金属材料科学与工程基础PDF电子书下载

1为了健康和可持续发展的地球 1

1.1 支撑人类社会不断发展和进步的金属材料 1

1.1.1 支撑人类物质社会基础的材料 1

1.1.2 赋予各种形状并维持其形状的结构材料 2

1.1.3 挖掘金属的独特个性，利用其独特功能制备各种功能材料 2

1.2 获得金属的基本原理 3

1.2.1 利用化学变化，不稳定状态是其化学变化的根源 3

1.2.2 地壳中各种矿物及基本组成 5

1.2.3 金属冶炼方法 5

1.3 维持现代文明社会存在和发展的金属材料 6

1.3.1 金属资源有限性指标 6

1.3.2 提供使用可靠性和持续性的维护保养 12

小知识 13

2金属学基本知识 14

2.1 原子论和热力学的发展 14

2.1.1 从道尔顿的原子量表到元素周期表 14

2.1.2 对原子结构的理解和热力学的发展 14

2.2 化学元素周期表和金属元素 15

2.2.1 原子的基本构造 15

2.2.2 典型元素和过渡元素——金属与非金属 18

2.3 电子配置和过渡金属 18

2.3.1 各元素的电子配置 18

2.3.2 过渡金属具有复杂及复数的化合价 20

2.4 铁与稀土类元素的磁性来源 20

2.4.1 铁的磁性来源于3d轨道的同向旋转 20

2.4.2 稀土元素的磁性来源于被外部电子层遮蔽的4f轨道和轨道上的电子自转 22

2.5 原子集合体中的电子轨道 22

2.5.1 原子一旦形成集合体，其电子轨道则变成能量连续的电子能带 22

2.5.2 金属键结合的原子被自由电子云所包围，不存在禁带 23

2.5.3 半导体和绝缘体存在禁带，自由电子很难翻越 23

2.6 自由电子与光电学特性 24

2.6.1 电传导和热传导均来源于自由电子 24

2.6.2 金属光泽也是由于自由电子的作用 25

2.6.3 金属的电子释放与光电效应 25

2.7 金属结晶的特征 26

2.7.1 面心立方晶格（FCC）的原子排列最密集 26

2.7.2 密排六方（HCP）排列密度大，但点阵对称性差 27

2.7.3 体心立方（BCC）排列间隙最大，但对称性好 27

2.8 各种各样的晶体结构和非晶体结构 28

2.8.1 共价键和离子键结合的晶体强度高，但韧性极差 28

2.8.2 石墨是共价键和范德华力的结合 29

2.8.3 无秩序的非晶态结构 30

2.9 晶格缺陷与相分离 31

2.9.1 温度上升会导致晶格振动和原子间距加大 31

2.9.2 实际金属结晶中含有着大量的缺陷 31

2.9.3 异种元素进入金属结晶，会发生固溶或相分离 32

2.10 纯金属与合金的凝固 32

2.10.1 纯金属是在某一固定温度下缓慢凝固 32

2.10.2 合金因在一定温度区间内凝固，因此存在浓度变化 33

2.10.3 无限固溶型合金相图 33

2.11 共晶型合金的相图 34

2.11.1 固相元素如果无法固溶则形成两相分离 34

2.11.2 共晶组织是在一定温度下凝固形成的层状组织 34

2.11.3 共晶成分以外形成初晶和共晶的混合组织 36

2.12 金属间化合物和多元系相图 36

2.12.1 纯金属中有可能会出现难以预想的中间化合物 36

2.12.2 各种类型的相图 37

2.13 合金的自由能曲线 38

2.13.1 纯物质的自由能和相变 38

2.13.2 利用自由能（G）曲线理解合金相图 39

2.14 铁-碳相图 40

2.14.1 纯铁的固态相变和铁-碳二元相图 40

2.14.2 共析反应、珠光体相变和碳元素的固溶线 40

2.14.3 利用奥氏体或铁素体形成元素进行合金设计 41

