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isbn号码:9787810215138

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现代材料科学导论 书籍简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代材料科学基础知识体系，覆盖从原子尺度到宏观性能的广阔领域。它不仅仅是一本教科书，更是一本引导读者理解和应用材料科学原理，以应对当前工程挑战和未来技术需求的工具书。 第一部分：材料科学基础 第一章：材料科学概论与原子结构 本章首先界定材料科学的范畴及其在现代社会中的核心地位，强调其跨学科的本质。随后深入探讨材料的微观结构基础。我们将详细解析原子尺度的键合类型，包括离子键、共价键、金属键和范德华力，分析不同键合性质对材料宏观性能的决定性影响。晶体结构部分将涵盖晶格、晶胞、布拉维晶系以及密堆积结构（FCC、BCC、HCP），并引入晶体缺陷的概念——点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）。位错理论的深入阐述，特别是其在材料塑性变形中的作用，是理解金属力学性能的关键。 第二章：晶体衍射与微观结构表征 本章聚焦于如何“看清”材料的内部结构。重点介绍X射线衍射（XRD）的基本原理，包括布拉格定律的应用，以及如何利用XRD确定晶体结构、晶格常数和晶粒尺寸。此外，还将详述电子显微镜技术，包括透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）的工作原理、图像形成机制以及它们在揭示晶体缺陷、相界和界面结构方面的强大能力。能量色散X射线谱（EDS）和波长色散X射线谱（WDS）在元素分析中的应用也将被详细讨论。 第三章：热力学与相变动力学 材料的稳定性和其随温度、压力和成分变化的趋势由热力学决定。本章系统阐述热力学基本定律在材料体系中的应用，重点关注吉布斯自由能、化学势的概念及其在相平衡分析中的作用。重点解析相图，特别是二元和三元相图的解读方法，例如杠杆原理和反杠杆原理。相变部分将深入探讨相变的驱动力与速率，引入成核与长大理论，这是理解材料凝固、析出和扩散过程的基础。 第二部分：结构与性能的关联 第四章：金属材料 金属是工程中最常用的材料类别。本章首先从电子结构角度解释金属的优异导电性和延展性。接着，详细分析加工硬化、回复、再结晶等热机械过程对金属微观结构和力学性能的演变。重点讲解各种热处理工艺，如退火、正火、淬火和回火，如何调控铁碳合金（钢）的微观结构（铁素体、奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体）及其对应的强度、韧性组合。非铁金属合金，如铝合金、铜合金和钛合金的特定应用及其强化机制也将被覆盖。 第五章：陶瓷材料 陶瓷以其优异的耐高温性、化学稳定性和硬度著称。本章首先介绍陶瓷的离子性和共价性键合特征，以及由此带来的高硬度和脆性。将详细讨论晶体结构、晶格缺陷（如施托伊基奥米缺陷）对电学和热学性能的影响。重点关注先进陶瓷的制备工艺，包括粉末冶金、烧结技术（液相烧结、固相烧结）及其对最终密度的控制。