第1章 固体的晶体结构 1
1.1 晶体结构及其特性 1
1.1.1 晶体的概念 1
1.1.2 晶体的特性 1
1.2 晶体结构的周期性 2
1.2.1 空间点阵 3
1.2.2 晶胞和原胞 4
1.3 晶体结构的对称性 5
1.3.1 基本对称操作 6
1.3.2 晶系 7
1.4 晶体结构的表征 9
1.4.1 晶列和晶向指数 9
1.4.2 晶面指数 10
1.4.3 六方晶系的晶向指数和晶面指数 11
1.5 常见晶体结构 11
1.6 实际晶体的结构特征 14
1.6.1 晶体的各向异性 14
1.6.2 多晶型性 14
1.7 倒易点阵 14
1.7.1 倒格子基矢定义 14
1.7.2 倒格子的性质 15
1.7.3 晶面间距、晶面和晶向夹角 16
第2章 量子理论的建立 18
2.1 量子观点的形成——量子化概念 18
2.1.1 普朗克量子论 18
2.1.2 爱因斯坦的光量子论 19
2.1.3 玻尔的量子论 19
2.2 波粒二相性——物质波及其物理意义 20
2.2.1 德布罗意物质波 20
2.2.2 波函数及其性质 22
2.2.3 量子力学建立 23
2.3 测不准关系 24
2.4 薛定谔方程 24
2.4.1 薛定谔方程及力学量 24
2.4.2 薛定谔方程物理意义讨论 26
2.5 薛定谔方程应用举例 28
2.6 经典价键理论及其意义 40
2.6.1 元素周期表和原子轨道理论的合理性 40
2.6.2 经典晶体结合的基本价键理论 41
第3章 固体能带理论基础 43
3.1 固体中的电子状态和能带的形成 43
3.2 周期势场中的电子状态和能带结构 44
3.3 布里渊区和能带理论 47
3.4 导体、半导体和绝缘体 49
3.5 能带理论意义及其局限性 51
第4章 晶体的结构缺陷及其运动 52
4.1 点缺陷 52
4.1.1 点缺陷结构 52
4.1.2 点缺陷的能量和运动 52
4.1.3 点缺陷的运动 53
4.1.4 热平衡点缺陷 54
4.1.5 热力学非平衡条件下的点缺陷 55
4.2 位错 55
4.2.1 位错结构 56
4.2.2 位错的结构特征 57
4.2.3 位错的应力场 58
4.2.4 位错的运动 60
4.3 位错和缺陷相互作用 63
4.3.1 位错和点缺陷间相互作用 63
4.3.2 位错和位错的相互作用 63
4.4 晶体中位错的产生及其观察 66
4.4.1 位错的产生和消失 66
4.4.2 位错的增殖 66
4.5 常见晶体中的特殊位错结构 68
4.5.1 面心立方晶体中的位错 68
4.5.2 体心立方体晶体中的位错 72
4.5.3 密排六方结构晶体中的位错 72
4.6 晶界和相界 73
4.6.1 晶界 73
4.6.2 相界 83
第5章 固体表面和界面结构与特性 85
5.1 固体表面和界面结构 85
5.1.1 固体表面结构 85
5.1.2 理想表面结构 85
5.1.3 清洁表面结构 87
5.1.4 实际表面结构 92
5.2 吸附和偏析 94
5.2.1 吸附 95
5.2.2 偏析 99
第6章 合金热力学基础 103
6.1 热力学的基本概念 103
6.1.1 概念 103
6.1.2 热力学一般定义 104
6.2 热力学第一定律 105
6.2.1 热力学第一定律 105
6.2.2 物理量 106
6.3 化学热力学 109
6.3.1 化学势概念 109
6.3.2 相平衡 110
6.4 热力学统计规律 111
6.4.1 系统微观运动状态描述 111
6.4.2 麦克斯韦-玻尔兹曼统计规律 113
6.4.3 费米-狄拉克统计规律 115
6.4.4 玻色-爱因斯坦统计规律 118
第7章 合金相与相图 121
7.1 合金相 121
7.1.1 合金相的分类 121
7.1.2 影响合金相的主要因素 121
7.2 固溶体 122
7.2.1 固溶体的分类 122
7.2.2 置换固溶体 123
7.2.3 间隙固溶体 124
7.2.4 有序固溶体 124
7.2.5 固溶体的性能 124
7.2.6 金属化合物 125
7.3 热力学平衡与相图 125
7.3.1 相与结构 125
7.3.2 相律 126
7.3.3 单元系相图 126
7.3.4 二元相图 127
7.3.5 三元相图 132
7.4 Fe-C相图 133
第8章 固体中的扩散 138
8.1 菲克定律和扩散方程的解 138
8.1.1 菲克定律 138
8.1.2 扩散方程的解 139
8.2 扩散的原子理论 141
8.2.1 扩散的微观机制 141
8.2.2 原子迁移和扩散系数 142
8.3 影响扩散的因素 145
