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页数:211

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出版时间:2009-5

价格:28.00元

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isbn号码:9787508256115

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现代材料科学导论 第一章：材料的分类与基本性质 本章旨在为读者构建一个对现代材料世界的宏观认识框架。我们将从宏观到微观，系统梳理当前工业和科研领域中主流材料的分类方法。材料不再仅仅被简单地视为金属、陶瓷和高分子，而是根据其原子结构、化学组成和宏观性能进行多维度划分。 1.1 材料的传统与现代分类体系 传统的分类法侧重于材料的化学成分，如金属材料（铁基、铝基等）、无机非金属材料（玻璃、水泥等）和高分子材料。然而，随着功能材料和复合材料的兴起，这种分类已显不足。本章引入了基于结构-性能关系的现代分类法，包括： 结构材料（Structural Materials）： 侧重于机械性能，如强度、韧性、刚度。重点探讨晶体结构对宏观力学性能的决定性影响，例如面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和六方最密堆积（HCP）晶格的差异化表现。 功能材料（Functional Materials）： 强调材料对电、磁、光、热等物理刺激的响应能力。这是当代材料科学的核心领域，包括半导体、压电材料、磁性材料和光学玻璃等。 智能材料与自适应材料： 介绍具有环境感知和响应能力的新型材料，如形状记忆合金（SMA）和电活性聚合物（EAP）。 1.2 关键物理化学性质的微观起源 深入剖析材料的宏观性能如何来源于其原子尺度的排列和相互作用。 热学性能： 讲解晶格振动（声子）在热传导中的作用，以及无定形材料（如玻璃）与晶体材料在热膨胀系数上的差异。重点分析玻璃化转变温度（Tg）对聚合物性能的限制。 电学性能： 详细阐述能带理论在解释导体、绝缘体和半导体导电行为中的核心地位。引入有效质量、载流子迁移率等关键参数，并探讨掺杂对半导体性能的调控机制。 力学性能的本质： 区别弹性变形（晶格畸变）与塑性变形（位错运动）。着重分析位错密度、滑移系和加工硬化现象，为后续的材料加工和失效分析奠定基础。 第二章：晶体结构与缺陷工程 材料的性能高度依赖于其内部的有序程度。本章聚焦于晶体结构，这是理解固体材料特性的基石。 2.1 晶体学的基本概念 介绍晶格、晶胞、晶面和晶向的概念。通过布拉维点阵和密勒指数（Miller Indices）精确描述晶体的几何排列。通过实例，如面心立方和体心立方结构，演示如何计算原子堆积密度（Packing Factor）。 2.2 晶体缺陷的分类与影响 晶体缺陷是材料性能优化的关键调控点。我们将缺陷分为零维、一维、二维和三维缺陷： 零维缺陷（点缺陷）： 重点讨论空位（Vacancy）和间隙原子（Interstitial Atom），它们是扩散、蠕变和导电性的主要载体。分析杂质原子如何通过固溶作用改变材料的机械和电学性能。 一维缺陷（线缺陷）： 深入探讨位错（Dislocation） 的类型（刃型、螺型、混合型）及其 Burgers 矢量。这是理解金属塑性变形的根本，解释了加工硬化、晶界强化等现象的微观机制。 二维缺陷： 晶界（Grain Boundary）是材料微观结构中最重要的特征之一。分析不同晶界取向（小角度/大角度）对材料强度、腐蚀敏感性和电学性能的影响。 2.3 扩散现象与热力学驱动力 材料内部的原子迁移（扩散）是热处理和制备工艺的基础。本章阐述菲克第一定律和第二定律，并分析扩散系数对温度的依赖性（阿伦尼乌斯关系）。区分晶格扩散和晶界扩散，解释为什么在多晶材料中，晶界扩散往往是主导机制。 第三章：金属材料的相图与热处理 理解金属合金如何通过冷却和加热过程实现性能的优化，是材料工程的核心技能。 3.1 单组元与二元相图的解析 相图是材料学家最重要的工具之一。