Physics For Scientists & Engineers Study Guide, Vol 2, 5th Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Brooks Cole

作者:John R. Gordon

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000

价格:USD 46.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780030209734

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《材料科学与工程基础教程：宏观到微观的探索》 本书旨在为有志于深入理解材料科学与工程领域的读者提供一套全面而系统的入门指南。我们跳脱出传统教材中繁杂冗长的理论推导，而是专注于建立清晰的宏观概念，并循序渐进地引导读者探索材料世界的微观奥秘。本书的目标是培养读者对材料性能与其内在结构之间关系的深刻洞察，为他们未来在科研、设计或工程实践中应对复杂挑战奠定坚实的基础。 第一部分：材料的宏观视角——性能的表征与选择 在材料科学与工程的广阔天地中，理解材料的宏观性能是进行材料选择与应用的首要任务。本部分将从工程师和科学家的视角出发，系统地介绍构成材料特性的核心要素。我们并非简单地罗列各种材料的性能指标，而是着力于阐释这些性能是如何被衡量、描述以及它们在实际应用中扮演的角色。 力学性能的基石： 强度、刚度、韧性、硬度、疲劳强度、蠕变。我们将深入探讨这些基本力学性能的定义，以及它们如何影响材料在承受载荷时的行为。通过具体的实例，读者将理解何种材料适用于高强度结构，何种材料需要具备良好的抗冲击能力，以及在高温或长期载荷下材料的变形机制。我们将引入应力-应变曲线作为理解材料塑性变形和断裂行为的关键工具，并讲解如何从曲线上提取重要的力学参数。此外，材料的断裂韧性将作为衡量材料抵抗裂纹扩展能力的指标进行详细介绍，这对于结构设计的安全性至关重要。 热学性能的考量： 热导率、热容、热膨胀系数。在许多工程应用中，材料对热量的传递和储存能力是关键的决定因素。本书将详细解释这些热学参数的物理意义，并通过对不同材料（如金属、陶瓷、聚合物）热学性能的比较，让读者认识到材料在隔热、导热等方面的差异。我们将探讨热膨胀对结构稳定性的影响，以及在温度剧烈变化的复杂环境中，如何选择具备合适热膨胀系数的材料。 电学性能的驱动： 电导率、电阻率、介电常数、击穿电压。电子技术的飞速发展离不开对材料电学性能的深刻理解。本部分将带领读者探索金属的导电机制，半导体的载流子行为，以及绝缘体的电荷阻碍能力。我们将介绍不同材料在电信号传输、能量存储以及绝缘防护等方面的应用潜力，并讨论如何通过材料的设计来优化其电学特性。对于高电压应用，击穿电压的含义及其影响因素将得到重点阐述。 磁学性能的奥秘： 磁导率、磁化强度、剩磁、矫顽力。磁性材料在能源、信息技术和医疗等领域扮演着不可或缺的角色。本书将引导读者了解顺磁性、抗磁性、铁磁性等基本磁学现象，并介绍磁体材料的核心参数，如磁导率如何影响磁场强度，以及剩磁和矫顽力如何决定磁体的储能能力和抗退磁能力。我们将通过实际应用案例，例如电动机、变压器和硬盘驱动器，来展示磁性材料的重要性。 光学性能的视野： 折射率、反射率、透射率、吸收率。材料的光学性能直接决定了其在光学器件、显示技术和照明等领域的应用。我们将探讨光的折射、反射和透射原理，并详细介绍折射率、反射率、透射率和吸收率等关键参数。读者将理解透明材料、半透明材料和不透明材料的构成差异，以及如何利用材料的光学特性实现特定的光学效果。 腐蚀与失效的挑战： 氧化、电化学腐蚀、磨损。材料在服役过程中面临着各种环境挑战，其中腐蚀和磨损是导致材料失效的常见原因。本部分将深入分析不同类型的腐蚀机制，例如氧化腐蚀和电化学腐蚀，并介绍影响腐蚀速率的因素。同时，我们将探讨各种磨损机制，如磨粒磨损、粘着磨损和疲劳磨损，以及它们对材料性能的损害。理解这些失效机制，对于选择耐腐蚀、耐磨损的材料以及设计有效的防护措施至关重要。 第二部分：材料的微观世界——结构与性质的联系 理解材料的宏观性能，最终需要深入到其微观结构。