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出版者:大連理工大學

作者:趙傑編

出品人:

頁數:302

译者:

出版時間:2010-3

價格:35.00元

裝幀:

isbn號碼:9787561154397

叢書系列:

圖書標籤:

材料科學
材料基礎
工程材料
材料性質
材料結構
金屬材料
高分子材料
陶瓷材料
復閤材料
材料應用

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具體描述

《材料科學基礎》內容簡介：為瞭適應教育國際化趨勢的發展需要，培養具有國際閤作意識、國際交流與競爭能力的人纔，我國的許多高校開始在課程教學中實施雙語教學。由於英語已經成為最重要的國際通用語言，國際上重要的科學技術成果大多首先以英文齣版，因此，加強在專業課程中的英語學習，對於較快地學習和掌握發達國傢的先進科學知識和科學技術，適應學生走嚮國際化的進程是必要的。由於學生外語水平的參差不齊，環境配套設施、教材以及師資的因素，對如何實施雙語教學一直有各種觀點。我們認為學生對專業知識的掌握和理解是第一位的，不能一味強調英語授課的比重，這可能最終以降低或損傷學科教學質量為代價。作為雙語教學諸多方法中的一個層次的嘗試，我們認為教學過程中漢語的講授是必要的，需要盡可能地營造英語的氛圍，使程度高的同學能藉助這一平颱達到更高的水平，而程度較差的同學也能通過這一過程感受到外語的環境，感受到外語在專業中的重要性，提高外語學習的主動性和積極性。

為配閤這一目的，《材料科學基礎》力求在專業知識的介紹中穿插英文的內容。除瞭提供大部分專業詞匯的英文名稱外，書中的例題采用英文形式。在一些章的後麵，提供瞭與相關章節內容緊密相關的英文短文。這些短文都是在權威書刊上精選的內容，使學生在熟悉專業詞匯、科技英語錶達方式的同時，對所學知識也是一個補充和強化。同時在章節中的相關地方給齣瞭材料科學重要人物等的英文介紹，希望學生在提高英文閱讀水平的基礎上，對於材料人文有更多的瞭解，並藉此為進入材料科學的廣闊空間打開一扇窗戶。

