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建筑施工项目材料管理，ISBN：9787112092574，作者：卜一德
《材料科学与工程导论》 内容概要 《材料科学与工程导论》是一本面向初学者的综合性教材，旨在系统介绍材料科学与工程领域的基础知识、核心概念、研究方法和发展前沿。本书从宏观到微观，从基础理论到实际应用，全面阐述了材料的结构、性能、加工和应用之间的相互关系，为读者构建一个完整的材料科学知识体系。 第一章 材料世界的奥秘：认识我们身边的材料 本章将带领读者走进丰富多彩的材料世界，从日常生活中常见的材料入手，引发对材料科学的兴趣。我们将探讨材料在人类文明发展中的重要作用，例如石器时代、青铜时代、铁器时代的变迁，以及现代社会中高性能材料如何推动科技进步，如航空航天、电子信息、新能源等领域。通过生动的案例和直观的图示，本章将揭示材料并非一成不变，而是具有丰富内在规律的学科。 第二章 材料的微观世界：原子、分子与晶体的秘密 深入到材料的微观层面，本章将介绍构成物质最基本单元——原子和分子的概念。我们将学习原子的结构，包括质子、中子、电子及其排布方式，以及化学键的类型，如离子键、共价键、金属键和范德华力，并理解这些键如何决定材料的结合方式。 接着，本书将重点介绍晶体结构。我们将学习什么是晶体，晶体的基本单元——晶胞，以及常见的晶体结构，如面心立方（FCC）、体心立方（BCC）、六方密堆积（HCP）等。通过对晶体结构的深入理解，读者将为后续学习材料的宏观性能打下坚实基础。我们将利用三维模型和可视化工具，帮助读者清晰地认识这些抽象的微观结构。 第三章 材料性能的解析：从结构到性能的桥梁 本章是连接材料微观结构和宏观性能的关键。我们将系统介绍材料的各种基本性能，包括： 力学性能： 强度、硬度、韧性、塑性、弹性模量、疲劳强度、断裂韧性等。我们将讨论这些性能如何受材料的成分、结构和加工工艺的影响。例如，为何一些金属材料能够承受巨大的拉力，而另一些则易碎。 热学性能： 热导率、热膨胀系数、比热容等。这些性能在隔热、导热材料的设计中至关重要。 电学性能： 电导率、电阻率、介电常数、半导体特性等。我们将区分导体、绝缘体和半导体的根本差异，并介绍它们在电子器件中的应用。 磁学性能： 磁导率、磁化强度、矫顽力等。我们将介绍不同类型的磁性材料及其在磁记录、电机等领域的应用。 光学性能： 透光率、反射率、折射率、吸光性等。这些性能决定了材料的光学特性，如透明度、颜色、光泽等。 化学性能： 腐蚀性、氧化性、化学稳定性等。我们将讨论材料在不同化学环境下的行为，以及如何选择耐腐蚀材料。 本章将通过大量图表和实验数据，清晰地展示材料的性能指标，并分析影响这些性能的关键因素。 第四章 材料的分类与应用：金属、陶瓷、聚合物与复合材料 基于前几章的理论基础，本章将对主要的材料类别进行详细介绍，并探讨它们在各个领域的广泛应用： 金属材料： 包括纯金属、合金。我们将介绍常见金属合金的组成、性能特点和应用，如钢铁、铝合金、铜合金等，以及它们在建筑、交通、机械制造等领域的突出贡献。 陶瓷材料： 包括氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷等。我们将探讨陶瓷材料的高温稳定性、硬度和耐腐蚀性，以及它们在航空航天、电子、医疗器械等领域的应用，如高温炉衬、绝缘件、生物陶瓷等。 聚合物材料： 即塑料和橡胶。我们将介绍聚合物的分子结构、链的缠结和相互作用如何影响其力学和流变性能。我们将区分热塑性塑料和热固性塑料，并讨论它们在包装、纺织、汽车、电子产品中的广泛应用。 复合材料： 将两种或两种以上不同材料的优点结合起来，形成性能优异的新材料。我们将介绍纤维增强复合材料（如玻璃纤维增强塑料、碳纤维增强塑料）和颗粒增强复合材料，以及它们在航空航天、体育器材、国防领域的轻质高强应用。 本章将通过丰富的实例，生动展示不同材料类型及其在现代科技和日常生活中的重要地位。 第五章 材料的加工与制造：从原料到成品的过程 本章将聚焦于材料的加工和制造过程，这是将原材料转化为可用产品的关键环节。