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第1章 材料的电子理论 1

1.1 波函数和薛定谔方程 1

1.1.1 微观粒子的波粒二象性 1

1.1.2 波函数和薛定谔方程 2

1.2 经典统计和量子统计 4

1.3 自由电子假设 6

1.3.1 经典自由电子理论 6

1.3.2 量子自由电子理论 6

1.4 能带理论 13

1.4.1 近（准）自由电子近似和能带 13

1.4.2 布里渊区 17

1.4.3 近自由电子近似下的状态密度 19

1.4.4 能带理论对材料导电性的解释 20

思考题和习题 21

第2章 材料的晶态结构 23

2.1 晶体学基础 23

2.1.1 点阵和晶胞 23

2.1.2 晶向指数和晶面指数 27

2.1.3 晶面间距 29

2.1.4 非晶态材料的结构 30

2.1.5 准晶体的结构 31

2.2 金属材料的结构 33

2.2.1 纯金属的典型晶体结构 33

2.2.2 合金相结构 37

2.3 陶瓷材料的结构 44

2.3.1 特种陶瓷的结构 45

2.3.2 硅酸盐的晶体结构 46

2.3.3 玻璃的结构 49

2.4 低维材料的结构 51

2.4.1 薄膜的形成过程 51

2.4.2 薄膜的结构 54

思考题和习题 56

第3章 晶体缺陷 58

3.1 晶体缺陷概述 58

3.2 点缺陷 58

3.2.1 肖脱基缺陷和弗兰克尔缺陷 58

3.2.2 点缺陷的特点 59

3.2.3 点缺陷的平衡浓度 59

3.2.4 空位形成能 60

3.2.5 点缺陷对性能的影响 61

3.2.6 过饱和点缺陷 61

3.3 位错 62

3.3.1 位错的发现 62

3.3.2 位错的概念和柏氏矢量 63

3.3.3 位错的运动 65

3.3.4 位错对晶体性能的影响 67

3.4 面缺陷 68

3.4.1 晶界 68

3.4.2 堆垛层错 72

3.4.3 孪晶界 73

3.4.4 外表面 73

3.4.5 相界面 74

思考题和习题 75

第4章 材料的固态相变 77

4.1 固态相变的概念及分类 77

4.1.1 相变的基本概念 77

4.1.2 固态相变的一般特点 78

4.1.3 固态相变的分类 80

4.2 多晶形性转变 82

4.2.1 相变驱动力 82

4.2.2 相变过程 83

4.3 共析转变 83

4.3.1 共析转变的热力学 83

4.3.2 共析转变的过程 84

4.3.3 共析转变的动力学 86

4.4 马氏体转变 87

4.4.1 马氏体的概念 87

4.4.2 马氏体转变的特点 88

4.4.3 马氏体转变的动力学 89

4.4.4 马氏体转变的热力学 91

4.4.5 马氏体的组织形态 93

4.4.6 马氏体的转变机制 94

4.4.7 热弹性马氏体与形状记忆效应 96

4.5 贝氏体转变 100

4.5.1 贝氏体的组织形态 100

4.5.2 贝氏体转变的动力学 102

4.5.3 贝氏体转变的特点 102

4.5.4 贝氏体转变的机制 103

4.5.5 贝氏体的定义 103

4.6 玻璃态转变和非晶态合金 104

4.6.1 非晶态转变和玻璃化温度 104

4.6.2 非晶态合金的形成 105

思考题和习题 106

第5章 材料的固态扩散 108

5.1 扩散动力学 108

5.1.1 扩散第一定律 108

5.1.2 扩散第二定律 109

5.2 扩散机制 113

5.2.1 间隙扩散 113

5.2.2 置换扩散 115

5.2.3 晶界扩散和位错扩散 117

5.3 上坡扩散 118

5.4 影响扩散的因素 119

5.4.1 温度 119

5.4.2 固溶体类型 119

5.4.3 晶体结构 120

5.4.4 溶质浓度 120

5.4.5 第三组元 120

5.4.6 晶体缺陷 121

思考题和习题 122

第6章 材料的电学性能 123

6.1 金属导体的导电性 123

6.1.1 自由电子近似下的导电性 123

6.1.2 能带理论下的导电性 124

6.1.3 导电性与温度的关系 125

