材料科学基础教程 [Fundamentals Of Materials Science Course]

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赵品,谢辅洲,孙振国 编
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出版社: 哈尔滨工业大学出版社
ISBN:9787560357751
版次:1
商品编码:11867006
包装:平装
丛书名: 材料科学研究与工程技术系列
外文名称:Fundamentals Of Materials Science Course
开本:16开
出版时间:2016-01-01
用纸:胶版纸
页数:341
字数:51

具体描述

内容简介

  《材料科学基础教程》主要内容包括材料的结构,晶体缺陷,纯金属的凝固,二元相图,三元相图,固体材料的变形与断裂,回复与再结晶,扩散,固态相变,金属材料,高分子材料,陶瓷材料,复合材料及功能材料的基础知识。《材料科学基础教程》可作为材料科学与工程各专业本科生教材,也可作为研究生、教师和工程技术人员的参考书。

目录

第1章 材料的结构
1.1 材料的结合方式
1.1.1 化学键
1.1.2 工程材料的键性
1.2 晶体学基础
1.2.1 晶体与非晶体
1.2.2 空间点阵
1.2.3 晶向指数与晶面指数
1.2.4 晶体的极射赤面投影
1.3 材料的晶体结构
1.3.1 典型金属的晶体结构
1.3.2 共价晶体的晶体结构
1.3.3 离子晶体的晶体结构
1.3.4 合金相结构
习题

第2章 晶体缺陷
2.1 点缺陷
2.1.1 点缺陷的类型及形式
2.1.2 点缺陷的运动及平衡浓度
2.1.3 点缺陷对性能的影响
2.2 线缺陷
2.2.1 位错的基本概念
2.2.2 位错的运动
2.2.3 位错的弹性性质
2.2.4 实际晶体中的位错
2.3 面缺陷
2.3.1 外表面
2.3.2 晶界与亚晶界
习题

第3章 纯金属的凝固
3.1 纯金属的结晶过程
3.3.1 液态金属的结构
3.1.2 纯金属的结晶过程
3.2 结晶的热力学条件
3.2.1 结晶的过冷现象
3.2.2 凝固的热力学条件
3.3 形核规律
3.3.1 均匀形核
3.3.2 非均匀形核
3.4 长大规律
3.4.1 液-固界面的微观结构
3.4.2 晶核的长大机制
3.4.3 纯金属的生长形态
3.5 结晶理论的某些实际应用
3.5.1 细化金属铸件晶粒的方法
3.5.2 定向凝固技术
3.5.3 单晶体的制备
3.5.4 急冷凝固技术
习题

第4章 二元相图
4.1 相图的基本知识
4.1.1 相图的表示方法
4.1.2 相图的建立
4.1.3 相平衡与相律
4.1.4 二元相图的几何规律
4.2 二元相图的基本类型
4.2.1 匀晶相图
4.2.2 共晶相图
4.2.3 包晶相图
4.3 二元相图的分析和使用
4.3.1 其他类型的二元相图
4.3.2 复杂二元相图的分析方法
4.4 铁碳相图和铁碳合金
4.4.1 铁碳相图
4.4.2 碳和杂质元素对碳钢组织和性能的影响
4.4.3 合金铸件的组织与缺陷
习题

第5章 三元相图
5.1 三元相图的成分表示法
5.1.1 浓度三角形
5.1.2 浓度三角形中具有特定意义的线
5.2 三元系平衡转变的定量法则
5.2.1 直线定律
5.2.2 重心定律
5.3 三元匀晶相图
5.3.1 相图分析
5.3.2 等温截面图(水平截面图)
5.3.3 变温截面图(垂直截面图)
5.4 三元共晶相图
5.4.1 组元在固态互不溶,具有共晶转变的相图
5.4.2 组元在固态下有限溶解,具有共晶转变的三元相图
5.4.3 三相平衡包晶转变的相图特征
5.5 三元合金相图的四相平衡转变
5.5.1 立体图中的四相平衡平面
5.5.2 投影图上的四相平衡平面
5.5.3 垂直截面图上的四相平衡区
5.6 具有化合物的三元相图及三元相图的简化分割
5.7 三元合金相图应用举例
5.7.1 Fe-C-Si三元系的垂直截面图
5.7.2 Fe-Cr-C三元系的垂直截面图
5.7.3 Fe-Cr-C三元系的水平截面图
5.7.4 CaO-SiO2-Al2O3三元系投影图
习题

