材料物理

講述材料中的主要物理現象及其本質機理和應用。全書共分為十章，分別是：材料的電子理論、材料的晶態結構、晶體缺陷、材料的固態相變、材料的固態擴散、材料的電學性能、材料的磁學性能、材料的熱學性能、材料的力學性能、材料的光學性能。為了便於學習使用，特在每章後附有思考題和習題。 ^[1] 

第1章 材料的電子理論1

1.1波函數和薛定諤方程1

1.1.1 微觀粒子的波粒二象性1

1.1.2 波函數和薛定諤方程2

1.2經典統計和量子統計4

1.3 自由電子假設6

1.3.1 經典自由電子理論6

1.3.2量子自由電子理論6

1.4 能帶理論13

1.4.1 近（準）自由電子近似和能帶13

1.4.2 布里淵區17

1.4.3近自由電子近似下的狀態密度19

1.4.4 能帶理論對材料導電性的解釋20

思考題和習題21

第2章 材料的晶態結構23

2.1晶體學基礎23

2.1.1點陣和晶胞23

2.1.2 晶向指數和晶面指數27

2.1.3 晶面間距29

2.1.4非晶態材料的結構30

2.1.5 準晶體的結構31

2.2金屬材料的結構33

2.2.1 純金屬的典型晶體結構33

2.2.2合金相結構37

2.3 陶瓷材料的結構44

2.3.1 特種陶瓷的結構45

2.3.2硅酸鹽的晶體結構46

2.3.3 玻璃的結構49

2.4 低維材料的結構51

2.4.1 薄膜的形成過程51

2.4.2 薄膜的結構54

思考題和習題56

第3章 晶體缺陷58

3.1 晶體缺陷概述58

3.2點缺陷58

3.2.1 肖脱基缺陷和弗蘭克爾缺陷58

3.2.2 點缺陷的特點59

3.2.3 點缺陷的平衡濃度59

3.2.4 空位形成能60

3.2.5 點缺陷對性能的影響61

3.2.6 過飽和點缺陷61

3.3位錯62

3.3.1 位錯的發現62

3.3.2 位錯的概念和柏氏矢量63

3.3.3 位錯的運動65

3.3.4 位錯對晶體性能的影響67

3.4面缺陷68

3.4.1 晶界68

3.4.2 堆垛層錯72

3.4.3 孿晶界73

3.4.4 外表面73

3.4.5相界面74

思考題和習題75

第4章 材料的固態相變77

4.1 固態相變的概念及分類77

4.1.1 相變的基本概念77

4.1.2 固態相變的一般特點78

4.1.3 固態相變的分類80

4.2 多晶形性轉變82

4.2.1 相變驅動力82

4.2.2 相變過程83

4.3 共析轉變83

4.3.1 共析轉變的熱力學83

4.3.2 共析轉變的過程84

4.3.3 共析轉變的動力學86

4.4 馬氏體轉變87

4.4.1 馬氏體的概念87

4.4.2 馬氏體轉變的特點88

4.4.3 馬氏體轉變的動力學89

4.4.4 馬氏體轉變的熱力學91

4.4.5 馬氏體的組織形態93

4.4.6 馬氏體的轉變機制94

4.4.7 熱彈性馬氏體與形狀記憶效應96

4.5 貝氏體轉變100

4.5.1 貝氏體的組織形態100

4.5.2 貝氏體轉變的動力學102

4.5.3 貝氏體轉變的特點102

4.5.4 貝氏體轉變的機制103

4.5.5 貝氏體的定義103

4.6 玻璃態轉變和非晶態合金104

4.6.1 非晶態轉變和玻璃化温度104

4.6.2 非晶態合金的形成105

思考題和習題106

第5章 材料的固態擴散108

5.1 擴散動力學108

5.1.1 擴散第一定律108

5.1.2 擴散第二定律109

5.2 擴散機制113

5.2.1 間隙擴散113

5.2.2 置換擴散115

5.2.3 晶界擴散和位錯擴散117

5.3 上坡擴散118

5.4 影響擴散的因素119

5.4.1 温度119

5.4.2 固溶體類型119

5.4.3 晶體結構120

5.4.4 溶質濃度120

5.4.5 第三組元120

5.4.6 晶體缺陷121

思考題和習題122

第6章 材料的電學性能123

6.1 金屬導體的導電性123

6.1.1 自由電子近似下的導電性123

6.1.2 能帶理論下的導電性124

