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isbn号码:9781550846317

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现代工程材料的结构、性能与应用 本书内容概要： 本书系统地阐述了现代工程领域中常用金属、非金属及复合材料的微观结构、宏观性能、加工工艺及其在关键工程领域中的应用。全书聚焦于材料科学的前沿进展与工程实践的紧密结合，旨在为工程师、科研人员及材料学专业学生提供一本全面、深入且具有高度实践指导意义的参考手册。 第一部分：材料科学基础与微观结构 第一章 晶体结构与缺陷理论 本章从原子排列的基本规律出发，详细解析了常见晶体结构（如面心立方、体心立方、六方紧密堆积）的几何特征及其对材料宏观性能的影响。重点探讨了晶体缺陷在材料力学行为中的核心作用，包括点缺陷（空位、间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）。深入分析了位错的运动机制，如滑移和攀移，以及这些缺陷如何通过固溶强化、加工硬化、晶粒细化等方式调控材料的强度和韧性。 第二章 固态相变与热力学基础 本章结合热力学基本原理，阐述了材料在加热和冷却过程中发生的各种相变，如固溶、析出、再结晶、奥氏体化和马氏体转变。通过相图（如二元合金相图、三元系局部相图）的解读，指导读者理解不同温度和成分条件下材料的微观组织演化规律。详述了扩散理论，包括菲克定律的应用及其在热处理和渗碳、渗氮等表面改性工艺中的重要性。 第三章 材料的力学性能表征 本章系统介绍了材料力学性能的测试方法与理论分析。内容涵盖弹性、塑性、强度、硬度、冲击韧性及疲劳性能。对拉伸、压缩、弯曲试验的标准流程及数据处理进行了详尽说明。疲劳部分着重分析了低周疲劳（LCF）和高周疲劳（HCF）的机理，讨论了S-N曲线的构建、应力集中效应以及疲劳裂纹的萌生、扩展与断裂判据（如Paris定律）。断裂力学部分引入了线弹性断裂力学（LEFM）的核心概念，如应力强度因子 ($K_I$)、断裂韧度 ($K_{IC}$)，并探讨了弹塑性断裂力学（EPFM）在评估厚大结构件断裂风险时的应用。 第二部分：金属材料的性能与热处理 第四章 黑色金属材料（钢铁） 本章聚焦于碳素钢和合金钢的性能控制与应用。详细阐述了铁碳合金平衡与非平衡相变图，重点分析了退火、正火、淬火和回火等热处理工艺对最终组织（如珠光体、贝氏体、马氏体）和力学性能的影响。针对高强度钢和工具钢，探讨了晶粒细化技术（如贝氏体钢、马氏体时效钢）的最新进展。高分子合金（如双相钢、马氏体钢、相变诱发塑性钢TRIP/TWIP）的性能优势与应用案例被作为重点内容进行介绍。 第五章 有色金属材料（铝、钛、镍基合金） 本章深入研究了轻质高强有色金属的应用。对铝合金的强化机制（固溶强化、析出强化、形变强化）进行了详细解析，特别是2XXX、6XXX、7XXX系列合金在航空航天结构件中的应用及腐蚀防护技术。钛合金部分，侧重于α相、β相及$alpha+eta$相合金的组织稳定性和高温性能，尤其关注了医用植入材料的生物相容性。镍基高温合金的蠕变行为和定向凝固技术是本章的难点和重点，涵盖了其在燃气轮机叶片中的应用。 第六章 材料的表面工程与连接技术 本章讨论了如何通过表面改性技术提升材料的耐磨、耐腐蚀和抗疲劳性能。内容包括热浸镀、电镀、化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）技术。在材料连接方面，重点分析了不同焊接方法（如TIG, MIG, 激光焊）对焊缝区域微观组织和性能的影响，以及钎焊在精密电子器件装配中的应用。 第三部分：非金属材料与复合材料 第七章 高分子材料的结构与老化 本章概述了聚合物（如聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂）的分子链结构、粘度和流变特性。深入分析了高分子材料的热行为（玻璃化转变温度$T_g$、熔点$T_m$）及其对加工工艺和使用环境的限制。探讨了高分子材料的老化机制，包括光氧化、热氧化和溶胀，并介绍了抗氧化剂和稳定剂的作用。 第八章 陶瓷材料的制备与断裂控制 本章详细介绍了结构陶瓷（如氧化铝、碳化硅、氮化硅）的高温合成、粉末冶金和烧结技术。重点分析了陶瓷材料的内在脆性来源，以及如何通过引入晶界钉扎、微裂纹偏转等机制来提高其断裂韧性。内容还包括压电陶瓷、生物陶瓷在电子元件和生物医学领域的尖端应用。 第九章 先进复合材料的力学行为 本章是现代工程材料的重点内容。系统介绍了纤维增强复合材料（FRP）和颗粒增强复合材料（PRC）的力学模型，包括各向异性弹性理论的应用。重点分析了碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维的性能特点。详细阐述了层合板的经典层合理论（CLT），用于预测多层结构在复杂载荷下的应力分布和分层失效模式。 第四部分：材料的先进表征与服役行为 第十章 材料的无损检测技术 本章介绍了确保工程结构安全服役的关键无损检测（NDT）手段。内容包括超声波检测（UT）中缺陷定位与尺寸估算、射线检测（RT）中射线衰减与图像形成、液体渗透检测（PT）与磁粉检测（MT）在表面缺陷检测中的应用。同时，对声发射（AE）技术在结构健康监测（SHM）中的前沿应用进行了展望。 第十一章 材料的腐蚀与防护 本章深入探讨了金属材料在不同环境下的电化学腐蚀机理，包括均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀开裂（SCC）。针对不同腐蚀类型，系统介绍了防护策略，包括牺牲阳极保护、外加电流保护、缓蚀剂的应用以及涂层与衬里的屏障保护作用。 总结与展望 本书的编排逻辑紧密围绕“结构决定性能，工艺决定结构”的核心理念展开，通过大量的工程实例和最新的研究成果，构建了一个从原子尺度到宏观构件的完整材料科学知识体系。旨在培养读者基于材料本征特性解决复杂工程问题的能力。

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