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出版者:

作者:赵家齐

出品人:

页数:70

译者:

出版时间:1994-1

价格:8.00元

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isbn号码:9787111044383

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现代材料科学与工程基础 （一本全面覆盖材料特性、制备、性能与应用的深度探索之作） --- 第一部分：材料科学的基石与视角 第一章 材料科学的学科定位与发展脉络 本章旨在为读者构建一个宏大且清晰的材料科学图景。我们将深入探讨材料科学作为一门交叉学科的本质，它如何融合物理学、化学、工程学乃至生物学的原理。内容涵盖从早期金属冶炼到当代纳米结构材料发展的历史沿革，重点剖析20世纪下半叶以来，基于原子结构理解驱动的材料设计革命。我们将详细介绍材料科学研究的基本范式——“结构-性能-加工-性能”闭环理论体系，并阐述当前全球材料研究的前沿热点，如环境可持续性材料、智能材料系统以及极端环境材料的需求驱动。 第二章 晶体结构与缺陷工程 材料的宏观性能与其微观结构息息相关。本章将详尽阐述晶体结构的基本概念，包括布拉维点阵、晶胞、晶体学指标（如Miller指数）的确定与应用。我们不仅会系统介绍体心立方（BCC）、面心立方（FCC）等典型晶体结构，还会深入讲解晶体衍射（X射线、电子束）的原理及其在结构解析中的应用。 尤为重要的是，本章将聚焦于“晶体缺陷”——材料性能的决定性因素。我们将分类讨论点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错的类型、滑移系统）和面缺陷（晶界、孪晶界）的形成机制、运动规律及其对材料力学性能（如强度、韧性）的内在影响。通过理解缺陷工程，读者将掌握如何通过控制微观结构来调控材料的宏观行为。 第三章 电子结构与结合理论 材料的电、磁、光、热性能根植于其电子结构。本章首先从量子力学角度阐释化学键的本质，详细分析离子键、共价键、金属键和范德华力在不同材料体系中的主导作用及对结合能的影响。 随后，我们进入能带理论的深度剖析。本节将系统区分导体、半导体和绝缘体的能带结构特征（价带、导带、禁带宽度），并引入费米能级概念。对于半导体材料，章节将详细探讨本征与掺杂半导体的载流子浓度计算、迁移率以及PN结的形成机理，为后续的电子器件材料学习打下坚实基础。 --- 第二部分：主要材料体系的制备与性能 第四章 金属材料的本构行为与热处理 金属材料因其优异的强度和延展性，在工程中占据核心地位。本章深入探讨金属的变形机制，区分塑性流动与脆性断裂的条件。重点分析加工硬化、蠕变和疲劳的物理本质，并介绍损伤容限设计的基本原则。 热处理是金属性能调控的关键。本章将详细讲解相图（如Fe-C相图）在指导热处理过程中的作用。针对钢铁材料，深入解析退火、正火、淬火和回火等工艺的目的、过程控制（冷却速率）及形成的微观组织（如珠光体、贝氏体、马氏体）的结构特性与力学性能关联。对于铝合金和钛合金等先进结构材料，也将探讨固溶强化和时效强化的机制。 第五章 陶瓷材料的结构、制备与应用 陶瓷材料以其高温稳定性、耐磨性和电绝缘性著称。本章从化学键的角度解释陶瓷材料的高硬度与低延展性。重点讨论陶瓷的晶体结构复杂性（如氧化物、碳化物、氮化物）及其对烧结行为的影响。 制备技术是本章的另一核心。我们将全面介绍传统粉末冶金法、先进的溶液法（溶胶-凝胶法）以及快速成型技术（如3D打印）在制备高致密、高性能陶瓷件中的应用。同时，对结构陶瓷（如SiC、ZrO2）和功能陶瓷（如压电陶瓷、铁电陶瓷）的特定性能及其工程挑战进行深入分析。 