前言

概述

1.功能材料物理金属学基础

  1.1 金属晶体

  1.2 金属的自由电子论

  1.3 金属晶体中的不完整性

  1.4 金属的力学性质

  1.5 金属的物理性能

  1.6 相变及其动力学

  1.7 金属与合金中的扩散

2.磁金属材料

  2.1 磁性的一些概念

  2.2 磁体的功能与应用

  2.3 永磁材料

  2.4 高性能磁芯材料

  2.5 高密度记录用材料

  2.6 其他磁性功能材料

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1. 功能材料物理金属学基础

物理金属学是现代材料科学赖以萌芽的主根，它已有一百多年的历史，它始终与提炼冶金学不可分割地交织在一起并且相互影响。晶体学和矿物学的发展比固态金属科学的发展早，矿物学知识往往能给物理金属学家以基础性的帮助，矿物学家和晶体学家的工作对金属工作者产生了深远的影响。19世纪科学、化学、物理、力学等学科有很大的发展，它们立即在物理金属学家感兴趣的领域内获得了应用。在很多基础科学的领域内，冶金学家做出了许多重要的贡献。冶金学的发展大都起源于金属及合金的新制造方法的迅速发展，在很长一段时间内，并没有明显区分提炼冶金学家和物理金属学家。这种区分只是由于知识宝库的迅速增大，专业化成为势在必行的结果。现在科学发展的整体化趋势及科学、技术和生产三位一体融合，明显的专业化分工将难以适应时代的潮流。理论工作、实验工作及计算工作无法截然分开。

现在人们举目可见《物理金属学》《冶金学》《理论金属学》《金属物理》《金属学》《金属材料》等书籍，其内容都是大同小异，侧重面不同而已。我们在这里只是简单地介绍金属的一些基本知识。

1.1  金属晶体

1.1.1  晶体与非晶体概念

自然界中的各种物质直接考虑组成物质的原子模型，能以不同的物理状态将物质分为有序结构和无序结构两大类。晶体为典型的有序结构；而气体相当于稀释态，液体、非晶固体相当于凝聚态，都属于无序结构。

晶体是指其原子（更确切地说是离子）呈规则排列的物体。晶体之所以具有这种规则的原子排列，主要是由于各原子之间的相互吸引力和排斥力相平衡的结果。在自然界中包括金属在内的绝大多数固体都是晶体。金属中，原子或离子是自由电子云联结在一起的，因此每一个原子都有趋势与它所有的近邻完全一样地被通过它们之间的自由电子所吸引；而共价晶体中每一个原子的近邻数目和位置被定向键和电子对的数目所固定。由于金属中没有这个限制，所以能形成高度致密的结构，即像许多同样大小的球堆积成总体积最小的结构。在金属元素中，约有百分之九十以上的金属晶体都属于体心立方晶格、面心立方晶格、密排立方晶格。

体心立方晶格的晶胞（图1-1）是由八个原子构成的立方体，并在其立方体的体积中心还有一个原子，因其晶格常数（晶胞的各边尺寸）a=b=c，故通常只用一个常数a表示，由其对角线长度√3a上所分布的原子数目（共2个），可计算出其原子半径的尺寸为r=√3/4a。在这种晶胞中，因为每个顶点上的原子是同时属于周围八个晶胞所共有，故实际上每个体心立方晶胞中仅包含有1/8×8+1=2个原子。属于这种晶格的金属有铁(＜912℃,α-Fe),铬(Cr),钼(Mo)、钨(W)、钒(V)等。

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