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出版者:Wiley

作者:Claus Borgnakke

出品人:

页数:912

译者:

出版时间:2008-8-4

价格:USD 174.14

装帧:Hardcover

isbn号码:9780470041925

丛书系列:

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好的，以下是一本名为《材料科学与工程基础》的图书简介，内容详尽，力求自然流畅： 材料科学与工程基础 内容简介 《材料科学与工程基础》 是一本旨在为读者构建坚实材料学理论基础与工程应用视野的综合性教材。本书紧密围绕现代工程对材料性能的深刻理解和创新需求展开，系统阐述了从原子结构到宏观性能，再到材料加工与服役的完整链条。全书内容涵盖了金属、陶瓷、高分子以及复合材料四大主要材料大类的基本原理，并深入探讨了材料设计、制备与性能评价的关键技术。 本书结构严谨，逻辑清晰，特别注重理论深度与工程实践的有机结合。它不仅是大学本科生学习材料科学导论课程的理想选择，同样适用于需要快速掌握材料学核心知识的研究生、工程师以及相关领域的专业技术人员。 --- 第一部分：材料的微观结构与基本概念 本部分奠定了材料科学的理论基石，详细介绍了决定材料宏观性能的微观因素。 第一章：材料科学导论与基本分类 本章首先界定了材料科学在现代工业中的核心地位，阐述了材料的四个基本属性（结构、性能、加工性、服役性）之间的相互关系。随后，对无机材料（金属、陶瓷）、有机材料（高分子）以及新兴的复合材料和智能材料进行了全面概览，为后续深入学习设定了清晰的知识框架。 第二章：原子结构与化学键 深入探讨了原子（电子壳层结构、轨道杂化）如何决定元素的化学性质。重点分析了主要的化学键类型——离子键、共价键、金属键以及范德华力，并解释了这些键的强度和方向性如何影响材料的晶体结构和力学行为。本章通过对比不同键合类型的材料实例，强化了“结构决定性能”的根本原理。 第三章：晶体结构与晶体缺陷 这是材料结构分析的核心章节。详细介绍了晶体结构的基本描述方法，包括晶胞、晶面指数（密勒指数）和晶向指数。对体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和六方密堆积（HCP）等常见金属晶体结构进行了几何分析。随后，系统阐述了晶体缺陷的类型及其对材料性能的决定性影响，包括点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、堆垛层错）。对位错理论的阐述，为理解金属塑性变形机制埋下伏笔。 第四章：非晶态结构与化学热力学基础 本章聚焦于非晶态材料（如玻璃、许多高分子）的短程有序特征。同时，引入了材料科学所需的热力学基础知识，包括相图理论的初步概念、吉布斯自由能、相平衡条件以及相变驱动力。理解热力学平衡态是预测材料稳定性和指导热处理工艺的前提。 --- 第二部分：材料的结构与性能关系 本部分是连接微观结构与宏观性能的桥梁，聚焦于材料在不同载荷和环境下的响应机制。 第五章：金属的形变与强化机理 本章详述了金属材料的塑性变形机制，核心是位错的运动。详细分析了滑移、孪晶等变形模式。在此基础上，系统介绍了实现金属强化的主要工程手段：固溶强化、加工硬化（形变强化）、晶粒细化强化（Hall-Petch关系）以及沉淀强化。通过对这些机制的剖析，读者可以掌握如何通过控制微结构来设计特定强度的金属合金。 第六章：金属的断裂、疲劳与蠕变 本章探讨了材料失效的三个主要模式。断裂力学部分引入了裂纹扩展的概念，解释了韧性断裂和脆性断裂的区别，并阐述了应力强度因子和断裂韧性的概念。疲劳部分分析了循环载荷下材料的寿命预测，包括S-N曲线的应用和疲劳裂纹的萌生与扩展。