材料科学基础-(第二版)-十二五普通高等教育本科 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陶杰 著

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• 十二五
• 高等教育
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• 金属材料
• 高分子材料
• 无机非金属材料

店铺： 西单图书大厦专营店

出版社： 化学工业

ISBN：9787122304784

商品编码：26284438050

丛书名： 十二五普通高等教育本科国家级规划教材

出版时间：2018-03-01

基本信息

商品名称： 材料科学基础-(第二版)	出版社： 化学工业出版社	出版时间：2018-03-01
作者：陶杰	译者：	开本： 32开
定价： 128.00	页数：	印次： 1
ISBN号：9787122304780	商品类型：图书	版次： 2

内容提要

本书为高等学校教材。本教材以材料基础理论为重点,并将金属材料、陶瓷材料和高分子材料与复合材料有机结合,建立了更为宽广的基础知识体系。 全书主要从四部分展开论述:固体的结构、相图和相变基础、晶体的缺陷与界面结构和固体材料的变形。具体细分为晶体学基础、固体材料的结构、固体中的扩散、凝固、相图、固态相变的基本原理、晶体缺陷、材料表面与界面、金属材料的变形与再结晶、非金属材料的应力-应变行为与变形机制共十章内容。 本教材适合材料专业本科生、研究生以及工程技术人员学习使用。

作者简介

陶杰，1963年出生。南京航空航天大学，教授、博导。南京航空航天大学纳米材料研究所所长；亚澳复合材料协会理事;江苏省复合材料学会副理事长。长期从事金属材料成型加工、金属材料表面功能涂层、纳米材料、复合材料等方面的研究。近六年来，主持了国家自然科学基金、国家科技部重点推广项目、江苏省重大成果转化项目、省部级项目等20余项课题，发表论文100 余篇，出版著作3 部,教材3部。在金属材料成型与性能分析、表面功能涂层技术等方面取得多项研究成果，获部省级科技进步二等奖2项、三等奖1项。已获中国发明专利授权19项。 2001 年被江苏省人民政府授予有突出贡献的中青年专家称号； 2006年入选国防科工委国防科技工业“511人才工程”；2007年入选“江苏省333高层次人才培养工程中青年科学技术带头人”，同年被评为“南京航空航天大学教学名师”；2008年被美国福特公司聘为“福特特聘教授”。

