《现代冶金与材料过程工程丛书：强磁场材料科学》是一部介绍强磁场条件下的材料科学，尤其是合金凝固和固态相变研究的专著。《现代冶金与材料过程工程丛书：强磁场材料科学》首先简述强磁场和强磁场材料科学的发展概况。然后对《现代冶金与材料过程工程丛书：强磁场材料科学》所涉及的磁学和磁流体力学的基本理论进行阐述，并介绍国内外强磁场技术的发展和现状。在此基础上，对均恒与梯度强磁场单独作用下、强磁场和其他电磁场耦合作用下，金属材料在凝固和固态相变过程中的组织演化与控制进行重点阐述。内容包括强磁场作用下合金凝固过程中的热力学与动力学、流体流动与溶质扩散、颗粒相迁移、晶体取向与相排列、凝固组织演化和固态相变。《现代冶金与材料过程工程丛书：强磁场材料科学》主要反映了作者课题组在强磁场材料科学领域最新的、有代表性的研究成果。

　　《现代冶金与材料过程工程丛书：强磁场材料科学》：
　　1.量子霍尔效应
　　强磁场在物理学领域的贡献尤为突出，整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应就是在强磁场条件下研究二维电子气的输运现象时发现的，分别于1985年和1998年获得诺贝尔物理学奖，其原理是把两端加有电极的金属氧化物半导体场效应晶体管放到强磁场和极低温下，发现霍尔电阻率出现量子化的平台，如图1.2所示，电阻平台的高度与物质特性无关，其电阻值极其近似于h/e2/f，这里f是一整数，称为填充因子，e与h分别是自然常数和普朗克常量；由于填充因子是量子化的，因此称为量子霍尔效应，又由于填充因子都是整数，又称为整数量子霍尔效应[5]，整数量子霍尔效应中观测到量子化电导，为弹道输运概念提供了实验支持，整数量子霍尔效应发现两年后，科学家使用质量更佳的样品，在更低（1K以下）的温度和更强的磁场（20T）下进行实验，发现当填充因子取某些特殊的分数值p/g（g和p都是整数，但是g为奇数）时，同样观察到一系列分数霍尔电阻平台hp/ge2，称为分数量子霍尔效应[6]。
　　图1.2整数RH和分数RL量子霍尔效应
　　2.摩西效应，反摩西效应与增强摩西效应
　　当一种液体或两种不互溶的液体静止地处于重力场中时，液体的表面或两种不互溶液体的分界面是平直的；但当它们处于强磁场中时，由于物质的磁化率和密度等物性差异，液体的界面就会发生变化，当液态水处于水平放置的螺线管产生的非均匀强磁场中，中心处的磁场强度达10T以上时，水平面会出现中心“凹陷”，两侧“升高”的现象，这种现象称为摩西效应[7]，如图1.3（a）所示，并预测在100T的磁场下水表面的升高高度将为3.7m，若将液态水替换为接近饱和的硫酸铜溶液，在相同的条件下，会出现硫酸铜溶液表面向上“凸起”的现象，称为反摩西效应[8]，如图1.3（b）所示，对于密度差别不大，但是磁化率差别较大的非磁性物质组成的双层非混溶流体，即使很小的梯度磁场也能引起两种流体界面在磁场中心处发生明显的升高或者降低的形变，称为增强摩西效应[9]，如图1.3（c）所示，这种效应将来在炼铁厂排水中的悬浮固形物的处理，低品位铁矿石的选矿，强磁性的四氧化三铁粒子的吸附等方面有望获得应用，再结合被分离物质的性质，可用来进行水质净化，资源回收等，增强摩西效应近年来还被应用于智能断路器与流量开关的开发，物质物性测量等方面[10，11]。
　　图1.3强磁场作用下液体的各种效应
　　3.磁悬浮与磁阿基米德悬浮
　　当物质在强磁场中所受的磁化力与物质的重力相反且大小相等时，物质可以稳定悬浮于强磁场腔体内，称为磁悬浮，抗磁性物质可以在强磁场中实现稳定的磁悬浮，利用强磁场的悬浮能力可以成功地将青蛙悬浮于16T的强磁场腔体中[12]，如图1.4（a）所示，要实现不同物质在强磁场中的悬浮，需要根据物质磁化率的不同来选择不同的磁感应强度和磁场梯度，表1.2给出了实现物质磁悬浮所需的磁感应强度和磁场梯度情况[13]，利用阿基米德原理，在非均匀磁场中，当一种物质所受的重力，浮力，磁化力与周围介质所受磁化力的反作用力平衡时，这种物质也可以稳定悬浮于强磁场中，这种现象称为磁阿基米德悬浮（magneto Archimedes levitation），根据磁阿基米德悬浮现象，10T的超导强磁体不但可以悬浮顺磁性的硫酸铜水溶液[图1.4（b）]，还可以悬浮抗磁性的水[图1.4（c）][14]，因此，科研人员就可以利用强磁场环境在地球上作类似于空间站的实验研究，图1.4（d）给出了神舟十号飞船上失重水滴在太空中的悬浮情况，这与大气中的水滴在强磁场作用下的悬浮效果一致，利用强磁场的磁悬浮效应来开展类似太空失重环境下的研究，使一些需要在空间站才能完成的实验可以通过强磁场实现，不但可以大幅地节省科研成本，而且为相关研究提供了一条新途径，在晶体生长过程中，无法控制不均匀形核，而磁悬浮具有的无接触，低重力环境及无振动的优点，可以抑制不均匀形核，进而对材料生长过程产生影响，这样可以制备特殊结构的材料，磁悬浮对于材料熔化也是一项非常有用的技术，因为它脱离了坩埚且无污染，为合成新材料提供了全新的技术，由于具有上述优点，磁悬浮被广泛应用于生物，磁分离，非晶体制备等领域。
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《现代冶金与材料过程工程丛书》序
本书序
前言
第1章 绪论
1.1 强磁场简介
1.1.1 强磁场
1.1.2 强磁场的作用
1.1.3 强磁场现象
1.2 强BS场的細
1.3 强磁酣料科学廳
参考文献