2.15 平衡状态与反应速度 42

2.15.1 反应速度受驱动力和易动度的控制 42

2.15.2 相变、扩散是热活化过程，驱动力来自于过冷度或浓度差 42

2.15.3 反应速度用C曲线来表示 43

2.16 形核与成长 43

2.16.1 新相形成的条件是需要具有新的界面形成能 43

2.16.2 无芽（核）胚生成的Spinodal分解 44

小知识 45

3金属变形与组织控制 48

3.1 金属组织与结晶学的发展 48

3.1.1 从金属组织的可视化发展到相图 48

3.1.2 X射线结晶学的确立以及对塑性变形的理解 48

3.2 金属的变形 50

3.2.1 金属具有延展性，可塑性加工 50

3.2.2 弹性和塑性变形的应力-应变曲线 50

3.2.3 弹性变形的斜率决定构造物的刚性 51

3.3 塑性变形原理 52

3.3.1 滑移变形和位错移动 52

3.3.2 晶体结构基本决定位错的滑移面与滑移方向 53

3.3.3 如果位错无法移动，则会产生双晶变形 54

3.4 钢铁的屈服现象及晶体晶界 55

3.4.1 铁的初始变形困难 55

3.4.2 如果位错能移动的话，则导致顺利变形 56

3.4.3 晶界是位错移动的障碍 56

3.5 加工硬化与塑性各向异性 57

3.5.1 金属的韧性来源于其高加工硬化指数（n值） 57

3.5.2 拉伸变形时，试样是厚度变薄还是宽度变窄（r值） 58

3.5.3 应变速率敏感指数（m值）导致超塑性 59

3.6 热处理基础知识Ⅰ 59

3.6.1 热处理主要适用于容易控制扩散的金属材料 59

3.6.2 利用高温扩散获得均匀的组织：Soaking（均匀化处理） 60

3.6.3 利用温度变化获得非平衡相组织：淬火和回火 61

3.7 热处理基本知识Ⅱ 61

3.7.1 加工应变的释放：重结晶和退火 61

3.7.2 利用相变改善组织结构：正火 62

3.7.3 表面渗碳或渗氮强化：渗碳淬火、渗氮处理 63

3.8 马氏体相变 64

3.8.1 无扩散的剪切型相变 64

3.8.2 钢中的马氏体因固溶碳原子，因此又硬又脆 65

3.8.3 钢铁冷却组织的指南：CCT和TTT曲线 65

3.9 回火时效 66

3.9.1 利用不同温度下固溶元素的溶解度差异进行时效硬化 66

3.9.2 杜拉铝的硬度来自于亚稳析出物所产生的晶格变形 66

3.9.3 利用马氏体相变和时效强化获得马氏体时效钢 67

3.10 高强度化的原理 68

3.10.1 我们希望获得高强度、高塑性和低脆性的材料 68

3.10.2 材料强化的基本方式：固溶强化、析出强化和细晶强化 68

3.10.3 高温材料的分散强化 69

3.11 微量成分的控制与应用 70

3.11.1 控制微量不纯物质降低危害 70

3.11.2 利用氧化物、碳化物、氮化物和热加工工艺综合控制材料组织结构 71

3.12 断面与破坏形式 72

3.12.1 塑性破坏与危险的脆性破坏 72

3.12.2 解理破坏的特征 72

3.12.3 晶界破坏的特征 73

3.13 延迟破坏和应力腐蚀破坏 73

3.13.1 经过一段时间后突然发生的破坏——延迟破坏 73

3.13.2 几乎所有的合金都会产生应力腐蚀 74

3.14 疲劳破坏和蠕变破坏 75

3.14.1 循环往复的低应力也会导致破坏 75

3.14.2 高温环境下材料的蠕变变形和蠕变破坏 76

小知识 77

4结构材料和强度材料 81

4.1 人类与金属的关系 81

4.1.1 铁制品具有3700年的历史，是现代文明社会的基础 81

4.1.2 铝、镁、钛主要利用电力冶炼 81

