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出版者:国防工业出版社

作者:李广宇

出品人:

页数:983

译者:

出版时间:2004-1

价格:65.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787118033885

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《万物之源：材料科学与工程的基石》 一、 序言：探索物质世界的奥秘，解锁工程创新的密码 从古老的石器时代到如今的高科技时代，人类文明的每一次飞跃都与我们对物质材料的认知和利用息息相关。材料，是构成我们生存世界的基本要素，它们塑造着我们的工具、我们的建筑、我们的衣食住行，乃至我们对宇宙的探索。然而，我们是否真正深入理解了这些看似普通却又至关重要的物质？我们是否洞悉了它们之所以如此的内在逻辑？《万物之源：材料科学与工程的基石》旨在引领读者踏上一段深度探索物质世界的旅程，揭示材料科学与工程领域的核心原理，理解各种材料的诞生、演化及其在现代工业中的关键作用。这本书不仅仅是一部技术手册，更是一次对人类智慧与创造力的赞颂，一次对工程创新精神的致敬。它将带领我们穿越时空的维度，从最基本的原子和分子结构，到宏观世界的工程应用，全面理解材料如何成为驱动现代社会发展的强大引擎。 二、 第一篇：物质的微观世界——原子、分子与晶体的奥秘 本篇将带领读者深入物质的微观维度，揭示构成一切材料的基础——原子、分子以及它们如何排列成晶体结构。 第一章：原子世界的基石——元素周期表的秘密与电子的舞蹈。 我们将从最基本的元素讲起，深入浅出地解析原子核的结构、电子的分布与能级。重点将放在元素周期表所蕴含的深刻规律，理解不同元素的化学性质是如何由其电子结构决定的。我们将探讨同位素、原子半径、电负性等概念，并解释它们如何影响元素的反应活性以及在材料中的行为。通过生动的比喻和图示，即使是初学者也能掌握原子世界的运行法则，为后续理解更复杂的材料特性打下坚实基础。 第二章：分子间的低语——化学键的类型与结合力。 原子并非孤立存在，它们通过各种化学键连接成稳定的分子。本章将详尽介绍离子键、共价键、金属键以及范德华力等主要化学键的形成机制。我们将分析不同化学键的强度、方向性和极性，以及它们如何决定化合物的物理和化学性质。例如，理解金属键为何赋予金属优异的导电性和延展性，而共价键则为何形成陶瓷和聚合物的坚固骨架。我们将通过实例，如食盐的晶体结构、水的极性分子以及钻石的超高硬度，来印证化学键在材料性能中的决定性作用。 第三章：秩序与混沌——晶体结构的形态学与缺陷。 大多数固体材料都呈现出有序的晶体结构，即原子按照一定的规律周期性排列。本章将深入探讨常见的晶体结构类型，如体心立方（BCC）、面心立方（FCC）、六方密堆积（HCP）等，并分析它们如何影响材料的密度、强度和形变行为。同时，我们不会回避现实世界中的“不完美”——晶体缺陷。从点缺陷（空位、填隙原子、取代原子）到线缺陷（位错）再到面缺陷（晶界、层错），我们将阐述这些微观缺陷的存在并非全然是坏事，它们在材料的塑性变形、强化机制中扮演着至关重要的角色。理解晶体结构和缺陷，是掌握材料力学性能、导电导热性能等宏观表现的钥匙。 