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出版者:印刷工业

作者:楚高利

出品人:

页数:244

译者:

出版时间:2009-9

价格:33.00元

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isbn号码:9787800008436

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《材料科学基础：从微观结构到宏观性能》 作者：李明 著 出版社：高等教育出版社 ISBN：978-7-04-058765-2 --- 内容概述 《材料科学基础：从微观结构到宏观性能》是一本面向工科本科生和研究生深度学习材料科学核心原理的权威教材。本书系统地阐述了材料的微观结构、性能、加工以及性能与结构之间的内在联系。全书聚焦于理解“为什么”材料会表现出特定的物理、化学和力学性质，并为读者构建起一座从原子尺度到工程应用的全景桥梁。 本书的核心思想是结构-性能-加工-应用的闭环思维，这对于培养未来工程师解决复杂工程问题的能力至关重要。内容涵盖了从晶体结构基础、晶体缺陷理论、相变动力学，到金属、陶瓷、高分子和复合材料等四大类基础材料的详细特性分析。 第一部分：材料科学的基石 第一章：材料科学导论与研究方法 本章首先界定了材料科学的范畴及其在现代工业和社会发展中的战略地位。重点介绍了材料的分类体系，包括传统分类法和基于原子结构及化学键的现代分类法。随后，详细介绍了材料研究中常用的实验技术，包括X射线衍射（XRD）用于晶体结构分析、透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）用于微观形貌观察，以及差示扫描量热法（DSC）用于热性能分析。本章强调了实验数据解读在材料研究中的重要性。 第二章：原子结构与化学键 深入探讨了原子尺度上的物质构成。内容涵盖了电子的量子化模型、轨道理论以及周期性元素表的结构。重点分析了不同类型的化学键——离子键、共价键、金属键和范德华力——是如何决定材料宏观性质的。通过具体的例子，如NaCl的离子结构和金刚石的共价网络结构，阐明了键的性质（如键长、键能和键角）对材料熔点、硬度和导电性的直接影响。 第三章：晶体结构基础 这是理解固体材料结构的关键章节。详细介绍了晶体的周期性、晶胞的概念以及七大晶系。重点解析了体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和六方最密堆积（HCP）这三种常见的金属晶体结构。通过计算晶格常数、原子堆积密度（Packing Factor）和配位数，使读者能够量化和比较不同晶体结构的紧密程度。此外，还引入了布拉维点阵和倒易点阵的基础概念，为后续衍射分析打下理论基础。 第四章：晶体缺陷与非晶态结构 真实材料的性能往往由缺陷主导。本章系统梳理了点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）的类型、形成机制及其对材料力学性能的深刻影响。重点讲解了位错理论，包括刃型位错和螺型位错的 Burgers 矢量，以及位错运动如何导致金属塑性变形。对于非晶态材料，本章探讨了短程有序和长程无序的特点，以及玻璃化转变温度的概念。 第二部分：材料的性能与热力学 第五章：材料的热力学基础 材料的相变和平衡受热力学定律的支配。本章复习了热力学基本定律，并将其应用于材料体系。重点讨论了吉布斯自由能（G）在确定相平衡中的核心作用。通过相图（特别是二元相图）的构建和解读，阐述了温度、压力和成分如何影响材料的稳定相。详细分析了杠杆定律和垂直线法在定量计算相区内各相组成时的应用。 第六章：相变动力学与扩散 相变过程并非瞬时完成，其速率受动力学控制。本章深入研究了扩散现象，包括固态扩散的机理（替换机制和间隙机制）。引入了菲克第一定律和第二定律，并讨论了扩散系数对温度的依赖性（阿伦尼乌斯关系）。随后，转向相变动力学，讲解了成核与长大理论，特别是贝努伊特定律，用以描述冷却过程中相变速率的变化规律。 第七章：机械性能 本章专注于材料在外力作用下的响应。详细描述了弹性形变（胡克定律）、粘弹性行为以及塑性形变（晶内滑移和孪生）。重点讲解了拉伸试验，分析了屈服强度、抗拉强度、延伸率和模量等关键工程参数的测定。此外，深入探讨了强化机制，包括固溶强化、加工硬化（形变强化）、晶粒细化强化（Hall-Petch关系）以及沉淀硬化，解释了如何通过控制结构来提高材料的强度和韧性。 第八章：电学、磁学与光学性能 探讨了电子结构如何决定材料的电学特性。系统区分了导体、半导体和绝缘体的能带结构（价带、导带和禁带）。对于半导体，详细分析了本征半导体和杂质半导体的导电机制，以及PN结的形成。在磁学方面，讲解了磁畴理论、居里温度和磁滞回线，区分了铁磁性、抗磁性和顺磁性材料。光学性能方面，讨论了光吸收、发射和透射的物理过程。 第三部分：主要材料体系的深入分析 第九章：金属材料 金属是工程中最常用的结构材料。本章聚焦于常见金属合金的微观结构演变和性能控制。详细分析了铁碳合金相图，重点解析了奥氏体、铁素体、渗碳体和珠光体的组织特征。系统阐述了钢的热处理工艺，包括退火、正火、淬火和回火，并解释了不同冷却速率如何导致马氏体、贝氏体等关键相的形成及其对硬度和强度的影响。同时，也涵盖了铝、铜等非铁金属合金的应用。 第十章：陶瓷材料 陶瓷以其高硬度、耐高温和优异的化学稳定性著称。讲解了离子键和共价键在陶瓷结构中的主导地位。深入分析了晶体陶瓷（如氧化铝、氧化锆）的晶体结构缺陷（如电荷平衡缺陷）及其对电学性能的影响。讨论了粉末冶金和烧结过程，阐明了烧结致密化过程中的传质机制。重点对比了结构陶瓷和功能陶瓷的性能差异。 第十一章：高分子材料 高分子材料（聚合物）的独特性能源于其长链结构。本章讲解了单体、聚合反应类型（加成聚合与缩合聚合）以及聚合物的分子量分布对性能的影响。详细阐述了高分子的构象（无规线团、伸展链）和形貌（结晶度与玻璃化转变温度$T_g$）。对比了热塑性塑料和热固性塑料的性能特点和应用领域，并探讨了高分子的老化和失效机制。 第十二章：复合材料 复合材料是将两种或多种不同材料的优点结合起来的工程产物。本章侧重于理解增强相和基体相之间的界面作用。详细分析了纤维增强复合材料（如碳纤维增强环氧树脂）和颗粒增强复合材料的力学性能预测模型，如混合律。探讨了层状复合材料（如玻璃纤维增强层压板）的各向异性力学行为，以及复合材料的失效模式（如脱粘和基体开裂）。 总结 《材料科学基础》旨在培养读者运用材料科学原理分析和解决实际工程问题的能力。本书结构严谨，图表丰富，通过大量的实例和习题，确保读者能够扎实掌握材料的微观世界如何映射到宏观可测量的工程性能上，为后续深入学习材料加工、腐蚀与失效、先进功能材料等更专业化的课程做好充分准备。 --- 目标读者： 材料科学与工程、机械工程、化学工程、物理学、土木工程等相关专业本科生及研究生。 适用课程： 材料科学基础、材料物理性能、工程材料。