《物質的秘密：一場穿越原子與結構的奇妙旅程》在這本引人入勝的探索之旅中，我們將一同揭開物質世界的深層奧秘。從構成我們周圍一切的微觀粒子，到塑造宏觀世界的壯麗結構，本書將帶領您進行一場前所未有的認知冒險。我們不再滿足於僅僅認識桌子、椅子、河流或天空的錶麵現象，而是要深入其本質，理解它們為何以這樣的形態存在，又為何能夠承受或改變。第一章：萬物之基石——原子探秘我們從最基本、最微小的構成單元——原子開始。什麼是原子？它真的是不可分割的嗎？我們將追溯原子模型的演變曆程，從古希臘哲學傢模糊的猜想到現代量子力學精密的描述。瞭解原子核的構成，質子和中子的力量如何維係著原子結構的穩定；探索電子圍繞原子核運動的奇妙規律，它們並非在固定的軌道上運行，而是以概率雲的形式存在，這種不確定性恰恰是物質多樣性的根源。我們將詳細講解原子序數、原子量這些基本概念，它們如何決定元素的身份及其在元素周期錶中的位置。您將驚嘆於元素周期錶並非簡單的列錶，而是一個蘊含著深刻規律的宇宙地圖，揭示瞭元素之間的相互關聯和演變趨勢。掌握瞭原子層麵的知識，就如同掌握瞭構建物質世界的萬能鑰匙，為理解更宏觀的現象打下堅實基礎。第二章：原子之間的舞蹈——化學鍵與分子世界孤立的原子並非物質的常態，它們傾嚮於通過化學鍵相互連接，形成韆變萬化的分子。本章將深入剖析不同類型的化學鍵：離子鍵：探索電子的轉移如何在金屬和非金屬原子之間建立起強大的靜電吸引力，形成穩定的離子化閤物，如食鹽（NaCl）那樣堅硬且晶瑩的結構。理解離子鍵的形成條件及其在無機物世界中的重要作用。共價鍵：揭示電子的共享如何將非金屬原子緊密地結閤在一起，形成如水（H₂O）、甲烷（CH₄）等構成生命體和有機物質的基本單元。我們將探討單鍵、雙鍵、三鍵的區彆，以及它們對分子形狀和性質的影響。金屬鍵：解釋金屬元素中，自由電子的“海洋”如何將金屬原子束縛在一起，賦予金屬特有的導電性、導熱性和延展性。理解金屬鍵的獨特性質，以及它如何塑造瞭我們日常生活中的金屬器具。氫鍵：這一相對較弱但至關重要的相互作用，將揭示水分子之間為何擁有如此高的沸點，以及它在生物大分子（如DNA、蛋白質）三維結構維持中的關鍵作用。通過對這些化學鍵的深入理解，您將能夠解釋為何有些物質易溶於水，有些則不溶；為何有些物質熔點高，有些則熔點低；為何有的物質會發生劇烈反應，有的則相對穩定。我們將進入一個由無數分子組成的龐大而精妙的世界，感受原子組閤的無限可能。第三章：宏觀結構的奧秘——晶體與無定形物質當大量的原子或分子按照特定的方式排列時，便形成瞭宏觀物質的結構。本章將帶領您領略兩種截然不同的物質形態：晶體世界：探索晶體內部原子或分子排列的高度有序性，形成規則的幾何外形。我們將介紹常見的晶體結構，如麵心立方、體心立方等，並解釋為何這些有序排列能夠賦予晶體獨特的物理性質，如各嚮異性（不同方嚮上的性質不同）。您將瞭解寶石為何閃耀，石英為何堅硬，以及金屬為何能夠被加工成各種形狀。我們將深入研究晶體缺陷，這些看似“不完美”的存在，卻往往是影響材料性能的關鍵因素。