本書為材料科學(xué)與工程專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課教材。本書闡述了材料的成分、組織結(jié)構(gòu)與性能間關(guān)系的基本原理。全書除導(dǎo)論外共九章，內(nèi)容包括：材料結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識、材料中的晶體結(jié)構(gòu)、高分子材料的結(jié)構(gòu)、晶體缺陷、材料的相結(jié)構(gòu)與相圖、材料的凝固與氣相沉積、擴散與固態(tài)相變、材料的變形與斷裂、固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理性能。
本書除作為材料科學(xué)與工程專業(yè)大學(xué)本科生的通用教材外，也可作為材料熱加工類專業(yè)的本科生及研究生的教學(xué)參考用書。
第3版前言
第2版前言
第1版前言
導(dǎo)論1
一、材料科學(xué)的重要地位1
二、各種材料概況3
三、材料性能與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的關(guān)系8
四、材料的制備與加工工藝對性能的
影響8
五、什么是材料科學(xué)10
參考文獻(xiàn)11
第一章材料結(jié)構(gòu)的基本知識12
第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)12
一、原子的電子排列12
二、元素周期表及性能的周期性變化14
第二節(jié)原子結(jié)合鍵17
一、一次鍵17
二、二次鍵18
三、混合鍵20
四、結(jié)合鍵的本質(zhì)及原子間距21
五、結(jié)合鍵與性能23
第三節(jié)原子排列方式24
一、晶體與非晶體24
二、原子排列的研究方法26
第四節(jié)晶體材料的組織28
一、組織的顯示與觀察28
二、單相組織28
三、多相組織29
第五節(jié)材料的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)30
小結(jié)32
習(xí)題33
參考文獻(xiàn)33
第二章材料中的晶體結(jié)構(gòu)34
第一節(jié)晶體學(xué)基礎(chǔ)34
一、空間點陣和晶胞34
二、晶系和布拉維點陣35
三、晶向指數(shù)和晶面指數(shù)37
第二節(jié)純金屬的晶體結(jié)構(gòu)40
一、典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)40
二、多晶型性45
三、晶體結(jié)構(gòu)中的原子半徑47
第三節(jié)離子晶體的結(jié)構(gòu)49
一、離子晶體的主要特點49
二、離子半徑、配位數(shù)和離子的堆積49
三、離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則51
四、典型離子晶體的結(jié)構(gòu)52
第四節(jié)共價晶體的結(jié)構(gòu)54
一、共價晶體的主要特點54
二、典型共價晶體的結(jié)構(gòu)54
小結(jié)55
習(xí)題55
參考文獻(xiàn)57
第三章高分子材料的結(jié)構(gòu)58
第一節(jié)高分子材料概述58
一、高分子材料的基本概念58
二、高分子材料的合成60
三、高分子材料的分類62
第二節(jié)高分子鏈的結(jié)構(gòu)及構(gòu)像62
一、高分子鏈的化學(xué)組成62
二、結(jié)構(gòu)單元的連接方式和空間構(gòu)型63
三、高分子鏈的幾何形狀64
四、高分子鏈的構(gòu)象及柔順性65
第三節(jié)高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)67
一、晶態(tài)聚合物的結(jié)構(gòu)67
二、非晶態(tài)聚合物的結(jié)構(gòu)69
三、聚合物的結(jié)晶度與玻璃化溫度70
第四節(jié)高分子材料的性能與結(jié)構(gòu)72
一、高分子材料的主要性能特點72
