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出版者:冶金工业出版社

作者:郭汉杰编

出品人:

页数:251

译者:

出版时间:2004-8

价格:30.0

装帧:平装

isbn号码:9787502435240

丛书系列:

图书标签:

• 冶金物理化学
• 物理化学
• 冶金
• 材料科学
• 化学工程
• 金属材料
• 热力学
• 相图
• 电化学
• 腐蚀

《材料科学基础导论：从原子尺度到宏观性能》 内容简介： 本书旨在为材料科学领域的初学者提供一个全面而深入的入门指导。我们将带领读者从微观的原子结构出发，逐步理解材料的组织、性能以及它们之间错综复杂的关系。本书并非一本孤立的教材，而是力求成为读者探索更广阔材料科学世界的起点，点燃他们对这一迷人学科的好奇心与求知欲。 第一部分：材料的微观世界——原子、键合与晶体结构 本部分是理解材料性能的基石。我们将首先回顾原子结构的基本概念，包括原子核、电子层、轨道以及量子力学的初步引入，为理解原子间的相互作用奠定基础。 原子结构与电子排布： 深入探讨不同元素的原子结构如何决定其化学性质，特别是外层电子在化学键形成中的关键作用。我们将介绍周期表，并解释原子半径、电负性等重要参数的意义。 化学键的种类与性质： 详细阐述四种主要的化学键——离子键、共价键、金属键和范德华力。我们将分析不同键合类型在形成材料时产生的独特性能差异，例如离子晶体的硬度和脆性，共价键材料的高熔点和导电性，金属键材料的导电性和延展性，以及范德华力在分子材料中的作用。 晶体结构基础： 介绍晶体的概念，以及原子在三维空间中的规则排列。我们将详细讲解常见的晶体结构，如面心立方 (FCC)、体心立方 (BCC) 和六方密堆积 (HCP) 等，并解释晶格、晶面、晶向的概念。通过学习如何描述和理解晶体结构，读者将能够预测材料在不同方向上的性质差异。 非晶态材料： 与晶体材料相对，我们将介绍非晶态材料（玻璃、聚合物等）的原子排列特点，并初步探讨其与晶体材料在结构和性能上的区别。 第二部分：材料的组织——缺陷、扩散与相变 材料的性能并非仅仅由其理想的晶体结构决定，材料内部的缺陷、原子的迁移以及相的变化同样至关重要。 晶体缺陷： 深入分析不同类型的晶体缺陷，包括点缺陷（空位、填隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、堆垛层错）。我们将详细解释这些缺陷如何影响材料的力学性能（如强度、塑性）、扩散速率以及电子和光学性能。位错理论将是本部分的重点，它直接关联到金属的塑性变形机制。 原子扩散： 探讨原子在固态材料中迁移的机制，主要包括填隙扩散和空位扩散。我们将介绍菲克定律，并讨论温度、缺陷浓度以及扩散路径对扩散速率的影响。扩散在热处理、合金化以及器件制造等过程中扮演着不可或缺的角色。 相与相图： 引入“相”的概念，并解释不同相在材料内部共存时的状态。我们将学习如何读取和理解二元相图，包括液相线、固相线、共晶点、共析点等关键特征。相图是指导合金设计和热处理工艺的重要工具，它揭示了不同组分和温度下材料所形成的稳定相。 