材料科学基础 第2版PDF电子书下载

第1章 固体材料的结构 1

1.1 原子间的键合方式 1

1.1.1 离子键 2

1.1.2 共价键 2

1.1.3 金属键 3

1.1.4 二次键 4

1.1.5 混合键 6

1.1.6 结合键与材料性能 7

1.2 晶体学基本知识 9

1.2.1 晶体的特征 9

1.2.2 空间点阵与晶胞 10

1.2.3 晶系和布拉菲点阵 11

1.2.4 空间点阵与晶体结构的关系 13

1.2.5 晶体的对称性概念 15

1.2.6 晶面指数和晶向指数 19

1.2.7 晶面间距 23

1.2.8 晶面及晶向间的夹角 24

1.2.9 晶带 25

1.3 纯金属的晶体结构 26

1.3.1 典型纯金属的晶体结构 26

1.3.2 点阵常数与原子半径r的关系 27

1.3.3 配位数和致密度 28

1.3.4 晶体中原子堆垛方式 29

1.3.5 晶体结构中的间隙 31

1.3.6 同素异构现象 34

1.3.7 原子半径 34

1.3.8 其他晶体结构 36

1.4 合金相结构 37

1.4.1 固溶体 38

1.4.2 金属间化合物 45

1.5 陶瓷材料的晶体相结构 50

1.5.1 离子键结合的陶瓷晶体结构 51

1.5.2 共价键结合的陶瓷晶体结构 54

1.6 非晶态金属（金属玻璃） 55

1.6.1 金属玻璃的获得与分类 55

1.6.2 金属玻璃结构模型 59

1.7 准晶体 63

1.7.1 准晶体的结构模型 64

1.7.2 准晶的稳定性 67

1.8 高分子材料的结构 68

1.8.1 高分子链结构 68

1.8.2 高分子的聚集态结构 69

习题 74

第2章 空位与位错 75

2.1 空位 75

2.1.1 空位的热力学分析 76

2.1.2 空位的迁移 77

2.1.3 材料中空位的实际意义 78

2.2 位错的基本类型及特征 79

2.2.1 刃型位错 79

2.2.2 螺型位错 81

2.2.3 混合位错 82

2.3 柏氏矢量 83

2.3.1 确定柏氏矢量的方法 83

2.3.2 柏氏矢量的特征和意义 85

2.4 位错的运动 86

2.4.1 位错滑移的晶格阻力 86

2.4.2 刃型位错的运动 87

2.4.3 螺型位错的运动 89

2.4.4 混合位错的运动 90

2.5 位错的应力场和应变能 91

2.5.1 位错的应力场 91

2.5.2 位错的应变能 94

2.6 位错的受力 96

2.6.1 作用在位错上的力 96

2.6.2 位错的线张力 97

2.7 位错与晶体缺陷的交互作用 98

2.7.1 位错与点缺陷之间的交互作用 98

2.7.2 位错之间的交互作用 101

2.7.3 位错的塞积 105

2.8 位错的萌生与增殖 107

2.8.1 晶体中位错的萌生 107

2.8.2 晶体中位错的增殖 107

2.9 实际晶体中的位错组态 109

2.9.1 fcc,bcc,hcp晶体中单位位错的柏氏矢量 109

2.9.2 层错 110

2.9.3 不全位错 111

2.9.4 位错反应与扩展位错 113

2.9.5 位错的实际观察 118

习题 119

第3章 材料的表面与界面 121

3.1 材料的表面 121

3.1.1 表面晶体学 121

3.1.2 表面热力学 128

3.1.3 实际表面 132

3.2 材料的界面 135

3.2.1 界面的定义和种类 135

3.2.2 晶界 135

3.2.3 相界 142

3.2.4 多晶材料中的界面 144

3.2.5 复合材料的界面 146

习题 148

第4章 材料的凝固 149

4.1 金属液态结构与性能特点 149

4.1.1 液态金属与固态金属的比较 150

4.1.2 金属液态结构 152

4.2 金属结晶的基本规律 153

4.2.1 金属结晶的微观现象 153

