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出版者:Prentice Hall

作者:Kenneth G. Budinski

出品人:

页数:784

译者:

出版时间:2009-02-13

价格:USD 134.60

装帧:Hardcover

isbn号码:9780137128426

丛书系列:

图书标签:

• 工程材料
• 材料科学
• 材料工程
• 机械工程
• 金属材料
• 非金属材料
• 聚合物
• 复合材料
• 材料性能
• 材料选择

《工程材料：从基础原理到前沿应用》 内容简介 《工程材料：从基础原理到前沿应用》是一本深度探讨材料科学与工程领域核心概念、发展脉络以及未来趋势的权威著作。本书旨在为读者构建一个全面而系统的工程材料知识体系，涵盖从微观原子结构到宏观材料性能的转化规律，再到材料在各个工程领域中的创新应用。本书不仅适合高等院校的材料科学、机械工程、航空航天、土木工程、电子工程等相关专业的学生和研究人员，也对希望深入了解工程材料并在其专业领域中实现技术突破的工程师和实践者具有极高的参考价值。 第一部分：材料科学基础 本书的开篇，我们将深入剖析工程材料的基石——原子结构与晶体学。材料的宏观性能，如强度、韧性、导电性、导热性等，均源于其内部原子排列方式和相互作用。我们将详细阐述不同原子键的类型（离子键、共价键、金属键、范德华键），它们如何决定材料的结合能、熔点和电学性质。接着，我们将聚焦于晶体结构，介绍各种常见的晶体构型，如面心立方（FCC）、体心立方（BCC）、六方密堆积（HCP）等，以及晶体缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）对材料性能产生的关键影响。例如，位错的存在是金属塑性变形的根本原因，而空位则在扩散和蠕变等过程中扮演着重要角色。 随后，我们将转向相图与相变。相图是描述物质在不同温度、压力和组分下的稳定相的图形表示，是理解材料组织结构演变的强大工具。本书将深入讲解二元和多元相图的解读方法，重点关注固溶体、共晶、共析、包晶等相变过程。我们将详细阐述相变动力学，如形核与长大的机制，以及相变对材料微观结构和宏观性能的深刻影响。例如，钢的热处理过程中，奥氏体向珠光体、贝氏体或马氏体的转变，极大地改变了其强度和硬度。 第二部分：金属材料的性能与加工 金属材料因其优异的力学性能、良好的加工性和广泛的应用前景，在工程领域占据着举足轻重的地位。本部分将集中探讨金属的力学行为。我们将详细介绍强度（屈服强度、抗拉强度）、韧性（断裂韧性）、硬度、疲劳强度、蠕变和应力腐蚀开裂等关键力学指标的定义、测试方法及其影响因素。我们将深入分析材料的变形机制，包括弹性变形和塑性变形，并引入位错理论，揭示金属塑性变形的微观本质。塑性变形过程中的加工硬化现象以及如何通过退火等热处理方法来恢复材料的延展性也将是讨论的重点。 接着，我们将深入研究不同种类的金属材料。钢铁作为应用最广泛的工程材料，我们将对其不同种类（碳钢、合金钢、不锈钢、铸铁）的成分、组织结构、性能特点和主要应用进行详尽的介绍。我们将重点解析钢的相变过程及其与热处理技术的紧密联系，例如淬火、回火、退火、正火等工艺如何赋予钢特定的性能。铝及其合金以其轻质高强的特点，在航空航天、汽车制造等领域扮演着越来越重要的角色。本书将介绍铝合金的强化机制，如固溶强化、沉淀强化和加工硬化，以及不同牌号铝合金的性能和应用。铜及其合金（如黄铜、青铜）因其优异的导电性、导热性和耐腐蚀性，在电子电气、管道系统等领域有着不可替代的地位。钛及其合金则以其高比强度、优异的耐腐蚀性和良好的生物相容性，在航空航天、医疗器械等高端领域大放异彩。此外，本书还将简要介绍镁合金、镍基高温合金、难熔金属等特种金属材料的性能和应用。 第三部分：陶瓷、聚合物与复合材料 除了金属材料，陶瓷、聚合物和复合材料也是现代工程不可或缺的重要组成部分。 陶瓷材料因其高硬度、耐高温、耐腐蚀和优异的绝缘性能，在航空航天、核工业、电子器件等领域发挥着关键作用。本书将介绍传统陶瓷（如氧化铝、氧化硅、氧化锆）和先进陶瓷（如碳化硅、氮化硅、氮化铝）的制备工艺、显微结构特点以及主要的力学、热学、电学和光学性能。我们将特别关注陶瓷的脆性问题，以及如何通过优化材料设计和制备工艺来提高其断裂韧性。 聚合物材料以其轻质、易加工、成本低廉和优良的绝缘性，广泛应用于日常生活和各个工业领域。本书将详细介绍聚合物的分子结构（链结构、支化、交联）如何影响其宏观性能，包括玻璃化转变温度（Tg）、熔点、结晶度、力学性能（拉伸强度、伸长率、弹性模量）以及热稳定性。