具体描述
《工程材料与成形工艺》是根据教育部制定的《高职高专教育工程材料与成形工艺基础课程教学基本要求》编写的高职高专教育通用教材。《工程材料与成形工艺》每章都附有复习思考题，以方便学生课后复习。
《工程材料与成形工艺》是根据教育部制定的《高职高专教育工程材料与成形工艺基础课程教学基本要求》编写的高职高专教育通用教材。
《工程材料与成形工艺》共20章，主要内容包括绪论、金属的性能、金属的晶体结构与结晶、铁碳合金状态图、非合金钢、钢的热处理、低合金钢与合金钢、铸铁、非铁金属、非金属材料、粉末冶金材料、金属的腐蚀及其防护方法、零件材料的选用、铸造、锻压、焊接、毛坯的选用、切削加工、特种加工简介、零件生产过程的基本知识、产品质量的检验与控制等。《工程材料与成形工艺》每章都附有复习思考题，以方便学生课后复习巩固；《工程材料与成形工艺》还编写了内容丰富的课后阅读材料，介绍本课程的相关内容与最新发展动态，以提高学生对本课程的兴趣，开拓学生的视野。
《工程材料与成形工艺》可作为高职高专院校机械类和近机类各专业教材，也可作为职工培训教材。
现代材料科学与工程前沿综述 本书导言 在人类文明的演进历程中，材料的发现与应用始终是推动社会进步的核心动力。从燧石的敲击到硅基芯片的诞生，每一次材料科学的突破都伴随着生产力的巨大飞跃和生活方式的深刻变革。本书《现代材料科学与工程前沿综述》并非聚焦于传统金属学或特定成形技术的具体操作指南，而是旨在为读者构建一个宏大、前瞻性的视角，审视当前材料科学领域最具创新性和颠覆性的发展方向，以及这些新材料如何重塑未来的工程实践。 本书将深入探讨跨学科研究的交汇点，聚焦于材料设计、制备、性能调控与应用开发的最新范式转变。我们将把重点放在那些正在改变我们对物质极限认知的领域，而非既有成熟工艺的详尽描述。 --- 第一部分：先进功能材料的结构与性能调控 本部分将着重分析那些因其特殊结构而展现出非凡电、光、磁、热等功能的新型材料体系。 第一章：低维与二维材料的量子效应工程 本章将跳脱出体相材料的传统限制，深入研究单层或超薄层材料所展现出的奇异物理特性。我们将详细剖析石墨烯（Graphene）、过渡金属硫化物（TMDs，如 $ ext{MoS}_2$）以及黑磷（Phosphorene）等体系的电子结构。重点讨论如何通过精确控制层数、晶界工程和表面功能化来调控其带隙、载流子迁移率以及光电响应特性。例如，我们将探讨利用范德华异质结构（van der Waals Heterostructures）构建具有特定能带排列的界面，实现高效的能量转换或信息存储。材料的制备不再是简单的冶金或铸造，而是依赖于原子尺度的精准沉积和自组装技术，如化学气相沉积（CVD）和原子层沉积（ALD）。 第二章：智能与自适应材料系统 本章聚焦于那些能够对外部环境刺激（如温度、应力、光照、pH值等）做出可逆响应的材料。重点分析形状记忆合金（SMA）的超弹性机制、压电/热释电材料在能量收集中的潜力，以及电活性聚合物（EAP）在软体机器人和人工肌肉中的应用。此外，我们将探讨自修复材料的分子机理，即通过引入微胶囊或动态共价键网络，使材料在损伤后能够自主恢复其结构完整性和功能性。这要求材料设计者必须将“时间”和“动态变化”作为核心设计参数，而非仅仅关注静态强度。 第三章：拓扑材料与量子计算的基石 拓扑材料是凝聚态物理领域革命性的分支，本章将介绍其独特的拓扑保护的表面态和边缘态。重点剖析拓扑绝缘体（Topological Insulators）和拓扑半金属（如狄拉克半金属和外尔半金属）的能带结构特征。讨论如何利用这些材料的无耗散的电子传输特性，为下一代低功耗电子器件和拓扑量子计算单元提供物质基础。本章将强调材料的晶体对称性和自旋-轨道耦合在决定拓扑性质中的关键作用。 --- 第二部分：极端环境下的结构材料设计与制备新范式 本部分将转向宏观结构材料，探讨如何突破现有材料在高温、高应力或极端腐蚀环境下的性能瓶颈，并介绍革命性的制备方法。 第四章：超高温陶瓷与先进复合材料的轻量化 针对航空航天、核能等领域的严苛需求，本章将详细阐述高熵陶瓷（High-Entropy Ceramics, HECs）的设计原理。HECs通过在晶格中引入五种或五种以上等摩尔的元素，极大地提高了材料的热稳定性和抗氧化性。同时，本书将深度剖析先进纤维增强复合材料（如 $ ext{SiC}/ ext{SiC}$ 陶瓷基复合材料 $ ext{CMCs}$）的微观结构演化。探讨如何使用先进的渗透技术（如反应渗透法 $ ext{RI}$）来控制纤维与基体之间的界面反应，以优化断裂韧性和蠕变寿命。 第五章：增材制造（3D 打印）中的材料科学挑战 本书不侧重于具体的打印机操作，而是关注增材制造（AM）带来的材料性能异质性与控制难题。我们将分析选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）过程中，金属粉末的快速凝固速率如何导致非平衡态微观结构的形成，例如细小的胞状或枝晶结构。重点讨论如何通过优化激光扫描策略和后处理热循环，来消除或控制增材制造特有的缺陷，如残余应力、孔隙率和各向异性，以实现与传统锻造材料相当甚至更优的疲劳性能。 第六章：高熵合金的构效关系与设计空间探索 高熵合金（HEAs）代表了合金设计思想的重大转变，从传统的有序相设计转向无序性驱动的设计。本章将深入探讨高熵合金中“高熵效应”、“迟滞效应”、“遗忘效应”和“严重不均匀畸变效应”对材料力学性能的影响。我们将介绍计算热力学和高通量实验筛选的方法，用以在广阔的化学空间中快速定位具有优异强度、延展性和抗辐照损伤潜力的复杂合金体系。 --- 第三部分：可持续性、计算与数据驱动的材料发现 本部分关注材料科学的未来发展趋势，即如何利用计算模拟和人工智能加速新材料的发现与应用。 第七章：第一性原理计算与材料的虚拟筛选 本章将介绍密度泛函理论（DFT）等第一性原理计算方法在材料科学研究中的核心地位。重点阐述如何利用这些方法精确预测材料的晶格常数、电子态密度、弹性模量以及反应能垒。我们将展示如何结合计算模拟，对数百万种潜在化合物进行虚拟筛选，从而大幅度缩短从理论提出到实验验证的周期，特别是在催化剂和电池电极材料的设计中。 第八章：材料基因组计划与数据科学驱动 材料基因组倡议（MGI）正引领材料发现进入大数据时代。本章将介绍如何构建和利用高质量的材料信息数据库。讨论机器学习（ML）模型，如神经网络和高斯过程回归，如何在海量实验数据和模拟数据中学习复杂的构效关系。重点案例包括利用 ML 预测材料的相变温度、优化材料的合成参数，以及实现对复杂多相材料的微观结构演化进行实时监控和反馈控制。 第九章：生物相容性材料与仿生结构设计 最后，本书将探讨材料与生命系统之间的接口。我们将分析医用植入物（如钛合金、可降解聚合物）的生物惰性与生物活性要求。重点介绍仿生学的概念，例如模仿骨小梁结构以提高植入物的机械匹配度，或模仿荷叶表面的超疏水机制来设计自清洁和抗生物膜材料。这要求材料科学家不仅要掌握物理化学原理，还要深入理解生物学的复杂性。 --- 总结 《现代材料科学与工程前沿综述》旨在引导读者超越对单一材料体系的局限性认识，培养一种系统性的、跨学科的材料思维。全书强调的是设计理念的变革、前沿工具的应用以及面向未来挑战的材料解决方案。读者将从中获得理解当代工程挑战背后的基础科学驱动力，并为未来的技术创新奠定坚实的理论基础。
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