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第1章 导论 1

1.1简介 2

1.2材料科学与工程 3

1.3材料的分类 5

1.3.1金属材料 5

1.3.2高分子材料（polymers） 5

1.3.3陶瓷材料（ceramics） 5

1.3.4复合材料（composites） 5

习题 6

第2章 原子键结与晶体构造 9

2.1原子结构与键结 10

2.1.1原子模型 10

2.1.2周期表 14

2.2键结（bonding） 15

2.2.1主要键结 15

2.2.2键结种类与材料物理特性关系实例 19

2.2.3次要键结 20

2.3结晶构造（crystal structure） 21

2.3.1晶格（lattice） 21

2.3.2对称（symmetry） 22

2.3.3金属结构 22

2.4结晶系统（crystal system） 24

2.4.1米勒座标系统 24

2.4.1.1六方晶系之结晶方向 27

2.4.2结晶平面之米勒指数 27

2.4.3原子堆积系数 30

2.4.4密度 31

2.5液晶 32

2.6碳结构 32

2.7单晶与复晶 34

2.8晶格系统与晶格常数之决定方法 35

习题 41

第3章 结晶缺陷及固体中的缺陷 43

3.1点缺陷 44

3.1.1本质点缺陷 44

3.1.2异质点缺陷 48

3.1.3点缺陷表示法 53

3.2扩散 原理 55

3.2.1 Fick第一扩散定律 60

3.2.2 Fick第二扩散定律 63

3.3线缺陷 69

3.3.1刃差排 69

3.3.2螺旋差排 70

3.3.3混合差排 70

3.3.4 布格向量 71

3.4界面缺陷 72

3.4.1外表面 73

3.4.2晶界 73

3.4.3小角晶界 75

3.4.4双晶晶界 76

3.4.5其他界面缺陷 77

3.5体缺陷 78

习题 79

第4章 相图 83

4.1相平衡 84

4.2平衡相图 85

4.3一元系统之相图 86

4.4二元系统之相图 87

4.5相图的解说 90

4.6共晶型平衡图 92

4.7偏晶型平衡图 97

4.8共析相变平衡图 99

4.9含有中间化合物的相图 100

4.10不平衡的冷却过程 100

习题 102

第5章 相变态 105

5.1相变态之分类 106

5.2成核 107

5-2-1均质成核 107

5-2-2异质成核 109

5-2-3成核剂 110

5.3不改变组成之相变态 110

5-3-1共轭相变 111

5-3-2有序相变 111

5-3-3麻田散铁相变 111

5.4组成改变之相变态（伴随扩散的相变态） 113

5-4-1共析反应 113

5-4-2等温析出 114

5-4-3沃斯田铁的恒温相变 115

5-4-4沃斯田铁的连续冷却变态 116

5.5离相解离 117

5.6相变态之影响因素 119

5-6-1晶粒大小对相变行为的影响 119

5-6-2合金组成对相变的影响 119

习题 121

第6章 变形 123

6.1金属之弹性变形 125

6-1-1金属弹性变形之特征 125

6-1-2弹性模数与双原子模型 125

6-1-3弹性系数 129

6-1-4由弹性应变求应力值 131

6.2金属之塑性加工 132

6.3塑性变形 134

6-3-1塑性变形之特征 134

6-3-2应力-应变曲线 134

6-3-3真应力-真应变曲线 136

6.4塑性变形之方式：滑动与双晶 138

6-4-1滑动及滑动带 138

6-4-2由滑动所发生的变形 139

6-4-3滑动系统 141

6-4-4滑动的临界剪分应力 142

6-4-5由双晶（twin）所生之变形 143

6.5多晶体的塑性变形 144

6-5-1多晶体塑性变形的过程 144

6-5-2晶粒大小对塑性变形的影响 146

6.6合金的塑性变形 147

6-6-1单相固溶体的塑性变形 147

6-6-2多相合金的塑性变形 148

习题 152

第7章 破坏 153

7.1金属的破坏类型 154

7.2延性破坏 155

7.3脆性破坏 157

7.3.1脆性破坏之特征 157

7.3.2理论内聚强度 157

7.3.3脆性破坏的Griffith理论 158

7.4断口形态学 159

7.5破坏韧性 161

7.6疲劳 164

7.6.1疲劳破坏 164

7.6.2疲劳破断面之观察 167

7.6.3耐疲劳强度之影响因素 168

