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第1章 绪论1

1.1 强磁场简介1

1.1.1 强磁场1

1.1.2 强磁场的作用1

1.1.3 强磁场现象2

1.2 强磁场的应用9

1.3 强磁场材料科学展望10

参考文献11

第2章 磁学和磁流体力学基本理论13

2.1 磁学基本概念13

2.1.1 磁矩13

2.1.2 磁化强度15

2.1.3 磁场强度和磁感应强度16

2.1.4 磁化率和磁导率18

2.1.5 退磁场19

2.1.6 静磁能20

2.1.7 磁滞20

2.2 物质的磁性21

2.2.1 抗磁性22

2.2.2 顺磁性22

2.2.3 反铁磁性23

2.2.4 铁磁性23

2.2.5 亚铁磁性24

2.2.6 磁性材料的分类25

2.3 材料的磁化26

2.3.1 磁化曲线和磁滞回线26

2.3.2 磁畴28

2.3.3 磁晶各向异性30

2.3.4 磁致伸缩31

2.4 强磁场对物质的主要作用方式32

2.4.1 洛伦兹力32

2.4.2 磁化能33

2.4.3 磁力矩33

2.4.4 磁化力34

2.4.5 磁极间相互作用35

2.5 磁流体力学基本理论35

2.5.1 磁流体基本方程35

2.5.2 磁冻结和磁扩散37

2.5.3 磁对流37

2.5.4 磁声波38

参考文献43

第3章 强磁场技术发展现状44

3.1 超导技术44

3.1.1 超导体的三大基本特性44

3.1.2 超导的发展史45

3.1.3 超导理论46

3.2 强磁场的技术进步47

3.3 世界各国强磁场中心49

3.3.1 美国强磁场国家实验室50

3.3.2 日本强磁场实验室50

3.3.3 法国格勒诺布尔强磁场实验室53

3.3.4 德国强磁场实验室53

3.3.5 荷兰奈梅亨强磁场磁体实验室54

3.3.6 波兰低温及强磁场国际实验室55

3.3.7 中国的强磁场科学中心56

参考文献59

第4章 强磁场作用下合金凝固过程中的相平衡61

4.1 热力学变化62

4.1.1 强磁场作用下纯金属凝固过程中的均质形核62

4.1.2 强磁场作用下合金凝固过程中相变温度的变化63

4.2 动力学变化74

4.2.1 强磁场作用下合金的形核过冷74

4.2.2 强磁场诱发晶体生长方式转变79

参考文献81

第5章 强磁场作用下熔体及液／固扩散偶中的对流与扩散84

5.1 强磁场作用下的流体流动85

5.1.1 洛伦兹力对对流的影响85

5.1.2 热电磁力对对流的影响86

5.1.3 磁化力对对流的影响87

5.2 强磁场作用下凝固过程中的扩散90

5.2.1 强磁场作用下液相中溶质的扩散90

5.2.2 利用强磁场抑制对流来测量扩散系数91

5.2.3 扩散变化对溶质分布的影响92

5.2.4 扩散变化对凝固组织的影响97

5.3 强磁场作用下液／固扩散偶中的扩散102

5.3.1 强磁场作用下液／固界面的固溶扩散102

5.3.2 强磁场作用下液／固界面的反应扩散108

参考文献116

第6章 强磁场作用下合金凝固过程中颗粒相和溶质迁移122

6.1 强磁场作用下颗粒相的运动规律122

6.1.1 强磁场作用下颗粒相的运动速度123

6.1.2 影响颗粒相迁移的因素125

6.2 颗粒相的迁移对凝固组织的影响129

6.2.1 半固态过程中颗粒相的迁移129

6.2.2 凝固过程中颗粒相的迁移134

6.3 高温熔体内溶质的迁移139

6.3.1 梯度强磁场作用下高温熔体内溶质的迁移140

6.3.2 溶质的迁移机制142

6.3.3 溶质迁移的影响因素145

6.4 凝固过程中溶质分布的控制及梯度功能材料设计146

6.4.1 亚共晶成分的Mn-Sb合金147

6.4.2 共晶成分的Mn-Sb合金149

6.4.3 过共晶成分的Mn-Sb合金151

6.4.4 梯度层状组织的形成机制152

6.4.5 影响梯度层状组织形成的因素153

参考文献156

第7章 强磁场作用下合金凝固过程中的晶体取向160

7.1 磁取向的物理机制161

7.1.1 基于热力学观点的晶体取向理论161

7.1.2 基于力学角度的晶体取向理论167

7.1.3 影响晶体取向的因素171

7.2 颗粒相在合金熔体中的取向175

7.2.1 磁晶各向异性颗粒的取向176

7.2.2 形状各向异性颗粒的取向177

7.3 凝固过程中生成相的取向179

7.3.1 包晶型合金初生相的取向179

7.3.2 共晶型合金中初生相的取向184

7.3.3 共晶型合金中共晶相的取向186

参考文献188

第8章 强磁场作用下合金凝固过程中的相排列190

8.1 颗粒相的排列191

8.1.1 顺磁性颗粒相的排列191

8.1.2 铁磁性颗粒相的排列197

8.2 胞状晶和树枝晶的排列199

8.2.1 胞状晶排列组织200

8.2.2 树枝晶排列组织201

8.2.3 胞状晶或树枝晶排列的形成机制204

8.3 链条状排列206

8.3.1 链条状排列组织206

8.3.2 链条状排列组织的形成机制208

8.4 板条状排列209

8.4.1 板条状排列组织210

8.4.2 板条状排列组织的形成机制212

8.5 排列组织对材料性能的影响213

8.5.1 排列组织对巨磁致伸缩材料性能的影响214

8.5.2 排列组织对永磁材料性能的影响215

8.5.3 排列组织对磁性复合材料性能的影响215

参考文献216

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219

9.1 电磁振荡219

9.1.1 电磁振荡原理219

9.1.2 电磁振荡对凝固组织的影响220

9.2 电磁超声波226

9.2.1 诱发超声波的高频电磁力的生成方法227

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227

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233

9.2.4 电磁超声波对合金凝固组织的细化作用236

参考文献238

第10章 强磁场作用下原子固态扩散行为241

10.1 强磁场作用下Cu/Ni固溶扩散行为及Kirkendall效应242

10.1.1 无磁场条件下Mo丝移动距离243

10.1.2 均恒强磁场Kirkendall效应244

10.1.3 梯度强磁场Kirkendall效应250

10.2 强磁场作用下Al/Mg固态反应扩散行为251

10.2.1 强磁场对Al/Mg扩散层相组成的影响251

10.2.2 强磁场对Al/Mg扩散层厚度的影响254

10.2.3 强磁场对Al/Mg扩散层生长动力学行为的影响256

10.3 强磁场作用下合金热处理过程中溶质迁移行为261

10.3.1 强磁场对Al-Cu合金溶质分布的影响262

10.3.2 强磁场作用下Al-Cu合金溶质分布机理266

参考文献267

第11章 强磁场作用下金属固态相变269

11.1 强磁场作用下马氏体相变270

11.1.1 马氏体相变热力学270

11.1.2 马氏体相变动力学272

11.2 强磁场作用下铁素体相变273

11.2.1 均恒强磁场作用下铁素体相变热力学273

11.2.2 均恒强磁场作用下铁素体相变动力学274

11.2.3 梯度强磁场作用下铁素体相变组织形貌演变275

11.3 强磁场作用下其他固态相变279

11.3.1 珠光体相变279

11.3.2 贝氏体相变280

参考文献281

符号表286