無定形物質的自由：對比晶體，無定形物質（如玻璃、橡膠）的原子或分子排列則顯得雜亂無章。我們將探討這種無序性如何導緻其性質的各嚮同性（各個方嚮的性質相同），並解釋玻璃為何透明且易碎，橡膠為何具有彈性。我們將揭示無定形物質在日常生活中的廣泛應用，從建築材料到日常用品。理解晶體結構是掌握陶瓷、金屬閤金、半導體等許多重要材料性質的基礎。而對無定形物質的認識，則能幫助我們理解高分子材料、復閤材料等現代科技領域的核心。第四章：物質形態的變幻——相變與熱力學物質並非一成不變，它能夠以不同的形態存在，並在特定條件下發生轉變。本章將圍繞“相變”這一核心概念展開：固、液、氣三態的轉換：詳細解析加熱或冷卻如何影響物質內部粒子間的相互作用力，驅動其從固態、液態到氣態的轉變。我們將理解熔點、沸點、凝固點這些關鍵溫度點背後的微觀機製，以及為什麼水在零攝氏度結冰，在一百攝氏度沸騰。相圖的語言：介紹相圖這一強大的工具，它能夠直觀地展示物質在不同溫度和壓力下的穩定相，以及發生相變的條件。您將學會如何解讀相圖，理解單一物質是否存在多種固態形式，以及它們之間的轉換過程。熱力學的視角：引入熱力學的基本原理，如能量守恒和熵增定律，來解釋物質相變的方嚮和驅動力。我們將理解為什麼自然界傾嚮於嚮能量更低、更混亂的狀態發展，以及相變過程中能量的吸收與釋放。對相變的理解，是理解冶金過程、材料加工、甚至是天氣變化等現象的關鍵。它揭示瞭物質在不同環境下的行為邏輯。第五章：影響物質的無形之手——電、磁與光物質的性質不僅僅取決於其原子結構和排列，還與其對外在電、磁、光等場的作用息息相關。本章將探討這些“無形之手”如何塑造物質的麵貌：電學性質：深入分析物質的導電性、絕緣性、半導性。我們將解釋自由電子或離子的運動如何決定物質是否能夠導電，以及不同材料為何在電路中扮演著不同的角色。理解半導體的特殊性，以及它如何成為現代電子技術的核心。磁學性質：揭示物質的磁性來源——電子的自鏇和軌道運動。我們將區分順磁性、抗磁性和鐵磁性，理解為何有些材料能夠被磁化，並解釋磁性材料在信息存儲、電機等領域的重要應用。光學性質：探討光與物質的相互作用。我們將理解光的吸收、反射、摺射、散射等現象，以及它們如何決定瞭物體的顔色、透明度、光澤。認識不同材料對光的選擇性吸收能力，是理解光學器件、甚至生物視覺的基礎。掌握瞭電、磁、光與物質的相互作用，我們纔能理解通信技術、能源技術、顯示技術等眾多現代科技的原理。結語：走嚮未知的未來《物質的秘密》並非止步於已知的知識，它更是一扇通往未來的窗戶。我們所探索的物質科學基礎，是理解和創造新材料的基石。從高性能閤金到智能材料，從生物兼容材料到納米材料，所有這些激動人心的發展，都離不開對物質本質的深刻洞察。本書旨在為您提供一個全麵而係統的物質世界認知框架，讓您能夠以全新的視角觀察和理解我們身邊的世界。每一次的材料創新，每一次的工藝進步，都源於對這些基本原理的掌握與運用。希望通過這場穿越原子與結構的奇妙旅程，激發您對物質科學的無限好奇，並為探索更廣闊的科學前沿播下希望的種子。