第6章 固体材料的变形与断裂
6.1 弹性变形
6.1.1 普弹性
6.1.2 滞弹性
6.2 单晶体的塑性变形
6.2.1 滑移
6.2.2 孪生
6.2.3 晶体的扭折
6.3 多晶体的塑性变形
6.3.1 多晶体塑性变形过程
6.3.2 晶粒大小对塑性变形的影响
6.3.3 多晶体应力-应变曲线
6.4 塑性变形对金属组织与性能的影响
6.4.1 显微组织与性能的变化
6.4.2 形变织构
6.4.3 残余应力
6.5 金属及合金强化的位错解释
6.5.1 Cottrell气团
6.5.2 位错交割和带割阶位错的运动
6.5.3 固定位错
6.5.4 滑动位错与第二相质点的交互作用
6.6 断裂
6.6.1 理论断裂强度
6.6.2 Griffith理论与断裂韧性
6.6.3 裂纹的萌生
6.6.4 断裂形式
6.6.5 影响材料断裂的基本因素
习题

第7章 回复与再结晶
7.1 形变金属及合金在退火过程中的变化
7.1.1 显微组织的变化
7.1.2 储存能释放与性能变化
7.2 回复
7.2.1 回复机理
7.2.2 回复动力学
7.2.3 回复退火的应用
7.3 再结晶
7.3.1 再结晶的形核
7.3.2 再结晶动力学
7.3.3 影响再结晶的因素
7.3.4 再结晶后晶粒大小
7.4 晶粒长大
7.4.1 晶粒的正常长大
7.4.2 晶粒的异常长大
7.5 金属的热变形
7.5.1 动态回复
7.5.2 动态再结晶
7.5.3 热加工后的组织及性能
7.5.4 超塑性
习题

第8章 扩散
18.1 扩散定律
8.1.1 菲克第一定律
8.1.2 菲克第二定律
8.1.3 扩散方程在生产中的应用举例
8.1.4 扩散的驱动力及上坡扩散
8.2 扩散机制
8.2.1 间隙扩散
8.2.2 置换扩散
8.2.3 扩散系数公式
8.3 影响扩散的因素
8.3.1 温度
8.3.2 固溶体类型
8.3.3 晶体结构
8.3.4 浓度
8.3.5 合金元素的影响
8.3.6 短路扩散
8.4 反应扩散
习题

第9章 固态相变
9.1 固态相变总论
9.1.1 固态相变分类
9.1.2 固态相变的特征
9.1.3 固态相交的形核
9.1.4 新相的长大
9.1.5 相变动力学
9.2 扩散型相变
9.2.1 调幅分解
9.2.2 过饱和固溶体的脱溶
9.2.3 共析转变
9.3 无扩散相变
9.3.1 陶瓷的同质异构转变
9.3.2 块型转变
9.3.3 马氏体相变
9.4 贝氏体相变
9.4.1 钢中贝氏体类型及形成过程
9.4.2 贝氏体的组织形态
9.4.3 贝氏体钢及应用
9.5 钢的热处理原理
9.5.1 钢的加热转变
9.5.2 钢的冷却转变
9.5.3 钢的回火转变
9.6 钢的热处理工艺
9.6.1 普通热处理
9.6.2 表面热处理

第10章 金属材料
10.1 工业用钢
10.1.1 钢中合金元素
10.1.2 工程结构钢
10.1.3 机械制造结构钢
10.1.4 工具钢
10.1.5 特殊性能钢
10.2 铸铁
10.2.1 铸铁的石墨化
10.2.2 铸铁中石墨形态的控制
10.2.3 常用铸铁
10.3 有色金属及合金
10.3.1 铝及铝合金
10.3.2 铜及铜合金
10.3.3 轴承合金
10.3.4 钛及钛合金

