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第1章 材料科学及其进展 1

1-1 材料科学的建立和内容 1

1-2 材料应用和研究的新趋势 5

1-2-1 材料应用的总倾向 5

1-2-2 材料的使用效率不断提高 6

1-2-3 不断提高结构材料的强度和韧性 6

1-2-4 复合材料的应用 8

1-2-5 电子材料正引人瞩目 11

1-2-6 超导材料大步发展 12

1-2-7 微晶、非晶态合金(金属玻璃)材料前景广阔 14

1-2-8 超纯材料、能源材料的开发研究正在开拓 16

1-2-9 研究特殊条件下应用的材料 16

1-2-10 合成聚合物进一步发展 17

1-3 材料科学发展的瞻望 19

参考文献 20

第2章 晶体结构 21

2-1 晶体学基础 21

2-1-1 晶体的对称性 21

2-1-2 晶面指数和晶向指数 36

2-1-3 极射赤平投影 45

2-2 倒易点阵 54

2-2-1 倒易点阵定义及性质 54

2-2-2 倒易点阵中的衍射条件 57

2-3 元素的晶体结构——金属晶体与共价晶体 59

2-3-1 金属晶体结构 61

2-3-2 共价晶体结构 64

2-3-3 原子直径 66

2-3-4 同素异构性 67

2-4 合金相结构 68

2-4-1 固溶体 69

2-4-2 中间相 81

主要参考书 95

第3章 纯晶体材料的凝固 96

3-1 相变概述 96

3-1-1 相变的热力学分类 96

3-1-2 相变驱动力和热滞 99

3-1-3 形核和长大 102

3-1-4 相变动力学 108

3-2 均匀形核和非均匀形核 111

3-3 凝固时的晶体长大 116

3-4 凝固后的晶粒大小 127

主要参考书 131

参考文献 131

第4章 二元系的相图及凝固 132

4-1 相图热力学 132

4-1-1 二元系的自由能曲线 132

4-1-2 二元系中的相平衡 135

4-1-3 相图的计算 137

4-2 固溶体合金的凝固 142

4-2-1 凝固过程及组织 142

4-2-2 正常凝固及区域提纯 148

4-2-3 成分过冷 155

4-2-4 晶体形状 158

4-2-5 铸件组织 161

4-3 共晶系合金的凝固 167

4-3-1 概述 167

4-3-2 共晶组织的形态 169

4-3-3 共晶组织的形成及其性质 174

4-3-4 离异共晶、不正常共晶和伪共晶 177

4-4 其他二元系的相图及凝固 181

4-4-1 包晶合金的凝固 181

4-4-2 形成化合物的二元系 185

4-4-3 两组元在液态和固态都呈有限溶解的二元系 187

4-5 合金铸件的缺陷 190

4-5-1 缩孔 190

4-5-2 偏析 192

4-6 具有固态转变的二元相图 202

4-6-1 具有固溶体多形性转变的相图 202

4-6-2 具有共析转变的相图 203

4-6-3 具有包析转变的相图 204

4-6-4 具有脱溶过程的相图 204

4-6-5 具有spinodal分解的相图 205

4-6-6 具有固溶体-中间相转变的相图 205

4-6-7 具有有序-无序相变的相图 206

4-6-8 具有磁性转变的二元系 206

4-7 二元相图实例 207

4-7-1 SiO2-Al2O3系相图 207

4-7-2 碳钢的凝固 209

主要参考书 226

参考文献 226

第5章 三元相图 227

5-1 三元相图基础 227

5-1-1 三元相图中浓度表示法 227

5-1-2 杠杆定理和重心规则 228

5-1-3 三元固溶体的凝固 232

5-1-4 简单共晶三元系 235

5-1-5 三元系冷凝过程中的相平衡 239

5-2 具有三相平衡的三元系 241

5-3 具有四相平衡的三元系 250

5-3-1 三元系中的四相平衡 250

5-3-2 具有三元共晶转变的三元系 251