目录

第1章 晶体学基础1 1.1晶体的周期性和空间点阵1 1.1.1晶体与晶体学1 1.1.2晶体点阵与空间点阵3 1.2布拉菲点阵5 1.3晶向指数与晶面指数8 1.3.1晶向指数8 1.3.2晶面指数9 1.3.3六方晶系的晶向指数与晶面指数11 1.4晶面间距、晶面夹角和晶带定理12 1.4.1晶面间距12 1.4.2晶面夹角13 1.4.3晶带定理13 1.5晶体的对称性14 1.5.1宏观对称元素14 1.5.232种点群16 1.5.3微观对称元素18 1.5.4空间群20 1.6极射投影21 1.6.1参考球和极射投影21 1.6.2吴氏网22 1.6.3标准投影图23 第2章固体材料的结构25 2.1基础知识25 2.1.1原子结构25 2.1.2能级图和原子的电子结构25 2.1.3周期表与周期性29 2.1.4晶体中的原子结合32 2.2金属及合金相的晶体结构36 2.2.1元素的晶体结构36 2.2.2典型金属的晶体结构37 2.2.3合金相的晶体结构47 2.3陶瓷的晶体结构69 2.3.1概述69 2.3.2离子晶体结构70 2.3.3硅酸盐晶体结构82 2.3.4同质异构现象88 2.4非晶、准晶和纳米晶89 2.4.1非晶态材料89 2.4.2准晶的结构99 2.4.3纳米晶的结构102 2.5高分子的链结构及聚集态结构104 2.5.1高分子链的组成和构造（近程结构）104 2.5.2高分子链的构象（远程结构）109 2.5.3高聚物的晶态结构120 2.5.4高聚物的非晶态、取向及液晶态结构128 2.5.5高分子合金的织态结构132 2.6复合材料的细观结构134 2.6.1复合材料及其组成134 2.6.2复合材料的细观结构136 第3章固体中的扩散139 3.1扩散定律及其应用139 3.1.1扩散**定律139 3.1.2扩散第二定律140 3.1.3扩散第二定律的解及其应用141 3.2扩散微观理论与机制144 3.2.1原子跳动和扩散距离144 3.2.2原子跳动和扩散系数146 3.2.3扩散的微观机制147 3.2.4扩散激活能150 3.3达肯方程152 3.3.1柯肯达尔效应152 3.3.2达肯方程与互扩散系数152 3.4扩散的热力学分析154 3.4.1扩散的驱动力154 3.4.2扩散系数的普遍形式155 3.4.3上坡扩散156 3.5影响扩散的因素156 3.5.1温度157 3.5.2成分157 3.5.3晶体结构161 3.5.4短路扩散161 3.6反应扩散163 3.6.1反应扩散的过程及特点163 3.6.2反应扩散动力学165 第4章凝固167 4.1液体的性能与结构167 4.1.1液态金属的结构167 4.1.2高分子溶液168 4.2金属的凝固与结晶174 4.2.1纯金属的凝固174 4.2.2固溶体合金的凝固186 4.2.3共晶合金的凝固193 4.2.4铸锭组织与凝固技术196 4.3陶瓷的凝固206 4.4聚合物的结晶207 4.4.1结晶动力学208 4.4.2结晶热力学212 第5章相图214 5.1相图基础知识214 5.1.1研究相图的意义214 5.1.2相图的表示方法214 5.1.3相图的建立216 5.1.4相图热力学基础217 5.1.5杠杆定律和重心法则221 5.2一元相图224 5.2.1纯铁的相图224 5.2.2碳的相图225 5.3二元相图225 5.3.1二元匀晶相图225 5.3.2二元共晶相图228 5.3.3二元包晶相图234 5.3.4二元相图的分析与使用237 5.3.5实际二元相图举例243 5.4三元相图256 5.4.1两相平衡的三元相图256 5.4.2三相平衡的三元相图262 5.4.3四相平衡的三元相图267 5.4.4形成稳定化合物的三元相图276 5.4.5三元相图小结277 5.4.6实际三元相图举例279 5.4.7三元交互系统相图281 第6章固态相变的基本原理286 6.1固态相变的分类与特征286 