材料科学与工程基础 原著第4版PDF电子书下载

第1章 导言 1

学习目标 2

1.1 历史展望 2

1.2 材料科学与工程 2

1.3 为什么学习材料科学与工程？ 4

1.4 材料的分类 4

重要材料——碳酸饮料容器 8

1.5 先进材料 9

1.6 现代材料需求 10

1.7 工艺结构性能应用间的相互关系 11

总结 13

参考文献 14

习题 14

第2章 原子结构与原子键 15

学习目标 16

2.1 概述 16

原子结构 16

2.2 基本概念 16

2.3 原子中的电子 17

2.4 元素周期表 22

固体中的原子键 23

2.5 键合力与键能 23

2.6 原子间主价键 25

2.7 次价键或范德华键 28

重要材料——水（结冰后体积膨胀） 30

2.8 分子 31

总结 31

参考文献 33

习题 33

工程基础问题 35

第3章 金属和陶瓷的结构 36

学习目标 37

3.1 概述 37

晶体结构 37

3.2 基本概念 37

3.3 晶胞 38

3.4 金属晶体结构 38

3.5 密度计算——金属 43

3.6 陶瓷晶体结构 43

3.7 密度计算——陶瓷 48

3.8 硅酸盐陶瓷 49

3.9 碳 52

3.10 多晶型和同素异形体 53

3.11 晶系 53

重要材料——碳纳米管 54

晶体点阵、晶向、晶面 56

重要材料——锡（同素异形体转变） 56

3.12 点坐标 57

3.13 晶向 58

3.14 晶面 63

3.15 线密度和面密度 67

3.16 密排晶体结构 68

晶体和非晶材料 70

3.17 单晶 70

3.18 多晶材料 71

3.19 各向异性 72

3.20 X射线衍射：晶体结构的确定 72

3.21 非晶固体 76

总结 78

参考文献 81

习题 82

工程基础问题 88

第4章 高分子结构 89

学习目标 90

4.1 概述 90

4.2 碳氢化合物分子 90

4.3 聚合物分子 92

4.4 高分子化学 93

4.5 分子量 97

4.6 分子形状 99

4.7 分子结构 100

4.8 分子构型 101

4.9 热塑性和热固性聚合物 104

4.10 共聚物 105

4.11 聚合物的结晶度 106

4.12 聚合物晶体 109

总结 110

参考文献 113

习题 113

工程基础问题 116

第5章 固体缺陷 117

学习目标 118

5.1 概述 118

点缺陷 118

5.2 金属中的点缺陷 118

5.3 陶瓷中的点缺陷 120

5.4 固体中的杂质 123

5.5 高分子中的点缺陷 126

5.6 成分表述 126

其他缺陷 129

5.7 位错——线缺陷 129

5.8 面缺陷 132

5.9 体缺陷 134

5.10 原子振动 135

重要材料——催化剂（以及表面缺陷） 135

显微组织观察 136

5.11 显微镜基本概念 136

5.12 显微技术 137

5.13 晶粒尺寸测定 140

总结 142

参考文献 146

习题 146

设计问题 150

工程基础问题 150

第6章 扩散 151

学习目标 152

6.1 概述 152

6.2 扩散机制 153

6.3 稳态扩散 154

6.4 非稳态扩散 156

6.5 影响扩散的因素 160

6.6 半导体材料中的扩散 165

重要材料——集成电路互连铝线 168

6.7 其他扩散路径 169

6.8 离子化合物和聚合物中的扩散 169

总结 171

参考文献 175

习题 175

设计问题 179

工程基础问题 180

第7章 力学性能 181

学习目标 182

7.1 概述 182

7.2 应力和应变概念 183

弹性变形 186

7.3 应力-应变行为 186

7.4 滞弹性 189

7.5 材料的弹性性能 190

力学行为——金属 192

7.6 拉伸性能 193

7.7 真应力和真应变 199

7.8 塑性变形后的弹性回复 201

7.9 压缩、剪切、扭转变形 202

力学行为——陶瓷 202

7.10 弯曲强度 202

7.11 弹性行为 204

7.12 孔隙率对陶瓷力学性能的影响 204

力学行为——高分子 205

7.13 应力-应变行为 205

7.14 宏观变形 207

7.15 黏弹性 208

硬度及其他力学性能 212

7.16 硬度 212

7.17 陶瓷材料的硬度 217

7.18 高分子的撕裂强度与硬度 218

物性多样性和设计／安全因素 218

7.19 材料性能多样性 218

7.20 设计／安全因素 220

总结 222

参考文献 227

习题 228

设计问题 238

工程基础问题 239

第8章 变形和强化机制 241

学习目标 242

8.1 概述 242

金属的变形机制 242

8.2 历史 243

8.3 位错的基本概念 243

8.4 位错的特征 245

8.5 滑移系 246

8.6 单晶体的滑移 248

8.7 多晶体的塑性变形 250

8.8 孪晶产生的变形 252

金属的强化机制 253

8.9 晶粒细化强化 253

8.10 固溶强化 254

8.11 应变强化 256

回复、再结晶和晶粒长大 259

8.12 回复 259

8.13 再结晶 259

8.14 晶粒长大 263

