本書為材料科學與工程專業(yè)的技術基礎課教材。本書闡述了材料的成分、組織結構與性能間關系的基本原理。全書除導論外共九章，內容包括：材料結構的基礎知識、材料中的晶體結構、高分子材料的結構、晶體缺陷、材料的相結構與相圖、材料的凝固與氣相沉積、擴散與固態(tài)相變、材料的變形與斷裂、固體材料的電子結構與物理性能。
本書除作為材料科學與工程專業(yè)大學本科生的通用教材外，也可作為材料熱加工類專業(yè)的本科生及研究生的教學參考用書。
第3版前言
第2版前言
第1版前言
導論1
一、材料科學的重要地位1
二、各種材料概況3
三、材料性能與內部結構的關系8
四、材料的制備與加工工藝對性能的
影響8
五、什么是材料科學10
參考文獻11
第一章材料結構的基本知識12
第一節(jié)原子結構12
一、原子的電子排列12
二、元素周期表及性能的周期性變化14
第二節(jié)原子結合鍵17
一、一次鍵17
二、二次鍵18
三、混合鍵20
四、結合鍵的本質及原子間距21
五、結合鍵與性能23
第三節(jié)原子排列方式24
一、晶體與非晶體24
二、原子排列的研究方法26
第四節(jié)晶體材料的組織28
一、組織的顯示與觀察28
二、單相組織28
三、多相組織29
第五節(jié)材料的穩(wěn)態(tài)結構與亞穩(wěn)態(tài)結構30
小結32
習題33
參考文獻33
第二章材料中的晶體結構34
第一節(jié)晶體學基礎34
一、空間點陣和晶胞34
二、晶系和布拉維點陣35
三、晶向指數和晶面指數37
第二節(jié)純金屬的晶體結構40
一、典型金屬的晶體結構40
二、多晶型性45
三、晶體結構中的原子半徑47
第三節(jié)離子晶體的結構49
一、離子晶體的主要特點49
二、離子半徑、配位數和離子的堆積49
三、離子晶體的結構規(guī)則51
四、典型離子晶體的結構52
第四節(jié)共價晶體的結構54
一、共價晶體的主要特點54
二、典型共價晶體的結構54
小結55
習題55
參考文獻57
第三章高分子材料的結構58
第一節(jié)高分子材料概述58
一、高分子材料的基本概念58
二、高分子材料的合成60
三、高分子材料的分類62
第二節(jié)高分子鏈的結構及構像62
一、高分子鏈的化學組成62
二、結構單元的連接方式和空間構型63
三、高分子鏈的幾何形狀64
四、高分子鏈的構象及柔順性65
第三節(jié)高分子的聚集態(tài)結構67
一、晶態(tài)聚合物的結構67
二、非晶態(tài)聚合物的結構69
三、聚合物的結晶度與玻璃化溫度70
第四節(jié)高分子材料的性能與結構72
一、高分子材料的主要性能特點72
二、高分子材料的性能與結構的關系73
三、改變高分子材料性能的途徑75
小結78
習題79
參考文獻79
第四章晶體缺陷81
第一節(jié)點缺陷81
一、點缺陷的類型81
二、點缺陷的產生83
三、點缺陷與材料行為85
第二節(jié)位錯的基本概念86
一、位錯與塑性變形86
二、晶體中的位錯模型及位錯易動性87
三、柏氏矢量90
四、位錯的運動92
五、位錯密度97
六、位錯的觀察98
第三節(jié)位錯的能量及交互作用99
一、位錯的應變能99
二、位錯的線張力102
三、位錯的應力場及與其他缺陷的交互
作用103
四、位錯的分解與合成108
第四節(jié)晶體中的界面112
一、晶界的結構與晶界能112
二、表面及表面能114
三、表面吸附與晶界內吸附116
四、潤濕行為117
五、界面能與顯微組織的變化119
小結120
習題121
參考文獻123
第五章材料的相結構及相圖124
第一節(jié)材料的相結構124
一、固溶體124
二、中間相129
三、非晶相134
第二節(jié)相圖的基本知識135
一、相律136
二、成分的表示方法與相圖的建立137
三、杠桿定律137
四、相和組織的概念139
五、一元系相圖139
第三節(jié)二元系相圖140
一、勻晶相圖及固溶體的結晶140
二、共晶相圖及其結晶143
三、包晶相圖及其結晶149
四、其他類型的二元系相圖152
五、相圖與性能的關系155
六、復雜相圖分析156
第四節(jié)相圖的熱力學基礎172
一、吉布斯自由能與成分的關系172
二、克勞修斯克拉珀龍方程174
三、相平衡條件175
四、吉布斯自由能曲線與相圖177
第五節(jié)三元系相圖180
一、三元相圖的表示方法181
二、三元相圖的建立182
三、三元勻晶相圖184
四、三元系中相平衡空間的熱力學
分析188
五、典型三元系相圖分析198
六、三元系相圖實例分析206
習題208
參考文獻210
第六章材料的凝固與氣相沉積212
第一節(jié)材料凝固時晶核的形成212
一、凝固結晶基本規(guī)律212
二、均勻形核及形核率215
三、非均勻形核217
第二節(jié)材料凝固時晶體的生長220
一、晶核長大的必要條件220
二、固液界面的微觀構造220
三、材料的熔化熵與晶體生長方式223
四、溫度梯度對晶體生長的影響224