第六章 高分子材料的链结构与力学响应 高分子材料（聚合物）因其轻质、易加工和可设计性强而日益重要。本章首先关注聚合物的分子结构特征，包括单体、聚合度、拓扑结构（线型、支化、交联）以及链的构象和构型。 聚合物的性能与其形态密切相关。本节将深入分析结晶度、玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）的测定方法及其对材料柔性和强度的影响。力学性能方面，本章将详细阐述粘弹性理论，介绍蠕变和应力松弛现象，并对比热塑性塑料和热固性塑料在加工和使用过程中的差异。 --- 第三部分：功能材料与前沿探索 第七章 半导体与电子/光电子材料 本章聚焦于信息技术核心——半导体材料。在电子结构的基础上，本节将详细阐述掺杂对载流子浓度的精确调控，分析迁移率的温度依赖性。重点剖析砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）等 III-V 族半导体的特性及其在高速电子器件中的优势。 在光电子领域，我们将探讨半导体发光原理（直接带隙与间接带隙的差异），深入分析LED和激光二极管的工作机制，包括量子效率和辐射复合过程。对于太阳能电池材料（如晶体硅、钙钛矿），本章将评估其光电转换效率的限制因素。 第八章 磁性材料与电磁学基础 本章解释材料的磁性源于电子的自旋和轨道运动。我们将系统分类介绍抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。重点解析铁磁材料中的磁畴结构、磁滞回线（矫顽力、剩磁、饱和磁化强度）的形成及其对应用的影响。 针对工程需求，本章将深入探讨软磁材料（用于变压器、电感器）和硬磁材料（用于永磁器件）的设计原则。同时，介绍新型磁性材料如铁氧体、稀土永磁材料（NdFeB）以及自旋电子学（Spintronics）的基础概念。 第九章 复合材料与结构设计 复合材料是解决单一材料性能局限的有效途径。本章将复合材料按照基体（金属、陶瓷、聚合物）和增强相（纤维、颗粒、层状结构）进行分类。 重点分析纤维增强复合材料（如碳纤维、玻璃纤维增强环氧树脂）的力学性能预测模型，特别是关于各向异性行为的分析方法。本章将涵盖界面结合对整体性能的关键作用，并探讨层压板的失效模式（如分层、纤维断裂）及其在航空航天结构设计中的应用考量。 --- 第四部分：材料的服役环境与可持续性 第十章 材料的腐蚀与防护 材料在服役环境中会经历各种劣化过程，其中电化学腐蚀是金属材料面临的主要挑战。本章详细阐述腐蚀的热力学和动力学基础，区分阳极反应和阴极反应。深入分析不同类型的腐蚀（均匀腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂SCC、晶间腐蚀）。 针对性的防护技术将是本章的实践重点，包括阴极保护法、缓蚀剂的应用，以及表面工程技术，如电镀、热喷涂和化学气相沉积（CVD）在提高材料耐腐蚀性方面的作用。 第十一章 材料的表征技术概论 材料的性能验证依赖于精确的表征手段。本章不会涉及具体的工艺指导，而是提供一个全面的技术概览。内容包括：宏观力学性能测试（拉伸、冲击、硬度）、微观形貌分析（扫描电子显微镜SEM与透射电子显微镜TEM的基本成像原理与信息提取）、成分分析（能谱EDS、X射线光电子能谱XPS）以及热分析技术（差热分析DTA、热重分析TGA）在确定材料相变和稳定性中的应用。 第十二章 材料的可持续性与循环经济 面对资源短缺与环境压力，材料的可持续性已成为核心议题。本章探讨“摇篮到坟墓”到“摇篮到摇篮”的转变。内容涵盖生命周期评估（LCA）的基本方法论，用于量化材料从原材料获取到最终处理对环境的影响。重点讨论先进的材料回收技术（如湿法冶金、高效分离技术），以及生物基材料和可降解聚合物的研发进展，旨在指导工程师在材料选择时纳入环境足迹的考量。

