第1章　導言 /001
學習目標　/002
1．1　歷史展望　/002
1．2　材料科學與工程　/002
1．3　為什么學習材料科學與工程？　/004
1．4　材料的分類　/004
重要材料—碳酸飲料容器　/008
1．5　先進材料　/009
1．6　現(xiàn)代材料需求　/010
1．7　工藝/結構/性能/應用間的相互關系　/011
總結　/013
參考文獻　/014
習題　/014
第2章　原子結構與原子鍵 /015
學習目標　/016
2．1　概述　/016
原子結構　/016
2．2　基本概念　/016
2．3　原子中的電子　/017
2．4　元素周期表　/022
固體中的原子鍵　/023
2．5　鍵合力與鍵能　/023
2．6　原子間主價鍵　/025
2．7　次價鍵或范德華鍵　/028
重要材料—水（結冰后體積膨脹）　/030
2．8　分子　/031
總結　/031
參考文獻　/033
習題　/033
工程基礎問題　/035
第3章　金屬和陶瓷的結構 /036
學習目標　/037
3．1　概述　/037
晶體結構　/037
3．2　基本概念　/037
3．3　晶胞　/038
3．4　金屬晶體結構　/038
3．5　密度計算—金屬　/043
3．6　陶瓷晶體結構　/043
3．7　密度計算—陶瓷　/048
3．8　硅酸鹽陶瓷　/049
3．9　碳　/052
3．10　多晶型和同素異形體　/053
3．11　晶系　/053
重要材料—碳納米管　/054
晶體點陣、晶向、晶面　/056
重要材料—錫（同素異形體轉變）　/056
3．12　點坐標　/057
3．13　晶向　/058
3．14　晶面　/063
3．15　線密度和面密度　/067
3．16　密排晶體結構　/068
晶體和非晶材料　/070
3．17　單晶　/070
3．18　多晶材料　/071
3．19　各向異性　/072
3．20　X射線衍射：晶體結構的確定　/072
3．21　非晶固體　/076
總結　/078
參考文獻　/081
習題　/082
工程基礎問題　/088
第4章　高分子結構 /089
學習目標　/090
4．1　概述　/090
4．2　碳氫化合物分子　/090
4．3　聚合物分子　/092
4．4　高分子化學　/093
4．5　分子量　/097
4．6　分子形狀　/099
4．7　分子結構　/100
4．8　分子構型　/101
4．9　熱塑性和熱固性聚合物　/104
4．10　共聚物　/105
4．11　聚合物的結晶度　/106
4．12　聚合物晶體　/109
總結　/110
參考文獻　/113
習題　/113
工程基礎問題　/116
第5章　固體缺陷 /117
學習目標　/118
5．1　概述　/118
點缺陷　/118
5．2　金屬中的點缺陷　/118
5．3　陶瓷中的點缺陷　/120
5．4　固體中的雜質　/123
5．5　高分子中的點缺陷　/126
5．6　成分表述　/126
其他缺陷　/129
5．7　位錯—線缺陷　/129
5．8　面缺陷　/132
5．9　體缺陷　/134
5．10　原子振動　/135
重要材料—催化劑（以及表面缺陷）　/135
顯微組織觀察　/136
5．11　顯微鏡基本概念　/136
5．12　顯微技術　/137
5．13　晶粒尺寸測定　/140
總結　/142
參考文獻　/146
習題　/146
設計問題　/150
工程基礎問題　/150
第6章　擴散 /151
學習目標　/152
6．1　概述　/152
6．2　擴散機制　/153
6．3　穩(wěn)態(tài)擴散　/154
6．4　非穩(wěn)態(tài)擴散　/156
6．5　影響擴散的因素　/160
6．6　半導體材料中的擴散　/165
重要材料—集成電路互連鋁線　/168
6．7　其他擴散路徑　/169
6．8　離子化合物和聚合物中的擴散　/169
總結　/171
參考文獻　/175
習題　/175
設計問題　/179
工程基礎問題　/180
第7章　力學性能 /181
學習目標　/182
7．1　概述　/182
7．2　應力和應變概念　/183
彈性變形　/186
7．3　應力-應變行為　/186
7．4　滯彈性　/189
7．5　材料的彈性性能　/190
力學行為—金屬　/192
7．6　拉伸性能　/193
7．7　真應力和真應變　/199
