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本章提要 1

1.1材料类型 1

1.1.1金属材料 1

1材料引言 1

1.1.2无机非金属材料 4

1.1.3有机高分子材料（聚合物） 6

1.1.4复合材料 7

1.2.1材料结构层次 8

1.2.2工程材料常见性质与性能 8

1.2材料组成、结构、性质、工艺及其与环境的关系 8

1.2.3材料的加工工艺 9

1.2.4材料性能的环境效应 10

1.3材料的选择 11

本章小结 12

思考题与习题 12

2晶体结构 13

本章提要 13

2.1结晶学基础 13

2.1.1空间点阵 13

2.1.2结晶学指数 15

2.1.3晶向与晶面的关系、晶带轴定理 18

2.2晶体中质点的结合力与结合能 20

2.2.1晶体中质点间的结合力 20

2.2.2晶体的结合力与结合能 22

2.3晶体中质点的堆积 26

2.3.1最紧密堆积原理与最紧密堆积方式 26

2.3.2内在因素对晶体结构的影响——化学组成与晶体结构的关系 28

2.3.3外在因素对晶体结构的影响——同质多晶与类质同晶及晶型转变 34

2.4.1金属晶体的结构 36

2.4单质晶体结构 36

2.4.2非金属元素单质的晶体结构 38

2.5无机化合物结构 39

2.5.1AX型结构 39

2.5.2AX2型结构 43

2.5.3A2X3型结构 45

2.5.4AX3型和A2X5型结构 47

2.5.5ABO3型结构 48

2.5.6ABO4型（白钨矿型）结构及声光效应 53

2.5.7AB2O4型（尖晶石，Spinelle）结构 54

2.5.8石榴（Garnet）结构 55

2.5.9无机化合物结构与鲍林规则（Pauling's Rule） 56

2.6硅酸盐晶体结构 57

2.6.1硅酸盐晶体的组成表征、结构特点及分类 58

2.6.2岛状结构 59

2.6.3组群状结构 61

2.6.4链状结构 63

2.6.5层状结构 66

2.6.6架状结构 70

2.7高分子材料结构 78

2.7.1高分子的链结构 79

2.7.2高分子的聚集态结构 82

本章小结 90

思考题与习题 91

3晶体结构缺陷 93

本章提要 93

3.1晶体结构缺陷的类型 93

3.1.1按缺陷的几何形态分类 93

3.1.2按缺陷产生的原因分类 94

3.2.1点缺陷的符号表征——Kroger-Vink符号 96

3.2点缺陷 96

3.2.2缺陷反应表示法 97

3.2.3热缺陷浓度的计算 99

3.2.4热缺陷在外力作用下的运动 102

3.2.5热缺陷与晶体的离子导电性 104

3.3线缺陷 105

3.3.1晶体的塑性和强度 105

3.3.2位错的类型 110

3.3.3位错的伯格斯矢量及位错的性质 111

3.3.4位错的应力场与应变能 115

3.3.5位错的运动 120

3.3.6位错所受的力 126

3.3.7位错的反应 133

3.3.8位错与点缺陷的交互作用 133

3.4面缺陷 138

3.4.1晶界（位错界面） 138

3.4.2堆积层错 145

3.4.3反映孪晶界面 146

3.5固溶体 147

3.5.1 固溶体的分类 147

3.5.2置换型固溶体 148

3.5.3 间隙型固溶体 149

3.5.4形成固溶体后对晶体性质的影响 150

3.5.5 固溶体的研究方法 151

3.6非化学计量化合物 155

3.6.1 由于负离子缺位，使金属离子过剩 155

3.6.2 由于间隙正离子，使金属离子过剩 157

3.6.3 由于间隙负离子，使负离子过剩 158

3.6.4 由于正离子缺位，使负离子过剩 158

本章小结 159

思考题与习题 160

4非晶态结构与性质 163

本章提要 163

4.1熔体的结构 163

4.1.1对熔体的一般认识 163

4.1.2硅酸盐熔体结构——聚合物理论 164

4.2熔体的性质 169

4.2.1粘度 169

4.2.2表面张力 177

4.3.1玻璃的通性 180

4.3玻璃的形成 180

4.3.2玻璃的转变 182

4.3.3玻璃的形成 184

4.4玻璃的结构 192

4.4.1 晶子学说 192

4.4.2无规则网络学说 194