本章详细解读单组元相图中的固相线、液相线和共晶点。随后，重点分析二元合金相图（如Fe-C、Cu-Zn系统）： 杠杆定律与成分确定： 学习如何利用杠杆定律计算给定温度下两相的相对含量和具体成分。 相变机制： 区分均衡冷却（共晶、共析反应）和非均衡冷却（如马氏体转变）的动力学过程。 3.2 钢铁材料的微观结构演化 聚焦于最重要的一类结构材料——钢铁。 Fe-C 相图精读： 掌握奥氏体、铁素体、渗碳体和珠光体的定义及其对钢性能的影响。 经典热处理工艺： 详细介绍退火（消除内应力、软化）、正火（细化晶粒）、淬火（形成硬态马氏体）和回火（提高韧性）。解析这些工艺如何通过控制冷却速率和保温时间，在微观层面精确调控碳化物析出和晶粒尺寸。 3.3 非铁金属合金的强化机制 探讨铝合金、钛合金和镍基高温合金的强化策略，包括固溶强化、沉淀强化（析出相的控制）和晶粒细化。 第四章：陶瓷与玻璃：无机非金属材料 陶瓷材料因其优异的耐高温、耐磨损和电绝缘性，在能源和航空领域不可替代。 4.1 陶瓷材料的晶体化学与结构 与金属材料的延展性不同，陶瓷的离子键和共价键特性决定了其脆性。本章讨论离子半径比规则如何决定晶体结构（如ZnS结构、刚玉结构）。重点讲解陶瓷的化学计量学和烧结过程，这是决定最终密度和气孔率的关键。 4.2 陶瓷的机械与断裂行为 陶瓷材料的失效模式主要源于微裂纹的萌生和扩展。 脆性断裂机制： 引入格里菲斯裂纹理论，解释表面和内部缺陷如何成为应力集中点。 增韧技术： 研究如何通过引入第二相（如碳化硅晶须）或利用韧致增韧机制（如裂纹偏转、桥接）来提高陶瓷的断裂韧性。 4.3 玻璃的结构与性能 玻璃是一种过冷液体，缺乏长程有序结构。阐述硅氧四面体网络结构，以及网络形成体、网络改性体和中间体如何影响玻璃的粘度、软化点和化学稳定性。探讨玻璃陶瓷（Glass-Ceramics）——通过控制结晶过程实现优异性能的复合材料。 第五章：高分子材料的结构与加工 高分子材料（聚合物）因其轻质、易加工和优异的柔韧性，构成了现代生活中不可或缺的一部分。 5.1 聚合物的分子结构 区别于原子或离子的排列，聚合物的性能由其分子链结构决定。介绍聚合度、分子量分布（多分散性指数）、链的构象（无规线团、晶态区）。重点分析结晶度对聚合物力学和光学性能的影响。 5.2 粘弹性行为与松弛过程 高分子材料表现出独特的粘弹性——兼具粘性和弹性的特性。本章解释时间-温度等效原理（TTSP），并深入探讨高分子热力学中的两个关键温度：玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）。解释聚合物在Tg附近模量的急剧变化。 5.3 常见聚合物的类型与应用 系统介绍热塑性塑料（如聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚氯乙烯PVC）和热固性塑料（如环氧树脂、酚醛树脂）的结构特点、合成方法和主要应用场景。简要介绍工程塑料（如尼龙、聚碳酸酯）的性能优势。 第六章：复合材料与功能材料前沿 本章展望材料科学的交叉领域，探讨如何通过复合或特定设计实现超越单一材料的性能。 6.1 结构复合材料的基本原理 复合材料由两种或多种性能不同的材料组成，以达到协同效应。重点分析纤维增强复合材料（FRP）的力学模型，包括： 模型分析： 学习“含 পাট模型”（Rule of Mixtures）来预测沿纤维和垂直于纤维方向的杨氏模量。 界面效应： 强调基体与增强相之间的界面结合强度对整体性能的决定性作用。 6.2 半导体材料与电子器件基础 回顾能带理论，深入探讨本征半导体（Si, Ge）与外延半导体（GaAs）的特性。讲解P型和N型掺杂如何控制费米能级位置和载流子浓度。简要介绍PN结的形成及二极管、晶体管的基本工作原理，强调材料结构如何直接决定电子器件的功能。 6.3 新兴磁性与压电材料 介绍铁磁性材料的磁畴结构、磁化过程与磁滞回线。讨论磁性材料在信息存储中的应用。最后，讲解压电效应（机械能到电能的转换）和铁电效应，及其在传感器和换能器中的应用基础。 结语：材料的未来发展方向 本导论旨在提供一个坚实的材料科学基础，引导读者认识到材料设计正朝着原子级精度和多功能集成化方向发展，新材料的发现和应用将持续驱动工程技术和信息技术的进步。