三、 第二篇：材料的宏观世界——性能、表征与选择 在理解了物质的微观构成之后，本篇将视角转向宏观世界，探讨如何评估、表征和选择最适合特定工程需求的材料。 第四章：五彩斑斓的性能——力学、热学、电学与磁学特性的探秘。 本章将系统梳理和介绍各种关键的材料宏观性能。在力学性能方面，我们将深入解析强度（屈服强度、抗拉强度）、韧性、硬度、弹性模量、疲劳强度等概念，并探讨拉伸试验、弯曲试验等常用测试方法。在热学性能方面，我们将讨论热导率、比热容、热膨胀系数等，以及它们在隔热、散热应用中的意义。在电学性能方面，我们将区分导体、半导体和绝缘体，并介绍电阻率、介电常数等关键参数。最后，我们将触及磁学性能，如磁导率、矫顽力等，以及它们在电磁器件中的应用。通过对这些性能的全面解析，读者将建立起对材料性能谱系的初步认识。 第五章：洞察本质的眼睛——材料的表征技术。 如何“看”到材料内部的结构和缺陷？如何测量其性能？本章将介绍一系列现代材料表征技术。我们将重点介绍光学显微镜和电子显微镜（SEM、TEM）在观察材料微观形貌和结构方面的能力。X射线衍射（XRD）将作为分析晶体结构和相组成的重要工具。扫描探针显微镜（SPM）将展示其在纳米尺度表面形貌和物性测量上的独特优势。此外，我们还将简要介绍能量色散X射线光谱（EDS）、波长色散X射线光谱（WDS）等元素成分分析技术，以及差示扫描量热法（DSC）等热分析技术，帮助读者理解这些技术如何为我们提供关于材料的丰富信息。 第六章：量体裁衣的智慧——材料的选择与应用准则。 了解了材料的性能和表征方法之后，本章将聚焦于如何根据工程需求进行材料选择。我们将探讨“应用导向”的设计原则，强调成本、可加工性、环境影响、使用寿命等因素与材料性能同等重要。我们将通过案例分析，例如飞机结构件需要高强度低密度的材料，电子元件需要优良的导电绝缘性能，医疗植入物则需要良好的生物相容性和耐腐蚀性。本章旨在培养读者一种系统性的思维方式，能够权衡各种因素，做出最优的材料选择决策，从而实现工程设计的最佳平衡。 四、 第三篇：工程材料的家族——金属、陶瓷、聚合物与复合材料 本篇将对当前工程领域中最常用的几大类材料进行详细的介绍，深入剖析它们的特性、制备工艺以及各自的优势与局限。 第七章：力量的脊梁——金属及其合金。 金属是人类最早使用且至今仍不可或缺的工程材料。我们将深入探讨铁基合金（如钢铁）、铝合金、铜合金、钛合金等的微观结构、热处理工艺（如退火、淬火、回火）以及它们如何影响宏观性能。我们将讨论金属的塑性变形机制、强化方式（固溶强化、细晶强化、沉淀强化、形变强化），以及金属腐蚀的机理和防护措施。本章将让你理解为何钢铁是建筑和机械的基石，铝合金在航空航天和交通运输中的重要性，以及铜在电气领域的广泛应用。 第八章：坚韧与抗衡——陶瓷与玻璃。 陶瓷材料以其高硬度、耐高温、耐腐蚀、优良的绝缘性能而著称。本章将介绍氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化锆）、氮化物陶瓷（如氮化硅）以及碳化物陶瓷（如碳化硅）等。我们将探讨陶瓷的烧结工艺、显微结构特点以及它们在耐火材料、刀具、电子封装、生物陶瓷等领域的应用。玻璃作为非晶态固体，我们将探讨其成分、制造方法以及在建筑、光学、容器等领域的应用。我们将分析陶瓷和玻璃虽然坚硬但脆性较大的原因，并探讨如何通过材料设计和复合化来改善其韧性。 第九章：轻盈与灵活——聚合物的奇妙世界。 