材料概論

材料概論(普及版）

作者：張金升、陳敏、甄玉花、魏長寶 編著

叢書名：

出版日期：2016年10月 書號：978-7-122-27654-4

開本：16K　787×1092　1/16 裝幀：平 版次：1版1次 頁數：328頁

《材料概論》是材料科學與工程專業的先行必修課教材。針對教學中師生共同反映以往的《材料概論》概念多、偏學術化、不易懂、有些內容專業性太強、記不住、難以掌握等情況，本書採取通俗易懂的撰寫方法，盡量寫成一本普及型教材，不求全求深，而是將日常生活中最基本的材料介紹給學生，便於學生接受和理解，以最大程度地達到《材料概論》使學生認識材料的教學目的。在編排上本書分為各自獨立的上下兩編，上編主要從材料發展史的角度認識各種材料及其在各歷史階段中的重要作用，下編圍繞使學生進一步了解和認識材料的目的，以材料的性能、生產及應用為主線，分別介紹金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料、複合材料以及各類新材料。上下兩編基本相互獨立，根據教學需要，可以兩編都講，也可以只講其中的任意一編。

上編材料總論

第一章材料概念及其範疇3

第一節構造(原)材料3

一、材料定義3

二、材料定義的內涵4

三、材料與物質4

第二節成品(具體應用)材料5

第三節物質材料6

第四節材料判據6

一、資源判據7

二、能源判據7

三、環保判據7

四、質量判據8

五、經濟判據8

第五節材料科學四要素8

一、材料科學四面體8

二、材料的晶體結構9

三、材料的結合鍵、成分與結構10

四、材料的組織結構(微觀結構)11

五、材料的成分和組織結構的檢測12

第二章材料分類13

第一節按化學鍵類型及結構特徵分類13

一、金屬材料13

二、無機非金屬材料15

三、有機高分子材料18

四、複合材料19

五、半導體材料20

六、化學建材21

第二節按材料發展進程分類——傳統材料和新型材料21

第三節按工程應用和材料性能分類22

第四節根據現代科學技術的門類歸屬分類23

第五節其他分類方法23

一、按用途或服役領域分類23

二、按來源分類23

三、按材料的物理狀態分類24

四、按化學成分分類24

五、按原子、分子的排列方式或結晶狀態分類24

六、按材料的物理性能分類24

七、按材料發生的物理效應分類24

八、按材料的某種特殊用途(功能)分類24

九、按生命特徵分類24

十、按是否具有金屬特徵分類24

十一、固體材料中按結構狀態分類25

十二、按材料的可見維度分類25

第三章材料發展史26

第一節總論26

一、材料發展與人類文明息息相關26

二、材料發展與文明時代的劃分27

第二節無機非金屬材料發展簡史32

一、陶瓷材料的發展歷史32

二、水泥材料發展簡史37

三、玻璃材料發展簡史45

第三節金屬材料發展簡史52

一、青銅器時代53

二、鐵器時代53

三、鋼鐵的發展53

四、現代鋼鐵工業的開端——貝塞麥把我們帶入鋼鐵時代54

五、錳鋼的誕生54

六、不鏽鋼與超級不鏽鋼的誕生55

七、切削工具材料的發展55

八、其他金屬材料的發展56

九、航空時代的驕子——鈦及鈦合金57

十、活的金屬——形狀記憶合金58

第四節有機高分子材料發展簡史58

一、人類開發和利用天然高分子的歷史59

二、現代高分子材料的發展59

三、我國高分子材料的發展61

四、高分子材料的發展趨勢與應用62

五、高分子材料改性概況63

六、醫用高分子材料發展史簡介64

第五節複合材料發展簡史65

一、古代複合材料發展歷史簡介65

二、現代複合材料67

三、先進複合材料68

四、中國先進複合材料發展狀況69

五、複合材料的應用領域和發展展望71

第四章材料與人類文明73

第一節材料是人類文明發展的肇始者73

第二節傳統材料的發展與人類文明74

一、以使用材料的特徵命名歷史考古時代——可靠的歷史時期見證75