5-3-3 具有共晶-包晶四相平衡的三元系 258

5-3-4 具有三元包晶四相平衡的三元系 259

5-4 具有化合物的三元系 262

5-4-1 一个二元系形成化合物的三元系 263

5-4-2 三个二元系都形成化合物的三元系 264

5-4-3 形成三元化合物的三元系 264

5-5 实际三元相图示例 266

5-5-1 Al-Mg-Si系 266

5-5-2 As-Ga-Zn系 267

5-5-3 Al-Cu-Mg系(富Al部分) 268

5-5-4 Sn-Ti-V系 268

5-5-5 Bi-Cu-Mg系 270

5-5-6 MgO-Al2O3-SiO2系 272

主要参考书 273

参考文献 273

第6章 固体中的扩散 274

6-1 反应途径和激活能 274

6-2 玻尔兹曼分布律 275

6-3 Arrhenius方程和绝对反应速率 279

6-4 Fiok定律及其解 282

6-5 Kirkendall效应和互扩散系数 286

6-6 晶体中的空位 288

6-6-1 热平衡态的空位浓度 289

6-6-2 空位的迁移和结合 291

6-7 扩散热力学 293

6-8 扩散的原子理论 296

6-9 扩散的机制 298

6-9-1 直接交换 298

6-9-2 间隙机制 299

6-9-3 空位机制 300

6-10 影响扩散的因素 300

6-10-1 温度 300

6-10-2 键能 301

6-10-3 晶体结构及位向 302

6-11 晶界扩散 303

6-12 离子晶体中的扩散 307

主要参考书 311

参考文献 312

第7章 位错 313

7-1 位错的概念 313

7-1-1 位错概念的引入 313

7-1-2 位错的基本类型和特征 316

7-1-3 位错的基本性质 319

7-2 位错的应力场和应变能 324

7-2-1 位错的应力场 324

7-2-2 位错的应变能 328

7-3 位错的受力 331

7-3-1 位错的线张力 331

7-3-2 外力场中位错所受的力 331

7-3-3 位错间的相互作用力 335

7-3-4 镜象力 338

7-4 位错和点缺陷的相互作用 339

7-4-1 刃位错与球形对称畸变溶质原子的弹性交互作用 339

7-4-2 Cottrell气团 341

7-4-3 非球形对称畸变溶质原子与位错的交互作用 342

7-5 位错的运动 342

7-5-1 位错的滑移 343

7-5-2 位错的攀移 350

7-6 位错的萌生、增殖和塞积 352

7-6-1 位错的萌生 352

7-6-2 位错的增殖 353

7-6-3 位错的塞积 357

7-7 位错的交割和带割阶位错的运动 359

7-7-1 位错的几种交割类型 359

7-7-2 带割阶位错的运动 361

7-8 实际晶体中的位错 363

7-8-1 位错反应 364

7-8-2 面心立方晶体中的位错 365

7-8-3 其他晶体中的位错 377

7-9 位错的观测 382

7-9-1 浸蚀坑法 382

7-9-2 薄膜透射电镜法 383

主要参考书 384

第8章 界面 385

8-1 晶体表面 385

8-1-1 表面能 385

8-1-2 表面吸附 389

8-2 晶界和亚晶界 390

8-2-1 小角度晶界 391

8-2-2 大角度晶界 396

8-3 界面的偏聚 404

8-3-1 平衡偏聚 405

8-3-2 非平衡偏聚 406

8-4 界面能与平衡组织形貌的关系 407

8-4-1 单相组织的平衡形貌 407

8-4-2 复相组织的平衡形貌 411

8-5 晶界的迁动 415

8-5-1 驱动力 417

8-5-2 迁移率 419

主要参考书 423

第9章 固体材料的变形和再结晶 425

9-1 弹性变形 426

9-1-1 广义虎克定律 426

9-1-2 滞弹性和内耗 431

9-2 晶体塑性变形概述 433

9-3 晶体的低温变形 435