6.1.3 導電性與温度的關係125

6.1.4電導功能材料127

6.2 半導體的導電性128

6.2.1 本徵半導體128

6.2.2 雜質半導體130

6.2.3霍爾效應134

6.3離子晶體的導電性135

6.3.1 離子導電的理論135

6.3.2 離子導電的影響因素138

6.3.3快離子導體139

6.4超導電性140

6.4.1 超導現象140

6.4.2超導理論142

6.4.3 超導研究的進展及其應用145

6.5 熱電效應146

6.5.1 熱電勢146

6.5.2 塞貝克效應147

6.5.3 珀耳帖效應149

6.6 材料的介電性能149

6.6.1 電介質的極化149

6.6.2 介電損耗153

6.6.3 介電體擊穿156

思考題和習題158

第7章 材料的磁學性能160

7.1 材料磁性能的表徵參量和材料磁化的分類160

7.1.1 材料磁性能的表徵參量160

7.1.2 材料磁化的分類161

7.2 孤立原子的磁矩162

7.2.1電子和原子核的磁矩162

7.2.2 原子的磁矩164

7.3 抗磁性和順磁性165

7.3.1 抗磁性165

7.3.2 順磁性166

7.4 鐵磁性167

7.4.1 鐵磁體磁化的現象167

7.4.2 鐵磁體的自發磁化171

7.4.3 鐵磁體的技術磁化177

7.5 強磁材料181

7.5.1 軟磁材料181

7.5.2硬磁材料181

7.5.3磁記錄材料182

思考題和習題183

第8章 材料的熱學性能184

8.1 材料的熱容184

8.1.1杜隆?珀替定律184

8.1.2 熱容的量子理論185

8.1.3 實際材料的熱容188

8.1.4 熱分析法190

8.2 材料的熱傳導190

8.2.1 熱傳導的宏觀現象190

8.2.2 熱傳導的機理191

8.2.3 實際材料的導熱192

8.3 材料的熱膨脹195

8.3.1 熱膨脹的宏觀現象195

8.3.2 熱膨脹的微觀機理196

8.3.3 熱膨脹係數與其他物理量的

關係197

8.3.4 實際材料的熱膨脹198

8.3.5 膨脹分析和膨脹合金200

8.4 材料的熱穩定性201

8.4.1 熱應力202

8.4.2 抗熱衝擊斷裂性能203

8.4.3 實際材料熱穩定性的表徵206

思考題和習題207

第9章 材料的力學性能208

9.1 材料的力學性能指標208

9.1.1 應力和應變208

9.1.2 材料的靜載力學性能指標209

9.1.3 硬度212

9.2 材料的變形213

9.2.1 晶體的彈性變形213

9.2.2 晶體的塑性變形218

9.2.3 晶體的蠕變223

9.2.4 材料的黏性流動和黏彈性224

9.3 材料的斷裂226

9.3.1 理論斷裂強度226

9.3.2格里菲斯斷裂強度理論228

9.3.3 材料斷裂的過程230

9.4 材料的斷裂韌性235

9.4.1 裂紋尖端應力場強度因子KⅠ及斷裂韌性KⅠc235

9.4.2 裂紋尖端應力的塑性變形區修正236

9.4.3 陶瓷材料的強韌化方法239

9.5 材料的疲勞241

9.5.1 疲勞現象和疲勞極限241

9.5.2 疲勞破壞的微觀機制243

9.6 材料的抗衝擊性能244

9.6.1 衝擊韌性試驗244

9.6.2 金屬材料的冷脆245

思考題和習題246

第10章 材料的光學性能248

10.1 光與材料的作用248

10.1.1 光的物理本質248

10.1.2 光與材料作用的一般規律249

10.1.3 金屬材料對光的吸收和反射250

10.1.4 非金屬材料對光的反應251

10.2 材料的發光和激光259

10.2.1 發光和熱輻射259

10.2.2 激光的產生260

10.3光學材料262

10.3.1 發光材料262

10.3.2固體激光工作物質262

10.3.3 光導纖維264

思考題和習題265

參考文獻266

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