第2章 磁学和磁流体力学基本理论
2.1 磁学基本概念
2.1.1 磁矩
2.1.2 磁化强度
2.1.3 磁场强度和磁感应强度
2.1.4 磁化率和磁导率
2.1.5 退磁场
2.1.6 静磁能
2.1.7 磁滞
2.2 物质的磁性
2.2.1 抗磁性
2.2.2 顺磁性
2.2.3 反铁磁性
2.2.4 铁磁性
2.2.5 亚铁磁性
2.2.6 磁性材料的分类
2.3 材料的磁化
2.3.1 磁化曲线和磁滞回线
2.3.2 磁畴
2.3.3 磁晶各向异性
2.3.4 磁致伸缩
2.4 强磁獅物质的主要作用方式
2.4.1 洛伦兹力
2.4.2 磁化能
2.4.3 磁力矩
2.4.4 磁化力
2.4.5 磁极间相互作用
2.5 磁流体力学基本舰
2.5.1 磁流体基本方程
2.5.2 磁冻结和磁扩散
2.5.3 磁对流
2.5.4 磁声波
参考文献

第3章 强磁场技术发展现状
3.1 超导技术
3.1.1 超导体的三大基本特性
3.1.2 超导的发展史
3.1.3 超导理论
3.2 强磁场的技术进步
3.3 世界各国强麵中心
3.3.1 美国强磁场国家实验室
3.3.2 日本强磁场实验室
3.3.3 法国格勒诺布尔强磁场实验室
3.3.4 德国强磁场实验室
3.3.5 荷兰奈梅亨强磁场磁体实验室
3.3.6 波兰低温及强磁场国际实验室
3.3.7 中国的强磁场科学中心
参考文献

第4章 强磁场作用下合金凝固过程中的相平衡
4.1 热力学变化
4.1.1 强磁场作用下纯金属凝固过程中的均质形核
4.1.2 强磁场作用下合金凝固过程中相变温度的变化
4.2 动力学变化
4.2.1 强磁场作用下合金的形核过冷
4.2.2 强磁场诱发晶体生长方式转变
参考文献

第5章 强磁场作用下熔体及液/固扩散偶中的对流与扩散
5.1 强磁场作用下的流体流动
5.1.1 洛伦兹力对对流的影响
5.1.2 热电磁力对对流的影响
5.1.3 磁化力对对流的影响
5.2 强磁场作用下凝固过程中的扩散
5.2.1 强磁场作用下液相中溶质的扩散
5.2.2 利用强磁场抑制对流来测量扩散系数
5.2.3 扩散变化对溶质分布的影响
5.2.4 扩散变化对凝固组织的影响
5.3 强磁场作用下液/固扩散偶中的扩散
5.3.1 强磁场作用下液/固界面的固溶扩散
5.3.2 强磁场作用下液/固界面的反应扩散
参考文献

