材料物理性能

前言

《材料物理性能》是經(jīng)2006-2010教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會審批通過的全國本科生教育教材。由北京科技大學(xué)、中南大學(xué)、鄭州大學(xué)合作編寫。《材料物理性能》屬于材料科學(xué)與工程學(xué)科領(lǐng)域的專業(yè)基礎(chǔ)教材，該課程是材料專業(yè)本科生的必修課?！恫牧衔锢硇阅堋穮⒕巻挝缓途帉懭藛T在本科生培養(yǎng)方面有豐富的經(jīng)驗(yàn)和成果，本書是根據(jù)編寫人員多年來的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)編寫?！恫牧衔锢硇阅堋份^為系統(tǒng)地介紹了材料的熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、介電、光學(xué)等方面的性能。本書在編寫上注重簡單明了地闡述材料物理性能的基本概念，盡量避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，為了使概念清晰，使用了大量插圖?？紤]到教育部拓寬本科生知識面的要求，在本書中增加了屬于無機(jī)材料性能的介電性能和光學(xué)性能部分。另外，還增加了材料的記憶性能，因?yàn)橛洃浐辖鹱鳛榻饘俟δ懿牧?，目前已?jīng)廣泛應(yīng)用。在書中也簡單介紹了物理性能的測試方法，如果有條件可以安排這些性能測試的實(shí)驗(yàn)，有利于加強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。本書中每章有一定習(xí)題，其中的部分計(jì)算題給出了答案，學(xué)生可以自己驗(yàn)證學(xué)習(xí)效果。對于以物理性能改善為基礎(chǔ)的新功能材料，考慮到材料發(fā)展日新月異，本書沒有過多介紹，在教學(xué)中可以根據(jù)當(dāng)前新材料發(fā)展。將新材料作為應(yīng)用舉例在相應(yīng)的物理性能教學(xué)中給出。目前，多數(shù)學(xué)校的材料科學(xué)與工程學(xué)科本科專業(yè)開設(shè)了諸如“固體物理基礎(chǔ)”之類的必修基礎(chǔ)課程，或者將有關(guān)固體材料中電子理論的知識納入了先期的必修課程之中，因此在本書中將固體物理基礎(chǔ)作為基礎(chǔ)知識來處理，沒有在書的正式內(nèi)容中詳細(xì)介紹。但是考慮到還有些學(xué)校沒有相關(guān)內(nèi)容的課程安排，為了解決該問題，我們將各有關(guān)固體材料中電子態(tài)的基礎(chǔ)知識，作為附錄列于書末。本書的第1章由鄭州大學(xué)李慶奎教授編寫，第2章由北京科技大學(xué)強(qiáng)文江教授編寫，第3章由北京科技大學(xué)龍毅教授編寫，第4章由中南大學(xué)宋練鵬教授編寫，第5章由北京科技大學(xué)常永勤副教授編寫，第6章由中南大學(xué)李周教授編寫。全書由龍毅主持編寫，由北京航空航天大學(xué)的田蒔老師主審。

內(nèi)容概要

本書為教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會規(guī)劃教材，根據(jù)教育部高等學(xué)校材料科學(xué)與工程教學(xué)指導(dǎo)委員會本課程“教學(xué)基本要求”編寫。    全書系統(tǒng)地介紹了材料的熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、介電、光學(xué)等方面的性能，闡述了各種性能的重要原理和微觀機(jī)制，材料的成分、組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，并且簡述了相關(guān)的測試方法。    本書的特點(diǎn)是簡單明了地闡述了材料物理性能相關(guān)的基本概念，盡量避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。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(yīng)用的記憶合金的基礎(chǔ)知識——材料的記憶性能。本書中每章有一定習(xí)題，其中的計(jì)算題給出了答案，學(xué)生可以自己驗(yàn)證學(xué)習(xí)效果。本書最后以附錄的形式給出了材料的物理性能所需要的相關(guān)電子理論基礎(chǔ)知識。    本書可供材料科學(xué)與工程專業(yè)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(xué)領(lǐng)域的大專院校教師和科技工作者的參考資料。