固态相变： 讨论在温度变化过程中发生的相变，如重结晶、晶粒长大、沉淀相析出等。我们将初步介绍相变动力学，并解释相变对材料微观结构和宏观性能的影响。 第三部分：材料的宏观性能——力学、电学、磁学与热学 在理解了材料的微观结构和组织后，本部分将重点探讨这些因素如何决定材料在各种外部条件下的宏观表现。 力学性能： 详细介绍材料在受力作用下的响应，包括弹性、塑性、强度、硬度、韧性、疲劳和蠕变。我们将通过应力-应变曲线来分析材料的力学行为，并结合前面章节介绍的晶体结构和缺陷理论，解释这些性能的微观起源。例如，位错运动如何导致塑性变形，晶界如何阻碍位错运动从而提高强度。 电学性能： 探讨材料的导电性、绝缘性以及半导体特性。我们将介绍金属导体的电子导电机制，绝缘体的电子结构特征，以及半导体材料的能带理论和载流子行为。这部分内容将为理解电子器件和能量传输设备打下基础。 磁学性能： 介绍不同类型的磁性材料，包括顺磁性、抗磁性、铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性。我们将讨论磁畴、磁畴壁以及磁滞回线等概念，并解释磁性材料在信息存储、电机和传感器等领域的应用。 热学性能： 探讨材料的热传导、热膨胀以及比热等热学性质。我们将介绍晶格振动（声子）在热传导中的作用，并讨论热导率、热膨胀系数等参数对材料在热环境下的表现的影响。 第四部分：材料的制备与加工 材料性能的实现离不开有效的制备和加工技术。本部分将对一些常见的材料制备和加工方法进行概览。 固态成型： 介绍铸造、锻造、轧制、挤压等将熔融或固态材料塑造成所需形状的工艺。 粉末冶金： 讲解通过粉末压实和烧结制备金属和陶瓷零件的方法。 薄膜制备： 概述物理气相沉积 (PVD) 和化学气相沉积 (CVD) 等用于制备薄膜材料的技术。 热处理： 回顾并强调退火、淬火、回火等热处理工艺对材料组织和性能的调控作用。 第五部分：材料的应用与发展趋势 在掌握了材料的基本原理后，本部分将引导读者将知识应用于实际，并展望材料科学的未来。 典型材料及其应用： 介绍一些重要的工程材料，如金属合金（钢、铝合金）、陶瓷材料、聚合物材料、复合材料等，并结合其结构和性能特点，阐述其在各个领域的广泛应用。 新材料的探索： 简要介绍一些前沿材料领域，如纳米材料、智能材料、生物材料、能源材料等，激发读者对未来材料发展的兴趣。 可持续材料与环境影响： 讨论材料的生命周期评价，以及开发环保型材料和循环利用技术的重要性。 学习目标： 通过学习本书，读者将能够： 理解材料基本结构单元（原子、分子）如何构成宏观材料。 掌握描述材料微观结构（晶体结构、缺陷）的关键概念。 阐述材料的微观结构如何决定其宏观性能。 初步了解材料的制备和加工工艺。 对材料科学的广阔前景和应用领域产生浓厚兴趣。 本书采用清晰的语言和丰富的插图，力求将复杂的概念以易于理解的方式呈现。每个章节都包含思考题和习题，帮助读者巩固所学知识，并鼓励他们独立思考和解决问题。本书适合化学、物理、工程科学等相关专业的本科生、研究生，以及对材料科学感兴趣的广大科技工作者阅读。它将为您打开一扇通往材料世界的大门，为您在后续更深入的学习和研究中打下坚实的基础。

