第1章 材料科学及其进展 1
1-1 材料科学的建立和内容 1
1-2 材料应用和研究的新趋势 5
1-2-1 材料应用的总倾向 5
1-2-2 材料的使用效率不断提高 6
1-2-3 不断提高结构材料的强度和韧性 6
1-2-4 复合材料的应用 8
1-2-5 电子材料正引人瞩目 11
1-2-6 超导材料大步发展 12
1-2-7 微晶、非晶态合金(金属玻璃)材料前景广阔 14
1-2-8 超纯材料、能源材料的开发研究正在开拓 16
1-2-9 研究特殊条件下应用的材料 16
1-2-10 合成聚合物进一步发展 17
1-3 材料科学发展的瞻望 19
参考文献 20
第2章 晶体结构 21
2-1 晶体学基础 21
2-1-1 晶体的对称性 21
2-1-2 晶面指数和晶向指数 36
2-1-3 极射赤平投影 45
2-2 倒易点阵 54
2-2-1 倒易点阵定义及性质 54
2-2-2 倒易点阵中的衍射条件 57
2-3 元素的晶体结构——金属晶体与共价晶体 59
2-3-1 金属晶体结构 61
2-3-2 共价晶体结构 64
2-3-3 原子直径 66
2-3-4 同素异构性 67
2-4 合金相结构 68
2-4-1 固溶体 69
2-4-2 中间相 81
主要参考书 95
第3章 纯晶体材料的凝固 96
3-1 相变概述 96
3-1-1 相变的热力学分类 96
3-1-2 相变驱动力和热滞 99
3-1-3 形核和长大 102
3-1-4 相变动力学 108
3-2 均匀形核和非均匀形核 111
3-3 凝固时的晶体长大 116
3-4 凝固后的晶粒大小 127
主要参考书 131
参考文献 131
第4章 二元系的相图及凝固 132
4-1 相图热力学 132
4-1-1 二元系的自由能曲线 132
4-1-2 二元系中的相平衡 135
4-1-3 相图的计算 137
4-2 固溶体合金的凝固 142
4-2-1 凝固过程及组织 142
4-2-2 正常凝固及区域提纯 148
4-2-3 成分过冷 155
4-2-4 晶体形状 158
4-2-5 铸件组织 161
4-3 共晶系合金的凝固 167
4-3-1 概述 167
4-3-2 共晶组织的形态 169
4-3-3 共晶组织的形成及其性质 174
4-3-4 离异共晶、不正常共晶和伪共晶 177
4-4 其他二元系的相图及凝固 181
4-4-1 包晶合金的凝固 181
4-4-2 形成化合物的二元系 185
4-4-3 两组元在液态和固态都呈有限溶解的二元系 187
4-5 合金铸件的缺陷 190
4-5-1 缩孔 190
4-5-2 偏析 192
4-6 具有固态转变的二元相图 202
4-6-1 具有固溶体多形性转变的相图 202
4-6-2 具有共析转变的相图 203
4-6-3 具有包析转变的相图 204
4-6-4 具有脱溶过程的相图 204
4-6-5 具有spinodal分解的相图 205
4-6-6 具有固溶体-中间相转变的相图 205
4-6-7 具有有序-无序相变的相图 206
4-6-8 具有磁性转变的二元系 206
4-7 二元相图实例 207
4-7-1 SiO2-Al2O3系相图 207
4-7-2 碳钢的凝固 209
主要参考书 226
参考文献 226
第5章 三元相图 227
5-1 三元相图基础 227
5-1-1 三元相图中浓度表示法 227
5-1-2 杠杆定理和重心规则 228
5-1-3 三元固溶体的凝固 232
5-1-4 简单共晶三元系 235
5-1-5 三元系冷凝过程中的相平衡 239
5-2 具有三相平衡的三元系 241
5-3 具有四相平衡的三元系 250
5-3-1 三元系中的四相平衡 250
5-3-2 具有三元共晶转变的三元系 251
5-3-3 具有共晶-包晶四相平衡的三元系 258
5-3-4 具有三元包晶四相平衡的三元系 259
