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出版者:北京邮电大学

作者:饶秋华，王涛主编

出品人:

页数:389

译者:

出版时间:2005-1

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787563508297

丛书系列:

图书标签:

• 理论力学
• 经典力学
• 物理学
• 高等教育
• 教材
• 大学物理
• 力学
• 牛顿力学
• 拉格朗日力学
• 哈密顿力学

《现代材料科学基础：从原子到宏观性能的统一视图》 图书简介 本书旨在为材料科学、化学工程、物理学以及相关交叉学科的本科高年级学生和初级研究生提供一个全面、深入且结构严谨的教材。我们摒弃了传统材料学教材中常见的零散知识点堆砌，力求构建一个从微观原子尺度到宏观工程应用性能之间的清晰、逻辑严密的知识体系。全书核心思想是：材料的最终性能，无不根植于其内部的结构和微观相互作用。 第一部分：晶体结构与原子键合的基石 (Foundations: Crystal Structure and Atomic Bonding) 本部分奠定理解所有固体材料的基础。我们首先详细探讨了晶体的几何学，从最基本的点阵、布拉维格子、晶胞概念入手，过渡到体心立方（BCC）、面心立方（FCC）、六方紧密堆积（HCP）等常见金属晶体结构。重点分析了晶体学中的密堆积方向、密排平面，以及如何利用指数系统（如Miller指数）精确描述晶面和晶向，这对于后续理解塑性形变至关重要。 紧接着，我们深入剖析了原子间的键合机制。这不仅仅是简单地罗列离子键、共价键、金属键和范德华力，而是将量子力学的基本概念（如薛定谔方程的定性理解）引入，解释这些键的形成能量、键长、键角和各向异性。特别是对于金属键，我们将使用能带理论的简化模型，解释导电性的起源。对于陶瓷和聚合物，我们重点分析了离子极化和共价网络的形成，并量化了键能对材料熔点和硬度的影响。 第二部分：晶体缺陷的无处不在与影响 (Ubiquity and Influence of Crystalline Defects) 真实世界的材料从不完美，缺陷才是决定材料性能的关键驱动力。本部分将缺陷分析提升到核心地位。从一维缺陷——位错（Vacancies and Dislocations）开始，详细阐述了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）的热力学浓度计算，以及它们在扩散过程中的作用。 随后，全书花费大量篇幅论述线缺陷——位错。我们精确定义了刃型位错和螺型位错，以及混合位错，重点推导了位错线能量。最关键的是，我们从能量最小化角度，深入分析了位错运动（滑移、攀移）的机制，这是理解金属塑性、加工硬化和蠕变的基础。晶界作为二维缺陷，其结构（小角度晶界、大角度晶界，如堆垛层错）和对晶体性能（如腐蚀、晶间脆断）的影响也将被详尽分析。本章将引入“位错源”和“Hall-Petch关系”，将微观运动直接与宏观强度关联起来。 第三部分：动力学过程与相变工程 (Kinetics and Phase Transformation Engineering) 本部分聚焦于材料随时间变化的非平衡过程。扩散是核心议题，我们不仅复习Fick第一和第二定律，更重要的是，我们探究了不同机制下的扩散激活能（如晶格扩散、晶界扩散和表面扩散的竞争），并将其与实际的退火、渗碳、烧结过程联系起来。 相变的热力学和动力学是材料工程的核心。我们将基于吉布斯相律（Gibbs Phase Rule），系统地分析二元合金体系的相图（如Fe-C相图的深入解读）。重点放在相变动力学上，详细介绍成核与长大理论（如Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov, JMAK模型），解释贝里铁素体、珠光体、马氏体等关键转变的动力学曲线和形貌演化。针对固态相变，我们将引入非扩散相变的概念，解析马氏体转变的无扩散机制。 第四部分：机械性能的本构描述与控制 (Mechanical Properties: Constitutive Description and Control) 本部分将微观结构知识转化为可量化的工程性能。我们从弹性形变入手，引入应力、应变张量，并阐述胡克定律在各向异性材料中的张量形式。随后，重点转向塑性形变，详细讨论金属的流变应力、加工硬化率，以及如何通过控制位错密度和晶粒尺寸（Hall-Petch的再现与超越）来调控屈服强度和韧性。 疲劳和蠕变作为寿命决定性因素，将得到专门的论述。我们将介绍S-N曲线的建立及其统计学意义，并探讨疲劳裂纹的萌生、扩展机制（如Paris定律的推导）。蠕变方面，我们聚焦于高温下的扩散控制机制，并建立Norton幂律模型，用于预测服役寿命。 第五部分：功能材料的电、磁与光学特性 (Electronic, Magnetic, and Optical Properties of Functional Materials) 本部分将视角扩展到非结构材料，揭示量子效应在工程中的应用。在电学特性方面，基于能带理论，我们将材料分类为导体、半导体和绝缘体，并详细分析本征和掺杂半导体的载流子浓度、迁移率及其温度依赖性。 磁性方面，我们将从居里外斯定律出发，区分抗磁、顺磁、铁磁和亚铁磁的微观起源（自旋耦合），深入探讨磁畴、磁滞回线的形成，并应用于软磁和硬磁材料的设计。 光学特性方面，我们将讨论光的吸收、发射和透射的机制，重点分析晶格振动（声子）对红外吸收的影响，以及在透明陶瓷和光纤材料中的应用。 特色与优势： 本书的编写严格遵循“结构-性质-处理-性能”的材料学四元图谱，每一个章节都通过定量化的模型（如扩散方程、位错能量计算、相变动力学方程）将微观现象与宏观可测结果紧密耦合。习题设计强调对基本物理和数学原理的应用，而非简单的公式套用，旨在培养读者独立分析复杂材料问题的能力。本书力求成为未来材料工程师和研究人员案头必备的、具有深度和广度的参考书。

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