6.1.1固态相变的分类286 6.1.2固态相变的特征288 6.2相变热力学291 6.2.1热力学基本原理291 6.2.2固态相变的形核293 6.3相变动力学302 6.3.1扩散性长大302 6.3.2相变动力学方程304 6.4扩散型相变305 6.4.1固溶体的析出305 6.4.2共析转变314 6.5非扩散型相变320 6.5.1马氏体相变的基本特征321 6.5.2马氏体相变热力学324 6.5.3马氏体相变动力学327 6.5.4钢中马氏体的晶体结构328 6.5.5马氏体的组织形态329 6.5.6马氏体相变机制331 6.5.7马氏体的力学性能332 6.6过渡型相变333 6.6.1贝氏体转变的基本特征333 6.6.2贝氏体的组织形态334 6.6.3贝氏体的力学性能336 第7章晶体缺陷338 7.1点缺陷338 7.1.1空位与间隙原子338 7.1.2点缺陷的平衡浓度339 7.1.3点缺陷的移动341 7.1.4过饱和点缺陷342 7.1.5点缺陷对金属性能的影响342 7.2位错的基本知识342 7.2.1位错概念的产生342 7.2.2位错类型和柏氏矢量344 7.3位错的运动349 7.3.1位错的滑移349 7.3.2刃型位错的攀移351 7.3.3位错运动的ξ×v规则352 7.3.4位错的基本几何性质小结353 7.4位错的弹性性质353 7.4.1位错的应力场353 7.4.2位错的应变能355 7.4.3位错运动的动力与阻力357 7.4.4位错的线张力358 7.4.5位错间的相互作用359 7.4.6位错间的塞积361 7.4.7位错间的交割362 7.4.8位错与点缺陷的交互作用365 7.5位错的生成与增殖367 7.5.1位错密度367 7.5.2位错的生成367 7.5.3位错的增殖367 7.6实际晶体中的位错370 7.6.1实际晶体结构中的单位位错370 7.6.2堆垛层错371 7.6.3不全位错372 7.6.4位错反应378 7.6.5FCC晶体中位错反应的一般表示：汤普森四面体380 7.6.6位错反应举例382 第8章材料表面与界面386 8.1基础知识386 8.1.1物质表面387 8.1.2固体的表面自由能和表面张力388 8.1.3纯金属表面张力的估算390 8.1.4固液界面与润湿391 8.1.5固-固界面与黏附392 8.2晶体中的界面结构393 8.2.1界面类型与结构393 8.2.2界面能量398 8.3晶体中界面的偏聚与迁移399 8.3.1晶界平衡偏析399 8.3.2界面迁移驱动力400 8.3.3影响界面迁移的因素401 8.4界面与组织形貌402 8.4.1单相组织形貌402 8.4.2复相组织形貌404 8.5高聚物的表面张力与界面张力407 8.5.1表面张力与分子间的作用力407 8.5.2高聚物表面张力的影响因素407 8.5.3高聚物界面张力411 8.6复合体系的界面结合特性414 8.6.1复合材料界面的形成过程415 8.6.2树脂基复合材料的界面结构及界面理论415 8.6.3非树脂基复合材料的界面结构417 8.6.4复合材料界面破坏418 8.7材料的复合原理420 8.7.1复合材料力学性能的复合规律422 8.7.2复合材料物理性质的复合规律422 第9章金属材料的变形与再结晶424 9.1金属的应力-应变曲线424 9.1.1工程应力-应变曲线424 9.1.2真应力-真应变曲线425 9.2金属的塑性变形428 9.2.1单晶体的塑性变形428 9.2.2多晶体的塑性变形438 9.2.3合金的塑性变形与强化442 9.2.4变形后的组织与性能446 9.3回复与再结晶450 9.3.1冷变形晶体的回复452 9.3.2冷变形金属的再结晶454 9.3.3再结晶后的晶粒长大459 9.3.4再结晶织构与退火孪晶461 9.4金属的热变形、蠕变与超塑性463 9.4.1晶体的热变形463 9.4.2

