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物理冶金學 圖片來自ruten

物理冶金學（Physical Metallurgy）指的是利用物理學原理，例如熱力學（Thermodynamics）、電學（electricity）等，非化學的方法來達到提煉金屬或是改變金屬材料性能的學門，歸屬在材料科學領域，其主要探討的主題為晶體結構與缺陷（Crystal Structure and defect）、退火（Anneal）、擴散（Diffusion）、相變化（Phase Transformation）等冶金過程的原理。

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。

晶體結構與缺陷

• 零維缺陷：即點缺陷，包含間隙缺陷（interstitial defect）、置換型原子（substitutional atom）、晶格空位（vancancy）
• 一維缺陷：即線缺陷，常見的為差排（dislocation）
• 二維缺陷：即面缺陷，包含相界（Phase boundary）、晶界（Grain boundary）、雙晶邊界（Twin boundary）、反相邊界（Anti-phase boundary）、疊差（Stacking fault）
• 三維缺陷：即體缺陷，常有的有空孔（Pore）、夾雜物 (Inclusion)

退火

起源於碳鋼的熱處理方法，現今已廣泛應用於所有材料，其指的是，利用改變材料所處條件，例如溫度、壓力，來改變材料內部微結構，進而改變材料之物理性質、機械性質。

以碳鋼為例，依據不同溫度下的熱處理，退火可分成下列

• 應力消除退火
• 製程退火
• 球化退火
• 完全退火
• 正常化退火
• 均質化退火