蠕变则关注材料在高温、恒定载荷下的时间依赖性变形，这对航空航天和能源设备的设计至关重要。 第七章：陶瓷材料的结构与性能 陶瓷材料因其离子键和共价键特征，具有高硬度、耐高温、电绝缘性强等特点。本章重点分析了陶瓷的离子结构、晶格缺陷（电荷补偿机制），以及玻璃化转变和烧结过程。特别强调了陶瓷材料固有的脆性特征及其对断裂韧性的影响，并介绍了提高陶瓷韧性的先进方法。 第八章：高分子材料的结构与特性 本章专注于聚合物的独特性质。从单体结构到链的形成，详细讨论了聚合物的分子量、分子量分布、拓扑结构（线性、支化、交联）。重点分析了高分子的粘弹性行为、玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm），以及如何通过结晶度控制其力学性能和老化特性。 --- 第三部分：材料的相变、动力学与热处理 本部分聚焦于材料随时间和温度变化的演化过程，以及如何通过热处理来调控材料性能。 第九章：扩散与相变动力学 本章深入探讨了材料内部原子迁移的基本机制——扩散。分析了菲克第一定律和第二定律，区分了晶内扩散和晶界扩散。在此基础上，引入了相变动力学概念，解释了成核与长大过程，并使用经典的C-C-T曲线（等温转变曲线）来预测钢在不同冷却速率下的微观组织演化。 第十/十一/十二章：热处理工艺详解（针对钢铁材料的重点应用） 这三章将热处理技术提升到工程实践层面。 第十章：退火与正火： 分析了消除内应力、细化晶粒、改善加工性的退火工艺，以及通过正火获得的均匀细化珠光体组织。 第十一章：淬火与回火： 详述了马氏体转变的无扩散特性、无剪切变形特征，以及淬火过程中应力产生的原因。随后，重点阐述了回火的三个阶段，解释了回火如何通过析出碳化物来提高淬火马氏体的韧性。 第十二章：相图在合金设计中的应用： 结合二元和三元相图（特别是Fe-C相图），演示如何利用相图指导合金的加热温度、保温时间，以及预测最终的微观组织。 --- 第四部分：材料的加工、性能评价与新兴材料 本部分面向工程应用，涵盖了材料的制备、性能测试方法，并展望了未来材料的发展方向。 第十三章：材料的制备与成型工艺 本章介绍了几种主要的材料加工方法。金属的塑性成型（锻造、轧制、挤压），铸造技术（砂型铸造、压铸），以及粉末冶金技术。对于陶瓷和高分子，则涵盖了烧结、注塑、挤出等关键工艺，强调了成型过程对最终产品性能的直接影响。 第十四章：材料性能的测试与表征 详细介绍了用于量化材料性能的常用实验方法。包括：静态力学性能测试（拉伸、压缩、硬度）、动态性能测试（冲击试验）、无损检测技术（超声波、射线检测）以及微观结构表征（光学显微镜、扫描电子显微镜SEM、透射电子显微镜TEM）。 第十五章：导电、磁学与光学性能基础 本章拓宽了材料的应用视野，从电学角度区分了导体、半导体和绝缘体的能带结构差异。探讨了金属的电阻率、半导体的掺杂机制。磁学方面，分析了磁畴、居里温度以及软磁和硬磁材料的应用。光学性能则关注材料对光的吸收、透射和反射特性。 第十六章：复合材料与功能材料概览 作为对传统三大材料的补充，本章引入了复合材料的概念，重点分析了增强体（纤维、颗粒）和基体（金属、聚合物、陶瓷）的界面作用，以及各向异性的设计原理。最后，对近年来快速发展的智能材料（如形状记忆合金、压电材料）进行了简要介绍，展望了材料科学在未来工程中的无限潜力。 本书特色： 1. 结构与性能的紧密联系： 始终围绕“结构决定性能”这一核心思想展开论述。 2. 工程实例丰富： 每章均配有来源于实际工程问题的案例分析，使理论知识更具应用价值。 3. 图表清晰准确： 大量使用高质量的结构示意图、相图和实验曲线，辅助理解复杂的微观机制。 4. 深度适中： 理论推导严谨，但避免了过度深奥的数学证明，确保本科阶段学生能够有效掌握。

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