本书介绍了包括核材料在内的固体材料的物理基础知识。内容包括晶体学基础(着重介绍晶体几何学)，合金相结构(包括元素、合金、金属间化合物、各种陶瓷材料及硅酸盐等的晶体结构)，晶体缺陷(着重介绍位错的基本概念、属性和应用)，固体材料的力学性能(包括拉伸性能、硬度、冲击韧性、疲劳和蠕变性能、断裂韧性等)，固体中的扩散(基本规律。机制和应用)，金属的退火(包括回复、再结晶、晶粒长大的特点和机制)，相图 (二元、三元相图及其应用)和相变等。
本书内容简明扼要，深入浅出，适合从事材料工作(包括核材料工作)的工程技术人员和研究人员参考，也可作为材料专业(特别是核材料专业)学生的教材。 |
核材料是用于核工业(核反应堆工程)的材料，它包括核燃料和结构材料两大类。前者是产生链式裂变反应的材料，如铀、钍和钚及其合金或氧化物、碳化物等。这些材料除具有放射性和可裂变(或可转换为裂变材料)外，其他特性和普通工业材料完全相同。至于结构材料(包括核燃料元件的包壳材料、控制棒材料、反应堆容器材料、反射层材料等)，实际上就是包括钢铁、铝、镁、锆、铌及其合金在内的普通工业材料。因此，和普通工业材料一样，核材料的性能也完全取决于材料的微观组织和结构。
本书介绍的核材料物理就是研究核材料的性能、制备工艺、使用行为等与微观组织和结构的关系的一门学科。
核材料物理的基本特点是它的基础性、普遍性、确定性和重要性。所谓基础性是指应用数学、物理、化学等基础知识来分析研究材料的特性。所谓普遍性是指研究的结果适用于各类材料(包括核材料和非核材料)。所谓确定性是指它的内容已经比较成熟，经得住理论和实践的检验。至于核材料物理的重要性是不言而喻的。从工程的角度讲，核材料工作者(或一般而言，各类材料工作者)的任务无非是选材、改性、监测和创新。选材就是从现有的各种材料中选择符合使用要求的最佳材料(性能最佳、生产成本最低)；改性是根据需要改进现有材料的某些性能；监测就是要在零部件使用过程中监督和检测材料的行为及性能变化，分析变化的原因，防止材料意外失效。创新则是要研制性能更好和(或)成本更低的新材料。完成这些任务的重要依据就是核材料物理的基本知识。
和一般的材料物理或材料科学书籍相比，本书内容更简洁、更有针对性(特别是结合核燃料)。
本书共8章，由清华大学材料科学与工程系潘金生和范毓殿编写，其中第1章至第6章由潘金生编写，第7章和第8章由范毓殿编写。作者多年从事材料科学和核材料的教学和科研工作，有一定的理论基础和实践经验。但因水平有限，加之编写仓促，书中不当之处在所难免，期望读者不吝赐教。
编者2007年1月 |
第1章晶体学基础1
11引言1
111晶体与非晶体1
112点阵1
113晶胞与点阵常数2
12晶系和布拉维点阵3
121晶体的对称性3
122晶系3
123布拉维点阵4
124讨论5
13典型晶体结构及其几何特征7
131典型晶体的结构7
132晶体的几何特征7
14典型晶体中的间隙8
141面心立方晶体8
142体心立方晶体9
143密排六方晶体9
15晶面和晶向指数11
151晶面指数11
152晶向指数12
16六方指数13
161晶面指数14
162晶向指数14
17晶体的堆垛方式15
171晶体的堆垛方式15
172堆垛层错15
173面心立方、密排六方和棱方结构的比较16
18晶体学基本公式18
19同素异构和多型性转变20
110晶体的极射投影20
1101球投影20
1102极射投影23
1103乌氏网及其应用24
1104标准投影25
1105应用举例28
111单晶体和多晶体30
参考文献31
第2章固体材料的结构32
21基本概念32
211固体材料的分类32
212基本概念和术语32
213本章内容和学习方法33
22固体的结合键33
23元素的晶体结构35
24合金概述37
241合金相分类37
242影响合金晶体结构的因素38
25固溶体41
251固溶体的基本特点41
252固溶体的分类42
253固溶度和HumeRothery规则44
254固溶体的性质与成分的关系46
26离子化合物47
261AB型离子化合物48
262AB2型离子化合物48
263A2B3型离子化合物49
264ABO3型离子化合物49
265AB2O4型离子化合物50
27硅酸盐结构的基本特点51
28金属间化合物（Ⅰ）正常价化合物52
29金属间化合物（Ⅱ）电子化合物53