7．8　塑性變形后的彈性回復　/201
7．9　壓縮、剪切、扭轉變形　/202
力學行為—陶瓷　/202
7．10　彎曲強度　/202
7．11　彈性行為　/204
7．12　孔隙率對陶瓷力學性能的影響　/204
力學行為—高分子　/205
7．13　應力-應變行為　/205
7．14　宏觀變形　/207
7．15　黏彈性　/208
硬度及其他力學性能　/212
7．16　硬度　/212
7．17　陶瓷材料的硬度　/217
7．18　高分子的撕裂強度與硬度　/218
物性多樣性和設計/安全因素　/218
7．19　材料性能多樣性　/218
7．20　設計/安全因素　/220
總結　/222
參考文獻　/227
習題　/228
設計問題　/238
工程基礎問題　/239
第8章　變形和強化機制 /241
學習目標　/242
8．1　概述　/242
金屬的變形機制　/242
8．2　歷史　/243
8．3　位錯的基本概念　/243
8．4　位錯的特征　/245
8．5　滑移系　/246
8．6　單晶體的滑移　/248
8．7　多晶體的塑性變形　/250
8．8　孿晶產(chǎn)生的變形　/252
金屬的強化機制　/253
8．9　晶粒細化強化　/253
8．10　固溶強化　/254
8．11　應變強化　/256
回復、再結晶和晶粒長大　/259
8．12　回復　/259
8．13　再結晶　/259
8．14　晶粒長大　/263
陶瓷材料變形機制　/264
8．15　晶體陶瓷　/265
8．16　非晶陶瓷　/265
聚合物變形及增強機制　/266
8．17　半結晶聚合物的變形　/266
8．18　影響半結晶聚合物的力學
性能的因素　/269
重要材料—收縮包裝聚合物薄膜　/271
8．19　彈性體的變形　/271
總結　/273
參考文獻　/279
習題　/279
設計問題　/285
工程基礎問題　/285
第9章　失效 /286
學習目標　/287
9．1　概述　/287
斷裂　/288
9．2　斷裂基礎　/288
9．3　延性斷裂　/288
斷口研究　/289
9．4　脆性斷裂　/290
9．5　斷裂力學原理　/292
9．6　陶瓷的脆性斷裂　/299
9．7　高分子的斷裂　/302
9．8　斷裂韌性測試　/304
疲勞　/308
9．9　交變應力　/308
9．10　S-N曲線　/310
9．11　高分子材料的疲勞　/312
9．12　裂紋的萌生與擴展　/312
9．13　影響疲勞壽命的因素　/314
9．14　環(huán)境因素　/316
蠕變　/317
9．15　廣義蠕變行為　/317
9．16　應力和溫度的影響　/318
9．17　數(shù)據(jù)外推法　/320
9．18　高溫用合金　/321
9．19　陶瓷和高分子材料的蠕變　/321
總結　/322
參考文獻　/325
習題　/326
設計問題　/331
工程基礎問題　/332
第10章　相圖 /333
學習目標　/334
10．1　概述　/334
定義和基本概念　/334
10．2　溶解度極限　/335
10．3　相　/335
10．4　顯微結構　/336
10．5　相平衡　/336
10．6　單組分（一元）相圖　/337
二元相圖　/338
10．7　二元勻晶系統(tǒng)　/338
10．8　相圖分析　/340
10．9　勻晶合金顯微組織演變　/343
10．10　勻晶合金的力學性能　/346
10．11　二元共晶系統(tǒng)　/347
重要材料—無鉛釬料　/351
10．12　共晶合金顯微組織演變　/352
10．13　存在中間相或化合物的平衡相圖　/357
10．14　共析和包晶反應　/359
10．15　同成分相變　/360
10．16　陶瓷相圖　/361
10．17　三元相圖　/365
10．18　吉布斯相律　/365
鐵-碳系統(tǒng)　/367
10．19　鐵碳（Fe-Fe3C）相圖　/367
10．20　鐵碳合金顯微組織演變　/369
10．21　其他合金元素的影響　/376
總結　/376
參考文獻　/380
習題　/380
工程基礎問題　/388
第11章　相變 /389
學習目標　/390
11．1　概述　/390
金屬中的相變　/390
11．2　基本概念　/391
11．3　相變動力學　/391