著者簡介

圖書目錄

第一部分晶體學基礎第1章原子結構與結閤鍵(Atomic Structure and.Interatomic Bonding) 1.1 原子結構(Atomie Structure) 1.1.1 原子的內部結構(Inner Structures of Atoms) 1.1.2 元素周期錶(The Periodic Table) 1.1.3 原子的電負性(E1ectronegativity of Atoms) 1.1.4 原子的電離能(Ionization Energy of an Atom) 1.1.5 電子親和能(Electron Affinity Energy) 1.2 原子間的結閤鍵(Interatomic Bonding) 1.2.1 原子結閤鍵的本質(Nature of Atomic Bonding) 1.2.2 離子鍵(Ionic Bonding) 1.2.3 共價鍵(Covalent Bonding) 1.2.4 金屬鍵(Metallic Bonding) 1.2.5 範德瓦耳斯鍵(Van der Waals Bonding) 1.2.6 氫鍵(Hydrogen Bonding) 第2章晶體結構(Crystal Structures) 2.1 晶體學基礎(Fundamental Concepts) 2.1.1 空間點陣和晶胞(Space Lattice and Unit Cell) 2.1.2 晶嚮指數和晶麵指數(Indices of Crystallographic Orientations and Planes) 2.1.3 晶體投影(Crystal Projection) 2.1.4 倒易點陣(Reciprocal Lattiee) 2.2 純金屬的晶體結構(Crystal Structures of Pure Metals) 2.2.1 三種典型的金屬晶體結構(Three Typical Metallic Crystal Structures) 2.2.2 點陣常數與原子半徑(Lattice Constant and Atomic Radius) 2.2.3 晶體中原子堆垛方式與間隙(Atomic Packing and Interstices) 2.2.4 多晶型性(Polymorphism) 2.3 閤金相的晶體結構(Crystal Structures of Alloys) 2.3.1 固溶體(Solid Solution) Z.3.2 中間相(Intermediate Phases) 2.4離子晶體的結構(Ionic Crystal Structures) 2.4.1 離子晶體的結構規則(Structure Rules of Ionic Crystals) 2.4.2 典型離子晶體結構(Typical Ionic Crystal Structures) 2.5 共價晶體的結構(Covalent Crystal Structures) 2.6 材料結構的測定(Measurement of Material Structures) Reading Material 1 Crystal Structure 第3章非晶和準晶體結構(Amorphous and Quasicrystal Structures) 3.1 非晶體的結構(Amorphous Structure) 3.1.1 非晶閤金的形成(Formations of Amorphous Alloys) 3.1.2 非晶閤金的結構(Structures of Amorphous Alloys) 3.1.3 非晶閤金的性能(Properties of Amorphous Alloys) 3.2 準晶的結構(Quasicrystal Structure) 3.2.1 準晶的結構(Quasicrystal Structure) 3.2.2 準晶的形成與性能(Formations and Properties of Quasicrystals) 第4章晶體缺陷(Crystal Defects) 4.1 引言(Introduction) 4.2 點缺陷(Point Defect) 4.2.1 金屬中的點缺陷(Point Defects in Metals) 4.2.2 陶瓷中的點缺陷(Point Defects in Ceramics) 4.2.3 固體中的雜質(Impurities in Solids) 4.2.4 聚閤物中的點缺陷(Point Defects in Polymers) 4.3 位錯(Dislocation) 4.3.1 位錯的結構特徵(Structure of Dislocations) 4.3.2 柏氏矢量(Burgers Vector) 4.4 麵缺陷(Planar Defects) 4.4.1 外錶麵(Surface) 4.4.2 晶界(Grain Boundary) 4.4.3 孿晶界(Twin Boundary) 4.4.4 相界(Interface，Phase Boundary) 4.4.5 其他麵缺陷(0ther Planar Defects) 4.5 體缺陷(Bulk Defects) 4.6 原子振動(Atomic Vibration) Reading Material 2 Crystal Defects 習題第二部分形變及強化基礎第5章位錯基礎知識(Fundamentals of Dislocation) 5.1 位錯應力場(Stress Field of Dislocation) 5.1.1 刃型住錯的應力場(Stress Field of Edge Dislocation) 5.1.2 螺型住錯的應力場(Stress Field of Screw Dislocation) 5.2 位錯的能量及綫張力(Strain Energy and Line Tension of Dislocations) 5.3 位錯的運動及所受的力(Dislocation Movement and Force on Dislocation) 5.3.1 位錯的滑移(Slip of Dislocation) 5.3.2 位錯的攀移(Climb of Dislocation) 5.3.3 位錯所受的力(Force on Dislocation) 5.4 位錯間的相互作用(Interaction between Dislocations) 5.4.1 平行住錯間的彈性相互作用(Elastic Interaction between Parallel Dislocations) 5.4.2 相交住錯間的相互作用(Interaction between Crossing Dislocations) 5.5 位錯與錶麵的相互作用(Interaction between Dislocation and Surface) 5.6 位錯的增殖(Generation of Dislocations) 5.7 位錯的運動速度(Velocity of Dislocation Movement) 5.8 實際晶體中的位錯(Dislocation in Real Crystal) 5.8.1 堆垛層錯(Stacking Fault) 5.8.2 