导论 1
一、材料科学的重要地位 1
二、各种材料概况 2
三、材料性能与内部结构的关系 7
四、材料的制备与加工工艺对性能的影响 8
五、什么是材料科学 10
参考文献 11
第一章 材料结构的基本知识 12
第一节 原子结构 12
一、原子的电子排列 12
二、元素周期表及性能的周期性变化 14
第二节 原子结合键 17
一、一次键 17
二、二次键 19
三、混合键 21
四、结合键的本质及原子间距 22
五、结合键与性能 25
第三节 原子排列方式 26
一、晶体与非晶体 26
二、原子排列的研究方法 29
第四节 晶体材料的组织 30
一、组织的显示与观察 30
二、单相组织 31
三、多相组织 32
第五节 材料的稳态结构与亚稳态结构 33
小 结 35
习 题 36
参考文献 37
第二章 材料中的晶体结构 38
第一节 晶体学基础 38
一、空间点阵和晶胞 38
二、晶系和布拉菲点阵 39
三、晶向指数和晶面指数 40
第二节 纯金属的晶体结构 45
一、典型金属的晶体结构 45
二、多晶型性 51
三、晶体结构中的原子半径 52
第三节 离子晶体的结构 54
一、离子晶体的主要特点 54
二、离子半径、配位数和离子的堆积 55
三、离子晶体的结构规则 57
四、典型离子晶体的结构 58
第四节 共价晶体的结构 60
一、共价晶体的主要特点 60
二、典型共价晶体的结构 61
小结 62
习题 62
参考文献 64
第三章 高分子材料的结构 65
第一节 高分子材料概述 65
一、高分子材料的基本概念 65
二、高分子材料的合成 67
三、高分子材料的分类 69
第二节 高分子链的结构及构象 70
一、高分子链的化学组成 70
二、结构单元的键接方式和构型 71
三、高分子链的几何形状 73
四、高分子链的构象及柔顺性 74
第三节 高分子的聚集态结构 76
一、晶态聚合物的结构 76
二、非晶态聚合物的结构 78
三、聚合物的结晶度与玻璃化温度 79
第四节 高分子材料的性能与结构 82
一、高分子材料的主要性能特点 82
二、高分子材料的性能与结构的关系 83
三、改变高分子材料性能的途径 86
小结 89
习题 90
参考文献 91
第四章 晶体缺陷 92
第一节 点缺陷 92
一、点缺陷的类型 92
二、点缺陷的产生 93
三、点缺陷与材料行为 96
第二节 位错的基本概念 97
一、位错与塑性变形 97
二、晶体中的位错模型及位错易动性 98
三、柏氏矢量 102
四、位错的运动 104
五、位错密度 109
六、位错的观察 109
第三节 位错的能量及交互作用 111
一、位错的应变能 111
二、位错的线张力 114
三、位错的应力场及与其他缺陷的交互作用 116
四、位错的分解与合成 119
第四节 晶体中的界面 124
一、晶界的结构与晶界能 124
二、表面及表面能 127
三、表面吸附与晶界内吸附 128
四、润湿行为 130
五、界面能与显微组织的变化 132
小结 133
习 题 134
参考文献 137
第五章 材料的相结构及相图 138
第一节 材料的相结构 138
一、固溶体 138
二、中间相 144
第二节 二元相图及其类型 149
一、相图的基本知识 149
二、一元系相图 152
三、二元系相图 154
四、相图与性能的关系 170
第三节 复杂相图分析 172
一、分析方法 172
二、复杂相图分析举例 173
三、铁-碳合金相图 175
第四节 相图的热力学基础 189
一、吉布斯自由能与成分的关系 189
二、克劳修斯-克莱普隆方程 192
三、相平衡条件 193
四、吉布斯自由能曲线与相图 195
第五节 三元系相图及其类型 199
一、三元相图的表示方法 199
二、三元相图的建立 201
三、三元匀晶相图 203
四、具有两相共晶反应的三元系相图 209
五、三元系中的相平衡分析 214
六、具有四相平衡反应的三元系相图 216
七、三元系相图实例分析 226
习 题 229
参考文献 231
第六章 材料的凝固与气相沉积 232
第一节 材料凝固时晶核的形成 232
一、均匀形核 232
二、形核率 235
三、非均匀形核 237
第二节 材料凝固时晶体的生长 239
一、材料的熔化熵对晶体生长的影响 239
二、温度梯度对晶体生长的影响 240
第三节 固溶体合金的凝固 242
一、合金凝固的三种典型情况 242
二、成分过冷及其对晶体生长的影响 246
第四节 共晶合金的凝固 247
一、共晶体的结构 247
二、杂质对共晶生长的影响 250
三、偏离共晶成分的合金凝固 253
第五节 制造工艺与凝固组织 253
一、铸锭与铸件的凝固组织及偏析 253
二、连续铸造和熔化焊的凝固组织 256
第六节 用凝固法材料的制备技术 257