第11章 高分子材料
11.1 概述
11.1.1 高分子材料的基本概念
11.1.2 高分子化合物的结构
11.1.3 高分子化合物的力学状态
11.1.4 高分子材料的老化及其改性
11.2 工程塑料
11.2.1 塑料的组成与分类
11.2.2 塑料制品的成型与加工
11.2.3 塑料的性能特点
11.2.4 常用工程塑料
11.3 合成橡胶与合成纤维
11.3.1 橡胶
11.3.2 合成纤维
11.4 合成胶粘剂和涂料
11.4.1 合成胶粘剂
11.4.2 涂料

第12章 陶瓷材料
12.1 陶瓷概述
12.2 陶瓷材料的典型结构
12.2.1 离子晶体陶瓷结构
12.2.2 共价晶体陶瓷结构
12.2.3 非晶型陶瓷结构
12.3 陶瓷的显微结构
12.3.1 晶粒
12.3.2 玻璃相
12.3.3 气相
12.4 陶瓷材料制造工艺
12.4.1 坯料制备
12.4.2 成型
12.4.3 烧结
12.5 陶瓷材料的脆性及增韧
12.5.1 陶瓷材料的脆性
12.5.2 改善陶瓷脆性的途径
12.6 工程陶瓷材料简介
12.6.1 普通陶瓷
12.6.2 特种陶瓷
习题

第13章 复合材料
13.1 概述
13.1.1 复合材料的概念
13.1.2 复合材料的分类
13.1.3 复合材料的命名
13.2 复合材料的增强机制及性能
13.2.1 复合材料的增强机制
13.2.2 复合材料的性能特点
13.3 常用复合材料
13.3.1 纤维增强复合材料
13.3.2 叠层复合材料
13.3.3 粒子增强型复合材料

第14章 功能材料
14.1 概述
14.1.1 功能材料的概念
14.1.2 功能材料的特点
14.1.3 功能材料的分类
14.2 功能材料简介
14.2.1 电功能材料
14.2.2 磁功能材料
14.2.3 热功能材料
14.2.4 光功能材料
14.2.5 其他功能材料
14.3 未来材料的发展

