第1章 绪论 1
1.1 材料与人类文明 1
1.1.1 最伟大的材料事件 1
1.1.2 材料与物质 2
1.1.3 元素周期表 2
1.1.4 材料是人类文明的里程碑 3
1.1.5 材料是社会现代化的物质基础与先导 5
1.2 材料科学与工程 7
1.2.1 科学与工程 7
1.2.2 材料科学与材料工程 7
1.2.3 材料科学与工程的内涵 8
1.3 材料设计 9
1.4 材料循环 11
认知材料篇 14
第2章 材料的性能及测试 14
2.1 使用性能 14
2.1.1 力学性能 14
2.1.2 物理性能 19
2.1.3 化学性能 20
2.2 工艺性能 21
2.3 材料的质感 25
2.3.1 质感 25
2.3.2 质感设计的作用 26
第3章 工程材料 27
3.1 金属材料 27
3.1.1 钢铁材料 27
3.1.2 有色金属 37
3.2 陶瓷材料 41
3.2.1 传统陶瓷和新型陶瓷 41
3.2.2 结构陶瓷 42
3.2.3 工具陶瓷 45
3.3 聚合物材料 46
3.3.1 塑料 47
3.3.2 橡胶 49
3.3.3 合成纤维 49
3.3.4 黏合剂 50
3.3.5 涂料 50
3.4 复合材料 51
3.4.1 复合材料的分类 51
3.4.2 复合材料的特点 51
3.4.3 树脂基复合材料 53
3.4.4 金属基复合材料 54
3.4.5 陶瓷基复合材料 54
3.4.6 碳基复合材料 55
发现材料篇 58
第4章 材料的结构及表征 58
4.1 诺贝尔奖与科学研究 58
4.1.1 诺贝尔奖 58
4.1.2 科学研究 58
4.2 材料的结构 59
4.2.1 原子模型 60
4.2.2 原子排列 63
4.2.3 原子键合 69
4.3 材料的表征 71
4.3.1 显微分析 71
4.3.2 衍射分析 77
4.3.3 无损检测 79
4.4 走向定量化的结构表征 81
第5章 先进材料 88
5.1 功能材料概述 88
5.1.1 电学材料 88
5.1.2 磁学材料 89
5.1.3 光学材料 90
5.1.4 声学材料 91
5.1.5 热学材料 92
5.1.6 生物材料 94
5.2 准晶体 95
5.2.1 准晶体的发现和基本特征 95
5.2.2 准晶的形成 97
5.2.3 准晶的性能及其应用 97
5.3 非晶合金 98
5.3.1 非晶合金的发展概况 99
5.3.2 非晶合金的性能 100
5.3.3 非晶合金的应用 102
5.3.4 非晶合金的展望 103
5.4 碳材料 104
5.4.1 碳家族 104
5.4.2 富勒烯和纳米碳管 105
5.4.3 石墨烯 105
5.4.4 碳-14 106
5.4.5 碳纤维 106
5.5 生态环境材料 107
5.5.1 生态环境材料的提出 107
5.5.2 合金成分设计的环境协调性考虑 108
5.5.3 通用合金和简单合金 109
5.5.4 可降解塑料 110
5.6 仿生材料 110
5.6.1 仿生材料的研究 111
5.6.2 仿生材料的应用 112
5.6.3 仿生材料的前景 114
5.7 高熵合金 114
5.7.1 高熵合金中的“熵” 115
5.7.2 高熵合金四大效应 115
5.7.3 高熵合金的性能特点 116
5.7.4 高熵合金的应用前景 117
应用材料篇 120
第6章 产品设计、选材与制造 120
6.1 产品设计 120
6.1.1 新产品开发的步骤 121
6.1.2 产品设计的基本原则 121
6.2 产品选材与制造 124
6.2.1 材料选择的步骤 125
6.2.2 选材原则与制造工艺 125
6.2.3 产品的质量控制 128
6.3 产品的表面改性 129
6.3.1 固体物质表面结构 129
6.3.2 表面工程技术 129
