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出版者:Wiley

作者:Claus Borgnakke

出品人:

页数:912

译者:

出版时间:2008-8-4

价格:USD 174.14

装帧:Hardcover

isbn号码:9780470041925

丛书系列:

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好的，以下是一本名为《材料科学与工程基础》的图书简介，内容详尽，力求自然流畅： 材料科学与工程基础 内容简介 《材料科学与工程基础》 是一本旨在为读者构建坚实材料学理论基础与工程应用视野的综合性教材。本书紧密围绕现代工程对材料性能的深刻理解和创新需求展开，系统阐述了从原子结构到宏观性能，再到材料加工与服役的完整链条。全书内容涵盖了金属、陶瓷、高分子以及复合材料四大主要材料大类的基本原理，并深入探讨了材料设计、制备与性能评价的关键技术。 本书结构严谨，逻辑清晰，特别注重理论深度与工程实践的有机结合。它不仅是大学本科生学习材料科学导论课程的理想选择，同样适用于需要快速掌握材料学核心知识的研究生、工程师以及相关领域的专业技术人员。 --- 第一部分：材料的微观结构与基本概念 本部分奠定了材料科学的理论基石，详细介绍了决定材料宏观性能的微观因素。 第一章：材料科学导论与基本分类 本章首先界定了材料科学在现代工业中的核心地位，阐述了材料的四个基本属性（结构、性能、加工性、服役性）之间的相互关系。随后，对无机材料（金属、陶瓷）、有机材料（高分子）以及新兴的复合材料和智能材料进行了全面概览，为后续深入学习设定了清晰的知识框架。 第二章：原子结构与化学键 深入探讨了原子（电子壳层结构、轨道杂化）如何决定元素的化学性质。重点分析了主要的化学键类型——离子键、共价键、金属键以及范德华力，并解释了这些键的强度和方向性如何影响材料的晶体结构和力学行为。本章通过对比不同键合类型的材料实例，强化了“结构决定性能”的根本原理。 第三章：晶体结构与晶体缺陷 这是材料结构分析的核心章节。详细介绍了晶体结构的基本描述方法，包括晶胞、晶面指数（密勒指数）和晶向指数。对体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和六方密堆积（HCP）等常见金属晶体结构进行了几何分析。随后，系统阐述了晶体缺陷的类型及其对材料性能的决定性影响，包括点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、堆垛层错）。对位错理论的阐述，为理解金属塑性变形机制埋下伏笔。 第四章：非晶态结构与化学热力学基础 本章聚焦于非晶态材料（如玻璃、许多高分子）的短程有序特征。同时，引入了材料科学所需的热力学基础知识，包括相图理论的初步概念、吉布斯自由能、相平衡条件以及相变驱动力。理解热力学平衡态是预测材料稳定性和指导热处理工艺的前提。 --- 第二部分：材料的结构与性能关系 本部分是连接微观结构与宏观性能的桥梁，聚焦于材料在不同载荷和环境下的响应机制。 第五章：金属的形变与强化机理 本章详述了金属材料的塑性变形机制，核心是位错的运动。详细分析了滑移、孪晶等变形模式。在此基础上，系统介绍了实现金属强化的主要工程手段：固溶强化、加工硬化（形变强化）、晶粒细化强化（Hall-Petch关系）以及沉淀强化。通过对这些机制的剖析，读者可以掌握如何通过控制微结构来设计特定强度的金属合金。 第六章：金属的断裂、疲劳与蠕变 本章探讨了材料失效的三个主要模式。断裂力学部分引入了裂纹扩展的概念，解释了韧性断裂和脆性断裂的区别，并阐述了应力强度因子和断裂韧性的概念。疲劳部分分析了循环载荷下材料的寿命预测，包括S-N曲线的应用和疲劳裂纹的萌生与扩展。