本书以无机材料的物理性能为主要研究对象，并适当延伸至聚合物等材料，介绍了材料的力、热、光、电、磁的功能转换性能及其发展，材料各种性能的重要原理及微观机制，材料成分、组织结构与性能的关系及主要制约规律；阐述了温度、压力、电场、磁场、化学介质、力场等环境条件下材料物理性能的稳定性及其变化过程；介绍了与物理性能相关的特殊材料，并重点介绍了现代功能材料。本书可作为高等院校，尤其是应用型本科院校的无机非金属材料、金属材料、高分子材料与工程和材料物理、材料化学等专业的教材，也可供相关工程技术人员参考。

材料科学是关于利用初级物质构造具有一定功能和使用价值的新物质的科学，主要内容是研究关于成分、合成加工、组织结构与材料性能四者之间的相互关系，其任务是采用科学和经济的方法，设计、合成、制备出具有优异使用性能的材料。粗略统计，在数十万种庞大的材料家族中，95%以上是通过各种手段人工合成或改性过的再制品。按使用性能大体可分为以利用其强度、刚度等力学性能为主的结构材料和以利用物理、化学、生物效应为主的功能材料两大类。进入21世纪以来，材料科学与技术发生了巨大的变革。人们可以利用基础科学和信息技术提供的知识和工具，在物质结构更深的层次上，重新认识传统材料中的某些重大科学问题和关键技术，更精确地设计、合成新材料；更准确地控制、预测其性能，材料科学与技术必将步入前所未有的历史发展新阶段。全球至今尚未出现贯穿从基础理论、高科技到产业化过程的知识体系。因此理解和掌握金属、陶瓷和高分子材料中的共性科学规律、构成新的知识系统，是抢占全球制高点的新挑战。材料在不同的条件下具有独特的力、电、磁、热、光、声等功能，涉及不同层次的组织演化与性能之间的关系。这些关系是材料技术科学的主线和核心，是材料与器件功能多样性的基础，是各种材料设计与制备的共同基础，是创新材料制造科学体系的基础。

《材料物理性能》于2006年由华东理工大学出版社出版，于2018年8月再版，作为全国90余所高校材料类专业本科教材或研究生教学参考书，其使用量已超过17000册，受到广泛认同。近年来，材料物理性能研究发展迅速，光电功能材料、介电材料、压电材料、超导材料、红外材料、光纤材料和信息存储材料的发展更是突飞猛进。2022年，根据2021年江苏省高等学校重点教材项目要求，为适应材料物理专业的发展，编者对《材料物理性能（第二版）》进行了修订。本次修订主要针对材料物理性能的综合应用，与实际相结合增加实际案例。《材料物理性能（第三版）》从材料科学理论出发并结合工程实际应用，进一步强化多学科知识的交叉与渗透，介绍材料力学、热学、磁学、介电和光学性能，评价材料的各种性能指标，讲述材料性能指标的测定原理与方法，分析各种内在因素和外在因素对材料各项性能的影响。在内容选取上注重实践、突出应用，使学生能够掌握材料的性能特点、影响因素、检测技术以及实际应用，培养学生探索精神与创新能力。为正确选择和合理使用材料提供可靠的性能依据，充分发挥材料性能潜力，也为研制新材料，改进和发展加工工艺，以及零件或器件的失效分析等方面提供坚实的理论基础和工程应用知识。本书由吴其胜教授、蔡安兰教授、张霞副教授负责全书再版修订与统稿工作，温永春博士和杜建周博士也参与了修订。具体分工如下：吴其胜教授修订绪论、第１章；蔡安兰教授修订第２章、第４章；杜建周博士修订第３章；温永春博士修订第５章；张霞副教授修订第６章。在修订与再版过程中，编者收集了众多师生的宝贵意见，并参考了大量的资料文献，在此向广大的师生读者及文献的作者们表示衷心感谢。本书涉及的知识面较广，限于编者学识水平有限，书中不足与不妥之处在所难免，恳请读者批评指正。本次修订特别增加了与教材可以配套使用的多媒体动画演示电子资源，师生读者可以通过手机扫描书中二维码获取。编　者2023年4月

