材料科學基礎-(第二版)-十二五普通高等教育本科 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陶傑 著

圖書標籤:

• 材料科學
• 材料學
• 基礎
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• 十二五
• 高等教育
• 工程材料
• 金屬材料
• 高分子材料
• 無機非金屬材料

店鋪： 西單圖書大廈專營店

齣版社： 化學工業

ISBN：9787122304784

商品編碼：26284438050

叢書名： 十二五普通高等教育本科國傢級規劃教材

齣版時間：2018-03-01

基本信息

商品名稱： 材料科學基礎-(第二版)	齣版社： 化學工業齣版社	齣版時間：2018-03-01
作者：陶傑	譯者：	開本： 32開
定價： 128.00	頁數：	印次： 1
ISBN號：9787122304780	商品類型：圖書	版次： 2

內容提要

本書為高等學校教材。本教材以材料基礎理論為重點,並將金屬材料、陶瓷材料和高分子材料與復閤材料有機結閤,建立瞭更為寬廣的基礎知識體係。 全書主要從四部分展開論述:固體的結構、相圖和相變基礎、晶體的缺陷與界麵結構和固體材料的變形。具體細分為晶體學基礎、固體材料的結構、固體中的擴散、凝固、相圖、固態相變的基本原理、晶體缺陷、材料錶麵與界麵、金屬材料的變形與再結晶、非金屬材料的應力-應變行為與變形機製共十章內容。 本教材適閤材料專業本科生、研究生以及工程技術人員學習使用。

作者簡介

陶傑，1963年齣生。南京航空航天大學，教授、博導。南京航空航天大學納米材料研究所所長；亞澳復閤材料協會理事;江蘇省復閤材料學會副理事長。長期從事金屬材料成型加工、金屬材料錶麵功能塗層、納米材料、復閤材料等方麵的研究。近六年來，主持瞭國傢自然科學基金、國傢科技部重點推廣項目、江蘇省重大成果轉化項目、省部級項目等20餘項課題，發錶論文100 餘篇，齣版著作3 部,教材3部。在金屬材料成型與性能分析、錶麵功能塗層技術等方麵取得多項研究成果，獲部省級科技進步二等奬2項、三等奬1項。已獲中國發明專利授權19項。 2001 年被江蘇省人民政府授予有突齣貢獻的中青年專傢稱號； 2006年入選國防科工委國防科技工業“511人纔工程”；2007年入選“江蘇省333高層次人纔培養工程中青年科學技術帶頭人”，同年被評為“南京航空航天大學教學名師”；2008年被美國福特公司聘為“福特特聘教授”。

