材料工藝學(xué)是高等學(xué)校材料科學(xué)與工程等材料類相關(guān)專業(yè)的主干課程。本課程將系統(tǒng)地學(xué)習(xí)高分子材料、無機(jī)非金屬材料、金屬材料和復(fù)合材料等四大材料的基本概念、基礎(chǔ)知識、基本理論、制備原理和生產(chǎn)工藝過程。通過本課程的學(xué)習(xí)，可使學(xué)生掌握必要的材料基礎(chǔ)知識和基本理論，了解材料發(fā)展的概況和使用情況，掌握材料的制備原理和生產(chǎn)過程，能獨(dú)立地應(yīng)用基礎(chǔ)知識、基本理論和基本方法設(shè)計和調(diào)控材料的組成、結(jié)構(gòu)、工藝和性能、制備及其使用方法，具備解決材料生產(chǎn)過程中涉及的工程問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和獨(dú)立工作能力，為其從事本專業(yè)工程技術(shù)工作奠定必要的基礎(chǔ)。
《材料工藝學(xué)》是為了滿足應(yīng)用型高等院校材料一級學(xué)科專業(yè)的材料工藝學(xué)課程教學(xué)的需要而編寫的教材。在教材編寫中，我們針對應(yīng)用型高等學(xué)校材料科學(xué)與工程專業(yè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才的需要，以內(nèi)容必需和夠用，夯實基礎(chǔ)，強(qiáng)化應(yīng)用，注重學(xué)生創(chuàng)新能力和工程應(yīng)用能力的培養(yǎng)為原則，對龐雜的材料基礎(chǔ)知識和生產(chǎn)原理及生產(chǎn)知識進(jìn)行了科學(xué)設(shè)計，通過精選內(nèi)容，整體優(yōu)化，以典型的材料為主覆蓋全部四大材料的基礎(chǔ)知識和生產(chǎn)知識，構(gòu)建了一個完整而又個性和共性兼?zhèn)涞闹R體系。該知識體系和內(nèi)容既體現(xiàn)了科學(xué)性、系統(tǒng)性，又做到了簡明精要，突出時代性、前沿性和實用性，加強(qiáng)了教材內(nèi)容與新材料、新能源、新能源汽車、節(jié)能環(huán)保、高端裝備制造等國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的聯(lián)系，反映了產(chǎn)業(yè)升級和進(jìn)步，體現(xiàn)了新工科的要求。
在教材編寫過程中，以習(xí)近平新時代中國特色社會主義思想為指導(dǎo)，以立德樹人為目標(biāo)，對教材進(jìn)行了整體規(guī)劃，緊密聯(lián)系教材中我國材料的發(fā)展、新材料的研發(fā)和材料工藝及技術(shù)的創(chuàng)新等內(nèi)容，充分挖掘利用其中蘊(yùn)含的思政和創(chuàng)新元素，將思政教育和創(chuàng)新教育及專業(yè)教育三位一體地有機(jī)融合。在專業(yè)知識傳授過程中,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，樹立科學(xué)精神、工匠精神，培育家國情懷，弘揚(yáng)社會主義核心價值觀，樹立正確的人生觀、世界觀及遠(yuǎn)大理想。