第三節(jié)固溶體合金的凝固226
一、合金凝固的典型情況226
二、成分過冷及其對晶體生長的影響230
第四節(jié)共晶合金的凝固231
一、共晶體的結構231
二、雜質對共晶生長的影響233
三、偏離共晶成分的合金凝固235
第五節(jié)制造工藝與凝固組織236
一、鑄錠與鑄件的凝固組織及偏析236
二、連續(xù)鑄造和熔化焊的凝固組織238
第六節(jié)材料制備的特種凝固工藝技術240
一、區(qū)域熔煉240
二、制備單晶241
三、用快速冷凝法制備金屬玻璃242
四、定向凝固242
五、激光熔覆金屬3D打印制造243
第七節(jié)材料非晶態(tài)245
一、材料的非晶態(tài)概述245
二、常用材料的非晶態(tài)245
第八節(jié)材料的氣固轉變247
一、凝聚蒸發(fā)的平衡248
二、蒸發(fā)249
三、凝聚250
第九節(jié)氣相沉積法的材料制備技術251
一、硅芯片的外延生長251
二、用化學氣相沉積制取B纖維和SiC
纖維252
三、用惰性氣體凝結法制取納米材料253
習題254
參考文獻256
第七章擴散與固態(tài)相變258
第一節(jié)擴散定律及其應用258
一、擴散第一定律258
二、擴散第二定律260
第二節(jié)擴散機制263
一、間隙擴散和空位擴散263
二、互擴散和克肯達爾效應266
三、擴散系數的計算266
第三節(jié)影響擴散的因素與擴散驅動力268
一、影響擴散的因素268
二、擴散驅動力270
第四節(jié)幾個特殊的有關擴散的實際
問題271
一、離子晶體的擴散271
二、燒結273
三、納米晶體材料的擴散問題274
第五節(jié)固態(tài)相變中的形核275
一、固相的相界面275
二、均勻形核與非均勻形核278
第六節(jié)固態(tài)相變的晶體成長279
一、擴散控制長大279
二、界面控制長大281
第七節(jié)擴散型相變282
一、AlCu合金的淬火時效283
二、陶瓷材料中的脫溶沉淀反應285
三、合金中的調幅分解285
四、玻璃中的調幅分解288
第八節(jié)無擴散相變289
一、馬氏體相變的基本特征289
二、馬氏體轉變的晶體學291
三、馬氏體的形態(tài)與性能293
四、陶瓷材料中的馬氏體相變294
習題296
參考文獻297
第八章材料的變形與斷裂298
第一節(jié)金屬變形概述298
第二節(jié)金屬的彈性變形299
第三節(jié)滑移與孿生變形300
一、滑移觀察300
二、滑移機制300
三、滑移面和滑移方向302
四、孿生變形303
第四節(jié)單晶體的塑性變形305
一、施密特定律305
二、單滑移、多滑移和交滑移307
第五節(jié)多晶體的塑性變形309
一、晶界和晶體位向對塑性變形的
影響309
二、晶粒大小對材料強度與塑性的
影響310
第六節(jié)純金屬的變形強化311
一、位錯的交割311
二、位錯的反應312
三、位錯的增殖313
第七節(jié)合金的變形與強化315
一、單相合金的變形與強化315
二、低碳鋼的屈服和應變時效316
三、第二相對合金變形的影響319
第八節(jié)冷變形金屬的組織與性能321
一、冷變形金屬的力學性能321
二、冷變形金屬的組織321
三、形變織構322
四、殘余應力323
第九節(jié)金屬的斷裂323
一、理論斷裂強度323
二、實際斷裂強度324
第十節(jié)冷變形金屬的回復階段326
一、回復階段性能與組織的變化326
二、回復動力學326
三、回復機制328
第十一節(jié)冷變形金屬的再結晶329
一、再結晶的形核329
二、再結晶動力學330
三、影響再結晶的因素331
四、再結晶后的晶粒長大333
第十二節(jié)金屬的熱變形、蠕變與
超塑性334
一、金屬的熱變形過程以及對組織與
性能的影響334
二、金屬的蠕變336
三、金屬的超塑性337
第十三節(jié)陶瓷晶體的變形338
第十四節(jié)聚合物的屈服和斷裂339
一、玻璃態(tài)聚合物的拉伸行為339
二、結晶聚合物的拉伸行為341
三、聚合物的屈服行為342
四、聚合物的理論強度和實際強度343
習題343
參考文獻344
第九章固體材料的電子結構與物理
性能345
第一節(jié)固體的能帶理論345
一、能帶的形成345
二、金屬的能帶結構與導電性345
三、費米能347
四、半導體與絕緣體349
第二節(jié)半導體349
一、本征半導體349
二、摻雜半導體351
第三節(jié)材料的磁性353
一、原子的磁矩353
二、抗磁體、順磁體和鐵磁體355
三、磁化曲線與磁疇結構357
第四節(jié)材料的光學性能359
一、光的吸收與透射359
二、材料的發(fā)光性能361
第五節(jié)材料的熱學性能363
一、摩爾熱容363
二、熱膨脹364
三、導熱性能365
第六節(jié)功能材料舉例366
一、光導纖維366
二、磁性材料367
小結368
習題368
參考文獻369
書單推薦