二、傳統材料的發展與歷史的進步75

三、傳統材料的新生80

第三節高技術材料與現代文明80

一、高新技術的先導80

二、材料在技術發達社會中的作用82

第四節材料發展與環境協調性84

一、材料的開發和使用必須考慮環境協調性和可持續發展 84

二、材料循環85

三、材料的可持續發展戰略與生態環境材料87

第五節未來材料89

一、未來材料發展的特點——材料設計和分子設計89

二、材料展望90

三、材料發展的重要方向——材料的複合化、多功能化、納米化94

第五章材料科學與工程95

第一節材料科學的發展階段95

一、材料的發展階段95

二、材料學的發展階段96

三、材料學的發展進程99

第二節材料科學與工程學科的興起100

第三節材料科學與工程及其內涵和特點101

一、研究內容和定義101

二、材料科學與工程的內涵102

三、材料科學與工程的特點103

第四節材料科學與工程研究的重點103

一、新工藝、新技術和新合成方法的探索103

二、組成、結構和性能的關係104

三、重視高精度儀器設備的發展104

四、運用計算機開展研究104

五、交叉學科和複合材料104

六、納米技術的應用104

七、界面工程和晶界工程105

八、材料設計和分子設計105

第五節材料科學與工程專業培養105

一、專業範圍和基本要求105

二、業務培養目標105

三、業務培養要求105

四、應獲得的知識和能力105

五、本專業的相關學科106

六、學科結構106

七、主幹學科的方法論介紹107

下編材料各論

第六章金屬材料110

第一節金屬材料概述110

一、金屬及金屬材料學110

二、金屬元素在元素周期表中的排布及原子結構特徵110

三、合金的基本結構類型111

四、金屬材料分類111

五、金屬通性112

第二節純鐵、滲碳體和工業純鐵113

一、純鐵113

二、滲碳體113

三、工業純鐵114

第三節鋼——碳鋼和合金鋼115

一、鐵碳合金的基本相115

二、碳鋼117

三、合金鋼的分類118

第四節工業用鋼119

一、工程構件用鋼和低合金結構鋼120

二、合金滲碳鋼120

三、滲氮鋼、碳氮共滲鋼和表面淬火用鋼121

四、合金調質鋼121

五、彈簧鋼122

六、滾動軸承鋼122

七、合金刃具鋼122

八、合金模具鋼123

九、合金量具鋼123

十、不鏽鋼124

十一、耐熱鋼和高溫合金124

十二、耐磨鋼125

十三、磁鋼（硅鋼）125

第五節鋼材的冶金過程125

一、鋼冶金過程熱力學125

二、鍊鋼工藝和爐外精鍊127

三、軋制工藝簡介131

第六節鋼材的熱處理131

一、退火132

二、正火133

三、淬火133

四、回火134

第七節鑄鐵136

一、鑄鐵概念和定義136

二、鑄鐵的組織、分類及應用138

第八節非鐵金屬（有色金屬）及其合金141

一、鋁及鋁合金141

二、銅及銅合金142

三、鈦及鈦合金144

四、鎂及鎂合金145

五、軸承合金145

第七章無機非金屬材料148

第一節陶瓷材料148

一、陶瓷概念和定義148

二、陶瓷的種類和範疇149

三、傳統陶瓷品種及應用153

四、傳統陶瓷基本製備方法和技術160

五、陶瓷基本性質165

六、陶瓷生產主要技術裝備169

第二節水泥及膠凝材料170

一、水泥與膠凝材料概述170

二、水泥的分類和範疇175

三、常見的水泥品種及應用176

四、水泥基本生產工藝181

五、水泥熟料中的主要礦物及對水泥性能的影響185

六、水泥主要性能和標準要求187

七、水泥生產主要技術裝備190

第三節玻璃與非晶態材料190

一、玻璃、無定形態材料和非晶態材料的概念190

二、玻璃的分類和範疇192

三、玻璃的結構194

四、常見玻璃品種及應用195

五、玻璃的基本生產工藝199

六、玻璃的主要性能和標準203

七、玻璃生產主要技術裝備205

第四節混凝土208