二、高分子材料的性能與結(jié)構(gòu)的關(guān)系73
三、改變高分子材料性能的途徑75
小結(jié)78
習(xí)題79
參考文獻(xiàn)79
第四章晶體缺陷81
第一節(jié)點缺陷81
一、點缺陷的類型81
二、點缺陷的產(chǎn)生83
三、點缺陷與材料行為85
第二節(jié)位錯的基本概念86
一、位錯與塑性變形86
二、晶體中的位錯模型及位錯易動性87
三、柏氏矢量90
四、位錯的運動92
五、位錯密度97
六、位錯的觀察98
第三節(jié)位錯的能量及交互作用99
一、位錯的應(yīng)變能99
二、位錯的線張力102
三、位錯的應(yīng)力場及與其他缺陷的交互
作用103
四、位錯的分解與合成108
第四節(jié)晶體中的界面112
一、晶界的結(jié)構(gòu)與晶界能112
二、表面及表面能114
三、表面吸附與晶界內(nèi)吸附116
四、潤濕行為117
五、界面能與顯微組織的變化119
小結(jié)120
習(xí)題121
參考文獻(xiàn)123
第五章材料的相結(jié)構(gòu)及相圖124
第一節(jié)材料的相結(jié)構(gòu)124
一、固溶體124
二、中間相129
三、非晶相134
第二節(jié)相圖的基本知識135
一、相律136
二、成分的表示方法與相圖的建立137
三、杠桿定律137
四、相和組織的概念139
五、一元系相圖139
第三節(jié)二元系相圖140
一、勻晶相圖及固溶體的結(jié)晶140
二、共晶相圖及其結(jié)晶143
三、包晶相圖及其結(jié)晶149
四、其他類型的二元系相圖152
五、相圖與性能的關(guān)系155
六、復(fù)雜相圖分析156
第四節(jié)相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ)172
一、吉布斯自由能與成分的關(guān)系172
二、克勞修斯克拉珀龍方程174
三、相平衡條件175
四、吉布斯自由能曲線與相圖177
第五節(jié)三元系相圖180
一、三元相圖的表示方法181
二、三元相圖的建立182
三、三元勻晶相圖184
四、三元系中相平衡空間的熱力學(xué)
分析188
五、典型三元系相圖分析198
六、三元系相圖實例分析206
習(xí)題208
參考文獻(xiàn)210
第六章材料的凝固與氣相沉積212
第一節(jié)材料凝固時晶核的形成212
一、凝固結(jié)晶基本規(guī)律212
二、均勻形核及形核率215
三、非均勻形核217
第二節(jié)材料凝固時晶體的生長220
一、晶核長大的必要條件220
二、固液界面的微觀構(gòu)造220
三、材料的熔化熵與晶體生長方式223
四、溫度梯度對晶體生長的影響224
第三節(jié)固溶體合金的凝固226
一、合金凝固的典型情況226
二、成分過冷及其對晶體生長的影響230
第四節(jié)共晶合金的凝固231
一、共晶體的結(jié)構(gòu)231
二、雜質(zhì)對共晶生長的影響233
三、偏離共晶成分的合金凝固235
第五節(jié)制造工藝與凝固組織236
一、鑄錠與鑄件的凝固組織及偏析236
二、連續(xù)鑄造和熔化焊的凝固組織238
第六節(jié)材料制備的特種凝固工藝技術(shù)240
一、區(qū)域熔煉240
二、制備單晶241
三、用快速冷凝法制備金屬玻璃242
四、定向凝固242
五、激光熔覆金屬3D打印制造243
第七節(jié)材料非晶態(tài)245
一、材料的非晶態(tài)概述245
二、常用材料的非晶態(tài)245
第八節(jié)材料的氣固轉(zhuǎn)變247
一、凝聚蒸發(fā)的平衡248
二、蒸發(fā)249
三、凝聚250
第九節(jié)氣相沉積法的材料制備技術(shù)251
一、硅芯片的外延生長251
二、用化學(xué)氣相沉積制取B纖維和SiC
纖維252
三、用惰性氣體凝結(jié)法制取納米材料253
習(xí)題254
參考文獻(xiàn)256
第七章擴散與固態(tài)相變258
第一節(jié)擴散定律及其應(yīng)用258
一、擴散第一定律258
二、擴散第二定律260
第二節(jié)擴散機制263
一、間隙擴散和空位擴散263
二、互擴散和克肯達(dá)爾效應(yīng)266
三、擴散系數(shù)的計算266
