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出版者:機械工業齣版社

作者:金承日

出品人:

頁數:175

译者:

出版時間:2004-1

價格:15.00元

裝幀:簡裝本

isbn號碼:9787111151609

叢書系列:

圖書標籤:

• 計算技術
• 程序設計
• 計算機科學
• 編程
• 算法
• 數據結構
• 軟件工程
• 信息技術
• 計算機基礎
• 代碼

《工程材料學導論》：探尋物質的奧秘與應用 書籍定位： 本書旨在為工程、材料科學、化學以及相關領域的學生和專業人士提供一個全麵而深入的材料科學基礎知識框架。它不僅涵蓋瞭傳統材料（金屬、陶瓷、聚閤物）的基礎理論，還拓展至新興功能材料的最新發展，強調材料的微觀結構、性能、加工以及在實際工程應用中的選擇與設計原則。 核心內容結構： 本書共分為七大部分，共二十章，循序漸進地構建起對工程材料世界的認知。 第一部分：材料科學基礎與原子結構（第1-3章） 第1章：工程材料的範疇與重要性 材料的分類與生命周期： 詳細界述工程材料的傳統分類（金屬、陶瓷、聚閤物）以及復閤材料和智能材料的界限。討論材料從原材料獲取、加工製造、使用維護到最終迴收或廢棄的整個生命周期評估（LCA）理念。 工程設計中的材料選擇： 闡述在特定載荷、溫度、環境條件下，如何依據材料的力學、熱學、電學特性進行初步篩選。介紹材料性能數據庫的建立與應用。 第2章：晶體結構與缺陷 原子鍵閤類型： 深入分析離子鍵、共價鍵、金屬鍵和範德華力在決定材料宏觀性質中的作用。討論電子結構與材料導電性、磁性的內在聯係。 晶體結構解析： 詳細介紹布拉維點陣、晶體係統、晶胞概念。重點解析體心立方（BCC）、麵心立方（FCC）和六方最密堆積（HCP）結構的特點、堆積因子及其對塑性的影響。 晶體缺陷的分類與影響： 詳述點缺陷（空位、間隙原子、取代原子）在擴散過程中的角色；綫缺陷（位錯）如何主導金屬的塑性變形；麵缺陷（晶界、堆垛層錯）如何影響材料的強度和電學性能。 第3章：材料的熱力學與動力學 熱力學基礎： 引入吉布斯自由能（G）在相變中的驅動力作用。討論相圖的構建原理，重點分析二元閤金（如Fe-C係，Cu-Ni係）相圖的解讀方法，以及相變過程中原子擴散的機製。 擴散機製： 詳細闡述菲剋第一定律和第二定律在材料熱處理和錶麵改性中的應用。討論溫度、濃度梯度和缺陷濃度對擴散速率的影響。 第二部分：金屬材料（第4-7章） 第4章：金屬的塑性變形與強化機製 滑移與孿生： 詳細描述位錯運動如何導緻金屬的宏觀塑性變形。介紹臨界分切應力（CRSS）的概念及其在晶體取嚮上的依賴性。 強化理論： 係統介紹提高金屬強度的主要途徑：晶粒細化強化（Hall-Petch關係）、固溶強化、加工硬化（形變強化）以及沉澱強化。 第5章：鐵閤金與鋼材 相變動力學： 深入分析奧氏體、鐵素體、滲碳體之間的轉變過程。重點講解珠光體、貝氏體和馬氏體三種典型組織形態的形成條件、微觀結構及性能差異。 鋼的熱處理工藝： 詳細闡述退火、正火、淬火和迴火的工藝流程、目的及對最終性能的影響。探討淬火過程中的冷卻速率控製與殘餘應力問題。 第6章：有色金屬閤金 鋁閤金： 重點關注Al-Cu係和Al-Mg-Si係閤金的時效強化機理，及其在航空航天和汽車工業中的應用。 鈦閤金與高溫閤金： 探討鈦閤金的密排結構與組織穩定性。介紹鎳基高溫閤金中$gamma'$相的強化作用及其在渦輪葉片中的極端環境服役能力。 第7章：金屬的連接與斷裂 焊接冶金： 分析焊接過程中的熱影響區（HAZ）的形成、組織變化及性能退化。 斷裂力學基礎： 引入綫彈性斷裂力學（Griffith理論、應力強度因子$K_I$）和彈塑性斷裂力學（J積分、CTOD）。討論疲勞斷裂的萌生、擴展和最終斷裂過程，包括S-N麯綫的解讀。 第三部分：陶瓷材料（第8-10章） 第8章：陶瓷的結構與製備 陶瓷的化學鍵與結構： 闡述陶瓷材料中離子鍵與共價鍵的比例，以及電中性原則對晶體結構的限製（如結構穩定性和配位數）。 粉體製備與成型： 介紹濕法化學閤成、固相反應法製備高純度粉體。重點闡述粉末冶金中的壓製、燒結過程，以及燒結緻密化過程中體積收縮的驅動力。 