目錄

第1章 晶體學基礎1 1.1晶體的周期性和空間點陣1 1.1.1晶體與晶體學1 1.1.2晶體點陣與空間點陣3 1.2布拉菲點陣5 1.3晶嚮指數與晶麵指數8 1.3.1晶嚮指數8 1.3.2晶麵指數9 1.3.3六方晶係的晶嚮指數與晶麵指數11 1.4晶麵間距、晶麵夾角和晶帶定理12 1.4.1晶麵間距12 1.4.2晶麵夾角13 1.4.3晶帶定理13 1.5晶體的對稱性14 1.5.1宏觀對稱元素14 1.5.232種點群16 1.5.3微觀對稱元素18 1.5.4空間群20 1.6極射投影21 1.6.1參考球和極射投影21 1.6.2吳氏網22 1.6.3標準投影圖23 第2章固體材料的結構25 2.1基礎知識25 2.1.1原子結構25 2.1.2能級圖和原子的電子結構25 2.1.3周期錶與周期性29 2.1.4晶體中的原子結閤32 2.2金屬及閤金相的晶體結構36 2.2.1元素的晶體結構36 2.2.2典型金屬的晶體結構37 2.2.3閤金相的晶體結構47 2.3陶瓷的晶體結構69 2.3.1概述69 2.3.2離子晶體結構70 2.3.3矽酸鹽晶體結構82 2.3.4同質異構現象88 2.4非晶、準晶和納米晶89 2.4.1非晶態材料89 2.4.2準晶的結構99 2.4.3納米晶的結構102 2.5高分子的鏈結構及聚集態結構104 2.5.1高分子鏈的組成和構造（近程結構）104 2.5.2高分子鏈的構象（遠程結構）109 2.5.3高聚物的晶態結構120 2.5.4高聚物的非晶態、取嚮及液晶態結構128 2.5.5高分子閤金的織態結構132 2.6復閤材料的細觀結構134 2.6.1復閤材料及其組成134 2.6.2復閤材料的細觀結構136 第3章固體中的擴散139 3.1擴散定律及其應用139 3.1.1擴散**定律139 3.1.2擴散第二定律140 3.1.3擴散第二定律的解及其應用141 3.2擴散微觀理論與機製144 3.2.1原子跳動和擴散距離144 3.2.2原子跳動和擴散係數146 3.2.3擴散的微觀機製147 3.2.4擴散激活能150 3.3達肯方程152 3.3.1柯肯達爾效應152 3.3.2達肯方程與互擴散係數152 3.4擴散的熱力學分析154 3.4.1擴散的驅動力154 3.4.2擴散係數的普遍形式155 3.4.3上坡擴散156 3.5影響擴散的因素156 3.5.1溫度157 3.5.2成分157 3.5.3晶體結構161 3.5.4短路擴散161 3.6反應擴散163 3.6.1反應擴散的過程及特點163 3.6.2反應擴散動力學165 第4章凝固167 4.1液體的性能與結構167 4.1.1液態金屬的結構167 4.1.2高分子溶液168 4.2金屬的凝固與結晶174 4.2.1純金屬的凝固174 4.2.2固溶體閤金的凝固186 4.2.3共晶閤金的凝固193 4.2.4鑄錠組織與凝固技術196 4.3陶瓷的凝固206 4.4聚閤物的結晶207 4.4.1結晶動力學208 4.4.2結晶熱力學212 第5章相圖214 5.1相圖基礎知識214 5.1.1研究相圖的意義214 5.1.2相圖的錶示方法214 5.1.3相圖的建立216 5.1.4相圖熱力學基礎217 5.1.5杠杆定律和重心法則221 5.2一元相圖224 5.2.1純鐵的相圖224 5.2.2碳的相圖225 5.3二元相圖225 5.3.1二元勻晶相圖225 5.3.2二元共晶相圖228 5.3.3二元包晶相圖234 5.3.4二元相圖的分析與使用237 5.3.5實際二元相圖舉例243 5.4三元相圖256 5.4.1兩相平衡的三元相圖256 5.4.2三相平衡的三元相圖262 5.4.3四相平衡的三元相圖267 5.4.4形成穩定化閤物的三元相圖276 5.4.5三元相圖小結277 5.4.6實際三元相圖舉例279 5.4.7三元交互係統相圖281 第6章固態相變的基本原理286 6.1固態相變的分類與特徵286 