第三節(jié)影響擴散的因素與擴散驅(qū)動力268
一、影響擴散的因素268
二、擴散驅(qū)動力270
第四節(jié)幾個特殊的有關(guān)擴散的實際
問題271
一、離子晶體的擴散271
二、燒結(jié)273
三、納米晶體材料的擴散問題274
第五節(jié)固態(tài)相變中的形核275
一、固相的相界面275
二、均勻形核與非均勻形核278
第六節(jié)固態(tài)相變的晶體成長279
一、擴散控制長大279
二、界面控制長大281
第七節(jié)擴散型相變282
一、AlCu合金的淬火時效283
二、陶瓷材料中的脫溶沉淀反應(yīng)285
三、合金中的調(diào)幅分解285
四、玻璃中的調(diào)幅分解288
第八節(jié)無擴散相變289
一、馬氏體相變的基本特征289
二、馬氏體轉(zhuǎn)變的晶體學(xué)291
三、馬氏體的形態(tài)與性能293
四、陶瓷材料中的馬氏體相變294
習(xí)題296
參考文獻(xiàn)297
第八章材料的變形與斷裂298
第一節(jié)金屬變形概述298
第二節(jié)金屬的彈性變形299
第三節(jié)滑移與孿生變形300
一、滑移觀察300
二、滑移機制300
三、滑移面和滑移方向302
四、孿生變形303
第四節(jié)單晶體的塑性變形305
一、施密特定律305
二、單滑移、多滑移和交滑移307
第五節(jié)多晶體的塑性變形309
一、晶界和晶體位向?qū)λ苄宰冃蔚?br>影響309
二、晶粒大小對材料強度與塑性的
影響310
第六節(jié)純金屬的變形強化311
一、位錯的交割311
二、位錯的反應(yīng)312
三、位錯的增殖313
第七節(jié)合金的變形與強化315
一、單相合金的變形與強化315
二、低碳鋼的屈服和應(yīng)變時效316
三、第二相對合金變形的影響319
第八節(jié)冷變形金屬的組織與性能321
一、冷變形金屬的力學(xué)性能321
二、冷變形金屬的組織321
三、形變織構(gòu)322
四、殘余應(yīng)力323
第九節(jié)金屬的斷裂323
一、理論斷裂強度323
二、實際斷裂強度324
第十節(jié)冷變形金屬的回復(fù)階段326
一、回復(fù)階段性能與組織的變化326
二、回復(fù)動力學(xué)326
三、回復(fù)機制328
第十一節(jié)冷變形金屬的再結(jié)晶329
一、再結(jié)晶的形核329
二、再結(jié)晶動力學(xué)330
三、影響再結(jié)晶的因素331
四、再結(jié)晶后的晶粒長大333
第十二節(jié)金屬的熱變形、蠕變與
超塑性334
一、金屬的熱變形過程以及對組織與
性能的影響334
二、金屬的蠕變336
三、金屬的超塑性337
第十三節(jié)陶瓷晶體的變形338
第十四節(jié)聚合物的屈服和斷裂339
一、玻璃態(tài)聚合物的拉伸行為339
二、結(jié)晶聚合物的拉伸行為341
三、聚合物的屈服行為342
四、聚合物的理論強度和實際強度343
習(xí)題343
參考文獻(xiàn)344
第九章固體材料的電子結(jié)構(gòu)與物理
性能345
第一節(jié)固體的能帶理論345
一、能帶的形成345
二、金屬的能帶結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性345
三、費米能347
四、半導(dǎo)體與絕緣體349
第二節(jié)半導(dǎo)體349
一、本征半導(dǎo)體349
二、摻雜半導(dǎo)體351
第三節(jié)材料的磁性353
一、原子的磁矩353
二、抗磁體、順磁體和鐵磁體355
三、磁化曲線與磁疇結(jié)構(gòu)357
第四節(jié)材料的光學(xué)性能359
一、光的吸收與透射359
二、材料的發(fā)光性能361
第五節(jié)材料的熱學(xué)性能363
一、摩爾熱容363
二、熱膨脹364
三、導(dǎo)熱性能365
第六節(jié)功能材料舉例366
一、光導(dǎo)纖維366
二、磁性材料367
小結(jié)368
習(xí)題368
參考文獻(xiàn)369
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