参考文献

前言/序言


探索物质的奥秘:材料的过去、现在与未来 这是一本带领读者深入探究材料科学核心理念的读物。本书并非简单罗列各种材料的性能数据,而是致力于揭示材料的本质——它们是如何构成、如何发生相互作用,以及如何被设计和改造以满足人类不断发展的需求。我们将一同踏上一段探索之旅,从宏观世界中那些习以为常的物体,回溯至构成它们的微观粒子,再展望材料科学如何塑造我们的未来。 第一部分:构建世界的基本砖石——原子、结构与键 首先,我们将目光投向物质最基本的组成单元——原子。了解原子的内部结构,特别是电子的排布和能级,是理解材料性质的关键。本书将详细阐述量子力学如何解释原子行为,并引入各种化学键的类型,如离子键、共价键和金属键,深入解析这些键的形成机制以及它们对材料宏观性质的决定性影响。 随后,我们将聚焦于原子如何在空间中有序排列,形成晶体结构。本书将介绍常见的晶体结构,如立方晶系、密排六方结构等,并通过图示和模型,帮助读者直观理解原子在三维空间中的堆积方式。此外,本书还将探讨非晶态材料的结构特点,以及其与晶体材料在性能上的显著差异。原子尺度的缺陷,如空位、间隙原子和位错,并非仅仅是“不完美”,它们在许多材料的塑性变形、扩散等过程中扮演着至关重要的角色,本书将对此进行深入剖析。 第二部分:材料的动态行为——热学、电学与磁学 材料的性能并非静止不变,它们在各种外界条件下会展现出动态的行为。本书将深入研究材料的热学性质,包括热传导、热膨胀和相变。我们将了解热量如何在材料内部传播,以及温度变化如何引起材料尺寸和相态的转变,这对于理解诸如发动机、建筑材料等应用至关重要。 在电学方面,本书将区分导体、半导体和绝缘体,并解释导电机制的差异。对于半导体材料,我们将深入探讨其能带理论,理解掺杂如何改变其导电性,从而为电子器件的设计奠定基础。磁性材料的奥秘也将被揭示,从顺磁性、抗磁性到铁磁性,我们将了解磁畴的形成以及外部磁场如何影响材料的磁响应,这对于开发存储设备、电动机等至关重要。 第三部分:塑造材料的艺术——力学性能与失效分析 人类社会的发展离不开各种材料的支撑,而材料的力学性能是其能否承受外力的关键。本书将系统阐述材料的应力-应变关系,介绍弹性变形、塑性变形以及断裂等概念。我们将学习如何衡量材料的强度、硬度、韧性和疲劳寿命,并通过实例说明这些性能在结构设计中的重要性。 材料并非总是能够完美地完成其使命,失效是工程中必须考虑的重要问题。本书将详细探讨各种材料失效的模式,包括脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂和蠕变。通过对失效机制的深入理解,我们能够更有效地设计材料和结构,预防灾难性事故的发生。 第四部分:通往未来的材料——先进材料与设计 站在前人的肩膀上,现代材料科学正以前所未有的速度发展,涌现出大量具有革命性意义的先进材料。本书将介绍高性能合金、陶瓷材料、聚合物材料以及复合材料。我们将探索这些材料是如何通过精密的微观结构设计和制备工艺,实现卓越性能的。 纳米材料作为新一代材料的代表,其独特的尺寸效应赋予了它们前所未有的性质。本书将概述纳米材料的制备方法和表征技术,并探讨其在催化、传感、医学等领域的广泛应用前景。 最后,本书将展望材料科学的未来发展趋势。智能材料、仿生材料、可持续材料以及能源材料等前沿领域,都将是未来科技发展的关键驱动力。我们将探讨材料科学如何与人工智能、大数据等技术相结合,实现材料的自动化设计和生产,为解决全球性挑战提供新的解决方案。 通过阅读本书,您将能够建立起对材料科学的系统性认识,理解材料的内在规律,并为进一步深入学习或应用相关知识打下坚实的基础。这是一本献给所有对物质世界充满好奇,渴望探索其构成、行为及其无限可能性的读者的入门之作。

用户评价

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我是一名对材料科学的交叉学科应用非常感兴趣的读者,而《材料科学基础教程》这本书,恰好满足了我的这种需求。作者以一种非常宏观的视角,将材料科学与其他学科(如物理、化学、工程学、生物学等)的联系和融合展现出来。我特别喜欢书中关于“材料设计”的章节,它不仅仅是关于材料的性能,更是关于如何根据实际需求,选择合适的材料、设计新的材料,并优化其性能。作者通过大量的案例研究,生动地展示了材料科学在解决现实世界问题中的巨大作用,例如在能源、环境、健康等领域。书中对于材料的制备、加工、表征和失效分析等方面的论述,都非常到位,让我对材料从实验室走向实际应用的整个过程有了更清晰的认识。这本书让我明白,材料科学并非孤立存在,它与人类社会的进步息息相关。它激发了我对材料科学更广泛的兴趣,让我期待材料科学在未来能带来更多令人兴奋的突破。

