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出版者:Infinity Science Press

作者:Raul Raymond Kapuno Jr.

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:2008-2-1

价格:GBP 96.99

装帧:Paperback

isbn号码:9781934015094

丛书系列:

图书标签:

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深入解析先进材料的结构与性能：材料科学导论 书籍简介： 《材料科学导论》是一本旨在为工程学、物理学以及化学等相关领域的学生和专业人士提供全面而深入的材料科学基础知识的教科书。本书超越了传统材料学的范畴，侧重于从原子和微观结构层面理解材料的宏观性能，并探讨先进材料的设计、制备与应用。 本书结构严谨，内容涵盖了金属、陶瓷、聚合物以及复合材料四大经典材料体系，并辅以新兴的电子材料、生物医用材料和纳米材料的专题介绍。我们坚信，只有深刻理解材料的内在机制，才能有效地进行材料选择、性能预测和创新设计。 第一部分：材料科学的基础原理 第一章：材料科学概述与原子结构 本章首先界定了材料科学的范畴及其在现代工程中的核心地位。随后，详细回顾了原子结构的基础知识，包括电子的排布、化学键的类型（离子键、共价键、金属键和范德华力）及其对材料宏观性质的决定性影响。重点讨论了晶体结构和非晶态结构的概念，并引入了晶体学基础知识，如晶面指数（Miller Indices）、布拉维点阵和晶体缺陷的分类。对点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）和线缺陷（位错）的几何描述及其对机械性能的意义进行了深入阐述。 第二章：晶体结构、缺陷与扩散 本章深入探讨了晶体结构对材料性能的塑造作用。内容包括常见金属的晶体结构（如面心立方、体心立方、密排六方）的几何分析，以及这些结构如何影响材料的密实度和滑移系统的激活。随后，详细分析了晶体缺陷的形成能、迁移机制及其在材料加工过程中的重要性。扩散现象作为材料热力学和动力学的基础，被单独用一章进行全面讨论。我们将阐述Fick第一定律和第二定律，对比格点扩散与间隙扩散的机制，并分析温度、晶界和应力场对扩散速率的影响，这些内容是理解材料热处理和相变的基石。 第三章：材料的热力学与相图 热力学是理解材料稳定性和相变的理论框架。本章系统介绍了材料的热力学基本概念，如吉布斯自由能、焓变和熵变。着重讲解了相平衡原理，包括单组分和多组分系统的相图构建与解读。对于二元合金系统，详尽分析了相律的应用、共晶反应、固溶体相区、以及固相线和液相线。利用这些知识，读者将能够预测在不同温度和组分下的相组织，这是合金设计和热处理工艺制定的关键。 第二部分：结构对性能的控制 第四章：机械性能与变形机制 本章集中探讨材料在外力作用下的响应。详细介绍了弹性形变、胡克定律、杨氏模量、剪切模量和泊松比等弹性常数。随后，重点转向塑性变形机制。对位错的产生、运动（滑移和攀移）进行了深入的微观分析。讨论了加工硬化、固溶强化、细晶强化和沉淀强化这四大主要的晶体塑性强化机制，并量化了Hall-Petch关系等关键的强化方程。此外，还覆盖了材料的疲劳、蠕变和断裂韧性等重要的可靠性指标。 第五章：电学、磁学与光学性能 本章关注材料的电子结构如何决定其宏观功能。在电学方面，我们将从能带理论出发，区分导体、半导体和绝缘体，并分析掺杂对半导体导电性的调控。在磁学方面，介绍了磁畴、磁化过程，区分了顺磁性、抗磁性、铁磁性和反铁磁性材料的微观起源及其应用。光学性能部分，阐述了光与物质的相互作用，包括吸收、透射、反射和散射，为光学器件材料的设计奠定了理论基础。 第六章：热学与化学性能 本章探讨材料对温度变化的反应和其在特定环境中的稳定性。热学性能部分，着重分析了晶格振动（声子）与热导率的关系，对比了晶体材料和无定形材料的热扩散特性，并讨论了热膨胀对材料系统的影响。化学性能部分，核心内容聚焦于材料的腐蚀与氧化。详细讲解了电化学腐蚀的机理、影响因素以及常见的防护措施，如钝化层、牺牲阳极保护等。 第三部分：主要材料体系的深入研究 第七章：金属与合金 本章作为传统结构材料的核心，详细剖析了纯金属的晶体结构、加工性能和退火过程。随后，深入探讨了二元和三元合金系统，特别是钢铁材料（铁-碳相图、钢的奥氏体化、贝氏体和马氏体转变）。对铝合金、钛合金等高性能轻质合金的强化机制和典型应用进行了专题分析。 第八章：陶瓷材料：结构与应用 陶瓷材料以其高温稳定性、硬度和耐化学性著称。本章首先介绍陶瓷的离子和共价键特性，以及其高模量和脆性的结构根源。重点分析了氧化物、非氧化物陶瓷（如碳化物、氮化物）的晶体结构和制备方法，如烧结过程中的致密化机理。探讨了陶瓷的电学和热学特殊性能，及其在耐火材料、结构陶瓷和电子元件中的应用。 第九章：聚合物与复合材料 本章关注长链分子材料的特性。详细阐述了聚合物的分子量、拓扑结构（线性、支化、交联）及其对玻璃化转变温度（Tg）和熔点的影响。讲解了聚合物的粘弹性行为和蠕变特性。紧接着，本书将重点转向复合材料，分析纤维增强和粒子增强复合材料的界面效应、增强机制以及各向异性行为，这是设计轻质高强结构件的关键。 第十章：新兴材料与前沿领域 本章将视野扩展到现代工程亟需的新型材料。专题涵盖了生物相容性材料（如植入体材料的选择标准）、半导体材料中的薄膜生长技术（如CVD和PVD）、以及纳米材料（如量子点、碳纳米管）的尺寸效应和独特的物理化学性质。本章旨在激发读者对材料创新领域的兴趣和研究潜力。 本书特色： 本书的叙述逻辑清晰，从微观到宏观，从基础到应用层层递进。每章均配有大量精心挑选的工程实例和习题，旨在帮助读者巩固理论知识，并将其应用于解决实际工程问题。本书不仅是材料学的入门教材，更是工程师和研究人员理解和驾驭材料世界的得力工具。

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