6.1.4 电导功能材料 127

6.2 半导体的导电性 128

6.2.1 本征半导体 128

6.2.2 杂质半导体 130

6.2.3 霍尔效应 134

6.3 离子晶体的导电性 135

6.3.1 离子导电的理论 135

6.3.2 离子导电的影响因素 138

6.3.3 快离子导体 139

6.4 超导电性 140

6.4.1 超导现象 140

6.4.2 超导理论 142

6.4.3 超导研究的进展及其应用 145

6.5 热电效应 146

6.5.1 热电势 146

6.5.2 塞贝克效应 147

6.5.3 泊耳帖效应 149

6.6 材料的介电性能 149

6.6.1 电介质的极化 149

6.6.2 介电损耗 153

6.6.3 介电体击穿 156

思考题和习题 158

第7章 材料的磁学性能 160

7.1 材料磁性能的表征参量和材料磁化的分类 160

7.1.1 材料磁性能的表征参量 160

7.1.2 材料磁化的分类 161

7.2 孤立原子的磁矩 162

7.2.1 电子和原子核的磁矩 162

7.2.2 原子的磁矩 164

7.3 抗磁性和顺磁性 165

7.3.1 抗磁性 165

7.3.2 顺磁性 166

7.4 铁磁性 167

7.4.1 铁磁体磁化的现象 167

7.4.2 铁磁体的自发磁化 171

7.4.3 铁磁体的技术磁化 177

7.5 强磁材料 181

7.5.1 软磁材料 181

7.5.2 硬磁材料 181

7.5.3 磁记录材料 182

思考题和习题 183

第8章 材料的热学性能 184

8.1 材料的热容 184

8.1.1 杜隆-珀替定律 184

8.1.2 热容的量子理论 185

8.1.3 实际材料的热容 188

8.1.4 热分析法 190

8.2 材料的热传导 190

8.2.1 热传导的宏观现象 190

8.2.2 热传导的机理 191

8.2.3 实际材料的导热 192

8.3 材料的热膨胀 195

8.3.1 热膨胀的宏观现象 195

8.3.2 热膨胀的微观机理 196

8.3.3 热膨胀系数与其他物理量的关系 197

8.3.4 实际材料的热膨胀 198

8.3.5 膨胀分析和膨胀合金 200

8.4 材料的热稳定性 201

8.4.1 热应力 202

8.4.2 抗热冲击断裂性能 203

8.4.3 实际材料热稳定性的表征 206

思考题和习题 207

第9章 材料的力学性能 208

9.1 材料的力学性能指标 208

9.1.1 应力和应变 208

9.1.2 材料的静载力学性能指标 209

9.1.3 硬度 212

9.2 材料的变形 213

9.2.1 晶体的弹性变形 213

9.2.2 晶体的塑性变形 218

9.2.3 晶体的蠕变 223

9.2.4 材料的黏性流动和黏弹性 224

9.3 材料的断裂 226

9.3.1 理论断裂强度 226

9.3.2 格里菲斯断裂强度理论 228

9.3.3 材料断裂的过程 230

9.4 材料的断裂韧性 235

9.4.1 裂纹尖端应力场强度因子KI及断裂韧性KIc 235

9.4.2 裂纹尖端应力的塑性变形区修正 236

9.4.3 陶瓷材料的强韧化方法 239

9.5 材料的疲劳 241

9.5.1 疲劳现象和疲劳极限 241

9.5.2 疲劳破坏的微观机制 243

9.6 材料的抗冲击性能 244

9.6.1 冲击韧性试验 244

9.6.2 金属材料的冷脆 245

思考题和习题 246

第10章 材料的光学性能 248

10.1 光与材料的作用 248

10.1.1 光的物理本质 248

10.1.2 光与材料作用的一般规律 249

10.1.3 金属材料对光的吸收和反射 250

10.1.4 非金属材料对光的反应 251

10.2 材料的发光和激光 259

10.2.1 发光和热辐射 259

10.2.2 激光的产生 260

10.3 光学材料 262

10.3.1 发光材料 262

10.3.2 固体激光工作物质 262

10.3.3 光导纤维 264

思考题和习题 265

参考文献 266