Foundations of Materials Science and Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw-Hill Science/Engineering/Math

作者:William Smith

出品人:

页数:1056

译者:

出版时间:2009-04-09

价格:$ 286.46

装帧:Hardcover

isbn号码:9780073529240

丛书系列:

图书标签:

• 材料科学
• 材料科学
• 材料工程
• 材料基础
• 工程材料
• 材料特性
• 材料结构
• 材料性能
• 固态物理
• 金属材料
• 陶瓷材料

材料科学与工程基石 本书旨在为材料科学与工程领域的研究者、工程师以及相关专业学生提供一套全面、深入的 foundational knowledge。我们深入探讨了材料的微观结构、性能、加工以及应用之间的 fundamental relationship，勾勒出理解和驾驭物质世界基本构成要素的清晰图景。本书内容聚焦于材料科学与工程的核心概念，而不涉及特定材料体系或前沿研究的细节，力求为读者构建一个坚实、通用的知识框架。 第一部分：材料的微观结构与原子基础 本部分将引导读者从最基本的原子尺度出发，理解材料的构成。我们将首先回顾原子结构，包括原子核、电子、量子力学基本原理以及原子的电子排布规则。接着，我们将重点阐述化学键的类型，如离子键、共价键、金属键和范德华力，并详细分析不同化学键对材料宏观性质的影响。例如，强烈的共价键通常赋予材料高强度和高熔点，而金属键则决定了金属的导电性和延展性。 随后，我们将深入探讨晶体结构。材料的原子并非随机排列，而是呈现出有序的周期性结构，即晶体结构。我们将介绍常见的晶体结构类型，如体心立方（BCC）、面心立方（FCC）、六方密堆积（HCP）等，并讲解如何通过晶格参数、原子堆积密度（APF）来描述和量化这些结构。理解晶体结构是理解材料宏观性能的关键，因为原子在晶体中的排列方式直接影响着材料的力学、电学、磁学和热学性能。我们还将介绍非晶态材料（玻璃）的结构特点，与晶体材料形成对比，并探讨其独特的性能表现。 此外，我们还将触及晶体缺陷的概念。实际材料中，原子排列并非完美无瑕，而是存在各种各样的缺陷，如点缺陷（空位、填隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、层错）。这些缺陷，尽管在数量上占极小的比例，却对材料的性能产生至关重要的影响。例如，位错的移动是金属塑性变形的主要机制，而晶界的数量和类型则影响着材料的强度、韧性和高温性能。我们将详细阐述不同类型缺陷的形成机制、表征方法以及它们如何影响材料的宏观行为。 第二部分：材料的性能与表征 理解了材料的微观结构，我们便能进一步深入探讨其宏观性能。本部分将系统介绍材料科学与工程中最重要的几类性能，并讲解相关的表征方法。 力学性能： 材料抵抗外力作用的能力是其最基本且最重要的性能之一。我们将详细介绍拉伸性能，包括屈服强度、抗拉强度、断裂伸长率、弹性模量等关键参数，并阐述应力-应变曲线的各个阶段。塑性变形和韧性也是关键概念，我们将探讨脆性断裂和韧性断裂的区别，以及影响材料韧性的因素，如晶粒尺寸、微观结构和温度。此外，我们将介绍硬度、疲劳、蠕变等其他重要的力学性能，以及它们在工程应用中的意义。 物理性能： 这部分将涵盖材料的电学、磁学和热学性能。在电学性能方面，我们将讨论导电体、半导体和绝缘体的基本区别，并介绍电导率、电阻率、载流子浓度等概念。对于磁学性能，我们将介绍顺磁性、抗磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性等磁畴和磁化机制。在热学性能方面，我们将关注热导率、热膨胀系数、比热容等参数，并分析它们与材料结构和成分的关系。 化学性能： 材料在化学环境中的稳定性是其应用的基础。我们将探讨材料的腐蚀和氧化行为，理解腐蚀的电化学机制，并介绍常见的腐蚀类型及其防护措施。