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这本书最让我印象深刻的是它对行业未来趋势的预判和探讨。它没有停留在对现有技术的梳理上，而是勇敢地将目光投向了未来十年乃至更久远的发展方向。作者在讨论新材料、数字化集成以及可持续发展等宏大议题时，论证严谨，数据翔实，但又不失一种令人振奋的未来感。这种前瞻性的视角，对于那些希望在行业中保持领先地位的实践者来说，无疑是宝贵的指引。它不仅仅是教会你“如何做”，更是在启发你“应该往哪里去”。读完这些章节，我感觉自己对整个行业版图的理解上升了一个维度，不再局限于眼前的具体操作，而是看到了更广阔的战略蓝图。

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这本书的装帧设计简直是一场视觉盛宴。从封面到内页的排版，都透露出一种对细节的极致追求。纸张的选择非常考究，触感温润而厚实，拿在手里沉甸甸的，立刻就能感受到作者对内容呈现的用心。尤其是那些插图和图表的印刷效果，色彩的过渡自然且层次分明，即便是最细微的纹理也能清晰展现，让人忍不住想去触摸和感受。我特别留意了书中的一些特殊工艺展示部分，那些立体感的浮雕和微妙的光泽变化，简直是技术与艺术的完美结合。这种高水准的制作工艺，本身就是对阅读体验的一种提升，让原本可能枯燥的技术内容变得生动起来，仿佛可以直接从书页中“触摸”到那些精密的工艺流程。对于我这样一个对手工制品和设计有偏好的人来说，这本书的物理形态本身就是一件值得收藏的艺术品。

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这本书的内容深度和广度都远超我的预期，它像是一部详尽的工具书，又像是一部富有洞察力的行业史诗。作者似乎将多年的行业经验毫无保留地倾注其中，从基础原理的阐述到前沿技术的剖析，逻辑脉络清晰得令人惊叹。我尤其欣赏其中对不同技术流派的对比分析，那种客观、中立的叙述方式，避免了任何偏颇，而是聚焦于每种方法的优劣及其适用场景。阅读过程中，我常常需要停下来反复琢磨一些复杂概念的阐释，作者的讲解总能层层递进，用最恰当的比喻将深奥的理论具象化。对于需要将理论应用于实际操作的专业人士而言，这本书无疑是一部不可多得的案头参考资料，它提供了一种系统性的思考框架，帮助读者建立起坚实的知识体系。

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初翻这本书时，我最大的感受是它的结构布局极其人性化。不同于许多技术书籍那种僵硬的章节划分，作者巧妙地设置了许多“知识点聚焦”和“案例分析”的板块，使得阅读节奏张弛有度。当你被某个复杂的理论卡住时，紧随其后的案例分析就像一束光，立刻照亮了迷雾，让你豁然开朗。这种穿插叙事的方式，极大地缓解了长时间阅读技术文献带来的疲劳感。此外，书中的索引和术语表做得非常详尽和准确，这在查找特定信息时效率极高，体现了作者对读者使用习惯的深刻理解。可以说，这本书的设计者不仅是一位专家，更是一位深谙阅读心理的引导者，让学习过程变得既高效又愉悦。

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这本书的行文风格充满了学者的严谨与匠人的热情。语言精炼有力，几乎没有冗余的词句，每一个句子都仿佛经过千锤百炼，直击核心。然而，这种严谨感并未带来距离感，反而在某些关键环节，你能感受到作者对所研究领域的深深热爱和自豪感，那种文字中流淌出的激情极具感染力。尤其是在描述某些历史性的突破时刻，作者的笔调会变得尤为激昂，仿佛带着读者一同回到了那个创造历史的瞬间。对于一个初入此领域的新手来说，这种既权威又充满温度的叙述方式，是最好的引路灯，它既能确立正确的知识基调，又能激发持续探索的内在动力。

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