Foundations of Materials Science and Engineering pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:McGraw Hill Higher Education

作者:William F. Smith

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2005-09-01

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780071117883

丛书系列:

图书标签:

• 材料科学
• 材料工程
• 材料基础
• 工程材料
• 材料特性
• 材料结构
• 材料性能
• 固态物理
• 金属材料
• 陶瓷材料

材料科学与工程基础：一本探寻物质世界奥秘的入门指南 想象一下，你手中拿着一块晶莹剔透的钻石，它的坚硬和光泽令人惊叹；你乘坐着一架翱翔蓝天的飞机，它的轻盈和强度是无数工程师智慧的结晶；你看着一块薄如蝉翼的屏幕，它将数字世界呈现在眼前，色彩斑斓。这一切的神奇，都离不开材料，离不开对材料科学与工程的深入理解。 《材料科学与工程基础》这本书，并非仅仅是枯燥的理论堆砌，而是一扇通往物质世界无限可能的窗口。它以严谨的学术态度，清晰的逻辑脉络，生动形象的语言，带领读者从微观的原子尺度，逐步深入到宏观的应用层面，揭示材料的构成、性质、加工以及它们如何被巧妙地运用，从而塑造我们所处的现代文明。 第一篇：物质的基石——原子、键合与结构 一切材料的奥秘，都始于最微小的构成单元——原子。本书的第一篇，将为你构建起理解物质最根本的框架。 原子：宇宙的积木：我们将从原子结构的基本原理出发，介绍原子核的组成（质子和中 դրոն），以及电子围绕原子核的运动规律。你会了解到不同元素的原子序数、质量数以及同位素的概念，理解为何原子序数决定了元素的独特性。本书将深入浅出地解释量子力学在原子模型中的应用，例如能级、原子轨道等概念，让你明白电子并非简单的轨道运动，而是存在于概率波中，其行为遵循着独特的量子规则。我们还将探讨原子的大小、电离能、电子亲和能等基本属性，这些属性直接影响着原子之间的相互作用。 化学键：连接万物的纽带：原子并非孤立存在，它们通过化学键相互连接，形成更复杂的结构。本书将详细阐述三种主要的化学键： 离子键：以电子的得失为基础，形成带电荷的离子，并通过静电吸引力结合。你会学习到金属和非金属元素之间如何形成离子键，理解晶体结构中离子排列的规律，例如NaCl的立方结构，以及离子键的强度如何影响材料的熔点、硬度和导电性。 共价键：原子之间通过共享电子对形成。这是许多非金属材料（如金刚石、硅）的核心键合方式。我们将深入探讨共价键的成键方向性，以及由此产生的分子和晶体结构特点，例如四面体结构如何赋予金刚石极高的硬度。还会介绍sp、sp²、sp³杂化轨道理论，解释碳原子如何形成石墨和金刚石不同的结构。 金属键：在金属材料中，最外层电子脱离原子核的束缚，形成自由电子“海洋”，金属离子则在其中相对固定。这种特殊的键合方式解释了金属优异的导电性、导热性和延展性。我们将分析自由电子的性质，以及它如何受到外部电场和热量的影响。 晶体结构：物质的有序之美：大多数固体材料都呈现出高度有序的晶体结构。本书将带你认识几种最常见的晶体结构： 体心立方（BCC）：如铁（α-Fe）在常温下的结构。 面心立方（FCC）：如铝、铜、镍在室温下的结构。 密排六方（HCP）：如镁、锌在室温下的结构。 我们将学习如何用晶格参数、原子堆积密度（APF）、配位数等概念来描述这些结构，并理解不同晶体结构对材料宏观性质（如塑性、强度）的影响。例如，FCC结构中的滑移系更易于滑移，因此通常具有更好的塑性。 非晶态材料：无序中的另一种可能性：并非所有材料都遵循严格的晶体结构。本书还将介绍非晶态材料（如玻璃），阐述其原子排列的无序性，以及这种无序性如何带来与晶体材料不同的性质。 第二篇：材料的灵魂——力学、热学、电学与磁学性质 了解了材料的微观结构，我们就能更好地理解它们宏观表现出的各种奇妙性质。这一篇将是本书的核心，它将深入探讨材料的四大基本性能。 