7.7潜变 171

习题 174

第8章 强化及韧化 175

8.1固溶强化 176

8.2应变硬化 178

8.3塑性变形对组织的影响 181

8.3.1显微组织的变化 181

8.3.2内应力（或残留应力） 181

8.3.3变形组织 182

8.4加工后之退火、回复、再结晶、晶粒成长及机械性质 183

8.4.1冷加工之金属与合金在退火过程中的变化 184

8.4.2回复 188

8.4.3再结晶 192

8.4.4晶粒成长 198

习题 202

第9章 热处理 203

9.1析出硬化 204

9.1.1时效处理 204

9.1.2析出（时效）硬化的原因 205

9.2热处理（heat treatment）之定义及其重要性 208

9.3退火 209

9.3.1完全退火 210

9.3.2 恒温退火 211

9.3.3均质化退火 211

9.3.4 球化退火 212

9.3.5应力消除退火 213

9.4正常化 213

9.5钢之淬火 215

9.5.1淬火目的及原理 215

9.5.2淬火温度与加热时间 215

9.6硬化能 217

9.6.1质量效应 217

9.6.2硬化能 218

9.7钢之回火 223

9.7.1回火目的 223

9.7.2回火后的组织与性质之变化 224

9.7.3合金元素对回火软化与二次硬化的影响 225

9.7.4回火脆性 227

习题 230

第10章 铁系合金 231

10.1铁与钢之制造 232

10.1.1铁、钢及铸铁之定义 232

10.1.2钢铁厂之概况 233

10.1.3生铁之制造 235

10.1.4炼钢法 238

10.1.5钢锭制造法 242

10.1.6钢锭之加工 243

10.1.7钢料制品之种类及用途概述 244

10.2纯铁之组织及相变化 247

10.3钢之相变化 249

10.3.1铁-碳平衡图 249

10.3.2碳钢在缓慢冷却的相变化 253

10.4碳钢 258

10.4.1钢中所含元素对碳钢特性之影响 258

10.4.2碳钢之编号 261

10.5合金钢 261

10.5.1合金钢之分类 261

10.5.2普通构造用合金钢 266

10.5.3机械构造用合金钢 266

10.5.4弹簧钢 267

10.5.5工具钢 268

10.5.6高速钢（hihg speed steel） 269

10.5.7不锈钢 270

10.5.8其他特殊钢 272

10.6铸铁 273

10.6.1铸铁之组织 273

10.6.2铸铁之石墨化过程 273

10.6.3石墨对铸铁机械性质之影响 275

习题 276

第11章 非铁金属及合金 279

11.1铜及铜合金 280

11.1.1铜之物理与机械性质 280

11.1.2黄铜 281

11.1.3青铜 284

11.2铝及铝合金 286

11.2.1铝之性质 286

11.2.2铝合金 287

11.3镁及镁合金 289

11.3.1镁之性质 289

11.3.2镁合金 290

11.4钛及钛合金 293

11.4.1钛之性质 293

11.4.2钛合金之种类及性质 293

习题 298

第12章 陶瓷材料之结构与成型 299

12.1绪论 300

12.2陶瓷结构 301

12.2.1陶瓷之稳定结构及配位数 301

12.2.2 AX型晶体构造 305

12.2.3 AmXp型晶体构造 307

12.2.4 AmBnXp型钙钛矿晶体构造 308

12.2.5陶瓷晶体密度计算 308

12.3 硅酸盐（silicate）结构 309

12.4陶瓷制程 311

12.4.1粉体制程 312

12.4.2成型法 313

12.4.3烧结 317

12.5玻璃 及其形成条件 319

12.6玻璃陶瓷 323

习题 327

第13章 陶瓷材料之特性 329

13.1陶瓷之机械性能 330

13.1.1陶瓷之强度 330

13.1.2陶瓷之脆性 330

13.1.3陶瓷的韧化 333

13.1.4陶瓷之强度测试 334

13.2介电性质 336

13.2.1极化量与介电位移 336

13.2.2极化机构 339

13.2.3介电常数 341

13.3介电材料用途及制造方法 342

13.4压电效应 345

13.5陶瓷的导电特性 346

13.6陶瓷高温超导体 347

习题 350

第14章 复合材料 353

14.1绪论 354

14.2复合材料的分类 354

14.3强化材 354