本部分将带领读者从原子、分子到晶体、非晶体的层面，探索材料内部的组织结构，并揭示结构与其宏观性能之间千丝万缕的联系。 原子尺度上的奥秘： 原子结构、化学键。一切材料的性质都源于其最基本的构成单元——原子。我们将从原子结构的基本模型出发，介绍原子核、电子云以及它们的排布方式。重点在于化学键的形成，包括离子键、共价键和金属键，以及范德华力等分子间作用力。读者将理解不同化学键的强度和方向性如何直接影响材料的熔点、硬度和导电性等宏观性质。 晶体结构的世界： 晶格、基元、晶面、晶向。大多数固体材料都呈现出有序的晶体结构。本部分将详细介绍晶格、基元、晶胞等概念，并讲解面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和六方密堆积（HCP）等常见晶体结构的特点。我们将学习如何描述晶面和晶向，并通过这些几何概念来理解材料在不同方向上的性质差异，例如各向异性。 非晶材料的无序之美： 短程有序、长程无序。并非所有材料都拥有规整的晶体结构，非晶材料，如玻璃和某些聚合物，其原子或分子排列缺乏长程的有序性。我们将探讨非晶材料的结构特征，并分析其与晶体材料在力学、热学和光学性能上的显著区别。 缺陷与性能的互动： 点缺陷、线缺陷、面缺陷。在理想的晶体结构中，通常会存在各种各样的原子排列上的缺陷，例如空位、置换原子、间隙原子、位错和晶界。本部分将深入分析这些缺陷的类型、产生原因以及它们对材料性能的巨大影响。例如，点缺陷会影响扩散速率和电学性能；位错是塑性变形的根源，其数量和运动方式决定了材料的强度；晶界则对材料的强度、韧性和电化学性能都有显著影响。 相变与微观结构的演变： 固相、液相、气相。材料会随着温度和压力的变化发生相变。我们将探讨固相、液相和气相等基本相态的特征，以及固-固相变、固-液相变等过程。重点在于相变的微观机制，以及相变对材料组织结构和性能的影响，例如退火、淬火等热处理工艺就是利用相变来改变材料的微观结构和宏观性能。 多相材料的协同效应： 固溶体、复合材料。许多高性能材料是由两种或多种不同相组成的。我们将介绍固溶体，其中一种或多种元素溶解在另一种元素中形成固溶体，以及复合材料，不同组分的协同作用使得整体性能超越各单独组分。通过对这些多相材料的微观结构分析，读者将理解不同相之间的界面如何影响材料的整体性能。 第三部分：材料的制造与加工——从原材料到成品 理解了材料的性能和微观结构，下一步就是如何将原材料转化为具有所需性能的成品。本部分将介绍材料制造与加工中的基本原理和常用工艺。 金属材料的冶炼与成型： 炼钢、铸造、锻造、轧制。我们将追溯金属材料的生产过程，从矿石的提炼到合金的制备。重点介绍铸造、锻造、轧制等经典的金属成型工艺，分析不同工艺对材料微观结构和性能的影响。 陶瓷材料的制备与烧结： 粉末冶金、压制、烧结。陶瓷材料的独特性能使其在高温、耐磨等领域大放异彩。本部分将介绍陶瓷材料的粉末制备、压制成型以及关键的烧结过程，并分析烧结过程中微观结构的变化。 聚合物材料的合成与加工： 聚合反应、注塑、挤出、吹塑。聚合物材料因其轻质、易加工和多样的性能而广泛应用于各个领域。我们将介绍聚合物的合成方法，以及注塑、挤出、吹塑等常见的加工工艺，并探讨这些工艺如何影响聚合物的分子链排列和宏观性能。 表面工程与改性： 涂层、热处理、化学处理。为了提升材料的表面性能，例如耐磨性、耐腐蚀性或导电性，我们经常采用各种表面工程技术。本部分将介绍涂层技术、热处理工艺以及化学表面处理方法，并分析这些技术如何改变材料的表面微观结构和宏观性能。 学习方法与展望 本书采用“宏观入微，联系实际”的学习策略。每章节都力求概念清晰，图文并茂，并辅以丰富的工程实例，帮助读者将抽象的理论知识与实际应用联系起来。鼓励读者在阅读过程中积极思考，主动提问，并尝试将所学知识应用于解决实际问题。 材料科学与工程是一个不断发展的领域，新的材料和新的制造技术层出不穷。本书提供的基础知识将是读者继续深入学习，掌握前沿技术，甚至开创全新材料领域的坚实基石。我们期待本书能够点燃读者对材料世界的探索热情，激励他们成为未来材料科学与工程领域的创新者。

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