材料物理性能

【 】：龍毅

【 版 社】：中南大學出版社

【版】：-

【ISBN】：978-7-81105-691-4

【字 數】：365（千字）

【頁 碼】：257（頁）

【定 價】：￥32.00（元）

【開 本】：32開

本書為教育部高等學校材料科學與工程教學指導委員會規劃教材，根據教育部高等學校材料科學與工程教學指導委員會本課程“教學基本要求”編寫。全書系統地介紹了材料的熱學、電學、磁學、介電、光學等方面的性能，闡述了各種性能的重要原理和微觀機制，材料的成分、組織結構與性能的關係，並且簡述了相關的測試方法。本書的特點是簡單明了地闡述了材料物理性能相關的基本概念，盡量避免複雜的數學推導。為了使概念清晰，使用了大量插圖。另外，簡單地介紹了目前廣泛應用的記憶合金的基礎知識———材料的記憶性能。本書中每章有一定習題，其中的計算題給出了答案，學生可以自己驗證學習效果。本書最後以附錄的形式給出了材料的物理性能所需要的相關電子理論基礎知識。

本書可供材料科學與工程專業的本科生或低年級碩士研究生選作教材或者參考書，也可以作為材料科學領域的大專院校教師和科技工作者的參考資料。

第1章 材料的熱學性能………………………………………………………………… (1)

1.1 晶格熱振動………………………………………………………………………… (1)

1.2 材料的熱容………………………………………………………………………… (3)

1.2.1 材料的熱容及其與溫度的關係………………………………………………… (3)

1.2.2 晶態固體熱容的經典理論和經驗定律…………………………………………… (5)

1.2.3 晶態固體熱容的量子理論……………………………………………………… (6)

1.2.4 影響材料熱容的因素…………………………………………………………… (9)

1.2.5 熱容的測量…………………………………………………………………… (13)

1.2.6 熱分析及其工程應用………………………………………………………… (14)

1.3 材料的熱膨脹…………………………………………………………………… (17)

1.3.1 材料的熱膨脹及熱膨脹係數…………………………………………………… (17)

1.3.2 熱膨脹的物理本質…………………………………………………………… (18)

1.3.3 熱膨脹與其他物理性能的關係………………………………………………… (20)

1.3.4 影響熱膨脹性能的因素……………………………………………………… (21)

1.3.5 熱膨脹係數的測量…………………………………………………………… (23)

1.3.6 熱膨脹的工程應用…………………………………………………………… (24)

1.4 材料的導熱性…………………………………………………………………… (26)

1.4.1 材料的導熱性及熱導率……………………………………………………… (26)

1.4.2 熱傳導的物理機制…………………………………………………………… (27)

1.4.3 影響材料導熱性能的因素…………………………………………………… (29)

1.4.4 熱導率的測量及應用………………………………………………………… (33)

1.5 材料的熱穩定性………………………………………………………………… (34)

1.5.1 材料的熱穩定性及其表示方法………………………………………………… (34)

1.5.2 熱應力……………………………………………………………………… (35)

1.5.3 抗熱衝擊斷裂性能…………………………………………………………… (37)

1.5.4 抗熱衝擊損傷性能…………………………………………………………… (39)

1.5.5 提高抗熱衝擊斷裂性能的措施………………………………………………… (42)

思考練習題……………………………………………………………………………… (43)

第2章 材料的電學性能……………………………………………………………… (44)

2.1 材料的導電性概述……………………………………………………………… (44)

2.1.1 各類材料的導電性概況……………………………………………………… (44)

2.1.2 材料導電性的微觀機理……………………………………………………… (46)

2.1.3 材料導電性理論……………………………………………………………… (48)

2.2 金屬材料的導電性……………………………………………………………… (54)

2.2.1 金屬材料導電性的典型實驗規律……………………………………………… (54)

2.2.2 金屬材料的導電性控制因素…………………………………………………… (56)

2.2.3 溫度對金屬導電性的影響…………………………………………………… (57)

2.2.4 合金元素與晶體缺陷對金屬導電性的影響…………………………………… (58)

2.2.5 合金電阻率檢測的應用……………………………………………………… (65)

2.3 半導體材料的導電性…………………………………………………………… (65)