本書由材料概論、高分子材料工藝、無機(jī)非金屬材料工藝、金屬材料工藝和復(fù)合材料工藝等五篇共14章內(nèi)容構(gòu)成，分別為： 材料概述、新材料概述、高分子材料概論、塑料工藝、橡膠工藝、合成纖維工藝、無機(jī)非金屬材料概論、玻璃工藝、陶瓷工藝、水泥工藝、金屬材料概論、金屬工藝、復(fù)合材料概論和復(fù)合材料工藝。本書較全面地介紹了高分子材料、無機(jī)非金屬材料、金屬材料和復(fù)合材料等四大類材料的基本概念、基本理論、基礎(chǔ)知識、生產(chǎn)方法和制備原理及生產(chǎn)過程。本書可作為應(yīng)用型高等院校材料科學(xué)與工程、材料物理、材料化學(xué)、新能源材料與器件、高分子材料與工程、無機(jī)非金屬材料工程、金屬材料工程等專業(yè)的材料工藝學(xué)類課程和材料概論課程的教學(xué)用書，也可供科研、生產(chǎn)等單位的相關(guān)研究和技術(shù)人員參考。
本書由溫州大學(xué)組織編寫，主編為楊昕宇、楊植、周永強(qiáng)，副主編為尹德武、樊宏斌、劉楠楠，參編有劉若望、張敏、陳光、彭旭鏘、趙梅、宋小芳。編寫分工： 楊昕宇編寫第7章、第8章和第12章，楊植編寫第2章和第3章，周永強(qiáng)編寫第1章和第13章，尹德武編寫第9章，樊宏斌編寫14章，劉楠楠編寫第11章，劉若望、陳光編寫第5章，張敏、彭旭鏘編寫第4章，趙梅編寫第10章，宋小芳編寫第6章。本書由哈爾濱工業(yè)大學(xué)王玉金、溫廣武分別審閱。
本書在編寫過程中參考了許多教材和著作及研究成果，在此謹(jǐn)向相關(guān)的教師和研究人員表示衷心的感謝。
本書內(nèi)容非常廣泛，由于編者的水平有限，不完善之處在所難免，歡迎同行和讀者批評指正。
本書附有教學(xué)建議和教學(xué)大綱二維碼，請掃碼觀看。
編者
2023年12月
第一篇材 料 概 論
第1章材料概述
1.1材料的定義、分類及應(yīng)用
1.1.1材料的定義
1.1.2材料的分類
1.1.3材料的應(yīng)用
1.2材料的發(fā)展概況及其地位和作用
1.2.1材料的發(fā)展概況
1.2.2材料的地位及作用
1.3材料的要素及其相互關(guān)系
1.3.1材料的四要素
1.3.2材料四要素之間的相互關(guān)系
1.4材料的組成和結(jié)構(gòu)
1.4.1材料的組成
1.4.2材料的結(jié)構(gòu)
1.5材料的合成與加工
1.5.1氣相法
1.5.2液相法
1.5.3固相法
1.6材料的性能和使用效能
1.6.1材料的性能
1.6.2材料的使用效能
1.7材料的選擇和使用
1.7.1概述
1.7.2材料的選用
思考題和作業(yè)
第2章新材料概述
2.1概述
2.1.1新材料的定義和分類
2.1.2新材料在新技術(shù)革命和新產(chǎn)業(yè)中的作用
2.2新能源材料
2.2.1新能源和新能源材料
2.2.2鋰離子和鈉離子電池材料
2.2.3Ni/MH鎳氫二次電池材料
2.2.4太陽能電池材料
2.2.5燃料電池材料
2.2.6儲氫材料
2.2.7風(fēng)電材料
2.2.8核能材料
2.3納米材料
2.3.1納米材料的定義和分類
2.3.2納米材料的發(fā)展史
2.3.3納米材料的性質(zhì)
2.3.4納米材料的結(jié)構(gòu)單元
2.3.5納米材料的制備
2.3.6納米材料的應(yīng)用
2.4生物醫(yī)學(xué)材料
2.4.1生物醫(yī)學(xué)材料的定義和分類
2.4.2生物醫(yī)學(xué)材料的發(fā)展概況
2.4.3各種生物醫(yī)學(xué)材料
2.5信息材料
2.5.1概述
2.5.2半導(dǎo)體材料
2.5.3光電子材料
2.5.4電子陶瓷材料
2.6智能材料
2.6.1概述
2.6.2智能材料的分類
2.6.3智能材料的自診斷技術(shù)
2.6.4智能金屬材料
2.6.5無機(jī)非金屬基智能材料
2.6.6智能高分子材料
2.6.7基礎(chǔ)智能材料
2.6.8新型智能材料