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这本书在内容组织的逻辑性上，展现出一种高度的结构化思维，这对于一个需要面对复杂系统性工程的读者来说，是极其重要的品质。它不是简单地罗列各种制造工艺，而是遵循了一条从宏观到微观，从材料准备到最终检验的完整脉络。最初几章奠定了基础——材料的选择与预处理，这些内容详细到了不同热处理工艺对晶粒结构的影响；随后，它自然而然地过渡到成形技术，从切削到非切削的每一个环节，都安排得错落有致，就像是一条规划得极佳的工厂物流链。最让我欣赏的是，它似乎预设了读者在实践中可能遇到的所有“陷阱”，并在专门的章节中进行了预警和解决策略的提供。比如，在讲解焊接残余应力的控制时，它不仅列出了常用的应力消除方法，还详细对比了每种方法的适用温度范围和对邻近区域热影响区的敏感程度。这种“知无不言，言无不尽”的编排方式，使得读者在研读任何一个章节时，都能将其置于整个产品生命周期的坐标系中去理解，而不是孤立地看待某个工序。这种全局观的培养，是任何优秀的工程指导书的精髓所在。

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这本书的语言风格，用一个词来形容，就是“老派的严谨与准确”，但绝非枯燥乏味，而是达到了一种对专业术语的精妙掌控。它不像某些教材那样，堆砌大量晦涩难懂的理论公式，而是非常注重将理论与实际操作中的“为什么”紧密结合起来。举例来说，当讲解某一特定加工方法的刀具选择时，它不会简单地告知“选用XX材料”，而是会深入剖析不同材料在特定切削速度和进给量下的微观摩擦特性，以及这对最终零件表面粗糙度和尺寸精度产生的累积效应。这种层层递进的叙述方式，极大地增强了知识的穿透力。我注意到，书中对“公差与配合”的阐述尤其独到，作者似乎在用一种近乎哲学辩论的方式，探讨制造误差的不可避免性和在系统集成中的容忍策略，这远超出了普通设计指导书的范畴。阅读过程中，我时不时会停下来，思考书中提出的那些开放性问题——比如在面对新材料和新工艺的交叉点时，应如何快速建立一套可行的工艺路线图。这本书提供的不是标准答案，而是一套经过时间检验的思考框架和方法论，对于提升读者的工程直觉具有不可估量的价值。

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这本书的装帧设计真是充满了复古的工业风情，封面那种略带磨砂质感的深灰色纸张，配上那种仿佛从老旧图纸上拓印下来的白色字体，立刻就让人联想到了车间里忙碌的场景和精密仪器的冰冷光泽。我特别喜欢它内页纸张的选择，那种微微偏黄的米白色，看起来非常柔和，长时间阅读也不会像那种刺眼的纯白纸张一样让人眼睛疲劳。而且，书中那些工艺流程图和剖面示意图的绘制质量简直是教科书级别的标准，线条清晰、标注精准，即便是对机械制造流程了解不深的人，也能通过那些图示迅速建立起对复杂工序的宏观认知。特别是提到一些关键设备的结构解析部分，作者显然是花了大量心思去捕捉那些微妙的几何关系和力学平衡点，让人在翻阅时，仿佛能听到齿轮咬合的低沉轰鸣。虽然我这次接触这本书并不是直接为了完成某个具体的课程设计任务，但仅仅是浏览它的目录和部分章节的排版，就已经让我对整个机械制造领域的严谨性和系统性有了更深一层的敬畏感。这本书的整体气质是那种沉稳、可靠，充满了技术底蕴的，绝不是市面上那些浮于表面的“速成指南”能比拟的。

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这本书在深度和广度上的平衡把握得非常出色，体现了作者深厚的行业积累和对教学本质的理解。它的“广度”体现在对现代制造技术涵盖的全面性上，从经典的铣削、车削，到近年来快速发展的增材制造（3D打印）在模具制造中的应用，都有涉及，绝非固步自封于传统的机加工范畴。而它的“深度”则体现在对细节的处理上，作者似乎有着一种偏执的追求，要求读者必须理解每一个参数背后的物理意义。我特别注意到了其中关于“柔性制造系统（FMS）”与“计算机数控（CNC）编程”结合的部分，它没有停留在软件功能介绍的层面，而是深入探讨了如何通过优化后处理程序来减少机床的非生产性时间，这对于理解智能制造的实际效率提升点至关重要。这种对前沿技术和经典理论的有机融合，使得这本书即便在几年后依然具有强大的参考价值，它像是一座桥梁，连接了扎实的工程基础与面向未来的自动化生产模式。它鼓励读者去质疑和探索，而不是被动接受既定流程。

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总的来说，这本书给我的感觉是一种非常难得的“知识密度”和“可操作性”的完美结合。它不是那种只适合在图书馆里束之高阁的理论大全，而是真正可以放在工作台边随时翻阅的实用手册。我惊喜地发现，书中穿插了大量的“案例分析”，这些案例似乎都源自于真实的工业生产现场，而不是虚构出来的理想化场景。例如，某个零件的尺寸波动问题，书中详细记录了从现场测量数据采集、误差源头追溯（是夹具松动还是进给系统反向间隙过大），到最终工艺参数修正的全过程。这种“问题-分析-解决”的叙事结构，极大地提升了学习的代入感和解决实际工程问题的信心。对于一个期望将课堂知识转化为实际生产力的工程技术人员而言，这种详实而贴近现实的指导，比任何空洞的口号都要宝贵得多。这本书无疑已经成为了我个人专业工具库中，值得被反复查阅的核心参考资料之一，它的价值体现在每一个被精确标注的数值和每一个被逻辑严谨论证的步骤之中。

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