4.2 制铁方法和钢铁材料概论 83

4.2.1 巧妙地利用铁碳相图，采用间接制铁法制铁 83

4.2.2 高强度的高碳钢和易加工与焊接的低碳钢 83

4.2.3 使用量最多的钢铁材料是建筑用钢和汽车用钢板 84

4.3 高碳钢和工具钢 85

4.3.1 铁和渗碳体结构可获得4000MPa的高强度 85

4.3.2 渗碳体的球化可导致基体软化和碳化物组织均匀分散 86

4.3.3 坚硬、稳定的合金碳化物能有效提高钢材的耐热性和耐磨损性能 86

4.4 焊接结构钢 87

4.4.1 大型结构件需要电弧焊接 87

4.4.2 高温加热和急速冷却会导致热影响区又硬又脆，极易断裂 88

4.5 冲压成型用钢板 89

4.5.1 精确控制碳含量生产出丰富多彩的钢板 89

4.5.2 深冲成型时r值、拉伸成型时n值非常重要 90

4.6 不锈钢的基本知识 91

4.6.1 什么是不锈钢 91

4.6.2 Cr会形成惰性氧化膜抑制生锈 91

4.6.3 铁-铬合金中存在的σ相或相分离，是导致脆化的原因 92

4.6.4 晶界形成铬的碳化物导致腐蚀开裂 93

4.7 各种各样的不锈钢 93

4.7.1 舍夫勒组织图 93

4.7.2 铁素体系不锈钢：近年来性能大幅提高 94

4.7.3 奥氏体系不锈钢：世界的主流产品18-8不锈钢 95

4.7.4 马氏体系、沉淀硬化系、双相系不锈钢 96

4.8 耐热合金 96

4.8.1 可承受600℃高温的建筑用耐火钢 96

4.8.2 建筑物用耐热不锈钢系材料 97

4.9 超级合金 99

4.9.1 700～800℃以上就必须使用超级合金 99

4.9.2 发动机排气阀需要耐高温和耐磨损的材料 100

4.10 核反应堆发电基本原理 100

4.10.1 日本国内的商用核反应堆都是轻水炉 100

4.10.2 水不光具有热传导功能，还具有中子减速功能 101

4.10.3 铀燃料、燃料组件和控制棒的配置 101

4.11 核反应堆用材料 102

4.11.1 中子反应控制材料 102

4.11.2 燃料棒包壳管采用的是锆-锡合金 103

4.11.3 管道材料采用奥氏体系不锈钢 103

4.12 低温用材料 104

4.12.1 极低温使用FCC金属，对于BCC的钢铁材料则需要采取相应的防脆措施 104

4.12.2 LNG船采用FCC金属，但热膨胀导致的变形是个问题 105

4.12.3 LNG储藏罐采用Ni合金钢，输气管道采用TMCP钢 105

4.13 铝合金 106

4.13.1 铝的制备、赤泥与铝合金分类 106

4.13.2 铝发现至今仅仅200年，是可以柔硬自如的材料 107

4.13.3 铸造铝合金首先应考虑选用流动性良好的Al-Si合金 108

4.13.4 各种各样的压延材制品可采用压延、锻造、挤出等方式加工 108

4.14 航空用材料 109

4.14.1 杜拉铝最为普遍，但其最大的问题是应力腐蚀开裂 109

4.14.2 未来是碳纤维复合材料、钛合金与铝合金的竞争 110

4.15 汽车用材料 111

4.15.1 汽车车身为薄钢板轧制＋焊接成型 111

4.15.2 高档车开始增加铝合金的使用量 111

4.16 镁合金 112

4.16.1 密度小但加工性能差 112

4.16.2 采用压铸法可生产各种形状的工件 112

4.16.3 Mg合金的加热挤出、加热轧制成型法 113

4.17 纯钛 114

4.17.1 钛是金属中的超级明星，从发现至今仅仅只有百年 114

4.17.2 常温下是难以变形的HCP晶体结构，温度上升则会变成较易加工的BCC晶体结构 114

