北京航空航天大学出版社：《材料物理性能》课程书籍教材PDF电子书（编著：田莳，共七章）

材料物理性能 田莳编著 北京航空航天大学出版社

材料物理性能 田 莳 编著 北京航空航天大学出版社

内容简介 本书共分7章。第1章简明地论述了固体中的电子能量结构和状态，为没有学过固体物 理的读者提供一些基础知识。其余各章集中介绍了材料的电、介电、光、热、磁、弹性和内耗（阻 尼)性能及其发展，阐述了各种性能的重要原理及微观机制、各种材料成分、组织结构与性能关 系及主要制约规律。介绍了表征物理性能主要参量的重要测试方法及其在材料科学与工程中 的应用。列举了与各种物理性能相关的重要功能材料。本书每章都有复习题（含计算题）和小 结。其特色是把金属材料、陶瓷材料与高聚物材料的物理性能做了扼要的对比，以利于读者掌 握材料物理性能的一般规律和特殊性。本书最后以附录形式概述了核技术中的材料原子环境 的三种研究方法。 本书可供大学材料科学与工程专业本科生或低年级硕士生选作教材或参考书，也可作为 材料科学与工程领域的大专院校教师和科技工作者的参考资料。 图书在版编目(CP)数据 材料物理性能田莳编著.一北京：北京航空航天大 学出版社，20018 ISBN7-81077-068-3 I材.Ⅱ田.Ⅲ材料物理性能 IV .TB303 中国版本图书馆CIP数据核字(2001)第047041号 材料物理性能 田莳编著 贵任编辑刘宝俊 责任校对陈坤 北京航空航天大学出版社出版发行 北京市海淀区学院路37号(100083)发行部电话：82317024传直：82328026 http//www buaapress com.cn E-mail:pressell@publica bj cninfo net 北京宏文印刷厂印装各地书店经销 开本：787×1092V16印张：24字数：641千字 2001年8月第1版2001年8月第1次印刷印数：2000册 15BN7-8107-068-TB·002定价：280元

内容简介 本书共分 7 章。第 1 章简明地论述了固体中的电子能量结构和状态, 为没有学过固体物 理的读者提供一些基础知识。其余各章集中介绍了材料的电、介电、光、热、磁、弹性和内耗( 阻 尼)性能及其发展, 阐述了各种性能的重要原理及微观机制、各种材料成分、组织结构与性能关 系及主要制约规律。介绍了表征物理性能主要参量的重要测试方法及其在材料科学与工程中 的应用。列举了与各种物理性能相关的重要功能材料。本书每章都有复习题(含计算题) 和小 结。其特色是把金属材料、陶瓷材料与高聚物材料的物理性能做了扼要的对比, 以利于读者掌 握材料物理性能的一般规律和特殊性。本书最后以附录形式概述了核技术中的材料原子环境 的三种研究方法。 本书可供大学材料科学与工程专业本科生或低年级硕士生选作教材或参考书,也可作为 材料科学与工程领域的大专院校教师和科技工作者的参考资料。 图书在版编目(CIP )数据 材料物理性能/ 田莳编著 .—北京:北京航空航天大 学出版社, 2001 .8 ISBN 7 81077 068 3 Ⅰ .材. Ⅱ .田. Ⅲ .材料 物理性能 Ⅳ .TB303 中国版本图书馆 CIP 数据核字(2001 ) 第 047041 号 材料物理性能 田 莳 编著 责任编辑 刘宝俊 责任校对 陈 坤 * 北京航空航天大学出版社出版发行 北京市海淀区学院路 3 7 号 ( 10 0 08 3 ) 发行部电话 : 82 3 17 0 24 传真: 8 23 2 80 2 6 htt p :/ / www .b ua ap r es s .com .cn E mail: p res sell@ p u blica .bj .cni n fo .ne t 北京宏文印刷厂印装 各地书店经销 * 开本: 787×1 09 2 1/ 1 6 印张 : 24 字数: 641 千字 2 00 1 年 8 月第 1 版 2 00 1 年 8 月第 1 次印刷 印数: 2 00 0 册 ISBN 7 81 0 77 0 68 3/ TB·00 2 定价 : 2 8 .00 元

