Engineering Materials Volume 1 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:D R H Jones

出品人:

页数:320

译者:

出版时间:1996-10-30

价格:USD 49.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780750630818

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工程材料科学：从基础到前沿的应用探索 《工程材料科学》旨在为读者提供一个全面且深入的工程材料世界概览，涵盖从基本概念、结构、性质到先进应用的全过程。本书并非仅仅罗列枯燥的理论公式，而是着重于阐述材料的内在规律如何影响其宏观性能，以及这些性能如何在各种工程领域发挥关键作用。我们致力于构建一座连接基础科学与实际工程应用的桥梁，使读者能够深刻理解材料在现代技术进步中所扮演的核心角色。 第一部分：材料的微观世界与宏观表现 本书的开篇将带领读者走进材料的微观世界，揭示原子、分子以及晶体结构如何决定材料的宏观行为。我们将详细探讨不同类型的原子键合（如离子键、共价键、金属键和范德华力），它们如何影响材料的强度、延展性、导电性和导热性。随后，本书将深入分析晶体结构，包括体心立方、面心立方、六方密堆积等常见结构，并解释位错、晶界等缺陷如何成为材料塑性变形和断裂的根源。 原子结构与键合： 从电子层面的相互作用理解材料的本质。讨论不同键合方式的能量、方向性和对材料宏观性质的影响。例如，解释为何金属具有良好的导电性，而陶瓷则通常是绝缘体。 晶体结构与缺陷： 绘制常见的晶体结构图，并分析其堆积密度和对材料力学性能的影响。重点阐述位错的产生、运动及其与塑性变形的关系，晶界作为能量较高的区域，对材料的强度和脆性有何影响。 非晶态材料： 介绍玻璃、聚合物等非晶态材料的结构特点，以及其与晶体材料在性质上的差异。讨论玻璃转变温度的概念及其在材料加工中的重要性。 第二部分：主要工程材料的特性与应用 本书将系统介绍几类最主要的工程材料，深入剖析它们的组成、结构、性能特点以及在不同工程领域中的典型应用。 金属及其合金： 钢铁： 作为应用最广泛的工程材料，我们将详细阐述不同成分和热处理对钢的组织（如奥氏体、珠光体、马氏体）和性能的影响。从碳钢到合金钢，介绍它们在建筑、汽车、机械制造等领域的广泛用途。 铝及其合金： 探讨铝的轻质、耐腐蚀性以及通过合金化提高强度的途径。介绍其在航空航天、交通运输、包装等行业的应用。 铜及其合金： 关注铜优异的导电导热性和耐腐蚀性，介绍黄铜、青铜等合金在电气、管道、装饰等领域的应用。 其他有色金属： 简要介绍钛、镍、镁等特种金属合金的性能特点及其在高技术领域的应用，例如航空发动机、医疗器械等。 陶瓷材料： 氧化物陶瓷： 如氧化铝、氧化锆，分析其高硬度、耐高温、耐腐蚀的特性，以及在耐火材料、电子元件、切割工具等方面的应用。 非氧化物陶瓷： 如碳化硅、氮化硅，探讨其优异的机械性能和耐磨性，在发动机部件、高级结构件等领域的潜力。 玻璃陶瓷： 介绍玻璃陶瓷的形成过程和独特的性能，如低热膨胀系数，在炊具、光学器件等方面的应用。 聚合物材料： 热塑性聚合物： 如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯，分析其分子链结构、玻璃化转变温度以及可重复加工的特性。探讨其在包装、纺织、家电等领域的广泛应用。 热固性聚合物： 如环氧树脂、酚醛树脂，理解其交联结构赋予的优异机械强度和耐热性，在涂料、粘合剂、复合材料等领域的重要性。 弹性体： 如橡胶，阐述其高弹性的来源，以及在轮胎、密封件等领域的应用。 