4.17.3 纯钛在工厂、建筑物上的使用在不断扩大 115

4.18 钛合金 116

4.18.1 合金化可提高钛合金的强度与加工性 116

4.18.2 钛合金主要为Ti-Al-V合金，β合金也日益受到关注 116

4.18.3 金属钛的热传导率低，因而切削性能差 118

4.19 形状记忆合金和超弹性合金 118

4.19.1 可逆马氏体相变导致形状恢复 118

4.19.2 形状记忆根据孪晶比例变化而变形，加热可导致形状恢复 119

4.19.3 超弹性、形状记忆合金广泛应用于工业及医疗领域 120

4.20 钨与超硬合金 120

4.20.1 高熔点钨采用粉末冶金法制造 120

4.20.2 钴包裹碳化钨形成的硬质合金 121

4.21 粉末冶金 122

4.21.1 极易制成形状复杂的小尺寸零件 122

4.21.2 烧结是利用表面能作为驱动力进行材料致密化的方法 123

4.21.3 金属原料粉末采用熔融金属吹入水/气体中速冷获得 123

小知识 124

5金属功能材料 126

5.1 电子材料的发展 126

5.1.1 铜是最古老的金属，也是现代最主要的电子功能材料 126

5.1.2 电磁感应是电子学的起点 126

5.1.3 金属是信息时代的基础 127

5.2 纯铜 128

5.2.1 日常的电线使用的是韧铜，音响器材使用的是无氧铜 128

5.2.2 铜的导电性好但密度大 128

5.2.3 电路板、电池使用的铜箔：压延法和电解法 129

5.3 纳米铜 129

5.3.1 纳米技术是当今材料科学研究中最热门的领域之一 129

5.3.2 纳米铜的制备方法多种多样 130

5.3.3 目前国内较高性价比的纳米铜制备技术 130

5.4 铜合金 131

5.4.1 黄铜为铜锌合金，青铜为铜锡合金 131

5.4.2 导电性与强度均为良好的铍铜合金 132

5.4.3 半导体连线从铝改为铜 132

5.5 调整线膨胀系数和热传导率 133

5.5.1 通常希望金属材料的线膨胀系数小而热传导率大 133

5.5.2 铁与镍可制成线膨胀系数为零的合金 133

5.6 磁性材料的基础知识 134

5.6.1 什么是铁磁体的自发磁化 134

5.6.2 软磁性（Soft）与硬磁性（Hard）材料 135

5.6.3 超过居里温度，铁磁材料会变为顺磁材料 136

5.7 软磁钢板 136

5.7.1 织构硅钢片中利用Si提高合金电阻率、控制结晶方位 136

5.7.2 为了减少交变磁场中的涡电流损耗，铁芯大多采用叠片式结构 137

5.8 非晶软磁薄带 138

5.8.1 输电和配电过程中有5%的电能损失 138

5.8.2 空载负荷（铁损）损失小的非晶态合金 139

5.9 铁氧体（铁的氧化物） 140

5.9.1 各种各样的铁氧化物 140

5.9.2 铁为铁磁性、氧化铁则为亚铁磁性 140

5.9.3 高频元件中的软磁铁氧体和小型马达中的硬磁铁氧体 141

5.10 稀土类永磁材料 142

5.10.1 领先世界的日本磁性材料研究 142

5.10.2 超强磁性的稀土永磁材料 142

5.10.3 钕磁铁粉末在磁场中成型，采用液相烧结法制作 143

5.11 耐热钕磁铁 144

5.11.1 为了提高钕磁铁的耐热性，需要添加镝元素 144

5.11.2 Nd在地球上分布较广，而Dy分布集中 144

5.11.3 在逆磁畴易出现区域提高Dy浓度以降低添加量 145

小知识 145

6金属表面化学 147

6.1 材料与环境的界面 147

6.1.1 材料与环境的相互作用 147