2.7超導(dǎo)材料
2.7.1概述
2.7.2超導(dǎo)體的特性和臨界條件
2.7.3超導(dǎo)的原理
2.7.4超導(dǎo)材料的分類
2.7.5超導(dǎo)材料的應(yīng)用
2.8光學(xué)材料
2.8.1概述
2.8.2光致發(fā)光材料
2.8.3場致發(fā)光材料
2.8.4白光發(fā)射材料
2.8.5激光材料
2.8.6紅外材料
2.8.7光色材料
思考題和作業(yè)
第二篇高分子材料工藝
第3章高分子材料概論
3.1高分子材料概述
3.1.1高分子材料的定義和分類
3.1.2高分子材料的發(fā)展概況
3.1.3高分子材料的組成和特點(diǎn)
3.1.4高分子材料的結(jié)構(gòu)
3.1.5高分子材料的合成和加工
3.2塑料
3.2.1塑料的定義和分類
3.2.2塑料的發(fā)展概況
3.2.3塑料的組分
3.2.4塑料的性能
3.2.5塑料的加工
3.2.6塑料的選用原則
3.3橡膠
3.3.1橡膠的定義和分類
3.3.2橡膠的組成
3.3.3橡膠的結(jié)構(gòu)與性能
3.3.4橡膠的加工
3.3.5常用的橡膠
3.4合成纖維
3.4.1纖維的定義和分類
3.4.2纖維的主要性能指標(biāo)
3.4.3成纖高聚物的結(jié)構(gòu)與特性
3.4.4合成纖維的加工
3.4.5常用的合成纖維
3.5新型高分子材料
3.5.1高性能高分子材料
3.5.2高分子功能材料
3.5.3生物醫(yī)用高分子材料
3.5.4高分子分離膜
3.5.5高分子壓電材料
思考題和作業(yè)
第4章塑料工藝
4.1塑料生產(chǎn)工藝概述
4.2塑料成型原料及配制
4.2.1塑料成型原料
4.2.2物料的混合
4.2.3配料
4.3擠出成型
4.3.1概述
4.3.2擠出成型設(shè)備
4.3.3擠出成型原理
4.3.4擠出成型的工藝過程
4.4注射成型
4.4.1概述
4.4.2注射成型設(shè)備
4.4.3注射成型的工藝過程
4.4.4塑化原理
4.4.5注射成型工藝的影響因素
4.4.6反應(yīng)注射成型
4.5模壓成型
4.5.1概述
4.5.2模壓成型的工藝過程
4.5.3模壓成型的工藝特點(diǎn)
4.5.4模壓成型工藝的影響因素
4.6壓延成型
4.6.1概述
4.6.2壓延成型原理
4.6.3壓延成型設(shè)備
4.6.4壓延成型的工藝過程
4.6.5壓延成型工藝的影響因素
4.7滾塑成型
4.7.1概述
4.7.2滾塑成型的工藝過程
4.7.3滾塑成型工藝的影響因素
4.8其他的一次成型方法
4.8.1鑄塑成型
4.8.2模壓燒結(jié)成型
4.8.3傳遞模塑成型
4.8.4發(fā)泡成型
4.9中空吹塑成型
4.9.1概述
4.9.2中空吹塑成型的工藝過程
4.9.3中空吹塑成型工藝的影響因素
4.10熱成型
4.10.1概述
4.10.2熱成型的工藝過程
4.10.3熱成型工藝的影響因素
4.11拉幅薄膜成型
4.11.1概述
4.11.2拉幅薄膜成型的工藝過程
4.11.3拉幅薄膜成型工藝的影響因素
4.12冷成型
思考題和作業(yè)
第5章橡膠工藝
5.1橡膠的加工工藝概述
5.2橡膠原料及配制
5.2.1生膠和再生膠
5.2.2配合劑
5.2.3配方設(shè)計
5.3膠料的加工
5.3.1塑煉
5.3.2混煉
5.4壓延
5.4.1概述
5.4.2壓延工藝
5.4.3壓延工藝的影響因素
5.4.4常用橡膠的壓延特性
5.5擠出
5.5.1擠出的工藝過程
5.5.2擠出工藝的影響因素
5.6橡膠的硫化
5.6.1概述
5.6.2橡膠的硫化過程
5.6.3橡膠硫化程度的測定
5.6.4硫化機(jī)理
5.6.5硫化工藝
