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出版者:北京郵電大學

作者:饒鞦華，王濤主編

出品人:

頁數:389

译者:

出版時間:2005-1

價格:35.00元

裝幀:

isbn號碼:9787563508297

叢書系列:

圖書標籤:

• 理論力學
• 經典力學
• 物理學
• 高等教育
• 教材
• 大學物理
• 力學
• 牛頓力學
• 拉格朗日力學
• 哈密頓力學

《現代材料科學基礎：從原子到宏觀性能的統一視圖》 圖書簡介 本書旨在為材料科學、化學工程、物理學以及相關交叉學科的本科高年級學生和初級研究生提供一個全麵、深入且結構嚴謹的教材。我們摒棄瞭傳統材料學教材中常見的零散知識點堆砌，力求構建一個從微觀原子尺度到宏觀工程應用性能之間的清晰、邏輯嚴密的知識體係。全書核心思想是：材料的最終性能，無不根植於其內部的結構和微觀相互作用。 第一部分：晶體結構與原子鍵閤的基石 (Foundations: Crystal Structure and Atomic Bonding) 本部分奠定理解所有固體材料的基礎。我們首先詳細探討瞭晶體的幾何學，從最基本的點陣、布拉維格子、晶胞概念入手，過渡到體心立方（BCC）、麵心立方（FCC）、六方緊密堆積（HCP）等常見金屬晶體結構。重點分析瞭晶體學中的密堆積方嚮、密排平麵，以及如何利用指數係統（如Miller指數）精確描述晶麵和晶嚮，這對於後續理解塑性形變至關重要。 緊接著，我們深入剖析瞭原子間的鍵閤機製。這不僅僅是簡單地羅列離子鍵、共價鍵、金屬鍵和範德華力，而是將量子力學的基本概念（如薛定諤方程的定性理解）引入，解釋這些鍵的形成能量、鍵長、鍵角和各嚮異性。特彆是對於金屬鍵，我們將使用能帶理論的簡化模型，解釋導電性的起源。對於陶瓷和聚閤物，我們重點分析瞭離子極化和共價網絡的形成，並量化瞭鍵能對材料熔點和硬度的影響。 第二部分：晶體缺陷的無處不在與影響 (Ubiquity and Influence of Crystalline Defects) 真實世界的材料從不完美，缺陷纔是決定材料性能的關鍵驅動力。本部分將缺陷分析提升到核心地位。從一維缺陷——位錯（Vacancies and Dislocations）開始，詳細闡述瞭點缺陷（空位、間隙原子、取代原子）的熱力學濃度計算，以及它們在擴散過程中的作用。 隨後，全書花費大量篇幅論述綫缺陷——位錯。我們精確定義瞭刃型位錯和螺型位錯，以及混閤位錯，重點推導瞭位錯綫能量。最關鍵的是，我們從能量最小化角度，深入分析瞭位錯運動（滑移、攀移）的機製，這是理解金屬塑性、加工硬化和蠕變的基礎。晶界作為二維缺陷，其結構（小角度晶界、大角度晶界，如堆垛層錯）和對晶體性能（如腐蝕、晶間脆斷）的影響也將被詳盡分析。本章將引入“位錯源”和“Hall-Petch關係”，將微觀運動直接與宏觀強度關聯起來。 第三部分：動力學過程與相變工程 (Kinetics and Phase Transformation Engineering) 本部分聚焦於材料隨時間變化的非平衡過程。擴散是核心議題，我們不僅復習Fick第一和第二定律，更重要的是，我們探究瞭不同機製下的擴散激活能（如晶格擴散、晶界擴散和錶麵擴散的競爭），並將其與實際的退火、滲碳、燒結過程聯係起來。 相變的熱力學和動力學是材料工程的核心。我們將基於吉布斯相律（Gibbs Phase Rule），係統地分析二元閤金體係的相圖（如Fe-C相圖的深入解讀）。重點放在相變動力學上，詳細介紹成核與長大理論（如Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov, JMAK模型），解釋貝裏鐵素體、珠光體、馬氏體等關鍵轉變的動力學麯綫和形貌演化。針對固態相變，我們將引入非擴散相變的概念，解析馬氏體轉變的無擴散機製。 第四部分：機械性能的本構描述與控製 (Mechanical Properties: Constitutive Description and Control) 本部分將微觀結構知識轉化為可量化的工程性能。我們從彈性形變入手，引入應力、應變張量，並闡述鬍剋定律在各嚮異性材料中的張量形式。隨後，重點轉嚮塑性形變，詳細討論金屬的流變應力、加工硬化率，以及如何通過控製位錯密度和晶粒尺寸（Hall-Petch的再現與超越）來調控屈服強度和韌性。 疲勞和蠕變作為壽命決定性因素，將得到專門的論述。我們將介紹S-N麯綫的建立及其統計學意義，並探討疲勞裂紋的萌生、擴展機製（如Paris定律的推導）。蠕變方麵，我們聚焦於高溫下的擴散控製機製，並建立Norton冪律模型，用於預測服役壽命。 第五部分：功能材料的電、磁與光學特性 (Electronic, Magnetic, and Optical Properties of Functional Materials) 本部分將視角擴展到非結構材料，揭示量子效應在工程中的應用。在電學特性方麵，基於能帶理論，我們將材料分類為導體、半導體和絕緣體，並詳細分析本徵和摻雜半導體的載流子濃度、遷移率及其溫度依賴性。 磁性方麵，我們將從居裏外斯定律齣發，區分抗磁、順磁、鐵磁和亞鐵磁的微觀起源（自鏇耦閤），深入探討磁疇、磁滯迴綫的形成，並應用於軟磁和硬磁材料的設計。 光學特性方麵，我們將討論光的吸收、發射和透射的機製，重點分析晶格振動（聲子）對紅外吸收的影響，以及在透明陶瓷和光縴材料中的應用。 特色與優勢： 本書的編寫嚴格遵循“結構-性質-處理-性能”的材料學四元圖譜，每一個章節都通過定量化的模型（如擴散方程、位錯能量計算、相變動力學方程）將微觀現象與宏觀可測結果緊密耦閤。習題設計強調對基本物理和數學原理的應用，而非簡單的公式套用，旨在培養讀者獨立分析復雜材料問題的能力。本書力求成為未來材料工程師和研究人員案頭必備的、具有深度和廣度的參考書。

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