绪论 １
１　材料的力学性能 ６
本章内容提要 ６
１．１　应力及应变 ７
１．１．１　应力 ７
１．１．２　应变 ８
１．２　弹性形变 １１
１．２．１　胡克定律 １１
１．２．２　弹性形变的机理 １２
１．２．３　弹性模量的影响因素 １３
１．２．４　无机材料的弹性模量 １５
１．２．５　复相的弹性模量 １６
１．３　材料的塑性形变 １８
１．３．１　晶体滑移 １９
１．３．２　塑性形变的位错运动理论 ２０
１．３．３　应力状态软性系数 ２３
１．４　滞弹性和内耗 ２４
１．４．１　黏弹性和滞弹性 ２４
１．４．２　应变松弛和应力松弛 ２４
１．４．３　松弛时间 ２５
１．４．４　无弛豫模量与弛豫模量 ２７
１．４．５　模量亏损 ２７
１．４．６　材料的内耗 ２８
１．５　材料的高温蠕变 ２８
１．５．１　蠕变曲线 ２８
１．５．２　蠕变机理 ２９
１．５．３　影响蠕变的因素 ３１
１．６　材料的断裂强度 ３３
１．６．１　理论断裂强度 ３４
１．６．２　Ｉｎｇｌｉｓ理论 ３５
１．６．３　Ｇｒｉｆｆｉｔｈ微裂纹理论 ３６
１．６．４　Ｏｒｏｗａｎ理论 ３７
１．７　材料的断裂韧性 ３７
１．７．１　裂纹扩展方式 ３７
１．７．２　裂纹尖端应力场分析 ３８
１．７．３　几何形状因子 ３８
１．７．４　断裂韧性 ３９
１．７．５　裂纹扩展的动力与阻力 ４０
１．８　裂纹的起源与扩展 ４０
１．８．１　裂纹的起源 ４０
１．８．２　裂纹的快速扩展 ４１
１．８．３　影响裂纹扩展的因素 ４２
１．９　材料的疲劳 ４２
１．９．１　应力腐蚀理论 ４３
１．９．２　高温下裂纹尖端的应力空腔作用 ４３
１．９．３　亚临界裂纹生长速率与应力场强度因子的关系 ４４
１．９．４　根据亚临界裂纹扩展预测材料寿命 ４４
１．９．５　蠕变断裂 ４５
１．１０　显微结构对材料脆性断裂的影响 ４５
１．１０．１　晶粒尺寸 ４６
１．１０．２　气孔的影响 ４７
１．１１　提高材料强度及改善脆性的途径 ４８
１．１１．１　金属材料的强化 ４８
１．１１．２　陶瓷材料的强化 ５１
１．１２　材料的摩擦及磨损 ５５
１．１２．１　摩擦 ５５
１．１２．２　摩擦的机理 ５６
１．１２．３　磨损 ５６
１．１２．４　磨损试验 ５７
１．１２．５　耐磨性 ５８
１．１３　复合材料及其力学性能 ５８
１．１３．１　复合材料的分类 ５８
１．１３．２　连续纤维单向强化复合材料的强度 ６０
１．１３．３　短纤维单向强化复合材料 ６２
１．１３．４　碳纤维复合材料 ６３
１．１３．５　碳纤维的结构与分类 ６４
１．１３．６　碳纤维复合材料工艺 ６４
１．１３．７　碳纤维复合材料的应用 ６５
１．１４　材料的硬度 ６６
１．１４．１　硬度的表示方法 ６６
１．１４．２　硬度的测量 ６７
１．１５　高分子材料的力学性能 ６９
１．１５．１　低强度和较高的比强度 ６９
１．１５．２　高弹性和黏弹性 ６９
１．１５．３　高耐磨性 ７０
１．１５．４　相对分子质量依赖性 ７０
１．１６　多孔陶瓷材料及其性能 ７０
１．１６．１　多孔陶瓷孔隙的形成 ７１
１．１６．２　多孔陶瓷材料制备技术 ７２
１．１６．３　多孔陶瓷材料性能 ７３
１．１７　水泥混凝土的结构与力学性能 ７５
１．１７．１　混凝土孔结构的分类 ７５
１．１７．２　混凝土强度与孔结构的关系 ７６
１．１７．３　混凝土水化产物及其影响 ７６
习题 ７７
２　材料的热学性能 ８０
本章内容提要 ８０
２．１　热学性能的物理基础 ８０