一、混凝土的概念208

二、混凝土的分類和範疇209

三、混凝土常見品種和應用210

四、混凝土基本生產工藝212

五、混凝土主要性能和要求214

六、混凝土生產主要技術裝備217

七、混凝土製品簡介218

第五節耐火材料219

一、耐火材料的概念219

二、耐火材料的分類和範疇、常見品種和應用220

三、耐火材料基本生產工藝226

四、耐火材料主要性能227

五、耐火材料生產主要技術裝備228

第八章有機高分子材料229

第一節有機高分子材料概述231

一、高分子化合物的基本概念231

二、高分子化合物的命名232

三、高分子化合物的分類232

第二節高分子材料的結構與性能233

一、高分子化合物的基本鏈結構概述233

二、高分子化合物 (非晶態) 的三種物理狀態235

第三節高分子化合物的反應、合成和高分子材料的加工236

一、高分子化合物的反應、合成236

二、高分子材料的加工概述237

第四節高分子各論238

一、塑料238

二、天然橡膠與合成橡膠242

三、纖維244

四、塗料247

五、膠黏劑248

六、功能高分子材料簡介251

第五節典型的高分子材料品種252

一、聚烯烴252

二、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物254

三、聚醯胺254

四、聚甲醛254

五、氟塑料255

六、聚碸255

七、聚甲基丙烯酸甲酯255

八、酚醛塑料255

九、環氧塑料256

十、飽和聚酯256

十一、聚醯亞胺及其他耐高溫高分子256

十二、聚苯醚256

十三、有機硅257

十四、其他257

第九章複合材料258

第一節概述258

一、複合材料的發展背景258

二、複合材料的含義258

三、複合材料的組成部分——增強體和增強相259

四、複合材料最顯著的優勢特點262

五、複合材料分類262

第二節複合材料的性能特點263

第三節複合材料的複合理論和增強增韌機理266

一、複合原理266

二、增強機理267

三、增韌機理269

第四節複合材料的界面272

一、樹脂基複合材料的界面272

二、金屬基複合材料的界面273

三、陶瓷基複合材料的界面274

第五節樹脂基複合材料275

一、概述275

二、纖維增強樹脂基複合材料276

三、顆粒增強樹脂基複合材料279

四、樹脂基功能複合材料280

五、熱固性樹脂基複合材料281

六、熱塑性樹脂基複合材料282

第六節金屬基複合材料282

一、概述282

二、基體及增強體材料284

三、纖維增強金屬基複合材料284

四、顆粒增強金屬基複合材料287

五、原位複合材料289

六、片層疊合金屬基複合材料289

七、金屬基功能複合材料289

第七節陶瓷基複合材料290

一、陶瓷基複合材料特性290

二、陶瓷基複合材料類型291

三、陶瓷基複合材料各論292

第八節層疊複合材料和層狀結構複合材料297

一、層疊複合材料297

二、層狀結構複合材料299

第九節複合材料的製備301

一、纖維的製備301

二、樹脂基複合材料的製備303

三、金屬基複合材料的製造方法306

四、陶瓷基複合材料的製備工藝308

五、共晶複合材料的製備312

第十章新材料綜述313

第一節新材料導言313

第二節新材料品種概要316

一、能源材料316

二、信息材料316

三、航空航天材料317

四、生物醫學材料317

五、環境材料317

六、納米材料318

七、富勒烯材料318

八、石墨烯318

九、壓電材料319

十、熱釋電材料320

十一、鐵電材料320

十二、儲氫材料321

十三、超導材料321

十四、金屬間化合物材料322

十五、非晶材料323

十六、高分子新材料323

十七、梯度功能材料324

十八、隱身材料324

十九、智能材料和機敏材料325

參考文獻328