6.1.1固態相變的分類286 6.1.2固態相變的特徵288 6.2相變熱力學291 6.2.1熱力學基本原理291 6.2.2固態相變的形核293 6.3相變動力學302 6.3.1擴散性長大302 6.3.2相變動力學方程304 6.4擴散型相變305 6.4.1固溶體的析齣305 6.4.2共析轉變314 6.5非擴散型相變320 6.5.1馬氏體相變的基本特徵321 6.5.2馬氏體相變熱力學324 6.5.3馬氏體相變動力學327 6.5.4鋼中馬氏體的晶體結構328 6.5.5馬氏體的組織形態329 6.5.6馬氏體相變機製331 6.5.7馬氏體的力學性能332 6.6過渡型相變333 6.6.1貝氏體轉變的基本特徵333 6.6.2貝氏體的組織形態334 6.6.3貝氏體的力學性能336 第7章晶體缺陷338 7.1點缺陷338 7.1.1空位與間隙原子338 7.1.2點缺陷的平衡濃度339 7.1.3點缺陷的移動341 7.1.4過飽和點缺陷342 7.1.5點缺陷對金屬性能的影響342 7.2位錯的基本知識342 7.2.1位錯概念的産生342 7.2.2位錯類型和柏氏矢量344 7.3位錯的運動349 7.3.1位錯的滑移349 7.3.2刃型位錯的攀移351 7.3.3位錯運動的ξ×v規則352 7.3.4位錯的基本幾何性質小結353 7.4位錯的彈性性質353 7.4.1位錯的應力場353 7.4.2位錯的應變能355 7.4.3位錯運動的動力與阻力357 7.4.4位錯的綫張力358 7.4.5位錯間的相互作用359 7.4.6位錯間的塞積361 7.4.7位錯間的交割362 7.4.8位錯與點缺陷的交互作用365 7.5位錯的生成與增殖367 7.5.1位錯密度367 7.5.2位錯的生成367 7.5.3位錯的增殖367 7.6實際晶體中的位錯370 7.6.1實際晶體結構中的單位位錯370 7.6.2堆垛層錯371 7.6.3不全位錯372 7.6.4位錯反應378 7.6.5FCC晶體中位錯反應的一般錶示：湯普森四麵體380 7.6.6位錯反應舉例382 第8章材料錶麵與界麵386 8.1基礎知識386 8.1.1物質錶麵387 8.1.2固體的錶麵自由能和錶麵張力388 8.1.3純金屬錶麵張力的估算390 8.1.4固液界麵與潤濕391 8.1.5固-固界麵與黏附392 8.2晶體中的界麵結構393 8.2.1界麵類型與結構393 8.2.2界麵能量398 8.3晶體中界麵的偏聚與遷移399 8.3.1晶界平衡偏析399 8.3.2界麵遷移驅動力400 8.3.3影響界麵遷移的因素401 8.4界麵與組織形貌402 8.4.1單相組織形貌402 8.4.2復相組織形貌404 8.5高聚物的錶麵張力與界麵張力407 8.5.1錶麵張力與分子間的作用力407 8.5.2高聚物錶麵張力的影響因素407 8.5.3高聚物界麵張力411 8.6復閤體係的界麵結閤特性414 8.6.1復閤材料界麵的形成過程415 8.6.2樹脂基復閤材料的界麵結構及界麵理論415 8.6.3非樹脂基復閤材料的界麵結構417 8.6.4復閤材料界麵破壞418 8.7材料的復閤原理420 8.7.1復閤材料力學性能的復閤規律422 8.7.2復閤材料物理性質的復閤規律422 第9章金屬材料的變形與再結晶424 9.1金屬的應力-應變麯綫424 9.1.1工程應力-應變麯綫424 9.1.2真應力-真應變麯綫425 9.2金屬的塑性變形428 9.2.1單晶體的塑性變形428 9.2.2多晶體的塑性變形438 9.2.3閤金的塑性變形與強化442 9.2.4變形後的組織與性能446 9.3迴復與再結晶450 9.3.1冷變形晶體的迴復452 9.3.2冷變形金屬的再結晶454 9.3.3再結晶後的晶粒長大459 9.3.4再結晶織構與退火孿晶461 9.4金屬的熱變形、蠕變與超塑性463 9.4.1晶體的熱變形463 9.4.2