材料的奇妙世界：从原子尺度到宏观应用 在我们生活的这个世界，从坚固的摩天大楼到轻巧的智能手机，从为我们提供动力的能源设备到治愈我们病痛的医疗器械，无不依赖于形形色色的材料。而材料科学，正是揭示这些物质背后奥秘的学科，它探究材料的组成、结构、性能以及它们之间复杂而迷人的关系，并在此基础上设计、制造出满足人类社会不断发展需求的新型材料。本书将带领读者走进材料科学的殿堂，开启一段探索物质世界精妙与伟大的旅程。 第一部分：窥探材料的本质——原子、键与结构 要理解一种材料为何具有特定的性质，我们必须首先深入到构成它的最基本单元——原子。本书将从原子结构入手，介绍不同原子的电子排布、原子核的构成，以及这些微观特性如何决定了原子之间的相互作用。我们将详细阐述不同类型的原子键，包括离子键、共价键、金属键和范德华力。理解这些键的形成机制和强度，是理解宏观材料强度、导电性、熔点等诸多性质的基石。例如，金属键的存在使得金属材料具有优良的导电导热性，而共价键则赋予了陶瓷和高分子材料极高的硬度和稳定性。 在理解了原子键的基础上，我们将进一步探讨原子在三维空间中的排列方式，即晶体结构。本书将详细介绍常见的晶体结构，如面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和六方密堆积（HCP），并解释这些结构如何影响材料的密度、强度和变形行为。对于非晶态材料，如玻璃和许多聚合物，我们将介绍其无序的原子排列方式，以及这种无序性如何带来独特的性能，例如优异的透明性和延展性。我们将通过丰富的图示和实例，帮助读者直观地理解这些抽象的结构概念。 第二部分：材料的性能密码——力学、热学、电学与磁学 材料的宏观性能，如强度、韧性、硬度、导电性、导热性、介电性、磁性等，直接关系到它们在各种应用中的表现。本书将深入剖析这些关键性能背后的微观机制。 在力学性能方面，我们将详细介绍弹性变形与塑性变形的区别，探讨位错理论如何解释金属材料的塑性流动，并分析晶界、杂质和第二相粒子对材料强度的影响。我们还将讨论断裂韧性，即材料抵抗裂纹扩展的能力，这对于确保结构安全至关重要。本书将涵盖应力-应变曲线的解读，以及弹性模量、屈服强度、抗拉强度、延伸率等关键力学参数的意义。 在热学性能方面，我们将探讨比热容、热导率和热膨胀系数等参数，并解释它们如何影响材料在温度变化下的行为。例如，高热导率的材料适用于散热器，而低热膨胀系数的材料则适用于需要精密尺寸稳定的场合。 在电学性能方面，本书将区分导体、半导体和绝缘体，并深入介绍电荷载流子的概念。我们将探讨不同材料的电阻率、介电常数和击穿电压，并分析这些性质在电子器件、电线电缆和绝缘材料设计中的重要性。 在磁学性能方面，我们将介绍顺磁性、抗磁性和铁磁性等基本磁学行为，并探讨不同磁性材料的磁化曲线、矫顽力等参数。这些知识对于设计电机、变压器、存储介质等至关重要。 第三部分：材料的变形与演化——相变、扩散与缺陷 材料并非一成不变，它们在外界条件（如温度、应力、化学环境）的影响下会发生各种变化。本书将重点介绍这些“动态”的材料行为。 相变是指材料在一定条件下从一种物相转变为另一种物相的过程。我们将讨论固态相变，如奥氏体向马氏体的转变，以及固-液相变。相变的发生往往伴随着性能的剧烈改变，例如钢的淬火就是利用了相变来提高其硬度。 扩散是指原子或离子在材料内部的迁移过程。我们将介绍菲克定律，并分析扩散在材料热处理、烧结和腐蚀等过程中的作用。例如，在高温下，原子会发生扩散，导致材料的晶粒长大或化学成分发生变化。 材料中的缺陷，即使是微观层面的，也会对宏观性能产生显著影响。本书将介绍点缺陷（如空位、间隙原子）、线缺陷（如位错）和面缺陷（如晶界）等。虽然“缺陷”听起来是负面的，但位错的存在恰恰是金属材料能够塑性变形的关键，而某些晶界则可能成为材料发生腐蚀的薄弱环节。理解这些缺陷的形成、迁移和对材料性能的影响，是进行材料设计和性能调控的重要手段。 第四部分：材料的设计与应用——从传统材料到前沿科技 在掌握了材料的本质、性能及其演化规律后，我们便可以开始思考如何根据特定的应用需求来设计和选择材料。本书将介绍不同材料大类及其典型应用。 金属材料：我们将从钢铁、铝合金、铜合金等经典金属材料讲起，介绍它们的优缺点以及在建筑、交通、航空航天等领域的广泛应用。我们还将探讨先进金属材料，如高温合金、形状记忆合金和储氢合金。 陶瓷材料：本书将介绍氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化锆）、氮化物陶瓷（如氮化硅）和碳化物陶瓷（如碳化硅）等。陶瓷材料通常具有高硬度、高耐温性和良好的绝缘性，广泛应用于电子、航空航天、医疗和耐火材料等领域。 聚合物材料：我们将介绍热塑性塑料、热固性塑料和弹性体等，以及它们的分子结构与性能的关系。聚合物材料因其轻质、易加工和成本低廉，在包装、纺织、汽车和电子产品等领域占据重要地位。 复合材料：随着科技的发展，将不同材料的优点结合起来制备复合材料已成为重要的发展方向。我们将介绍纤维增强复合材料（如碳纤维增强聚合物）、颗粒增强复合材料等，以及它们在高性能结构件中的应用。 功能材料：除了结构材料，我们还将介绍一系列具有特殊功能的材料，如半导体材料（用于电子器件）、压电材料（用于传感器和执行器）、磁性材料（用于存储和能量转换）、光电子材料（用于LED和激光器）、生物材料（用于医疗植入）以及纳米材料（展现出独特的宏观效应）等。 第五部分：材料的加工与选择——从实验室到工业生产 材料的性能不仅取决于其内在的微观结构，还与加工工艺息息相关。本书将简要介绍一些关键的材料加工技术，例如： 成型工艺：包括铸造、锻造、轧制、注塑成型、挤出成型等，这些工艺决定了材料的最终形状和内部组织。 