分位錯(Partial Dislocation) 5.8.3 擴展住錯(Extended Dislocation) 第6章材料的變形(Deformation of Materials) 6.1 彈性變形(Elastic Deformation) 6.2 塑性變形(Plastic Deformation) 6.2.1 滑移(Slip) 6.2.2 孿生(Twinning) 6.2.3 扭摺(Kink) 6.3 多晶體塑性變形(Plastic Deformation of Polycrystalline) 6.3.1 多晶體塑性變形行為(Plastic Deformation of P01ycrystalline) 6.3.2 晶粒大小對塑性變形的影響(Effect of Grain Size) 6.4 固溶體閤金的變形(Plastic Deformation of Solid Solution Alloy) 6.5 多相閤金塑性變形(Plastic Deformation of Heterogeneous Alloy) 6.5.1 復閤型閤金的塑性變形(Plastic Deformation of Polyphase Alloy) 6.5.2 彌散強化閤金變形(Plastic Deformation of Precipitation Strengthening Alloy) 6.6 加工硬化(Work Hardening) 6.7 屈服現象及應變時效(Yielding and Strain Aging) 6.7.1 屈服現象(Yielding) 6.7.2 應變時效(Strain Aging) 6.8 塑性變形中材料組織性能的變化(Evolution of Mierostructure and Propertyduring Plastic Deformation) 6.8.1 晶粒組織變化(Development of Grains) 6.8.2 位錯亞結構的變化(Development of Sub-Structure) 6.8.3 變形織構(Deformation Texture) 6.8.4 殘餘應力(Residual Stress) Reading Material 3 Deformation Modes 第7章迴復與再結晶(Recovery and Recrystallization) 7.1 概述(Introduction) 7.1.1 組織的變化(Microstructural Evolution) 7.1.2 性能的變化(Property Evolution) 7.2 迴復(Recovery) 7.2.1 迴復機理(Recovery Mechanism) 7.2.2 迴復動力學(Recovery Kinetics) 7.3 再結晶(Recrystallization) 7.3.1 再結晶的形核及長大(Nucleation and Growth during Recrystallization) 7.3.2 再結晶動力學(Recrystallization Kinetics) 7.3.3 再結晶溫度(Recrystallization Temperature) 7.3.4 再結晶後的晶粒大小(Grain Size after Rcrystallization) 7.4 再結晶後的晶粒長大(Grain Growth after Recrystallization) 7.4.1 正常晶粒長大(Normal Grain Growth) 7.4.2 異常晶粒長大(二次再結晶)(Abnormal Grain Growth，Secondary RecrystaIlization) 7.4.3 再結晶織構與退火孿晶(Recrystallization Texture and Anealling Twin) 7.5 動態迴復和再結晶(Dynamic Recovery and RecrystalIization) 7.5.1 動態迴復(Dynamic Recovery) 7.5.2 動態再結晶(Dynamic Recrystallization) 7.5.3 組織與性能的變化(Evolution of Microstructures and Properties) 7.5.4 超塑性(Superplasticity) Reading Material 4 Recovery，Recrystallization and Grain Growth 習題二第三部分相圖及相變基礎第8章二元相圖(Binary Phase Diagrams) 8.1 相圖基礎知識(Fundamental Concepts of Phase Diagrams) 8.1.1 相平衡和相律(Phase and Phase Equilibrium and Phase Rule) 8.1.2 相圖(Phase Diagrams) 8.1.3 相圖的實驗測定方法(Measurement for Phase Diagrams) 8.1.4 杠杆定律(Lever Rule) 8.2 相圖的熱力學基礎(Thermodynamics of Phase Diagrams) 8.2.1 固溶體自由能一成分麯綫(Free Energy-Composition Curve of Solid Solution) 8.2.2 多相平衡的公切綫原理(Common Tangent Line for Multi—Phase Equilibrium) 8.2.3 從自由能一成分麯綫推測相圖(Prediction of Phase Diagrams based on Free Energy-Composition Curve) 8.2.4 二元相圖的幾何規律(Geometric Principles of Phase Diagrams) 8.3 二元相圖(Binary Phase Diagrams) 8.3.1 勻晶相圖(Isomorphous Phase Diagrams) 8.3.2 共晶相圖(Eutectic Diagrams) 8.3.3 包晶相圖(Peritectic Phase Diagrams) 8.3.4 復雜二元相圖的分析方法(Analysis for Complex Binary Diagrams) 8.4 二元相圖分析實例——鐵碳相圖(The Iron-Iron Carbide Phase Diagram) 8.4.1 鐵碳二元閤金中的相(The Phases in Fe-C Binary Alloy) 8.4.2 鐵碳相圖(The Iron-Iron Carbide Phase Diagram) 8.5 相圖的應用(Applications of Phase Diagrams) Reading Material 5 Introduction to Alloy Phase Diagrams 第9章三元相圖 (Ternary Phase Diagrams) 9.1 三元相圖基礎(Fundamentals for Ternary Diagrams) 9.1.1 三元相圖的特點(Characteristics of Ternary Diagrams) 9.1.2 三元相圖成分錶示方法(Plotting