编者的话 根据高等教育要适应社会主义市场经济发展的需要和扩大专业面向的精神 以及执行北京航空航天大学2000年版教学计划的需要，作者编写了《材料物理性 能》教材。这本书是在原《金属物理性能》教材基础上改编而成的。除把相应物理 性能的载体扩大到无机非金属材料、个别聚合物外，还增加了两部分新内容：第3 章材料的介电性能和第4章材料的光学性能。这些内容在高技术领域，特别是信 息工程方面是绝对需要的，具有重要地位。 作为教材，除每章附有复习题外，本书各章增加了小结，意在指出本章主要内 容，学习应注意的要点，特别是在小结中指出相应物理性能在高聚物材料中所具 有的特殊性，以便为读者提供对金属材料、无机非金属材料、高聚物材料进行比较 的空间，增加对物理性能规律普遍性和特殊性的认识。 书中带有*的节次可不讲授，视学生接受水平和学时数而定。 本书经王润教授认真审阅，提出不少宝贵意见；在编写过程中参考了已经出 版的教材、参考书和论文，在此编者向王润教授和被引用参考文献的作者表示衷 心感谢。 由于本人学识所限，加之赶时间，内容方面定有不妥，甚至错误之处，敬请读 者批评指正。 田莳 2000年12月18日

编者的话 根据高等教育要适应社会主义市场经济发展的需要和扩大专业面向的精神 , 以及执行北京航空航天大学 2000 年版教学计划的需要 , 作者编写了《材料物理性 能》教材。这本书是在原《金属物理性能》教材基础上改编而成的。除把相应物理 性能的载体扩大到无机非金属材料、个别聚合物外 , 还增加了两部分新内容 : 第 3 章材料的介电性能和第 4 章材料的光学性能。这些内容在高技术领域 , 特别是信 息工程方面是绝对需要的 , 具有重要地位。 作为教材 , 除每章附有复习题外 ,本书各章增加了小结 , 意在指出本章主要内 容 , 学习应注意的要点 , 特别是在小结中指出相应物理性能在高聚物材料中所具 有的特殊性 ,以便为读者提供对金属材料、无机非金属材料、高聚物材料进行比较 的空间 , 增加对物理性能规律普遍性和特殊性的认识。 书中带有 * 的节次可不讲授 ,视学生接受水平和学时数而定。 本书经王润教授认真审阅 , 提出不少宝贵意见 ; 在编写过程中参考了已经出 版的教材、参考书和论文 , 在此编者向王润教授和被引用参考文献的作者表示衷 心感谢。 由于本人学识所限 , 加之赶时间 , 内容方面定有不妥 , 甚至错误之处 , 敬请读 者批评指正。 田 莳 2000 年 12 月 18 日

目 录 绪言 第1章固体中电子能量结构和状态 11电子的波动性.(4) 1】微观粒子的波粒二象性.(4) 112波函数 .(5) 1】3薛定谔(Schr0 dinger)方程.(6) 114霍尔效应.(8) 12金属的费密(Fermi)索末菲(Sommerfel)电子理论.(9) 12】金属中自由电子的能级.(9) 122自由电子的能级密度.(12) 123自由电子按能级分布.（们4） 3晶体能带理论基本知识概述.(5) 13】周期势场中的传导电子.(16) 132K空间的等能线和等能面.(18) 133准自由电子近似电子能级密度.(21) 134能带和原子能级. (21) 14晶体能带理论应用举例.(22) 141导体、绝缘体、半导体的能带结构.(22) 142能带理论对金属一些性质差异的解释.(24) *143理解正霍尔系数的意义. (25) *15非晶态金属、半导体的电子状态.(27) 151非晶态金属、半导体及其特点.(27) 152电子状态. (27) 本章小结.(29 复习题.(29) 第2章材料的电性能 21引言.(30) 22电子类载流子导电.(32) 221金属导电机制.(32) 222电阻率与温度的关系. (33) 223 电阻率与压力的关系. (34) 224冷加工和缺陷对电阻率的影响.(35) *225电阻率的尺寸效应.(38) *226电阻率的各向异性. 39) 227固溶体的电阻率· (39) *228化合物、中间相、多相合金的电阻率.(42)