热处理工艺：如退火、正火、淬火、回火等，通过控制温度和时间来改变材料的微观结构，从而调整其性能。 表面处理工艺：如镀层、抛光、热喷涂等，用于改善材料的耐磨性、耐腐蚀性或美观性。 最后，本书将强调材料选择的原则，即在满足性能要求的前提下，综合考虑成本、加工性、环境影响和可回收性等因素。通过学习本书，读者将能够理解材料世界的广阔天地，培养对材料性能的深刻洞察力，并为未来在材料科学及相关领域的研究、开发和应用打下坚实的基础。这本书不仅是一本教材，更是一扇开启探索物质奇妙世界的窗户，激发读者对科学的求知欲和对创新的热情。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，一开始我抱着尝试的心态去阅读这本书，但很快就被其内容所吸引。它以一种非常“接地气”的方式，将材料科学这门听起来有些抽象的学科，变得生动有趣。书中关于材料的性能与应用之间的紧密联系的阐述，给我留下了深刻的印象。例如，在介绍某一类高分子材料时，书中不仅详细讲解了其分子结构如何决定了其弹性和强度，还举例说明了它如何在日常用品、医疗器械等领域发挥着不可替代的作用。这种将理论与实践紧密结合的写作风格，让我觉得学到的知识不仅仅是书本上的文字，而是真正能够应用于生活的智慧。书中对于材料的制备工艺和加工方法也有一定的介绍，虽然篇幅不长，但足以让我对材料是如何被制造出来的有一个初步的了解。总而言之，这本书提供了一个既有科学严谨性又不失趣味性的学习体验，让我对材料科学这门学科产生了浓厚的兴趣，并且愿意花更多的时间去探索其更广阔的世界。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的感受是其内容的广度和深度都相当可观。它不仅仅局限于某一类材料，而是涵盖了金属材料、陶瓷材料、高分子材料以及复合材料等多个领域。在介绍每一种材料时，作者都能够从其基本组成、微观结构、制备工艺以及关键性能等方面进行系统性的阐述，并着重分析不同材料之间的异同点和各自的优势劣势。我尤其欣赏书中关于材料的力学性能、热学性能、电学性能、磁学性能以及光学性能等方面的详细介绍，这些内容对于理解材料在各种应用场景下的表现至关重要。书中还包含了关于材料表征技术的一些基础知识，虽然不是重点，但足以让读者对如何“看见”和“测量”材料的微观世界有一个初步的了解。这本书的结构安排非常合理，各个章节之间相互呼应，形成了一个完整的知识体系。读完之后，我感觉自己对材料科学这门学科的整体框架有了更清晰的认识，不再是零散的知识点堆砌，而是一个有机的整体。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，要真正掌握一门学科，就必须理解其核心的科学原理，而不是死记硬背各种公式和结论。这本书在这方面做得非常出色。它不仅讲解了材料的宏观性能，更重要的是，它深入探讨了这些性能是如何从微观结构和组成中产生的。读这本书的过程，就像是在进行一次科学探索，作者引导着我一步步去理解为什么某些材料会表现出独特的磁性，为什么有些材料能够承受极高的温度，又或者为什么某些合金会表现出优异的力学性能。书中关于材料在不同环境下的行为以及如何通过调控微观结构来优化材料性能的章节，给我留下了深刻的印象。特别是关于失效分析的部分，它通过生动具体的案例，展示了材料科学在实际工程中的应用价值，也让我对材料的可靠性和安全性有了更深刻的认识。这本书的优点在于，它能够激发读者的好奇心，鼓励读者进行独立思考，而不是被动接受知识。它更像是一位经验丰富的导师，在知识的海洋中指引我前行，让我能够更自信地去探索和发现。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样的非材料专业背景但对材料应用有一定需求的读者来说，这本书提供了一个非常友好的入门途径。它避免了过多的晦涩术语和复杂的数学推导，而是用相对易于理解的语言，将材料科学的核心概念和基本原理娓娓道来。书中穿插的大量实际应用案例，比如在航空航天、电子信息、能源开发等领域的材料选择和应用，极大地增强了学习的趣味性和实用性。我尤其喜欢书中关于材料设计和选择的讨论，它让我明白，材料并非一成不变，而是可以根据具体需求进行设计和优化的。这本书的讲解方式，更侧重于“为什么”而不是“是什么”，它引导我思考材料的本质属性和其内在的联系，从而能够举一反三，触类旁通。虽然书中涉及的理论深度可能不及专门的研究性著作，但对于建立全面的材料科学认知，理解不同材料的特点以及它们在现代科技中的重要作用，这本书无疑是极佳的选择。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容简直是为那些渴望深入理解材料世界奥秘的人量身打造的。它不像市面上很多教材那样，仅仅罗列概念和公式，而是非常注重原理的阐述和逻辑的构建。翻开第一页，你就能感受到作者严谨的治学态度和清晰的教学思路。从晶体结构的引入，到缺陷理论的细致讲解，再到相图的解读，每一个章节都如同剥洋葱一般，层层递进，让你逐步揭开材料微观世界的神秘面纱。书中对各种材料性能与微观结构之间关系的论述尤其精彩，通过大量的图示和实例，将抽象的理论变得生动形象，仿佛能亲眼看到原子如何在晶格中排列，缺陷如何影响材料的强度和塑性，相变又是如何发生的。对于初学者而言，这本书提供了一个扎实的起点，能够帮助他们建立起坚实的理论基础，为后续更深入的学习打下坚实的基础。即便是对材料科学已有一定了解的研究者，也能从中找到不少启发，重新审视那些习以为常的知识点，发现新的理解角度。作者在行文中，语言流畅，逻辑清晰，虽然涉及的知识点很多，但整体上循序渐进，不会让人感到 overwhelming。