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第1章 绪论 1

1.1 材料科学与工程概述 1

1.1.1 材料科学的内涵 1

1.1.2 材料科学的确立与作用 3

1.1.3 材料科学与材料工程的关系 5

1.2 材料的分类及基本特征 6

1.2.1 金属材料 6

1.2.2 无机非金属材料 7

1.2.3 高分子材料 8

第2章 几何结晶学基础 9

2.1 晶体及其基本性质 9

2.1.1 晶体 9

2.1.2 等同点及空间格子 9

2.1.3 布拉维法则和面角守恒定律 11

2.1.4 晶体的基本性质 11

2.2 晶体的宏观对称 12

2.2.1 对称操作和对称要素 12

2.2.2 晶体的投影 15

2.2.3 对称要素的组合 18

2.2.4 对称型及其推导 19

2.2.5 晶体的分类 21

2.3 晶体的理想形态 22

2.3.1 单形 22

2.3.2 聚形 25

2.4 晶体定向和结晶符号 26

2.4.1 晶体定向 26

2.4.2 晶体的整数定律（有理指数定律） 28

2.4.3 结晶符号及面间距 28

2.5 晶体构造的几何理论 30

2.5.1 布拉维格子 30

2.5.2 晶胞的概念 34

2.5.3 晶体的微观对称要素 34

2.5.4 空间群 38

2.5.5 点群和空间群的符号 38

2.5.6 等效点系的概念 42

2.6 晶体的堆积方式 43

2.6.1 原子半径和离子半径 43

2.6.2 球体紧密堆积原理 43

习题 45

第3章 材料的晶态结构及有序化 47

3.1 结合键 47

3.1.1 离子键 47

3.1.2 共价键 48

3.1.3 金属键 50

3.1.4 范德华力 50

3.1.5 氢键 51

3.2 晶体化学基本原理 52

3.2.1 配位数和配位多面体 52

3.2.2 离子极化 53

3.2.3 电负性 55

3.2.4 结晶化学定律 56

3.2.5 Pauling规则 56

3.3 晶体场理论和配位场理论 58

3.3.1 晶体场理论的基本概念 58

3.3.2 d轨道的晶体场分裂 59

3.3.3 晶体场稳定化能 60

3.3.4 八面体择势能 63

3.3.5 姜-泰勒效应 63

3.3.6 过渡元素离子有效半径的晶体场效应 63

3.3.7 配位场理论的基本概念 65

3.4 典型金属的晶体结构 66

3.4.1 晶胞中的原子数 67

3.4.2 点阵常数与原子半径 68

3.4.3 配位数与致密度 68

3.4.4 晶体的原子堆砌和间隙 69

3.5 无机非金属材料组成与晶体结构 72

3.5.1 典型结构类型 72

3.5.2 硅酸盐晶体结构 81

3.6 高分子材料晶态结构 87

3.6.1 高分子链在晶体中的构象 87

3.6.2 高分子材料晶态结构模型 89

3.6.3 高分子材料结晶形态 91

3.6.4 结晶度及其测定方法 94

3.7 高分子的液晶态 95

3.7.1 基本概念 95

3.7.2 高分子液晶分子结构特征与分类 95

3.7.3 液晶的物理结构 96

习题 97

第4章 高聚物及非晶态结构 99

4.1 高分子的结构 99

4.1.1 高分子链的结构 100

4.1.2 高分子的聚集态结构 109

4.2 高聚物的热运动和力学状态 115

4.2.1 高分子热运动的主要特点 115

4.2.2 高聚物的力学状态和热转变 116

4.3 无机熔体与玻璃 121

4.3.1 一般概念 121

4.3.2 无机熔体的结构 121

4.3.3 熔体的性质 123

4.3.4 玻璃的通性 125

4.3.5 玻璃的形成 127

4.3.6 玻璃的结构 131

4.3.7 玻璃结构参数 132

4.3.8 硼酸盐玻璃及硼反常现象 133

4.4 非晶态合金材料 134

4.4.1 非晶态的形成 135

4.4.2 非晶态合金的结构模型 136

4.4.3 非晶合金的特性 137

习题 138

第5章 结构缺陷及固溶体 139

5.1 缺陷类型与特征 139

5.2 点缺陷 140

5.2.1 分类 140