思考題和作業(yè)
第6章合成纖維工藝
6.1合成纖維的合成與加工工藝概述
6.2紡絲成型
6.2.1熔融紡絲
6.2.2干法紡絲和濕法紡絲
6.2.3其他紡絲方法
6.3后加工
思考題和作業(yè)
第三篇無機(jī)非金屬材料工藝
第7章無機(jī)非金屬材料概論
7.1無機(jī)非金屬材料的定義和分類及特點(diǎn)
7.1.1無機(jī)非金屬材料的定義
7.1.2無機(jī)非金屬材料的分類
7.1.3無機(jī)非金屬材料的特點(diǎn)
7.2無機(jī)非金屬材料的發(fā)展概況
7.3無機(jī)非金屬材料的應(yīng)用
7.4玻璃
7.4.1玻璃的定義和分類
7.4.2玻璃的發(fā)展概況
7.4.3玻璃的特性
7.4.4玻璃的組成
7.4.5玻璃的形成
7.4.6玻璃的結(jié)構(gòu)
7.4.7玻璃的性質(zhì)
7.4.8玻璃的制備
7.4.9普通玻璃
7.5陶瓷
7.5.1陶瓷的定義和分類
7.5.2陶瓷的發(fā)展概況
7.5.3陶瓷的組成
7.5.4陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)和性能
7.5.5陶瓷的制備
7.5.6普通陶瓷
7.6水泥
7.6.1膠凝材料的定義和分類
7.6.2膠凝材料的發(fā)展概況
7.6.3水泥的定義和分類
7.6.4水泥的發(fā)展概況
7.6.5水泥的組成和性能
7.6.6水泥的制備
7.7新型無機(jī)非金屬材料
7.7.1概述
7.7.2先進(jìn)陶瓷
7.7.3特種玻璃
7.7.4特種水泥
7.7.5碳結(jié)構(gòu)材料
思考題和作業(yè)
第8章玻璃工藝
8.1原料概述
8.1.1原料的選擇
8.1.2原料
8.2原料的加工
8.2.1原料加工工藝流程
8.2.2原料的破碎與粉碎
8.2.3原料的篩分
8.3配合料的制備
8.3.1配合料的稱量
8.3.2配合料的混合
8.3.3配合料的質(zhì)量要求和控制
8.3.4玻璃組成的設(shè)計和配合料計算
8.4玻璃的熔制
8.4.1概述
8.4.2玻璃的熔制過程
8.4.3影響玻璃熔制過程的因素
8.4.4玻璃熔窯
8.4.5窯用耐火材料
8.4.6熔窯的節(jié)能
8.5玻璃的成型
8.5.1玻璃的主要成型性質(zhì)
8.5.2成型制度的制定
8.5.3浮法成型
8.5.4吹制成型
8.5.5拉制成型
8.5.6壓延法成型
8.6玻璃的退火
8.6.1玻璃的應(yīng)力
8.6.2玻璃的退火工藝
8.7玻璃的缺陷
8.7.1氣泡
8.7.2條紋和節(jié)瘤
8.7.3結(jié)石
8.8玻璃制品的加工
8.8.1冷加工
8.8.2熱加工
8.8.3玻璃的表面處理
思考題和作業(yè)
第9章陶瓷工藝
9.1原料
9.1.1黏土類原料
9.1.2石英類原料
9.1.3長石類原料
9.1.4其他原料
9.2配料及計算
9.2.1配料的依據(jù)
9.2.2坯料和釉料組成的表示方法
9.2.3坯料配方計算
9.3坯料及制備
9.3.1陶瓷坯料的種類和質(zhì)量要求
9.3.2可塑坯料的制備
9.3.3注漿坯料的制備
9.3.4壓制坯料的制備
9.4成型
9.4.1可塑成型
9.4.2注漿成型
9.4.3壓制成型
9.5釉料制備及施釉
9.5.1釉的分類
9.5.2釉層的形成
9.5.3釉層的性質(zhì)
9.5.4釉料制備和施釉
9.5.5陶瓷的裝飾
9.6干燥
9.6.1干燥原理
9.6.2干燥方法
9.6.3干燥缺陷及原因
9.7燒成
9.7.1燒成方式
9.7.2坯體和釉在燒成過程中的變化
9.7.3燒成窯
9.7.4燒成制度
9.7.5燒成缺陷及產(chǎn)生原因
思考題和作業(yè)
