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出版者:化学工业

作者:梁述忠

出品人:

页数:232

译者:

出版时间:2004-7

价格:24.00元

装帧:

isbn号码:9787502550004

丛书系列:

图书标签:

• 药物分析
• 分析化学
• 药物化学
• 质谱
• 色谱
• 光谱
• 化学分析
• 药物质量控制
• 药学
• 分析方法

现代材料科学导论 一、 绪论：材料的本质与人类文明的基石 本书旨在为读者构建一个全面而深入的现代材料科学知识体系，探讨物质世界中各种材料的结构、性质、制备、性能以及其在当代工程技术和社会发展中的关键作用。材料，作为人类文明进步的物质载体，其发展史几乎等同于人类技术史的演变。从远古时代的石器、青铜器，到近代的钢铁和塑料，再到如今的半导体、超导材料和智能高分子，材料科学始终站在科技创新的前沿。 本书将首先阐述材料科学的学科范畴，明确其与化学、物理学、工程学的交叉与融合。我们将探讨构成物质的基本单元——原子、分子、晶体结构，以及这些微观结构如何决定宏观性能的内在逻辑。材料科学的研究核心，即“结构决定性能，性能决定应用”，贯穿全书的始终。 二、 晶体结构与缺陷工程 理解材料的微观结构是掌握其性能的基础。本章将深入剖析晶体结构，涵盖常见的晶体点阵（如面心立方、体心立方、六方最密堆积），并详细介绍非晶态材料的结构特点。 重点内容将聚焦于材料中的缺陷。缺陷，无论是点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）还是面缺陷（晶界、堆垛层错），都是材料宏观力学、电学、热学性能变化的决定性因素。我们将详细分析位错理论，解释塑性变形的本质，并探讨如何通过引入或控制缺陷来优化材料的强度、韧性或导电性，这是材料设计与加工的核心手段。 三、 结构与性能的内在联系：热力学与动力学视角 材料的稳定性和相变过程由热力学规律所支配，而材料的制备与加工则受动力学过程的制约。本章将结合相图理论，阐述二元和三元合金体系中的平衡态和非平衡态相变。例如，钢中的奥氏体、铁素体、渗碳体之间的转化规律，以及如何利用冷却速率控制微观组织，从而实现所需性能。 动力学部分，我们将探讨扩散现象在材料处理中的作用，如固态扩散、晶界扩散等。了解扩散速率对于热处理、表面改性（如渗碳、渗氮）的工艺设计至关重要。 四、 金属材料：结构、加工与应用 金属材料因其优异的强度、韧性和导电性，在工程领域占据核心地位。本章将系统梳理钢铁材料（碳钢、合金钢、不锈钢）和有色金属（铝合金、钛合金、镁合金）的组织结构与性能关系。 重点探讨金属的加工过程，包括塑性加工（轧制、锻造、拉拔）如何影响晶粒尺寸和位错密度，以及焊接过程中的冶金问题与残余应力控制。此外，还将介绍先进的金属基复合材料和高熵合金等前沿研究方向。 五、 陶瓷材料：从传统到功能化 陶瓷材料以其高硬度、耐高温、耐腐蚀的特性，在极端环境下表现卓越。本章将从氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化锆）和非氧化物陶瓷（如碳化硅、氮化硅）两大类进行分析。 我们将深入研究陶瓷的烧结过程，理解粉末颗粒如何通过致密化形成具有高强度的块体材料。此外，聚焦于先进陶瓷的应用，如结构陶瓷在航空发动机中的应用，以及功能陶瓷（如压电陶瓷、铁电陶瓷）的介电和电学特性。 六、 高分子材料：结构多样性与性能调控 高分子材料（塑料、橡胶、纤维）因其轻质、易加工和可设计性强而广泛应用。本章的核心在于理解高分子链的结构（如分子量、支化度、拓扑结构）如何影响其粘弹性行为。 我们将详细分析热塑性材料（如聚乙烯、聚丙烯）和热固性材料（如环氧树脂、酚醛树脂）的结构差异及其对应的力学响应。高分子材料的结晶度、玻璃化转变温度（Tg）是决定其使用温度范围的关键参数，这些内容将在本章得到详尽阐述。 七、 复合材料：性能的协同效应 复合材料是通过将两种或多种性能不同的材料（基体与增强相）结合在一起，以获得单一材料无法比拟的综合性能。本章将分类介绍纤维增强复合材料（如碳纤维增强环氧树脂）、颗粒增强复合材料以及层状复合材料。 重点分析界面结合的重要性，界面区的相互作用直接决定了载荷在不同相之间的有效传递。此外，也将讨论复合材料的失效模式和先进的制造技术，如树脂传递模塑（RTM）和热压罐成型。 八、 电子、光学与磁性材料 随着信息技术的发展，功能材料的重要性日益凸显。本章将系统介绍半导体材料（如硅、砷化镓）的能带理论，解释导体、半导体和绝缘体之间的根本区别。 在光学材料方面，将探讨透明陶瓷和光纤材料的发光、透光和折射特性。在磁性材料部分，则会深入分析铁磁性、反铁磁性与顺磁性的起源，并介绍硬磁材料和软磁材料在器件中的应用。 九、 材料的制备与加工工艺 材料的最终性能与其制备方法密不可分。本章将从宏观和微观层面审视主要的材料加工技术。这包括快速凝固技术、薄膜沉积技术（如PVD、CVD）、增材制造（3D打印）的材料科学基础，以及材料的表面工程技术（如涂层、改性）。理解这些工艺如何控制材料的微观组织，是实现先进材料性能的关键。 十、 材料的性能测试与表征 要优化材料，首先必须准确地测量和表征其性能。本章将介绍先进的材料表征手段。机械性能测试（拉伸、压缩、冲击、疲劳）；热性能分析（DSC, TGA）；微观结构观察（扫描电镜SEM、透射电镜TEM、X射线衍射XRD）；以及化学成分分析技术。强调如何通过这些实验数据来反推材料的微观结构和行为。 十一、 可持续性与未来展望 在资源日益紧张的背景下，材料的可持续性成为核心议题。本章将探讨绿色材料设计理念，包括可再生材料、生物基材料的开发，以及材料的回收、再利用技术。最后，将对未来材料科学的趋势进行展望，包括智能材料、自修复材料、拓扑绝缘体等前沿领域的研究方向。

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