陶瓷的断裂韧性提升方法，如引入第二相颗粒或纤维增强，是本章的重要研究内容。 第六章：高分子材料 高分子材料（聚合物）的性能与其长链结构和分子间作用力密切相关。本章解析聚合物的结构特征，包括分子量、分子量分布、链构型和拓扑结构。深入探讨粘弹性行为，这是理解聚合物在不同温度和应变速率下动态响应的基础。本章将分类讨论热塑性塑料和热固性塑料的特性、加工方法以及常见的增塑、稳定和阻燃技术。交联密度对热固性树脂的机械性能和溶胀行为的影响将被量化分析。 第七章：复合材料 复合材料通过结合两种或多种不同材料的优点来获得单一材料无法比拟的综合性能。本章系统分类介绍不同类型的复合材料，包括颗粒增强、纤维增强（短纤维、连续纤维）和结构复合材料。重点分析纤维增强复合材料的各向异性特性，并引入经典层合板理论（Laminate Theory）来预测板件在受力下的宏观响应，包括铺层设计对刚度和强度的影响。碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维的特性及其在先进结构中的应用案例将贯穿本章。 第三部分：性能与应用 第八章：电学与磁学材料 材料的电子结构决定了其导电性。本章基于能带理论，详细区分导体、半导体和绝缘体的能带结构差异。对于半导体，将深入探讨本征半导体、N型和P型掺杂的机理，以及PN结的形成和基本工作原理。在磁性材料方面，本章解释抗磁性、顺磁性和铁磁性的微观起源，并剖析磁畴、磁滞回线、居里温度等关键概念。先进磁记录材料和软/硬磁铁的性能优化将作为实际应用案例。 第九章：热学与光学材料 本章探讨材料的热输运和光辐射响应。热学部分侧重于晶格振动（声子）在热传导中的作用，分析晶体结构和缺陷如何影响热导率。同时，也将介绍热电材料的塞贝克效应和热电优值（ZT）的计算与提升策略。光学材料部分则关注光与物质的相互作用，包括吸收、透射和反射的机理。讲解透明度、折射率、双折射性等光学参数，并讨论其在光学器件如透镜、光纤和光电器件中的应用。 第十章：材料的可靠性与失效分析 理解材料的失效模式是确保工程结构安全的关键。本章深入剖析材料的力学可靠性问题。首先讨论疲劳断裂，包括S-N曲线的建立、裂纹萌生和扩展的机制，以及断裂韧性的量化评估（KIC）。其次是蠕变——材料在高温和恒定应力下随时间发生的塑性变形。本章还将系统介绍腐蚀科学的基础，包括电化学腐蚀的机理，以及应力腐蚀开裂（SCC）和氢脆等环境影响下的失效模式。失效分析将结合实际案例，指导读者如何利用断口形貌分析来判定失效原因。 第十一章：材料的加工与制造技术 成功的材料应用离不开高效和精确的制造技术。本章覆盖了从基础成型到先进制造的广泛工艺。金属的铸造、塑性加工（轧制、锻造、挤压）将从材料流变学的角度进行分析。对于陶瓷和粉末材料，烧结过程的控制至关重要。本章还将重点介绍增材制造（3D打印）技术，如选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM），探讨其对材料微观结构和残余应力的独特影响，以及如何利用这些技术开发具有复杂内部结构的定制化部件。 结语：展望未来材料科学 本书最后展望了材料科学的前沿领域，包括纳米材料（量子点、纳米线）、智能材料（形状记忆合金、压电材料）和生物材料。强调材料设计正从“试错法”向基于第一性原理计算的“材料基因组计划”转变，为读者指明了未来研究和创新的方向。

