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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Benvenuto, Nevio/ Corvaja, Roberto/ Erseghe, Tomaso/ Laurenti, Nicola

出品人:

页数:548

译者:

出版时间:2006-12

价格:651.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780470018224

丛书系列:

图书标签:

• 通信系统
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• 信息论
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《工程材料学导论：结构、性能与应用》 本书简介 本教材旨在为工程技术领域的初学者提供一个全面而深入的工程材料学基础框架。它系统地涵盖了结构材料、功能材料以及新兴材料的分类、基本性质、微观结构与宏观性能之间的内在联系，并重点阐述了材料的选择、设计与失效分析在现代工程实践中的关键作用。本书内容聚焦于材料科学的硬核知识，强调理论与实际应用的结合，尤其适合作为材料科学与工程、机械工程、土木工程及航空航天等专业本科生的核心教材。 第一部分：材料科学的基石 第一章 绪论：工程材料的范畴与重要性 本章首先界定了工程材料的广义概念，区分了金属、陶瓷、高分子（塑料与橡胶）以及复合材料四大主要类别。它深入探讨了材料科学在支撑现代工业技术进步中的核心地位，例如能源转换、生物医学植入、极端环境下的结构设计等。随后，简要介绍了材料的性能（机械、热、电、磁、光学）与结构之间的多尺度关联——从原子排列到宏观形态。本章通过历史案例分析，说明了材料创新如何驱动技术革命。 第二章 材料的微观结构：原子键合与晶体学基础 本章是理解材料性能的理论起点。详细阐述了四大基本化学键（离子键、共价键、金属键、范德华力）的形成机制及其对材料宏观性质的影响。重点剖析了晶体结构，包括晶格、晶胞的概念，常见晶体结构（如面心立方FCC、体心立方BCC、六方紧密堆积HCP）的几何特征及其对金属塑性的制约。此外，还引入了晶体缺陷理论，包括点缺陷（空位、间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界），解释了位错运动如何成为金属塑性变形的根本原因。 第三章 扩散、相变与微观结构演化 材料的性能往往是其热历史的函数。本章深入探讨了固态扩散的基本机理（替位式和间隙式扩散），并引入了菲克定律进行定量描述。着重分析了相图（一元、二元相图）的解读方法，特别是杠杆原理在确定多相区中各相组分时的应用。随后，转向相变动力学，详细讲解了成核与长大过程，特别是冷却速率对最终微观结构（如珠光体、贝氏体、马氏体）形成的影响，为后续的热处理章节奠定基础。 第二部分：结构材料的性能与设计 第四章 金属材料：结构、性能与热处理 金属材料仍是承重结构的主体。本章聚焦于钢铁材料，详细分析了纯铁的晶体结构转变，以及碳在铁中的溶解对性能的决定性影响。系统阐述了碳钢、合金钢的热处理工艺，包括退火、正火、淬火和回火的流程、机理及其对硬度、强度、韧性的影响。对于非铁金属（如铝合金、铜合金、钛合金），则侧重于其轻量化特性、耐腐蚀性及主要的强化机制（固溶强化、加工硬化、沉淀强化）。 第五章 陶瓷材料：结构、烧结与极端性能 陶瓷因其高硬度、耐高温和优异的耐化学腐蚀性而被广泛应用于苛刻环境。本章区别对待了传统氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化锆）与先进工程陶瓷。核心内容在于理解陶瓷的离子共价键特性如何导致其本质上是脆性材料。深入探讨了陶瓷的制备工艺，特别是粉末冶金与烧结过程，以及气孔率对最终力学性能的负面影响。简要介绍了陶瓷的压电性、半导体特性等功能性应用。 第六章 高分子材料：结构、形变与老化 高分子材料（聚合物）的性能与其长链结构和分子间作用力高度相关。本章详细分析了热塑性塑料和热固性树脂的区别，以及线形、支化、交联结构对粘弹特性的影响。重点讲解了高分子的粘弹性行为，包括蠕变和应力松弛现象。此外，还探讨了高分子材料的加工成型技术（注塑、挤出）以及其在长期使用中面临的降解问题，如氧化、光解和水解。 第三章 复合材料：协同效应与界面控制 复合材料代表了材料设计的先进方向。本章的核心在于“协同效应”，即通过组合不同性质的基体和增强体以获得单一材料无法企及的性能。系统分析了纤维增强复合材料（如碳纤维/环氧树脂）和颗粒增强复合材料的力学模型，强调了界面结合质量对整体性能传递效率的决定性作用。详细讨论了层合板的性能预测，以及复合材料在航空航天结构件中的应用优势与挑战。 第三部分：材料性能测试与工程应用 第八章 材料的力学性能测试与评价 本章是连接材料科学与工程设计的桥梁。详细介绍了一系列标准的力学性能测试方法：拉伸试验（屈服强度、抗拉强度、延伸率的测定）、硬度试验（布氏、洛氏、维氏）、冲击试验（韧性评价）以及疲劳试验（S-N曲线、应力循环）。特别强调了断裂力学的基础概念，如应力强度因子和断裂韧性（$K_{IC}$），用于评估存在裂纹结构件的安全性。 第九章 材料的失效分析：腐蚀与疲劳 理解材料为何失效是保障结构可靠性的关键。本章首先聚焦于金属的电化学腐蚀机理，包括析氢反应和吸氧反应，并介绍减缓腐蚀的方法（保护涂层、牺牲阳极、阴极保护）。随后，深入探讨了疲劳失效，区分了低周疲劳和高周疲劳，并解释了疲劳裂纹的萌生、扩展和最终断裂的整个过程，提供了进行寿命预测的工程方法。 第十章 新兴材料与可持续性 本章展望了材料科学的前沿领域。涵盖了智能材料（形状记忆合金、压电材料）、纳米材料（碳纳米管、石墨烯）的基本特性及其在传感器、储能设备中的潜力。最后，讨论了材料的可持续性问题，包括生命周期评估（LCA）、关键资源的回收再利用技术以及开发环境友好型替代材料的挑战。 总结 《工程材料学导论》力求平衡理论深度与工程实用性，通过对材料结构、性能、加工和应用的系统讲解，使读者能够建立起一套完整的材料思维体系，为未来从事材料研发、产品设计和质量控制工作打下坚实的基础。本书的每一章都配有丰富的案例分析和习题，以巩固学习效果。

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