目 录 绪 言 第 1 章 固体中电子能量结构和状态 1 .1 电子的波动性 . (4) 1 .1 .1 微观粒子的波粒二象性 . (4) 1 .1 .2 波函数 . (5) 1 .1 .3 薛定谔( Sch r o·· dinger )方程 . (6) 1 .1 .4 霍尔效应 . (8) 1 .2 金属的费密( Fe rmi )-索末菲( Sommerfel )电子理论. (9) 1 .2 .1 金属中自由电子的能级 . (9) 1 .2 .2 自由电子的能级密度. (12) 1 .2 .3 自由电子按能级分布. (14) 1 .3 晶体能带理论基本知识概述. (15) 1 .3 .1 周期势场中的传导电子. (16) 1 .3 .2 K 空间的等能线和等能面 . (18) 1 .3 .3 准自由电子近似电子能级密度. (21) 1 .3 .4 能带和原子能级. (21) 1 .4 晶体能带理论应用举例. (22) 1 .4 .1 导体、绝缘体、半导体的能带结构. (22) 1 .4 .2 能带理论对金属一些性质差异的解释. (24) * 1 .4 .3 理解正霍尔系数的意义. (25) * 1 .5 非晶态金属、半导体的电子状态 . (27) 1 .5 .1 非晶态金属、半导体及其特点 . (27) 1 .5 .2 电子状态. (27) 本章小结 . (29) 复习题 . (29) 第 2 章 材料的电性能 2 .1 引 言. (30) 2 .2 电子类载流子导电. (32) 2 .2 .1 金属导电机制. (32) 2 .2 .2 电阻率与温度的关系. (33) 2 .2 .3 电阻率与压力的关系. (34) 2 .2 .4 冷加工和缺陷对电阻率的影响. (35) * 2 .2 .5 电阻率的尺寸效应. (38) * 2 .2 .6 电阻率的各向异性. (39) 2 .2 .7 固溶体的电阻率. (39) * 2 .2 .8 化合物、中间相、多相合金的电阻率. (42)

2 材料物理性能 23离子类载流子导电.(43) 231离子电导理论.(43) 232离子电导与扩散. (46 233离子导电的影响因素 (47 234快离子导体. (48) 24半导体 (51) 24】本征半导体 (51 242质半导体. (54) 243 导电性和载流子迁移率. (57) *244 少数载流子的行为· (58 米245半导体接触. (60) (64) 251概述 (64) 252超导态特性和超导体的三个性能指标. (66) 253绍导体的应用. (69) *26电导功能材料. (70) 261导电材料. (70) 262电阻材料. (71) 263电触点材料. (74) 27电性能测量及其应用举例. (75 271双电桥和电位差计测量方法. (75) 272直流四探针法. (76) 273电阻法分析应用举例. (78) 本章小结. (80) 复习题. (81) 第3章材料的介电性能 (83) 3.1.1 平板电容器及其电介质. (83) 312极化相关物理量 (84 313由介质极化的机制. (85) 314宏观极化强度与微观极化率的关系.。 (89 32交变电场下的电介质 (90) 321复介电常数和介质损耗.(90) 322电介质驰豫和频率响应.(92) 323介电损耗分析. (94) 33电介质在电场中的破坏 (95) 331介电强度（介电击穿强度）. (95) *332本征击穿机制.(96) *333热击穿机制.(97)

2 .3 离子类载流子导电. (43) 2 .3 .1 离子电导理论. (43) 2 .3 .2 离子电导与扩散. (46) 2 .3 .3 离子导电的影响因素. (47) 2 .3 .4 快离子导体. (48) 2 .4 半导体. (51) 2 .4 .1 本征半导体. (51) 2 .4 .2 杂质半导体. (54) 2 .4 .3 导电性和载流子迁移率. (57) * 2 .4 .4 少数载流子的行为. (58) * 2 .4 .5 半导体接触. (60) 2 .5 超导体. (64) 2 .5 .1 概 述. (64) 2 .5 .2 超导态特性和超导体的三个性能指标. (66) 2 .5 .3 超导体的应用. (69) * 2 .6 电导功能材料. (70) 2 .6 .1 导电材料. (70) 2 .6 .2 电阻材料. (71) 2 .6 .3 电触点材料. (74) 2 .7 电性能测量及其应用举例. (75) 2 .7 .1 双电桥和电位差计测量方法. (75) 2 .7 .2 直流四探针法. (76) 2 .7 .3 电阻法分析应用举例. (78) 本章小结 . (80) 复习题 . (81) 第 3 章 材料的介电性能 3 .1 电介质及其极化. (83) 3 .1 .1 平板电容器及其电介质. (83) 3 .1 .2 极化相关物理量. (84) 3 .1 .3 电介质极化的机制. (85) 3 .1 .4 宏观极化强度与微观极化率的关系. (89) 3 .2 交变电场下的电介质 . (90) 3 .2 .1 复介电常数和介质损耗. (90) 3 .2 .2 电介质弛豫和频率响应. (92) 3 .2 .3 介电损耗分析. (94) 3 .3 电介质在电场中的破坏 . (95) 3 .3 .1 介电强度( 介电击穿强度) (95) . * 3 .3 .2 本征击穿机制. (96) * 3 .3 .3 热击穿机制 . (97) 2 材料物理性能

