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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Battaglia, Franco/ George, Thomas F.

出品人:

页数:325

译者:

出版时间:1998-10

价格:$ 292.67

装帧:HRD

isbn号码:9780792352143

丛书系列:

图书标签:

• 化学物理
• 物理化学
• 量子化学
• 统计力学
• 分子物理
• 热力学
• 光谱学
• 计算化学
• 化学动力学
• 物质结构

材料科学与工程基础：从原子尺度到宏观性能 本书全面深入地探讨了材料科学与工程领域的核心概念、基本原理及其在现代技术中的广泛应用。它旨在为本科生和研究生提供坚实的理论基础，并引导他们理解材料的结构、性能、加工与应用之间的内在联系。 第一部分：材料的微观结构与基本性质 第1章：材料科学导论与基本分类 本章首先界定了材料科学的范畴及其在现代工业和社会中的核心地位。随后，详细阐述了材料的四大基本分类：金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料。每类材料的典型晶体结构、基本化学键类型（离子键、共价键、金属键、范德华力）及其对宏观性质的初始影响被系统地介绍。我们将探讨如何根据应用需求选择最合适的材料类别，并初步了解材料的性能-结构关系的基本框架。 第2章：晶体结构与缺陷 深入探讨晶体物理的基础。本章详细解析了晶体的周期性结构，重点介绍体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和六方紧密堆积（HCP）等常见金属晶格。通过布拉菲点阵和密勒指数（Miller Indices）的概念，精确描述晶体平面和方向。随后，将重点关注晶体缺陷的分类与影响：点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）。位错理论被详细阐述，包括其类型（刃型、螺型、混合型）和滑移机制，这是理解金属塑性变形的基石。 第3章：粘合剂与键合：热力学与动力学基础 本章从热力学角度审视材料的稳定性。引入吉布斯自由能的概念，解释相的形成与转变的驱动力。重点讨论相图的解读，包括单组元相图（如水的相图）和二元合金相图（如Fe-C相图的基础部分），分析共晶、共熔和固溶体形成条件。在动力学方面，本章深入分析扩散过程，包括菲克第一和第二定律，并讨论扩散机制（替换机制和间隙机制），解释温度和浓度梯度如何影响扩散速率。 第二部分：材料性能与控制 第4章：力学性能：强度、韧性与断裂 本章是材料力学性能的核心。首先阐述弹性形变，包括杨氏模量、剪切模量和泊松比，并引入胡克定律在三维应力状态下的推广。接着，深入研究塑性变形的微观机制，包括位错的运动、交滑移和加工硬化。重点分析材料的强度、硬度、屈服极限和抗拉强度的测量方法。随后，转向断裂力学的基础，区分韧性断裂和脆性断裂，引入裂纹扩展的应力强度因子、断裂韧性（$K_{Ic}$）的概念，并探讨疲劳和蠕变现象的机理及其对工程寿命的影响。 第5章：电学、磁学与光学性质 本章系统地介绍材料在电、磁和光场下的响应。在电学方面，区分导体、半导体和绝缘体的能带结构，解释欧姆定律、电阻率、导电率及其温度依赖性。在磁学方面，介绍磁畴、磁化强度，分类讲解顺磁性、抗磁性、铁磁性材料，并深入分析居里温度和磁滞回线。光学性质部分，探讨光的吸收、透射和反射机制，并介绍介电常数和电场响应，这些是理解光电子材料的基础。 第6章：热学性能与相变动力学 本章关注材料对热刺激的反应。分析比热容、热导率和热膨胀系数的微观起源。重点研究相变过程的热力学驱动力，并结合动力学模型（如阿伦尼乌斯方程）描述相变速率。详细讨论退火、淬火和回火等热处理工艺，这些工艺是控制材料微观结构和最终性能的关键手段，特别是对于钢材的马氏体转变和析出相的形成。 第三部分：材料的制造、加工与应用 第7章：金属的制造与成形 本章侧重于金属材料的加工技术。首先介绍铸造工艺，包括砂型铸造、压铸和连续铸造的基本原理，以及凝固过程对材料内部缺陷的影响。随后，深入探讨塑性加工技术，如锻造、轧制、挤压和拉拔，分析这些加工过程如何引入加工硬化和织构（Texture），并如何通过后续的热处理来优化性能。此外，简要介绍粉末冶金技术，适用于难以通过传统方法制造的合金。 第8章：陶瓷与高分子材料的加工 本章探讨非金属材料的特定制造挑战。对于陶瓷材料，分析粉体制备、成型（如干压、流延、注射成型）和高温烧结过程，强调烧结过程中的致密化机制和晶界迁移。对于高分子材料，详细描述聚合反应的类型和机理，以及加工过程中熔融流动、结晶与形貌控制（如注塑、挤出、吹塑）的关键参数。 第9章：复合材料的设计与性能 本章聚焦于复合材料这一重要的工程类别。阐述复合材料的基本组成（基体和增强相）及其协同效应。详细分析纤维增强复合材料（如碳纤维增强塑料，CFRP）的力学性能预测模型，包括各向异性、有效模量和界面应力传递机制。讨论颗粒增强和层状复合材料的结构设计原则，以及它们在航空航天和土木工程中的应用实例。 第10章：腐蚀与材料的防护 本章探讨材料在环境中的退化问题。全面介绍电化学腐蚀的机理，包括阳极和阴极反应，并讨论腐蚀的类型（如均匀腐蚀、点蚀、晶间腐蚀）。深入分析影响腐蚀速率的热力学和动力学因素。最后，详细介绍各种材料的防护策略，包括表面涂层（油漆、电镀）、缓蚀剂、牺牲阳极保护和阴极保护技术，以及如何通过材料选择（如惰性材料的使用）来抵抗环境侵蚀。 本书的特色在于将微观结构分析与宏观性能测试紧密结合，通过大量的工程实例，展示材料科学原理如何指导实际工程问题的解决。它不仅是一本教科书，更是一本连接基础科学与工程实践的桥梁之作。

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