5.2.2 缺陷化学反应表示法 143

5.2.3 点缺陷的化学平衡 146

5.2.4 热缺陷浓度计算公式 147

5.2.5 点缺陷的运动和作用 149

5.2.6 过饱和点缺陷 150

5.3 位错 150

5.3.1 位错的基本类型 150

5.3.2 位错的运动 154

5.3.3 位错的弹性性质 156

5.3.4 位错的来源和位错的增殖 160

5.4 面缺陷 162

5.4.1 外表面 162

5.4.2 晶界与亚晶界 162

5.5 固溶体 164

5.5.1 概述 164

5.5.2 固溶体的分类 165

5.5.3 置换型固溶体 166

5.5.4 置换型固溶体中的“组分缺陷” 168

5.5.5 间隙型固溶体 169

5.5.6 固溶体的研究方法 170

5.6 非化学计量化合物缺陷 173

5.7 固溶体生成热力学 175

5.7.1 混合熵 176

5.7.2 内能 176

5.8 有序固溶体和无序固溶体 179

习题 182

第6章 表面与界面 184

6.1 固体表面的基本特征 184

6.1.1 固体表面的不均一性 184

6.1.2 固体表面力场 185

6.1.3 表面能和表面张力 185

6.2 固体的表面 186

6.2.1 表面的弛豫、重构及双电层 186

6.2.2 固体的表面能 188

6.2.3 表面行为 192

6.3 界面结构 197

6.3.1 界面的空间表示 198

6.3.2 小角晶界及界面能 198

6.3.3 大角晶界及界面能 200

6.3.4 共格界面理论 201

6.3.5 晶界结构模型 204

6.4 界面特性 209

6.4.1 晶界偏析 209

6.4.2 晶界迁移 210

6.4.3 晶界应力 212

6.4.4 晶界电荷与静电势 214

6.5 晶界能与显微结构 215

习题 220

第7章 固体材料中的扩散 222

7.1 扩散定律 222

7.1.1 菲克第一定律（Fick's First Law） 222

7.1.2 菲克第二定律（Fick's Second Law） 223

7.1.3 扩散方程的求解 223

7.1.4 扩散的驱动力及上坡扩散 225

7.2 扩散的微观机制 226

7.2.1 间隙扩散 226

7.2.2 置换扩散 227

7.3 扩散系数 228

7.3.1 原子跳跃频率和扩散系数 228

7.3.2 扩散激活能 229

7.3.3 影响扩散的因素 231

7.4 反应扩散 233

7.5 离子晶体中的扩散 233

习题 234

第8章 相平衡与相图 235

8.1 相与相平衡 235

8.2 单元系相图 236

8.3 二元系相图 237

8.3.1 二元系相图的建立 237

8.3.2 杠杆规则 237

8.3.3 二元相图的基本类型 238

8.3.4 二元相图的分析方法 255

8.4 三元系相图简介 256

8.4.1 三元相图概述 256

8.4.2 三元系统基本原理 258

8.4.3 三元相图的基本类型 262

8.5 相图热力学基本原理 271

8.5.1 相平衡的化学势 271

8.5.2 多相系统中自由能和组成的关系 274

8.5.3 自由能—组成曲线相互关系的确定 278

8.5.4 从自由能—组成曲线推导相图举例 279

习题 282

第9章 相变 285

9.1 相变的分类 285

9.2 液相-固相转变 286

9.2.1 相变过程的不平衡态与亚稳区 286

9.2.2 相变过程热力学 287

9.2.3 晶核形成条件 288

9.2.4 液—固相变过程动力学 291

9.2.5 晶体生长过程动力学 292

9.2.6 总的结晶速率 294

9.3 固态相变 297

9.3.1 固态相变的特点 297

9.3.2 固态相变时的成核 299

9.3.3 晶核长大 301

9.3.4 固态相变的基本结构特征 303

9.4 液相—液相转变与失稳分解 307

9.4.1 液相不混溶现象（玻璃分相） 308

9.4.2 成核生长和失稳分解过程 309

习题 312

附录 314

附录1 314

附录2 314

附录3 315

参考文献 320