材料物理(第二版)（簡體書）

本書為普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，中國石油和化學工業優秀出版物獎（教材獎）一等獎獲獎教材，北京市高等教育精品教材。本書主要描述材料中的物理現象及其本質機理和應用。本書分為10章，分別是材料的晶態結構、晶體缺陷、材料的固態相變、材料的固態擴散、材料的電子理論、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。為便於學習使用，在每章後附有思考題和習題。
本書可作為材料科學與工程等工科專業材料物理課程的教材，也可作為相近專業研究生和本科生的教材和參考書以及材料科學工作者和材料工程技術人員的參考書。

李志林

北京化工大學材料科學與工程學院，教授，主要從事合金的電子結構與成分設計、電化學誘導相變、電催化材料的合成與製備等方面的研究。承擔省部級以上科研項目和企業合作研究項目20餘項，發表研究論文70餘篇，其中30餘篇被SCI收錄，出版專著1部，教材1部，申請國家發明專利5項，獲省部級科技獎勵2項。
主持和省部級特色專業建設項目各1項。主講研究生課程《固體與分子經驗電子理論》、《合金價電子結構與成分設計》、《固體科學中的空間群》、《材料結構與性能》、《材料物理》等5門，本科生課程《材料物理》、《材料性能基礎》、《材料科學研究方法》、《金屬熱處理原理》、《金屬學》、《熱處理車間設計》、《專業英語》、《金屬學及熱處理》、《機械工程材料》等9門。主編的教材《材料物理》入選國家“十一五”規劃教材，2010年獲中國石油和化學工業聯合會頒發的中國石油和化學工業優秀出版物獎（教材獎）一等獎，2011年被北京市教育委員會評為北京市高等教育精品教材。

