Engineering Materials 2, Third Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Michael F. Ashby

出品人:

页数:352

译者:

出版时间:2005-12-17

价格:USD 62.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780750663816

丛书系列:

图书标签:

• Engineering Materials
• Materials Science
• Mechanical Properties
• Material Selection
• Metallurgy
• Polymers
• Ceramics
• Composites
• Failure Analysis
• Manufacturing

材料工程：探究与应用 第一版 导言：材料科学的基石 本书旨在为读者提供一个全面而深入的材料科学基础框架。我们从最基本的原子结构和晶体学原理出发，详细阐述了材料的微观结构如何决定其宏观性能。内容涵盖了金属、陶瓷、聚合物和复合材料四大类材料的分类、制备方法以及结构-性能关系。重点讨论了材料在力学、热学、电学和磁学等方面的基本行为，为后续更高级的材料工程应用奠定坚实的基础。 第一部分：原子结构与晶体学 第一章：原子结构基础 本章首先回顾了原子结构的基本概念，包括电子排布、化学键的形成机制（离子键、共价键、金属键和范德华力）。深入分析了不同键合类型对材料宏观性能的影响，例如离子键的脆性和高熔点，以及金属键的导电性和延展性。通过对晶体结构中密堆积和非密堆积的讨论，建立了对材料内部有序性的初步认识。 第二章：晶体结构与缺陷 详细介绍了晶体学基础，包括晶胞、晶格常数和布拉维点阵。重点讲解了常见金属（如面心立方FCC、体心立方BCC和六方最密堆积HCP）的晶体结构，并运用密堆积指数（Packing Factor）来量化结构效率。随后，深入探讨了材料中的晶体缺陷，包括点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）。强调了位错作为金属塑性变形主要机制的理论模型及其在材料强化中的作用。 第二部分：材料性能与行为 第三章：力学性能 本章聚焦于材料的力学响应。系统阐述了弹性变形、塑性变形和断裂的概念。通过对拉伸、压缩、弯曲和扭转试验的分析，定义了屈服强度、抗拉强度、杨氏模量、泊松比和硬度等关键参数。详细分析了加工硬化、固溶强化、晶界强化（Hall-Petch关系）和沉淀强化的机制。最后，介绍了疲劳和蠕变现象的微观机制，以及损伤容限设计的基本原则。 第四章：热学与电学性能 热学性能部分讨论了材料的比热容、热膨胀系数和热导率。深入分析了晶体振动（声子）在热传递中的作用，以及电子在电导率中的贡献。电学性能部分侧重于导体、半导体和绝缘体的区分，从能带理论的角度解释了导电性的差异。讨论了电阻率、介电常数和导热系数在工程设计中的重要性。 第五章：相图与热处理 相图是理解材料如何随温度和成分变化的工具。本章详细解读了单组元和二元相图（如Fe-C合金相图的简化部分），解释了固溶体、共晶、共熔等相变点的意义。深入探讨了热处理工艺，如退火、正火、淬火和回火，以及这些工艺如何通过控制微观结构（如奥氏体、铁素体、渗碳体和马氏体转变）来优化材料的力学性能。 第三部分：主要材料体系 第六章：金属合金 金属材料是工程应用中最广泛的类别。本章深入研究了关键的金属合金系统。侧重于钢铁材料，包括碳钢、低合金钢和不锈钢的微观结构演变和性能特点。讨论了铝合金（如2xxx和7xxx系列）在航空航天中的应用及其热处理机制。还简要介绍了铜合金和镍基高温合金的特殊性能。 第七章：陶瓷材料 陶瓷材料以其高硬度、耐高温和耐腐蚀性著称。本章介绍了传统陶瓷（氧化物、碳化物、氮化物）的制备方法（如烧结）和结构特性。强调了陶瓷的本质脆性，并从结构缺陷角度解释了其低断裂韧性的原因。讨论了先进陶瓷（如结构陶瓷和电子陶瓷）的应用，例如氧化锆增韧氧化铝（TZP）。 第八章：聚合物材料 聚合物因其轻质、易加工和可设计性而被广泛使用。本章详细介绍了聚合物的分子链结构（线性、支化、交联），以及结晶度对性能的影响。区分了热塑性塑料和热固性塑料。阐述了聚合物在拉伸过程中的粘弹性行为和蠕变特性。讨论了影响聚合物耐久性的因素，如老化和紫外线降解。 第九章：复合材料 复合材料通过结合两种或多种不同材料的优点来获得优异的综合性能。本章重点关注纤维增强复合材料（如玻璃纤维、碳纤维增强环氧树脂）和颗粒增强复合材料。