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第1章 引言1

1.1材料的历史回顾1

1.2材料科学与工程1

1.3为什么要学习材料科学与工程？3

1.4材料的分类4

1.5先进材料9

1.6现代材料的需求11

第2章 原子结构与键合13

2.1引言13

2.2基本概念13

2.3原子中的电子14

2.4元素周期表21

2.5结合能24

2.6主价键26

2.7次价键或范德瓦耳斯力32

2.8混合键35

2.9分子36

2.10键合类型与材料分类的关系36

第3章 晶体学基础37

3.1引言37

3.2基本概念37

3.3晶胞38

3.4晶系38

3.5点坐标40

3.6晶向41

3.7晶面43

3.8单晶45

3.9多晶材料46

3.10各向异性47

3.11非晶体48

第4章 固体结构49

4.1引言49

4.2面心立方晶体结构49

4.3体心立方晶体结构51

4.4六方密排晶体结构52

4.5密度计算——金属52

4.6离子晶体的几何构型54

4.7 AX类型晶体结构56

4.8 AmXp型晶体结构57

4.9 AmBnXp型晶体结构58

4.10密度计算——陶瓷59

4.11硅酸盐陶瓷59

4.12碳63

4.13聚合物结晶度64

4.14多晶型性和同素异构66

4.15原子排列66

4.16线密度与面密度67

4.17密排晶体结构69

第5章 高分子结构72

5.1引言72

5.2碳氢化合物72

5.3聚合物分子75

5.4聚合物分子的化学性质75

5.5分子量79

5.6分子链构型81

5.7高分子链结构82

5.8高分子构型83

5.9热塑性和热固性聚合物86

5.10共聚物87

5.11高分子晶体88

第6章 晶体缺陷91

6.1引言91

6.2空位和自间隙原子91

6.3陶瓷中的点缺陷92

6.4固体中的杂质95

6.5高分子的点缺陷98

6.6组分的说明99

6.7位错——线缺陷101

6.8界面缺陷104

6.9体缺陷107

6.10原子振动107

第7章 扩散108

7.1引言108

7.2扩散机制109

7.3稳态扩散110

7.4非稳定态扩散112

7.5影响扩散的因素114

7.6半导体材料中的扩散116

7.7其他扩散方式118

7.8离子型和高分子材料中的扩散118

第8章 金属的力学性质120

8.1引言120

8.2应力和应变的概念121

8.3弹性变形125

8.4 塑性变形129

8.5硬度137

8.6材料性质的可变性142

8.7设计/安全因素143

第9章 位错和强化机制145

9.1引言145

9.2基本概念145

9.3位错的特性148

9.4滑移系149

9.5单晶中的滑移151

9.6多晶材料的塑性变形153

9.7孪生变形155

9.8细晶强化156

9.9固溶强化158

9.10应变强化160

9.11回复162

9.12再结晶163

9.13晶粒生长166

第10章 失效169

10.1引言169

10.2断裂的基本原理169

10.3韧性断裂170

10.4脆性断裂172

10.5断裂力学原理174

10.6断裂韧性测试179

10.7循环应力184

10.8 S-N曲线186

10.9裂纹的形成与扩展189

10.10影响疲劳寿命的因素191

10.11环境的影响195

10.12广义蠕变行为196

10.13应力和温度的影响197

10.14数据外推法199

10.15耐高温合金199

第11章 相图201

11.1引言201

11.2溶解度201

11.3相202

11.4微观结构203

11.5相平衡203

11.6单组分（或一元）相图204

11.7二元匀晶体系205

11.8相图的解释206

11.9匀晶合金微观结构的变化210

11.10匀晶合金的力学性能212

11.11二元共晶体系212

11.12共晶合金中微观结构的变化215

11.13具有中间相或化合物的平衡相图222

11.14共析和包晶反应223

11.15全等相变225

11.16陶瓷相图和三元相图225

11.17吉布斯相律226

11.18铁-碳化铁（Fe-Fe3C）相图228

11.19铁碳合金中微观结构的变化230

11.20其他合金元素的影响237

第12章 相变239

12.1简介239

12.2基本概念239

12.3相变动力学240

12.4稳态与亚稳态249

12.5等温转变相图250

12.6连续冷却转变图259

12.7铁碳合金的力学性能262

12.8回火马氏体267

12.9铁碳合金的相变和力学性质小结270

第13章 金属的性质及应用272

13.1引言272

13.2钢272

13.3铸铁278

13.4铜及其合金285

13.5铝及其合金287

13.6镁及其合金290

13.7钛及其合金291

13.8难熔金属293

13.9超合金293

13.10贵金属294

13.11其他非铁基合金294