8.4 扩散热力学 146
8.4.1 扩散热力学 146
8.4.2 调幅分解 148
8.4.3 调幅分解的组织和性能 150
8.5 反应扩散 150
8.6 离子晶体中的扩散 150
第9章 相变 151
9.1 相变及其分类 151
9.1.1 相变的概念 151
9.1.2 相变的热力学基础及相变分类 151
9.1.3 相变微观机制理论 154
9.2 脱溶沉淀-扩散相变 158
9.2.1 相图和热处理 158
9.2.2 析出过程的热力学 159
9.2.3 脱溶沉淀方式 159
9.2.4 脱溶沉淀特征 161
9.3 钢在热处理过程中的相转变现象 162
9.3.1 奥氏体的形核 163
9.3.2 奥氏体长大 163
9.3.3 奥氏体晶粒长大及控制 164
9.4 奥氏体等温转变 165
9.4.1 珠光体转变 165
9.4.2 贝氏体转变 168
9.4.3 马氏体转变 171
9.5 有序无序转变 173
9.5.1 有序结构 173
9.5.2 有序无序转变 173
9.5.3 有序无序转变对性能影响 175
第10章 晶体的塑性形变和再结晶 177
10.1 材料的形变特性 177
10.1.1 应力-应变关系 177
10.1.2 弹性变形与弹性模量 178
10.2 弹性和滞弹性 178
10.2.1 弹性变形的特征和弹性模量 178
10.2.2 弹性变形的本质 179
10.2.3 滞弹性和内耗 179
10.2.4 黏弹性 180
10.3 单晶体的塑性变形 180
10.3.1 滑移和滑移系 181
10.3.2 滑移的临界分切应力 181
10.3.3 形变和位错运动关系 182
10.3.4 单晶体的形变形式 184
10.4 多晶体的塑性变形及其机制 186
10.4.1 多晶体的塑性变形过程特点 186
10.4.2 多晶体塑性变形的机制和影响因素 187
10.4.3 多相合金的塑性变形 189
10.5 塑性变形对金属组织和性能的影响 191
10.5.1 塑性变形对组织结构的影响 191
10.5.2 塑性变形对金属性能的影响 192
10.6 回复与再结晶 195
10.6.1 概述 195
10.6.2 回复 196
10.6.3 再结晶 197
10.6.4 晶粒长大 199
第11章 材料的强化 203
11.1 概述 203
11.2 合金强化 204
11.2.1 概念和现象 204
11.2.2 固溶强化及其理论 204
11.2.3 分散强化 207
11.2.4 两相合金强化 209
11.3 加工硬化及其位错理论 209
11.3.1 塑性变形过程和屈服现象 209
11.3.2 加工硬化位错理论 210
11.4 马氏体强化及其应用 211
11.5 复合材料及其强化 213
11.5.1 概述 213
11.5.2 颗粒增强复合材料 213
11.5.3 纤维增强复合材料 215
11.5.4 复合材料的界面 216
第12章 断裂 218
12.1 断裂及断裂力学概述 218
12.1.1 概述 218
12.1.2 断裂力学初步 218
12.1.3 断裂韧性 221
12.2 断裂物理基础 223
12.2.1 断裂类型 223
12.2.2 韧性断裂 224
12.2.3 脆性断裂 225
12.2.4 微观裂纹形核机制 226
12.3 韧性-脆性转变现象 227
12.3.1 变温造成的韧脆性转变 227
12.3.2 韧性-脆性转变的影响因素 228
12.3.3 环境引起的脆性转变 229
12.4 断裂理论的研究与发展 229
第13章 疲劳 231
13.1 交变应力与疲劳 231
13.1.1 交变载荷与循环应力 231
13.1.2 疲劳的分类 232
13.1.3 S-N曲线与疲劳极限 232
13.2 材料的疲劳循环特性 234
13.2.1 应力-应变响应 234
13.2.2 循环硬化和软化 235
13.2.3 循环硬化的不同阶段 235
13.3 疲劳过程中的宏、微观特征 236
13.3.1 疲劳断口特征 236
13.3.2 滑移线和滑移带 237
13.3.3 侵入和挤出 237
13.3.4 循环变形后的位错结构 238
13.3.5 循环过程中的位错结构 240
13.4 疲劳模型及理论 241
13.4.1 总寿命模型 241
13.4.2 长裂纹扩展模型 242
13.4.3 短裂纹扩展模型 243
第14章 蠕变 246
14.1 概论 246
14.1.1 蠕变现象 246
14.1.2 蠕变强度和蠕变类型 246
14.1.3 蠕变曲线 249
14.2 蠕变理论 250
