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出版者:中国标准

作者:本社

出品人:

页数:911

译者:

出版时间:2008-2

价格:270.00元

装帧:

isbn号码:9787506648233

丛书系列:

图书标签:

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现代材料科学基础与应用 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代材料科学基础知识框架，重点关注其在工程、技术和日常应用中的最新进展。全书内容严格围绕材料的结构、性能、制备工艺及应用展开，力求在理论深度与实践指导之间找到最佳平衡点。 第一部分：材料科学的基石 第一章：材料科学导论与学科体系 本章首先界定了材料科学作为一门交叉学科的核心地位，阐述了材料、结构、性能、加工与应用之间的基本关系（即“材料基因”概念的早期体现）。详细回顾了材料科学的发展历程，从古代的金属冶炼到现代的纳米结构控制，分析了信息技术、生物技术和能源革命对材料研究提出的新要求。重点阐述了微观结构（原子、晶体、微区）如何决定宏观性能（力学、电学、热学、光学等）。此外，本章还介绍了材料研究中常用的实验技术，如X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）的基础原理及其在表征材料结构中的关键作用。 第二章：晶体结构与缺陷工程 深入探讨了固体材料的晶体结构，包括晶格常数、晶胞、密堆积结构（如FCC、BCC、HCP）的几何特征。详细分析了晶体衍射的基本理论，以及如何通过XRD确定材料的相组成和晶格参数。随后，本章的核心转向晶体缺陷，对点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、堆垛层错）进行详尽的分类和描述。尤其深入分析了位错在材料塑性变形中的核心作用，如通过攀移和交滑移机制解释了材料的加工硬化现象。本章强调了“缺陷工程”的概念，即通过精确控制缺陷的类型和浓度来调控材料性能的科学方法。 第三章：热力学与相平衡 本章聚焦于材料体系的热力学基础，为理解材料的制备过程和服役稳定性提供理论支撑。详细讲解了吉布斯自由能、焓变、熵变在材料相变中的驱动力作用。系统阐述了单组分和多组分体系的相图绘制原理，特别是双组分（二元）相图（如固溶体、共晶、共析体系）的解读方法。内容涵盖了杠杆原理的应用、非平衡冷却过程（如冷却曲线分析）以及微观组织演化与相平衡的关系。此外，还涉及了热处理过程的热力学驱动力分析，为后续的动力学章节打下基础。 第四章：材料动力学与扩散 本章关注材料随时间变化的宏观过程，即材料动力学。核心内容是对扩散现象的深入研究。详细阐述了菲克第一定律和第二定律，并结合晶体结构，分析了原子在固态下通过空位机制和间隙机制的扩散路径和激活能。重点讨论了温度对扩散速率的影响（阿伦尼乌斯关系）。在应用层面，本章探讨了扩散在材料界面反应、渗碳、氧化膜生长和烧结过程中的控制作用，强调了如何利用扩散动力学来优化材料的制备工艺。 第二部分：经典材料的性能与设计 第五章：金属材料的力学性能与本构关系 本章深入剖析了金属材料的宏观力学响应。详细介绍了拉伸、压缩、弯曲、扭转等基本力学试验，并对工程应力-应变曲线进行了精细解读，包括屈服强度、抗拉强度、延展性和韧性（断裂韧性 $K_{IC}$）。系统阐述了强化机制：固溶强化、晶粒细化强化（Hall-Petch关系）、第二相粒子强化和加工硬化。同时，本章也引入了蠕变、疲劳（S-N曲线、疲劳寿命预测）等时间依赖性力学行为，并介绍了线性弹性断裂力学的基础概念。 第六章：陶瓷材料的结构、烧结与电学特性 陶瓷材料由于其离子键和共价键特性，展现出与金属截然不同的性能。本章首先介绍典型陶瓷（氧化物、碳化物、氮化物）的晶体结构与化学键合特点。重点讲解了陶瓷的制备工艺——烧结过程，包括生坯的致密化机理、液相烧结与固相烧结的差异，以及孔隙率对机械性能的极端影响。在性能方面，详细分析了陶瓷的高硬度、耐高温性以及其优异的介电性能和压电效应，探讨了铁电材料的畴结构与极化现象。 第七章：高分子材料的链结构与粘弹性 本章专门针对聚合物材料展开。从分子层面上，介绍了高分子链的构象、分子量分布（分子量对性能的影响）、结晶度以及无定形区的玻璃化转变温度（$T_g$）。详细阐述了高分子材料的粘弹性行为，包括蠕变与应力松弛现象，并引入了时间-温度等效原理（WLF方程）来描述聚合物在不同温度下的动态特性。此外，本章还讨论了热塑性与热固性树脂的结构区别及其在复合材料中的应用潜力。 第三部分：先进功能材料与前沿技术 第八章：半导体材料的能带理论与器件基础 本章是理解现代电子工业的基础。深入讲解了固体材料的能带结构理论，区分了导体、半导体和绝缘体的区别，并详细阐述了本征半导体、N型和P型掺杂机制。系统介绍了半导体材料的迁移率、载流子扩散长度等关键参数。通过分析PN结的形成和双向导电特性，为理解二极管、三极管等基本电子器件的工作原理奠定了坚实的材料学基础。重点讨论了硅基材料的制备纯化技术（如区熔法）。 第九章：磁性材料的微观起源与应用 本章聚焦于磁性材料，从原子尺度的电子自旋和轨道运动出发，解释了顺磁性、抗磁性、铁磁性、反铁磁性等宏观磁现象的起源。详细阐述了磁畴理论、居里温度和布洛赫壁。重点分析了永磁材料（如NdFeB）和软磁材料（如铁氧体）的性能指标（矫顽力、剩磁、磁导率）及其在电机、传感器和存储设备中的设计考量。 第十章：复合材料与界面科学 复合材料是实现材料性能定制化的重要途径。本章首先对纤维增强型和粒子增强型复合材料的结构进行分类。详细分析了增强相、基体相以及界面三者对复合材料整体力学性能的协同作用。重点讲解了界面粘结强度对载荷传递效率的影响，并介绍了金属基、聚合物基和陶瓷基复合材料的典型制造技术。 第十一章：纳米材料的奇异性能 本章探讨了当材料尺寸进入1到100纳米尺度时出现的量子尺寸效应和表面效应。详细介绍了不同类型的纳米材料（纳米颗粒、纳米线、量子点）的制备方法（自下而上与自上而下）。深入分析了纳米材料为何会展现出与块体材料显著不同的光学（等离激元共振）、催化和力学性能，并讨论了其在生物医学成像和高效催化领域的应用前景。 全书的编写风格力求严谨，每章末尾均附有“关键概念回顾”和“延伸阅读推荐”，旨在培养读者将理论知识应用于解决实际工程问题的能力。本书内容完全聚焦于材料科学的原理和应用，不涉及纺织纤维的物理化学性质、服装制版技术、面料的后整理化学工艺或纺织机械的结构原理等与服装工业标准直接相关的主题。

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