２．２　材料的热容 ８２
２．２．１　热容的基本概念 ８２
２．２．２　晶态固体热容的有关定律 ８３
２．２．３　材料的热容及其影响因素 ８５
２．３　材料的热膨胀 ９０
２．３．１　热膨胀的概念及其表示方法 ９０
２．３．２　固体材料的热膨胀机理 ９１
２．３．３　热膨胀和其他性能的关系 ９２
２．３．４　多晶体和复合材料的热膨胀 ９４
２．３．５　陶瓷制品表面釉层的热膨胀系数 ９８
２．３．６　高分子材料的热膨胀 ９９
２．４　材料的热传导 １００
２．４．１　固体材料热传导的宏观规律 １００
２．４．２　固体材料热传导的微观机理 １０１
２．４．３　影响热导率的因素 １０４
２．４．４　某些无机材料实测的热导率 １１０
２．４．５　高分子材料的热导率 １１１
２．５　材料的热稳定性 １１２
２．５．１　热稳定性的表示方法 １１２
２．５．２　热应力 １１２
２．５．３　抗热冲击断裂性能 １１４
２．５．４　抗热冲击损伤性能 １１８
２．５．５　提高抗热震性的措施 １１９
２．６　高分子材料的耐热性和热稳定性 １２０
２．６．１　耐热性和热稳定性的基本要求及评价 １２０
２．６．２　提高高分子材料耐热性和热稳定性的途径 １２１
习题 １２１
３　材料的光学性能 １２３
本章内容提要 １２３
３．１　光传播的基本性质 １２３
３．１．１　光的波粒二象性 １２３
３．１．２　光与固体的相互作用 １２５
３．２　光的反射和折射 １２６
３．２．１　反射定律和折射定律 １２６
３．２．２　材料的反射系数及其影响因素 １２７
３．２．３　光的全反射 １２８
３．２．４　影响材料折射率的因素 １２８
３．２．５　晶体的双折射 １２９
３．３　材料对光的吸收和色散 １３１
３．３．１　吸收系数与吸收率 １３１
３．３．２　光的吸收与波长的关系 １３２
３．３．３　光的色散 １３５
３．４　光的散射 １３６
３．４．１　散射的一般规律 １３６
３．４．２　弹性散射 １３７
３．４．３　非弹性散射 １３７
３．５　材料的不透明性与半透明性 １３８
３．５．１　材料的不透明性 １３８
３．５．２　材料的乳浊性 １４０
３．５．３　材料的半透明性 １４１
３．５．４　材料的颜色 １４２
３．５．５　材料的着色 １４３
３．６　电光效应、光折变效应、非线性光学效应 １４４
３．６．１　电光效应及电光晶体 １４４
３．６．２　光折变效应 １４７
３．６．３　非线性光学效应 １４９
３．７　光的传输与光纤材料 １５０
３．７．１　光纤发展概况和基本特征 １５０
３．７．２　光纤材料的制备 １５１
３．７．３　光纤的应用 １５２
３．８　材料的发光 １５３
３．８．１　激励方式 １５３
３．８．２　材料发光的特性 １５４
３．９　固体激光器材料及其应用 １５５
习题 １５８
４　材料的电导性能 １５９
本章内容提要 １５９
４．１　电导的物理现象 １５９
４．１．１　电导率与电阻率 １５９
４．１．２　电导的物理特性 １６０
４．２　离子电导 １６１
４．２．１　载流子浓度 １６１
４．２．２　离子迁移率 １６２
４．２．３　离子电导率 １６３
４．２．４　离子电导率的影响因素 １６６
４．２．５　固体电解质ＺｒＯ２ １６７
４．３　电子电导 １６８
４．３．１　电子迁移率 １６８
４．３．２　载流子浓度 １６９
４．３．３　电子电导率 １７１
４．３．４　电子电导率的影响因素 １７３
４．４　金属材料的电导 １７６
４．４．１　金属电导率 １７６
４．４．２　电阻率与温度的关系 １７７
４．４．３　电阻率与压力的关系 １７９