第10章水泥工藝
10.1硅酸鹽水泥的生產(chǎn)
10.1.1通用硅酸鹽水泥的國家標(biāo)準(zhǔn)
10.1.2硅酸鹽水泥的生產(chǎn)方法和生產(chǎn)過程
10.2硅酸鹽水泥熟料的組成
10.2.1硅酸鹽水泥熟料的化學(xué)組成
10.2.2硅酸鹽水泥熟料的礦物組成
10.2.3熟料的率值
10.2.4熟料礦物組成的計算
10.2.5熟料礦物組成的選擇
10.3硅酸鹽水泥的原料和配料計算
10.3.1硅酸鹽水泥的原料
10.3.2硅酸鹽水泥的配料計算
10.4物料的破碎和均化
10.4.1物料的破碎
10.4.2物料的均化技術(shù)
10.5粉磨工藝
10.5.1粉磨的目的和要求
10.5.2粉磨流程
10.5.3影響磨機(jī)產(chǎn)量和質(zhì)量及能耗的主要因素
10.6硅酸鹽水泥熟料的煅燒
10.6.1硅酸鹽水泥熟料的形成
10.6.2礦化劑和微量元素對熟料煅燒和質(zhì)量的影響
10.6.3水泥熟料煅燒的設(shè)備
10.6.4懸浮預(yù)熱器
10.6.5分解爐
10.6.6回轉(zhuǎn)窯
10.6.7熟料冷卻機(jī)
10.7硅酸鹽水泥的制成
10.7.1粉磨工藝
10.7.2影響水泥粉磨產(chǎn)量和質(zhì)量的因素
10.7.3水泥儲存與均化
10.7.4水泥包裝和散裝
10.8硅酸鹽水泥的水化和硬化
10.8.1熟料礦物的水化
10.8.2硅酸鹽水泥的水化
10.8.3硬化水泥漿體的結(jié)構(gòu)
10.8.4摻混合材的水泥的水化和硬化
10.9硅酸鹽水泥的化學(xué)侵蝕
10.9.1淡水的侵蝕
10.9.2酸和酸性水的侵蝕
10.9.3硫酸鹽的侵蝕
10.9.4含堿溶液的侵蝕
10.9.5提高水泥抗蝕性的措施
思考題和作業(yè)
第四篇金屬材料工藝
第11章金屬材料概論
11.1金屬材料概述
11.1.1金屬材料的定義和分類
11.1.2金屬材料的發(fā)展概況
11.1.3金屬材料的性能
11.1.4金屬材料的結(jié)構(gòu)與組織
11.1.5金屬材料的生產(chǎn)工藝
11.1.6金屬材料的成型與加工
11.2鋼和鑄鐵
11.2.1鋼
11.2.2鑄鐵
11.3有色金屬及合金
11.3.1鋁及鋁合金
11.3.2銅及銅合金
11.3.3鎂及鎂合金
11.3.4鈦及鈦合金
11.3.5軸承合金
11.4新型金屬材料
11.4.1形狀記憶合金
11.4.2非晶態(tài)金屬
11.4.3儲氫合金
11.4.4超塑性合金
思考題和作業(yè)
第12章金屬工藝
12.1鑄造
12.1.1鑄造成型基礎(chǔ)
12.1.2砂型鑄造
12.1.3砂型鑄造方法
12.1.4鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性
12.1.5特種鑄造和鑄造技術(shù)的發(fā)展
12.2鍛壓
12.2.1概述
12.2.2塑性變形對金屬組織及性能的影響
12.2.3金屬的鍛造性能
12.2.4鍛造
12.2.5板料沖壓
12.2.6擠壓、軋制、拉拔
12.2.7特種塑性加工方法
12.2.8塑性加工零件的結(jié)構(gòu)工藝性
12.2.9塑性加工技術(shù)新進(jìn)展
12.3切削
12.3.1車削加工
12.3.2銑削加工
12.3.3刨削加工
12.3.4拉削加工和鏜削加工
12.4特種加工
12.4.1電火花加工
12.4.2電解加工
12.4.3超聲加工
12.4.4高能束加工
12.5焊接
12.5.1焊接基礎(chǔ)
12.5.2常用焊接方法
12.5.3焊接件結(jié)構(gòu)工藝性
12.5.4焊接質(zhì)量檢測
