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页数:258

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出版时间:2009-9

价格:28.00元

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isbn号码:9787122061621

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《现代材料科学导论：从原子到宏观性能》 书籍简介 《现代材料科学导论：从原子到宏观性能》是一部全面、深入探讨材料世界基础原理与前沿应用的权威著作。本书旨在为材料科学、化学工程、机械工程、物理学等相关领域的本科生、研究生以及专业研究人员提供一个坚实的理论框架和广阔的视野。我们不再将材料视为孤立的实体，而是着重于揭示其微观结构、加工过程与宏观性能之间复杂而精妙的内在联系。 本书的核心理念在于“结构决定性能，制备影响结构”。我们将材料科学的知识体系划分为四个相互关联的关键层次：原子与电子结构、微观结构、加工与性能、以及应用与设计。 --- 第一部分：材料的本质——原子与电子结构 本部分是理解一切材料行为的基础。我们从最基本的层面——原子尺度——入手，系统阐述不同类型材料（金属、陶瓷、聚合物、复合材料）的化学键合性质。 第一章：化学键合与晶体结构 详细解析离子键、共价键、金属键和范德华力的形成机制及其对材料熔点、硬度和电学特性的影响。重点探讨了晶体结构，包括晶格、晶胞的概念，并深入分析面心立方（FCC）、体心立方（BHC）和六方最密堆积（HCP）等常见金属结构。通过米勒指数法，读者将学会精确描述晶面和晶向，这是后续讨论形变和强化机制的关键工具。同时，非晶态材料的短程有序结构也得到了充分的讨论。 第二章：电子结构与能带理论 本章是连接微观理论与宏观电学、光学性质的桥梁。我们从量子力学的基本原理出发，引入了薛定谔方程在周期性势场中的应用，推导出能带理论。详细解释了导体、半导体和绝缘体的能带结构差异，包括费米能级、导带和价带的概念。此外，还涵盖了半导体中载流子的输运机制，以及本征半导体与掺杂半导体的行为差异，为集成电路材料的设计奠定理论基础。 第三章：热力学基础与相图分析 材料的稳定性和相变是决定其可用性的关键因素。本章聚焦于材料热力学，阐述吉布斯自由能的概念及其在相平衡中的作用。重点讲解了单组分和多组分（二元体系）相图的解读，包括固溶体的形成、共晶反应、包析反应等重要热力学转变。相图的分析能力是指导材料制备和热处理工艺的核心技能。 --- 第二部分：结构的精细雕琢——微观组织与缺陷工程 材料的宏观性能往往由其内部的缺陷和微观组织形态所控制。本部分详细剖析了这些结构特征。 第四章：晶体缺陷及其对性能的影响 介绍一维（位错）、二维（晶界、孪晶界）和三维（孔隙、夹杂物）晶体缺陷的类型、形成原因和几何表征。着重分析了位错在金属塑性形变中的核心作用，包括滑移系和穿插。缺陷的密度和分布直接影响材料的机械强度、电导率和扩散速率。 第五章：扩散与动力学过程 扩散是驱动材料微观结构演变的基本过程。本章系统阐述了原子在固态下的扩散机理，包括取代式扩散和间隙式扩散，并引入菲克定律进行定量描述。探讨了扩散在固态反应、渗碳、退火和烧结过程中的重要性，使读者理解时间与温度对微观结构演化的控制作用。 第六章：微观结构控制与表征技术 本章侧重于如何“看见”并“控制”材料的微观结构。详细介绍了各种先进的材料表征技术，包括光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）在晶体结构分析中的应用。还介绍了X射线衍射（XRD）在确定晶相和晶格常数方面的作用，以及能量色散X射线光谱（EDS）对元素成分的分析能力。 --- 第三部分：性能的塑造——加工工艺与性能调控 材料的性能并非一成不变，而是高度依赖于后期的加工和热处理。本部分探讨了如何通过工艺手段优化材料性能。 第七章：机械性能与形变机制 深入分析材料的力学行为，包括弹性、粘塑性、蠕变和疲劳。详细解释了拉伸试验中的应力-应变曲线，屈服强度、抗拉强度、韧性（断裂韧性）和硬度的定义与测量。重点论述了金属的加工硬化机制，以及如何通过晶粒细化来提高强度（Hall-Petch关系）。 第八章：热处理与相变工程 热处理是现代材料工程的基石。本章聚焦于金属（特别是钢材）的热处理工艺，如退火、正火、淬火和回火。详细解析了奥氏体转变、贝氏体转变和马氏体相变等关键过程，并阐述了这些转变如何精确地调控钢材的硬度和韧性平衡。 第九章：聚合物的结构与性能 与金属和陶瓷不同，聚合物的性能高度依赖于其分子链的长度、拓扑结构和构象。本章探讨了聚合物的分子量分布、结晶度、玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）。分析了拉伸、压缩和蠕变等力学行为，以及对电学和光学性能的影响。 第十章：陶瓷与复合材料的特殊行为 探讨了陶瓷材料（如氧化物、碳化物）的高温稳定性、脆性以及电子特性。重点分析了陶瓷的烧结过程，以及如何利用晶界工程来改善其韧性。在复合材料方面，详细介绍了纤维增强和颗粒增强复合材料的力学性能预测模型，及其在航空航天领域的应用潜力。 --- 第四部分：面向未来的设计与应用 本书的最后部分将理论知识与实际工程应用相结合，展望材料科学的未来发展方向。 第十一章：功能材料的原理与应用 聚焦于那些依赖特定物理效应而发挥作用的材料。涵盖了磁性材料（硬磁与软磁）、压电/铁电材料、以及先进的光电材料（如LED、太阳能电池中的半导体材料）。探讨了如何通过结构设计来增强或调控其功能特性。 第十二章：材料的腐蚀、老化与寿命预测 材料的服役可靠性是工程设计的关键。本章系统介绍了电化学腐蚀的基本原理、不同类型的腐蚀（点蚀、应力腐蚀开裂）及其防护措施。此外，还讨论了聚合物的老化机制（如氧化和光降解）以及疲劳断裂的寿命预测方法。 第十三章：先进材料设计与计算模拟 本章引领读者进入材料科学的前沿交叉领域。介绍了利用密度泛函理论（DFT）进行第一性原理计算来预测材料电子结构和反应能；以及利用分子动力学（MD）模拟来研究扩散、位错运动和相界面行为。强调了计算模拟在加速新材料发现中的不可替代的作用。 --- 总结 《现代材料科学导论：从原子到宏观性能》结构严谨，内容详实，不仅教授了材料科学的基本知识，更培养了读者将微观机制与宏观性能联系起来的工程思维。通过丰富的图表、实例分析和深入的案例研究，本书致力于成为每一位志在材料领域深耕的学者和工程师的必备参考书。

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