4.2.2 金属结晶的宏观现象 154

4.3 晶核的长大 167

4.3.1 晶核长大的条件 167

4.3.2 液-固界面的微观结构 168

4.3.3 晶体长大的机制 168

4.3.4 纯金属长大的形态 170

4.4 结晶理论的应用 174

4.4.1 铸锭的组织及控制 174

4.4.2 单晶体的制备 179

4.4.3 定向凝固技术 180

4.4.4 急冷凝固 181

4.5 聚合物的凝固 183

4.6 气-固相变与薄膜生长 184

4.6.1 蒸发和凝聚的热力学条件 184

4.6.2 形核 185

4.6.3 薄膜的生长方式 186

习题 187

第5章 单元系、二元系相图及合金的凝固组织 188

5.1 单元系相图 188

5.2 二元相图的表示方法 191

5.2.1 二元合金中存在的相 191

5.2.2 二元相图的表示、含义和杠杆定律 193

5.2.3 用实验方法测绘二元相图 196

5.3 匀晶相图及固溶体合金的凝固和组织 198

5.3.1 相图分析 198

5.3.2 固溶体合金的平衡凝固和组织 199

5.3.3 固溶体合金的非平衡凝固和组织 200

5.3.4 固溶体合金凝固过程中的溶质分布 202

5.3.5 区域熔炼 207

5.3.6 成分过冷及其对晶体成长形状和铸锭组织的影响 208

5.4 共晶相图及共晶系合金的凝固和组织 212

5.4.1 相图分析 212

5.4.2 共晶系合金的平衡凝固和组织 213

5.4.3 共晶组织及其形成机理 216

5.4.4 共晶系合金的非平衡凝固和组织 222

5.5 包晶相图及其合金的凝固和组织 226

5.5.1 相图分析 226

5.5.2 包晶系合金的平衡凝固和组织 227

5.5.3 包晶系合金的非平衡凝固和组织 228

5.5.4 包晶转变的实际应用 229

5.6 偏晶相图及其合金的凝固和组织 229

5.7 形成化合物的二元相图 231

5.7.1 形成稳定化合物的二元相图 231

5.7.2 形成不稳定化合物的二元相图 231

5.8 具有固态转变的二元相图 232

5.8.1 具有共析转变的相图 232

5.8.2 具有包析转变的相图 233

5.8.3 具有偏析转变的相图 233

5.8.4 具有熔晶转变的相图 233

5.8.5 具有无序-有序转变的相图 234

5.8.6 具有固溶度变化的相图 234

5.8.7 具有磁性转变的相图 234

5.9 如何分析和使用二元相图 235

5.9.1 相图中的线条和相区分析 235

5.9.2 结合Fe-Fe3C相图分析合金的平衡凝固过程及其组织变化 236

5.9.3 Cu-Sn合金系相图 242

5.9.4 Mg2SiO4-SiO2系相图 243

5.9.5 ZrO2-SiO2系相图 244

5.10 相图热力学基础 245

5.10.1 吉布斯自由能与成分的关系 245

5.10.2 克劳修斯-克莱普隆方程 247

5.10.3 相平衡条件 249

5.10.4 吉布斯自由能曲线与相图 252

习题 255

第6章 三元系相图 258

6.1 三元相图的成分表示法 258

6.2 三元相图的杠杆定律和重心法则 260

6.2.1 杠杆定律 260

6.2.2 重心法则 260

6.3 匀晶三元相图 261

6.3.1 相图的空间模型 261

6.3.2 合金的凝固过程及组织 262

6.3.3 等温截面（或水平截面） 262

6.3.4 变温截面（或垂直截面） 264

6.4 简单共晶三元相图 265

6.4.1 相图的空间模型 265

6.4.2 合金的凝固过程和组织 267

6.4.3 等温截面 268

6.4.4 变温截面 268

6.5 固态有限溶解的三元共晶相图 270

6.5.1 相图的空间模型 270

6.5.2 合金的凝固过程和组织 272

6.5.3 等温截面 275

