第1章 引言 1
1.1材料的概念 1
1.2金属的定义 2
1.3模型和实验 2
1.4桥接长度尺度 3
1.5认识自然，科学的作用：想象、探索和模型 4
第2章 原子的电子结构——元素周期表 7
2.1质子、中子和电子 7
2.2卢瑟福模型（1911年） 7
2.3玻尔模型（1913年） 7
2.4波或量子力学模型（海森堡/薛定谔，1926年）和量子数 9
2.5泡利不相容原理和“原子构造原理” 13
2.6电子概率密度分布形状 23
参考文献 27
第3章 固体中的化学键与材料性能的探索 28
3.1引力和斥力、热膨胀系数和弹性模量 28
3.2成键模型评述 31
3.3离子键与晶格能以及马德隆常数 32
3.4共价键 36
3.5金属键 40
3.6范德华键 61
3.7氢键 63
参考文献 67
第4章 晶体学 68
4.1晶体几何学 71
4.2元素的晶体结构 86
4.3合金、固溶体、有序固溶体以及化合物的概念 102
4.4固溶体及化合物 103
4.5晶体结构的确定、X-射线衍射分析 116
4.6极射投影 120
4.7多晶体织构、极图、反极图和取向分布函数 123
4.8非周期性晶体 129
参考文献 136
第5章 晶体缺陷和晶格缺陷 138
5.1点缺陷（零维）：热空位和组分空位，间隙原子、置换原子和反结构原子，肖脱基空位和弗兰克尔空位 138
5.2线缺陷（一维）、刃型与螺型位错 142
5.3面缺陷（二维）：晶界、孪晶界、堆垛层错和反相畴界，共格界面和非共格界面 156
5.4体缺陷（三维）：第二相颗粒和孔隙 165
参考文献 166
第6章 显微结构分析、晶格缺陷分析、光学与电子显微以及X-射线衍射方法 168
6.1透镜 168
6.2成像 171
6.3（反射式）光学显微镜 173
6.4科勒照明法 175
6.5分辨力 177
6.6光学显微镜的明暗场与其他成像技术 178
6.7透射电子显微镜 183
6.8扫描电子显微镜 195
6.9缺陷显微组织的X-射线衍射分析 198
参考文献 206
第7章 相平衡 208
7.1相的定义 208
7.2组元的定义 209
7.3平衡态和稳态的概念：内能、熵、（亥姆霍兹）自由能、吉布斯自由能 209
7.4自由度和相律 212
7.5相图 213
7.6依据相图分析显微组织变化 228
参考文献 230
第8章 扩散 232
8.1连续法描述扩散：菲克第一定律和第二定律 232
8.2原子法描述扩散的原子机制 234
8.3菲克定律求解 235
8.4晶体中的扩散机制 237
8.5跳跃频率和扩散激活能 239
8.6显微结构和扩散 243
参考文献 251
第9章 相变 253
9.1相变热力学和动力学、热激活和激活能 254
9.2形核能量学、均匀和非均匀相变、均匀和非均匀形核 255
9.3扩散与无扩散型相变 258
9.4扩散型相变及实例 259
9.5无扩散相变及实例 271
9.6相变动力学分析 289
9.7热力学和动力学的联系 312
参考文献 312
第10章 回复、再结晶及晶粒长大 315
10.1回复 316
10.2再结晶 319
10.3晶粒长大 324
参考文献 335
第11章 材料的力学性能 336
11.1弹性变形与塑性变形、延性材料和脆性材料 336
11.2单轴变形的基本模式、应力应变的概念、单轴弹性变形定律 337
11.3弹性各向同性材料和弹性各向异性材料 340
11.4双轴和三轴加载下的弹性变形 342
11.5弹性应变能 345
11.6橡胶的弹性和高弹性行为 346
11.7粘弹性/滞弹性及力学滞后 348
11.8塑性变形的特征 350
11.9拉伸应力-应变曲线、真应力和真应变 351
11.10双轴和三轴载荷条件下的屈服准则 357
11.11临界分切应力——单晶体的塑性变形 360
11.12多晶体的塑性变形 362
11.13宏观、微观和纳米尺度的硬度参数 363
11.14强化、硬化机制（尤其对于金属） 369
11.15断裂失效及裂纹扩展 373
11.16蠕变失效 377
11.17疲劳失效 380
11.18残余内应力 384
参考文献 389