第1章 材料科学发展史 1
1.1 物质与材料 1
1.1.1 自然界中的元素和物质 1
1.1.2 材料的作用与分类 3
1.2 材料发展史 6
1.2.1 材料发展古代史 6
1.2.2 材料发展近代史 8
1.3 当代材料发展和展望 10
1.3.1 材料发展的历程和趋势 10
1.3.2 多种材料的共存 12
第2章 材料科学共性 13
2.1 全材料科学的形成 13
2.1.1 材料学科的细分化到综合 13
2.1.2 材料学科的交叉和渗透 14
2.1.3 材料科学与工程的形成 16
2.1.4 材料科学与工程学科的地位和特点 18
2.2 材料科学的共性规律 24
2.2.1 晶体学结构规律 24
2.2.2 材料缺陷与断裂强度 25
2.2.4 材料的形变与断裂规律 27
2.2.3 材料的相变原理 27
2.2.5 材料的强韧化原理 30
2.3 材料的共同效应 31
2.3.1 材料的界面效应 31
2.3.2 材料的表面效应 32
2.3.3 材料的复合效应 33
2.3.4 材料的形状记忆效应 33
2.3.5 材料的动态效应 34
2.3.6 材料的环境效应 35
2.3.7 材料的纳米效应 35
3.1.1 归纳法 37
第3章 材料科学研究的基本方法 37
3.1 归纳与演绎法 37
3.1.2 演绎法 39
3.1.3 归纳与演绎的关系 40
3.2 分析与综合法 41
3.2.1 分析的作用与特点 41
3.2.2 综合的作用与特点 42
3.3 类比与移植法 43
3.3.1 类比法的作用与局限性 43
3.3.2 移植法的特点与作用 44
3.4.1 数学方法及其应用 46
3.4 数学与模型法 46
3.4.2 模型化方法 47
3.5 系统与优化法 48
3.5.1 系统方法的基本原则 48
3.5.2 系统方法的基本步骤 49
3.5.3 系统方法在科研创新中的作用 50
3.6 假说与理论法 51
3.6.1 科学假说的特点和作用 51
3.6.2 科学理论的基本特征与结构要素 53
3.7 原型启发与仿生法 54
4.1.1 材料结构的基本特性 56
第4章 材料结构设计与系统分析 56
4.1 材料结构与性能的基本特性 56
4.1.2 材料性能的基本特性 59
4.2 结构稳定性与设计 62
4.2.1 材料结构的稳定性 62
4.2.2 材料结构的测定与表征 63
4.2.3 材料结构的设计与控制 64
4.3 结构与性能的系统分析 66
4.3.1 黑箱法 66
4.3.2 相关法 67
4.3.4 环境法 68
4.3.3 过程法 68
4.4.1 材料的耗散结构 69
4.4 材料结构的自组织与仿生 69
4.4.2 材料的自组织现象 70
4.4.3 智能结构与属性评定 71
4.4.4 材料结构的仿生 73
4.5 材料过程的能量分析方法 81
4.5.1 材料过程的基本原理 81
4.5.2 材料过程的能量分析方法 83
5.1 材料与环境、资源的关系 90
5.1.1 材料生产对环境和资源的影响 90
第5章 材料使用与环境评价方法 90
5.1.2 生态环境材料与能源材料 93
5.2 材料环境协调性评价与设计 96
5.2.1 材料环境协调性评价 96
5.2.2 材料环境协调性设计 103
5.3 材料环境适应性评估 111
5.3.1 材料工况环境适应性评估 111
5.3.2 材料自然环境适应性评估 113
第6章 材料（计算）设计与方法 116
6.1 材料（计算）设计概述 116
6.1.1 材料设计发展的历史 116
6.1.2 材料设计范围与层次 119
6.1.3 材料设计的任务 120
6.2 材料设计的主要途径与方法 121
6.2.1 从相图角度进行设计 121
6.2.2 从数量冶金学角度进行设计 122
6.2.3 基于量子理论的设计 123
6.2.4 基于物理、数值模拟的设计 123
6.2.5 多尺度材料模型与计算设计 124
6.2.6 材料（计算）设计的主要技术 125
6.3.1 有限元法 126
6.3 数学方法在材料（计算）设计中的应用 126
6.3.2 遗传算法 128
6.3.3 分形理论 131
6.3.4 其他方法 133
6.4 材料（计算）设计实例 134
6.4.1 复合材料（计算）设计 134
6.4.2 超硬材料（计算）设计 141
6.4.3 工程应用层次的材料（计算）设计 144
第7章 材料研究的模型化与模拟 148
7.1 材料研究的模型化 148
7.1.1 模型化的基本概念 148
7.1.2 数值模型化与模拟 150
7.1.3 模型的基本范畴与分类 151
7.1.4 模型化的基本思路 153
7.2 材料研究的物理模拟 155
7.2.1 物理模拟基本概念 155
7.2.2 金属塑性加工物理模拟 156
7.2.3 薄板冲压工艺模拟技术 158
7.2.4 塑料注射成形过程模拟仿真 160
7.3 材料研究的数值模拟 161
7.3.1 铸造工艺过程的数值模拟 161
7.3.2 计算机数值模拟应用的实例 166
第8章 材料失效分析方法 169
8.1 材料失效分析基本概念 169
8.1.1 失效分析的意义 169
8.1.2 失效分析和失效学 170
8.1.3 机械失效形式和产生原因 170
8.1.4 材料失效形式 172
8.2 失效分析的基本思路 173
8.2.1 以失效抗力为主线的分析思路 173
8.2.2 失效树分析法 175
8.2.3 特性因素图分析法 176
8.3.1 化学成分分析 177
8.3 失效分析的基本方法 177
8.3.2 力学性能的测试及分析 179
8.3.3 显微组织分析 179
8.3.4 应力分析 180
8.3.5 无损检测技术 181
8.3.6 断口分析 182
8.3.7 裂纹分析 187
8.3.8 腐蚀、磨损和环境分析 189
8.4 失效分析的基本程序和实施步骤 191
9.1 科学研究的基本类型 194
第9章 科学研究选题与总结 194
9.2 科研选题与创新 195
9.2.1 科研选题的基本原则 195
9.2.2 科研选题的来源与计划 196
9.3 科学思维、机遇与创新 201
9.3.1 科学思维与创新 201
9.3.2 科研机遇与创新 205
9.4 研究成果总结与转化 207
9.4.1 研究成果总结与鉴定 207
9.4.2 研究成果的转化 209
9.4.3 论文与研究报告的撰写 212
10.1.1 信息功能材料 217
第10章 材料科学发展重点与趋势 217
10.1 开发先进材料，发展高技术产业 217
10.1.2 生物材料 219
10.1.3 其他功能材料 219
10.1.4 功能复合材料 221
10.1.5 生态环境材料 222
10.1.6 能源材料 223
10.2 纳米材料与纳米技术 224
10.3 材料制备技术的开发 226
10.3.1 材料制备技术是材料开发的关键 226
10.3.2 注重材料的应用开发研究 228
10.4 材料设计与一体化技术 229
10.5 材料性质检测与评价 230
10.6 材料科学基础理论的深入研究 231
10.6.1 开拓超微结构的领域 231
10.6.2 探测电子关联体系中的宝藏 233
10.6.3 开拓有机材料的新领域 234
10.7 传统材料与表面技术 236
10.7.1 高性能金属材料 237
10.7.2 陶瓷材料 239
10.7.3 材料表面技术 239
参考文献 242