6.5.4 变温截面 275

6.6 具有包共晶反应的三元相图 277

6.6.1 相图的空间模型 277

6.6.2 合金的凝固过程和组织 278

6.6.3 等温截面 280

6.6.4 变温截面 280

6.6.5 固相具有固溶度时的相区界面投影图 281

6.7 具有三元包晶反应的三元相图 282

6.8 形成稳定化合物的三元相图 284

6.8.1 形成一个稳定化合物的三元相图简化法 284

6.8.2 形成几个稳定化合物的三元相图简化法 285

6.9 三元相图总结 286

6.9.1 三元系的两相平衡 286

6.9.2 三元系的三相平衡 286

6.9.3 三元系的四相平衡 287

6.9.4 液相面投影图 290

6.9.5 三元相图中的相区接邻规则 290

6.10 三元相图实例分析 292

6.10.1 Pb-Sn-Bi系 292

6.10.2 Al-Cu-Mg系 293

6.10.3 W-C-Co系 295

6.10.4 Fe-Cr-C系 297

6.10.5 MgO-Al2O3-SiO2系 299

习题 300

第7章 固体材料中的扩散 303

7.1 扩散方程 303

7.1.1 菲克第一定律 303

7.1.2 菲克第二定律 305

7.1.3 菲克第二方程的解 307

7.2 扩散的微观机制 311

7.2.1 交换机制 311

7.2.2 间隙机制 312

7.2.3 空位机制 313

7.2.4 其他扩散机制 315

7.3 扩散系数 316

7.3.1 扩散系数的测定方法 316

7.3.2 影响扩散系数的因素 318

7.4 扩散的热力学分析 324

7.4.1 扩散驱动力 324

7.4.2 上坡扩散 325

7.5 固溶体中的扩散 326

7.5.1 固溶体中的自扩散 326

7.5.2 固溶体中的互扩散——Kirkendall效应 326

7.6 反应扩散 327

7.6.1 反应扩散的概念 327

7.6.2 反应扩散的速率 328

7.7 离子晶体中的扩散 329

7.8 非晶体中的扩散 330

7.8.1 长链聚合物中的扩散 330

7.8.2 无机玻璃中的扩散 331

7.9 材料中扩散问题的几个实例 331

7.9.1 粉体材料的烧结 331

7.9.2 渗碳 333

7.9.3 铸锭的均匀化 335

7.9.4 金属表面的氧化 336

习题 337

第8章 材料的变形与断裂 339

8.1 材料的弹性变形 339

8.1.1 广义虎克定律及弹性常数 339

8.1.2 弹性的不完整性 342

8.2 单晶体金属的塑性变形 343

8.2.1 单晶体的滑移 343

8.2.2 扭折 351

8.2.3 孪生 352

8.3 多晶体的塑性变形 355

8.3.1 晶粒边界 356

8.3.2 晶界对多晶体塑性变形的影响 356

8.3.3 多晶体塑性变形的微观特点 358

8.4 单相固溶体合金塑性变形特点 359

8.4.1 屈服现象 359

8.4.2 应变时效 360

8.5 复相合金的塑性变形 362

8.6 金属冷加工后的组织与性能的变化 363

8.6.1 金属塑性变形后的组织变化 363

8.6.2 加工硬化 366

8.6.3 变形后金属中的残余应力 368

8.6.4 多晶体材料的织构（择优取向） 369

8.7 陶瓷材料的塑性变形 371

8.8 聚合物的变形 374

8.8.1 热塑性聚合物的变形 375

8.8.2 热固性塑料的变形 378

8.9 晶体的断裂 378

8.9.1 断裂的分类 378

8.9.2 理论断裂强度和实际断裂强度 379

习题 382

第9章 回复和再结晶 384

9.1 概述 384

9.2 冷变形金属的回复 386

9.2.1 回复动力学 386

9.2.2 回复过程的组织变化与回复机制 387

9.3 冷变形金属的再结晶 390