第1章材料的晶態結構/ 1
1.1晶體學基礎1
1.1.1點陣和晶胞1
1.1.2晶向指數和晶面指數6
1.1.3晶面間距8
1.1.4非晶態材料的結構10
1.1.5準晶體的結構11
1.2金屬材料的結構12
1.2.1純金屬的典型晶體結構13
1.2.2合金相結構17
1.3陶瓷材料的結構26
1.3.1特種陶瓷的結構27
1.3.2矽酸鹽的晶體結構29
1.3.3玻璃的結構32
1.4低維材料的結構34
1.4.1薄膜的形成過程34
1.4.2薄膜的結構37
思考題和習題40
第2章晶體缺陷/ 42
2.1晶體缺陷概述42
2.2點缺陷43
2.2.1肖特基缺陷和弗蘭克爾缺陷43
2.2.2點缺陷的特點43
2.2.3點缺陷的平衡濃度44
2.2.4空位形成能45
2.2.5點缺陷對性能的影響45
2.2.6過飽和點缺陷46
2.3位錯46
2.3.1位錯的發現46
2.3.2位錯的概念和柏氏矢量48
2.3.3位錯的運動52
2.3.4位錯對晶體性能的影響55
2.4面缺陷56
2.4.1晶界56
2.4.2堆垛層錯61
2.4.3孿晶界62
2.4.4外表面63
2.4.5相界面64
思考題和習題65
第3章材料的固態相變/ 67
3.1固態相變的概念及分類67
3.1.1相變的基本概念67
3.1.2固態相變的一般特點68
3.1.3固態相變的分類70
3.2多晶型性轉變73
3.2.1多晶型性轉變的相變驅動力74
3.2.2多晶型性轉變的相變過程74
3.3共析轉變75
3.3.1共析轉變的熱力學75
3.3.2共析轉變的過程76
3.3.3共析轉變的動力學78
3.4馬氏體轉變79
3.4.1馬氏體的概念79
3.4.2馬氏體轉變的特點80
3.4.3馬氏體轉變的動力學81
3.4.4馬氏體轉變的熱力學84
3.4.5馬氏體的組織形態86
3.4.6馬氏體的轉變機制87
3.4.7熱彈性馬氏體與形狀記憶效應90
3.5貝氏體轉變94
3.5.1貝氏體的組織形態94
3.5.2貝氏體轉變的動力學96
3.5.3貝氏體轉變的特點96
3.5.4貝氏體轉變的機制97
3.5.5貝氏體的定義98
3.6玻璃態轉變和非晶態合金98
3.6.1非晶態轉變和玻璃化溫度98
3.6.2非晶態合金的形成99
思考題和習題101
第4章材料的固態擴散/ 103
4.1擴散動力學103
4.1.1擴散第一定律103
4.1.2擴散第二定律104
4.2擴散機制109
4.2.1間隙擴散109
4.2.2置換擴散111
4.2.3晶界擴散和位錯擴散113
4.3上坡擴散114
4.4影響擴散的因素115
4.4.1溫度116
4.4.2固溶體類型116
4.4.3晶體結構116
4.4.4溶質濃度117
4.4.5第三組元117
4.4.6晶體缺陷118
思考題和習題119
第5章材料的電子理論/ 120
5.1波函數和薛定格方程120
5.1.1微觀粒子的波粒二象性120
5.1.2波函數和薛定格方程121
5.2經典統計和量子統計124
5.3自由電子假設126
5.3.1經典自由電子理論126
5.3.2量子自由電子理論126
5.4能帶理論133
5.4.1近(準)自由電子近似和能帶134
5.4.2布里淵區137
5.4.3近自由電子近似下的狀態密度140
5.4.4能帶理論對材料導電性的解釋140
思考題和習題142
第6章材料的電學性能/ 144
6.1金屬導體的導電性144
6.1.1自由電子近似下的導電性144
6.1.2能帶理論下的導電性145
6.1.3導電性與溫度的關係146
6.1.4電導功能材料148
6.2半導體的導電性150
6.2.1本徵半導體150
6.2.2雜質半導體152
6.2.3霍爾效應156
6.3離子晶體的導電性157
6.3.1離子導電的理論158
6.3.2離子導電的影響因素161
6.3.3快離子導體162
6.4超導電性163
6.4.1超導現象163
6.4.2超導理論166
6.4.3超導研究的進展及其應用169
6.5熱電效應1716.5.1熱電勢171
6.5.2塞貝克效應172
6.5.3珀耳帖效應173
6.6材料的介電性能174
6.6.1電介質的極化174
6.6.2介電損耗178
6.6.3介電體擊穿181
思考題和習題183
第7章材料的磁學性能/ 186
7.1材料磁性能的表徵參量和材料
磁化的分類186
7.1.1材料磁性能的表徵參量186
7.1.2材料磁化的分類187
7.2孤立原子的磁矩188
7.2.1電子和原子核的磁矩188
7.2.2原子的磁矩190
7.3抗磁性和順磁性191
7.3.1抗磁性192
7.3.2順磁性193
7.4鐵磁性194
7.4.1鐵磁體磁化的現象194
7.4.2鐵磁體的自發磁化198
7.4.3鐵磁體的技術磁化204
7.5強磁材料209
7.5.1軟磁材料209
7.5.2硬磁材料210
7.5.3磁記錄材料210
思考題和習題211
第8章材料的熱學性能/ 213
8.1材料的熱容213
8.1.1杜隆珀替定律213
8.1.2熱容的量子理論214
8.1.3實際材料的熱容217
8.1.4熱分析法219
8.2材料的熱傳導220
8.2.1熱傳導的宏觀現象220
8.2.2熱傳導的機理221
8.2.3實際材料的導熱222
8.3材料的熱膨脹225
8.3.1熱膨脹的宏觀現象225
8.3.2熱膨脹的微觀機理226
8.3.3熱膨脹係數與其他物理量的
關係228
8.3.4實際材料的熱膨脹230
8.3.5膨脹分析和膨脹合金231
8.4材料的熱穩定性233
8.4.1熱應力233
8.4.2抗熱衝擊斷裂性能234
8.4.3實際材料熱穩定性的表徵238
思考題和習題239
第9章材料的力學性能/ 241
9.1材料的力學性能指標241
9.1.1應力和應變241
9.1.2材料的靜載力學性能指標242
9.1.3硬度245
9.2材料的變形247
9.2.1晶體的彈性變形247
9.2.2晶體的塑性變形254
9.2.3晶體的蠕變259
9.2.4材料的黏性流動和黏彈性261
9.3材料的斷裂263
9.3.1理論斷裂強度263
9.3.2格里菲斯斷裂強度理論264
9.3.3材料斷裂的過程267
9.4材料的斷裂韌性273
9.4.1裂紋尖端應力場強度因子KⅠ
及斷裂韌性KⅠc273
9.4.2裂紋尖端應力的塑性變形區修正275
9.4.3陶瓷材料的強韌化方法278
9.5材料的疲勞280
9.5.1疲勞現象和疲勞極限281
9.5.2疲勞破壞的微觀機制282
9.6材料的抗衝擊性能284
9.6.1衝擊韌性試驗284
9.6.2金屬材料的冷脆285
思考題和習題286
第10章材料的光學性能/ 289
10.1光與材料的作用289
10.1.1光的物理本質289
10.1.2光與材料作用的一般規律290
10.1.3金屬材料對光的吸收和反射291
10.1.4非金屬材料對光的反應292
10.2材料的發光和激光302
10.2.1發光和熱輻射302
10.2.2激光的產生303
10.3光學材料306
10.3.1發光材料306
10.3.2固體激光工作物質307
10.3.3光導纖維307
思考題和習題309
附錄物理常量表/311
參考文獻/312