复合材料： 金属基复合材料： 介绍金属基体与增强体（如碳纤维、陶瓷纤维）的结合，旨在提升金属的强度、刚度和耐磨性。 陶瓷基复合材料： 强调其在高温环境下的优异性能，在航空发动机热端部件等领域的应用前景。 聚合物基复合材料： 重点介绍碳纤维增强聚合物（CFRP）、玻璃纤维增强聚合物（GFRP）等，分析其高比强度、高比刚度的特点，在航空航天、体育用品、汽车轻量化等领域的革命性应用。 第三部分：材料的性能表征与测试方法 理解材料性能的表征方法是有效选择和应用材料的关键。本部分将详细介绍各种重要的材料性能及其测试手段。 力学性能： 强度： 拉伸强度、屈服强度、疲劳强度等，以及相应的测试方法（如万能试验机）。 硬度： 布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等，以及其与材料强度之间的关系。 韧性与脆性： 冲击试验（如夏比冲击试验）、断裂韧度测试，理解材料抵抗裂纹扩展的能力。 蠕变与疲劳： 介绍材料在长期载荷作用下的变形行为以及循环载荷下的失效机制。 物理性能： 热性能： 热导率、比热容、热膨胀系数等，以及在隔热、散热设计中的重要性。 电性能： 电导率、介电常数、电阻率等，以及在电子器件、绝缘材料中的应用。 磁性能： 软磁、硬磁材料的特性，在电机、变压器、存储器件中的作用。 化学性能： 耐腐蚀性： 评估材料在不同介质中的抗腐蚀能力，介绍钝化、阳极氧化等防护技术。 耐磨性： 磨损试验方法，以及在轴承、齿轮等部件中的应用。 表征技术： 介绍金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等常用表征手段，以及它们如何帮助我们理解材料的微观结构。 第四部分：材料的加工、制造与失效分析 材料的性能不仅仅取决于其本身，也与加工过程密切相关。本书将探讨常见的材料加工技术，以及材料失效的原因与预防。 成形加工： 金属加工： 铸造、锻造、轧制、焊接等工艺，分析其对材料组织和性能的影响。 陶瓷加工： 粉末压制、注浆、烧结等工艺，以及控制烧结过程对陶瓷性能的关键作用。 聚合物加工： 注塑、挤出、吹塑等工艺，以及聚合物加工中的流动和结晶行为。 表面处理与改性： 热处理（退火、淬火、回火）、表面硬化（渗碳、渗氮）、涂层技术等，以改善材料的表面性能。 材料失效分析： 失效模式： 脆性断裂、韧性断裂、疲劳、蠕变、腐蚀失效等。 失效机理： 宏观形貌观察、微观断口分析（SEM），结合材料本身的性质和使用环境，找出失效的根本原因。 失效预防： 基于失效分析结果，提出合理的材料选择、工艺优化和设计改进建议。 第五部分：前沿材料与未来展望 本书的最后一部分将目光投向材料科学的最前沿，介绍正在蓬勃发展的新型材料及其在未来技术中的潜在应用。 智能材料： 形状记忆合金、压电材料、磁致伸缩材料等，能感知外部环境变化并做出响应的材料，在传感器、执行器、医疗器械等领域的应用。 纳米材料： 纳米颗粒、纳米管、石墨烯等，因其独特的量子尺寸效应和表面效应，在催化、电子、生物医学等领域展现出巨大的潜力。 生物材料： 能够与生物体相互作用且不引起不良反应的材料，如医用植入物、药物缓释系统等。 增材制造（3D打印）材料： 适用于3D打印技术的新型金属、陶瓷、聚合物粉末和丝材，推动个性化制造和复杂结构件的实现。 《工程材料科学》致力于为工程师、设计师、科研人员以及对材料科学感兴趣的学生提供一个坚实的基础和广阔的视野。通过对材料从微观结构到宏观应用的全方位解读，本书将帮助读者深刻理解材料的科学原理，掌握材料的选择与应用技巧，并为应对未来工程挑战提供有力的知识支撑。我们相信，对材料科学的深入理解，是推动人类社会不断进步和技术创新的不竭动力。