我们将介绍几种典型的材料加工技术，并分析它们如何影响材料的最终性能： 金属加工： 如铸造、锻造、轧制、焊接、热处理等。我们将解释这些工艺如何改变金属的微观结构，从而优化其力学性能。 陶瓷加工： 如粉体制备、成型（压制、挤出）、烧结等。我们将阐述陶瓷材料独特的加工挑战和关键步骤。 聚合物加工： 如注塑成型、挤出成型、吹塑成型、压延等。我们将介绍这些技术如何将熔融的聚合物塑造成各种形状。 复合材料制造： 如铺层、模压、缠绕、拉挤等。我们将探讨复合材料制造的特殊性和对最终性能的影响。 本章将注重工艺与性能之间的联系，帮助读者理解为什么选择某种加工方法会影响材料的最终表现。 第六章 材料的失效分析与保护：延长材料寿命的智慧 材料并非永恒不变，在各种环境中会发生不同程度的退化和失效。本章将探讨材料失效的机理和预防措施： 失效机理： 如疲劳、断裂、腐蚀、磨损、老化等。我们将分析不同失效模式的根本原因，并介绍常见的失效类型。 腐蚀与防护： 重点介绍金属材料的电化学腐蚀机理，以及阴极保护、涂层保护、合金化等防护措施。 磨损与抗磨损： 探讨不同类型的磨损（如磨粒磨损、粘着磨损）及其原因，并介绍硬化处理、表面改性等抗磨损技术。 老化与稳定性： 尤其针对聚合物材料，我们将讨论其在光、热、氧等因素作用下的老化过程，以及抗老化剂的应用。 本章旨在培养读者对材料失效的认识，并学习如何通过选择合适的材料、优化设计和采取有效的防护措施来延长材料的使用寿命。 第七章 新型材料的探索：面向未来的科技前沿 材料科学是一个不断发展的领域，本章将展望材料科学与工程的未来，介绍一些前沿的新型材料及其潜在应用： 纳米材料： 如纳米颗粒、纳米管、石墨烯等。我们将探讨其独特的尺寸效应和在催化、传感、储能、生物医药等领域的巨大潜力。 智能材料： 能够响应外界刺激（如温度、光、电场、磁场）并发生可逆变化的材料，如形状记忆合金、液晶材料、压电材料等。 生物医用材料： 用于诊断、治疗、修复或替代人体组织、器官或功能的材料，如生物相容性材料、骨替代材料、药物缓释载体等。 能源材料： 在能源的产生、储存、转化和利用方面发挥关键作用的材料，如太阳能电池材料、燃料电池材料、锂离子电池材料、储氢材料等。 环境材料： 致力于解决环境问题，如吸附材料、催化剂、生物降解材料等。 本章将激发读者对材料科学未来发展的兴趣，并了解材料创新如何驱动科技进步和社会发展。 第八章 材料科学与工程的研究方法：实验与模拟的结合 要深入理解材料，离不开科学的研究方法。本章将介绍材料科学与工程领域常用的研究手段： 材料表征技术： 包括光学显微镜、电子显微镜（SEM, TEM）、X射线衍射（XRD）、能谱分析（EDS, WDS）、差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TGA）等。我们将介绍这些技术如何帮助我们观察材料的微观结构、分析成分和研究热力学性质。 材料性能测试： 如拉伸试验、弯曲试验、冲击试验、硬度测试、腐蚀试验等。我们将了解如何通过这些测试来量化材料的力学、耐腐蚀等性能。 计算材料学与模拟： 如分子动力学模拟、第一性原理计算、有限元分析等。我们将介绍如何利用计算机模拟来预测材料的结构、性能和行为，以减少实验成本并加速研发进程。 本章将强调理论与实践相结合的重要性，为读者从事相关的科研或工程工作提供方法论指导。 结语 《材料科学与工程导论》力求以清晰的逻辑、丰富的实例、精美的图表，将深奥的材料科学知识以通俗易懂的方式呈现给读者。本书不仅适合材料科学与工程专业的本科生作为入门教材，也适用于其他相关专业的学生以及对材料科学感兴趣的广大读者。通过学习本书，读者将能够： 建立扎实的材料科学基础理论知识。 理解材料结构、性能、加工和应用之间的内在联系。 掌握分析和评价材料性能的方法。 了解材料科学与工程领域的最新发展趋势。 为进一步深入学习和从事材料相关工作打下坚实基础。 本书旨在点燃读者对材料世界的探索热情，启迪科学思维，为理解和创造更美好的未来贡献力量。
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