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出版者:

作者:赵力

出品人:

页数:331

译者:

出版时间:2009-6

价格:42.00元

装帧:

isbn号码:9787111271901

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现代材料科学导论：从微观结构到宏观性能 书籍简介 本书旨在为材料科学领域的新手和希望系统性梳理基础知识的专业人士提供一本全面、深入且具有前瞻性的入门指南。我们不探讨声波、傅里叶变换或数字滤波等语音信号处理中的核心概念，而是将读者的目光聚焦于物质世界的基石——材料的构成、行为及其在工程应用中的巨大潜力。 《现代材料科学导论》的核心在于揭示材料的微观结构（原子排列、晶体缺陷、相变）如何决定其宏观可观察性能（机械强度、导电性、热稳定性、耐腐蚀性）。全书结构严谨，逻辑清晰，力求在保证科学严谨性的同时，保持内容的易读性和启发性。 --- 第一部分：材料科学的基石与原子结构 本部分奠定材料科学的理论基础，着重分析物质构成层面的科学原理。 第一章：材料科学的范畴与重要性 本章首先界定材料科学与其他工程学科（如化学、物理学、机械工程）的交叉点与区别。我们探讨了材料在现代社会中的战略地位——从半导体技术到生物医学植入物，材料是所有高技术发展的核心驱动力。本章简要回顾了材料科学的百年发展历程，强调了从经验发现到基于第一性原理设计的范式转变。 第二章：晶体结构与原子键合 这是理解固体材料的基础。我们详细阐述了不同类型的原子间作用力（离子键、共价键、金属键、范德华力），以及这些键合类型如何塑造材料的宏观特性。随后，重点深入分析了晶体结构，包括七大晶系、布拉维点阵以及密堆积结构（如面心立方FCC、体心立方BCC、六方最密堆积HCP）。通过米勒指数（Miller Indices）系统，我们学习如何精确描述晶面的方向和位置，这是后续讨论晶界、位错和扩散机制的前提。本章辅以大量三维空间模型图示，以确保读者能够直观理解空间结构。 第三章：晶体缺陷与非晶态结构 完美晶体在自然界中并不存在，缺陷才是决定材料性能的关键因素。本章系统分类和描述了点缺陷（空位、间隙原子、替位原子）、线缺陷（位错——刃型、螺型及其组合）和面缺陷（晶界、孪晶界）。我们详细分析了位错如何解释材料的塑性变形机制，这是金属加工和强度提升的关键。此外，本章还对比了晶态材料与非晶态材料（如玻璃、某些聚合物），探讨了短程有序与长程无序的结构特征及其对力学和光学性能的影响。 --- 第二部分：材料的性能与控制 本部分着重于材料的宏观性能，并深入探讨如何通过热处理、相变来调控这些性能。 第四章：热力学与相平衡 材料的稳定性、相变温度和成分范围由热力学原理严格约束。本章引入吉布斯相律，并重点分析了二元合金相图（如Fe-C体系），这是冶金学和陶瓷科学的基石。我们详细解读了冷却曲线、固相线、液相线以及共晶/共析反应，解释了相变是如何驱动微观结构的演变，进而影响最终材料的强度和韧性。 第五章：扩散现象与动力学 材料在高温下的微观重排过程——扩散，是实现材料性能优化的核心动力学过程。本章基于Fick定律，分别讨论了替换式扩散和间隙式扩散，并分析了温度、晶体缺陷密度对扩散速率的影响。扩散在渗碳、氧化、烧结以及薄膜沉积等过程中扮演了至关重要的角色。 第六章：机械性能——形变、断裂与疲劳 本章深入探讨材料在受力下的响应。我们详细介绍了弹性形变（杨氏模量、泊松比）和塑性形变（加工硬化）。重点分析了如何利用位错运动来强化材料，包括固溶强化、晶界强化（Hall-Petch关系）和沉淀强化。随后，本章转向材料的失效研究：脆性断裂（Griffith裂纹理论）、韧性断裂（应力强度因子）、疲劳（S-N曲线和高周/低周疲劳）、以及蠕变。 第七章：电学、磁学与光学性能 本部分将视野扩展到非力学性能。针对电学性能，详细解析了导体、半导体（本征与掺杂）和绝缘体的能带理论模型，解释了费米能级和载流子迁移率的概念。磁学方面，区分了顺磁性、抗磁性、铁磁性和反铁磁性，并探讨了磁畴结构和磁滞回线。光学性能则侧重于光与材料的相互作用，如吸收、反射、折射以及光电器件中的应用原理。 --- 第三部分：重要材料类别与前沿应用 最后一部分将前述基础知识应用于三大主要材料类别——金属、陶瓷和聚合物，并展望未来材料科学的发展方向。 第八章：金属及其合金 金属因其优异的导电性和延展性而占据核心地位。本章侧重于工程中最常见的合金体系，如钢铁（碳钢、不锈钢的奥氏体、铁素体、马氏体结构）、铝合金（如7075、2024的强化机制）和钛合金。详细介绍热处理工艺，例如淬火、回火、退火如何精确控制马氏体转变，从而实现高强度或高韧性。 第九章：陶瓷与玻璃 陶瓷材料以其高硬度、耐高温和化学惰性著称。本章研究其离子/共价键的特性，分析其对脆性的影响，并讨论如何通过优化烧结工艺和引入增韧机制（如氧化锆的相变增韧）来改善其力学性能。玻璃的无序结构和粘滞流变学特性也得到深入探讨。 第十章：聚合物（高分子材料） 聚合物的性能高度依赖于其分子链的长度、拓扑结构和缠绕程度。本章介绍热塑性与热固性聚合物的区别，解释了玻璃化转变温度（Tg）和熔点对材料使用范围的决定性影响。同时，分析了纤维增强复合材料（FRP）的优势，这是理解现代轻量化结构的关键。 第十一章：先进功能材料与展望 本章聚焦于快速发展的领域，包括纳米材料（量子尺寸效应、表面能影响）、智能材料（形状记忆合金、压电材料）以及生物相容性材料（应用于骨科植入物和药物载体）。本书在结论部分强调了材料设计正从传统试错法向计算模拟驱动的材料基因组学的未来迈进。 --- 总结 本书结构完整，从最基本的原子键合，过渡到复杂的相图分析和宏观性能测试，再到特定材料类别的深入应用，形成了一个完整的知识体系。它为读者提供了深入理解和创新材料解决方案所需的全部工具和概念框架，完全避开了任何与声学信号处理相关的内容。本书旨在培养读者像材料科学家一样思考问题的能力，即“结构决定性能，工艺决定结构”。

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沙发！！这本书作为入门读物蛮好的，挺浅显易懂，赞一个～～挑着读的，读了语音识别那章，前向算法里有个小标i和j写错了。多本教材一起食用效果更佳。

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