2.3.1 半導體材料及其特徵………………………………………………………… (65)

2.3.2 半導體材料的導電性………………………………………………………… (67)

2.3.3 半導體材料導電性的光效應…………………………………………………… (76)

2.3.4 半導體器件及導電特性……………………………………………………… (78)

2.4 離子導電性及超導性簡介……………………………………………………… (81)

2.4.1 離子導電性………………………………………………………………… (81)

2.4.2 超導性……………………………………………………………………… (86)

思考練習題……………………………………………………………………………… (91)

第3章 材料的磁性能………………………………………………………………… (92)

3.1 材料磁性概述…………………………………………………………………… (92)

3.1.1 基本磁學量…………………………………………………………………… (92)

3.1.2 磁性系統的單位……………………………………………………………… (95)

3.1.3 材料按磁性分類……………………………………………………………… (96)

3.2 磁性起源和原子磁矩…………………………………………………………… (100)

3.2.1 自由原子的磁矩…………………………………………………………… (100)

3.2.2 材料中的原子磁矩………………………………………………………… (103)

3.3 自發磁化理論…………………………………………………………………… (106)

3.3.1 鐵磁材料的自發磁化理論…………………………………………………… (106)

3.3.2 亞鐵磁性自發磁化理論……………………………………………………… (108)

3.3.3 亞鐵磁性材料……………………………………………………………… (110)

3.4 磁各向異性，磁致伸縮和退磁場……………………………………………… (112)

3.4.1 磁晶各向異性能…………………………………………………………… (112)

3.4.2 磁致伸縮…………………………………………………………………… (114)

3.4.3 退磁場能…………………………………………………………………… (116)

3.5 磁疇……………………………………………………………………………… (118)

3.5.1 磁疇壁……………………………………………………………………… (119)

3.5.2 磁疇………………………………………………………………………… (120)

3.5.3 不均勻和多晶體磁疇結構…………………………………………………… (122)

3.5.4 單疇結構…………………………………………………………………… (122)

3.6 磁性材料的技術磁化…………………………………………………………… (123)

3.6.1 技術磁化和反磁化過程……………………………………………………… (123)

3.6.2 磁化曲線上的磁導率………………………………………………………… (128)

3.6.3 磁滯回線上的矯頑力………………………………………………………… (130)

3.6.4 剩餘磁化強度……………………………………………………………… (132)

3.6.5 趨近飽和定律……………………………………………………………… (133)

3.6.6 永磁性和永磁體…………………………………………………………… (134)

3.7 鐵磁性材料在交變磁場中的磁化……………………………………………… (137)

3.7.1 動態磁化過程的特點和複數磁導率………………………………………… (137)

3.7.2 磁譜和截止頻率…………………………………………………………… (138)

3.7.3 鐵磁體的交流損耗………………………………………………………… (138)

3.8 磁性測量方法…………………………………………………………………… (145)

3.8.1 磁性材料直流特性測量……………………………………………………… (145)

3.8.2 材料的交流(動態)磁性測量………………………………………………… (147)

3.9 磁電阻效應……………………………………………………………………… (149)

思考練習題…………………………………………………………………………… (152)

第4章 材料的介電性能……………………………………………………………… (154)

4.1 介質的極化……………………………………………………………………… (154)

4.1.1 極化現象和相關物理量……………………………………………………… (154)

4.1.2 介質的極化類型…………………………………………………………… (158)

4.1.3 無機材料介質的極化………………………………………………………… (162)

4.1.4 有效電場和克勞修斯-莫索蒂方程………………………………………… (162)

4.2 電介質在交變電場下的行為…………………………………………………… (165)

4.2.1 電介質的極化建立過程和吸收電流………………………………………… (165)

4.2.2 在交變電場下的介質損耗和複數介電常數…………………………………… (166)

4.2.3 無機電介質的介質損耗……………………………………………………… (169)

4.3 擊穿電場強度…………………………………………………………………… (173)

4.3.1 固體電介質的擊穿………………………………………………………… (173)

4.3.2 無機材料的擊穿…………………………………………………………… (175)

4.4 鐵電性…………………………………………………………………………… (176)

4.4.1 鐵電性的概念……………………………………………………………… (176)