6.3.3 磨损工况下表面改性层的选择与应用 130
6.3.4 腐蚀工况下表面改性层的选择与应用 132
6.4 绿色设计、制造和选材 134
6.4.1 绿色设计 135
6.4.2 绿色选材 135
6.4.3 绿色制造 136
6.5 设计制造新技术——快速成型技术 136
6.5.1 快速成型技术 136
6.5.2 3D打印的特点 138
6.5.3 3D打印的应用 139
第7章 应用案例 142
7.1 工程材料及其典型用途 142
7.1.1 黑色金属 142
7.1.2 有色金属 142
7.1.3 高分子材料 144
7.1.4 陶瓷材料 144
7.1.5 复合材料 144
7.2 硬币用金属及合金 145
7.2.1 人民币硬币 145
7.2.2 欧元硬币 147
7.2.3 美元硬币 147
7.3 夏季奥运会火炬——设计、材料与工艺 147
7.3.1 奥运与材料 147
7.3.2 火炬设计与选材 148
7.3.3 三届夏季奥运会火炬 148
7.4 金属的质感及应用 151
7.4.1 金属的色及应用 151
7.4.2 金属的味及应用 154
7.4.3 金属的毒性及应用 155
7.5 窗框用材及其变迁 156
7.5.1 窗框设计与选材 156
7.5.2 木窗框 158
7.5.3 钢窗框 158
7.5.4 铝窗框 158
7.5.5 聚乙烯窗框 158
7.5.6 塑钢窗框 158
7.5.7 玻璃钢窗框 158
7.6 体育用材 158
7.6.1 跑鞋 159
7.6.2 自行车 160
7.7 桥梁用材 161
7.7.1 桥的分类 161
7.7.2 木桥 163
7.7.3 石桥 164
7.7.4 钢桥 165
7.7.5 纸桥 167
7.8 包装材料 168
7.8.1 纸包装材料 168
7.8.2 塑料包装材料 169
7.8.3 金属包装材料 169
7.8.4 玻璃包装材料 170
7.8.5 复合包装材料 170
7.9 汽车用钢 171
7.9.1 汽车用钢的轻量化 171
7.9.2 汽车用钢的分类 171
7.9.3 DP钢 172
7.9.4 FB钢 173
7.9.5 CP钢 173
7.9.6 MS钢 174
7.9.7 TRIP钢 175
7.9.8 HF钢 176
7.9.9 TWIP钢 177
7.10 航空材料 177
7.10.1 镍基合金 178
7.10.2 刹车片 181
7.11 电力材料 182
7.11.1 验电器 182
7.11.2 电动工具 183
7.11.3 电气和电子产品 183
7.12 钉子和铆钉 184
7.12.1 设计 185
7.12.2 材料 185
7.12.3 钉子的制造 186
7.13 弹簧 188
7.13.1 弹簧的设计 188
7.13.2 弹簧的选材 189
7.13.3 螺旋弹簧的制造 189
7.13.4 弹簧的质量控制 191
7.14 剑 191
7.14.1 设计 191
7.14.2 材料 192
7.14.3 剑的制造 192
第8章 产品失效分析 195
8.1 失效概述 195
8.2 失效模式 196
8.2.1 金属材料的失效模式 197
8.2.2 非金属材料的失效模式 199
8.3 失效原因 200
8.4 失效分析 201
8.4.1 失效分析的思路 201
8.4.2 失效分析的程序 202
8.5 失效分析报告 204
8.5.1 失效分析结果的评定 204
8.5.2 失效分析报告的撰写 204
8.5.3 失效分析报告的评审和反馈 205
附录 206
附录1 钢铁的分类 206
附录2 铸铁的分类 207
附录3 钢中的组织 208
附录4 合金元素在钢中的作用 209
附录5 金属零件制造工艺路线 210
参考文献 211