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出版者:石油工业

作者:汪楠

出品人:

页数:192

译者:

出版时间:2008-4

价格:18.00元

装帧:

isbn号码:9787502161644

丛书系列:

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• 流体力学
• 工程
• 物理
• 数学
• 机械
• 水力学
• 气力学
• 传热
• 流体动力学
• 计算流体力学

现代材料科学导论 内容概述 本书旨在为读者提供对现代材料科学领域一个全面而深入的概述，涵盖从微观结构到宏观性能，再到材料设计与应用的关键概念和前沿进展。我们立足于坚实的物理化学和凝聚态物理基础，系统地阐述了金属、陶瓷、高分子和复合材料等主要材料体系的结构、性能、制备工艺以及在工程中的应用。本书的叙述风格力求清晰、逻辑严谨，旨在培养读者运用跨学科思维解决复杂材料问题的能力。 第一部分：材料科学基础 第一章：材料科学的范畴与基本概念 本章首先界定了材料科学的学科边界，探讨其在现代科技发展中的核心地位。我们将详细介绍宏观性能与微观结构之间的内在联系，这是理解材料行为的基础。重点讨论晶体结构的概念，包括晶胞、晶格常数、晶体缺陷的类型（点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷）及其对材料力学性能的决定性影响。通过对密堆积结构和非晶态结构的对比分析，为后续章节中不同材料体系的讨论奠定理论基础。 第二章：材料的热力学与动力学 材料的相变和反应过程受热力学规律的支配。本章深入探讨了材料的热力学基础，包括吉布斯自由能、相图的构建与解读，特别是二元合金体系中的相图分析方法，如杠杆原理的应用。随后，转向材料动力学，着重分析扩散过程，包括菲克定律及其在材料热处理和界面反应中的应用。理解扩散在晶界和体相中的差异，对于控制材料的微观结构演化至关重要。 第三章：晶体塑性与变形 本章聚焦于材料的机械性能。详细阐述了晶体材料的塑性变形机制，特别是位错理论。从位错的几何结构到其运动（滑移和攀移），解释了加工硬化、蠕变和应力松弛现象的微观机理。此外，还涵盖了晶界对塑性流动的影响，以及引入第二相粒子（沉淀物或晶界强化）来提高强度的强化机制。对韧性与脆性断裂的区分及其断裂力学的基本原理（如应力强度因子和断裂韧度）也将进行系统的介绍。 第二章：结构与性能的调控 第四章：金属材料 本章系统梳理了重要金属和合金的类型、微观结构特点及应用。从纯金属的晶体学特征入手，深入分析了铁碳合金（钢和铸铁）的相变、热处理工艺（退火、正火、淬火、回火）及其对机械性能的调控。重点讨论了不锈钢、铝合金、钛合金和高温镍基合金在特定工程环境（如耐腐蚀、高比强度、抗蠕变）下的设计原理。现代金属材料中引入纳米结构和梯度结构的研究进展也将被纳入讨论范围。 第五章：陶瓷材料 陶瓷材料因其优异的耐高温性、耐磨性和电绝缘性而备受关注。本章首先介绍典型陶瓷（氧化物、非氧化物、复合陶瓷）的化学键合特性和晶体结构。重点分析了陶瓷的烧结过程——从粉末到致密体的转化，探讨了烧结动力学和最终微观结构对力学性能的影响。由于陶瓷的固有脆性，本章将投入大量篇幅探讨提高陶瓷抗断裂韧性的策略，包括第二相增强和自增韧技术。 第六章：高分子材料 本章围绕有机高分子材料展开，探讨其独特的线状或网状结构特征。详细描述了聚合反应的类型、高分子的分子量、分子量分布对材料性能的影响。核心内容包括高分子链的构象、粘弹性行为的描述（通过时间-温度等效原理），以及热塑性材料和热固性材料的固化过程。对常见的高分子材料（如聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、环氧树脂）的结构与应用进行对比分析。 第三章：先进材料与新兴技术 第七章：复合材料的设计与分析 复合材料是实现材料性能定制化的关键途径。本章基于连续介质模型，介绍纤维增强和颗粒增强复合材料的力学性能预测，包括各向异性材料的应力应变关系。详细分析了不同增强体（如碳纤维、玻璃纤维、纳米管）与基体（金属、聚合物、陶瓷）的界面相互作用及其对整体性能的决定作用。重点讨论复合材料的成型工艺，如铺层、固化和自动化制造技术。 第八章：电子、光学与磁性材料 本章转向功能材料领域。从能带理论出发，系统分类导体、半导体和绝缘体，并解释了掺杂对半导体导电性的调控机制。在光学材料部分，讨论介质材料的光的吸收、发射和透射特性，并介绍光电子器件中的材料应用。磁性材料部分，阐述了磁畴、磁化过程和磁滞回线，对比永磁材料、软磁材料和信息存储材料的特性。 第九章：材料的制备、加工与表征 本章关注如何将理论转化为实际产品。介绍现代材料制备技术，包括从熔炼、凝固到粉末冶金的关键工艺。在加工方面，讨论塑性加工（轧制、锻造）和增材制造（3D打印）对材料微观结构和性能的重塑作用。最后，系统回顾材料科学中核心的表征手段，包括X射线衍射（XRD）用于晶体结构分析，扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）用于微观形貌观察，以及力学测试、热分析（DSC/TGA）等。 结语：材料的可持续性与未来展望 本书的最后部分将探讨材料科学面临的重大挑战，包括能源材料、生物医用材料的发展趋势，以及循环经济对材料回收和环境友好型材料设计提出的新要求。鼓励读者将所学的基本原理应用于解决实际工程问题，推动新一代高性能、可持续材料的创新。 本书内容覆盖面广，理论深度适中，配有大量工程实例和习题，是材料科学及相关工程专业本科高年级和研究生学习的理想教材，亦可作为工程技术人员深入了解材料科学的参考用书。