5-4 具有化合物的三元系 262
5-4-1 一个二元系形成化合物的三元系 263
5-4-2 三个二元系都形成化合物的三元系 264
5-4-3 形成三元化合物的三元系 264
5-5 实际三元相图示例 266
5-5-1 Al-Mg-Si系 266
5-5-2 As-Ga-Zn系 267
5-5-3 Al-Cu-Mg系(富Al部分) 268
5-5-4 Sn-Ti-V系 268
5-5-5 Bi-Cu-Mg系 270
5-5-6 MgO-Al2O3-SiO2系 272
主要参考书 273
参考文献 273
第6章 固体中的扩散 274
6-1 反应途径和激活能 274
6-2 玻尔兹曼分布律 275
6-3 Arrhenius方程和绝对反应速率 279
6-4 Fiok定律及其解 282
6-5 Kirkendall效应和互扩散系数 286
6-6 晶体中的空位 288
6-6-1 热平衡态的空位浓度 289
6-6-2 空位的迁移和结合 291
6-7 扩散热力学 293
6-8 扩散的原子理论 296
6-9 扩散的机制 298
6-9-1 直接交换 298
6-9-2 间隙机制 299
6-9-3 空位机制 300
6-10 影响扩散的因素 300
6-10-1 温度 300
6-10-2 键能 301
6-10-3 晶体结构及位向 302
6-11 晶界扩散 303
6-12 离子晶体中的扩散 307
主要参考书 311
参考文献 312
第7章 位错 313
7-1 位错的概念 313
7-1-1 位错概念的引入 313
7-1-2 位错的基本类型和特征 316
7-1-3 位错的基本性质 319
7-2 位错的应力场和应变能 324
7-2-1 位错的应力场 324
7-2-2 位错的应变能 328
7-3 位错的受力 331
7-3-1 位错的线张力 331
7-3-2 外力场中位错所受的力 331
7-3-3 位错间的相互作用力 335
7-3-4 镜象力 338
7-4 位错和点缺陷的相互作用 339
7-4-1 刃位错与球形对称畸变溶质原子的弹性交互作用 339
7-4-2 Cottrell气团 341
7-4-3 非球形对称畸变溶质原子与位错的交互作用 342
7-5 位错的运动 342
7-5-1 位错的滑移 343
7-5-2 位错的攀移 350
7-6 位错的萌生、增殖和塞积 352
7-6-1 位错的萌生 352
7-6-2 位错的增殖 353
7-6-3 位错的塞积 357
7-7 位错的交割和带割阶位错的运动 359
7-7-1 位错的几种交割类型 359
7-7-2 带割阶位错的运动 361
7-8 实际晶体中的位错 363
7-8-1 位错反应 364
7-8-2 面心立方晶体中的位错 365
7-8-3 其他晶体中的位错 377
7-9 位错的观测 382
7-9-1 浸蚀坑法 382
7-9-2 薄膜透射电镜法 383
主要参考书 384
第8章 界面 385
8-1 晶体表面 385
8-1-1 表面能 385
8-1-2 表面吸附 389
8-2 晶界和亚晶界 390
8-2-1 小角度晶界 391
8-2-2 大角度晶界 396
8-3 界面的偏聚 404
8-3-1 平衡偏聚 405
8-3-2 非平衡偏聚 406
8-4 界面能与平衡组织形貌的关系 407
8-4-1 单相组织的平衡形貌 407
8-4-2 复相组织的平衡形貌 411
8-5 晶界的迁动 415
8-5-1 驱动力 417
8-5-2 迁移率 419
主要参考书 423
第9章 固体材料的变形和再结晶 425
9-1 弹性变形 426
9-1-1 广义虎克定律 426
9-1-2 滞弹性和内耗 431
9-2 晶体塑性变形概述 433
9-3 晶体的低温变形 435
9-3-1 滑移 435
9-3-2 孪生 443
