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页数:224

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出版时间:2010-8

价格:22.00元

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isbn号码:9787811131512

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现代材料科学基础与应用 书籍概述： 本书系统地介绍了现代材料科学的核心概念、基本原理及其在工程技术中的广泛应用。内容涵盖了材料的微观结构、性能、加工与应用四大核心板块，旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的材料科学知识体系。本书尤其注重材料的性能与结构之间的内在联系，强调理解材料行为背后的物理和化学机制。 第一部分：材料科学基础 第一章 绪论与材料的分类 本章首先界定了材料科学的范畴及其在现代科技发展中的战略地位。详细阐述了材料科学的交叉学科特性，涉及物理学、化学、力学、工程学等多个领域。随后，对传统材料进行系统分类，包括金属材料、无机非金属材料（如陶瓷和玻璃）、高分子材料（有机聚合物）以及复合材料。对于每类材料，都从化学组成、基本结构特点以及主要应用领域进行了初步的概览和对比。同时，引入了新材料的概念，如智能材料、纳米材料和生物医用材料，为后续章节的学习打下基础。 第二章 晶体结构与缺陷 本章深入探讨了固体材料的微观结构，这是理解材料宏观性能的基石。重点解析了晶体结构的基本概念，包括晶格、晶胞、晶面指数（密勒指数）和晶向指数。详细阐述了常见金属的晶体结构，如体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和密排六方（HCP）结构，并分析了这些结构对材料力学性能的初步影响。 随后，章节聚焦于晶体缺陷理论。缺陷是材料性能调控的关键。详细分类和描述了一维缺陷（位错）、二维缺陷（晶界、孪晶界）和三维缺陷（孔隙、夹杂物）。特别是对位错理论的讲解，阐述了位错的类型（边缘位错、螺型位错）及其在塑性变形中的运动机制，为后续的力学性能章节做了必要的铺垫。 第三章 电子结构与导电性 本章从量子力学的角度解释材料的电子行为。首先回顾了原子能级、化学键的形成原理（离子键、共价键、金属键、范德华力）及其对材料宏观性质的决定性影响。 核心内容围绕能带理论展开。通过布洛赫定理和晶格周期性势场，推导出绝缘体、导体（金属）和半导体的能带结构差异。详细分析了金属的费米能级、电子的导电机制及电阻率的来源。对于半导体材料，深入探讨了本征半导体和杂质半导体（N型和P型），解释了载流子（电子和空穴）的迁移率和浓度，并简要介绍了半导体器件的基础原理。 第四章 热力学、动力学与相变 本章阐述了材料的稳定性和在温度、压力等外界条件下的演化规律。从热力学的基本定律出发，引入吉布斯自由能的概念，用以判断相的稳定性及相平衡条件。 相图分析是本章的重点。详细介绍了单组分和二元合金相图的解读方法，包括液相线、固相线、共晶反应、包析反应等关键点的意义。通过具体的实例，如Pb-Sn二元体系，展示如何利用相图预测材料的组织结构和性能。 动力学部分，着重分析了扩散过程。详细阐述了菲克第一定律和第二定律，并解释了原子在晶体中的扩散机制（间隙扩散和替换扩散）。扩散在材料的烧结、热处理和腐蚀过程中起着至关重要的作用。 第二部分：材料的性能与加工 第五章 机械性能 本章系统地研究材料在外力作用下的响应。详细介绍了弹性形变和塑性形变的本质区别。 弹性性能： 阐述了杨氏模量、剪切模量和泊松比等弹性常数，以及胡克定律在线性弹性范围内的应用。 塑性性能： 重点分析了材料的屈服强度、抗拉强度和断裂韧性。通过标准拉伸试验曲线，解释了加工硬化现象。 断裂行为： 区分了韧性断裂和脆性断裂的微观机制，引入了断裂韧性的概念和应力强度因子。 疲劳与蠕变： 讨论了材料在循环载荷下的疲劳失效过程（S-N曲线分析）和高温下的蠕变行为。 第六章 功能材料：电学、磁学与光学性能 本章聚焦于材料的特定功能表现。 电学性能： 深入讨论了介电材料的极化机制（电子极化、离子极化、取向极化），以及铁电体的特性。 磁学性能： 阐述了磁性的起源（电子轨道和自旋磁矩），详细区分了抗磁性、顺磁性和铁磁性。重点分析了磁畴结构、磁滞回线及其在软磁材料和硬磁材料中的应用。 光学性能： 讨论了光与物质的相互作用，包括吸收、反射和透射。讲解了透明材料、半导体中光吸收的机制，以及特殊光学材料（如光纤）的原理。 第七章 材料的加工与成型 本章介绍制备和加工各种材料所需的主要工程技术。 金属加工： 涵盖铸造技术（砂型铸造、压力铸造）、塑性成形（锻造、轧制、挤压）以及连接技术（焊接、钎焊）。强调了加工工艺对材料最终微观结构和性能的反馈效应。 陶瓷加工： 重点讲解粉末冶金技术，包括粉体制备、成型（干压、流延）和高温烧结过程，以及如何控制烧结过程以获得高密度陶瓷。 高分子材料加工： 介绍聚合反应后的加工，如注塑、挤出和吹塑成型，以及交联和硫化过程。 第八章 材料的性能劣化与防护 本章研究材料在服役环境中发生的退化现象及其防护措施。 腐蚀与氧化： 阐述了电化学腐蚀的机理，如析氢反应和吸氧反应，以及腐蚀动力学。介绍了提高材料耐腐蚀性的方法，如牺牲阳极保护、外加电流保护和缓蚀剂的应用。 高分子材料老化： 分析了热氧化老化、光降解和溶胀等老化机制，并探讨了抗氧化剂和稳定剂的作用。 材料的失效分析： 介绍如何通过金相观察、扫描电镜（SEM）和能谱分析（EDS）等手段对实际失效部件进行诊断。 第三部分：前沿与应用 第九章 复合材料 本章探讨通过组合两种或多种性质不同的材料，以获得单一材料无法实现的综合性能的策略。系统介绍了纤维增强复合材料（如碳纤维、玻璃纤维增强环氧树脂）和粒子增强复合材料的结构、界面特性及其增强机制。着重分析了各向异性和性能的各向同性问题。 第十章 纳米材料与技术 本章介绍了进入纳米尺度（1到100纳米）后材料表现出的奇异量子效应和表面效应。讨论了纳米颗粒、纳米线、石墨烯等代表性纳米材料的制备方法（自下而上和自上而下法）。强调了量子尺寸效应、表面能增强效应在电子学、催化和储能领域的潜在应用。 第十一章 生物材料与可持续材料 本章拓展了材料科学的应用边界。在生物材料方面，讨论了植入物材料（如钛合金、羟基磷灰石）的生物相容性、生物活性与生物降解性设计。在可持续材料方面，探讨了可再生资源材料、生物基聚合物以及材料的循环利用和绿色制造技术，以应对全球资源和环境挑战。 本书内容覆盖广、理论深、联系实际，是学习材料科学、化学工程、机械工程、电子工程等相关专业学生的重要参考用书，也适合工程技术人员进行专业知识的更新和拓展。

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