录 3 米334雪崩式击穿机制.(98) 335影响无机材料击穿强度的各种因素. (98) 34压电性和热释电性. (100 34】压电性(piezoelectricity) (100 342热释电性 (107) 35铁电性(ferroelectricity) 35】铁电体、电畴.(108 352铁电体的起源与晶体结构. 110 *353 铁电体的临界性质.(112) 354压电、铁电材料及其应用 (114) 36介电测量简介.(118) 361 电容率（介电常数）、介电损耗、介电强度的测定.(118) 362 电滞回线的测量 (119) 363压电性的测量.。 (119) (120) 复习题. (121) 第4章材料的光学性能 41光和固体的相互作用.(122) 411 光的波粒二象性. (122) 412 光通过固体现象.(122) 413材料的诱射及其影向因素.*.*.*. (127) *42材料的不透明性与半透明性. (134) 421不透明性.(134) 422半透明性 *43透明材料的颜色和着色原理 (138 431透明材料的颜色 (138 432无机非金属材料的着色 44材料的发光. (140 441发光和热辐射 (140 442激光。. 45无机材料的红外光学性能. (151) 451红外技术的起源和应用 (151) 452红外透过材料.(152) 453红外探测材料.(156) 454热探测器材料. (159) 46电-光效应、光折变效应、非线性光学效应.(161) 461相关预备知识.(161) 462电光效应.(164) 米463非线性光学效应.(165)

* 3 .3 .4 雪崩式击穿机制. (98) 3 .3 .5 影响无机材料击穿强度的各种因素. (98) 3 .4 压电性和热释电性 . ( 100 ) 3 .4 .1 压电性( piezoelectricity ) ( 100 ) . 3 .4 .2 热释电性* . ( 107 ) 3 .5 铁电性( fer roelect ricit y ) ( 108 ) . 3 .5 .1 铁电体、电畴. ( 108 ) 3 .5 .2 铁电体的起源与晶体结构 . ( 110 ) * 3 .5 .3 铁电体的临界性质 . ( 112 ) 3 .5 .4 压电、铁电材料及其应用. ( 114 ) 3 .6 介电测量简介 . ( 118 ) 3 .6 .1 电容率( 介电常数)、介电损耗、介电强度的测定 . ( 118 ) 3 .6 .2 电滞回线的测量 . ( 119 ) 3 .6 .3 压电性的测量 . ( 119 ) 本章小结. ( 120 ) 复习题. ( 121 ) 第 4 章 材料的光学性能 4 .1 光和固体的相互作用 . ( 122 ) 4 .1 .1 光的波粒二象性 . ( 122 ) 4 .1 .2 光通过固体现象 . ( 122 ) 4 .1 .3 材料的透射及其影响因素 . ( 127 ) * 4 .2 材料的不透明性与半透明性 . ( 134 ) 4 .2 .1 不透明性 . ( 134 ) 4 .2 .2 半透明性 . ( 137 ) * 4 .3 透明材料的颜色和着色原理 . ( 138 ) 4 .3 .1 透明材料的颜色 . ( 138 ) 4 .3 .2 无机非金属材料的着色 . ( 139 ) 4 .4 材料的发光 . ( 140 ) 4 .4 .1 发光和热辐射 . ( 140 ) 4 .4 .2 激 光 . ( 142 ) 4 .5 无机材料的红外光学性能 . ( 151 ) 4 .5 .1 红外技术的起源和应用 . ( 151 ) 4 .5 .2 红外透过材料 . ( 152 ) 4 .5 .3 红外探测材料 . ( 156 ) 4 .5 .4 热探测器材料 . ( 159 ) 4 .6 电 - 光效应、光折变效应、非线性光学效应 . ( 161 ) 4 .6 .1 相关预备知识 . ( 161 ) 4 .6 .2 电光效应 . ( 164 ) * 4 .6 .3 非线性光学效应 . ( 165 ) 目 录 3

材料物理性能 *464光折变效应(photorefractive effect).(l66 *465材料及其相关应用.(167) 47磁光效应和光导纤维. (171) 471磁光效应及其应用 (171) 472光导纤维（光纤）. (172) 本章小结.(179) 复习题.(179) 第5章材料的热性能 511固体热容理论简介 (181) 512金属和合金的热容.*.*.*. (184 513陶瓷材料的热容. (187 514 相变对热容的影响. (188 515热分析. (189) 516热分析应用. (194) 52材料的热膨胀. (196) 52】热膨胀来自原子的非简谐振动 (196) 522膨胀系数. (198) 523影响热膨胀的因素 (201) 524多晶体和复合材料的热膨胀 .(204) 525热膨胀测试方法及其应用.(208) *526膨胀合金 (217) 53材料的导热性.(219) 531热传导宏观规律及其微观机制 532 金属的热传导. (220 533无机非金属材料的热传导 (224) 54热电性(thermoelectricity). (228) 54.1 热电效应. (228 *542 绝对热电势系数(ATP) (229) 543热电性的应用及热由材料到 .230 55材料的热稳定性. (238 551热稳定性的表征 (238 552热应力.(238) 553抗执冲击性能.**.*.*. (240) 56材料热导率的测量方法. (244) 561稳态测试.(244) 562动态测试.(246) 本章小结.(247) 复习题.(247）

