传热学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:冶金工业

作者:任世铮

出品人:

页数:140

译者:

出版时间:2007-12

价格:20.00元

装帧:

isbn号码:9787502443344

丛书系列:

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《材料科学基础：结构、性能与应用》 本书简介 一、 绪论：材料的本质与现代科学的基石 《材料科学基础：结构、性能与应用》是一部全面而深入的教材，旨在为读者构建坚实的材料科学知识体系。材料是人类文明进步的物质载体，从石器时代的燧石到信息时代的半导体，材料的每一次飞跃都推动了社会的发展。本书从哲学的角度探讨了材料的“共性”与“多样性”，明确了材料科学——这门研究材料的微观结构、宏观性能、制备工艺及其应用之间内在联系的交叉学科——在现代工程技术中的核心地位。 本书开篇首先界定了几种主要的材料类别：金属材料、陶瓷材料、高分子材料以及复合材料。不同于侧重单一材料体系的传统书籍，我们强调对这些材料进行跨学科的比较分析，理解其共有的基本科学原理，并为后续深入学习打下广博的基础。 二、 晶体结构与微观形貌：物质世界的几何学 材料的宏观性能根植于其微观结构。本章是全书的理论核心之一，聚焦于晶体结构。我们将详细阐述晶体的周期性排列规律，介绍布拉维格子、晶胞的概念，并深入解析面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和六方最密堆积（HCP）等常见金属晶体结构。通过对密堆积指数和配位数的计算，读者将能够量化地理解晶体结构的紧密程度及其对密度的影响。 同时，本书也涵盖了非晶态材料（如玻璃）的结构特征，以及晶体缺陷理论。我们认为缺陷并非“瑕疵”，而是决定材料性能的关键因素。从点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）到线缺陷（位错），再到面缺陷（晶界），每一种缺陷的类型、形成能垒和对力学性能的独特影响都将得到详尽的论述。对位错的运动和交互作用的分析，特别是剪切、攀移和交滑移机制，是理解金属塑性变形的基础。 三、 晶体热力学与相变动力学：平衡与演化的法则 热力学为理解材料的稳定性和相变提供了强大的工具。本章将引入吉布斯自由能、化学势等基本热力学概念，并将其应用于固态物质系统。通过相图（如二元合金的相图）的解读，读者将掌握如何预测给定温度和压力下材料的稳定相组成，以及相界附近的平衡条件。书中重点分析了共晶、共熔、固溶体等关键相平衡点。 相变动力学是连接平衡态与非平衡态的桥梁。我们详细探讨了成核理论（经典成核理论）和长大机制（如扩散控制的长大）。通过对扩散现象的深入剖析——包括菲克第一定律和第二定律的推导与应用，以及扩散激活能的概念——读者将能精确计算材料在高温或高应力下的组分迁移速率，这对于热处理工艺的设计至关重要。 四、 机械性能：材料的强度与韧性 机械性能是材料在受力条件下响应的直接体现。本章将从微观机制出发，阐释宏观力学测试的结果。弹性形变部分，我们讨论胡克定律、杨氏模量、剪切模量和泊松比，并建立起晶体弹性理论的基础。 塑性变形部分，重点在于位错的运动。我们将对比理想强度与实际强度之间的巨大差异，并解释位错运动如何被晶界、第二相粒子和固溶原子等障碍物所阻碍（如Hall-Petch关系）。此外，本书对断裂力学进行了系统的介绍，区分了韧性断裂和脆性断裂，引入了关键的断裂参数，如应力强度因子（K）和断裂韧性（KIC），并讨论了疲劳和蠕变现象的本质及其寿命预测方法。 五、 电子、电学与磁学性能：功能材料的内在属性 现代工程越来越依赖于材料的功能性。本章转向描述材料的电子结构。从能带理论的角度出发，我们将清晰地区分导体、半导体和绝缘体。对于半导体材料，深入分析了本征激发、杂质掺杂（N型和P型）及其费米能级的位置，这是理解电子器件工作原理的前提。 电学性能部分，涵盖了电阻率、电导率、介电常数及其在电容器、绝缘体中的应用。在磁学方面，本书介绍了磁畴理论、磁滞回线（硬磁与软磁材料的区别），以及铁磁性、反铁磁性和顺磁性的微观起源，为磁记录和传感器技术奠定了理论基础。 六、 光学与热学性能：能量的交互作用 材料与光和热的相互作用构成了其独特的光学和热学特性。光学性能部分，我们研究光与物质的相互作用，包括吸收、反射、透射和散射。重点分析了透明材料（如光学玻璃）和不透明材料的吸收机制，并探讨了等离子体共振在表面等离子体激元器件中的应用潜力。 热学性能则关注材料的热容、热导率和热膨胀系数。热导率的微观分析将对比电子导热和晶格振动（声子）导热的贡献，这对于设计高效的热交换器和隔热材料至关重要。热膨胀系数的差异性分析，是理解热应力产生机理的关键。 七、 固态反应与材料制备：从原料到成品 材料的性能与其制备工艺密不可分。本章关注材料的合成与加工过程。我们将讨论固态反应动力学，如烧结过程，其中扩散、晶粒长大和孔隙演化是核心控制变量。对于金属材料，热处理（如退火、正火、淬火和回火）如何通过控制相变和析出相的尺寸与分布来精确调控力学性能，将通过实例进行详细说明。 在陶瓷和高分子领域，本书会涵盖粉末冶金、溶胶-凝胶法等先进合成技术，以及聚合物的聚合反应机理、形态控制和硫化交联过程。复合材料一节，着重分析纤维增强和颗粒增强体系的性能增强机制，强调界面结合的重要性。 八、 材料的降解与服役安全 材料的“死亡”过程是理解其寿命和可靠性的关键。本书用专门章节讨论材料在环境中的退化机制。重点分析了金属的腐蚀（电化学腐蚀机理、保护方法）和高分子材料的老化（氧化、光降解）。此外，对高温环境下的氧化和热腐蚀，以及材料在机械载荷下的环境辅助断裂现象，提供了全面的分析框架。 总结与展望 《材料科学基础：结构、性能与应用》的最终目标是培养读者“用材料科学的思维”去解决工程问题的能力。通过对结构-性能-工艺-应用链条的系统性梳理，本书不仅提供了丰富的理论知识，更强调了不同材料体系间的普适性科学规律，为读者迈向先进功能材料、生物材料或纳米材料的研究领域做好坚实的铺垫。

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