6.1.2 界面是材料与环境创造的新世界 148

6.2 电子传导与离子传导 149

6.2.1 电流是带电粒子的流动 149

6.2.2 电导体 149

6.2.3 离子导体 150

6.3 水溶液中的金属离子 151

6.3.1 电解质水溶液 151

6.3.2 水溶液中的金属络合物 152

6.4 界面上发生的电化学反应 153

6.4.1 电子导体/离子导体/电子导体结构间的运行机理 153

6.4.2 异相界面间的电子交换反应：氢离子＋氧离子=水 154

6.5 用电流表征化学变化量 155

6.5.1 将界面上的化学变化速度换算成电流 155

6.5.2 界面上物质变化量与通电量的关系 155

6.5.3 用电流密度表征金属的析出速度或溶解速度 155

6.6 用电位表征化学平衡 156

6.6.1 界面上电子交换反应的平衡电位Eeq 156

6.6.2 平衡电位Eeq是衡量电子接收能力（阴极反应驱动力）的指标 157

6.7 金属在水溶液中的状态图 158

6.7.1 布拜电位-pH值图 158

6.7.2 贵金属“金”和贱金属“铝”的电位-pH值图 160

6.8 表示反应速度的分极曲线 160

6.8.1 过电压与界面反应速度 160

6.8.2 分极曲线是表示反应速度的“海图” 161

6.9 反应速度的上限 162

6.9.1 反应速度的最大瓶颈是物质的输送 162

6.9.2 达到极限电流密度时的分极曲线 163

6.9.3 达到极限电流密度附近时的金属固体析出形态 163

6.10 分极曲线的使用方法 164

6.10.1 腐蚀、表面处理、电池、工厂电解的图解法 164

6.10.2 埃文斯图：酸性溶液中锌的溶解 164

6.11 什么是金属的腐蚀 165

6.11.1 金属与氧或氢离子等物质所产生的自发化学反应 165

6.11.2 金属腐蚀的六大关键要素 166

6.12 金属的干腐蚀 167

6.12.1 高温下金属与气体的化学反应 167

6.12.2 保护性氧化膜的生长原理 168

6.13 金属的湿腐蚀 169

6.13.1 湿润金属表面的腐蚀原理 169

6.13.2 水溶液酸碱度变化时的铁表面腐蚀行为 169

6.14 钝化膜（阳极支配反应） 170

6.14.1 能够自我修复的超薄保护性氧化膜 170

6.14.2 钝化膜与分极曲线（埃文斯图） 172

6.15 化学转化膜（阴极支配反应） 172

6.15.1 保护性表面氧化膜 172

6.15.2 化学转化膜的局部破坏 173

6.15.3 耐候钢 174

6.16 导致穿孔或开裂的局部腐蚀 175

6.16.1 预测诊断困难，经常导致意外事故的发生 175

6.16.2 晶界腐蚀 175

6.16.3 应力腐蚀开裂 176

6.16.4 腐蚀疲劳 176

6.17 表面处理 177

6.17.1 改变界面的性状——在材料与环境的界面之间导入第三种物质 177

6.17.2 Epi-Coat（表面镀层）和Endo-Coat（表面改性） 177

6.18 Epi-Coat（表面镀层） 178

6.18.1 与钢铁相容性好的锌系镀层 178

6.18.2 包装材料的高新技术表面处理 178

6.18.3 支撑电子封装的金属镀层 179

6.19 Endo-Coat（表面改性） 180

6.19.1 热扩散渗透处理 180

6.19.2 阳极氧化处理 181

6.19.3 化学腐蚀处理（磷化处理） 181

6.20 什么是电池 182

6.20.1 电池原理 182

6.20.2 铅蓄电池原理 183

6.21 锂离子电池 184

