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绪论 1

0.1 材料科学与工程 1

0.2 材料的分类 3

0.2.1 金属材料 3

0.2.2 陶瓷材料 4

0.2.3 高分子材料 4

0.2.4 复合材料 5

0.3 材料的成分、组织结构与性能 6

0.4 新材料的现状与发展 6

第1章 原子结构与键合形式 8

1.1 原子结构 8

1.1.1 近代原子结构理论进展 8

1.1.2 微观粒子的波粒二象性 9

1.1.3 波函数、电子云与量子数 10

1.2 原子核外的电子分布与周期表 13

1.2.1 原子核外的电子分布 13

1.2.2 周期表 14

1.2.3 电离能、电子亲和能及电负性 18

1.3 原子键合 21

1.3.1 离子键 21

1.3.2 共价键 24

1.3.3 金属键 27

1.3.4 二次键 27

1.4 主要工程材料的键合方式 29

第2章 固体材料的结构 31

2.1 晶体学基础 31

2.1.1 晶体与非晶体 31

2.1.2 晶体几何学 31

2.1.3 晶体结构 34

2.2 实际晶体结构 37

2.2.1 多晶体 37

2.2.2 晶体缺陷 38

2.3 合金的相结构 40

2.3.1 合金、组元及相 40

2.3.2 固溶体 41

2.3.3 金属间化合物 43

2.4 陶瓷与聚合物晶体结构 46

2.4.1 陶瓷晶体结构 46

2.4.2 聚合物晶体结构 46

2.5 非晶、准晶及微细晶合金结构 47

2.5.1 非晶体与准晶体 47

2.5.2 微晶与纳米晶 49

第3章 工程材料的性能 50

3.1 概述 50

3.2 材料的力学性能 50

3.2.1 弹性与刚度 50

3.2.2 强度 52

3.2.3 塑性 52

3.2.4 断裂 55

3.2.5 韧性 56

3.2.6 硬度 58

3.2.7 耐磨性 59

3.2.8 疲劳 60

3.3 材料的物理性能 61

3.3.1 材料的密度与熔点 61

3.3.2 材料的热性能 62

3.3.3 材料的电性能 63

3.3.4 材料的磁性能 63

3.3.5 材料的光学性能 63

3.3.6 材料的声学性能 64

3.4 材料的化学性能 64

3.4.1 化学腐蚀 64

3.4.2 电化学腐蚀 65

3.4.3 其它形式的腐蚀 65

第4章 二元相图 68

4.1 概述 68

4.1.1 相图 68

4.1.2 相平衡与相律 68

4.1.3 相图的建立 69

4.1.4 杠杆定律 70

4.2 二元相图 70

4.2.1 匀晶相图 70

4.2.2 共晶相图 73

4.2.3 包晶相图 76

4.2.4 其它相图 80

4.2.5 根据相图判断合金的性能 82

4.3 凝固与结晶 82

4.3.1 纯金属的结晶 83

4.3.2 合金的结晶 86

4.3.3 铸造组织的特点 87

4.3.4 高聚物的凝固与结晶 89

4.4 铁碳合金相图 89

4.4.1 铁碳相图中的组元和相 89

4.4.2 Fe-Fe3C相图分析 91

4.4.3 典型铁碳合金的平衡凝固 92

4.4.4 碳钢的组织和性能 97

第5章 固态转变 98

5.1 固体中的扩散 98

5.1.1 原子扩散 98

5.1.2 扩散机制 98

5.1.3 扩散的影响因素 100

5.2 固态转变基础 100

5.2.1 固态转变的分类 100

5.2.2 固态转变特点 102

5.2.3 固态转变的形核与核长大 103

5.3 固态转变类型 105

5.3.1 钢在加热时的奥氏体转变 105

5.3.2 过冷奥氏体转变曲线 107

5.3.3 珠光体转变 109

5.3.4 马氏体转变 113

5.3.5 贝氏体转变 119

5.4 回复与再结晶 122

5.4.1 金属冷塑性变形的组织与性能 122

5.4.2 回复 123

5.4.3 再结晶 124

5.4.4 再结晶后的晶粒长大 126

5.4.5 金属热塑性变形的组织与性能 127

第6章 钢铁材料 129

6.1 钢铁材料的分类 129

6.1.1 钢的分类 129

6.1.2 铸铁的分类 130

6.2 钢的热处理 130

6.2.1 钢的淬火 130

6.2.2 钢的回火 133

6.2.3 钢的退火和正火 134

6.3 钢的合金化 135

6.3.1 合金元素对钢中基本相的影响 136

6.3.2 合金元素对铁碳合金相图的影响 136

6.3.3 合金元素对热处理的影响 137

6.3.4 合金元素对钢的性能的影响 139

6.4 碳素钢 140

6.4.1 概述 140

6.4.2 普通碳素结构钢 140

6.4.3 优质碳素结构钢 141

6.4.4 碳素工具钢 142

6.5 合金钢 143

6.5.1 概述 143

6.5.2 合金结构钢 144

6.5.3 合金工具钢 149

6.5.4 特殊性能钢 154

6.6 铸钢与铸铁 159

6.6.1 铸钢 159

6.6.2 铸铁 160

第7章 有色金属材料 167

7.1 铝及铝合金 167

7.1.1 工业纯铝 167

7.1.2 铝合金的分类及热处理 167