一、区域熔炼 257
二、制备单晶 259
三、用快速冷凝法制备金属玻璃 260
四、定向凝固 261
第七节 材料非晶态 262
一、材料的非晶态概述 262
二、常用材料的非晶态 263
第八节 材料的气-固转变 265
一、凝聚-蒸发的平衡 265
二、蒸发 267
三、凝聚 268
第九节 气相沉积法的材料制备技术 269
一、硅芯片的外延生长 270
二、用化学气相沉积制取B纤维和SiC纤维 271
三、用惰性气体凝结法制取纳米材料 272
习 题 273
参考文献 276
第七章 扩散与固态相变 277
第一节 扩散定律及其应用 277
一、扩散第一定律 277
二、扩散第二定律 279
第二节 扩散机制 283
一、间隙扩散和空位扩散 283
二、互扩散和柯肯达尔效应 286
三、扩散系数的计算 286
第三节 影响扩散的因素与扩散驱动力 288
一、影响扩散的因素 288
二、扩散驱动力 290
第四节 几个特殊的有关扩散的实际问题 291
一、离子晶体的扩散 291
二、烧结 293
三、纳米晶体材料的扩散问题 295
第五节 固态相变中的形核 296
一、固相的相界面 296
二、均匀形核与非均匀形核 300
第六节 固态相变的晶体成长 301
一、扩散控制长大 301
二、界面控制长大 303
第七节 扩散型相变 305
一、Al-Cu合金的淬火时效 305
二、陶瓷材料中的脱溶沉淀反应 307
三、合金中的调幅分解 309
四、玻璃中的调幅分解 312
第八节 无扩散相变 313
一、马氏体相变的基本特征 313
二、马氏体转变的晶体学 316
三、马氏体的形态与性能 318
四、陶瓷材料中的马氏体相变 320
习 题 321
参考文献 322
第八章 材料的变形与断裂 323
第一节 金属变形概述 323
第二节 金属的弹性变形 324
第三节 滑移与孪晶变形 325
一、滑移观察 325
二、滑移机制 326
三、滑移面和滑移方向 328
四、孪晶变形 329
第四节 单晶体的塑性变形 331
一、施密特定律 331
二、单滑移、多滑移和交滑移 333
第五节 多晶体的塑性变形 336
一、晶界和晶体位向对塑性变形的影响 336
二、晶粒大小对材料强度与塑性的影响 337
第六节 纯金属的变形强化 338
一、位错的交割 338
二、位错的反应 340
三、位错的增殖 341
第七节 合金的变形与强化 343
一、单相合金的变形与强化 343
二、低碳钢的屈服和应变时效 344
三、第二相对合金变形的影响 347
第八节 冷变形金属的组织与性能 349
一、冷变形金属的力学性能 349
二、冷变形金属的组织 349
三、形变织构 350
四、残余应力 352
第九节 金属的断裂 352
一、理论断裂强度 352
二、实际断裂强度 353
第十节 冷变形金属的回复阶段 355
一、回复阶段性能与组织的变化 355
二、回复动力学 355
三、回复机制 356
第十一节 冷变形金属的再结晶 358
一、再结晶的形核 359
二、再结晶动力学 359
三、影响再结晶的因素 361
四、再结晶后的晶粒长大 362
第十二节 金属的热变形、蠕变与超塑性 365
一、金属热变形过程以及对组织与性能的影响 365
二、金属的蠕变 367
三、金属的超塑性 368
第十三节 陶瓷晶体的变形 369
第十四节 高分子材料（聚合物）的变形 371
一、热塑性塑料的变形 371
二、热固性塑料的变形 373
习题 374
参考文献 375
第九章 固体材料的电子结构与物理性能 376
第一节 固体的能带理论 376
一、能带的形成 376
二、金属的能带结构与导电性 377
三、费密能 378
四、半导体与绝缘体 380
第二节 半导体 381
一、本征半导体 381
二、掺杂半导体 383
第三节 材料的磁性 385
一、原子的磁矩 385
二、抗磁体、顺磁体和铁磁体 387
三、磁化曲线与磁畴结构 389
第四节 材料的光学性能 392
一、光的吸收与透射 392
二、材料的发光性能 394
第五节 材料的热学性能 397
一、摩尔热容 397
二、热膨胀 398
三、导热性能 399
第六节 功能材料举例 400
一、光导纤维 400
二、磁性材料 401
小 结 402
习题 403
参考文献 404
第十章 材料概论 405
第一节 金属材料 405
一、碳钢与微合金化钢 405
二、合金钢 408
三、有色金属 410
四、铸铁 413
第二节 高分子材料 415
一、高分子材料的强度与韧性 415
二、工程塑料与橡胶 417
第三节 工程结构陶瓷材料 418
第四节 复合材料 422
一、纤维增强作用 422
二、纤维增韧概念 425
三、复合材料类型及应用 426
习题 427
参考文献 428