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坦率地说，这本书的阅读体验与其说是“学习”，不如说是一场严谨的学术“漫步”。我尤其欣赏作者在行文过程中展现出的那种对材料本源的探究精神。它不仅仅是罗列事实，更是在引导读者思考“为什么”。比如，在深入探讨材料的失效模式时，作者并没有简单地归纳出疲劳、蠕变、断裂等现象，而是追溯到导致这些现象的根本原因——材料内部的缺陷和外部环境的相互作用。这种宏观到微观，再从微观反馈到宏观的设计哲学，让整本书的深度远超一般的入门教材。书中的语言风格非常精准，没有过多花哨的辞藻，但每个用词都恰到好处地传达了科学的精确性。对于那些希望不仅仅停留在“知道是什么”，而想要深究“为什么会这样”的读者来说，这本书无疑提供了丰富的思想矿藏。我常常在读完一个章节后，会停下来思考现实世界中那些被我们习以为常的材料制品，比如一座桥梁、一个芯片封装，背后蕴含了多少材料科学的智慧结晶。

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初次接触这本书时，我的第一印象是它的全面性令人敬畏。它不像市面上某些教材那样偏科，只侧重于金属或某一种新兴材料。这本书的覆盖面广阔得惊人，从基础的晶体学基础和热力学原理开始，稳扎稳打地构建起整个材料科学的知识框架。我特别喜欢它在介绍高分子材料部分的处理方式。通常，高分子部分容易陷入过于侧重聚合反应的化学细节中，但这本书巧妙地平衡了化学结构、分子链的运动以及最终材料的粘弹性行为之间的关系。它用简洁的语言解释了玻璃化转变温度（Tg）对材料性能的决定性影响，并且配上了精妙的图示来模拟分子链的自由度和受限运动状态。这种多维度的视角，让原本抽象的分子世界变得触手可及。此外，书中对于复合材料的介绍也极具前瞻性，它不仅涵盖了传统的纤维增强材料，还触及了一些先进的纳米复合材料的概念，显示出作者对该领域最新进展的关注。对于想要建立一个坚实、无偏见的材料科学基础的工程师或研究者而言，这本书提供了一个极佳的参考平台。

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这本厚重的工程材料学著作，光是拿起它就能感受到沉甸甸的知识量。我原本以为这会是一本枯燥的教科书，充斥着密密麻麻的公式和晦涩难懂的晶体结构图，但读下来却发现，作者在阐述复杂的材料科学原理时，总能找到一种巧妙的方式将其变得生动起来。例如，在讨论金属的形变机制时，书中没有仅仅停留在理论层面，而是结合了实际工业应用中的例子，比如航空航天领域对高强度、耐高温合金的需求，以及如何通过热处理工艺来优化这些材料的微观结构。这种将理论与实践紧密结合的叙述方式，极大地激发了我学习材料学这门学科的热情。我特别欣赏作者在介绍不同材料类别（如陶瓷、高分子材料、复合材料）时的系统性，每一个章节都像是一次深入的探索，从基础的化学键到宏观的力学性能，层层递进，逻辑严密。读完前几章后，我对材料的“性格”有了更深刻的理解，明白了为什么同一种元素在不同的排列组合下会展现出截然不同的特性。这本书的图表制作也非常精良，那些相图和应力-应变曲线清晰易懂，对于理解材料在不同条件下的行为模式至关重要。

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这本书的独特之处在于其对材料“环境适应性”的关注。它没有将材料视为孤立的实体，而是始终将其置于一个动态的、有载荷、有时变温度、有时需要抵抗腐蚀的环境中进行考量。在探讨材料的电化学行为时，作者深入剖析了腐蚀的机理，特别是电偶腐蚀和应力腐蚀开裂（SCC）这两种极其复杂且破坏性极强的失效形式。书中对SCC的描述极为细致，不仅从电化学角度解释了局部浓缩的离子如何加速裂纹扩展，还结合了应力集中和材料晶体取向的影响，构建了一个多因素耦合的分析模型。这种综合性的分析视角，极大地拓宽了我对材料可靠性工程的理解。阅读过程中，我常常会思考，为什么某些看似坚不可摧的材料，在特定的湿热环境下会突然失效。这本书提供的就是解答这些困惑的“钥匙”。它教会了我，真正的工程材料学，是关于如何设计材料以适应它将要服务的那种特定、苛刻的“生命周期”。它是一本面向实际问题的、极具深度和广度的专业参考书。

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这本书的阅读过程更像是在与一位经验极其丰富的导师对话。它没有刻意去迎合初学者的接受习惯，而是直接将核心概念和严谨的推导过程呈现在读者面前。这种直截了当的风格，虽然在某些段落需要反复咀嚼，但一旦理解，那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。举例来说，在处理相变动力学时，作者毫不避讳地引入了复杂的扩散方程和形核理论，并通过清晰的数学逻辑链条，展示了材料内部结构演化的内在规律。我必须承认，阅读这些数学推导需要投入相当的精力，但这正是其价值所在——它强迫读者去动脑筋，而不是被动接受结论。书中还穿插了大量的案例分析，这些案例并非简单的案例堆砌，而是作为印证前面理论推导的有力证据。例如，通过分析某一特定合金的淬火过程，来验证先前所学的冷却速率和临界冷却时间的概念。这种理论与案例的交织，使得知识点之间的联系异常紧密，记忆起来也更加牢固。

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ME382@Umich

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