11．4　亞穩(wěn)態(tài)與平衡態(tài)　/400
鐵-碳合金中顯微結構與性能的改變　/400
11．5　等溫轉變圖　/401
11．6　連續(xù)冷卻轉變圖　/409
11．7　鐵-碳合金的力學行為　/412
11．8　回火馬氏體　/416
11．9　鐵-碳合金的相變及力學性能的回顧　/418
重要材料—形狀記憶合金　/419
沉淀硬化　/421
11．10　熱處理　/422
11．11　硬化機制　/423
11．12　其他說明　/425
高分子中的結晶、熔化和玻璃化轉變現(xiàn)象　/426
11．13　結晶　/426
11．14　熔化　/427
11．15　玻璃化轉變　/427
11．16　熔化溫度和玻璃化溫度　/427
11．17　熔化溫度和玻璃化溫度的影響因素　/428
總結　/430
參考文獻　/435
習題　/436
設計問題　/441
工程基礎問題　/442
第12章　電學性能 /443
學習目標　/444
12．1　概述　/444
電導　/444
12．2　歐姆定律　/444
12．3　電導率　/445
12．4　電子和離子導電　/446
12．5　固體能帶結構　/446
12．6　能帶傳導與原子成鍵模型　/448
12．7　電子遷移率　/450
12．8　金屬的電阻率　/450
12．9　工業(yè)合金的電學特性　/453
重要材料—鋁電導線　/453
半導電性　/455
12．10　本征半導體　/455
12．11　雜質半導體　/457
12．12　溫度對載流子濃度的影響　/460
12．13　影響載流子遷移率的因素　/462
12．14　霍爾效應　/465
12．15　半導體器件　/467
離子型陶瓷和聚合物的電導　/472
12．16　離子型材料的電導　/472
12．17　聚合物的電學性能　/473
介電性能　/474
12．18　電容器　/474
12．19　場矢量和極化　/475
12．20　極化類型　/478
12．21　與頻率相關的相對介電常數(shù)　/480
12．22　介電強度　/481
12．23　介電材料　/481
材料的其他電學特性　/481
12．24　鐵電性　/481
12．25　壓電性　/482
總結　/483
參考文獻　/489
習題　/490
設計問題　/495
工程基礎問題　/496
第13章　材料類型及其應用 /497
學習目標　/498
13．1　概述　/498
金屬合金的類型　/498
13．2　鐵合金　/498
13．3　非鐵金屬及其合金　/509
重要材料—歐元硬幣所用的金屬合金　/517
陶瓷的種類　/518
13．4　玻璃　/518
13．5　玻璃陶瓷　/519
13．6　黏土制品　/520
13．7　耐火材料　/521
13．8　磨料　/523
13．9　水泥　/523
13．10　先進陶瓷　/524
重要材料—壓電陶瓷　/526
13．11　金剛石和石墨　/527
聚合物的類型　/528
13．12　塑料　/528
重要材料—酚醛臺球　/531
13．13　橡膠　/531
13．14　纖維　/533
13．15　其他應用　/533
13．16　先進高分子材料　/535
總結　/538
參考文獻　/541
習題　/542
設計問題　/543
工程基礎問題　/544
第14章　材料的合成、制備和加工 /545
學習目標　/546
14．1　概述　/546
金屬的制備　/546
14．2　成型加工　/547
14．3　鑄造　/548
14．4　其他技術　/549
金屬的熱加工　/551
14．5　退火工藝　/551
14．6　鋼的熱處理　/553
陶瓷材料制造　/561
14．7　玻璃和玻璃陶瓷的制造與加工　/562
14．8　黏土制品的制造與加工　/566
14．9　粉末壓制　/570
14．10　流延成型　/572
聚合物的合成與加工　/573
14．11　聚合反應　/573
14．12　聚合物添加劑　/575
14．13　塑料成型技術　/576
14．14　橡膠的成型　/579
14．15　纖維和薄膜的成型　/579
總結　/580
參考文獻　/585
習題　/586
設計問題　/588
工程基礎問題　/589
第15章　復合材料 /590
學習目標　/591
15．1　概述　/591
顆粒增強復合材料　/593
15．2　大顆粒復合材料　/593