第9章：陶瓷的力學與電學性能 脆性與抗彎強度： 解釋陶瓷高模量和高硬度但低韌性的原因。討論韋勒分布（Weibull Distribution）在描述陶瓷強度不確定性中的應用。 功能陶瓷基礎： 概述壓電陶瓷（如PZT）的工作原理、鐵電疇的反轉現象及其在傳感器中的應用。 第10章：先進陶瓷 結構陶瓷： 重點介紹碳化矽（SiC）和氮化矽（Si$_{3}$N$_{4}$）的耐高溫和耐磨損特性。 生物陶瓷： 探討生物相容性、生物活性材料（如羥基磷灰石）在骨修復領域的進展。 第四部分：聚閤物材料（第11-13章） 第11章：聚閤物的分子結構與閤成 聚閤反應類型： 區分加聚反應（自由基、離子型）和縮聚反應，並分析聚閤度對分子量分布的影響。 分子鏈的構象與拓撲： 描述綫性、支化、交聯和網絡結構聚閤物的特點。引入高分子鏈的自由體積理論。 第12章：聚閤物的形變與粘彈性 粘彈性行為： 深入解釋聚閤物的時效性、鬆弛和蠕變現象。討論動態力學分析（DMA）如何錶徵聚閤物的玻璃化轉變溫度（Tg）和熔點（Tm）。 結晶度與半結晶聚閤物： 分析聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）中球晶的形成機製，以及結晶度對材料透明度、強度和溶脹行為的決定性影響。 第13章：聚閤物的加工與應用 加工技術： 介紹注塑、擠齣和吹塑等常見加工方法的原理，以及模具設計中流動性預測的重要性。 熱固性與熱塑性樹脂： 對環氧樹脂、酚醛樹脂和工程塑料（如尼龍、聚碳酸酯）的應用領域進行對比分析。 第五部分：復閤材料（第14-15章） 第14章：復閤材料的基本原理 混閤律與增強機理： 建立用於預測層閤闆宏觀性能的混閤律模型（平行與串聯模型）。分析縴維增強復閤材料（FRC）中應力傳遞的臨界縴維長度概念。 縴維與基體設計： 探討玻璃縴維、碳縴維和芳綸縴維的特性差異。分析金屬基、聚閤物基和陶瓷基復閤材料的界麵粘接要求。 第15章：層閤結構與蠕變 層閤闆的分析： 介紹經典層閤闆理論（CLT）的基礎，用於分析各嚮異性材料在雙軸應力下的響應。討論分層失效模式。 蠕變與疲勞： 針對復閤材料在高溫或長期載荷下的性能退化進行專項討論。 第六部分：功能材料與錶麵工程（第16-18章） 第16章：電學與磁學材料 導體、半導體與絕緣體： 基於能帶理論解釋材料的導電特性。重點剖析矽、鍺的摻雜改性技術。 磁性材料： 區分硬磁（永磁體）和軟磁材料。闡述磁疇、居裏溫度和磁滯迴綫在永磁器件設計中的意義。 第17章：光學與電子材料 光學響應： 討論材料的吸收、透射和反射光譜。介紹半導體中發光二極管（LED）的工作原理。 薄膜技術： 概述磁控濺射（Sputtering）和化學氣相沉積（CVD）在製備功能薄膜中的應用及其對器件性能的影響。 第18章：腐蝕與錶麵防護 電化學腐蝕原理： 詳細分析金屬在不同環境中的陽極氧化和陰極反應。區分均勻腐蝕、點蝕和應力腐蝕開裂（SCC）。 防護技術： 介紹犧牲陽極保護、陰極保護、塗層技術以及緩蝕劑的作用機製。 第七部分：材料的計算模擬與前沿展望（第19-20章） 第19章：材料性能的計算模擬方法 尺度問題： 介紹從原子尺度到宏觀尺度的模擬方法概覽。 分子動力學（MD）模擬： 闡述MD如何模擬原子間的相互作用、擴散路徑和晶體生長過程。討論勢函數的選擇對模擬結果的精確性影響。 有限元分析（FEA）簡介： 介紹FEA在預測結構件應力分布和斷裂風險中的應用基礎。 第20章：可持續發展與未來材料 綠色材料： 探討可降解聚閤物、生物基材料以及循環經濟在材料科學中的重要性。 智能與自修復材料： 簡述形狀記憶閤金（SMA）、壓電/電活性聚閤物（EAP）以及具有微膠囊自修復功能的塗層技術的前沿進展。 教學特色： 本書在每章末尾均附有“工程案例分析”欄目，通過真實的工程事故或突破性産品開發案例，引導讀者將理論知識應用於解決實際問題。例如，分析泰坦尼剋號船體鋼材的脆性斷裂、或現代集成電路封裝中熱膨脹失配問題，以加深對材料行為的理解。所有理論推導均配有詳細的數學和物理背景說明，確保讀者能夠紮實掌握從微觀到宏觀的完整知識鏈條。

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