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这本书真是让我大开眼界!作为一名即将步入材料科学领域的研究生,我一直对这个学科充满好奇,但又觉得它有些晦涩难懂。市面上有很多教材,但我总是觉得它们要么过于理论化,要么过于偏重某一特定方向,很难找到一本能够系统性地梳理整个学科脉络的入门书籍。直到我翻开了《材料科学基础教程》,我才真正感受到什么是“拨云见日”。作者以一种非常清晰、有逻辑的方式,将庞杂的材料科学知识体系化地呈现在读者面前。从最基本的原子结构、晶体学,到材料的宏观性能,再到各种材料(金属、陶瓷、高分子、复合材料)的特性和应用,这本书几乎涵盖了材料科学的方方面面。更重要的是,作者在讲解过程中,并非简单地罗列概念和公式,而是深入浅出地解释了这些概念背后的物理意义和科学原理。例如,在讲到晶体缺陷时,作者不仅介绍了点缺陷、线缺陷和面缺陷的种类,还详细阐述了它们对材料力学性能、电学性能甚至光学性能的影响。这种“知其然,更知其所以然”的讲解方式,极大地提升了我学习的效率和兴趣。此外,书中还穿插了大量的实例分析,将理论知识与实际应用紧密结合,让我深刻理解了材料科学在现代工业中的重要作用,从航天航空到生物医学,再到新能源领域,都离不开高性能材料的支撑。读完这本书,我感觉自己对材料科学的理解不再是零散的点,而是形成了一个完整的网络,为我后续更深入的学习和研究打下了坚实的基础。

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我是一名刚开始接触高分子材料的本科生,之前一直觉得高分子材料只是塑料,但《材料科学基础教程》这本书,彻底改变了我的看法。作者以一种非常生动的方式,揭示了高分子材料的奇妙世界。从高分子链的结构、聚合反应,到高分子的物理性能和化学性能,这本书都进行了详尽的阐述。我尤其喜欢作者对于高分子链缠结、结晶等概念的讲解,他通过形象的比喻,让我能够轻松理解这些抽象的概念。书中对各种常见高分子材料的介绍,如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等,并分析了它们在日常生活中广泛的应用,让我看到了高分子材料的巨大潜力。更让我兴奋的是,书中还介绍了功能高分子材料,如导电高分子、生物医用高分子等,这让我意识到高分子材料不仅仅是“普通”的塑料,它们也可以拥有令人惊叹的特殊功能。这本书为我打开了一扇通往高分子材料领域的大门,让我对接下来的学习充满了期待。

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我是一名对科技发展充满好奇的普通读者,虽然不是专业人士,但一直对各种新材料的出现及其带来的变革感到着迷。《材料科学基础教程》这本书,真的像一本引人入胜的故事书,让我以一种全新的视角去认识我们身边的世界。作者以一种非常亲切的语言,将那些原本听起来高深莫测的材料科学原理,变得通俗易懂。我特别喜欢书中关于“为什么”的解释,比如为什么有些金属那么坚硬,而有些却很柔软?为什么玻璃会碎,而橡胶却可以拉伸?这本书都给出了令人信服的答案,而且答案背后都蕴含着深刻的科学道理。作者并没有回避科学的严谨性,但他巧妙地运用比喻和类比,让我这些非专业人士也能轻松理解。比如,在讲解高分子材料的链结构时,作者将其比作“一串串的珍珠项链”,非常形象地描绘了它们长链分子的特性。这本书让我明白了,我们每天使用的手机、汽车、甚至衣服,背后都凝聚着材料科学家们智慧的结晶。它让我更加敬畏科学,也更加期待未来材料科学能为人类社会带来更多惊喜。

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这本书的语言风格非常吸引人,作者就像一位老朋友,带着我一起探索材料世界的奥秘。我一直对金属材料有着特别的偏爱,而《材料科学基础教程》对于金属材料的讲解,简直是我的福音。作者从金属的原子结构和晶体结构出发,循序渐进地讲解了金属的各种性能,包括强度、韧性、硬度、导电性等。我尤其喜欢作者对于金属相图的解读,它将复杂的相变过程形象地可视化,让我能够直观地理解不同温度和成分下金属的组织变化。书中还详细介绍了各种重要的金属合金,如钢铁、铝合金、铜合金等,并分析了它们的优缺点以及在各个领域的应用。作者并没有止步于理论的介绍,他还穿插了很多关于金属材料加工工艺的讨论,例如锻造、轧制、热处理等,这让我深刻理解了材料的性能是如何通过工艺来控制和优化的。这本书让我明白,金属不仅仅是冰冷的材料,它们背后蕴含着深刻的科学原理和精湛的工艺技术。

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