陶瓷材料变形机制 264

8.15 晶体陶瓷 265

8.16 非晶陶瓷 265

聚合物变形及增强机制 266

8.17 半结晶聚合物的变形 266

8.18 影响半结晶聚合物的力学性能的因素 269

重要材料——收缩包装聚合物薄膜 271

8.19 弹性体的变形 271

总结 273

参考文献 279

习题 279

设计问题 285

工程基础问题 285

第9章 失效 286

学习目标 287

9.1 概述 287

断裂 288

9.2 断裂基础 288

9.3 延性断裂 288

断口研究 289

9.4 脆性断裂 290

9.5 断裂力学原理 292

9.6 陶瓷的脆性断裂 299

9.7 高分子的断裂 302

9.8 断裂韧性测试 304

疲劳 308

9.9 交变应力 308

9.10 S-N曲线 310

9.11 高分子材料的疲劳 312

9.12 裂纹的萌生与扩展 312

9.13 影响疲劳寿命的因素 314

9.14 环境因素 316

蠕变 317

9.15 广义蠕变行为 317

9.16 应力和温度的影响 318

9.17 数据外推法 320

9.18 高温用合金 321

9.19 陶瓷和高分子材料的蠕变 321

总结 322

参考文献 325

习题 326

设计问题 331

工程基础问题 332

第10章 相图 333

学习目标 334

10.1 概述 334

定义和基本概念 334

10.2 溶解度极限 335

10.3 相 335

10.4 显微结构 336

10.5 相平衡 336

10.6 单组分（一元）相图 337

二元相图 338

10.7 二元匀晶系统 338

10.8 相图分析 340

10.9 匀晶合金显微组织演变 343

10.10 匀晶合金的力学性能 346

10.11 二元共晶系统 347

重要材料——无铅钎料 351

10.12 共晶合金显微组织演变 352

10.13 存在中间相或化合物的平衡相图 357

10.14 共析和包晶反应 359

10.15 同成分相变 360

10.16 陶瓷相图 361

10.17 三元相图 365

10.18 吉布斯相律 365

铁-碳系统 367

10.19 铁碳（Fe-Fe3C）相图 367

10.20 铁碳合金显微组织演变 369

10.21 其他合金元素的影响 376

总结 376

参考文献 380

习题 380

工程基础问题 388

第11章 相变 389

学习目标 390

11.1 概述 390

金属中的相变 390

11.2 基本概念 391

11.3 相变动力学 391

11.4 亚稳态与平衡态 400

铁-碳合金中显微结构与性能的改变 400

11.5 等温转变图 401

11.6 连续冷却转变图 409

11.7 铁-碳合金的力学行为 412

11.8 回火马氏体 416

11.9 铁-碳合金的相变及力学性能的回顾 418

重要材料——形状记忆合金 419

沉淀硬化 421

11.10 热处理 422

11.11 硬化机制 423

11.12 其他说明 425

高分子中的结晶、熔化和玻璃化转变现象 426

11.13 结晶 426

11.14 熔化 427

11.15 玻璃化转变 427

11.16 熔化温度和玻璃化温度 427

11.17 熔化温度和玻璃化温度的影响因素 428

总结 430

参考文献 435

习题 436

设计问题 441

工程基础问题 442

第12章 电学性能 443

学习目标 444

12.1 概述 444

电导 444

12.2 欧姆定律 444

12.3 电导率 445

12.4 电子和离子导电 446

12.5 固体能带结构 446

12.6 能带传导与原子成键模型 448

12.7 电子迁移率 450

12.8 金属的电阻率 450

12.9 工业合金的电学特性 453

重要材料——铝电导线 453

半导电性 455

12.10 本征半导体 455

12.11 杂质半导体 457

12.12 温度对载流子浓度的影响 460

12.13 影响载流子迁移率的因素 462

12.14 霍尔效应 465

12.15 半导体器件 467

离子型陶瓷和聚合物的电导 472

12.16 离子型材料的电导 472

12.17 聚合物的电学性能 473

介电性能 474

12.18 电容器 474

12.19 场矢量和极化 475

12.20 极化类型 478

12.21 与频率相关的相对介电常数 480

12.22 介电强度 481

12.23 介电材料 481

材料的其他电学特性 481

12.24 铁电性 481

12.25 压电性 482

总结 483

参考文献 489

习题 490

设计问题 495

工程基础问题 496

第13章 材料类型及其应用 497

学习目标 498

13.1 概述 498

金属合金的类型 498

13.2 铁合金 498

13.3 非铁金属及其合金 509

重要材料——欧元硬币所用的金属合金 517

陶瓷的种类 518

13.4 玻璃 518

13.5 玻璃陶瓷 519

13.6 黏土制品 520

13.7 耐火材料 521

13.8 磨料 523

13.9 水泥 523

13.10 先进陶瓷 524

重要材料——压电陶瓷 526

