁磁体磁化的现象194

7.4.2铁磁体的自发磁化198

7.4.3铁磁体的技术磁化204

7.5强磁材料209

7.5.1软磁材料209

7.5.2硬磁材料210

7.5.3磁记录材料210

思考题和习题211

第8章材料的热学性能/ 213

8.1材料的热容213

8.1.1杜隆珀替定律213

8.1.2热容的量子理论214

8.1.3实际材料的热容217

8.1.4热分析法219

8.2材料的热传导220

8.2.1热传导的宏观现象220

8.2.2热传导的机理221

8.2.3实际材料的导热222

8.3材料的热膨胀225

8.3.1热膨胀的宏观现象225

8.3.2热膨胀的微观机理226

8.3.3热膨胀系数与其他物理量的

关系228

8.3.4实际材料的热膨胀230

8.3.5膨胀分析和膨胀合金231

8.4材料的热稳定性233

8.4.1热应力233

8.4.2抗热冲击断裂性能234

8.4.3实际材料热稳定性的表征238

思考题和习题239

第9章材料的力学性能/ 241

9.1材料的力学性能指标241

9.1.1应力和应变241

9.1.2材料的静载力学性能指标242

9.1.3硬度245

9.2材料的变形247

9.2.1晶体的弹性变形247

9.2.2晶体的塑性变形254

9.2.3晶体的蠕变259

9.2.4材料的黏性流动和黏弹性261

9.3材料的断裂263

9.3.1理论断裂强度263

9.3.2格里菲斯断裂强度理论264

9.3.3材料断裂的过程267

9.4材料的断裂韧性273

9.4.1裂纹尖端应力场强度因子KⅠ

及断裂韧性KⅠc273

9.4.2裂纹尖端应力的塑性变形区修正275

9.4.3陶瓷材料的强韧化方法278

9.5材料的疲劳280

9.5.1疲劳现象和疲劳极限281

9.5.2疲劳破坏的微观机制282

9.6材料的抗冲击性能284

9.6.1冲击韧性试验284

9.6.2金属材料的冷脆285

思考题和习题286

第10章材料的光学性能/ 289

10.1光与材料的作用289

10.1.1光的物理本质289

10.1.2光与材料作用的一般规律290

10.1.3金属材料对光的吸收和反射291

10.1.4非金属材料对光的反应292

10.2材料的发光和激光302

10.2.1发光和热辐射302

10.2.2激光的产生303

10.3光学材料306

10.3.1发光材料306

10.3.2固体激光工作物质307

10.3.3光导纤维307

思考题和习题309

附录物理常量表/311

参考文献/312

本书为普通高等教育“十一五”规划教材，中国石油和化学工业优秀出版物奖（教材奖）一等奖获奖教材，北京市高等教育精品教材。本书主要描述材料中的物理现象及其本质机理和应用。本书分为10章，分别是材料的晶态结构、晶体缺陷、材料的固态相变、材料的固态扩散、材料的电子理论、材料的电学性能、材料的磁学性能、材料的热学性能、材料的力学性能、材料的光学性能。为便于学习使用，在每章后附有思考题和习题。
　　本书可作为材料科学与工程等工科专业材料物理课程的教材，也可作为相近专业研究生和本科生的教材和参考书以及材料科学工作者和材料工程技术人员的参考书。