物理冶金学

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。

晶体结构与缺陷

主条目：晶体缺陷

参见：晶体学

• 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

主条目：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

扩散

在物理冶金学中，一般是讨论金属原子在晶体中的扩散作用，金属材料在适当温度下，不同元素之原子会进行扩散，进而产生相变

相变化

在物理冶金学中，一般探讨金属材料的相变，金属相变一般包含结晶（Solidification）、析出（Precipitation）、旋节分解（Spinodal decomposition）等。