力学性质：承受与变形的艺术：材料在受力时的表现，直接关系到其在工程应用中的可靠性。 弹性与塑性：我们将区分材料在应力移除后能否恢复原状（弹性）和发生永久变形（塑性）。你将学习到应力-应变曲线，理解弹性模量、屈服强度、抗拉强度、断裂韧性等关键参数的含义。 强度与硬度：本书将阐述提高材料强度的途径，例如晶粒细化、固溶强化、沉淀强化和形变强化。硬度作为材料抵抗表面压痕的能力，我们将探讨洛氏硬度、布氏硬度等测试方法。 疲劳与蠕变：在反复应力作用下材料会发生疲劳破坏，而在高温或恒定应力下材料会发生缓慢变形（蠕变）。我们将分析这些失效机制，以及如何通过材料设计和工艺改进来提高材料的抗疲劳和抗蠕变能力。 断裂力学基础：我们会介绍裂纹尖端的应力集中现象，以及断裂韧性这一重要参数，它量化了材料抵抗裂纹扩展的能力。 热学性质：温度与能量的互动：材料如何响应温度的变化，是其在热管理和能量转换领域应用的关键。 热导率：材料传递热量的能力。我们将分析晶格振动（声子）和自由电子在热传导中的作用，以及不同材料（如金属、陶瓷、聚合物）热导率的差异。 比热容：材料吸收或释放单位质量（或摩尔）温度升高（或降低）单位所需的热量。我们将探讨温度对材料比热容的影响。 热膨胀系数：材料在温度变化时体积或长度的变化率。了解热膨胀系数对于设计需要承受温度变化的结构至关重要。 电学性质：电流的流淌与阻碍：电子在材料中的运动，决定了材料的导电性。 导体、半导体与绝缘体：我们将基于能带理论，解释不同材料电子能级结构上的差异，从而理解它们为何表现出截然不同的导电性。 电阻率与电导率：这些参数量化了材料对电流的阻碍或通过能力。我们将探讨温度、杂质以及晶体结构对电阻率的影响。 超导现象：在极低的温度下，某些材料电阻消失，表现出神奇的超导性。本书将简要介绍超导的原理和潜在应用。 磁学性质：磁场的魅影：材料对磁场的响应，在信息存储、电机等领域具有重要意义。 磁畴与磁化：我们将介绍材料内部的磁畴结构，以及在外加磁场作用下材料磁化的过程。 顺磁、反磁与铁磁材料：我们将区分这几种主要的磁性材料，理解它们各自的磁响应特性，例如铁磁材料在外磁场移除后仍能保持磁性。 第三篇：材料的生命周期——制造、加工与选择 了解了材料的性能，我们还需要知道如何制造出这些材料，如何将它们加工成所需的形状，以及如何在众多材料中做出最优的选择。 材料的制备与加工： 冶金过程：对于金属材料，我们将介绍熔炼、铸造、轧制、锻造等基本工艺，以及热处理（退火、淬火、回火）对改善材料性能的作用。 陶瓷制造：陶瓷材料的制备通常涉及粉末冶金，例如球磨、压制、烧结等过程。 聚合物合成与加工：我们将介绍单体的聚合反应，以及挤出、注塑、吹塑等聚合物成型工艺。 半导体材料的制备：例如硅的提纯和晶体生长技术。 材料的失效分析：理解材料为什么会失效，是提高产品可靠性的重要环节。我们将学习如何通过金相显微镜、扫描电子显微镜（SEM）等手段，分析材料的断口形貌，推断失效原因。 材料的选择与应用： 性能与成本的权衡：在实际工程中，材料的选择往往需要在性能、成本、加工性、环保性等多方面进行权衡。本书将提供一些实际的案例分析，帮助读者理解如何根据具体应用需求选择合适的材料。 新型材料的展望：我们将简要介绍一些前沿的材料领域，例如纳米材料、生物材料、智能材料等，展示材料科学与工程不断发展的活力。 结语：材料的力量，塑造未来 《材料科学与工程基础》不仅是一本教科书，更是一份邀请函，邀请你走进材料科学的奇妙世界。从微观的原子尺度到宏观的应用场景，这本书将为你揭示材料背后的科学原理，培养你洞察物质世界本质的能力。无论你是怀揣着对科学探索的热情，还是希望在工程领域有所建树，掌握材料科学与工程的基础知识，都将为你打开一扇通往无限可能的大门。这本书将帮助你理解我们身边的各种物品是如何被制造出来，它们为何具有这样的特性，以及我们如何通过创新性的材料设计，来解决未来面临的各种挑战，从能源危机到环境保护，从医疗健康到太空探索，材料科学与工程都将扮演着至关重要的角色，成为塑造我们美好未来的强大驱动力。

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