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页数:307

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出版时间:2008-4

价格:42.00元

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isbn号码:9787811068160

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《现代材料科学与工程导论》 内容提要： 本书旨在为材料科学与工程领域的初学者提供一个全面而深入的导论。它系统地阐述了材料的微观结构、性能、加工工艺以及应用之间的内在联系。全书内容涵盖了从原子尺度到宏观尺度的材料行为，重点聚焦于金属、陶瓷、高分子和复合材料四大类传统与新型材料。 第一章：材料科学与工程的基础 本章首先界定材料科学与工程的范畴及其在现代工业和社会发展中的核心地位。我们将探讨材料在结构、性能、加工与应用之间的四大支柱关系，并介绍评估材料性能的常用指标，如强度、韧性、硬度、导电性、热膨胀系数等。同时，本章将简要回顾材料科学的发展历程，特别是自20世纪中叶以来，材料创新如何驱动技术革命的进程。我们还将引入一个重要的概念——材料的生命周期评估，强调可持续性和环境友好型材料设计的重要性。 第二章：晶体结构与缺陷 材料的宏观性能根植于其微观结构。本章将深入剖析晶体学基础，详细介绍体心立方（BCC）、面心立方（FCC）和六方密堆积（HCP）等基本晶格结构，并通过布拉维点阵理论解释晶体的周期性特征。重点内容包括晶体学中的指标体系（如Miller指数）的应用，以及如何通过X射线衍射（XRD）技术来确定材料的晶体结构和晶粒尺寸。 随后，我们将讨论晶体结构中的缺陷。缺陷是材料性能的决定因素之一，分为点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）。本章将详细分析位错的类型（如刃型位错和螺型位错）及其在材料塑性变形中的运动机制，这是理解金属加工性能的关键。 第三章：热力学与相变动力学 材料的热力学性质决定了材料在特定温度和压力下的稳定性。本章从统计力学和吉布斯自由能出发，阐述材料的相平衡原理，特别是固-液、固-固相变。我们将深入探讨相图的构建与解读，以二元合金系统（如Fe-C相图的简化模型）为例，说明相变如何影响材料的微观组织演化。 在动力学方面，本章聚焦于相变的驱动力和速率。内容包括扩散理论（Fick定律）、晶核的形成与长大过程，以及形核与长大理论（如Avrami方程）在热处理过程中的应用。理解相变动力学对于控制材料的微观结构，进而精确调控材料性能至关重要。 第四章：金属材料 金属因其优异的强度和导电性而占据核心地位。本章将系统介绍纯金属和合金的性能特点。内容将覆盖铁合金（钢和铸铁）的微观结构演变，特别是奥氏体、铁素体、渗碳体等相的形成。我们将详细讲解热处理工艺，如退火、正火、淬火和回火，以及这些工艺如何通过改变碳化物分布和晶粒尺寸来优化钢材的力学性能。 非铁金属合金（如铝、铜、镍基合金）的结构特点和典型应用也将被涵盖。尤其会关注强化机制，包括固溶强化、第二相粒子强化、加工硬化和晶界强化，为读者理解高性能结构材料的设计提供理论基础。 第五章：陶瓷材料 陶瓷材料以其高硬度、耐高温和耐化学腐蚀性著称。本章从离子键和共价键的化学键合角度解释陶瓷材料的刚性结构特征。