7.1.3 变形铝合金 168

7.1.4 铸造铝合金 171

7.2 铜及铜合金 172

7.2.1 纯铜 172

7.2.2 黄铜 172

7.2.3 青铜 174

7.2.4 白铜 176

7.3 钛及钛合金 176

7.3.1 纯钛 177

7.3.2 钛合金 177

7.4 轴承合金 178

7.4.1 轴承合金的工作条件及性能要求 178

7.4.2 锡基轴承合金 178

7.4.3 铅基轴承合金 179

7.4.4 铜基轴承合金 179

7.4.5 铝基轴承合金 179

第8章 陶瓷材料 181

8.1 概述 181

8.1.1 陶瓷材料的分类 181

8.1.2 陶瓷材料的制作过程 181

8.2 陶瓷的组织与结构 183

8.2.1 陶瓷的组织 183

8.2.2 晶体相 183

8.2.3 玻璃相 186

8.2.4 气相 188

8.3 陶瓷的性能 188

8.3.1 陶瓷的力学性能 188

8.3.2 陶瓷的热性能 190

8.3.3 陶瓷的化学性能 191

8.3.4 陶瓷材料的电学性能 191

8.4 典型陶瓷及其应用 191

8.4.1 结构陶瓷 191

8.4.2 利用电、磁性能的陶瓷 192

8.4.3 化学化工用陶瓷 193

8.4.4 光学、生物用陶瓷 193

8.4.5 尖端工业用陶瓷 193

第9章 高分子材料 194

9.1 高分子材料概述 194

9.1.1 高分子材料的基本概念 194

9.1.2 高分子材料的命名 195

9.1.3 高分子材料的分类 196

9.2 高分子材料的结构与合成 197

9.2.1 大分子内和大分子间相互作用 197

9.2.2 大分子链的结构 197

9.2.3 高分子的聚集态结构 200

9.2.4 高分子材料的合成 201

9.3 高分子材料的力学状态转变及性能 202

9.3.1 高分子材料的分子运动与力学三态 202

9.3.2 高分子材料的形变与温度的关系 203

9.3.3 高分子材料的性能 204

9.4 常用高分子材料 204

9.4.1 塑料 205

9.4.2 橡胶材料 209

9.4.3 天然纤维和合成纤维 212

9.4.4 黏合剂 213

9.4.5 涂料 214

9.5 高分子材料的发展趋势 216

第10章 复合材料 218

10.1 概述 218

10.2 复合材料的分类及性能 218

10.2.1 复合材料的分类 218

10.2.2 复合材料的性能 219

10.3 常用复合材料 222

10.3.1 玻璃纤维增强复合材料 222

10.3.2 碳纤维增强复合材料 223

10.3.3 硼纤维增强复合材料 226

10.3.4 金属纤维增强复合材料 227

10.3.5 晶须及颗粒增强复合材料 228

第11章 功能材料 231

11.1 概述 231

11.1.1 结构材料与功能材料 231

11.1.2 功能材料的分类 231

11.2 磁、电功能材料 232

11.2.1 电导体材料 232

11.2.2 磁功能材料 234

11.2.3 电介质材料 237

11.3 光功能材料 239

11.3.1 激光工作物质 239

11.3.2 红外光学材料 240

11.3.3 光电材料 241

11.3.4 光导纤维 241

11.4 能源转换材料 242

11.4.1 热电材料 243

11.4.2 太阳能电池 243

11.5 智能材料简介 244

11.5.1 智能材料 244

11.5.2 智能材料的应用前景 245

第12章 生态环境材料 247

12.1 生态环境材料与环境负荷评价LCA 247

12.1.1 生态环境材料 247

12.1.2 生态环境负荷评价LCA 248

12.1.3 LCA的应用 251

12.2 材料的再生循环利用 253

12.2.1 再生循环利用 253

12.2.2 钢铁材料的再生循环 254

12.2.3 有色金属的再生循环 255

12.2.4 塑料的再生循环 257

12.3 材料的长寿命化 257

12.3.1 金属材料的长寿命化 257

12.3.2 陶瓷的长寿命化 259

12.3.3 高分子材料的长寿命化 259

第13章 表面工程技术 260

13.1 概述 260

13.1.1 表面工程技术的特点 260

13.1.2 表面工程技术的分类 260

13.2 表面工程技术基础 261

13.2.1 表面与界面 261

13.2.2 理想固体表面的晶体结构 261

13.2.3 表面吸附与表面扩散 263

13.2.4 表面工程用高能束热源 265

13.3 高能束表面处理 267

13.3.1 激光表面处理 267

13.3.2 电子束表面处理 270

13.3.3 离子束表面处理 271

13.4 物理气相沉积 274

13.4.1 物理气相沉积的分类及特点 274

13.4.2 真空蒸镀 275

13.4.3 离子镀 277

13.4.4 离子溅射 280

13.5 化学气相沉积 283

13.5.1 原理、分类及特点 283

13.5.2 CVD工艺及设备 284

13.5.3 CVD沉积层的应用 286

参考文献 288