材料的奇妙世界：從原子尺度到宏觀應用 在我們生活的這個世界，從堅固的摩天大樓到輕巧的智能手機，從為我們提供動力的能源設備到治愈我們病痛的醫療器械，無不依賴於形形色色的材料。而材料科學，正是揭示這些物質背後奧秘的學科，它探究材料的組成、結構、性能以及它們之間復雜而迷人的關係，並在此基礎上設計、製造齣滿足人類社會不斷發展需求的新型材料。本書將帶領讀者走進材料科學的殿堂，開啓一段探索物質世界精妙與偉大的旅程。 第一部分：窺探材料的本質——原子、鍵與結構 要理解一種材料為何具有特定的性質，我們必須首先深入到構成它的最基本單元——原子。本書將從原子結構入手，介紹不同原子的電子排布、原子核的構成，以及這些微觀特性如何決定瞭原子之間的相互作用。我們將詳細闡述不同類型的原子鍵，包括離子鍵、共價鍵、金屬鍵和範德華力。理解這些鍵的形成機製和強度，是理解宏觀材料強度、導電性、熔點等諸多性質的基石。例如，金屬鍵的存在使得金屬材料具有優良的導電導熱性，而共價鍵則賦予瞭陶瓷和高分子材料極高的硬度和穩定性。 在理解瞭原子鍵的基礎上，我們將進一步探討原子在三維空間中的排列方式，即晶體結構。本書將詳細介紹常見的晶體結構，如麵心立方（FCC）、體心立方（BCC）和六方密堆積（HCP），並解釋這些結構如何影響材料的密度、強度和變形行為。對於非晶態材料，如玻璃和許多聚閤物，我們將介紹其無序的原子排列方式，以及這種無序性如何帶來獨特的性能，例如優異的透明性和延展性。我們將通過豐富的圖示和實例，幫助讀者直觀地理解這些抽象的結構概念。 第二部分：材料的性能密碼——力學、熱學、電學與磁學 材料的宏觀性能，如強度、韌性、硬度、導電性、導熱性、介電性、磁性等，直接關係到它們在各種應用中的錶現。本書將深入剖析這些關鍵性能背後的微觀機製。 在力學性能方麵，我們將詳細介紹彈性變形與塑性變形的區彆，探討位錯理論如何解釋金屬材料的塑性流動，並分析晶界、雜質和第二相粒子對材料強度的影響。我們還將討論斷裂韌性，即材料抵抗裂紋擴展的能力，這對於確保結構安全至關重要。本書將涵蓋應力-應變麯綫的解讀，以及彈性模量、屈服強度、抗拉強度、延伸率等關鍵力學參數的意義。 在熱學性能方麵，我們將探討比熱容、熱導率和熱膨脹係數等參數，並解釋它們如何影響材料在溫度變化下的行為。例如，高熱導率的材料適用於散熱器，而低熱膨脹係數的材料則適用於需要精密尺寸穩定的場閤。 在電學性能方麵，本書將區分導體、半導體和絕緣體，並深入介紹電荷載流子的概念。我們將探討不同材料的電阻率、介電常數和擊穿電壓，並分析這些性質在電子器件、電綫電纜和絕緣材料設計中的重要性。 在磁學性能方麵，我們將介紹順磁性、抗磁性和鐵磁性等基本磁學行為，並探討不同磁性材料的磁化麯綫、矯頑力等參數。這些知識對於設計電機、變壓器、存儲介質等至關重要。 第三部分：材料的變形與演化——相變、擴散與缺陷 材料並非一成不變，它們在外界條件（如溫度、應力、化學環境）的影響下會發生各種變化。本書將重點介紹這些“動態”的材料行為。 相變是指材料在一定條件下從一種物相轉變為另一種物相的過程。我們將討論固態相變，如奧氏體嚮馬氏體的轉變，以及固-液相變。相變的發生往往伴隨著性能的劇烈改變，例如鋼的淬火就是利用瞭相變來提高其硬度。 擴散是指原子或離子在材料內部的遷移過程。我們將介紹菲剋定律，並分析擴散在材料熱處理、燒結和腐蝕等過程中的作用。例如，在高溫下，原子會發生擴散，導緻材料的晶粒長大或化學成分發生變化。 材料中的缺陷，即使是微觀層麵的，也會對宏觀性能産生顯著影響。本書將介紹點缺陷（如空位、間隙原子）、綫缺陷（如位錯）和麵缺陷（如晶界）等。雖然“缺陷”聽起來是負麵的，但位錯的存在恰恰是金屬材料能夠塑性變形的關鍵，而某些晶界則可能成為材料發生腐蝕的薄弱環節。理解這些缺陷的形成、遷移和對材料性能的影響，是進行材料設計和性能調控的重要手段。 第四部分：材料的設計與應用——從傳統材料到前沿科技 在掌握瞭材料的本質、性能及其演化規律後，我們便可以開始思考如何根據特定的應用需求來設計和選擇材料。本書將介紹不同材料大類及其典型應用。 金屬材料：我們將從鋼鐵、鋁閤金、銅閤金等經典金屬材料講起，介紹它們的優缺點以及在建築、交通、航空航天等領域的廣泛應用。我們還將探討先進金屬材料，如高溫閤金、形狀記憶閤金和儲氫閤金。 陶瓷材料：本書將介紹氧化物陶瓷（如氧化鋁、氧化鋯）、氮化物陶瓷（如氮化矽）和碳化物陶瓷（如碳化矽）等。陶瓷材料通常具有高硬度、高耐溫性和良好的絕緣性，廣泛應用於電子、航空航天、醫療和耐火材料等領域。 聚閤物材料：我們將介紹熱塑性塑料、熱固性塑料和彈性體等，以及它們的分子結構與性能的關係。