具体描述
化学原理（上普通高等教育十五国家级规划教材），ISBN：9787040195811，作者：印永嘉、姚天扬
《材料科学基础》 一部全面深入、兼具理论深度与工程实践性的材料学经典之作 导言：新时代的基石 我们身处的21世纪，是材料驱动的时代。从摩天大楼的钢结构到微芯片内部的纳米器件，从高效的能源存储到尖端的生物医学植入物，材料的选择与设计，直接决定了科技进步的速度与人类文明的广度。然而，要真正驾驭材料的力量，我们必须深入理解其“何以如此”的根本原因——即材料的结构、性能、加工与应用之间的内在联系。 《材料科学基础》正是为了构建这样一个坚实的知识体系而诞生的权威著作。本书并非仅仅是对常见材料（如金属、陶瓷、高分子）的简单罗列，而是一次系统性的、从原子尺度到宏观性能的科学探秘之旅。它旨在为工程技术人员、材料科学家以及寻求跨学科知识的读者，提供一套完整、严谨且极具前瞻性的理论框架。 第一部分：微观世界的构建者——晶体结构与缺陷 任何宏观材料的属性，都源于其微观尺度的排列。本书的开篇，便将读者带入晶体学的核心殿堂。 原子与键合： 我们从物质的基本组成——原子，及其相互作用的本质——化学键（离子键、共价键、金属键、范德华力）入手。这些键合的类型和强度，直接决定了材料是导电还是绝缘，是刚性还是柔韧。通过详细阐述电子结构与能带理论，读者将清晰理解半导体如何被设计，以及为何某些材料具有优异的导电性。 晶体结构解析： 书中以详尽的图解和严谨的数学推导，介绍了晶体学的基本概念，包括晶格、晶胞、密堆积结构（如面心立方FCC、体心立方BCC和六方最密堆积HCP）。我们不仅展示了如何通过布拉维点阵进行分类，更重要的是，阐释了如何利用X射线衍射（XRD）等实验技术，精确地确定未知材料的晶体结构，这是材料表征的基石。 材料的“不完美”之美——晶体缺陷： 理想的晶体结构在现实中几乎不存在。本书用大量篇幅讨论了晶体缺陷的分类与影响：点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）。尤其对位错理论的深入剖析，是理解金属塑性变形、强度提高机制的关键。没有对位错的理解，就无法解释为何钢材可以通过热处理获得惊人的强度和韧性。 第二部分：结构与性能的桥梁——相图与动力学 材料的性能往往与其所处的相态（Phase）密切相关。第二部分致力于揭示温度、压力和组分如何共同决定材料的微观组织，并最终塑造其宏观性能。 热力学与相图： 本部分的核心是相图（Phase Diagrams）。通过对吉布斯相律的阐述，我们系统地解析了单组元、二元乃至复杂多组元系统的相平衡关系。重点剖析了常见的二元系统，如固溶体、共晶反应、包晶反应等，并详细讨论了杠杆原理的应用，用以计算相的相对含量和组分。理解相图，即是掌握了材料设计与热处理工艺的“地图”。 相变动力学： 结构是如何从一种状态转变为另一种状态的？这需要动力学的视角。本书深入探讨了形核（Nucleation）和长大（Growth）的过程，这是控制材料微观组织形成的关键。从冷却速率对晶粒尺寸的影响，到时效析出在强化铝合金中的作用，读者将学会如何通过控制时间与温度，精确调控材料的最终性能。 第三部分：工程材料的性能解析与设计 在理解了微观结构与相变动力学的基础上，本书将理论应用于三大类主要的工程材料体系，揭示其独特的性能来源。 1. 金属材料： 重点阐述了金属的力学性能——拉伸、压缩、硬度、韧性与脆性。我们详细讨论了强化机制，包括固溶强化、加工硬化（形变）、晶界强化（Hall-Petch关系）以及沉淀强化。此外，对金属的疲劳（Fatigue）、蠕变（Creep）和断裂力学（应力强度因子、断裂韧度）的讲解，为结构安全设计提供了坚实的理论基础。 2. 陶瓷材料： 陶瓷因其优异的耐高温性、化学稳定性和电学特性而广受青睐。本书分析了陶瓷材料的离子与共价键特征，解释了其高硬度但低韧性的原因。重点关注烧结过程，以及如何通过引入特定缺陷（如掺杂）来提高其导电性或半导体性能。 3. 高分子材料： 聚合物的复杂性在于其长链结构和构象自由度。我们探讨了聚合反应类型、分子量对性能的影响，以及粘弹性这一高分子材料特有的力学行为。对玻璃化转变温度（Tg）、结晶度以及交联密度的讨论，是理解塑料、橡胶和纤维应用特性的关键。 第四部分：材料的界面行为与功能化 现代工程越来越依赖材料在特定环境下的长期行为以及其独特的功能性。 材料的退化： 腐蚀是金属工程的头号敌人。本书详细解释了电化学腐蚀的机理，包括电偶腐蚀、应力腐蚀开裂，并介绍了抗腐蚀的工程对策，如保护涂层和牺牲阳极。此外，对高温环境下的氧化和热解也有详尽的论述。 功能材料的初探： 针对日益重要的电子、光学和磁学应用，本书简要介绍了如何利用材料的能带结构来设计半导体器件的基本原理，以及铁磁性、超导性等现象背后的微观机制。 总结与展望： 《材料科学基础》是一本强调“为什么”而非仅仅“是什么”的教材。它要求读者将物理学的严谨性、化学的反应性以及工程学的实用性融会贯通。全书结构逻辑清晰，图表丰富，旨在培养读者分析复杂材料问题的能力，并激励他们在新材料的研发领域中，做出具有创新性的贡献。掌握了本书的内容，读者将获得一把通往未来工程挑战的钥匙。
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