9.3.1 再结晶的形核 390

9.3.2 再结晶动力学 392

9.3.3 再结晶温度 393

9.3.4 再结晶后的晶粒大小及再结晶全图 394

9.3.5 再结晶织构 396

9.3.6 退火孪晶 397

9.4 晶粒长大 397

9.4.1 正常晶粒长大 398

9.4.2 反常晶粒长大（二次再结晶） 400

9.5 热加工过程的回复与再结晶 401

9.5.1 动态回复 402

9.5.2 动态再结晶 403

习题 404

第10章 固态相变 406

10.1 固态相变概述 406

10.1.1 固态相变的分类 406

10.1.2 固态相变的特点 409

10.1.3 固态相变的热力学条件 410

10.1.4 固态相变的形核 411

10.1.5 新相的长大 414

10.1.6 相变动力学 416

10.2 过饱和固溶体的脱溶 418

10.2.1 脱溶的驱动力 418

10.2.2 脱溶顺序 419

10.2.3 空位在脱溶过程中的作用 422

10.2.4 脱溶方式及显微组织的变化 424

10.2.5 调幅分解 426

10.2.6 脱溶物粗化—Ostwald粗化 428

10.3 共析转变 431

10.3.1 Fe-C合金中的共析转变 431

10.3.2 珠光体的形成过程 432

10.3.3 珠光体的组织特点及力学性能 434

10.3.4 有色合金中的共析转变 434

10.4 马氏体转变 437

10.4.1 马氏体转变的特点 437

10.4.2 马氏体转变热力学 439

10.4.3 马氏体转变动力学 441

10.4.4 马氏体转变晶体学 443

10.4.5 热弹性马氏体和马氏体转变的可逆性 445

10.4.6 非金属材料中的马氏体转变 446

10.5 贝氏体转变 448

10.5.1 贝氏体转变的特点 448

10.5.2 贝氏体的类型与组织形态 449

10.5.3 贝氏体转变的机制 451

10.5.4 贝氏体的性能 451

10.6 块型转变 451

10.6.1 纯金属中的块型转变 452

10.6.2 二元合金置换式固溶体中的块型转变 453

10.6.3 块型转变机制 453

10.7 有序-无序转变 454

10.7.1 有序度参量 454

10.7.2 有序化过程 455

习题 457

第11章 材料的电子结构与物理性能 459

11.1 固体电子理论简介 459

11.1.1 经典自由电子论 459

11.1.2 量子自由电子论 460

11.1.3 能带概念的引入 462

11.2 材料的电学性能 465

11.2.1 固体的导电性 465

11.2.2 半导体 467

11.2.3 电学材料 472

11.3 材料的磁学性能 473

11.3.1 物质的磁性与原子结构 473

11.3.2 物质磁性的分类 475

11.3.3 磁畴与技术磁化 479

11.3.4 磁性材料 481

11.4 材料的光学性能 482

11.4.1 光和颜色 482

11.4.2 光辐射原理 483

11.4.3 光学材料 489

习题 492

第12章 材料的强化和韧化 493

12.1 金属材料的强韧化 493

12.1.1 金属材料的强化 493

12.1.2 金属材料的韧化 502

12.2 陶瓷材料的增韧 507

12.2.1 相变增韧 508

12.2.2 裂纹桥联增韧 510

12.2.3 裂纹偏转和微裂纹增韧 511

12.2.4 耦合增韧效应 512

12.3 高聚物的强韧化 513

12.3.1 高分子链结构的影响 514

12.3.2 高分子聚集态结构的影响 516

12.3.3 外界条件的影响 519

12.4 复合材料的强化和韧化 520

12.4.1 纤维的增强作用 521

12.4.2 纤维和晶须的增韧作用 522

习题 524

参考文献 526