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物理冶金学 图片来自ruten

物理冶金学（Physical Metallurgy）指的是利用物理学原理，例如热力学（Thermodynamics）、电学（electricity）等，非化学的方法来达到提炼金属或是改变金属材料性能的学门，归属在材料科学领域，其主要探讨的主题为晶体结构与缺陷（Crystal Structure and defect）、退火（Anneal）、扩散（Diffusion）、相变化（Phase Transformation）等冶金过程的原理。

简介

物理冶金技术是失效分析的主要手段之一，在失效性质确定、失效模式判别及失效原因分析中发挥了重要作用。除了主要的组织形貌观察、结构特征分析、微区成分表征以外，还包括显微硬度测定、物理性能表征、等温凝固相变过程分析等，这些技术的综合运用将在失效分析的系统性、科学性、准确性上提供有力的技术支持。随着分析仪器设备的发展，一些新型的分析技术也相应得到发展。

如: 俄歇电子谱仪、X 射线光电子谱仪等可用于材料最表面的几个原子层的结构与成分分析; 中子衍射、同步辐射等可用于厚样品内部缺陷的表征等; 分析电子显微镜系统实现了对材料组织—结构—成分—性能的一体化分析，可以原位、动态、三维地对材料进行表征，这些新技术的应用将极大地推动失效分析技术的发展。

晶体结构与缺陷

• 零维缺陷：即点缺陷，包含间隙缺陷（interstitial defect）、置换型原子（substitutional atom）、晶格空位（vancancy）
• 一维缺陷：即线缺陷，常见的为差排（dislocation）
• 二维缺陷：即面缺陷，包含相界（Phase boundary）、晶界（Grain boundary）、双晶边界（Twin boundary）、反相边界（Anti-phase boundary）、叠差（Stacking fault）
• 三维缺陷：即体缺陷，常有的有空孔（Pore）、夹杂物 (Inclusion)

退火

起源于碳钢的热处理方法，现今已广泛应用于所有材料，其指的是，利用改变材料所处条件，例如温度、压力，来改变材料内部微结构，进而改变材料之物理性质、机械性质。

以碳钢为例，依据不同温度下的热处理，退火可分成下列

• 应力消除退火
• 制程退火
• 球化退火
• 完全退火
• 正常化退火
• 均质化退火