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