材料科学与工程基础 上PDF电子书下载

第一篇 材料结构基础 3

1 原子结构与结合键 3

1.1 原子结构 3

1.1.1 孤立原子的结构 3

1.1.2 固体中的电子态 5

1.2 固体材料中原子间的结合 6

1.2.1 原子结合键的类型 7

1.2.2 结合能与结合力 9

1.3 原子半径与离子半径 11

1.3.1 原子半径与离子半径的定义 11

1.3.2 原子半径与离子半径的周期性规律 11

1.3.3 原子半径与结合键的关系 12

总结 14

重要术语 14

练习与思考 15

参考文献 16

2 晶体结构 17

2.1 晶体的基本特性 17

2.1.1 晶体的概念及其对称特征 17

2.1.2 晶体的基本共性 18

2.1.3 实际晶体的存在形式 18

2.2 晶体的基本对称性 19

2.2.1 晶体平移对称性与点阵理论 19

2.2.2 晶体的点对称性 21

2.2.3 七种晶系 22

2.2.4 十四种布拉菲点阵 23

2.3 晶体的晶向与晶面指数 25

2.3.1 晶向指数的常规表达方法 25

2.3.2 晶面指数的常规表达方法 27

2.3.3 六方晶系的晶向指数及晶面指数 28

2.3.4 晶面间距 30

2.3.5 晶带定律 32

2.4 晶体的常见结构 32

2.4.1 单质晶体结构与原子的堆垛 33

2.4.2 常见的化合物结构与离子晶体的鲍林规则 36

2.4.3 拓扑密堆结构 42

2.4.4 固溶体 44

2.4.5 晶体取向与多晶体织构 46

2.5 非晶、准晶与液晶 51

2.5.1 非晶体 51

2.5.2 准晶 52

2.5.3 液晶 53

总结 55

重要术语 55

练习与思考 56

参考文献 57

3 晶体缺陷 58

3.1 晶体中的点缺陷 58

3.1.1 点缺陷的种类及平衡浓度 58

3.1.2 点缺陷的形成 59

3.1.3 温度对点缺陷浓度的影响 60

3.2 晶体中位错及其弹性性质 61

3.2.1 金属晶体中的位错现象 61

3.2.2 位错的几何形态 63

3.2.3 位错的应力场与应变能 64

3.2.4 位错的运动 67

3.2.5 位错受力 68

3.3 实际晶体中的位错 71

3.3.1 全位错及位错合成反应的Frank判据 71

3.3.2 面心立方A1晶体的肖克莱位错与堆垛层错 72

3.3.3 面心立方A1晶体的弗兰克位错与面角位错 74

3.3.4 其他单质晶体的位错结构 76

3.3.5 有序合金中的位错 77

3.4 位错的增殖及其与溶质原子的交互作用 79

3.4.1 位错的增殖 79

3.4.2 科氏气团 80

3.4.3 史诺克气团 81

3.4.4 铃木气团 82

3.5 晶界的基本结构 82

3.5.1 晶界结构的取向特征 82

3.5.2 小角度晶界的位错结构 83

3.5.3 大角度晶界结构与重合位置点阵 85

3.5.4 晶界能 87

3.6 表面与相界面 89

3.6.1 表面与表面能 89

3.6.2 表面的微观形貌 89

3.6.3 表面吸附与偏析 90

3.6.4 多相组织的相界面 91

总结 92

重要术语 93

练习与思考 94

参考文献 96

4 固态扩散 97

4.1 扩散的宏观规律 97

4.1.1 菲克第一定律 97

4.1.2 菲克第二定律 98

4.1.3 扩散方程的解及应用 99

4.1.4 置换型固溶体中的互扩散现象 103

4.1.5 反应扩散 105

4.2 扩散的微观机制 107

4.2.1 扩散机制 107

4.2.2 扩散系数与原子跳动 108

4.2.3 无规行走与扩散距离 108

4.2.4 相关效应 109

4.2.5 扩散系数的微观意义及扩散激活能 110

4.2.6 扩散的热力学分析 112

4.3 扩散系数的影响因素 114

4.3.1 温度 114

4.3.2 熔点 114

4.3.3 晶体结构 115

4.3.4 晶体缺陷 116

4.3.5 合金成分 118

4.4 离子晶体、玻璃及聚合物中的扩散 119

4.4.1 离子晶体中的扩散 119

4.4.2 玻璃中的扩散 119

4.4.3 聚合物中的扩散 121

总结 123

重要术语 124

练习与思考 124

参考文献 126

5 材料结构衍射分析 127

5.1 X射线衍射分析 127

5.1.1 X射线衍射的布拉格方程 127