6.21.1 高性能蓄电池是环保汽车（Eco-Car）的技术关键 184

6.21.2 锂离子电池原理 184

6.21.3 聚合物锂离子电池：实际构造 185

6.21.4 锂离子电池的新突破：解决安全与续航问题 186

6.22 钠硫电池 187

6.22.1 新型大容量二次电池 187

6.22.2 钠硫电池原理 188

6.22.3 钠硫电池的实际结构 188

小知识 189

7各种各样的金属元素 193

7.1 各种各样金属的简介 193

7.1.1 金属的各种实用性分类 193

7.1.2 按照用途分类 195

7.2 铌（Nb）：虽然不显眼，但具有各种各样丰富的功能而被广泛采用 195

7.2.1 被广泛应用于钢铁强化及尖端设备 195

7.2.2 供给不稳定的金属 196

7.3 钒（V）：不可或缺的金属元素 197

7.3.1 提高钢铁、钛合金的强度 197

7.3.2 氧化物也应用在许多方面 197

7.4 汞（Hg）：常温下唯一的液态金属 198

7.4.1 曾经是科学进步与技术的桥梁 198

7.4.2 人类使用水银的历史 198

7.5 铍（Be）：铜的好伙伴 200

7.5.1 活跃在铜合金领域 200

7.5.2 铜合金之外的应用 201

7.6 铱（Ir）和锇（Os）：隐藏在铂系元素中的贵公子 201

7.6.1 高硬度的铱（Ir） 201

7.6.2 最重的金属锇（Os） 202

7.7 银（Ag）：贵金属中的深藏不露的“熏银” 203

7.7.1 虽不显眼却使用广泛的贵金属 203

7.7.2 利用其独特化学性质的工业应用 204

7.8 锡（Sn）：自古以来就是人类的朋友 204

7.8.1 从远古开始就为人类服务 204

7.8.2 新的用途正在被开发 205

7.9 钽（Ta）：活跃在电容的世界中 206

7.9.1 作为电容材料，极大地促进了手机和电脑的小型化 206

7.9.2 其他用途及制作方法 206

7.10 铂（Pt）：金属中的白马王子 207

7.10.1 活跃在催化剂和电子元件领域 207

7.10.2 除了汽车以外的其他应用 208

7.11 钌（Ru）、钯（Pd）、铑（Rh）：与铂一起显示出其存在价值 209

7.11.1 又硬又脆的银白色金属钌（Ru） 209

7.11.2 具有良好的延展性和可塑性的银白色金属钯（Pd） 209

7.11.3 坚硬的银白色金属铑（Rh） 210

7.12 铼（Re）：具有特殊功能的稀有金属 210

7.12.1 能提高燃气发动机效率的耐热材料 210

7.12.2 其他应用 211

7.13 钕（Nd）、镝（Dy）：磁性材料的功臣和助手 212

7.13.1 世上性能最强的永磁铁 212

7.13.2 钕（Nd）的伙伴镝（Dy） 213

7.14 硼（B）：无处不在的武林高手 214

7.14.1 金属材料中的添加元素 214

7.14.2 作为化合物的其他各种应用 215

7.15 镓（Ga）：稀有的银白色金属 215

7.15.1 活跃在光的世界里 215

7.15.2 未来的高效太阳能电池 216

7.16 硅（Si）：活跃在人类社会的各个领域 217

7.16.1 现代信息工业的水稻 217

7.16.2 活跃在合金成分中的Si元素 218

7.16.3 作为化合物的应用 218

7.17 锗（Ge）：信息时代的功臣 219

7.17.1 半导体的先驱 219

7.17.2 信息技术以外的应用 219

7.18 铟（In）：透明的导体 219

7.18.1 液晶和等离子显示器的关键材料 219

7.18.2 其他高科技行业应用 221