分析了界面在载荷传递中的关键作用。探讨了层合板的设计原则及其在减轻重量和提高强度方面的应用。 结论：展望材料工程的未来 本章对前述内容进行了总结，并展望了材料科学与工程领域的前沿研究方向，包括纳米材料、生物材料和智能材料的最新进展，强调了跨学科合作在推动材料创新中的核心地位。 --- 材料的性能、加工与应用：进阶专题 第二版 前言：从基础到前沿 本书建立在材料科学核心理论的基础上，更侧重于将这些理论知识转化为实际的工程解决方案。第二版着重于深化对材料加工过程的理解，探讨先进制造技术如何影响最终产品性能，并引入了更复杂的材料失效分析方法。内容覆盖了更先进的材料设计理念和现代工业中的关键案例研究。 第一部分：先进材料加工技术 第一章：材料的塑性变形与成形 本章超越了基础的拉伸试验，深入研究了材料的本构关系（如应变率敏感性）在实际加工中的体现。详细分析了金属的塑性流动行为，包括轧制、锻造和挤压过程中的应力状态和应变分布。讨论了残余应力（Residual Stress）的产生机制及其对结构稳定性的影响。重点研究了冷加工和热加工工艺的选择对最终晶粒结构和力学性能的决定性影响。 第二章：铸造与凝固原理 本章聚焦于液态金属到固态结构的转变。详细阐述了凝固过程中的热力学和动力学控制因素，包括形核（均相与非均相）和晶粒生长。分析了铸造缺陷的成因，如缩孔、气孔和枝晶偏析。介绍了不同铸造方法（砂型铸造、压铸、熔模铸造）的工艺控制要点及其对材料微观结构的影响。 第三章：粉末冶金与增材制造 粉末冶金（PM）作为一种近净形制造技术，在本章得到深入探讨。内容包括粉末的制备（雾化、化学法）、成型（压实）和烧结过程。重点分析了烧结过程中的传质机制（扩散、蒸发-冷凝）和致密化程度的控制。此外，引入了增材制造（3D打印）技术在材料科学中的新兴作用，特别是选择性激光熔化（SLM）等技术如何改变了材料的凝固路径和微观组织。 第二部分：材料失效与可靠性 第四章：断裂力学基础 本章系统介绍断裂力学的基本理论，这是理解材料失效的关键。详细讲解了线性弹性断裂力学（LEFM）的核心概念，如应力强度因子 ($K_I$) 和断裂韧性 ($K_{IC}$)。分析了裂纹的萌生、稳定扩展和瞬时断裂的判据。随后引入了弹塑性断裂力学（EPFM）的概念，如J积分和裂纹尖端张开位移（CTOD），以更好地描述高韧性材料的失效过程。 第五章：疲劳与断裂分析 疲劳是结构失效的常见形式。本章深入研究了低周疲劳（LCF）和高周疲劳（HCF）的差异，并引入了Basquin、Manson-Coffin等经典疲劳寿命预测模型。强调了微观结构对疲劳裂纹萌生的影响，特别是夹杂物和表面粗糙度的作用。此外，详细讨论了断口形貌分析（如疲劳辉纹、准脆性区和韧窝）在失效诊断中的应用。 第六章：腐蚀与材料防护 腐蚀是影响材料长期服役性能的主要问题。本章从电化学角度解释了腐蚀的基本原理，如阳极和阴极反应。分类讨论了常见腐蚀类型，包括均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂（SCC）。针对性地介绍了各种防护措施，如缓蚀剂、表面涂层（如电镀和热浸镀）以及牺牲阳极保护法在不同环境下的工程应用。 第三部分：特定功能材料的进阶 第七章：半导体材料的特性与应用 本章深化对半导体物理的理解，特别是直接带隙和间接带隙材料的区别。详细阐述了掺杂（N型和P型）对载流子浓度的调控，以及PN结的形成原理及其在二极管和晶体管中的应用。探讨了III-V族和IV族半导体的制备技术及其在光电器件中的重要性。 第八章：功能性聚合物与智能材料 本章关注具有特殊电学、光学或形状记忆效应的聚合物。讨论了导电聚合物的结构要求和电荷传输机制。对形状记忆聚合物（SMPs）的工作原理进行了详细的力学和热学解释，分析了其在柔性电子和可修复结构中的潜力。还涵盖了生物相容性聚合物在医疗器械中的严格要求。 第九章：先进复合材料的设计与分析 本章侧重于分析非均匀材料的有效性能预测。详细介绍了混合律的局限性，并引入了Micromechanics模型（如Halpin-Tsai方程）来预测层合板和随机取向纤维复合材料的宏观弹性常数。探讨了纤维断裂、基体开裂和界面脱粘等复合材料特有的失效模式及其应对策略。 结语：面向未来的材料设计 本书的最终目标是培养读者将材料科学知识转化为创新工程实践的能力。本章强调了计算材料学（如有限元分析）在材料性能预测和优化制造工艺中的关键作用，并展望了可持续材料和循环经济对未来材料设计提出的新挑战。

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