* 4 .6 .4 光折变效应( photo ref ractive effect ) ( 166 ) . * 4 .6 .5 材料及其相关应用 . ( 167 ) 4 .7 磁光效应和光导纤维 . ( 171 ) 4 .7 .1 磁光效应及其应用 . ( 171 ) 4 .7 .2 光导纤维( 光纤) ( 172 ) . 本章小结. ( 179 ) 复习题. ( 179 ) 第 5 章 材料的热性能 5 .1 材料的热容 . ( 181 ) 5 .1 .1 固体热容理论简介 . ( 181 ) 5 .1 .2 金属和合金的热容 . ( 184 ) 5 .1 .3 陶瓷材料的热容 . ( 187 ) 5 .1 .4 相变对热容的影响 . ( 188 ) 5 .1 .5 热分析 . ( 189 ) 5 .1 .6 热分析应用 . ( 194 ) 5 .2 材料的热膨胀 . ( 196 ) 5 .2 .1 热膨胀来自原子的非简谐振动 . ( 196 ) 5 .2 .2 膨胀系数 . ( 198 ) 5 .2 .3 影响热膨胀的因素 . ( 201 ) 5 .2 .4 多晶体和复合材料的热膨胀 . ( 204 ) 5 .2 .5 热膨胀测试方法及其应用 . ( 208 ) * 5 .2 .6 膨胀合金 . ( 217 ) 5 .3 材料的导热性 . ( 219 ) 5 .3 .1 热传导宏观规律及其微观机制 . ( 219 ) 5 .3 .2 金属的热传导 . ( 220 ) 5 .3 .3 无机非金属材料的热传导 . ( 224 ) 5 .4 热电性( t hermoelect ricit y ) ( 228 ) . 5 .4 .1 热电效应 . ( 228 ) * 5 .4 .2 绝对热电势系数( A T P ) ( 229 ) . 5 .4 .3 热电性的应用及热电材料 . ( 230 ) 5 .5 材料的热稳定性 . ( 238 ) 5 .5 .1 热稳定性的表征 . ( 238 ) 5 .5 .2 热应力 . ( 238 ) 5 .5 .3 抗热冲击性能 . ( 240 ) 5 .6 材料热导率的测量方法 . ( 244 ) 5 .6 .1 稳态测试 . ( 244 ) 5 .6 .2 动态测试 . ( 246 ) 本章小结. ( 247 ) 复习题. ( 247 ) 4 材料物理性能

录 第6章材料磁性能 6】磁学基本量及磁性分类.(249) 611磁学基本量 612物质的磁性分类. .(250 613原子本征磁矩、抗磁性和顺磁性.(251) 62铁磁性和亚铁磁性材料的特性.(253) 62】磁化曲线.(253) 622陵滞回线. (254 623 磁晶各向异性和各向异性能. (254) 624铁磁体的形状各向异性及退磁能 (255) 625磁致伸缩与磁弹性能.**. (256) 63磁性材科的自发磁化和枝术磁化. (257) 631自发磁化理论 (258) 632技术磁化理论. (262) 64磁性材料的动态特性.*. 269 641交流磁化过程与交流回线. (269) 642复数磁导率. (270) 643交变磁场作用下的能量损耗. (271) 65磁性材料 (275) 651软磁材料 .(275) 652硬磁材料.(281) 66信息存储磁性材料. (289) 661磁感应（盘、带）记录系统.(290) 662磁（致）电阻效应和磁头材料 663磁光记录材料. (305 67磁性测量及其在材料科学与工程中的应用 (307) 671材料的直流磁性测量.(307) 672材料的交流（动态）磁性测量. (317) 本章小结 (319) .319 第7章材料弹性与内耗（阻尼）性能 71胡克定律及弹性的表征 . (321) 711广义胡克定律.*.(321) 712弹性的表征.(324) 72弹性与原子间结合力等物理量的关系. (325) *721弹性模量的微观分析.(325) 722弹性模量与其他物理量的关系.(326) 73弹性模量的影响因素.(328) 731温度的影响.(328)