書籍目錄

第1章  材料的熱學(xué)性能  1.1  晶格熱振動  1.2  材料的熱容    1.2.1  材料的熱容及其與溫度的關(guān)系    1.2.2  晶態(tài)固體熱容的經(jīng)典理論和經(jīng)驗(yàn)定律    1.2.3  晶態(tài)固體熱容的量子理論    1.2.4  影響材料熱容的因素    1.2.5  熱容的測量    1.2.6  熱分析及其工程應(yīng)用  1.3  材料的熱膨脹    1.3.1  材料的熱膨脹及熱膨脹系數(shù)    1.3.2  熱膨脹的物理本質(zhì)    1.3.3  熱膨脹與其他物理性能的關(guān)系    1.3.4  影響熱膨脹性能的因素    1.3.5  熱膨脹系數(shù)的測量    1.3.6  熱膨脹的工程應(yīng)用  1.4  材料的導(dǎo)熱性    1.4.1  材料的導(dǎo)熱性及熱導(dǎo)率    1.4.2  熱傳導(dǎo)的物理機(jī)制    1.4.3  影響材料導(dǎo)熱性能的因素    1.4.4  熱導(dǎo)率的測量及應(yīng)用  1.5  材料的熱穩(wěn)定性    1.5.1  材料的熱穩(wěn)定性及其表示方法    1.5.2  熱應(yīng)力    1.5.3  抗熱沖擊斷裂性能    1.5.4  抗熱沖擊損傷性能    1.5.5  提高抗熱沖擊斷裂性能的措施  思考練習(xí)題第2章  材料的電學(xué)性能  2.1  材料的導(dǎo)電性概述    2.1.1  各類材料的導(dǎo)電性概況    2.1.2  材料導(dǎo)電性的微觀機(jī)理    2.1.3  材料導(dǎo)電性理論  2.2  金屬材料的導(dǎo)電性    2.2.1  金屬材料導(dǎo)電性的典型實(shí)驗(yàn)規(guī)律    2.2.2  金屬材料的導(dǎo)電性控制因素    2.2.3  溫度對金屬導(dǎo)電性的影響    2.2.4  合金元素與晶體缺陷對金屬導(dǎo)電性的影響    2.2.5  合金電阻率檢測的應(yīng)用  2.3  半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性    2.3.1  半導(dǎo)體材料及其特征    2.3.2  半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性    2.3.3  半導(dǎo)體材料導(dǎo)電性的光效應(yīng)    2.3.4  半導(dǎo)體器件及導(dǎo)電特性  2.4  離子導(dǎo)電性及超導(dǎo)性簡介    2.4.1  離子導(dǎo)電性    2.4.2  超導(dǎo)性  思考練習(xí)題第3章  材料的磁性能  3.1  材料磁性概述    3.1.1  基本磁學(xué)量    3.1.2  磁性系統(tǒng)的單位    3.1.3  材料按磁性分類  3.2  磁性起源和原子磁矩    3.2.1  自由原子的磁矩    3.2.2  材料中的原子磁矩  3.3  自發(fā)磁化理論    3.3.1  鐵磁材料的自發(fā)磁化理論    3.3.2  亞鐵磁性自發(fā)磁化理論    3.3.3  亞鐵磁性材料  3.4  磁各向異性，磁致伸縮和退磁場    3.4.1  磁晶各向異性能    3.4.2  磁致伸縮    3.4.3  退磁場能  3.5  磁疇    3.5.1  磁疇壁    3.5.2  磁疇    3.5.3  不均勻和多晶體磁疇結(jié)構(gòu)    3.5.4  單疇結(jié)構(gòu)  3.6  磁性材料的技術(shù)磁化    3.6.1  技術(shù)磁化和反磁化過程    3.6.2  磁化曲線上的磁導(dǎo)率    3.6.3  磁滯回線上的矯頑力    3.6.4  剩余磁化強(qiáng)度    3.6.5  趨近飽和定律    3.6.6  永磁性和永磁體  3.7  鐵磁性材料在交變磁場中的磁化    3.7.1  動態(tài)磁化過程的特點(diǎn)和復(fù)數(shù)磁導(dǎo)率    3.7.2  磁譜和截止頻率    3.7.3  鐵磁體的交流損耗  3.8  磁性測量方法    3.8.1  磁性材料直流特性測量    3.8.2  材料的交流(動態(tài))磁性測量  3.9  磁電阻效應(yīng)  思考練習(xí)題第4章  材料的介電性能  4.1  介質(zhì)的極化    4.1.1  極化現(xiàn)象和相關(guān)物理量    4.1.2  介質(zhì)的極化類型    4.1.3  無機(jī)材料介質(zhì)的極化    4.1.4  有效電場和克勞修斯一莫索蒂方程  4.2  電介質(zhì)在交變電場下的行為    4.2.1  電介質(zhì)的極化建立過程和吸收電流    4.2.2  在交變電場下的介質(zhì)損耗和復(fù)數(shù)介電常數(shù)    4.2.3  無機(jī)電介質(zhì)的介質(zhì)損耗  4.3  擊穿電場強(qiáng)度    4.3.1  固體電介質(zhì)的擊穿    