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《现代材料科学与工程导论》 作者： [此处可填写真实作者姓名或机构名称] 出版社： [此处可填写真实出版社名称] 定价： [此处可填写真实定价] ISBN： [此处可填写真实ISBN] --- 内容简介： 一、 宏大叙事：材料的发现、演化与未来 本书旨在为读者提供一个全面、深入且极具前瞻性的现代材料科学与工程学导论。我们生活在一个由材料定义的时代，从智能手机的微芯片到翱翔天际的复合材料结构，材料的性能直接决定了技术进步的边界。本书摒弃了传统教材中孤立介绍单一材料的刻板结构，而是采用一种跨学科、系统化的方法，构建起材料的“微观-介观-宏观”三维认知框架。 全书伊始，我们追溯了人类文明史与材料的共生关系，从石器时代的岩石到青铜器时代的合金，再到现代基于量子力学设计的超材料。这种历史性的视角有助于读者理解材料科学并非凭空产生，而是对自然界基本规律的深刻洞察与工程实践的有机结合。 二、 结构决定性能：微观层面的深度剖析 本书的核心竞争力在于其对材料内部结构的精细描绘。我们深入探讨了固体材料的晶体结构（面心立方、体心立方、六方最密堆积等）及其缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）如何支配宏观力学、电学和热学性质。 晶体学基础与衍射技术： 详细介绍了X射线衍射（XRD）在确定晶体结构和取向上的应用，并结合透射电子显微镜（TEM）的图像分析，展示原子尺度的真实形貌。 化学键合与能带理论： 阐释了离子键、共价键、金属键和范德华力如何塑造不同材料（导体、半导体、绝缘体）的电子特性。深入浅出地讲解了能带理论，特别是掺杂对半导体导电性的影响机制，为理解现代电子器件奠定坚实基础。 热力学与相图： 详细解读了相律、吉布斯自由能以及多组分合金的相图（如铁碳相图、双元系合金图），这是预测材料在不同温度和压力下稳定性的关键工具。 三、 性能的塑造与调控：从热处理到先进制造 材料的性能并非固定不变，而是可以通过工程手段进行主动调控的。本书的第二大部分聚焦于如何通过工艺优化来“设计”出具有特定性能的材料。 塑性变形与强化机制： 详述了位错运动在金属塑性变形中的核心作用。系统梳理了各种强化技术，包括固溶强化、晶粒细化强化（Hall-Petch关系）、形变强化以及沉淀强化（如时效处理）。这些机制的理解对于结构件的可靠性设计至关重要。 热处理工艺的精髓： 深入分析了退火、正火、淬火、回火等关键热处理过程对微观组织和力学性能的复杂影响。特别关注了马氏体转变的非扩散性特征及其在高性能工具钢中的应用。 表面工程与涂层技术： 探讨了如何通过热喷涂、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等技术，在保持基体韧性的同时，赋予材料优异的耐磨损、耐腐蚀或导电特性。 四、 现代材料家族的崛起：功能与高性能材料 本书紧跟材料科学的前沿发展，专门开辟章节系统介绍新一代高性能材料及其颠覆性应用。 先进陶瓷与复合材料： 探讨了氧化物、非氧化物陶瓷（如碳化硅、氮化硅）的超高硬度、耐高温性。重点分析了纤维增强复合材料（如碳纤维增强环氧树脂，CFRC）的各向异性力学行为，以及层合板的失效模式分析。 聚合物科学的深化： 不仅限于介绍常见塑料，更深入研究了高分子链的拓扑结构、玻璃化转变温度（Tg）的影响因素，以及高性能工程塑料（如PEEK）在航空航天领域的应用。 智能与响应性材料： 详细介绍了形状记忆合金（SMA）、压电材料、磁致伸缩材料以及相变材料的工作原理，展示了它们在传感器、执行器和自修复结构中的巨大潜力。 五、 结构可靠性与失效分析 材料工程的最终目标是确保结构的安全与持久。本书的最后一章将理论知识转化为实际的应用能力。 断裂力学基础： 引入线弹性断裂力学（Griffith理论、Irwin模型），量化裂纹扩展的驱动力（应力强度因子 $K$ 和裂纹阻力曲线 $R$）。讨论了韧性断裂与脆性断裂的区别。 疲劳与蠕变： 阐述了循环载荷下的材料损伤累积机制，包括低周疲劳（Basquin关系）和高周疲劳（S-N曲线的适用范围）。分析了高温下材料的蠕变过程及其对长期服役安全的影响。 失效模式诊断： 通过大量的真实案例分析，指导读者如何利用扫描电镜（SEM）观察断口形貌（如疲劳辉纹、韧性核、准静态断裂面），从而准确判断结构失效的根本原因。 目标读者： 本书适合于机械工程、航空航天工程、土木工程、材料科学与工程等理工科专业本科生及研究生作为核心教材，也适合于从事相关工程设计、研发和质量控制工作的专业技术人员作为深入参考读物。它不仅教授“是什么”，更强调“为什么”和“如何做”。通过本书的学习，读者将建立起从原子到宏观应用的全方位材料认知体系，能够以更科学、更可靠的方式进行材料选择与结构设计。
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