9-3-3 扭折带(形变带) 448
9-3-4 屈服现象 450
9-3-5 加工硬化(应变硬化) 451
9-3-6 纤维组织和织构 458
9-4 回复与再结晶 460
9-4-1 回复 462
9-4-2 再结晶 468
9-4-3 晶粒长大 479
9-4-4 再结晶织构与退火孪晶 484
9-5 晶体的高温形变 487
9-5-1 热加工 487
9-5-2 蠕变 497
9-5-3 超塑性 503
9-6 粘性和粘弹性变形 505
9-6-1 粘性变形 505
9-6-2 粘弹性变形 507
主要参考书 510
第10章 固态相变 512
10-1 固态相变的特点 512
10-1-1 固态相变时的相界面 512
10-1-2 位向关系和惯习(惯析)面 515
10-1-3 过渡相 517
10-1-4 应变能 518
10-1-5 新相的长大 521
10-1-6 晶体缺陷的作用 523
10-1-7 相变动力学 527
10-2 同素异构(晶)相变 528
10-3 脱溶分解 534
10-4 spinodal分解 538
10-5 马氏体相变 544
10-6 有序-无序相变 554
10-7 玻璃态相变 562
10-8 液晶及其相变 568
10-9 郎道(Landau)理论及电磁性相变 571
10-9-1 郎道理论 571
10-9-2 铁电-顺电态相变 573
10-9-3 超导态转变和磁性转变 576
10-10 软模及相变 578
主要参考书 581
参考文献 581
第11章 金属材料的强韧性 583
11-1 金属的强化 583
11-1-1 细晶强化 584
11-1-2 加工硬化(位错强化) 588
11-1-3 固溶强化 591
11-1-4 弥散强化(沉淀强化) 598
11-1-5 强化因素的综合考虑 608
11-2 金属材料的断裂 609
11-2-1 断裂韧性 610
11-2-2 断裂机制 617
11-2-3 影响脆断的材质因素 626
11-3 蠕变强度与蠕变断裂 632
11-3-1 蠕变强度 632
11-3-2 蠕变断裂 634
11-4 金属的疲劳 636
11-4-1 S-N疲劳曲线及疲劳过程 637
11-4-2 循环塑性形变 638
11-4-3 疲劳裂纹的形核 643
11-4-4 疲劳裂纹的扩展 645
11-4-5 影响疲劳寿命的因素 650
主要参考书 651
参考文献 652
第12章 金属材料的耐蚀性 654
12-1 水溶液腐蚀 654
12-1-1 腐蚀的电化学本质 655
12-1-2 电位-pH图 665
12-1-3 腐蚀速度 668
12-2 局部腐蚀 677
12-2-1 点蚀 678
12-2-2 缝隙腐蚀 681
12-2-3 晶间腐蚀 683
12-2-4 应力腐蚀开裂 686
12-2-5 腐蚀疲劳 691
12-3 金属的氧化 695
12-3-1 氧化动力学 696
12-3-2 金属氧化物的结构 697
12-3-3 合金的氧化 699
12-3-4 高温腐蚀 700
12-4 腐蚀和氧化的控制 701
12-4-1 正确选用金属材料和合理设计金属构件 702
12-4-2 采用保护性覆盖层 703
12-4-3 环境控制 704
12-4-4 电化学保护 705
主要参考书 708
第13章 陶瓷材料 709
13-1 概述 709
13-2 离子晶体的结构 712
13-2-1 离子晶体的晶格能 712
13-2-2 离子半径、配位数和离子的堆积 716
13-2-3 离子晶体的结构规则 725
13-2-4 几种典型的结构型 727
13-3 烧结 732
13-3-1 烧结的定义 732
13-3-2 烧结的动力 735
13-3-3 烧结过程中的物质传递 735
13-4 陶瓷的显微结构 741
13-4-1 晶粒 742
13-4-2 晶界 744