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**评价一：** 这本书的装帧设计得非常精美，封面采用了一种沉稳的深蓝色调，搭配着烫金的字体，给人一种既专业又典雅的感觉。拿到手里分量十足，纸张的质感也很好，印刷清晰，内页的图表排版合理，即便是复杂的工程示意图也能一目了然。我特别喜欢作者在章节开头引入的那些历史小故事，简短却有力地介绍了各个理论的发展脉络，让人在学习枯燥公式之余，能感受到流体力学这门学科背后的人文光辉。例如，讲解伯努利原理时，引述了达芬奇对手稿中气流观察的记载，一下子就拉近了与读者的距离。全书的逻辑结构安排得极其严谨，从最基本的流体静力学过渡到复杂的粘性流体运动，每一步的推导都详略得当，很少有那种突然跳跃导致读者摸不着头脑的情况。即便是初次接触这方面内容的大学生，也能在作者的引导下，逐步建立起对流体现象的直观理解，而不是单纯地记忆公式。这种循序渐进的教学方法，对于打下坚实的理论基础至关重要。

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**评价二：** 这本书的深度和广度令人印象深刻，它不仅仅是一本教科书，更像是一本详尽的工程参考手册。我最欣赏的是其中对实际工程案例的剖析，那些从水利工程、航空航天到暖通空调等不同领域的应用实例，都配有详细的计算步骤和结果分析。比如，在介绍边界层理论时，作者并未停留在抽象的数学描述上，而是结合了管道内壁摩擦损失的实际计算，甚至还探讨了如何通过优化表面粗糙度来降低能耗，这对于我们实际从事设计工作的人来说，简直是宝贵的财富。书中对无量纲参数的引入和解释也极为透彻，雷诺数、马赫数等关键参数在不同场景下的物理意义被阐述得淋漓尽致，这避免了读者将它们仅仅视为公式中的符号。此外，附录中收录的各种常用流体物性参数表和工程图表，查阅起来极其方便，大大提高了解决实际问题的效率，可以说是“即插即用”型的工具书。

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**评价三：** 阅读体验上，这本书的语言风格非常独特，它不像某些教材那样冷冰冰、纯粹的学术化，而是带有一种老派工程师的沉稳和幽默感。作者在阐述一些比较晦涩难懂的定理时，会巧妙地运用一些生活化的比喻来帮助理解。比如，描述湍流的复杂性时，他将其比作夏日午后热浪中空气的扭曲，那种动态的、不可预测的美感，让原本枯燥的数学模型变得生动起来。我个人感觉，这本书的作者似乎真的非常理解初学者的困惑点在哪里，他总是能在关键的转折点上设置“思考题”或“对比分析”，引导读者主动去质疑和探究。我曾被一个关于非牛顿流体的章节困扰许久，直到看到作者那里对剪切变稀和剪切增稠现象的对比阐述，配合着简单的示意的图示，那种豁然开朗的感觉，是其他几本参考书都未能带给我的。这本书的“人情味”很浓。

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**评价四：** 从学术严谨性的角度来看，这本书达到了极高的水准。它对理论基础的构建非常扎实，特别是对守恒定律（质量、动量、能量）在流体控制体上的应用推导，展示了作者深厚的数学功底和清晰的逻辑思维。作者没有回避那些复杂的偏微分方程，但处理方式非常巧妙：先给出物理意义，再进行数学推导，最后再回归到工程应用的简化形式。例如，纳维-斯托克斯方程的介绍部分，不仅清晰地列出了各项的物理来源，还特别用脚注的形式补充了张量分析在推导中的作用，这让高年级学生或研究生也能从中找到深入研究的切入点。更值得称赞的是，书中对实验数据的引用和对比非常审慎，作者明确区分了理想流体模型和真实流体模型的适用范围，并指出了不同测量方法的局限性，这培养了读者科学研究中应有的批判性思维，而不是盲目相信理论公式的完美性。

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**评价五：** 这本书的配套资源和学习辅助功能做得非常到位，这一点对于自学者或者需要复习巩固的学生来说，简直是锦上添花。书后的习题设计兼顾了难度和广度，从基础概念的快速检验，到需要综合运用多个章节知识的综合大题，层次分明。我尤其喜欢其中一些“设计性”的习题，它们不要求一个标准答案，而是考察如何建立合理的模型、做出必要的假设并最终得出一个可行的工程方案，这极大地锻炼了解决复杂工程问题的能力。此外，听说配套的在线资源中还有一些动态模拟的小工具，可以直观地看到改变某些参数（比如流速或管道直径）后，流场分布是如何变化的，这种可视化学习方式，对于固化抽象概念的帮助是无可替代的。总而言之，这本书的编写者显然是站在了教学实践的最前沿，提供了全方位的立体化学习体验。

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