小知识 221

8我们身边的金属 223

8.1 令人痴迷的传统工艺品——日本南部铁壶 223

8.1.1 南部铁壶的来源 223

8.1.2 传统工艺技法 223

8.2 保护牙齿的补牙合金 225

8.2.1 各种各样的补牙合金 225

8.2.2 镶牙是精密铸造技术 225

8.3 金属玻璃：金属材料的革命 226

8.3.1 非晶态金属虽具有非凡的性能，但是也有烦恼 226

8.3.2 从非晶态到玻璃，金属材料的新舞台 227

8.4 金刚石薄膜带来的模具进步 227

8.4.1 使难加工合金的成型模具变为可能 227

8.4.2 发展中的DLC膜镀层 229

8.5 模具的增量制造 229

8.5.1 从减材制造到增材制造 229

8.5.2 组合化诞生技术革新 230

8.6 啤酒易拉罐是材料技术与成型技术的集大成者 231

8.6.1 用金属铝做啤酒容器是近几十年的事情 231

8.6.2 铝制易拉罐迅速普及的秘密 231

8.7 埃菲尔铁塔和东京塔 233

8.7.1 吸引全世界目光的埃菲尔铁塔 233

8.7.2 揭开炼钢时代的贝塞麦炼钢法（Bessemer process） 234

8.7.3 巨大的铁塔是时代技术的标志 234

8.8 将两个世界连接在一起：明石海峡大桥和港珠澳跨海大桥 235

8.8.1 完美的明石海峡大桥 235

8.8.2 超高强度钢丝使得巨大建筑物的建设成为可能 236

8.9 节 能输送的架空电缆和受电弓 237

8.9.1 确保交通运输的城市铁路（城铁） 237

8.9.2 架空线电缆：利用复合化及合金设计提高强度 238

8.9.3 受电弓：滑块主要采用碳材料 238

8.10 催化剂：金属的独角戏 239

8.10.1 为现代化物质生活作出巨大贡献 239

8.10.2 催化剂与原料形成中间产物促进了反应进行 240

小知识 242

9金属的社会学 243

9.1 稀有金属的价值 243

9.1.1 点石成金的魔杖 243

9.1.2 稀有金属所存在的各种风险 245

9.2 稀有金属的供给风险 245

9.2.1 产地不均所带来的供给风险 245

9.2.2 价格变动所带来的供给风险 247

9.3 资源枯竭正在变为现实 247

9.3.1 预计到2050年，几乎所有的金属资源都将枯竭 247

9.3.2 延长枯竭资源的寿命 249

9.4 都市矿山 249

9.5 资源风险的各种对应措施 251

9.5.1 资源替代、减少用量 251

9.5.2 关于回收再利用方面的动向 252

9.5.3 勘探、储备等方面的动向 252

9.6 稀有元素的减量和替代战略 254

9.6.1 摆脱资源限制，是对人类现有知识的挑战 254

9.6.2 水泥变成了导体 255

9.7 相关资源总量是资源消费计算的标准 255

9.8 专利制度的利用 257

9.8.1 专利制度的机制 257

9.8.2 申请专利的目的是获得最大的经济利益 258

9.9 摇篮期的金属创业者 260

9.9.1 金属铝冶炼与钢铁的革命性精炼的兴起 260

9.9.2 按照商业规则有效利用专利 261

9.10 日本钢铁业的知识产权学习曲线 262

9.10.1 专利纷争少的知识产权丰收期（1945～1990年） 262

9.10.2 知识产权战略期的转换（1991年至今） 263

9.11 生产技巧（KnowHow）与机密管理 264

9.11.1 保密是生产技巧（KnowHow）的生命，情报管理是关键 264

9.11.2 泄露机密情报的可怕 265

小知识 266

参考文献 270