Compositions on a Ternary Diagrams) 9.1.3 杠杆定律及重心定律(Lever Rule and Gravity-Center Rule) 9.2 三元勻晶相圖(Ternary Isomorphous Diagrams) 9.2.1 相圖分析(Specification of Phase Diagrams) 9.2.2 固溶體的凝固過程(Solidification of Ternary Solid Solution) 9.3 三個共晶型二元係構成的三元相圖(Ternary Phase Diagrams bv Three Eutectic Binary Systems) 9.3.1 組元在固態完全不溶(Negligible Solubilities of the Components) 9.3.2 組元在固態有限溶解(Limited Solubilities of the ComponentS) 9.4 三元包晶相圖(Ternary Peritectie Phase Diagrams) 9.5 三元相圖實例(Examples of Ternary Phase Diagrams) 9.5.1 三元相圖的分析方法(Specification of Ternary Phase Diagrams) 9.5.2 三元相圖舉例(Examples of Typical Ternary Phase Diagrams) 第10章材料的凝固(Solidification of Materials) 10.1 材料凝固的基本規律(Basic Rules of Solidification) 10.1.1 液相結構(Structure of Liquid) 10.1.2 凝固的熱力學條件(Thermodynamics of Solidification) 10.1.3 結晶的一般規律(General Rule of Crystallization) 10.1.4 金屬玻璃(Metal Glasses) 10.2 凝固時的形核(Nucleation of Crystals from a Melt) 10.2.1 均勻形核(Homogeneous Nucleation) 10.2.2 非均勻形核(Heterogeneous Nucleation) 10.3 晶體的長大(Growth of Crystals from the Liquid Phase) 10.3.1 晶體生長的動態過冷度(Dynamic Supercooling) 10.3.2 固液界麵結構(The Nature of the Solid—Liquid Interface) 10.3.3 液體中的溫度分布及晶體生長方式(Temperature Distribution and Crystal Growth) 10.4 固溶體的凝固(Solidification of Solid Solution) 10.4.1 固溶體結晶特點(crystallization in Solid Solution) 10.4.2 固溶體的平衡凝固(Equilibrium Freezing in Solid Solution) 10.4.3 固溶體的非平衡凝固(Non-Equilibrium Freezing in Solid Solution) 10.4.4 成分過冷(Constitutional Supercooling) 10.4.5 區域熔煉(Zone Melting or Zone Refining) 10.5 共晶體的凝固(Eutectic Freezing) 10.5.1 共晶體的形成(Formation of Eutectic Alloy) 10.5.2 共晶體的分類及形態(Types of Eutectic Structures) 10.6 鑄錠組織(Microstructure of Casting Ingot) 10.6.1 鑄錠的典型組織(Typical Structure of Casting Ingot) 10.6.2 鑄錠組織的控製(Control of Microstructure in Casting Ingot) 10.6.3 鑄錠的缺陷(Defects in Casting Ingot) Reading Material 6 Solidification Structures of Steel 第11章固態擴散(Solid Diffusion) 11.1 擴散現象(Diffusion Phenomena) 11.2 擴散定律(Diffusion Laws) 11.2.1 菲剋第一定律(Fick’s First Law) 11.2.2 菲剋第二定律(Fick’s Second Law) 11.3 擴散定律的應用(Applications of Diffusion Laws) 11.3.1 穩態擴散(Steady—State Diffusion) 11.3.2 非穩態擴散(Nonsteady-State Diffusion) 11.3.3 擴散係數的測定(Measurement of Diffusion Coefficient) 11.4 擴散機理(Diffusion Mechanisms) 11.4.1 置換固溶體擴散機製(Diffusion Mechanisms in Substitutional Solid Solution) 11.4.2 間隙固溶體擴散機製(Diffusion Mechanisms in Interstitial Solid Solution) 11.4.3 短路擴散(Short Circuit Diffusion) 11.5 柯肯達爾效應和達肯方程(Kirkendall Effect and Darken Equation) 11.5.1 柯肯達爾效應(Kirkendall Effect) 11.5.2 達肯方程(Darken Equation) 11.6 擴散過程中的微觀理論(Microscopic Theory of Diffusion) 11.6.1 原子跳躍與擴散係數(Atom Jump and Diffusion Coefficient) 11.6.2 擴散係數與擴散激活能(Diffusion Coefficient and Activation Energy) 11.7 擴散的熱力學分析(Thermodynamics of Diffusion) 11.8 反應擴散(Reaction Diffusion) 11.9 擴散的影響因素(Influence Factors of Diffusion) 11.9.1 溫度(Temperature) 11.9.2 晶體結構(Crystal Structures) 11.9.3 晶體缺陷(Crystal Defects) 11.9.4 化學成分(Chemical Composition) 11.9.5 外場(External Fields) Reading Material 7 Diffusion in Metals and Alloys 習題三附錄附錄1 元素周期錶附錄2 元素的負電性附錄3 原子和離子半徑中英文對照錶參考文獻
· · · · · · (收起)