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出版者:

作者:程周 编

出品人:

页数:118

译者:

出版时间:2010-7

价格:19.80元

装帧:

isbn号码:9787040269529

丛书系列:

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《现代材料科学基础与应用》 内容简介 本书系统梳理了材料科学领域的核心理论、前沿进展及其在现代工程技术中的广泛应用。全书结构严谨，内容详实，旨在为材料学、化学工程、机械制造以及相关交叉学科的本科生、研究生提供一本全面而深入的教材或参考书。 第一部分：材料的微观结构与性能基础 本部分重点阐述了材料的原子结构、晶体结构及其缺陷对宏观性能的影响机制。 第一章：晶体结构与晶体学基础 详细介绍了晶体与非晶体的概念，重点讲解了点阵理论、布拉维格子、密堆积结构（如面心立方、体心立方、六方最密堆积）的几何特征。探讨了晶带轴、晶面指数（Miller指数）的确定方法及其在材料表征中的意义。引入了晶体衍射理论，包括X射线衍射（XRD）的基本原理、劳厄方程和布拉格定律，并结合实际晶体结构分析案例，展示如何利用XRD数据确定材料的晶相和晶格常数。此外，还深入讨论了晶体缺陷的类型，包括点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界），并分析了位错运动在材料塑性变形中的核心作用，这是理解金属材料力学行为的关键。 第二章：材料的热力学与相图 本章基于热力学基本定律，探讨了材料的能量状态、相变驱动力与平衡条件。详细解析了吉布斯自由能在相变过程中的作用，并介绍了化学势的概念。重点构建了二元和三元相图的绘制与判读方法，如杠杆定律和相律的应用。对非金属材料（如陶瓷和聚合物）的固-液、固-固相变进行了专题讨论，特别是共晶、共析反应的机理。结合实例，分析了合金的凝固过程，以及如何通过热处理工艺来调控微观组织以优化材料性能。 第三章：材料的动力学与扩散 本章关注材料内部的输运现象，特别是原子扩散过程。阐述了菲克第一定律和第二定律，并从统计力学角度解释了扩散系数的温度依赖性（阿伦尼乌斯关系）。讨论了固态扩散的机制，包括格点扩散、间隙扩散和晶界扩散，并量化了不同晶体缺陷对扩散速率的影响。此外，还介绍了热处理过程中实现相变和性能调控的动力学控制因素，例如形核率和长大速率的计算模型。 第二部分：结构材料的性能与工程应用 本部分侧重于金属、陶瓷和聚合物三大类结构材料的力学、电学和热学性能的微观机理。 第四章：金属材料的力学行为 全面介绍金属材料的弹性、塑性、蠕变和疲劳行为。弹性变形基于胡克定律和杨氏模量，塑性变形则紧密关联于位错的产生、运动和交互作用。深入剖析了加工硬化、层错能对变形模式的影响。疲劳部分着重于S-N曲线的建立、裂纹萌生与扩展的机制，包括低周疲劳与高周疲劳的区别。断裂力学基础（如应力强度因子$K_I$、断裂韧性$K_{IC}$）被引入，用于评估材料的抗脆断能力。最后，讨论了超塑性现象及其在精密成形中的潜力。 第五章：陶瓷材料的特性与制造 陶瓷材料因其高硬度、耐高温和优异的电绝缘性而备受关注。本章首先讲解了离子键和共价键在陶瓷结构中的主导作用，以及由此带来的高模量和脆性特点。重点介绍了粉体制备（如溶胶-凝胶法、共沉淀法）、成型技术（如干压、注浆成型）和烧结过程（液相烧结与固相烧结）的工艺控制。讨论了陶瓷的断裂韧性提升方法，如引入晶须增强（Orowan增强机制）和转变增韧技术（如部分稳定化氧化锆PSZ）。 第六章：高分子材料的结构与粘弹性 高分子材料（聚合物）的特殊性在于其长链结构和分子间作用力。本章阐述了聚合物的分子量、分子量分布对性能的决定性影响。详细解释了聚合物的粘弹性理论，包括蠕变和应力松弛现象，以及Maxwell模型、Voigt模型等粘弹性本构模型的应用。介绍了聚合物的玻璃化转变温度（$T_g$）和熔点（$T_m$）的测量与意义，以及如何通过交联和结晶度调控其力学响应。 第三部分：功能材料的设计与前沿技术 本部分聚焦于利用材料的特殊物理性质实现特定功能的先进材料。 第七章：半导体与电子材料 从能带理论出发，系统阐述了导体、半导体和绝缘体的本质区别。深入分析了本征半导体和掺杂半导体的载流子输运机制，包括空穴和电子的迁移率。重点介绍了PN结的形成、I-V特性曲线及其在二极管、晶体管中的应用原理。讨论了薄膜沉积技术（如化学气相沉积CVD、物理气相沉积PVD）在集成电路制造中的关键作用。 第八章：磁性材料与功能薄膜 本章探讨了材料的磁学特性。从朗之万理论到居里-外斯定律，解释了顺磁性、抗磁性和铁磁性的微观起源。详细分析了磁畴结构、磁滞回线（矫顽力、剩磁）的形成，以及软磁材料和硬磁材料的设计原则。引入了巨磁阻效应（GMR）和隧道磁阻效应（TMR），展示了这些现象在信息存储和传感技术中的应用。 第九章：复合材料的设计与界面科学 复合材料通过组合不同材料的优点来超越单一材料的性能。本章主要讨论纤维增强复合材料（如碳纤维/环氧树脂）和粒子增强复合材料的力学性能预测模型，如混合律和玻恩模型。核心内容聚焦于基体与增强相之间的界面作用力、界面能及其对整体材料强度的影响。讨论了层合板的层间剪切行为和失效模式。 第十章：先进材料的表征技术 本章汇集了现代材料研究中不可或缺的实验技术。详细介绍扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）的成像原理与分析能力，特别是能量色散X射线谱（EDS）和电子背散射衍射（EBSD）在元素分析和织构分析中的应用。此外，还涵盖了原子力显微镜（AFM）在表面形貌与力学成像中的功能，以及差示扫描量热法（DSC）在热性能分析中的标准流程。 本书力求理论深度与工程实践的紧密结合，每章末均附有大量的习题和案例分析，以帮助读者巩固理论知识，培养解决实际工程问题的能力。

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