4.4.3 两大学说的比较与发展 196

4.5常见玻璃类型 197

4.5.1硅酸盐玻璃 197

4.5.2硼酸盐玻璃 200

本章小结 201

思考题与习题 202

5表面结构与性质 205

本章提要 205

5.1 固体的表面及其结构 205

5.1.1 固体的表面 206

5.1.2 固体的表面结构 211

5.2固体的界面及其结构 216

5.2.1 固体的界面 216

5.2.2陶瓷晶界结构 218

5.3润湿与粘附 222

5.3.1润湿的类型 223

5.3.2接触角和Young方程 224

5.3.3非理想固体表面上的接触角 226

5.3.4测定固体表面张力的方法 227

5.3.5粘附及其化学条件 229

5.4测定固体表面成分和结构的方法 231

5.4.1低能电子衍射（LEED） 232

5.4.2俄歇电子能谱（AES） 233

5.4.3扫描隧道显微镜（STM） 235

5.4.4原子间力显微镜（AFM） 237

本章小结 239

思考题与习题 239

6相平衡和相图 241

本章提要 241

6.1相平衡及其研究方法 241

6.1.1相平衡的基本概念 241

6.1.2相律 245

6.1.3相平衡的研究方法 246

6.1.4应用相图时需注意的几个问题 251

6.2.1具有多晶转变的单元系统相图 252

6.2单元系统 252

6.2.2单元系统专业相图 256

6.3二元系统 263

6.3.1二元系统相图的表示方法及杠杆规则 264

6.3.2二元系统相图的基本类型 265

6.3.3二元系统专业相图 276

6.4三元系统 297

6.4.1三元系统组成表示法 297

6.4.2浓度三角形的性质 298

6.4.3三元系统相图的基本类型 302

6.4.4三元系统专业相图 321

6.5交互三元系统 344

6.5.1组成表示方法 344

6.5.2交互三元系统相图的基本类型 348

6.5.3交互三元系统专业相图——Si3N4-Al2O3-AlN-SiO2系统相图 351

6.6四元系统 352

6.6.1四元系统组成的表示方法 353

6.6.2浓度四面体的性质 353

6.6.3具有一个低共熔点的四元系统相图 354

6.6.4生成化合物的四元系统相图 356

6.6.5四元系统专业相图 361

本章小结 368

思考题与习题 368

7基本动力学过程——扩散 372

本章提要 372

7.1扩散动力学方程——菲克定律 372

7.1.1菲克第一定律 372

7.1.2菲克第二定律 375

7.2.1稳态扩散及其应用 376

7.2菲克定律的应用 376

7.2.2非稳态扩散 381

7.3固体扩散机构与扩散系数 388

7.3.1原子随机行走与扩散 388

7.3.2扩散的微观机制 389

7.3.3扩散机构和扩散系数的关系 391

7.3.4扩散系数的测定 394

7.4扩散系数与浓度的关系——俣野方法 394

7.4.1问题引出 394

7.4.2数学处理 395

7.5多元系统中的扩散 396

7.5.1能斯特－爱因斯坦（Nernst-Einstein）公式 397

7.5.2克肯达尔（irkendail）效应 398

7.5.3达肯（Darken）方程 401

7.6影响扩散系数的因素 405

7.6.1外在因素 405

7.6.2内在因素 408

本章小结 413

思考题与习题 413

8.1相变概述 415

8.1.1相变分类 415

8材料中的相变 415

本章提要 415

8.1.2相变的条件 418

8.2液相－固相的转变——成核－生长相变 419

8.2.1晶核生成速率（核化速率） 419

8.2.2晶体生长速率 423

8.2.3总的结晶速率 426

8.2.4影响结晶速率的因素 428

8.3.1液相的不混溶现象（玻璃的分相） 429

8.3液相－液相的转变——调幅分解 429

8.3.2调幅分解动力学 432

8.3.3分相的结晶化学观点 436

8.4马氏体相变 438

8.4.1马氏体相变概念与特征 438

8.4.2马氏体转变热力学 444

8.4.3马氏体转变动力学 447

8.4.4不同材料中的马氏体转变 448

8.4.5马氏体的特殊性能及应用 451

8.5.1概念和定义 454