9-3-1 滑移 435

9-3-2 孪生 443

9-3-3 扭折带(形变带) 448

9-3-4 屈服现象 450

9-3-5 加工硬化(应变硬化) 451

9-3-6 纤维组织和织构 458

9-4 回复与再结晶 460

9-4-1 回复 462

9-4-2 再结晶 468

9-4-3 晶粒长大 479

9-4-4 再结晶织构与退火孪晶 484

9-5 晶体的高温形变 487

9-5-1 热加工 487

9-5-2 蠕变 497

9-5-3 超塑性 503

9-6 粘性和粘弹性变形 505

9-6-1 粘性变形 505

9-6-2 粘弹性变形 507

主要参考书 510

第10章 固态相变 512

10-1 固态相变的特点 512

10-1-1 固态相变时的相界面 512

10-1-2 位向关系和惯习(惯析)面 515

10-1-3 过渡相 517

10-1-4 应变能 518

10-1-5 新相的长大 521

10-1-6 晶体缺陷的作用 523

10-1-7 相变动力学 527

10-2 同素异构(晶)相变 528

10-3 脱溶分解 534

10-4 spinodal分解 538

10-5 马氏体相变 544

10-6 有序-无序相变 554

10-7 玻璃态相变 562

10-8 液晶及其相变 568

10-9 郎道(Landau)理论及电磁性相变 571

10-9-1 郎道理论 571

10-9-2 铁电-顺电态相变 573

10-9-3 超导态转变和磁性转变 576

10-10 软模及相变 578

主要参考书 581

参考文献 581

第11章 金属材料的强韧性 583

11-1 金属的强化 583

11-1-1 细晶强化 584

11-1-2 加工硬化(位错强化) 588

11-1-3 固溶强化 591

11-1-4 弥散强化(沉淀强化) 598

11-1-5 强化因素的综合考虑 608

11-2 金属材料的断裂 609

11-2-1 断裂韧性 610

11-2-2 断裂机制 617

11-2-3 影响脆断的材质因素 626

11-3 蠕变强度与蠕变断裂 632

11-3-1 蠕变强度 632

11-3-2 蠕变断裂 634

11-4 金属的疲劳 636

11-4-1 S-N疲劳曲线及疲劳过程 637

11-4-2 循环塑性形变 638

11-4-3 疲劳裂纹的形核 643

11-4-4 疲劳裂纹的扩展 645

11-4-5 影响疲劳寿命的因素 650

主要参考书 651

参考文献 652

第12章 金属材料的耐蚀性 654

12-1 水溶液腐蚀 654

12-1-1 腐蚀的电化学本质 655

12-1-2 电位-pH图 665

12-1-3 腐蚀速度 668

12-2 局部腐蚀 677

12-2-1 点蚀 678

12-2-2 缝隙腐蚀 681

12-2-3 晶间腐蚀 683

12-2-4 应力腐蚀开裂 686

12-2-5 腐蚀疲劳 691

12-3 金属的氧化 695

12-3-1 氧化动力学 696

12-3-2 金属氧化物的结构 697

12-3-3 合金的氧化 699

12-3-4 高温腐蚀 700

12-4 腐蚀和氧化的控制 701

12-4-1 正确选用金属材料和合理设计金属构件 702

12-4-2 采用保护性覆盖层 703

12-4-3 环境控制 704

12-4-4 电化学保护 705

主要参考书 708

第13章 陶瓷材料 709

13-1 概述 709

13-2 离子晶体的结构 712

13-2-1 离子晶体的晶格能 712

13-2-2 离子半径、配位数和离子的堆积 716

13-2-3 离子晶体的结构规则 725

13-2-4 几种典型的结构型 727

13-3 烧结 732

13-3-1 烧结的定义 732

13-3-2 烧结的动力 735

13-3-3 烧结过程中的物质传递 735

13-4 陶瓷的显微结构 741

13-4-1 晶粒 742