15．3　彌散增強復合材料　/596
纖維增強復合材料　/597
15．4　纖維長度的影響　/597
15．5　纖維取向和濃度的影響　/598
15．6　纖維相　/606
15．7　基體相　/607
15．8　聚合物基復合材料　/608
15．9　金屬基復合材料　/613
15．10　陶瓷基復合材料　/614
15．11　碳/碳復合材料　/615
15．12　混雜復合材料　/616
15．13　纖維增強復合材料的加工　/616
結構復合材料　/618
15．14　層狀復合材料　/619
15．15　夾芯板　/619
重要材料—納米復合涂層　/620
總結　/621
參考文獻　/624
習題　/624
設計問題　/628
工程基礎問題　/629
第16章　材料腐蝕和降解 /630
學習目標　/631
16．1　概述　/631
金屬的腐蝕　/631
16．2　電化學因素　/632
16．3　腐蝕速率　/638
16．4　腐蝕速率預測　/639
16．5　鈍化　/645
16．6　環(huán)境影響　/646
16．7　腐蝕形式　/646
16．8　腐蝕環(huán)境　/653
16．9　腐蝕防護　/654
16．10　氧化　/656
陶瓷材料的腐蝕　/659
聚合物的降解　/659
16．11　溶脹和溶解　/659
16．12　鍵斷裂　/661
16．13　風化　/662
總結　/663
參考文獻　/666
習題　/666
設計問題　/670
工程基礎問題　/670
第17章　熱學性能 /671
學習目標　/672
17．1　概述　/672
17．2　熱容　/672
17．3　熱膨脹　/675
重要材料—因瓦和其他低膨脹系數(shù)合金　/677
17．4　熱導率　/678
17．5　熱應力　/681
總結　/682
參考文獻　/684
習題　/684
設計問題　/686
工程基礎問題　/687
第18章　磁學性能 /688
學習目標　/689
18．1　概述　/689
18．2　基本概念　/689
18．3　反磁性和順磁性　/692
18．4　鐵磁性　/694
18．5　反鐵磁性和亞鐵磁性　/695
18．6　溫度對磁性行為的影響　/698
18．7　磁疇和磁滯現(xiàn)象　/699
18．8　磁各向異性　/702
18．9　軟磁材料　/703
重要材料—用于變壓器鐵芯的鐵–硅合金　/704
18．10　硬磁材料　/705
18．11　磁存儲器　/707
18．12　超導現(xiàn)象　/710
總結　/713
參考文獻　/715
習題　/716
設計例題　/719
工程基礎問題　/719
第19章　光學性能 /720
學習目標　/721
19．1　概述　/721
基本概念　/721
19．2　電磁輻射　/721
19．3　光與固體間的相互作用　/723
19．4　原子和電子間的相互作用　/724
金屬材料的光學性質　/725
非金屬材料的光學性質　/726
19．5　折射　/726
19．6　反射　/727
19．7　吸收　/728
19．8　透射　/731
19．9　顏色　/731
19．10　絕緣體中的不透明和半透明　/733
光學現(xiàn)象的應用　/733
19．11　發(fā)光　/733
19．12　光電導　/734
重要材料—發(fā)光二極管　/734
19．13　激光　/736
19．14　光纖通信　/740
總結　/742
參考文獻　/745
習題　/745
設計問題　/747
工程基礎問題　/747
第20章　材料科學與工程學科
中涉及的經(jīng)濟、環(huán)境
及社會問題 /748
學習目標　/749
20．1　概述　/749
經(jīng)濟因素　/749
20．2　組件設計　/750
20．3　材料　/750
20．4　制造技術　/750
環(huán)境和社會因素　/751
20．5　材料科學與工程中的回收問題　/753
重要材料—生物可降解的和可生物再生的高分子材料/塑膠材料　/755
總結　/758
參考文獻　/758
設計問題　/759
附錄A　國際單位制（SI） /760
附錄B　部分工程材料的性能 /762
附錄C　部分工程材料的成本和相對成本 /797
附錄D　常見聚合物的重復單元結構 /803
附錄E　常見聚合物玻璃化轉變溫度和熔點 /807