14.4基材 364

14.5基材与强化材的界面（interface） 365

14.6复合材料的强度基本性质 367

14.6.1比拉伸强度与比弹性模数 367

14.6.2纤维复合材料的破坏机制 371

14.7纤维强化塑胶复合材料的加工 372

14.8复合材料的应用与展望 377

习题 380

第15章 高分子材料 381

15.1高分子材料的定义与分类 382

15.2单位之聚合反应 386

15.2.1聚加成反应 386

15.2.2聚缩合反应 387

15.2.3共聚合高分子材料 389

15.2.4高分子的分子量 390

15.3高分子晶体 392

12.3.1高分子的结晶模型 392

15.3.2高分子材料的结晶型态 394

15.4高分子材料之制程 397

15.4.1高分子材料的合成方法 397

15.4.2高分子加工 398

15.5高分子材料的应用与展望 400

15.5.1高分子材料的应用 400

15.5.2分子材料的展望 406

习题 407

第16章 材料的电性质 409

16.1电的传导 410

16.2固体的能带理论 412

16.3金属的能带结构 413

16.3.1硷金族的能带结构 413

16.4金属的导电特性 414

16.4.1温度的影响 415

16.4.2晶格缺陷的影响 415

16.4.3制程与强化机构的影响 416

16.5其他之导电特性 418

16.5.1热电偶 418

16.5.2超导体 420

16.6绝缘体 421

16.7半导体 423

16.7.1本质半导体 423

16.7.2外禀半导体 425

16.7.2.1 n型半导体 425

16.7.2.2 p型半导体 427

16.7.3温度对导电性的影响 428

16.7.4化合物半导性 430

16.7.5半导体元件的应用 431

16.7.6半导体元件的制作技术 434

16.8离子材料的导电特性 436

习题 438

第17章 磁性材料 439

17.1绪论 440

17.2磁性起源及种类 440

17.2.1顺磁性 443

17.2.2反磁性 443

17.2.3铁磁性 445

17.2.4反铁磁性 446

17.2.5亚铁磁性 448

17.3磁阻 448

17.3.1磁阻之定义 448

17.3.2磁阻之分类 449

17.4材料的磁性能 452

17.4.1永磁功能材料和软磁功能材料 452

17.4.2资讯磁性功能材料 454

17.4.3多功能磁性功能材料 454

17.4.4磁性材料—锰锌铁氧磁体 455

习题 457

第18章 材料的光学性质 459

18.1光的本质 460

18.1.1电磁波简介 460

18.1.2连续辐射与特性辐射 461

18.2光与物质作用的理论基础 463

18.2.1光和固体的交互作用 463

18.2.2原子与电子的交互作用 464

18.2.3金属之光学性质 465

18.2.4非金属之光学性质 466

18.2.5绝缘体之光学性质 472

18.3各种光与物质之作用 473

18.3.1 X-射线 473

18.3.2发光 473

18.3.3热发射 474

18.3.4绕射 474

习题 476

第19章 材料的光电特性 477

19.1光电导性（photoconduction） 478

19.2太阳能电池 479

19.3雷射和光纤通讯 480

19.4发光与显示 487

19.4.1光源 487

19.4.2显示器 488

习题 494

第20章 奈米科技概论 495

20.1绪论 496

20.2奈米科技发展沿革 497

20.3奈米材料之基础物理化学性质 498

20.3.1小尺寸效应 499

20.3.2表面积效应 499

20.3.3量子尺寸效应 501

20.4奈米材料及制程 502

20.4.1奈米粒子及其制程 502

20.4.2气相凝结法 503

20.4.3机械合金法 504

20.4.4化学溶液相关合成法 504

20.5一维奈米材料及其制程 505

20.5.1一维奈米材料发展 505

20.5.2一维奈米材料的应用 506

20.6奈米结构化镀层及其制程 507

20.7奈米结构化块材及其制程 509

20.8奈米多孔质材料及其制程 510

20.9奈米制造技术 511

20.9.1由大而小vs.由小而大 512

20.9.2传统微影蚀刻方式 513

20.9.3由小而大及自我组装方式 516

习题 521