材料科學基礎

本教材以材料基礎理論為重點，並將金屬材料、陶瓷材料和高分子材料與複合材料有機結合，建立了更為寬廣的基礎知識體系。本教材適合材料專業本科牛、研究生以及工程技術人員學習使用。

全書主要從四部分展開論述：固體的結構、相圖和相變基礎、晶體的缺陷與界面結構和固體材料的變形。具體細分為品體學基礎、固體材料的結構、固體中的擴散、凝固、相圖、相變的基本原理、晶體結構缺陷、表面與界面、材料的變形與再結晶、非金屬材料的應力應變行為與變肜機制共十章內容。

第1章 晶體學基礎

1．1 晶體的周期性和空間點陣

1．1．1 晶體與晶體學

1．1．2 晶體點陣與空間點陣

1．2 布拉菲點陣

1．3 晶向指數與晶面指數

1．3．1 晶向指數

1．3．2 晶面指數

1．3．3 六方晶系的晶向指數與晶面指數

1．4 晶面間距、晶面夾角和晶帶定理

1．4．1 晶面間距

1．4．2 晶面夾角

1．4．3 晶帶定理

1．5 晶體的對稱性

1．5．1 宏觀對稱元素

1．5．2 32種點群

1．5．3 微觀對稱元素

1．5．4 空間群

1．6 極射投影

1．6．1 參考球和極射投影

1．6．2 吳氏網

1．6．3 標準投影圖

第2章 固體材料的結構

2．1 基礎知識

2．1．1 原子結構

2．1．2 能級圖和原子的電子結構

2．1．3 周期表與周期性

2．1．4 晶體中的原子結合

2．2 金屬及合金相的晶體結構

2．2．1 元素的晶體結構

2．2．2 典型金屬的晶體結構

2．2．3 合金相的晶體結構

2．3 陶瓷的晶體結構

2．3．1 概述

2．3．2 離子晶體結構

2．3．3 硅酸鹽晶體結構

2．3．4 同質異構現象

2．3．5 晶態與玻璃結構

2．4 高分子的鏈結構及聚集態結構

2．4．1 高分子鏈的組成和構造(近程結構)

2．4．2 高分子鏈的構象(遠程結構)