蠕变则关注材料在高温、恒定载荷下的时间依赖性变形，这对航空航天和能源设备的设计至关重要。 第七章：陶瓷材料的结构与性能 陶瓷材料因其离子键和共价键特征，具有高硬度、耐高温、电绝缘性强等特点。本章重点分析了陶瓷的离子结构、晶格缺陷（电荷补偿机制），以及玻璃化转变和烧结过程。特别强调了陶瓷材料固有的脆性特征及其对断裂韧性的影响，并介绍了提高陶瓷韧性的先进方法。 第八章：高分子材料的结构与特性 本章专注于聚合物的独特性质。从单体结构到链的形成，详细讨论了聚合物的分子量、分子量分布、拓扑结构（线性、支化、交联）。重点分析了高分子的粘弹性行为、玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm），以及如何通过结晶度控制其力学性能和老化特性。 --- 第三部分：材料的相变、动力学与热处理 本部分聚焦于材料随时间和温度变化的演化过程，以及如何通过热处理来调控材料性能。 第九章：扩散与相变动力学 本章深入探讨了材料内部原子迁移的基本机制——扩散。分析了菲克第一定律和第二定律，区分了晶内扩散和晶界扩散。在此基础上，引入了相变动力学概念，解释了成核与长大过程，并使用经典的C-C-T曲线（等温转变曲线）来预测钢在不同冷却速率下的微观组织演化。 第十/十一/十二章：热处理工艺详解（针对钢铁材料的重点应用） 这三章将热处理技术提升到工程实践层面。 第十章：退火与正火： 分析了消除内应力、细化晶粒、改善加工性的退火工艺，以及通过正火获得的均匀细化珠光体组织。 第十一章：淬火与回火： 详述了马氏体转变的无扩散特性、无剪切变形特征，以及淬火过程中应力产生的原因。随后，重点阐述了回火的三个阶段，解释了回火如何通过析出碳化物来提高淬火马氏体的韧性。 第十二章：相图在合金设计中的应用： 结合二元和三元相图（特别是Fe-C相图），演示如何利用相图指导合金的加热温度、保温时间，以及预测最终的微观组织。 --- 第四部分：材料的加工、性能评价与新兴材料 本部分面向工程应用，涵盖了材料的制备、性能测试方法，并展望了未来材料的发展方向。 第十三章：材料的制备与成型工艺 本章介绍了几种主要的材料加工方法。金属的塑性成型（锻造、轧制、挤压），铸造技术（砂型铸造、压铸），以及粉末冶金技术。对于陶瓷和高分子，则涵盖了烧结、注塑、挤出等关键工艺，强调了成型过程对最终产品性能的直接影响。 第十四章：材料性能的测试与表征 详细介绍了用于量化材料性能的常用实验方法。包括：静态力学性能测试（拉伸、压缩、硬度）、动态性能测试（冲击试验）、无损检测技术（超声波、射线检测）以及微观结构表征（光学显微镜、扫描电子显微镜SEM、透射电子显微镜TEM）。 第十五章：导电、磁学与光学性能基础 本章拓宽了材料的应用视野，从电学角度区分了导体、半导体和绝缘体的能带结构差异。探讨了金属的电阻率、半导体的掺杂机制。磁学方面，分析了磁畴、居里温度以及软磁和硬磁材料的应用。光学性能则关注材料对光的吸收、透射和反射特性。 第十六章：复合材料与功能材料概览 作为对传统三大材料的补充，本章引入了复合材料的概念，重点分析了增强体（纤维、颗粒）和基体（金属、聚合物、陶瓷）的界面作用，以及各向异性的设计原理。最后，对近年来快速发展的智能材料（如形状记忆合金、压电材料）进行了简要介绍，展望了材料科学在未来工程中的无限潜力。 本书特色： 1. 结构与性能的紧密联系： 始终围绕“结构决定性能”这一核心思想展开论述。 2. 工程实例丰富： 每章均配有来源于实际工程问题的案例分析，使理论知识更具应用价值。 3. 图表清晰准确： 大量使用高质量的结构示意图、相图和实验曲线，辅助理解复杂的微观机制。 4. 深度适中： 理论推导严谨，但避免了过度深奥的数学证明，确保本科阶段学生能够有效掌握。

