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第1章 绪论 1

1.1 强磁场简介 1

1.1.1 强磁场 1

1.1.2 强磁场的作用 1

1.1.3 强磁场现象 2

1.2 强磁场的应用 9

1.3 强磁场材料科学展望 10

参考文献 11

第2章 磁学和磁流体力学基本理论 13

2.1 磁学基本概念 13

2.1.1 磁矩 13

2.1.2 磁化强度 15

2.1.3 磁场强度和磁感应强度 16

2.1.4 磁化率和磁导率 18

2.1.5 退磁场 19

2.1.6 静磁能 20

2.1.7 磁滞 20

2.2 物质的磁性 21

2.2.1 抗磁性 22

2.2.2 顺磁性 22

2.2.3 反铁磁性 23

2.2.4 铁磁性 23

2.2.5 亚铁磁性 24

2.2.6 磁性材料的分类 25

2.3 材料的磁化 26

2.3.1 磁化曲线和磁滞回线 26

2.3.2 磁畴 28

2.3.3 磁晶各向异性 30

2.3.4 磁致伸缩 31

2.4 强磁场对物质的主要作用方式 32

2.4.1 洛伦兹力 32

2.4.2 磁化能 33

2.4.3 磁力矩 33

2.4.4 磁化力 34

2.4.5 磁极间相互作用 35

2.5 磁流体力学基本理论 35

2.5.1 磁流体基本方程 35

2.5.2 磁冻结和磁扩散 37

2.5.3 磁对流 37

2.5.4 磁声波 38

参考文献 43

第3章 强磁场技术发展现状 44

3.1 超导技术 44

3.1.1 超导体的三大基本特性 44

3.1.2 超导的发展史 45

3.1.3 超导理论 46

3.2 强磁场的技术进步 47

3.3 世界各国强磁场中心 49

3.3.1 美国强磁场国家实验室 50

3.3.2 日本强磁场实验室 50

3.3.3 法国格勒诺布尔强磁场实验室 53

3.3.4 德国强磁场实验室 53

3.3.5 荷兰奈梅亨强磁场磁体实验室 54

3.3.6 波兰低温及强磁场国际实验室 55

3.3.7 中国的强磁场科学中心 56

参考文献 59

第4章 强磁场作用下合金凝固过程中的相平衡 61

4.1 热力学变化 62

4.1.1 强磁场作用下纯金属凝固过程中的均质形核 62

4.1.2 强磁场作用下合金凝固过程中相变温度的变化 63

4.2 动力学变化 74

4.2.1 强磁场作用下合金的形核过冷 74

4.2.2 强磁场诱发晶体生长方式转变 79

参考文献 81

第5章 强磁场作用下熔体及液／固扩散偶中的对流与扩散 84

5.1 强磁场作用下的流体流动 85

5.1.1 洛伦兹力对对流的影响 85

5.1.2 热电磁力对对流的影响 86

5.1.3 磁化力对对流的影响 87

5.2 强磁场作用下凝固过程中的扩散 90

5.2.1 强磁场作用下液相中溶质的扩散 90

5.2.2 利用强磁场抑制对流来测量扩散系数 91

5.2.3 扩散变化对溶质分布的影响 92

5.2.4 扩散变化对凝固组织的影响 97

5.3 强磁场作用下液／固扩散偶中的扩散 102

5.3.1 强磁场作用下液／固界面的固溶扩散 102

5.3.2 强磁场作用下液／固界面的反应扩散 108

参考文献 116

第6章 强磁场作用下合金凝固过程中颗粒相和溶质迁移 122

6.1 强磁场作用下颗粒相的运动规律 122

6.1.1 强磁场作用下颗粒相的运动速度 123

6.1.2 影响颗粒相迁移的因素 125

6.2 颗粒相的迁移对凝固组织的影响 129

6.2.1 半固态过程中颗粒相的迁移 129

6.2.2 凝固过程中颗粒相的迁移 134

6.3 高温熔体内溶质的迁移 139

6.3.1 梯度强磁场作用下高温熔体内溶质的迁移 140

6.3.2 溶质的迁移机制 142

6.3.3 溶质迁移的影响因素 145

6.4 凝固过程中溶质分布的控制及梯度功能材料设计 146