我们将分类介绍氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化锆）、非氧化物陶瓷（如碳化硅、氮化硅）以及玻璃材料。 重点探讨陶瓷的烧结过程——从粉末到致密体的转变。烧结过程中的扩散机制、孔隙率的演变以及最终的晶界行为将是讨论的重点。此外，本章还将分析陶瓷材料的固有脆性，并介绍增韧技术，如马氏体相变增韧（以TZP为例）和纤维增韧技术，以提高其可靠性。 第六章：高分子材料 高分子材料（聚合物）的独特性在于其长链结构和复杂的构象。本章首先介绍聚合物的分子结构，包括单体、聚合反应类型（加成聚合、缩聚），以及分子量和分子量分布对材料性能的影响。 我们将区分热塑性塑料（如聚乙烯、尼龙）和热固性塑料（如环氧树脂、酚醛树脂）的加工特性和使用范围。粘弹性是高分子材料区别于其他材料的关键特性，本章将用数学模型描述应力松弛和蠕变现象。此外，本章还会探讨高分子材料的结晶度、玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）对材料力学和热学行为的控制作用。 第七章：复合材料 复合材料通过结合不同材料的优点来获得单一材料无法比拟的综合性能。本章的核心是理解增强体（纤维、颗粒、薄片）与基体（金属、聚合物、陶瓷）之间的相互作用。 我们将详细分析纤维增强复合材料（如碳纤维增强环氧树脂，CFRP）的各向异性力学行为，并介绍基于混合律的性能预测模型。本章还将讨论界面设计的重要性——界面作为载荷传递的关键区域，其强度和化学兼容性直接决定了复合材料的整体性能和耐久性。 第八章：材料的加工与制造 材料的加工工艺是实现其应用潜能的桥梁。本章将按材料类别介绍主要的加工技术。对于金属，我们将覆盖塑性加工（锻造、轧制、挤压）和连接技术（焊接）。对于陶瓷，重点是粉体制备、成型和高精度烧结技术。高分子材料的加工则侧重于注塑、挤出和吹塑等成型技术。 新兴的增材制造（3D打印）技术在所有材料领域都取得了突破性进展。本章将专门介绍选择性激光熔化（SLM）、熔融沉积建模（FDM）等技术如何改变了复杂构件的制造流程，以及这些技术对材料微观结构和残余应力的影响。 第九章：材料的性能测试与表征 本章概述了现代材料科学研究中不可或缺的实验技术。首先是力学性能测试，包括静态测试（拉伸、压缩、弯曲）和动态测试（疲劳、冲击、蠕变）。接着介绍用于微观结构分析的技术，如扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM），以及它们在识别晶粒、观察缺陷和分析界面方面的能力。 同时，将涵盖材料的无损检测（NDT）方法，如超声波探伤，以及用于确定化学成分和相结构的能谱分析（EDS）和电子探针微区分析（EPMA）。掌握这些表征工具是进行材料设计和失效分析的基础。 第十章：材料失效分析 材料的失效是工程实践中必须面对的挑战。本章将从断裂力学和疲劳理论的角度分析材料的失效模式。我们将引入脆性断裂和韧性断裂的概念，并讨论Griffith裂纹扩展理论和Paris应力强度因子。 疲劳是导致结构件在低于屈服强度下失效的主要原因，本章将深入探讨S-N曲线的构建，以及低周疲劳和高周疲劳的差异。此外，还将分析腐蚀和老化（如高分子材料的紫外线降解）等环境因素引起的失效机制，并介绍提高材料抗失效能力的对策。 结语 《现代材料科学与工程导论》力求在基础理论与工程实践之间搭建坚实的桥梁，引导读者建立起对物质世界基本规律的深刻理解，为未来在材料研究、开发与应用领域的工作奠定坚实基础。