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这本书的阅读体验简直是一场思想的探索之旅。它并没有将冶金过程的各个方面割裂开来，而是用一套统一的物理化学框架将它们紧密地串联起来。我特别欣赏作者在讲解过程中展现出的那种对事物本质的探究精神。比如，在讨论反应速率时，它不仅仅停留在简单的阿伦尼乌斯方程上，而是深入探讨了催化剂表面的吸附和解吸过程，甚至还提到了量子力学在反应机理中的作用，这极大地拓宽了我的视野。对于那些看似枯燥的理论推导，作者也处理得相当巧妙，总能找到一个生动的类比或者一个巧妙的简化，使得原本高深的理论变得触手可及。我感觉自己不仅仅是在学习一门课程，更像是在跟随一位经验丰富的大师，逐步揭开冶金世界深层的奥秘。这本书的语言风格非常凝练且富有启发性，读完一个章节，常常会引发我对后续研究方向的思考，让人感到意犹未尽。

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这本书的深度和广度都达到了一个令人敬佩的高度。它在基础理论的阐述上扎实稳健，毫不含糊，但在涉及前沿和交叉学科领域时，又展现出极强的穿透力。我记得有段关于固态反应动力学的讨论，作者引入了晶界扩散和体扩散的竞争模型，这在很多同类书籍中是很少被如此细致地剖析的。更让我惊喜的是，作者似乎对不同学科间的联系有着独到的见解，比如将材料科学中的形核理论与冶金中的液相分离现象联系起来讨论，这种跨界思维极大地激发了我的好奇心。阅读这本书的过程，就像是进行了一次高强度的智力训练，它要求你不仅要理解“是什么”，更要深究“为什么”以及“如何应用”。对于任何想要在冶金领域深耕的人来说，这本书无疑是奠定坚实基础、迈向更高研究层次的必备之作。它所传达的知识体系的完整性和逻辑的严密性，让人深感震撼。

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坦白说，刚开始我对是否能完全掌握这本书中的内容感到一丝担忧，毕竟涉及的知识点非常广泛且深入。然而，实际阅读下来，我发现作者的叙述方式极具亲和力，这得益于其精妙的结构设计。书中的每一章都像是一个精心设计的迷宫，但每当你感到迷失时，总能找到清晰的指引。特别是那些需要大量计算的部分，作者总是会事先给出一个清晰的步骤分解和逻辑框图，这对于我这种习惯于结构化思考的人来说，简直是福音。我尤其喜欢它在处理复杂系统时的那种化繁为简的能力，比如在描述熔渣体系的电化学行为时，作者巧妙地运用了电势图和活度系数的概念，使得原本混沌不清的体系变得井井有条。这本书的排版也让人赞叹，字体的选择、行距的控制，都体现了对读者阅读舒适度的极致追求。这绝不是那种应付了事的教材，它散发着一种对知识的敬畏和对读者的尊重。

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这本书给我的感觉是，它不仅仅是一本工具书，更像是一位耐心的导师。它在讲解过程中，总是能预判到读者可能会在哪里产生困惑，并提前给出解答或更深入的探讨。例如，在介绍扩散理论时，它不仅详细阐述了菲克定律，还花了相当大的篇幅去讨论温度梯度、浓度梯度耦合作用下的非稳态扩散问题，这种对细节的关注，体现了作者深厚的学术功底和教学经验。我注意到，书中的例题设计得非常巧妙，它们不是简单地套用公式，而是往往包含着对某一特定冶金工艺流程的微缩模拟，这使得学习过程变得异常生动和具有实践意义。与我过去阅读的几本偏重理论而缺乏实际联系的著作相比，这本书无疑是更胜一筹。它成功地架起了一座连接基础物理化学理论与复杂冶金工程实践的坚实桥梁，让人感觉所学非虚，学有所用。

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这本书拿到手的时候，我就被它厚重的质感和严谨的排版吸引了。首先映入眼帘的是精美的插图和清晰的图表，这对于理解那些抽象的物理化学概念实在太重要了。我记得我以前看过的几本相关教材，总是把复杂的公式堆砌在一起，让人看了就头疼，但这本书显然在这方面下了不少功夫。它不仅仅是罗列公式，更注重解释这些公式背后的物理意义和化学原理，这让我在学习过程中感到思路清晰，不再是死记硬背。特别是关于相图的部分，作者用非常直观的方式将复杂的温度、压力、组分关系呈现在读者面前，即便是初次接触这个领域的读者也能很快领会其精髓。而且，书中的案例分析非常贴近实际生产和科研中的问题，这让我立刻意识到了理论知识的实际应用价值，学习的动力也随之大大增强。这本书的编排逻辑也非常流畅，从基础的热力学讲起，逐步深入到动力学和电化学等更复杂的领域，过渡自然，层层递进，让人感觉每一步学习都是稳扎稳打的。

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