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页数:295

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出版时间:2009-3

价格:19.50元

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isbn号码:9787508463322

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《现代材料科学导论》 内容简介 本书旨在为读者提供现代材料科学领域内一个全面、深入且具有前沿视野的导论性概述。材料是人类文明进步的基石，从古代的青铜器到现代的半导体芯片，材料的创新始终驱动着技术的飞跃。本书将带领读者系统地探索构成我们周围世界的各种物质的结构、性能、加工以及应用之间的内在联系。 第一部分：材料科学的基础与原子结构 本书伊始，将奠定坚实的科学基础。我们将首先阐述材料科学的定义、范畴及其在现代工程和技术中的核心地位。随后，深入探讨物质的微观世界，详细解析原子的电子结构、周期性规律及其如何决定元素的化学性质和成键能力。重点讲解化学键（离子键、共价键、金属键和范德华力）的形成机理及其对宏观材料性能的影响。原子排列和晶体结构是理解固体行为的关键，因此，本书将详细介绍晶体学基础知识，包括晶格、晶胞、晶面指数（密勒指数）的确定与应用，以及常见的晶体结构类型（如面心立方、体心立方、六方密堆积）。非晶态材料（如玻璃）的结构特征也将被纳入讨论范围。 第二部分：晶体缺陷与材料性能 理想的晶体结构在现实中并不存在，正是这些“缺陷”赋予了材料独特的物理和机械性能。本部分聚焦于晶体缺陷的分类、形成及其对性能的决定性作用。我们将细致分析点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）的几何特征和运动机制。尤其对位错理论的深入探讨，将揭示金属塑性变形、加工硬化、蠕变和疲劳等重要机械行为的微观根源。此外，缺陷如何影响材料的电学、光学和磁学性能，也将被详尽阐述。 第三部分：相变、动力学与热力学 材料的性能并非固定不变，而是可以通过热处理和环境变化进行调控。热力学是理解相变的驱动力和方向性的理论基础。本书将复习相图的基本原理，包括单组分和二组分相图的解读，如杠杆原理和相律的应用。然后，我们将深入探讨相变的动力学过程，包括形核与长大理论，以及扩散在材料内部运动中的核心作用。斯退火、淬火、回火等关键热处理工艺的原理和实践，将通过具体的案例展示如何利用热力学和动力学原理来优化材料的微观结构，从而实现预期的宏观性能。 第四部分：金属材料 金属以其高强度、韧性和导电性占据了工程材料的重要地位。本部分将聚焦于几种主要的工程金属及其合金。首先介绍铁碳合金体系，详尽分析奥氏体、铁素体、渗碳体、珠光体和马氏体等相的形成与转化，并阐述碳钢、合金钢和铸铁的性能差异与应用场景。随后，将涵盖铝合金、铜合金、钛合金和高温镍基合金等非铁金属，着重分析它们在航空航天、交通运输和电子设备中的应用优势及相应的材料选择标准。 第五部分：陶瓷材料 陶瓷材料以其优异的耐高温性、耐磨性和电绝缘性著称。本书将从化学键合的视角解释陶瓷材料的硬而脆的特性。陶瓷的制备工艺是其性能的关键决定因素，我们将介绍粉末冶金、烧结过程的机理与控制。内容将涵盖结构陶瓷（如氧化铝、碳化硅、氮化硅）和功能陶瓷（如压电陶瓷、铁氧体、超导体）两大类别，并探讨如何通过纳米技术和复合化来改善传统陶瓷的韧性。 第六部分：高分子材料（聚合物） 高分子材料，即塑料、橡胶和纤维，因其轻质、易加工和可设计性强而应用极其广泛。本书将首先介绍高分子的结构特征，包括分子量、链结构（线性、支化、交联）和构象。重点讲解加成聚合和缩聚反应的机理。随后，深入分析高分子的粘弹性行为，解释玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）对材料柔韧性的影响。书中所述的高分子材料将覆盖热塑性塑料（如聚乙烯、聚丙烯、聚酯）、热固性树脂（如环氧树脂、酚醛树脂）以及弹性体（橡胶）的特性与应用。 第七部分：复合材料与功能材料 现代工程的需求往往超越单一材料的性能极限，这催生了复合材料和功能材料的蓬勃发展。复合材料部分将重点分析增强体（纤维、颗粒）和基体（金属、陶瓷、聚合物）的相互作用，详述如碳纤维增强环氧树脂（CFRP）和玻璃纤维增强塑料（GFRP）的力学性能预测模型。功能材料部分则聚焦于那些因其特殊电、磁、光或热性能而服务于特定功能的材料，包括半导体材料的能带理论基础、磁性材料的畴结构和磁化过程，以及智能材料（如形状记忆合金、压电材料）的工作原理。 第八部分：材料的表征与测试 理解材料的性能必须依赖于精确的表征手段。本书将系统介绍用于分析材料微观结构和宏观性能的关键实验技术。在结构分析方面，重点介绍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）用于形貌和微观结构观察。在性能测试方面，将涵盖拉伸、压缩、硬度、冲击、疲劳和蠕变测试的标准和数据解析方法。 结语 本书力求在严谨的科学理论与广泛的工程应用之间搭建起坚实的桥梁。通过对材料科学核心概念的全面梳理，读者不仅能掌握现有材料的特性，更能培养出基于材料本征属性进行创新设计和问题解决的能力，为未来在相关领域的发展打下不可或缺的知识基础。

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