第 6 章 材料磁性能 6 .1 磁学基本量及磁性分类 . ( 249 ) 6 .1 .1 磁学基本量 . ( 249 ) 6 .1 .2 物质的磁性分类 . ( 250 ) 6 .1 .3 原子本征磁矩、抗磁性和顺磁性. ( 251 ) 6 .2 铁磁性和亚铁磁性材料的特性 . ( 253 ) 6 .2 .1 磁化曲线 . ( 253 ) 6 .2 .2 磁滞回线 . ( 254 ) 6 .2 .3 磁晶各向异性和各向异性能 . ( 254 ) 6 .2 .4 铁磁体的形状各向异性及退磁能 . ( 255 ) 6 .2 .5 磁致伸缩与磁弹性能 . ( 256 ) 6 .3 磁性材料的自发磁化和技术磁化 . ( 257 ) 6 .3 .1 自发磁化理论 . ( 258 ) 6 .3 .2 技术磁化理论 . ( 262 ) 6 .4 磁性材料的动态特性 . ( 269 ) 6 .4 .1 交流磁化过程与交流回线 . ( 269 ) 6 .4 .2 复数磁导率 . ( 270 ) 6 .4 .3 交变磁场作用下的能量损耗 . ( 271 ) 6 .5 磁性材料 . ( 275 ) 6 .5 .1 软磁材料 . ( 275 ) 6 .5 .2 硬磁材料 . ( 281 ) 6 .6 信息存储磁性材料 . ( 289 ) 6 .6 .1 磁感应( 盘、带) 记录系统. ( 290 ) 6 .6 .2 磁( 致)电阻效应和磁头材料 . ( 301 ) 6 .6 .3 磁光记录材料 . ( 305 ) 6 .7 磁性测量及其在材料科学与工程中的应用 . ( 307 ) 6 .7 .1 材料的直流磁性测量 . ( 307 ) 6 .7 .2 材料的交流( 动态)磁性测量 . ( 317 ) 本章小结. ( 319 ) 复习题. ( 319 ) 第 7 章 材料弹性与内耗(阻尼) 性能 7 .1 胡克定律及弹性的表征 . ( 321 ) 7 .1 .1 广义胡克定律 . ( 321 ) 7 .1 .2 弹性的表征 . ( 324 ) 7 .2 弹性与原子间结合力等物理量的关系 . ( 325 ) * 7 .2 .1 弹性模量的微观分析 . ( 325 ) 7 .2 .2 弹性模量与其他物理量的关系 . ( 326 ) 7 .3 弹性模量的影响因素 . ( 328 ) 7 .3 .1 温度的影响 . ( 328 ) 目 录 5

材料物理性能 732相变对弹性模量的影响.(329) 733固溶体的弹性模量.(329) 734晶体结构的影响. (331) 74弹性的铁磁性反常现象（△E效应） .(333 75无机材料的弹性模量.(334) 751多孔陶瓷材料的弹性模量 (334 752双相陶瓷的弹性模量.(335) 76弹性模量的动态法测量.(336) 761动态法测弹性模量的原理 (336 762悬挂法测弹性模量.(338) 763超声波脉冲法.(339) 77材料滞弹性和内耗.(340 771粘弹性和滞弹性.(340) .(340) 773内耗概述. (343) 774驰豫型内耗.(344) 775内耗的表征（量度）.(346) 776静滞后型内耗.(347) 78内耗产生的机制.· .(347) 781 点阵中原子有序排列引起内耗.(347) 782 与位错有关的内耗.(348) 783 与晶界有关的内耗.(349) *784磁弹性内耗.(350】 *785 热弹性内耗. (351) 786伪弹性和相变内耗.(351) 79内耗测量方法与应用. (355) 791测量方法 (355) 792内耗应用举例.(356) *710弹性合金和高阻尼合金.(359) 7.101 高弹性合金.(359) 7102恒弹性合金.(360) 7103阻尼减振材料.(360) 本章小结.(361) 复习题.(362) *附录 附录一 正电子湮没技术. .(363 附录二 .(364) 附录三核磁共振. 各章主要参考文献

