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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。

簡介

物理冶金技術是失效分析的主要手段之一，在失效性質確定、失效模式判別及失效原因分析中發揮了重要作用。除了主要的組織形貌觀察、結構特徵分析、微區成分表徵以外，還包括顯微硬度測定、物理性能表徵、等溫凝固相變過程分析等，這些技術的綜合運用將在失效分析的系統性、科學性、準確性上提供有力的技術支持。隨着分析儀器設備的發展，一些新型的分析技術也相應得到發展。

如: 俄歇電子譜儀、X 射線光電子譜儀等可用於材料最表面的幾個原子層的結構與成分分析; 中子衍射、同步輻射等可用於厚樣品內部缺陷的表徵等; 分析電子顯微鏡系統實現了對材料組織—結構—成分—性能的一體化分析，可以原位、動態、三維地對材料進行表徵，這些新技術的應用將極大地推動失效分析技術的發展。

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