14.2.1 蠕变的时间律 252
14.2.2 蠕变的温度律 252
14.2.3 蠕变的应力律 253
14.2.4 稳态蠕变理论 254
14.2.5 蠕变的结构理论 255
14.3 蠕变断裂机制 255
14.3.1 应力集中理论 256
14.3.2 空位聚集理论 258
14.4 蠕变的组织结构和性能变化及影响因素 258
14.4.1 蠕变的形变机制和物理性能变化 259
14.4.2 蠕变强度的影响因素 263
第15章 晶格振动和材料的热学性质 263
15.1 一维单原子链 264
15.1.1 周期性边界条件 265
15.1.2 格波 266
15.2 一维复式晶格振动 266
15.2.1 一维双复式晶格振动色散关系 267
15.2.2 声学波与光学波 267
15.2.3 相邻原子运动情况分析 268
15.2.4 长波近似 269
15.2.5 三维晶格振动 269
15.2.6 晶格振动的量子化和声子 270
15.3 比热容的量子理论 270
15.3.1 经典理论的困难 270
15.3.2 晶格比热的量子理论一般公式 271
15.3.3 爱因斯坦模型 272
15.3.4 德拜模型 274
15.4 非谐效应：热膨胀 274
15.4.1 非简谐效应 275
15.4.2 晶体的热胀系数 277
第16章 固体材料的电学性质 277
16.1 固体电学性能概述 277
16.1.1 材料的导电类型 277
16.1.2 电导率和迁移率 279
16.2 固体材料的导电机制 279
16.2.1 自由电子近似下的导电性 280
16.2.2 有效质量和有效电子密度 282
16.3 金属材料的电性能 282
16.3.1 金属的导电机制 282
16.3.2 金属电导率的影响因素 282
16.3.3 固溶体 286
16.3.4 金属间化合物 289
16.3.5 金属电阻研究的意义 290
16.4 绝缘体及其介电特性 291
16.4.1 绝缘体 291
16.4.2 电介质及其介电行为 291
16.5 超导电性 293
16.5.1 超导现象和概念 293
16.5.2 超导的特征 294
16.5.3 BSC理论 296
16.5.4 超导的应用 296
第17章 材料的磁学特性 298
17.1 材料磁性的物理基础 298
17.1.1 磁矩及其物理本质 298
17.1.2 磁化现象与磁化强度 299
17.1.3 固体磁性 300
17.2 材料的磁化曲线及磁滞回线 301
17.2.1 磁化曲线和磁滞回线 301
17.2.2 材料磁学物理量及其物理意义 302
17.3 自发磁化与磁畴结构 303
17.3.1 自发磁化 303
17.3.2 磁畴及其结构 303
17.3.3 技术磁化 305
17.4 磁性材料的各种物理效应 306
17.4.1 磁光效应 306
17.4.2 磁致伸缩效应 308
17.4.3 磁各向异性 308
第18章 半导体中的电子状态及其界面特性 312
18.1 半导体中的载流子及其导电行为 312
18.2 半导体中载流子的运动和有效质量 314
18.2.1 电子和空穴的有效质量 314
18.2.2 半导体中电子的速度 314
18.2.3 半导体中的电子加速度 315
18.2.4 状态密度函数 315
18.3 半导体的类型和特征 318
18.3.1 本征半导体 318
18.3.2 杂质半导体和杂质能级 320
18.3.3 n-型半导体 321
18.3.4 少数载流子浓度 322
18.4 半导体中载流子的输运 323
18.4.1 载流子迁移率 323
18.4.2 非平衡载流子 325
18.5 半导体器件接触 326
18.5.1 p-n结 326
18.5.2 金属-半导体接触 336
18.5.3 半导体表面电子状态 339
18.5.4 异质结 341
第19章 纳米材料与非晶 343
19.1 纳米材料及其奇异性 343
19.1.1 概述 343
19.1.2 纳米材料特性上的奇异性 344
19.2 纳米材料的特性 345
19.2.1 强度 345
19.2.2 塑性 347
19.2.3 弹性模量 348
19.2.4 超塑性 348
19.2.5 纳米材料的磁性能 349
19.2.6 材料的热学性能 349
19.2.7 纳米材料的光学性质 350
19.2.8 材料的电学性质 352
19.2.9 纳米材料的介电性质 352
19.3 非晶材料及其特性 353
19.3.1 概述 353
19.3.2 金属玻璃的微观结构 354
19.3.3 金属玻璃的优异特性 357
思考与习题 360
参考文献 368