5.1.2 X射线衍射强度 128

5.1.3 X射线衍射的结构因子 129

5.1.4 晶体点阵类型所引发的系统消光 130

5.1.5 多晶体的X射线衍射谱 131

5.2 电子背散射衍射（EBSD）分析 132

5.2.1 电子背散射衍射原理 132

5.2.2 菊池带与晶体取向 134

5.2.3 电子背散射衍射（EBSD）技术的应用 136

5.3 电子衍射入门 137

5.3.1 电子束的衍射特征 137

5.3.2 电子衍射成像过程 137

5.3.3 电子衍射结构分析浅述 138

总结 139

重要术语 140

练习与思考 140

参考文献 140

第二篇 相图与显微组织 145

6 相图 145

6.1 基本概念 145

6.1.1 相与组元 145

6.1.2 相平衡与相变 146

6.1.3 相律 149

6.1.4 相图的基本概念 150

6.1.5 相图中的成分变量 151

6.2 单元系相图 152

6.2.1 单元系相图实例 152

6.2.2 单元系相图的结构分析 154

6.3 二元系相图 154

6.3.1 二元相图的一般规律 155

6.3.2 二元相图实例 158

6.4 三元系与高元系相图 162

6.4.1 三元相图的一般规律 162

6.4.2 重心法则——三元系平衡相的定量法则 166

6.4.3 多元相图的投影图与截面图 167

6.5 相图的构建 171

6.5.1 相图的试验测定 171

6.5.2 基于自由能曲线构建相图 173

6.5.3 相图计算（CALPHAD） 174

总结 177

重要术语 178

练习与思考 179

参考文献 180

7 材料的凝固 182

7.1 金属凝固的基本过程 182

7.1.1 凝固的热力学条件 182

7.1.2 凝固的形核过程 183

7.1.3 结晶核的长大 186

7.2 金属与合金的凝固 189

7.2.1 纯物质的凝固 189

7.2.2 单相固溶体的凝固 190

7.2.3 共晶凝固 201

7.2.4 包晶凝固 205

7.2.5 铸锭组织的形成及控制 206

7.3 特殊凝固技术 211

7.3.1 定向凝固 211

7.3.2 区域提纯 211

7.3.3 特殊凝固 212

7.3.4 连续铸坯的低倍组织 214

7.4 非金属的凝固 214

7.4.1 陶瓷及耐火材料的凝固 214

7.4.2 无机非金属玻璃的形成与晶化 216

7.4.3 聚合物的结晶 218

总结 222

重要术语 223

练习与思考 224

参考文献 225

8 固态相变 226

8.1 固态相变及其常见分类 226

8.1.1 固态相变与分类依据 226

8.1.2 扩散型转变 227

8.1.3 无扩散型转变 230

8.1.4 形核长大型转变的分类 232

8.2 扩散型固态相变基础 234

8.2.1 热力学基础 234

8.2.2 热激活形核 236

8.2.3 热激活长大 241

8.2.4 热激活型转变动力学 245

8.3 时效硬化合金中的脱溶 247

8.3.1 形核长大型与调幅分解型脱溶 248

8.3.2 吉布斯-汤姆逊效应与脱溶相的粒子粗化 250

8.3.3 合金的脱溶序列及时效硬化 252

总结 255

重要术语 256

练习与思考 257

参考文献 258

9 材料的形变与再结晶 260

9.1 材料的冷变形 260

9.1.1 晶体的弹性变形 261

9.1.2 单晶体的塑性变形 264

9.1.3 多晶体的塑性变形 273

9.1.4 聚合物的塑性变形 275

9.2 形变过程的组织演变 278

9.2.1 形变过程宏观组织的变化 278

9.2.2 形变过程微观组织的变化 278

9.2.3 影响冷形变金属和合金微观组织结构的因素 279

9.2.4 形变织构的形成与特点 280

9.3 回复与再结晶 281

9.3.1 形变金属的回复 283

9.3.2 形变金属的再结晶 287

9.4 再结晶后晶粒的长大 295

9.4.1 正常晶粒长大 296

9.4.2 异常晶粒长大 298

9.5 材料的热变形与动态组织演变 299

9.5.1 热变形对应的应力-应变曲线 299

9.5.2 动态回复与动态再结晶机制及组织 301

9.5.3 再结晶织构的形成与特点 303

总结 303

重要术语 305

练习与思考 306

参考文献 307

索引 308