6.4.1 亚共晶成分的Mn-Sb合金 147

6.4.2 共晶成分的Mn-Sb合金 149

6.4.3 过共晶成分的Mn-Sb合金 151

6.4.4 梯度层状组织的形成机制 152

6.4.5 影响梯度层状组织形成的因素 153

参考文献 156

第7章 强磁场作用下合金凝固过程中的晶体取向 160

7.1 磁取向的物理机制 161

7.1.1 基于热力学观点的晶体取向理论 161

7.1.2 基于力学角度的晶体取向理论 167

7.1.3 影响晶体取向的因素 171

7.2 颗粒相在合金熔体中的取向 175

7.2.1 磁晶各向异性颗粒的取向 176

7.2.2 形状各向异性颗粒的取向 177

7.3 凝固过程中生成相的取向 179

7.3.1 包晶型合金初生相的取向 179

7.3.2 共晶型合金中初生相的取向 184

7.3.3 共晶型合金中共晶相的取向 186

参考文献 188

第8章 强磁场作用下合金凝固过程中的相排列 190

8.1 颗粒相的排列 191

8.1.1 顺磁性颗粒相的排列 191

8.1.2 铁磁性颗粒相的排列 197

8.2 胞状晶和树枝晶的排列 199

8.2.1 胞状晶排列组织 200

8.2.2 树枝晶排列组织 201

8.2.3 胞状晶或树枝晶排列的形成机制 204

8.3 链条状排列 206

8.3.1 链条状排列组织 206

8.3.2 链条状排列组织的形成机制 208

8.4 板条状排列 209

8.4.1 板条状排列组织 210

8.4.2 板条状排列组织的形成机制 212

8.5 排列组织对材料性能的影响 213

8.5.1 排列组织对巨磁致伸缩材料性能的影响 214

8.5.2 排列组织对永磁材料性能的影响 215

8.5.3 排列组织对磁性复合材料性能的影响 215

参考文献 216

第9章 强磁场诱发电磁振荡和电磁超声波及其在凝固过程中的应用 219

9.1 电磁振荡 219

9.1.1 电磁振荡原理 219

9.1.2 电磁振荡对凝固组织的影响 220

9.2 电磁超声波 226

9.2.1 诱发超声波的高频电磁力的生成方法 227

9.2.2 静磁场耦合交流电流诱发超声波的原理及超声波的压力特性 227

9.2.3 静磁场耦合交流磁场诱发超声波的原理及超声波的压力特征 233

9.2.4 电磁超声波对合金凝固组织的细化作用 236

参考文献 238

第10章 强磁场作用下原子固态扩散行为 241

10.1 强磁场作用下Cu/Ni固溶扩散行为及Kirkendall效应 242

10.1.1 无磁场条件下Mo丝移动距离 243

10.1.2 均恒强磁场Kirkendall效应 244

10.1.3 梯度强磁场Kirkendall效应 250

10.2 强磁场作用下Al/Mg固态反应扩散行为 251

10.2.1 强磁场对Al/Mg扩散层相组成的影响 251

10.2.2 强磁场对Al/Mg扩散层厚度的影响 254

10.2.3 强磁场对Al/Mg扩散层生长动力学行为的影响 256

10.3 强磁场作用下合金热处理过程中溶质迁移行为 261

10.3.1 强磁场对Al-Cu合金溶质分布的影响 262

10.3.2 强磁场作用下Al-Cu合金溶质分布机理 266

参考文献 267

第11章 强磁场作用下金属固态相变 269

11.1 强磁场作用下马氏体相变 270

11.1.1 马氏体相变热力学 270

11.1.2 马氏体相变动力学 272

11.2 强磁场作用下铁素体相变 273

11.2.1 均恒强磁场作用下铁素体相变热力学 273

11.2.2 均恒强磁场作用下铁素体相变动力学 274

11.2.3 梯度强磁场作用下铁素体相变组织形貌演变 275

11.3 强磁场作用下其他固态相变 279

11.3.1 珠光体相变 279

11.3.2 贝氏体相变 280

参考文献 281

符号表 286