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**第二段** 说实话，这本书的阅读体验非常“硬核”，它不是那种走马观花的科普读物，更像是一部需要耐心与思考才能完全消化的百科全书。我花了整整一个下午来啃食关于电磁场的麦克斯韦方程组推导，那种步步为营，层层递进的逻辑链条，简直是数学和物理思维的完美结合。作者在处理边界条件和介质效应时的细致程度令人咋舌，每一个细节的解释都力求完美无瑕，让你找不到任何可以偷懒或跳过的空间。我特别喜欢其中穿插的几个“思想实验”模块，它们像是在平静的湖面上投入石子，激起的涟漪让你不得不停下来反思我们习以为常的物理直觉是否足够可靠。这本书的排版和字体选择也体现了对读者的尊重，虽然内容量巨大，但通过合理的留白和章节划分，使得长时间阅读的疲劳感有所减轻，不过这并不能掩盖其内容深度带来的智力挑战——绝对需要一个扎实的数学基础才能驾驭。这无疑是一部能让你功力大增的内功心法。

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**第四段** 这本书的独特魅力在于它成功地架起了一座连接宏观与微观世界的桥梁。它没有将不同的物理分支割裂开来，而是强调了它们之间的内在统一性。例如，作者在讨论经典力学中的拉格朗日量时，巧妙地预示了其在量子场论中的重要性，这种跨越时空的视野构建，让人对整个物理学的全貌有了更清晰的认知。我特别喜欢作者在介绍相变理论时所采用的重整化群方法，通过层层迭代的缩放过程，清晰地展示了物理规律在不同尺度下的普适性。这种从微观涨落到宏观有序的过渡描述，极具美感和说服力。这本书的内容组织结构非常精巧，它不是简单地罗列知识点，而是在构建一个逻辑严密的“宇宙模型”，引导读者一步步地去理解自然界的基本规律是如何从少数几条基本原理中涌现出来的。

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**第一段** 这本书绝对是物理学爱好者和专业人士的宝藏，它以一种极其严谨且深入浅出的方式，构建了一个宏大而精密的知识体系。我特别欣赏作者在梳理概念时的那种匠心独运，比如在阐述量子力学中的叠加态时，不仅仅是给出公式，更是通过一系列极富启发性的类比，让那些抽象的概念仿佛触手可及。书中的图表设计也堪称一绝，那些复杂的能量级示意图和波函数图像，不仅清晰直观，而且本身就蕴含着丰富的物理信息，让人在阅读之余，总能有“原来如此”的顿悟时刻。读完关于相对论基础的章节，我对时空弯曲的理解达到了一个新的高度，不再是教科书上冷冰冰的描述，而是感受到了宇宙运行的内在韵律。更难得的是，作者并未止步于经典理论的复述，而是将前沿的研究动态巧妙地穿插其中，使得整本书读起来既有扎实的理论根基，又不乏对未来科学探索的憧憬。这哪里是一本普通的参考书，分明是一场思维的盛宴，让人流连忘返，恨不得立刻动手演算每一个推导过程，去亲手触摸那些潜藏在物质深处的奥秘。

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**第三段** 我必须承认，这本书的某些章节对我来说是真正的“烧脑”挑战，但正是这种挑战，带来了巨大的学术满足感。特别是关于统计物理学中系综理论的部分，作者对微正则系综、正则系综和巨正则系综之间的精妙联系阐述得极其透彻，那些配分函数的推导，每一个指数函数和求和符号背后都隐藏着深刻的物理含义。我尝试用几种不同的方法去重构作者的论证过程，发现其所采用的路径是最简洁、最有洞察力的。书中引入的赫尔曼-韦尔积分在处理周期性边界条件时的应用，让我对傅里叶分析在物理建模中的强大作用有了全新的认识。这本书的语言风格是那种古典的、精准的学术表达，没有丝毫多余的形容词，每一个词语都像精确校准过的仪器零件，各司其职，确保信息的传递零失真。对于希望在理论物理领域深耕的研究者来说，这本书的参考价值不亚于一本专业的工具书。

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**第五段** 这是一部需要反复翻阅和精读的著作，初读只知其表，再读方觉其深。我印象最深的是关于固体物理部分，作者对晶格振动和声子概念的解释，生动地展示了如何将抽象的量子概念应用于实际材料的宏观性质预测。书中关于布洛赫定理的推导部分，那种清晰度和严密性，是其他许多教材望尘莫及的。而且，作者在讨论这些复杂模型时，始终保持着对“物理直觉”的引导，他会提醒读者，每一个数学工具背后都对应着一种具体的物理图像。这使得我们在进行复杂的计算时，不至于迷失在公式的海洋里，总能找到回溯到现实物理意义的锚点。这本书的价值在于它不仅教会你“怎么算”，更重要的是让你明白“为什么要这么算”，真正培养了分析问题的能力，而非仅仅是解题技巧。这无疑是我书架上最值得珍藏的一本物理学经典。

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