13.11 金刚石和石墨 527

聚合物的类型 528

13.12 塑料 528

重要材料——酚醛台球 531

13.13 橡胶 531

13.14 纤维 533

13.15 其他应用 533

13.16 先进高分子材料 535

总结 538

参考文献 541

习题 542

设计问题 543

工程基础问题 544

第14章 材料的合成、制备和加工 545

学习目标 546

14.1 概述 546

金属的制备 546

14.2 成型加工 547

14.3 铸造 548

14.4 其他技术 549

金属的热加工 551

14.5 退火工艺 551

14.6 钢的热处理 553

陶瓷材料制造 561

14.7 玻璃和玻璃陶瓷的制造与加工 562

14.8 黏土制品的制造与加工 566

14.9 粉末压制 570

14.10 流延成型 572

聚合物的合成与加工 573

14.11 聚合反应 573

14.12 聚合物添加剂 575

14.13 塑料成型技术 576

14.14 橡胶的成型 579

14.15 纤维和薄膜的成型 579

总结 580

参考文献 585

习题 586

设计问题 588

工程基础问题 589

第15章 复合材料 590

学习目标 591

15.1 概述 591

颗粒增强复合材料 593

15.2 大颗粒复合材料 593

15.3 弥散增强复合材料 596

纤维增强复合材料 597

15.4 纤维长度的影响 597

15.5 纤维取向和浓度的影响 598

15.6 纤维相 606

15.7 基体相 607

15.8 聚合物基复合材料 608

15.9 金属基复合材料 613

15.10 陶瓷基复合材料 614

15.11 碳／碳复合材料 615

15.12 混杂复合材料 616

15.13 纤维增强复合材料的加工 616

结构复合材料 618

15.14 层状复合材料 619

15.15 夹芯板 619

重要材料——纳米复合涂层 620

总结 621

参考文献 624

习题 624

设计问题 628

工程基础问题 629

第16章 材料腐蚀和降解 630

学习目标 631

16.1 概述 631

金属的腐蚀 631

16.2 电化学因素 632

16.3 腐蚀速率 638

16.4 腐蚀速率预测 639

16.5 钝化 645

16.6 环境影响 646

16.7 腐蚀形式 646

16.8 腐蚀环境 653

16.9 腐蚀防护 654

16.10 氧化 656

陶瓷材料的腐蚀 659

聚合物的降解 659

16.11 溶胀和溶解 659

16.12 键断裂 661

16.13 风化 662

总结 663

参考文献 666

习题 666

设计问题 670

工程基础问题 670

第17章 热学性能 671

学习目标 672

17.1 概述 672

17.2 热容 672

17.3 热膨胀 675

重要材料——因瓦和其他低膨胀系数合金 677

17.4 热导率 678

17.5 热应力 681

总结 682

参考文献 684

习题 684

设计问题 686

工程基础问题 687

第18章 磁学性能 688

学习目标 689

18.1 概述 689

18.2 基本概念 689

18.3 反磁性和顺磁性 692

18.4 铁磁性 694

18.5 反铁磁性和亚铁磁性 695

18.6 温度对磁性行为的影响 698

18.7 磁畴和磁滞现象 699

18.8 磁各向异性 702

18.9 软磁材料 703

重要材料——用于变压器铁芯的铁-硅合金 704

18.10 硬磁材料 705

18.11 磁存储器 707

18.12 超导现象 710

总结 713

参考文献 715

习题 716

设计例题 719

工程基础问题 719

第19章 光学性能 720

学习目标 721

19.1 概述 721

基本概念 721

19.2 电磁辐射 721

19.3 光与固体间的相互作用 723

19.4 原子和电子间的相互作用 724

金属材料的光学性质 725

非金属材料的光学性质 726

19.5 折射 726

19.6 反射 727

19.7 吸收 728

19.8 透射 731

19.9 颜色 731

19.10 绝缘体中的不透明和半透明 733

光学现象的应用 733

19.11 发光 733

19.12 光电导 734

重要材料——发光二极管 734

19.13 激光 736

19.14 光纤通信 740

总结 742

参考文献 745

习题 745

设计问题 747

工程基础问题 747

第20章 材料科学与工程学科中涉及的经济、环境及社会问题 748

学习目标 749

20.1 概述 749

经济因素 749

20.2 组件设计 750

20.3 材料 750

20.4 制造技术 750

环境和社会因素 751

20.5 材料科学与工程中的回收问题 753

重要材料——生物可降解的和可生物再生的高分子材料／塑胶材料 755

总结 758

参考文献 758

设计问题 759

附录A 国际单位制（SI） 760

附录B 部分工程材料的性能 762

附录C 部分工程材料的成本和相对成本 797

附录D 常见聚合物的重复单元结构 803

附录E 常见聚合物玻璃化转变温度和熔点 807