第14章 陶瓷的性质及应用295

14.1介绍295

14.2 Al2O3-Cr2O3体系295

14.3 MgO-Al2O3体系296

14.4 ZrO2-CaO体系297

14.5 SiO2-Al2O3体系298

14.6陶瓷的脆性断裂299

14.7应力-应变行为304

14.8塑性变形机制306

14.9其他力学因素307

14.10玻璃310

14.11玻璃陶瓷311

14.12黏土产品313

14.13耐火材料313

14.14研磨剂315

14.15水泥315

14.16碳316

14.17先进陶瓷319

第15章 高分子的性质及应用324

15.1简介324

15.2应力-应变行为324

15.3宏观变形327

15.4弹性变形327

15.5高分子的断裂332

15.6其他力学性质333

15.7半结晶高分子的变形335

15.8影响半结晶高分子力学性能的因素337

15.9弹性体变形339

15.10结晶化342

15.11熔融343

15.12玻璃化转变343

15.13熔融和玻璃化转变温度344

15.14影响熔融和玻璃化转化温度的因素345

15.15塑料347

15.16弹性体349

15.17纤维351

15.18其他应用351

15.19先进高分子材料353

第16章 复合材料358

16.1引言358

16.2大颗粒型复合材料360

16.3弥散强化型复合材料364

16.4纤维长度的影响365

16.5纤维取向和浓度的影响366

16.6纤维相372

16.7基体相373

16.8高分子基体复合材料374

16.9金属基体复合材料377

16.10陶瓷基体复合材料379

16.11碳-碳复合材料380

16.12混合复合材料381

16.13纤维增强复合材料的制备过程381

16.14层状复合材料384

16.15夹层板386

16.16纳米复合材料388

第17章 工程材料的加工工艺391

17.1引言391

17.2成型操作392

17.3铸造393

17.4其他技术395

17.5退火过程396

17.6钢的热处理398

17.7沉淀硬化407

17.8玻璃和玻璃陶瓷的制作和加工413

17.9黏土产品的加工与制造418

17.10粉末压制成型422

17.11流延成型424

17.12聚合作用425

17.13聚合物添加剂427

17.14塑料的成型技术428

17.15弹性体的制备431

17.16纤维和薄膜的制造431

第18章 材料的腐蚀和降解433

18.1引言433

18.2电化学注意事项433

18.3腐蚀速率440

18.4腐蚀速率的预测441

18.5钝化447

18.6环境影响448

18.7腐蚀方式449

18.8腐蚀环境456

18.9腐蚀防护456

18.10氧化458

18.11溶胀和溶解462

18.12键断裂463

18.13风化作用465

第19章 电性能466

19.1引言466

19.2欧姆定律466

19.3电导率467

19.4电子和离子传导467

19.5固体的能带结构468

19.6传导带和原子成健模型470

19.7电子迁移率472

19.8金属的电阻率473

19.9合金的电性能475

19.10本征半导体476

19.11非本征半导体478

19.12载流子浓度与温度的关系481

19.13影响载流子迁移率的因素483

19.14霍尔效应484

19.15半导体器件486

19.16离子材料的导电性493

19.17聚合物的电性能494

19.18电容495

19.19场矢量和极化497

19.20极化的类型499

19.21频率对介电常数的影响501

19.22介电强度502

19.23介电材料502

19.24铁电性质502

19.25压电效应503

第20章 热性能505

20.1引言505

20.2热容505

20.3热膨胀508

20.4热传导510

20.5热应力512

第21章 磁性能515

21.1简介515

21.2基本概念515

21.3反铁磁性和顺磁性519

21.4铁磁性521

21.5反铁磁和铁磁521

21.6温度对磁性能的影响524

21.7磁畴和磁滞525

21.8磁各向异性528

21.9软磁材料530

21.10硬磁材料531

21.11磁储存533

21.12超导536

第22章 光性能540

22.1简介540

22.2电磁辐射540

22.3光与固体的相互作用542

22.4原子和电子的相互作用542

22.5折射545

22.6反射546

22.7吸收547

22.8透过549

22.9颜色550

22.10不透明和半透明的绝缘体552

22.11发光552

22.12光电导性553

22.13激光554

22.14光纤通信559

第23章 材料科学与工程中的经济、环境与社会问题563

23.1引言563

23.2组件设计564

23.3材料564

23.4生产技术564

23.5材料科学与工程中的材料回收利用问题567