210金属间化合物（Ⅲ）尺寸化合物54
211金属间化合物（Ⅳ）间隙化合物56
212金属间化合物（Ⅴ）复杂化合物σ相57
2121σ相的结构和形成规律57
2122形成σ相的判据——相计算初阶58
参考文献59
第3章晶体缺陷60
31概述60
32点缺陷60
321点缺陷分类60
322点缺陷的热平衡浓度61
323点缺陷对晶体性能的影响63
324超平衡点缺陷的形成63
33位错理论的提出64
34位错的定义65
341定义一：位错是晶体中局部滑移区的边界65
342定义二：位错是晶体中局部切割的边界68
343定义三：位错的普遍定义69
35Burgers回路与Burgers矢量69
351Burgers回路和Burgers矢量69
352Burgers矢量的物理意义69
353用柏氏矢量表征位错70
354柏氏矢量的守恒性70
36位错的运动72
361刃型位错的运动72
362螺型位错的运动74
363混合位错的运动74
37位错密度和晶体形变速率75
371位错密度75
372晶体形变速率与位错密度的关系76
373晶体强度与位错密度的关系76
38小结：位错的基本属性77
39位错的应力场77
391螺型位错的应力场78
392刃型位错的应力场79
310位错的弹性能和线张力80
3101位错的弹性能80
3102位错的线张力T和恢复力f′81
311作用在位错上的力82
3111定义82
3112计算82
312位错与点缺陷的交互作用84
3121溶质原子对位错的钉扎及柯氏气团的形成84
3122明显屈服与应变时效84
3123位错和空位及基体间隙原子的交互作用85
313位错与位错的交互作用85
3131同号刃型位错的交互作用86
3132异号刃型位错的交互作用87
314派纳力和镜像力87
3141派纳力87
3142镜像力88
315位错的起源和增殖88
3151位错的起源88
3152位错的增殖机制与位错源89
316运动中的位错93
3161自由通过93
3162绕过93
3163切过94
3164越过(攀移)94
317位错的塞积94
3171位错塞积群的形成94
3172障碍物的反应力95
3173塞积群中各位错的分布95
318位错的交割96
3181弯折或割阶的形成96
3182带割阶位错的运动98
319面心立方晶体中的位错99
3191全位错99
3192Shockley分位错100
3193扩展位错101
3194弗兰克(Frank)分位错104
320位错反应105
3201反应条件：位错反应要满足以下两个条件105
3202举例：FCC晶体中压杆位错的形成105
321其他晶体中的位错106
3211体心立方晶体中的位错106
3212密排六方晶体中的位错108
322位错应用举例109
3221小角度晶粒边界的位错模型109
3222晶体的气相生长111
3223晶体的实际强度112
3224加工硬化112
3225退火软化112
3226合金强化112
3227明显屈服和应变时效113
参考文献113
第4章固体的变形和力学性质114
41概述114
42固体的弹性变形114
421弹性变形114
422弹性模量115
43晶体塑性变形的微观方式（Ⅰ）——滑移116
431滑移系统116
432开始滑移的条件——Schmid定律117
433激活滑移系统的确定单滑移与多滑移119
434滑移的伴生现象119
44晶体的塑性变形方式（Ⅱ）孪生121
441孪生和孪生系统121
442孪生的微观特点122
443孪生的宏观特点124
444滑移和孪生的比较及其交互作用126
45多晶体的塑性变形的微观特点127
451晶界在多晶体塑性变形中的作用127
452晶粒度和温度对多晶材料屈服强度的影响127
453变形组织的不均匀性128
454新的变形方式——晶界滑动和迁移128
46内应力和加工硬化129
461内应力129
462加工硬化130
47择优取向（晶体学织构）131
471什么是择优取向或织构？131
472织构的成因和分类131
473织构的描述132
474织构的实际意义和控制134
475形变织构理论简介136
48纤维组织（机械织构）139
49固体在静载作用下的力学性能140
491拉伸性能140
492压缩性能144
493硬度144
410冲击韧性和塑性脆性转变温度146
411疲劳147