4.3.2  無機(jī)材料的擊穿  4.4  鐵電性    4.4.1  鐵電性的概念    4.4.2  鐵電體的性能及其應(yīng)用  4.5  壓電性    4.5.1  壓電效應(yīng)及其形成原因    4.5.2  機(jī)一電耦合    4.5.3  壓電振子及其參數(shù)    4.5.4  壓電陶瓷的極化處理及其性能穩(wěn)定性    4.5.5  壓電材料及其應(yīng)用  4.6  介電性能的測試    4.6.1  絕緣電阻率測試    4.6.2  相對介電常數(shù)(εT)測試    4.6.3  介質(zhì)損耗角正切(tanδ)的測定    4.6.4  擊穿電場強(qiáng)度測定  思考練習(xí)題第5章  材料的光學(xué)性能  5.1  概述  5.2  光傳播的基本理論    5.2.1  波粒二象性    5.2.2  光的電磁性    5.2.3  光和物質(zhì)的相互作用  5.3  光的折射、反射、吸收和散射特性    5.3.1  折射率    5.3.2  反射率和透射率    5.3.3  光的吸收    5.3.4  材料的光散射  5.4  材料的光發(fā)射    5.4.1  激勵方式    5.4.2  材料發(fā)光的基本性質(zhì)    5.4.3  發(fā)光的物理機(jī)制  5.5  材料的受激輻射和激光    5.5.1  共振吸收與自發(fā)輻射    5.5.2  激活介質(zhì)    5.5.3  激光的產(chǎn)生    5.5.4  激光的光譜分布    5.5.5  激光材料  5.6  光纖、磁光、光電和非線性光學(xué)效應(yīng)    5.6.1  光導(dǎo)纖維    5.6.2  磁光效應(yīng)與磁光盤    5.6.3  光電效應(yīng)與太陽能電池    5.6.4  非線性晶體  5.7  常用的光學(xué)測量方法    5.7.1  光吸收    5.7.2  拉曼光譜    5.7.3  熒光分析法  思考練習(xí)題第6章  材料的記憶性能  6.1  熱彈性馬氏體相變    6.1.1  馬氏體相變的一般特征    6.1.2  熱彈性馬氏體相變的一般特征  6.2  形狀記憶效應(yīng)的分類及其微觀形成機(jī)制    6.2.1  形狀記憶效應(yīng)的分類    6.2.2  形狀記憶合金記憶效應(yīng)機(jī)理    6.2.3  形狀記憶合金熱彈性馬氏體的消長  6.3  應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變與偽彈性    6.3.1  相變偽彈性    6.3.2  多階相變偽彈性  6.4  形狀記憶合金的阻尼特性  6.5  形狀記憶合金種類和工程應(yīng)用  思考練習(xí)題部分習(xí)題答案附錄  固體材料中電子運(yùn)動狀態(tài)的基礎(chǔ)知識概述參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：各種材料及其制品都是在一定溫度環(huán)境下使用的，在使用過程中將對不同的溫度做出反應(yīng)，表現(xiàn)出不同的熱物理性能，這些熱物理性能稱為材料的熱學(xué)性能。如環(huán)境溫度發(fā)生變化，材料將產(chǎn)生膨脹或收縮，同時(shí)吸收或放出熱量；同一物體的不同區(qū)域溫度不等時(shí)，將發(fā)生熱傳導(dǎo)現(xiàn)象，等等。材料的熱學(xué)性能主要有熱容、熱膨脹、熱傳導(dǎo)、熱穩(wěn)定性等。工程上許多特殊場合對材料的熱學(xué)性能都提出了一些特殊要求。如微波諧振腔、精密天平、標(biāo)準(zhǔn)尺和標(biāo)準(zhǔn)電容等使用的材料要求低的熱膨脹系數(shù)；電真空材料要求具有一定的熱膨脹系數(shù)，熱敏元件要求盡可能高的熱膨脹系數(shù)。工業(yè)爐襯、建筑材料及航天飛行器重返大氣層的隔熱材料要求具有優(yōu)良的絕熱性能；燃?xì)廨啓C(jī)葉片和晶體管散熱器等材料卻要求具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能；設(shè)計(jì)熱交換器時(shí)，為了計(jì)算換熱效率必須準(zhǔn)確了解所用材料的導(dǎo)熱系數(shù)。在某些領(lǐng)域材料的熱學(xué)性能往往成為技術(shù)關(guān)鍵。另外，。材料的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)將伴隨一定的熱效應(yīng)，因此，熱學(xué)性能分析法已成為材料科學(xué)研究中的主要手段之一，特別是對于確定臨界點(diǎn)并判斷材料的相變特征時(shí)具有重要的意義。本章主要學(xué)習(xí)熱學(xué)性能的物理概念、物理本質(zhì)、影響因素、測量方法和工程意義，為選材、用材、改善材料性能、探索新材料和新工藝等打下物理理論基礎(chǔ)。

編輯推薦

《材料物理性能》由中南大學(xué)出版社出版。

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