4.4.2 鐵電體的性能及其應用……………………………………………………… (178)

4.5 壓電性…………………………………………………………………………… (181)

4.5.1 壓電效應及其形成原因……………………………………………………… (181)

4.5.2 機-電耦合………………………………………………………………… (183)

4.5.3 壓電振子及其參數………………………………………………………… (184)

4.5.4 壓電陶瓷的極化處理及其性能穩定性………………………………………… (185)

4.5.5 壓電材料及其應用………………………………………………………… (186)

4.6 介電性能的測試………………………………………………………………… (188)

4.6.1 絕緣電阻率測試…………………………………………………………… (188)

4.6.2 相對介電常數(εr)測試…………………………………………………… (189)

4.6.3 介質損耗角正切(tanδ)的測定……………………………………………… (190)

4.6.4 擊穿電場強度測定………………………………………………………… (191)

思考練習題…………………………………………………………………………… (191)

第5章 材料的光學性能……………………………………………………………… (193)

5.1 概述……………………………………………………………………………… (193)

5.2 光傳播的基本理論……………………………………………………………… (193)

5.2.1 波粒二象性………………………………………………………………… (193)

5.2.2 光的電磁性………………………………………………………………… (194)

5.2.3 光和物質的相互作用………………………………………………………… (195)

5.3 光的折射、反射、吸收和散射特性…………………………………………… (196)

5.3.1 折射率……………………………………………………………………… (196)

5.3.2 反射率和透射率…………………………………………………………… (197)

5.3.3 光的吸收…………………………………………………………………… (199)

5.3.4 材料的光散射……………………………………………………………… (204)

5.4 材料的光發射…………………………………………………………………… (207)

5.4.1 激勵方式…………………………………………………………………… (207)

5.4.2 材料發光的基本性質………………………………………………………… (208)

5.4.3 發光的物理機制…………………………………………………………… (209)

5.5 材料的受激輻射和激光………………………………………………………… (210)

5.5.1 共振吸收與自發輻射………………………………………………………… (210)

5.5.2 激活介質…………………………………………………………………… (211)

5.5.3 激光的產生………………………………………………………………… (212)

5.5.4 激光的光譜分佈…………………………………………………………… (213)

5.5.5 激光材料…………………………………………………………………… (214)

5.6 光纖、磁光、光電和非線性光學效應………………………………………… (215)

5.6.1 光導纖維…………………………………………………………………… (215)

5.6.2 磁光效應與磁光碟………………………………………………………… (217)

5.6.3 光電效應與太陽能電池……………………………………………………… (220)

5.6.4 非線性晶體………………………………………………………………… (223)

5.7 常用的光學測量方法…………………………………………………………… (225)

5.7.1 光吸收……………………………………………………………………… (225)

5.7.2 拉曼光譜…………………………………………………………………… (227)

5.7.3 熒光分析法………………………………………………………………… (229)

思考練習題…………………………………………………………………………… (230)

第6章 材料的記憶性能……………………………………………………………… (231)

6.1 熱彈性馬氏體相變……………………………………………………………… (231)

6.1.1 馬氏體相變的一般特徵……………………………………………………… (232)

6.1.2 熱彈性馬氏體相變的一般特徵……………………………………………… (232)

6.2 形狀記憶效應的分類及其微觀形成機制……………………………………… (234)

6.2.1 形狀記憶效應的分類………………………………………………………… (234)

6.2.2 形狀記憶合金記憶效應機理………………………………………………… (235)

6.2.3 形狀記憶合金熱彈性馬氏體的消長………………………………………… (236)

6.3 應力誘發馬氏體相變與偽彈性………………………………………………… (238)

6.3.1 相變偽彈性………………………………………………………………… (238)

6.3.2 多階相變偽彈性…………………………………………………………… (239)

6.4 形狀記憶合金的阻尼特性……………………………………………………… (240)

6.5 形狀記憶合金種類和工程應用………………………………………………… (242)

思考練習題…………………………………………………………………………… (244)

部分習題答案…………………………………………………………………………… (245)

附錄 固體材料中電子運動狀態的基礎知識概述……………………………… (247)

參考文獻…………………………………………………………………………………… (257)