我们将探讨不同种类的聚合物，如热塑性塑料（聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯）、热固性塑料（环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯）以及弹性体（橡胶）的特性和应用。 复合材料将不同材料的优点结合起来，实现了单种材料无法达到的优异性能。本书将重点介绍纤维增强复合材料，包括碳纤维增强聚合物（CFRP）、玻璃纤维增强聚合物（GFRP）、陶瓷基复合材料（CMC）和金属基复合材料（MMC）。我们将深入探讨纤维、基体、界面三者之间的相互作用如何决定复合材料的整体性能，以及增强体（纤维）的类型、体积分数、排列方式和基体的性质对复合材料力学行为的影响。本书还将简要介绍颗粒增强复合材料和层状复合材料。 第四部分：材料的腐蚀与防护 材料的可靠性和使用寿命在很大程度上取决于其抵抗环境侵蚀的能力。本书将深入研究材料的腐蚀机理，重点关注金属的电化学腐蚀，包括阳极反应、阴极反应和电解质的作用。我们将分析不同腐蚀形式，如均匀腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀开裂和氢脆等，并探讨影响腐蚀速率的因素，如介质的性质、温度、电位以及材料本身的成分和组织。 为了延长材料的使用寿命，材料的防护技术至关重要。本书将详细介绍各种有效的防腐蚀措施，包括表面处理技术（如钝化、着色、化学转化膜）、有机涂层（如油漆、粉末涂料）、无机涂层（如电镀、热浸镀锌、阳极氧化）、缓蚀剂的应用以及牺牲阳极和外加电流阴极保护等方法。本书还将讨论耐腐蚀材料的选择，例如不锈钢、镍基合金、钛合金和某些聚合物在特定腐蚀环境下的应用。 第五部分：材料的表征与性能测试 准确地了解材料的微观结构和宏观性能是进行材料设计、生产和应用的基础。本书将详细介绍材料的表征技术。在显微分析方面，我们将重点讲解光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）的工作原理、样品制备以及它们在揭示材料微观形貌、晶体结构和缺陷方面的应用。物相分析技术，如X射线衍射（XRD），将被用于确定材料的晶体结构和相组成。成分分析技术，如X射线荧光光谱（XPS）、能量色散X射线光谱（EDS）和波长色散X射线光谱（WDS），将用于确定材料的元素组成和化学状态。 在性能测试方面，我们将详细介绍力学性能测试，包括拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、硬度试验（洛氏、布氏、维氏）、冲击试验、疲劳试验和蠕变试验。热学性能测试，如差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TGA）和热导率测量，将被用于研究材料的热转变行为和热传导性能。电学性能测试，包括电阻率、介电常数和导电率的测量，以及磁学性能测试和光学性能测试也将得到介绍。 第六部分：材料的失效分析 当工程结构或部件发生失效时，深入理解失效的根源至关重要，这有助于避免类似问题的再次发生。本书将系统地介绍材料的失效分析方法。我们将通过大量的实际案例，分析各种失效模式，包括脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂、腐蚀失效和磨损失效。本书将强调宏观断口分析和微观断口分析的重要性，通过观察断口形貌，如疲劳辉纹、剪切唇、解理面、河流状纹等，来推断失效的机制和原因。我们将结合材料性能测试、化学成分分析和显微组织观察，全面地解释失效过程。 第七部分：前沿材料与未来发展 随着科技的飞速发展，工程材料领域正涌现出众多令人振luoromethylates的新兴技术和材料。本部分将展望工程材料的未来发展趋势。我们将探讨纳米材料（如纳米颗粒、纳米管、量子点）如何通过其独特的尺寸效应和表面效应，在催化、能源、电子和医疗等领域展现出巨大的潜力。智能材料（如形状记忆合金、压电材料、磁致伸缩材料）能够响应外部刺激并表现出特定行为，其在传感器、执行器和自修复材料方面的应用前景广阔。生物材料（如生物相容性材料、可降解材料）在医疗器械、组织工程和药物递送等领域的应用正在日益深化。 此外，本书还将介绍增材制造（3D打印）技术对材料设计和应用带来的革命性影响，以及可持续材料和绿色制造的重要性，包括材料的回收利用、生物基材料的开发以及环境友好型材料的设计。最后，我们将讨论计算材料科学，包括材料的模拟与设计，如何利用先进的计算方法加速新材料的研发进程。 《工程材料：从基础原理到前沿应用》力求以清晰的逻辑、详实的案例和严谨的科学态度，引领读者穿越工程材料的广阔天地，从理解基础理论到把握前沿技术，最终能够将其知识转化为解决实际工程问题的强大能力。

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