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内容编排的逻辑性，是我对这本书最感到困惑的一点。它似乎更倾向于“知识点的堆砌”，而非“系统的知识构建”。比如，它可能在第三章详细讲解了不可压缩流动的基本方程，但在后续关于边界层理论的讨论中，却突然插入了一大段关于数值计算方法的介绍，然后又跳回到湍流模型的基础假设上。这种东拉西扯的叙事方式，使得读者很难建立起一个清晰的学科脉络。我阅读时总是感觉像在走迷宫，不确定上一个章节的知识点究竟将导向何方。一个好的教材应该像一条铺设好的高速公路，知识点之间有着清晰的连接和引导，让读者可以平稳、快速地驶向最终目标。然而，这本书更像是一条布满岔路口和修路段的乡间小道，每一步都需要我停下来，反复查阅目录和索引，以确认自己是否走错了方向。这种内在的结构松散，极大地削弱了其作为一本主要参考书的价值。

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我对书中某些关键概念的深度和广度感到非常不满足。它似乎停留在了一个非常基础的、几乎是本科一年级入门的水平，对于任何一个想深入研究流体力学应用（比如CFD模拟或复杂外形设计）的工程师或研究生来说，这本书提供的知识深度远远不够。它只是蜻蜓点水般地介绍了理论框架，但对于如何处理实际工程中的非理想情况，比如强烈的非定常效应、复杂的化学反应流或者多相流体现象，几乎没有涉及。我需要的是那种能让我理解“为什么”以及“如何解决实际问题”的深入探讨，而不是仅仅罗列出经典的纳维-斯托克斯方程。当我对某个特定现象产生疑问时，翻遍全书也找不到深入的分析或高级的修正模型。这使得这本书很快就失去了作为进阶参考的价值，更像是一本为了应付期末考试而准备的“速成小抄”，缺少了学术的深度和探索性。

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这本书的语言风格实在是太**枯燥**了，简直就像是在啃一本字典。我花了整整一个下午，才啃完了前三章，感觉脑子都要被那些密密麻麻的公式和定义给塞满了。说实话，如果不是我工作上确实需要用到这本书里的知识，我可能早就把它束之高阁了。作者似乎完全没有意识到，即便是严肃的工程学科，也需要一些引人入胜的叙述方式来抓住读者的注意力。比如，书中对“雷诺数”的解释，虽然从数学上讲是准确无误的，但读起来就是让人昏昏欲睡，完全没有那种“啊哈！原来是这么回事”的顿悟感。我更希望看到的是，作者能用一些生动的工程案例，比如飞机机翼上的气流分离，或者管道系统中的压力损失，来串联起这些理论概念。这样，即便是初学者，也能更容易地理解这些抽象的物理过程。现在这本书给我的感觉，更像是一份严谨的、但缺乏灵魂的参考手册，对于提升阅读兴趣和学习效率，帮助确实有限。它更像是为已经对这门学科了如指掌的专家准备的，对我们这些需要从零开始搭建知识框架的读者来说，门槛实在太高了。

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这本书的排版和图示设计，简直是一场视觉上的灾难。我简直不敢相信在21世纪，还能看到如此过时的印刷质量和布局。很多关键的流场示意图，线条模糊不清，标注密密麻麻，经常需要我戴上老花镜才能辨认清楚那些箭头和符号的指向。更令人抓狂的是，很多公式的推导过程被压缩在了极小的空间里，导致中间的逻辑跳跃非常大，读者不得不自己去脑补很多关键的代数或微分步骤。这对于依赖视觉辅助来理解复杂物理过程的读者来说，是致命的缺陷。我真希望编辑部能够重新审视一下这本书的制作标准。想象一下，如果每一张图都能清晰地展示出物理现象的本质，配上简洁明了的色彩编码，阅读体验将会提升多少！现在，我常常需要在书本和网络上寻找更高清的对比图来辅助理解书中的概念，这极大地浪费了我的时间。这本书的内容本身或许扎实，但其载体——这本书的物理形态，却严重拖了后腿，让人感到极度不耐烦。

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这本书的习题设计，简直是对读者耐心和智商的双重考验，而且是负面的考验。绝大多数习题都是那种标准的、代入数值就能得到答案的“套路题”，缺乏对物理直觉和问题解决能力的真正锻炼。它们仅仅是重复了课本例题的变种，解题过程几乎不需要思考，只要机械地套用公式即可。真正有价值的、需要读者自己去建立模型或进行批判性分析的综合性习题，少得可怜。我期待的是那种能让我花上几个小时去构思解题路径、去权衡不同物理假设合理性的挑战。相反，我得到的却是大量只需要五分钟就能完成的、重复劳动式的计算练习。这不仅不能巩固知识，反而会让人对学习过程产生抵触情绪，因为它强调了计算的机械性，却忽略了工程科学的核心——如何提出正确的问题并找到创新的解决方案。这本书的习题部分，是其整体学习体验中最平庸、最令人失望的一环。

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