第6章 强磁场作用下合金凝固过程中颗粒相和溶质迁移
6.1 强磁场作用下颗相的运动规律
6.1.1 强磁场作用下颗粒相的运动速度
6.1.2 影响颗粒相迁移的因素
6.2 颗相的迁移对麵组织的影响
6.2.1 半固态过程中颗粒相的迁移
6.2.2 凝固过程中颗粒相的迁移
6.3 高温熔体内溶质的迁移
6.3.1 梯度强磁场作用下高温熔体内溶质的迁移
6.3.2 溶质的迁移机制
6.3.3 溶质迁移的影响因素
6.4 凝固过程中溶质分布的控制及梯度功能材料设计
6.4.1 亚共晶成分的Mn-Sb合金
6.4.2 共晶成分的Mn-Sb合金
6.4.3 过共晶成分的Mn-Sb合金
6.4.4 梯度层状组织的形成机制
6.4.5 影响梯度层状组织形成的因素
参考文献
第.章强磁场作用下合金凝固过程中的晶体取向
7.1 磁取向的物理机制
7.1.1 基于热力学观点的晶体取向理论
7.1.2 基于力学角度的晶体取向理论
7.1.3 影响晶体取向的因素
7.2 颗粒相在合金熔体中的取向
7.2.1 磁晶各向异性颗粒的取向
7.2.2 形状各向异性颗粒的取向
7.3 凝固过程中生成相的取向
7.3.1 包晶型合金初生相的取向
7.3.2 共晶型合金中初生相的取向
7.3.3 共晶型合金中共晶相的取向
参考文献

第8章 强磁场作用下合金凝固过程中的相排列
8.1 颗粒相的排列
8.1.1 顺磁性颗粒相的排列
8.1.2 铁磁性颗粒相的排列
8.2 胞状晶和树晶的排列
8.2.1 胞状晶排列组织
8.2.2 树枝晶排列组织
8.2.3 胞状晶或树枝晶排列的形成机制
8.3 链条状排列
8.3.1 链条状排列组织
8.3.2 链条状排列组织的形成机制
8.4 板条状排列
8.4.1 板条状排列组织
8.4.2 板条状排列组织的形成机制
8.5 排列组织对材料性能的影响
8.5.1 排列组织对巨磁致伸缩材料性能的影响
8.5.2 排列组织对永磁材料性能的影响
8.5.3 排列组织对磁性复合材料性能的影响
参考文献

第9章 强磁场诱发电磁振荡和电磁超声波及其在凝固过程中的应用
9.1 电11振荡
9.1.1 电磁振荡原理
9.1.2 电磁振荡对凝固组织的影响
9.2 电磁超声波
9.2.1 诱发超声波的高频电磁力的生成方法
9.2.2 静磁场耦合交流电流诱发超声波的原理及超声波的压力特性
9.2.3 静磁场耦合交流磁场诱发超声波的原理及超声波的压力特征
9.2.4 电磁超声波对合金凝固组织的细化作用
参考文献

第10章 强磁场作用下原子固态扩散行为
10.1 强磁场作用下Cu/Ni固溶扩散行为及Kirkendall效应
10.1.1 无磁场条件下Mo丝移动距离
10.1.2 均恒强磁场Kirkendall效应
10.1.3 梯度强磁场Kirkendall效应
10.2 强磁场作用下Al/Mg固态反应扩散行为
10.2.1 强磁场对Al/Mg扩散层相组成的影响
10.2.2 强磁场对Al/Mg扩散层厚度的影响
10.2.3 强磁场对Al/Mg扩散层生长动力学行为的影响
10.3 强磁场作用下合金热处理过程中溶质迁移行为
10.3.1 强磁场对Al-Cu合金溶质分布的影响
10.3.2 强磁场作用下Al-Cu合金溶质分布机理
参考文献

第11章 强磁场作用下金属固态相变
11.1 强磁场作用下马氏体相变
11.1.1 马氏体相变热力学
11.1.2 马氏体相变动力学
11.2 强磁场作用下铁素体相变
11.2.1 均恒强磁场作用下铁素体相变热力学
11.2.2 均恒强磁场作用下铁素体相变动力学
11.2.3 梯度强磁场作用下铁素体相变组织形貌演变
11.3 强磁场作用下其他固态相变
11.3.1 珠光体相变
11.3.2 贝氏体相变
参考文献
符号表