聚合物，即我们常说的塑料和橡胶，以其轻质、易加工、绝缘性好、成本低廉等特点，在现代社会中无处不在。本章将区分热塑性聚合物（如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯）和热固性聚合物（如环氧树脂、酚醛树脂），并介绍它们的分子链结构、链缠结、结晶行为以及对性能的影响。我们将讨论聚合物的加工方法（注塑、挤出、吹塑）、添加剂的作用（增塑剂、抗氧化剂、阻燃剂）以及聚合物复合材料的发展。本章将让你理解为何聚合物在包装、纺织、汽车、电子等领域占据如此重要的地位，并展望生物可降解聚合物等绿色材料的未来。 第十章：强强联合的智慧——复合材料的时代。 复合材料是将两种或两种以上不同材料组合而成的，利用各组分材料的优势，以获得单一材料无法比拟的综合性能。本章将重点介绍纤维增强聚合物（FRP）复合材料，如碳纤维增强聚合物（CFRP）和玻璃纤维增强聚合物（GFRP）。我们将探讨增强体（纤维）和基体（聚合物）的界面作用，以及它们如何共同承受载荷。我们将介绍颗粒增强复合材料、层状复合材料等。本章将深入分析复合材料在航空航天、风力发电叶片、汽车结构件、体育器材等领域的革命性应用，以及纤维缠绕、真空辅助成型等先进制造技术。 五、 第四篇：可持续的未来——材料与环境、能源及创新 在日益关注可持续发展的今天，材料科学与工程正扮演着越来越重要的角色。本篇将探讨材料如何应对环境挑战，推动能源革命，并展望未来的材料创新方向。 第十一章：绿色材料的呼唤——环境友好型材料与循环经济。 本章将关注材料的生命周期评估，从原材料的开采、生产、使用到废弃处理的整个过程。我们将介绍可回收材料、生物基材料、可降解材料在减少环境污染方面的作用。我们将探讨如何设计易于回收和再利用的材料，以及循环经济模式在材料产业中的重要性。本章将引发读者对材料选择和使用方式的深刻反思，鼓励大家拥抱更加绿色的材料未来。 第十二章：能源的脉搏——材料在新能源技术中的关键作用。 能源是驱动文明发展的核心动力。本章将深入探讨材料在太阳能电池（光伏材料）、储能技术（锂离子电池材料、燃料电池材料）、氢能技术（催化剂、储氢材料）以及核能（耐高温、抗辐射材料）等前沿领域中的关键作用。我们将解析不同能源材料的性能要求、工作原理以及最新的研究进展，让你了解材料科学如何为解决全球能源危机提供强大的技术支撑。 第十三章：未来的无限可能——先进材料与颠覆性创新。 本章将放眼未来，探讨当前正在兴起和未来可能颠覆现有格局的先进材料及其潜在应用。我们将触及纳米材料（如碳纳米管、石墨烯）的独特性质和广阔前景，智能材料（如形状记忆合金、压电陶瓷）的自适应与响应能力，仿生材料（如模仿蜘蛛丝、珊瑚骨骼）的结构与功能设计，以及量子材料等前沿领域。本章旨在激发读者的想象力，理解材料科学的创新永无止境，它将继续驱动科技的进步，塑造我们的未来。 六、 结语：以材为基，筑梦未来 《万物之源：材料科学与工程的基石》旨在为读者构建一个全面、深入而又引人入胜的材料世界。从微观的原子组成到宏观的工程应用，从经典的材料家族到前沿的创新领域，本书力求以清晰的逻辑、严谨的论证和生动的实例，让读者领略材料科学与工程的魅力。我们相信，理解材料的本质，掌握材料的规律，善用材料的智慧，将是推动社会发展、应对未来挑战、实现人类梦想的坚实基石。希望本书能成为你探索物质世界、开启工程创新之旅的可靠向导。