8.5有序－无序转变 454

8.5.2有序合金类型 456

8.5.3有序－无序转变的热力学分析 459

8.5.4有序－无序转变的动力学分析 460

8.6相变与弥散强化 464

8.6.1相变的强化效应 464

8.6.2弥散强化（沉淀强化） 464

8.6.3有序强化 468

本章小结 468

思考题与习题 469

9.1.1固态反应分类 470

9.1固态反应概论 470

9材料制备中的固态反应 470

本章提要 470

9.1.2固态反应特征 471

9.2固态反应机理 471

9.2.1相界面上化学反应机理 472

9.2.2相界面上反应和离子扩散的关系 473

9.2.3中间产物和连续反应 473

9.2.4不同反应类型和机理 474

9.3.1一般动力学关系 476

9.3固态反应动力学 476

9.3.2化学动力学范围 477

9.3.3扩散动力学范围 482

9.3.4通过流体相传输的反应和动力学表达式 487

9.3.5过渡范围 491

9.4材料制备中的插层反应 492

9.4.1插层反应对晶体结构的要求（结构条件） 492

9.4.2插层复合法制备有机－无机纳米复合材料 493

9.5影响固态反应的因素 495

9.5.2反应物颗粒及均匀性的影响 496

9.5.1反应物化学组成的影响 496

9.5.4压力和气氛的影响 497

9.5.3反应温度的影响 497

9.5.5反应物活性的影响 498

本章小结 498

思考题与习题 499

10.1烧结概述 500

10.1.1烧结理论研究的历史 500

本章提要 500

10烧结 500

10.1.2烧结的基本类型 502

10.2烧结过程及机理 503

10.2.1烧结过程 503

10.2.2烧结推动力 504

10.2.3烧结机理 505

10.3固相烧结 508

10.3.1烧结初期 508

10.3.2烧结中期 513

10.3.3烧结末期 515

10.4再结晶和晶粒长大 516

10.4.2晶粒长大 517

10.4.1初次再结晶 517

10.4.3二次再结晶 520

10.5液相烧结 522

10.5.1带有液相烧结的特点 522

10.5.2颗粒重排 523

10.5.3溶解－沉淀 523

10.5.4粘性或塑性流动烧结的动力学关系 525

10.6非常规烧结 526

10.6.2热等静压烧结 527

10.6.1热压烧结 527

10.6.3电火花烧结 528

10.6.4无包套热等静压烧结 528

10.6.5反应烧结 529

10.7影响烧结的因素 529

10.7.1物料活性的影响 530

10.7.2添加物的影响 531

10.7.3气氛的影响 533

10.7.4压力的影响 534

思考题与习题 535

本章小结 535

11腐蚀与氧化 537

本章提要 537

11.1腐蚀 537

11.1.1材料腐蚀的基本概念 537

11.1.2应力腐蚀 540

11.1.3晶间（晶界）腐蚀 547

11.2氧化——界面在金属氧化中的作用 551

11.2.1金属氧化及其理论 551

11.2.2金属氧化的界面行为 553

11.2.3界面与稀土活性元素效应 556

11.2.4内氧化合金中的金属／氧化物界面 561

11.3辐射损伤 562

本章小结 563

思考题与习题 563

12疲劳与断裂 564

本章提要 564

12.1疲劳 564

12.1.1疲劳的概念 564

12.1.2疲劳裂纹扩展的物理模型 567

12.1.3疲劳裂纹扩展的力学行为与特征 568

12.2低温断裂与疲劳 573

12.2.1韧－脆转化理论 573

12.2.2低温疲劳 575

12.3高温蠕变与疲劳 577

12.3.1高温蠕变 578

12.3.2高温疲劳 581

12.4环境断裂——氢脆 583

12.4.1氢脆 583

12.4.2氢致开裂机理 587

12.5材料的疲劳与断裂 592

12.5.1纤维强化复合材料 592

12.5.2颗粒强化复合材料 594

12.5.3铝－锂合金 595

12.5.4陶瓷材料 595

本章小结 597

思考题与习题 597

参考文献 598

附录1 材料科学基础重要名词术语 600

附录2 元素的离子半径表 611