４．４．４　冷加工和缺陷对电阻率的影响 １８０
４．４．５　电阻率的各向异性 １８２
４．４．６　固溶体的电阻率 １８３
４．５　无机非金属固体材料的电导 １８６
４．５．１　玻璃态电导 １８６
４．５．２　多晶多相固体材料的电导 １８８
４．５．３　次级现象 １９０
４．５．４　固体材料电导混合法则 １９１
４．６　高分子材料的电导 １９１
４．７　半导体陶瓷的物理效应 １９２
４．７．１　晶界效应 １９２
４．７．２　表面效应 １９５
４．７．３　塞贝克效应 １９７
４．７．４　ｐ ｎ结 １９８
４．８　超导体 ２００
４．８．１　概述 ２００
４．８．２　约瑟夫逊效应 ２０１
４．８．３　超导体的分类 ２０２
４．８．４　超导体的应用 ２０３
习题 ２０３
５　材料的磁学性能 ２０６
本章内容提要 ２０６
５．１　基本磁学性能 ２０６
５．１．１　磁学基本量 ２０６
５．１．２　物质的磁性分类 ２０８
５．２　抗磁性和顺磁性 ２０９
５．２．１　原子本征磁矩 ２０９
５．２．２　抗磁性 ２１４
５．２．３　物质的顺磁性 ２１５
５．２．４　金属的抗磁性与顺磁性 ２１７
５．２．５　影响金属抗、顺磁性的因素 ２１７
５．３　铁磁性与反铁磁性 ２１９
５．３．１　铁磁质的自发磁化 ２１９
５．３．２　反铁磁性和亚铁磁性 ２２０
５．３．３　磁畴 ２２１
５．３．４　磁化曲线和磁滞回线 ２２２
５．３．５　磁致伸缩与磁阻效应 ２２５
５．４　磁性材料的动态特性 ２２６
５．４．１　交流磁化过程与交流回线 ２２７
５．４．２　磁滞损耗和趋肤效应 ２２８
５．４．３　磁后效和复数磁导率 ２２９
５．４．４　磁导率减落及磁共振损耗 ２３１
５．５　磁性材料及其应用 ２３２
５．５．１　软磁材料 ２３３
５．５．２　硬磁材料 ２３５
５．５．３　磁信息存储材料 ２３７
５．５．４　纳米磁性材料 ２３９
习题 ２４０
６　材料的功能转换性能 ２４２
本章内容提要 ２４２
６．１　介质的极化与损耗 ２４２
６．１．１　介质极化相关物理量 ２４２
６．１．２　极化类型 ２４４
６．１．３　宏观极化强度与微观极化率的关系 ２４８
６．１．４　介质损耗分析 ２４９
６．１．５　材料的介质损耗 ２５３
６．１．６　降低材料介质损耗的方法 ２５６
６．２　介电强度 ２５６
６．２．１　介电强度的定义 ２５６
６．２．２　固体电介质的击穿 ２５７
６．２．３　影响材料击穿强度的因素 ２５９
６．３　压电性能 ２６１
６．３．１　压电效应及其逆效应 ２６１
６．３．２　压电元件的主要表征参数 ２６３
６．３．３　压电陶瓷的预极化 ２６５
６．３．４　压电陶瓷的稳定性 ２６６
６．３．５　压电材料的研究进程 ２６６
６．３．６　压电材料及其应用 ２６７
６．４　热释电性能 ２７１
６．４．１　热释电效应及其逆效应 ２７１
６．４．２　热释电材料的表征参数 ２７２
６．４．３　热释电材料 ２７３
６．４．４　热释电材料的应用 ２７５
６．５　铁电性 ２７５
６．５．１　铁电性的概念 ２７５
６．５．２　铁电体的自发极化 ２７７
６．５．３　铁电体的性能及其应用 ２７９
６．５．４　铁电体的分类 ２８１
６．５．５　反铁电体 ２８２
６．５．６　铁电性、压电性、热释电性之间的关系 ２８３
６．６　热电性能 ２８３
６．６．１　热电效应 ２８３
６．６．２　热电优值 ２８５
６．６．３　提高热电材料性能的方法 ２８６
６．６．４　热电材料 ２８７
６．７　光电性能 ２９０
６．７．１　光电效应 ２９０
６．７．２　光电材料及其应用 ２９３
习题 ２９４
参考文献 ２９６