12.5.5焊接技術(shù)新進(jìn)展
12.6鋼的熱處理
12.6.1概述
12.6.2退火與正火
12.6.3淬火
12.6.4回火
12.6.5表面熱處理
12.6.6化學(xué)熱處理
12.6.7熱處理新技術(shù)
思考題和作業(yè)
第五篇復(fù)合材料工藝
第13章復(fù)合材料概論
13.1復(fù)合材料的定義和命名及分類
13.1.1復(fù)合材料的定義
13.1.2復(fù)合材料的命名
13.1.3復(fù)合材料的分類
13.2復(fù)合材料的發(fā)展概況
13.3復(fù)合材料的性能和加工及應(yīng)用
13.3.1復(fù)合材料的性能
13.3.2復(fù)合材料的加工
13.3.3復(fù)合材料的應(yīng)用
13.4復(fù)合材料的基體和增強(qiáng)體
13.4.1基體材料
13.4.2增強(qiáng)體
13.5復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制和復(fù)合原則
13.5.1復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制
13.5.2復(fù)合材料的復(fù)合原則
13.6復(fù)合材料界面
13.6.1概述
13.6.2聚合物基復(fù)合材料界面
13.6.3金屬基復(fù)合材料界面
13.7聚合物基復(fù)合材料
13.7.1聚合物基復(fù)合材料的種類和性能
13.7.2常用聚合物基復(fù)合材料的性能及應(yīng)用
13.8金屬基復(fù)合材料
13.8.1金屬陶瓷
13.8.2纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料
13.8.3顆粒和晶須增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料
13.9陶瓷基復(fù)合材料
13.9.1常用的陶瓷基復(fù)合材料
13.9.2增韌陶瓷基復(fù)合材料的性能
13.9.3陶瓷基復(fù)合材料的應(yīng)用
13.10水泥基復(fù)合材料
13.10.1水泥基復(fù)合材料的定義和種類
13.10.2混凝土
13.10.3纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料
13.10.4聚合物混凝土復(fù)合材料
13.10.5水泥基復(fù)合材料的應(yīng)用
13.11納米復(fù)合材料
13.11.1納米復(fù)合材料的定義和分類及特點(diǎn)
13.11.2納米復(fù)合材料的制備技術(shù)
13.11.3各種納米復(fù)合材料
13.12碳/碳復(fù)合材料
思考題和作業(yè)
第14章復(fù)合材料工藝
14.1聚合物基復(fù)合材料加工工藝
14.1.1熱固性樹脂基復(fù)合材料加工工藝
14.1.2熱塑性樹脂基復(fù)合材料加工工藝
14.2金屬基復(fù)合材料制備工藝
14.2.1固態(tài)法制備工藝
14.2.2液態(tài)法制備工藝
14.2.3噴涂沉積法制備工藝
14.2.4原位復(fù)合法制備工藝
14.3陶瓷基復(fù)合材料制備工藝
14.4水泥基復(fù)合材料制備工藝
14.4.1纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的制備工藝
14.4.2聚合物混凝土復(fù)合材料的制備工藝
思考題和作業(yè)
參考文獻(xiàn)
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