2．4．3 高聚物的晶態結構

2．4．4 高聚物的非晶態、取向及液晶態結構

2．4．5 高分子合金的織態結構

2．5 複合材料的細觀結構

2．5．1 複合材料及其組成

2．5．2 複合材料的細觀結構

2．6 非晶、准晶和納米晶

2．6．1 非晶態結構

2．6．2 准晶的結構

2．6．3 納米晶的結構

第3章 固體中的擴散

3．1 擴散定律及其應用

3．1．1 擴散第一定律

3．1．2 擴散第二定律

3．1．3 擴散第二定律的解及其應用

3．2 擴散微觀理論與機制

3．2．1 原子跳動和擴散距離

3．2．2 原子跳動和擴散係數

3．2．3 擴散的微觀機制

3．2．4 擴散激活能

3．3 達肯方程

3．3．1 柯肯達爾效應

3．3．2 達肯方程與互擴散係數

3．4 擴散的熱力學分析

3．4．1 擴散的驅動力

3．4．2 擴散係數的普遍形式

3．4．3 上坡擴散

3．5 影響擴散的因素

3．5．1 溫度

3．5．2 成分

3．5．3 晶體結構

3．5．4 短路擴散

3．6 反應擴散

3．6．1 反應擴散的過程及特點

3．6．2 反應擴散動力學

第4章 凝固

4．1 液體的性能與結構

4．1．1 液態金屬的結構

4．1．2 高分子溶液

4．2 金屬的凝固與結晶

4．2．1 純金屬的凝固

4．2．2 固溶體合金的凝固

4．2．3 共晶合金的凝固

4．2．4 鑄錠組織與凝固技術

4．3 陶瓷的凝固

4．4 聚合物的結晶

4．4．1 結晶動力學

4．4．2 結晶熱力學

第5章 相圖

5．1 相圖基礎知識

5．1．1 研究相圖的意義

5．1．2 相圖的表示方法

5．1．3 相圖的建立

5．1．4 相圖熱力學基礎

5．1．5 槓桿定律和重心法則

5．2 一元相圖

5．2．1 純鐵的相圖

5．2．2 水的相圖

5．3 二元相圖

5．3．1 二元勻晶相圖

5．3．2 二元共晶相圖

5．3．3 二元包晶相圖

5．3．4 二元相圖的分析與使用

5．3．5 實際二元相圖舉例

5．4 三元相圖

5．4．1 兩相平衡的三元相圖

5．4．2 三相平衡的三元相圖

5．4．3 四相平衡的三元相圖

5．4．4 形成穩定化合物的三元相圖

5．4．5 三元相圖小結

5．4．6 實際三元相圖舉例

第6章 固態相變的基本原理

6．1 固態相變的分類與特徵

6．1．1 固態相變的分類

6．1．2 固態相變的特徵

6．2 相變熱力學

6．2．1 熱力學基本原理

6．2．2 固態相變的形核

6．3 相變動力學

6．3．1 擴散性長大

6．3．2 相變動力學方程

6．4 擴散型相變

6．4．1 固溶體的析出

6．4．2 共析轉變

6．5 非擴散型相變

6．5．1 馬氏體相變的基本特徵

6．5．2 馬氏體相變熱力學

6．5．3 馬氏體相變動力學

6．5．4 鋼中馬氏體的晶體結構

6．5．5 馬氏體的組織形態

6．5．6 馬氏體相變機制

6．5．7 馬氏體的力學性能

6．6 過渡型相變

6．6．1 貝氏體轉變的基本特徵

6．6．2 貝氏體的組織形態

6．6．3 貝氏體的力學性能

第7章 晶體缺陷

7．1 點缺陷

7．1．1 空位與間隙原子

7．1．2 點缺陷的平衡濃度

7．1．3 點缺陷的移動

7．1．4 過飽和點缺陷

7．1．5 點缺陷對金屬性能的影響

7．2 位錯的基本知識

7．2．1 位錯概念的產生

7．2．2 位錯類型和柏氏矢量

7．3 位錯的運動

7．3．1 位錯的滑移

7．3．2 刃型位錯的攀移

7．3．3 位錯運動規則

7．3．4 位錯的基本幾何性質小結

7．4 位錯的彈性性質

7．4．1 位錯的應力場

7．4．2 位錯的應變能

7．4．3 位錯運動的動力與阻力

7．4．4 位錯的線張力

7．4．5 位錯間的相互作用

7．4．6 位錯問的塞積

7．4．7 位錯間的交割

7．4．8 位錯與點缺陷的交互作用

7．5 位錯的生成與增殖

7．5．1 位錯密度

7．5．2 位錯的生成

7．5．3 位錯的增殖

7．6 實際晶體中的位錯

7．6．1 實際晶體結構中的單位位錯

7．6．2 堆垛層錯

7．6．3 不全位錯

7．6．4 位錯反應

7．6．5 FCC晶體中位錯反應的一般表示：湯普森四面體

7．6．6 位錯反應舉例

第8章 材料表面與界面

8．1 基礎知識

8．1．1 物質表面

8．1．2 固體的表面自由能和表面張力

8．1．3 純金屬表面張力的估算

8．1．4 固液界面與潤濕

8．1．5 固一固界面與黏附

8．2 晶體中的界面結構

8．2．1 界面類型與結構

8．2．2 界面能量

8．3 晶體中界面的偏聚與遷移

8．3．1 晶界平衡偏析

8．3．2 界面遷移驅動力

8．3．3 影響界面遷移的因素

8．4 界面與組織形貌

8．4．1 單相組織形貌

8．4．2 復相組織形貌

8．5 高聚物的表面張力與界面張力

8．5．1 表面張力與分子問的作用力

8．5．2 高聚物表面張力的影響因素

8．5．3 高聚物界面張力

8．6 複合體系的界面結合特性

8．6．1 複合材料界面的形成過程

8．6．2 樹脂基複合材料的界面結構及界面理論

8．6．3 非樹脂基複合材料的界面結構

8．6．4 複合材料界面破壞

8．7 材料的複合原理

8．7．1 複合材料力學性能的複合規律

8．7．2 複合材料物理性質的複合規律

第9章 金屬材料的變形與再結晶

9．1 金屬的應力一應變曲線

9．1．1 工程應力應變曲線

9．1．2 真應力一真應變曲線

9．2 金屬的塑性變形

9．2．1 單晶體的塑性變形

9．2．2 多晶體的塑性變形