聚閤物材料因其輕質、易加工和成本低廉，在包裝、紡織、汽車和電子産品等領域占據重要地位。 復閤材料：隨著科技的發展，將不同材料的優點結閤起來製備復閤材料已成為重要的發展方嚮。我們將介紹縴維增強復閤材料（如碳縴維增強聚閤物）、顆粒增強復閤材料等，以及它們在高性能結構件中的應用。 功能材料：除瞭結構材料，我們還將介紹一係列具有特殊功能的材料，如半導體材料（用於電子器件）、壓電材料（用於傳感器和執行器）、磁性材料（用於存儲和能量轉換）、光電子材料（用於LED和激光器）、生物材料（用於醫療植入）以及納米材料（展現齣獨特的宏觀效應）等。 第五部分：材料的加工與選擇——從實驗室到工業生産 材料的性能不僅取決於其內在的微觀結構，還與加工工藝息息相關。本書將簡要介紹一些關鍵的材料加工技術，例如： 成型工藝：包括鑄造、鍛造、軋製、注塑成型、擠齣成型等，這些工藝決定瞭材料的最終形狀和內部組織。 熱處理工藝：如退火、正火、淬火、迴火等，通過控製溫度和時間來改變材料的微觀結構，從而調整其性能。 錶麵處理工藝：如鍍層、拋光、熱噴塗等，用於改善材料的耐磨性、耐腐蝕性或美觀性。 最後，本書將強調材料選擇的原則，即在滿足性能要求的前提下，綜閤考慮成本、加工性、環境影響和可迴收性等因素。通過學習本書，讀者將能夠理解材料世界的廣闊天地，培養對材料性能的深刻洞察力，並為未來在材料科學及相關領域的研究、開發和應用打下堅實的基礎。這本書不僅是一本教材，更是一扇開啓探索物質奇妙世界的窗戶，激發讀者對科學的求知欲和對創新的熱情。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，要真正掌握一門學科，就必須理解其核心的科學原理，而不是死記硬背各種公式和結論。這本書在這方麵做得非常齣色。它不僅講解瞭材料的宏觀性能，更重要的是，它深入探討瞭這些性能是如何從微觀結構和組成中産生的。讀這本書的過程，就像是在進行一次科學探索，作者引導著我一步步去理解為什麼某些材料會錶現齣獨特的磁性，為什麼有些材料能夠承受極高的溫度，又或者為什麼某些閤金會錶現齣優異的力學性能。書中關於材料在不同環境下的行為以及如何通過調控微觀結構來優化材料性能的章節，給我留下瞭深刻的印象。特彆是關於失效分析的部分，它通過生動具體的案例，展示瞭材料科學在實際工程中的應用價值，也讓我對材料的可靠性和安全性有瞭更深刻的認識。這本書的優點在於，它能夠激發讀者的好奇心，鼓勵讀者進行獨立思考，而不是被動接受知識。它更像是一位經驗豐富的導師，在知識的海洋中指引我前行，讓我能夠更自信地去探索和發現。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容簡直是為那些渴望深入理解材料世界奧秘的人量身打造的。它不像市麵上很多教材那樣，僅僅羅列概念和公式，而是非常注重原理的闡述和邏輯的構建。翻開第一頁，你就能感受到作者嚴謹的治學態度和清晰的教學思路。從晶體結構的引入，到缺陷理論的細緻講解，再到相圖的解讀，每一個章節都如同剝洋蔥一般，層層遞進，讓你逐步揭開材料微觀世界的神秘麵紗。書中對各種材料性能與微觀結構之間關係的論述尤其精彩，通過大量的圖示和實例，將抽象的理論變得生動形象，仿佛能親眼看到原子如何在晶格中排列，缺陷如何影響材料的強度和塑性，相變又是如何發生的。對於初學者而言，這本書提供瞭一個紮實的起點，能夠幫助他們建立起堅實的理論基礎，為後續更深入的學習打下堅實的基礎。即便是對材料科學已有一定瞭解的研究者，也能從中找到不少啓發，重新審視那些習以為常的知識點，發現新的理解角度。作者在行文中，語言流暢，邏輯清晰，雖然涉及的知識點很多，但整體上循序漸進，不會讓人感到 overwhelming。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，一開始我抱著嘗試的心態去閱讀這本書，但很快就被其內容所吸引。它以一種非常“接地氣”的方式，將材料科學這門聽起來有些抽象的學科，變得生動有趣。書中關於材料的性能與應用之間的緊密聯係的闡述，給我留下瞭深刻的印象。例如，在介紹某一類高分子材料時，書中不僅詳細講解瞭其分子結構如何決定瞭其彈性和強度，還舉例說明瞭它如何在日常用品、醫療器械等領域發揮著不可替代的作用。這種將理論與實踐緊密結閤的寫作風格，讓我覺得學到的知識不僅僅是書本上的文字，而是真正能夠應用於生活的智慧。書中對於材料的製備工藝和加工方法也有一定的介紹，雖然篇幅不長，但足以讓我對材料是如何被製造齣來的有一個初步的瞭解。總而言之，這本書提供瞭一個既有科學嚴謹性又不失趣味性的學習體驗，讓我對材料科學這門學科産生瞭濃厚的興趣，並且願意花更多的時間去探索其更廣闊的世界。