此外，我们还将简要介绍材料在不同环境下的反应性，例如在高温、酸碱或氧化还原环境下的稳定性。 表征方法： 为了理解和控制材料性能，必须能够准确地表征其微观结构和宏观性能。本部分将介绍几种关键的材料表征技术。例如，光学显微镜和扫描电子显微镜（SEM）可用于观察材料的微观形貌；透射电子显微镜（TEM）则能提供更高分辨率的结构信息。X射线衍射（XRD）是确定晶体结构和晶粒尺寸的强大工具。力学性能测试设备，如万能试验机，用于测量拉伸、压缩等力学行为。此外，我们还将简要提及其他重要的表征技术，如能谱分析（EDS）用于元素成分分析，差示扫描量热法（DSC）用于研究热转变等。 第三部分：材料的加工与热处理 材料的性能很大程度上取决于其加工过程。本部分将探讨如何通过各种工艺手段来塑造材料，并改善其性能。 成形工艺： 我们将介绍几种基本的材料成形方法。例如，对于金属，我们将讨论铸造、锻造、轧制、挤压、拉伸等工艺，并分析它们对材料微观结构和性能的影响。对于聚合物，我们将介绍注塑成型、挤出、吹塑等方法。陶瓷的加工通常涉及粉末冶金，包括压制、烧结等关键步骤。了解这些成形工艺的原理及其对材料结构和性能的调控作用，是实现材料最优设计的关键。 热处理： 热处理是通过控制材料的温度和时间，来改变其微观结构和性能的一系列工艺。我们将重点介绍退火、淬火、回火等基本的金属热处理工艺。退火旨在软化材料、消除内应力、改善切削性能；淬火是为了获得高硬度而快速冷却；回火则是在淬火后进行的，用于降低脆性、提高韧性。我们将深入分析这些热处理过程中的相变、晶粒长大等微观机制，以及它们如何影响材料的力学性能。 第四部分：材料的选择与应用 材料科学与工程的最终目标是将材料应用于解决实际问题。本部分将引导读者掌握材料选择的基本原则，并了解不同材料类别在各个领域的应用。 材料选择原则： 在工程设计中，选择合适的材料至关重要。我们将介绍基于性能需求、成本、加工性、环境因素等方面的材料选择策略。材料性能与应用需求的匹配度是首要考量，但同时也要兼顾经济效益和可持续性。我们将通过案例分析，展示如何根据具体的使用环境和载荷条件，系统地评估和筛选候选材料。 主要材料类别概述： 本部分将对几大类重要的工程材料进行概述。 金属与合金： 它们因其优良的力学性能、导电性和导热性而应用广泛。我们将简要介绍钢铁、铝合金、铜合金、钛合金等常见金属材料及其主要特点和应用领域，如建筑、汽车、航空航天等。 陶瓷： 陶瓷材料以其高硬度、耐高温、耐腐蚀和绝缘性而著称，但通常较脆。我们将介绍氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化锆）、氮化物陶瓷（如氮化硅）和碳化物陶瓷（如碳化硅）等，并讨论它们在耐火材料、电子元件、生物医学等领域的应用。 聚合物： 聚合物材料因其轻质、易加工、绝缘性和良好的韧性而成为现代生活中不可或缺的一部分。我们将介绍热塑性聚合物（如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯）和热固性聚合物（如环氧树脂、酚醛树脂）的区别，以及它们在包装、纺织、电子产品、汽车部件等领域的广泛应用。 复合材料： 复合材料通过将两种或多种不同材料组合，以获得比单一组分材料更优异的性能。我们将介绍纤维增强复合材料（如碳纤维增强聚合物）和颗粒增强复合材料等，并探讨它们在航空航天、风力发电叶片、体育器材等领域的潜力。 总结 《材料科学与工程基石》是一本旨在为读者奠定坚实材料科学与工程理论基础的著作。通过对材料微观结构、性能、加工和应用之间相互关系的深入剖析，本书将帮助读者建立起对物质世界基本构成要素的深刻理解，为他们在更专业的领域进行探索和创新打下坚实的基础。本书的内容具有广泛的通用性，不局限于任何特定的材料体系，而是致力于传达材料科学与工程领域的核心思想和方法论。

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