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老实说，这本书的难度定位似乎偏向于具备一定机械基础，但对汽车电子学刚刚入门的读者。它在基础概念的建立上非常扎实，但对于那些希望深入到半导体物理级别或者特定芯片级的资深工程师来说，可能需要再辅以更专业的微电子学教材。不过，正是这种“刚刚好”的深度，使得它成为了一本极佳的入门与进阶过渡读物。它成功地架起了从传统机械思维向现代电子控制思维转化的桥梁。我注意到书中在介绍诊断故障码（DTCs）的读取和分析逻辑时，也给出了非常实用的指导，强调了故障码背后的逻辑含义，而非仅仅是死记硬背代码本身。这本书给我带来的最大收获是建立了一套系统性的排查思路，让我不再将汽车电子故障视为随机的、不可预测的事件，而是可以被逻辑和原理所驾驭的工程问题。

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从阅读体验上来说，这本书的图文并茂达到了一个很高的水准。我常常发现，一些复杂的电路连接，用纯文字描述起来会非常拗口和容易产生歧义，但这本书中的示意图，无论是原理图还是实物接线图，都标注得极其清晰和规范。每一个元件的符号、颜色编码和引脚定义都得到了准确的呈现。这对于从事一线工作的技术人员来说是巨大的福音，因为在实际操作中，我们面对的往往是大量颜色相近、排布紧密的线束，准确识别线路是第一步。此外，书中对安全操作规程的强调也体现了作者的专业态度，反复提醒读者在进行高压或高电流操作时的注意事项，这不仅仅是技术层面的传授，更是对从业者职业素养的培养。总的来说，这本书的每一个细节都似乎经过了细致的考量，力求让知识的传递路径最短、最有效。

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我得说，作为一本技术手册类的书籍，它的章节组织结构实在是令人称赞。不同于市面上许多教材那种生硬的逻辑推进，这本书的编排更像是与一位经验丰富的技师进行一对一的交流。它没有一开始就陷入到复杂的CAN总线或者LIN总线协议的泥潭，而是循序渐进地从最基础的导线、连接器、保险丝和继电器的作用讲起，这保证了知识体系的牢固性。我特别欣赏它在“故障排查与测量技术”这一章节所花费的笔墨。书中详细描述了如何正确使用万用表、示波器等常用工具，并且列举了大量的实际测量波形图和标准值，这对于我们这些经常需要与“活的”电路打交道的维修人员来说，简直是如虎添翼。很多时候，理论知识再扎实，在面对实际电路故障时也会束手无策，但这本书提供的正是那种能立即转化为操作指导的实用技能，让每一次的电路测试都变得有的放矢，而不是盲目的试错。

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这本《汽车电工电子技术基础》的书籍，从封面设计到内容排版，都透露着一种严谨而又实用的气息。我花了大量时间阅读这本书的章节，尤其是在对现代汽车复杂电路系统的理解上，它提供了非常清晰的脉络。书中对基本电学原理的阐述，比如欧姆定律、基尔霍夫定律，不仅仅是理论上的堆砌，而是紧密结合汽车实际应用场景，通过大量的图例和实际案例来帮助读者建立直观的认识。例如，书中对车载电源系统，从蓄电池的工作原理到发电机的工作模式，讲解得深入浅出，使得即便是初学者也能快速掌握核心概念。更让我印象深刻的是，它对于传感器和执行器的分类与工作原理的介绍，这部分内容对于诊断现代电子控制单元（ECU）相关的故障至关重要。作者在处理这些相对抽象的概念时，采用了非常形象化的比喻和步骤分解，极大地降低了学习的门槛。可以说，这本书为我打开了理解汽车“神经系统”的一扇重要窗户，为我后续深入学习诊断和维修技术打下了坚实的基础。

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这本书在介绍汽车电子控制系统时，表现出了极强的时代感。它没有固守于老旧的机械控制概念，而是将重点放在了当今主流的电控单元（如发动机管理系统EMS、防抱死制动系统ABS/ESP等）的基本架构上。对于ECU内部的输入、处理和输出逻辑的描述，虽然没有深入到微处理器级别的汇编代码，但足以让读者理解数据是如何被采集、运算并最终转化为控制指令的。我尤其关注了书中关于网络通信的部分，它用简洁的语言解释了为何需要CAN总线，以及不同节点间如何协同工作。这对于理解现代汽车上各种电子系统之间的相互影响至关重要，比如，当刹车系统发出信号时，动力系统是如何响应的。这种系统级的视角，远比孤立地看待每一个电子模块要高明得多，它帮助我构建了一个完整的汽车电子生态系统的概念框架。

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