13-5 陶瓷材料的脆性及其改善 751
13-5-1 陶瓷的脆性 751
13-5-2 陶瓷的强度 754
13-5-3 改善陶瓷脆性的途径 757
13-6 工程(结构)陶瓷材料简介 759
主要参考书 765
第14章 高分子材料 767
14-1 用作材料的有机高分子化合物 767
14-1-1 天然和合成高分子化合物 767
14-1-2 高分子材料的多层次结构 768
14-1-3 丰富多采的高分子材料 770
14-2 大分子链的构成和形态 771
14-2-1 大分子链的构成(一次结构) 771
14-2-2 大分子链的形式 773
14-2-3 分子的大小和平均分子量 783
14-2-4 单体单元在大分子链中连接的顺序和方式 786
14-2-5 立体异构体 790
14-2-6 大分子链的构象(二次结构) 791
14-2-7 固体材料中大分子链的构象 793
14-3 高分子化合物的聚集状态(三次结构和高次结构) 796
14-3-1 分子间作用力 797
14-3-2 高分子材料晶体的晶胞参数和晶体形状 799
14-3-3 高分子材料晶体的形态 800
14-3-4 高分子材料晶体的结构模型 804
14-3-5 高分子材料的结晶度概念 811
14-3-6 非晶态的结构模型 814
14-3-7 高分子材料的取向状态 815
14-3-8 高分子材料的混和 818
14-4 高分子化合物聚集状态的转变 821
14-4-1 线型非晶态高分子材料的力学状态及其转变 821
14-4-2 玻璃化温度 823
14-4-3 结晶性高分子材料的力学状态及其转变 825
14-4 体型高分子材料的力学状态及其转变 826
14-4-5 玻璃化温度下的次级转变 826
14-4-6 高分子材料的耐热性和耐寒性 828
14-5 高分子材料的力学性质 828
14-5-1 高分子材料的高弹态 829
14-5-2 高弹态的热力学和统计学理论 831
14-5-3 高分子材料的粘流态 834
14-5-4 高分子材料的粘弹性 836
14-6 高分子材料的强度 841
14-6-1 高分子材料的理论强度 841
14-6-2 高分子材料的拉伸破坏行为 842
14-6-3 高分子材料的断裂 846
14-6-4 影响力学性能的一些因素 850
14-6-5 高分子材料的增强 853
14-6-6 其他力学性质 855
14-7 高分子材料的其他性质 855
14-7-1 高分子材料的电学性质 855
14-7-2 高分子材料的介电性 856
14-7-3 高分子材料的导电性 859
14-7-4 高分子材料的光学性质 861
主要参考书 864
第15章 功能材料 865
15-1 半导体材料 865
15-1-1 半导体物理基础 866
15-1-2 硅和锗 872
15-1-3 硫属元素化合物 879
15-1-4 Ⅲ-V族化合物 884
15-1-5 半导体表面 889
15-2 磁性材料 894
15-2-1 材料的磁性 894
15-2-2 永磁材料 901
15-2-3 软磁材料 905
15-2-4 半硬磁材料 906
15-2-5 旋磁材料 912
15-2-6 矩磁材料 913
15-2-7 压磁材料 916
15-2-8 其他磁性材料 919
15-3 光学材料 920
15-3-1 固体激光材料 920
15-3-2 光导纤维 932
15-3-3 光学薄膜 940
15-4 电介质材料 946
15-4-1 电介质的一般特性 946
15-4-2 电介质材料的分类 951
15-4-3 压电材料和热释电材料 952
15-4-4 铁电材料 956
15-5 超导材料 962
15-5-1 超导理论基础 963
15-5-2 超导合金材料 971
15-5-3 超导化合物材料 979
15-5-4 新型超导材料 982
主要参考书 987