13-4-2 晶界 744

13-5 陶瓷材料的脆性及其改善 751

13-5-1 陶瓷的脆性 751

13-5-2 陶瓷的强度 754

13-5-3 改善陶瓷脆性的途径 757

13-6 工程(结构)陶瓷材料简介 759

主要参考书 765

第14章 高分子材料 767

14-1 用作材料的有机高分子化合物 767

14-1-1 天然和合成高分子化合物 767

14-1-2 高分子材料的多层次结构 768

14-1-3 丰富多采的高分子材料 770

14-2 大分子链的构成和形态 771

14-2-1 大分子链的构成(一次结构) 771

14-2-2 大分子链的形式 773

14-2-3 分子的大小和平均分子量 783

14-2-4 单体单元在大分子链中连接的顺序和方式 786

14-2-5 立体异构体 790

14-2-6 大分子链的构象(二次结构) 791

14-2-7 固体材料中大分子链的构象 793

14-3 高分子化合物的聚集状态(三次结构和高次结构) 796

14-3-1 分子间作用力 797

14-3-2 高分子材料晶体的晶胞参数和晶体形状 799

14-3-3 高分子材料晶体的形态 800

14-3-4 高分子材料晶体的结构模型 804

14-3-5 高分子材料的结晶度概念 811

14-3-6 非晶态的结构模型 814

14-3-7 高分子材料的取向状态 815

14-3-8 高分子材料的混和 818

14-4 高分子化合物聚集状态的转变 821

14-4-1 线型非晶态高分子材料的力学状态及其转变 821

14-4-2 玻璃化温度 823

14-4-3 结晶性高分子材料的力学状态及其转变 825

14-4 体型高分子材料的力学状态及其转变 826

14-4-5 玻璃化温度下的次级转变 826

14-4-6 高分子材料的耐热性和耐寒性 828

14-5 高分子材料的力学性质 828

14-5-1 高分子材料的高弹态 829

14-5-2 高弹态的热力学和统计学理论 831

14-5-3 高分子材料的粘流态 834

14-5-4 高分子材料的粘弹性 836

14-6 高分子材料的强度 841

14-6-1 高分子材料的理论强度 841

14-6-2 高分子材料的拉伸破坏行为 842

14-6-3 高分子材料的断裂 846

14-6-4 影响力学性能的一些因素 850

14-6-5 高分子材料的增强 853

14-6-6 其他力学性质 855

14-7 高分子材料的其他性质 855

14-7-1 高分子材料的电学性质 855

14-7-2 高分子材料的介电性 856

14-7-3 高分子材料的导电性 859

14-7-4 高分子材料的光学性质 861

主要参考书 864

第15章 功能材料 865

15-1 半导体材料 865

15-1-1 半导体物理基础 866

15-1-2 硅和锗 872

15-1-3 硫属元素化合物 879

15-1-4 Ⅲ-V族化合物 884

15-1-5 半导体表面 889

15-2 磁性材料 894

15-2-1 材料的磁性 894

15-2-2 永磁材料 901

15-2-3 软磁材料 905

15-2-4 半硬磁材料 906

15-2-5 旋磁材料 912

15-2-6 矩磁材料 913

15-2-7 压磁材料 916

15-2-8 其他磁性材料 919

15-3 光学材料 920

15-3-1 固体激光材料 920

15-3-2 光导纤维 932

15-3-3 光学薄膜 940

15-4 电介质材料 946

15-4-1 电介质的一般特性 946

15-4-2 电介质材料的分类 951

15-4-3 压电材料和热释电材料 952

15-4-4 铁电材料 956

15-5 超导材料 962

15-5-1 超导理论基础 963

15-5-2 超导合金材料 971

15-5-3 超导化合物材料 979

15-5-4 新型超导材料 982

主要参考书 987