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拿到这本书时，我最大的疑惑是：它到底想面向哪个层次的读者？对于那些初次接触热力学的新手来说，这本书无疑是一座难以攀登的冰山。它的语言风格极其书面化，充满了晦涩难懂的专业术语，几乎没有用任何现代的、平易近人的方式来引入新的概念。例如，在讲解“吉布斯自由能”时，作者直接抛出了那个复杂的偏微分方程组，却没有花足够的时间去铺垫为什么我们需要引入这个函数，它的物理意义究竟是什么，以及它在实际化学反应预测中的便利性体现在哪里。我感觉作者的态度是“我已经把所有公式都列出来了，剩下的你自己悟吧”。相比之下，市面上许多优秀的教材会先从一个宏大的、引人入胜的问题开始，比如“为什么冰会融化？”或者“蒸汽机是如何驱动工业革命的？”，然后循序渐进地导出所需的数学工具。然而，这本书似乎完全跳过了这个“动机”的环节，直接进入了纯粹的理论构建，这极大地削弱了学习的内驱力。对于有一定基础的人来说，这本书的优势可能在于它的内容覆盖面广，但这种“包罗万象”的代价是每一个部分的深度都显得有些肤浅，更像是罗列而非深入剖析。

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这本书的封面设计简直是一场灾难，那种老旧的、带着点灰蒙蒙的色调，让人一眼就觉得内容会是枯燥乏味到令人发指的地步。我抱着“死马当作活马医”的心态翻开了第一页，期望能从中找到一些新的、能让我眼前一亮的视角来理解那些复杂的能量转换和熵增定律。然而，很遗憾，这本书给我的感觉更像是在阅读一份冗长且缺乏激情的官方技术手册。文字堆砌得非常密实，段落之间几乎没有呼吸的空间，作者似乎坚信读者已经对热力学的基础概念了如指掌，所以毫不客气地直接跳跃到了那些需要深厚背景知识才能消化的部分。我花了整整一个下午试图理解其中关于“卡诺循环效率的极限条件”的推导过程，但那些密密麻麻的希腊字母和下标符号，在我脑海里形成了一堵无法逾越的高墙。它缺乏那种能够将抽象概念具象化的生动例子，比如，它没有用任何一个贴近生活的场景来解释为什么“孤立系统中的熵总是增加的”，读完之后，我依然只能在纸面上记住这个公式，却无法在内心深处真正地“感受”到这个宇宙运行的基本法则。总而言之，如果不是为了应付考试，我真的很难想象有谁会自愿拿起这本书来享受阅读的过程。这本书更像是工具，而不是知识的灯塔，而且还是一个有些生锈的工具。

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我特别关注了书中关于“统计力学基础”的部分，因为这是连接微观世界与宏观热力学定律的关键桥梁。老实说，这一章节的处理方式非常保守，充满了教科书式的僵硬感。它似乎固执地停留在波尔兹曼统计和宏观系综的传统介绍上，对于近几十年来在非平衡态热力学和耗散结构理论方面取得的突破性进展几乎只字未提，或者仅仅是草草地列举了几个名词，没有给予任何实质性的解释。例如，当提到如何用现代方法处理复杂分子系统的随机行走和能量耗散问题时，这本书的论述戛然而止，仿佛时间停在了上个世纪的某个时刻。这种滞后的内容更新，使得这本书在面对现代工程和前沿物理问题时，显得力不从心，缺乏前瞻性。对于一个期望站在学科前沿的读者来说，这样的内容深度和广度是远远不够的，它更像是一部“历史文献”，而非指导未来的“操作指南”。我期待看到更丰富的内容，比如如何将信息论与热力学联系起来，但这本厚重的书里找不到任何有价值的论述。

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这本书的排版和插图处理是另一个让人抓狂的问题。在需要大量图示来帮助理解的章节，比如气体动力学理论或者相变图，作者提供的图例简直是潦草得令人发指。那些二维的、线条粗糙的图形，看起来就像是用上世纪八十年代的CAD软件匆忙绘制出来的草图，完全无法清晰地展现出不同温度和压力下物质状态的微妙变化。更要命的是，图注经常出现缺失或者与正文描述不一致的情况，这使得我在对照文字和图像进行学习时，不得不花费大量精力去猜测作者到底想表达什么。有一处关于“焦耳-汤姆孙效应”的描述，本应配合一个详细的管道膨胀示意图来阐明节流过程中的焓值不变性，但书中给出的图例却模糊不清，根本看不出压力和温度的细微梯度变化。这种对视觉辅助工具的漠视，无疑是对学习体验的一种变相折磨。我不得不频繁地在网络上搜索更清晰的现代插图来辅助理解，这极大地打断了阅读的连贯性，让原本就沉重的学习过程变得更加拖沓和低效。

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这本书的习题部分，是另一个需要慎重考虑的方面。我通常认为，一套优秀的教材，其习题应该能够有效检验读者对概念的掌握程度，并能引导他们进行更深层次的思考。然而，这本教材的习题设计似乎走向了两个极端：要么是过于简单的代入计算，基本不需要动脑筋，只是机械地套用公式，对理解力的提升毫无帮助；要么就是突然冒出几个需要跨章节知识融合的难题，但这些难题的设置缺乏渐进性，让人感觉像是在做毫无关联的智力测验。更令人不解的是，书中大部分例题都没有提供详细的解题步骤，仅仅给出了最终答案。这对于自学者来说是致命的缺陷。当你卡在一个复杂的推导环节，想要对照解析来查漏补缺时，却发现只有冷冰冰的数字摆在那里，你根本无从知道自己是在哪个环节开始偏离了正确的逻辑轨道。这种“答案导向”而非“过程导向”的习题设计，严重阻碍了对知识点的内化和真正的技能培养，让学习过程充满了挫败感。

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这也能叫教科书吗

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ME235@Umich

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