7 .3 .2 相变对弹性模量的影响 . ( 329 ) 7 .3 .3 固溶体的弹性模量 . ( 329 ) 7 .3 .4 晶体结构的影响 . ( 331 ) 7 .4 弹性的铁磁性反常现象(ΔE 效应) ( 333 ) . 7 .5 无机材料的弹性模量 . ( 334 ) 7 .5 .1 多孔陶瓷材料的弹性模量 . ( 334 ) 7 .5 .2 双相陶瓷的弹性模量 . ( 335 ) 7 .6 弹性模量的动态法测量 . ( 336 ) 7 .6 .1 动态法测弹性模量的原理 . ( 336 ) 7 .6 .2 悬挂法测弹性模量 . ( 338 ) 7 .6 .3 超声波脉冲法 . ( 339 ) 7 .7 材料滞弹性和内耗 . ( 340 ) 7 .7 .1 粘弹性和滞弹性 . ( 340 ) 7 .7 .2 滞弹性 . ( 340 ) 7 .7 .3 内耗概述 . ( 343 ) 7 .7 .4 弛豫型内耗 . ( 344 ) 7 .7 .5 内耗的表征( 量度) ( 346 ) . 7 .7 .6 静滞后型内耗 . ( 347 ) 7 .8 内耗产生的机制 . ( 347 ) 7 .8 .1 点阵中原子有序排列引起内耗 . ( 347 ) 7 .8 .2 与位错有关的内耗 . ( 348 ) 7 .8 .3 与晶界有关的内耗 . ( 349 ) * 7 .8 .4 磁弹性内耗 . ( 350 ) * 7 .8 .5 热弹性内耗 . ( 351 ) 7 .8 .6 伪弹性和相变内耗 . ( 351 ) 7 .9 内耗测量方法与应用 . ( 355 ) 7 .9 .1 测量方法 . ( 355 ) 7 .9 .2 内耗应用举例 . ( 356 ) * 7 .10 弹性合金和高阻尼合金. ( 359 ) 7 .10 .1 高弹性合金. ( 359 ) 7 .10 .2 恒弹性合金. ( 360 ) 7 .10 .3 阻尼减振材料. ( 360 ) 本章小结. ( 361 ) 复习题. ( 362 ) *附 录 附录一 正电子湮没技术. ( 363 ) 附录二 穆斯堡尔效应. ( 364 ) 附录三 核磁共振. ( 366 ) 各章主要参考文献 6 材料物理性能

绪 言 顾名思义，材料物理性的把本书研究的内容及其载体表述得十分清楚。显然，各种物理 性能的载体是包括金属材料、无机非金属材料、高聚物材料的“大”材料类。因为当今人类社会 已进入信息时代，过去那种单一类材料很难满足社会工程对材料性能的需求，结果必然是材料 向复合化、多功能化、低维化，甚至智能化方向发展。本书把金属和无机非金属材料（主要是人 工晶体和陶瓷)作为物理性能的主要描述对象，并在每章小结中与高聚物相应的物理性能（简 称物性)特点做了对比，以便为读者提供材料相应物性规律的全貌。 本课程研究的内容是材料的物理性能。物理性能的最初发展包括力学性能、热学性能、声 学性能、光学性能、电学性能、磁学性能、辐照性能等，由于应用的广泛性，现已把力学性能（诸 如韧性、强度、塑性等)从物性中独立出来，如同现在把力学从物理学中抽出并与之并列一样 本课程的情况也是如此。根据材料科学与工程专业的特点和教学大纲的安排，本教材中只初 步介绍电、介电、光、热、磁，弹性和内耗的物理本质。这是本课程所涵盖的第一个内容。 第二，研究这些物理性能与材料的成分、结构、工艺过程的关系及其变化规律。物性是可 以随材料的使用（或试验）环境变化的。这些环境包括温度、压力、电场、磁场、辐照、化学介质、 力场等。本课程内容包括研究物性在这些条件下的稳定性及其变化过程。 第三，介绍了与物理性能相关的特殊材料，按现在人们的说法，它们都属于功能材料。因 为人们侧重使用它们的物理性能，而不是力学性能（这一类材料通称结构材料）。例如，讲解材 料的电性能时，在介绍离子导电理论之后，介绍了快离子导体；讲解材料的光性能时，在介绍激 光之后介绍了激光晶体等。这种内容安排，使物理性能课更接近实际；反过来学习具体材料更 加深了对物性规律性的认识。 第四，介绍与这些物性相关的测试技术与分析方法。物性总是要用参量来表征的，故总有 套定量测量的技术。本书介绍这些测量技术的测试原理、结果分析及其在材料科学与工程 中的应用。例如，结合阐述热性能物理本质及其一般规律，介绍了热分析方法、膨胀分析法，从 而了解了这些物性参量变化是怎样反映材料内部组织结构变化的。其他如磁性法、电位法（电 阻法)等这些物性分析方法与材料的其他物理分析法如电镜、X光分析法一样，都是不可缺少 的。可喜的是物性分析法总是定最分析的微机的引入更使之自动化。最斤发展記来的原子 环境的物性分析方法是把核技术引入材料的研究中。这些技术包括正电子湮灭、核磁共振、穆 斯堡尔效应等，由于篇幅所限，本书以附录形式予以简介。 研究材料物理性能的实际意义，可以从它研究的内容、载体以及与国民经济发展的相关性 中得到确认。载体是材料，材料是国民经济发展的三大支柱之一，可见其重要性。纳米材料已 成为21世纪发展的高技术之一。材料物理性能的研究可以为发展功能材料提供一些理论 础 材料设计技术正在兴起。材料设计正是从原子、分子量级去组建材料，以达到人们要求的 使用性能。要实现这一目标，除应具有合金热力学、界面、缺陷等理论外，还必须具有电子论方 面的知识，因为功能材料的性能大部分是直接与电子组态和费密能相关的。根据对物性参量