4111疲劳断裂147
4112经验公式149
4113疲劳断裂的过程和机制151
4114提高金属疲劳强度的途径152
412蠕变153
4121引言153
4122蠕变的基本概念153
4123高温蠕变的理论和机制161
4124蠕变断裂162
413材料的断裂163
4131防断安全设计的历史和现状163
4132断裂分类164
4133断裂的微观理论164
414线弹性断裂力学简介166
4141基本观点166
4142断裂模型166
4143裂纹尖端的应力场167
4144平面应变与平面应力168
4145脆性断裂条件169
4146塑性变形的影响169
4147线弹性断裂力学的应用170
415影响固体强度和塑性的因素172
参考文献174
第5章固体中的扩散175
51概述175
52Fick定律176
521Fick第一定律176
522Fick第二定律176
53稳态扩散177
531气体通过固体薄膜的扩散177
532柱对称稳态扩散179
533球对称稳态扩散179
54非稳态扩散180
541一维无穷长固体中的扩散180
542半无穷长固体中的扩散182
543薄膜中的扩散183
544有限固体中的扩散183
55吴野方法185
56Kirkendall效应187
57分扩散系数188
58扩散的微观理论和机制189
581扩散与原子随机游动的关系189
582Fick定律的微观形式189
583扩散机制191
59扩散的经验规律193
591温度193
592与相图的关系194
593晶体结构194
594原子尺寸194
595固溶体类型195
596短路扩散195
597内应力和点阵畸变195
598压力195
599第三组元195
510扩散热力学196
511反应扩散197
5111反应扩散中新相形成的规律198
5112新相长大动力学199
5113反应扩散与材料的相容性200
512离子晶体中的扩散201
5121电中性条件201
5122缺陷的多样性202
5123扩散系数与导电率的关系203
参考文献204
第6章金属的退火205
61引言205
62回复206
621回复现象的基本特点206
622驱动力及ΔPT曲线206
623回复动力学207
624回复机制208
625宏观性能与微观机制的关系210
626回复的应用——消除应力退火211
63再结晶211
631再结晶现象211
632再结晶的热力学条件和机制212
633再结晶温度与再结晶晶粒度215
634再结晶动力学和晶粒度的确定215
64晶粒长大217
641现象和驱动力217
642长大规律217
65反常晶粒长大218
66影响再结晶和晶粒长大的因素219
67再结晶织构222
68热加工与动态退火224
681动态退火机制224
682热加工与冷加工225
69与退火相关的若干实际问题227
参考文献228
第7章相图229
71自由能229
72相律231
73二元相图233
731匀晶转变233
732杠杆定则234
733晶内偏析235
734化学位236
735原成分转变238
736相分离转变240
737共晶转变240
738包晶转变244
739构图规则245
7310铁碳相图246
74三元相图252
741三元匀晶相图252
742三元共晶相图255
75铀合金相图256
参考文献260
第8章相变261
81金属的凝固261
811晶体的形核261
812晶体的成长263
813铸件的晶粒结构266
814定向凝固技术267
815焊缝的晶粒结构268
82固态相变269
821相界269
822均质形核269
823异质形核272
824相变动力学274
825脱溶沉淀275
826奥氏体的等温转变278
827奥氏体转变产物区域图281
828先析铁素体和先析渗碳体283
829珠光体283
8210贝氏体285
8211马氏体286
8212奥氏体连续转变288
83铀及其合金的相变289
831铀的相变289
832铀合金的相变291
参考文献292 |
| 本书内容简明扼要，深入浅出，适合从事材料工作(包括核材料工作)的工程技术人员和研究人员参考，也可作为材料专业(特别是核材料专业)学生的教材。 | |
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