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这本书的实战指导价值高到令人咋舌，简直可以作为我们车间工艺流程的“圣经”！我最欣赏的一点是，它没有停留在理论层面空谈，而是深入到了工业化生产的每一个细节痛点。比如，针对不同基材（金属、塑料、复合材料）的表面预处理方法，它不仅列举了常见的机械/化学/等离子处理方式，还详细对比了每种方法的优缺点、成本核算乃至操作风险，这一点在实际工作中太实用了。我记得有一次我们为了解决一个长期困扰的低温固化问题，查阅了无数资料都不得要领，结果在这本书的一个小章节里，找到了关于特定催化剂体系在低温环境下反应动力学的精确数据支持，瞬间就找到了突破口。那种感觉，就像是沙漠中找到了绿洲，一切难题迎刃而解。它的内容组织逻辑清晰得可怕，从原材料选择到配方设计，再到最终的性能测试和老化评估，形成了一个完美的闭环管理体系，让人倍感踏实。

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哇，这本书简直是为我们这些对新奇材料充满了好奇心的技术人员量身定做的！我花了整整一个下午沉浸在其中，简直停不下来。首先，不得不提的是它在基础理论上的扎实程度。作者没有敷衍了事地抛出一些公式和概念，而是用一种非常清晰、循序渐进的方式，将复杂的化学原理剖析得淋漓尽致。特别是关于高分子链结构与宏观性能之间关系的论述，简直是茅塞顿开。我以前总觉得这些是书本上的死知识，但这本书通过大量的实例和图解，让我深刻理解了为什么不同单体组合会产生天壤之别的粘接效果。它不像那些晦涩难懂的教科书，反而像一位经验丰富的老教授在耐心讲解，即使是初次接触这个领域的人，也能很快抓住重点。书中对各种官能团活化机制的探讨尤其精彩，让我对未来新型环保胶粘剂的研发方向有了一个全新的认识。我甚至能想象到，如果我的团队成员每人手里都翻烂了这么一本宝典，我们的研发效率至少能提升百分之三十！

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我是一个对可持续发展和绿色化学有着强烈执念的研究者，而这本书在环保和毒性控制方面的论述，完全击中了我的靶心。在当前全球对VOCs排放限制日益严格的大背景下，找到既高性能又低环境影响的粘合剂方案是行业共识。这本书专门开辟了章节讨论生物基树脂、水性体系的最新进展，这部分内容绝对是走在行业前沿的。它没有简单地罗列“绿色环保”这类空洞口号，而是深入到了生物降解路径、生物基单体的合成效率以及与传统石油基材料的性能差距分析上。让我印象深刻的是关于“无溶剂技术”的深度剖析，其中包含了对反应性热熔胶和光固化技术的创新应用，这为我们从根本上解决溶剂残留问题提供了可靠的技术路径。读完这部分，我感觉自己的研究方向更加明确了，不再是盲目追逐热点，而是找到了真正具有长期价值的技术制高点。

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这本书的排版和图表设计，简直是工业技术书籍中的一股清流，让人赏心悦目之余，学习效率也大大提高。很多技术手册动辄就是密密麻麻的文字和模糊不清的示意图，但翻开这本书，首先映入眼帘的是那些高清的、经过精心绘制的分子结构图和反应机理示意图。特别是关于界面粘附力的图解，用三维空间的概念展示了分子间作用力的作用范围和强度，直观到连我的一些非化学背景的同事都能一眼看懂。再说说数据表格，那些关于不同助剂对粘度、触变性和储存稳定性的影响曲线，数据点清晰，坐标轴标注精确，拿来做对比分析简直太方便了。这本书的细节处理体现了编纂者对读者的尊重，它深知，对于我们这些需要快速检索和应用信息的技术人员来说，清晰的呈现方式比华丽的辞藻重要一万倍。这让我每次需要查阅特定信息时，都能迅速定位，极大地节省了宝贵的工作时间。

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说实话，一开始我担心这本《手册》会不会太偏向于某个特定领域，比如汽车或者建筑，阅读范围会受限。但随着深入阅读，我发现它的广度令人惊讶，几乎涵盖了所有需要高性能粘接技术的工业分支。从微电子封装中对导热性和绝缘性的苛刻要求，到航空航天领域对极端温度和疲劳强度的挑战，再到医疗器械对生物相容性的特殊考量，这本书都分别提供了详尽的案例分析和材料推荐。这种跨领域的知识整合能力，是其他任何单一主题的专业书籍无法比拟的。它真正做到了“手册”的定位——即一本可以在不同应用场景下随时取用、提供可靠参考的综合工具书。它教会我的不仅仅是“如何做”，更是“为什么这样做”，培养了一种系统性的材料思维。我强烈推荐给所有从事产品设计、材料选型以及质量控制的工程师，它将是你工具箱里最不可或缺的那一把瑞士军刀。

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