绪 言 顾名思义,《材料物理性能》把本书研究的内容及其载体表述得十分清楚。显然, 各种物理 性能的载体是包括金属材料、无机非金属材料、高聚物材料的“大”材料类。因为当今人类社会 已进入信息时代,过去那种单一类材料很难满足社会工程对材料性能的需求, 结果必然是材料 向复合化、多功能化、低维化,甚至智能化方向发展。本书把金属和无机非金属材料( 主要是人 工晶体和陶瓷)作为物理性能的主要描述对象, 并在每章小结中与高聚物相应的物理性能( 简 称物性)特点做了对比, 以便为读者提供材料相应物性规律的全貌。 本课程研究的内容是材料的物理性能。物理性能的最初发展包括力学性能、热学性能、声 学性能、光学性能、电学性能、磁学性能、辐照性能等, 由于应用的广泛性, 现已把力学性能( 诸 如韧性、强度、塑性等)从物性中独立出来, 如同现在把力学从物理学中抽出并与之并列一样。 本课程的情况也是如此。根据材料科学与工程专业的特点和教学大纲的安排, 本教材中只初 步介绍电、介电、光、热、磁、弹性和内耗的物理本质。这是本课程所涵盖的第一个内容。 第二,研究这些物理性能与材料的成分、结构、工艺过程的关系及其变化规律。物性是可 以随材料的使用(或试验) 环境变化的。这些环境包括温度、压力、电场、磁场、辐照、化学介质、 力场等。本课程内容包括研究物性在这些条件下的稳定性及其变化过程。 第三,介绍了与物理性能相关的特殊材料, 按现在人们的说法, 它们都属于功能材料。因 为人们侧重使用它们的物理性能,而不是力学性能( 这一类材料通称结构材料)。例如, 讲解材 料的电性能时,在介绍离子导电理论之后, 介绍了快离子导体;讲解材料的光性能时, 在介绍激 光之后介绍了激光晶体等。这种内容安排,使物理性能课更接近实际; 反过来学习具体材料更 加深了对物性规律性的认识。 第四,介绍与这些物性相关的测试技术与分析方法。物性总是要用参量来表征的, 故总有 一套定量测量的技术。本书介绍这些测量技术的测试原理、结果分析及其在材料科学与工程 中的应用。例如,结合阐述热性能物理本质及其一般规律, 介绍了热分析方法、膨胀分析法, 从 而了解了这些物性参量变化是怎样反映材料内部组织结构变化的。其他如磁性法、电位法( 电 阻法)等这些物性分析方法与材料的其他物理分析法如电镜、X 光分析法一样, 都是不可缺少 的。可喜的是物性分析法总是定量分析的,微机的引入更使之自动化。最近发展起来的原子 环境的物性分析方法是把核技术引入材料的研究中。这些技术包括正电子湮灭、核磁共振、穆 斯堡尔效应等,由于篇幅所限, 本书以附录形式予以简介。 研究材料物理性能的实际意义,可以从它研究的内容、载体以及与国民经济发展的相关性 中得到确认。载体是材料,材料是国民经济发展的三大支柱之一, 可见其重要性。纳米材料已 成为 21 世纪发展的高技术之一。材料物理性能的研究可以为发展功能材料提供一些理论 基础。 材料设计技术正在兴起。材料设计正是从原子、分子量级去组建材料, 以达到人们要求的 使用性能。要实现这一目标,除应具有合金热力学、界面、缺陷等理论外, 还必须具有电子论方 面的知识,因为功能材料的性能大部分是直接与电子组态和费密能相关的。根据对物性参量