評分☆☆☆☆☆

對於我這樣的非材料專業背景但對材料應用有一定需求的讀者來說，這本書提供瞭一個非常友好的入門途徑。它避免瞭過多的晦澀術語和復雜的數學推導，而是用相對易於理解的語言，將材料科學的核心概念和基本原理娓娓道來。書中穿插的大量實際應用案例，比如在航空航天、電子信息、能源開發等領域的材料選擇和應用，極大地增強瞭學習的趣味性和實用性。我尤其喜歡書中關於材料設計和選擇的討論，它讓我明白，材料並非一成不變，而是可以根據具體需求進行設計和優化的。這本書的講解方式，更側重於“為什麼”而不是“是什麼”，它引導我思考材料的本質屬性和其內在的聯係，從而能夠舉一反三，觸類旁通。雖然書中涉及的理論深度可能不及專門的研究性著作，但對於建立全麵的材料科學認知，理解不同材料的特點以及它們在現代科技中的重要作用，這本書無疑是極佳的選擇。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我最大的感受是其內容的廣度和深度都相當可觀。它不僅僅局限於某一類材料，而是涵蓋瞭金屬材料、陶瓷材料、高分子材料以及復閤材料等多個領域。在介紹每一種材料時，作者都能夠從其基本組成、微觀結構、製備工藝以及關鍵性能等方麵進行係統性的闡述，並著重分析不同材料之間的異同點和各自的優勢劣勢。我尤其欣賞書中關於材料的力學性能、熱學性能、電學性能、磁學性能以及光學性能等方麵的詳細介紹，這些內容對於理解材料在各種應用場景下的錶現至關重要。書中還包含瞭關於材料錶徵技術的一些基礎知識，雖然不是重點，但足以讓讀者對如何“看見”和“測量”材料的微觀世界有一個初步的瞭解。這本書的結構安排非常閤理，各個章節之間相互呼應，形成瞭一個完整的知識體係。讀完之後，我感覺自己對材料科學這門學科的整體框架有瞭更清晰的認識，不再是零散的知識點堆砌，而是一個有機的整體。