本书为材料科学与工程专业的技术基础课教材。本书阐述了材料的成分、组织结构与性能间关系的基本原理。全书除导论外共九章,内容包括:材料结构的基础知识、材料中的晶体结构、高分子材料的结构、晶体缺陷、材料的相结构与相图、材料的凝固与气相沉积、扩散与固态相变、材料的变形与断裂、固体材料的电子结构与物理性能。 本书除作为材料科学与工程专业大学本科生的通用教材外,也可作为材料热加工类专业的本科生及研究生的教学参考用书。

第3版前言
第2版前言
第1版前言
导论1
一、材料科学的重要地位1
二、各种材料概况3
三、材料性能与内部结构的关系8
四、材料的制备与加工工艺对性能的
影响8
五、什么是材料科学10
参考文献11
**章材料结构的基本知识12
**节原子结构12
一、原子的电子排列12
二、元素周期表及性能的周期性变化14
第二节原子结合键17
一、一次键17
二、二次键18
三、混合键20
四、结合键的本质及原子间距21
五、结合键与性能23
第三节原子排列方式24
一、晶体与非晶体24
二、原子排列的研究方法26
第四节晶体材料的组织28
一、组织的显示与观察28
二、单相组织28
三、多相组织29
第五节材料的稳态结构与亚稳态结构30
小结32
习题33
参考文献33
第二章材料中的晶体结构34
**节晶体学基础34
一、空间点阵和晶胞34
二、晶系和布拉维点阵35
三、晶向指数和晶面指数37
第二节纯金属的晶体结构40
一、典型金属的晶体结构40
二、多晶型性45
三、晶体结构中的原子半径47
第三节离子晶体的结构49
一、离子晶体的主要特点49
二、离子半径、配位数和离子的堆积49
三、离子晶体的结构规则51
四、典型离子晶体的结构52
第四节共价晶体的结构54
一、共价晶体的主要特点54
二、典型共价晶体的结构54
小结55
习题55
参考文献57
第三章高分子材料的结构58
**节高分子材料概述58
一、高分子材料的基本概念58
二、高分子材料的合成60
三、高分子材料的分类62
第二节高分子链的结构及构像62
一、高分子链的化学组成62
二、结构单元的连接方式和空间构型63
三、高分子链的几何形状64
四、高分子链的构象及柔顺性65
第三节高分子的聚集态结构67
一、晶态聚合物的结构67
二、非晶态聚合物的结构69
三、聚合物的结晶度与玻璃化温度70
第四节高分子材料的性能与结构72
一、高分子材料的主要性能特点72
二、高分子材料的性能与结构的关系73
三、改变高分子材料性能的途径75
小结78
习题79
参考文献79
第四章晶体缺陷81
**节点缺陷81
一、点缺陷的类型81
二、点缺陷的产生83
三、点缺陷与材料行为85
第二节位错的基本概念86
一、位错与塑性变形86
二、晶体中的位错模型及位错易动性87
三、柏氏矢量90
四、位错的运动92
五、位错密度97
六、位错的观察98
第三节位错的能量及交互作用99
一、位错的应变能99
二、位错的线张力102
三、位错的应力场及与其他缺陷的交互
作用103
四、位错的分解与合成108
第四节晶体中的界面112
一、晶界的结构与晶界能112
二、表面及表面能114
三、表面吸附与晶界内吸附116
四、润湿行为117
五、界面能与显微组织的变化119
小结120
习题121
参考文献123
第五章材料的相结构及相图124
**节材料的相结构124
一、固溶体124
二、中间相129
三、非晶相134
第二节相图的基本知识135
一、相律136
二、成分的表示方法与相图的建立137
三、杠杆定律137
四、相和组织的概念139
五、一元系相图139
第三节二元系相图140
一、匀晶相图及固溶体的结晶140
二、共晶相图及其结晶143
三、包晶相图及其结晶149
四、其他类型的二元系相图152
五、相图与性能的关系155
六、复杂相图分析156
第四节相图的热力学基础172
一、吉布斯自由能与成分的关系172
二、克劳修斯克拉珀龙方程174
三、相平衡条件175
四、吉布斯自由能曲线与相图177
第五节三元系相图180
一、三元相图的表示方法181
二、三元相图的建立182
三、三元匀晶相图184
四、三元系中相平衡空间的热力学
分析188
五、典型三元系相图分析198
六、三元系相图实例分析206
习题208
参考文献210
第六章材料的凝固与气相沉积212
**节材料凝固时晶核的形成212
一、凝固结晶基本规律212
二、均匀形核及形核率215
三、非均匀形核217
第二节材料凝固时晶体的生长220
一、晶核长大的必要条件220
二、固液界面的微观构造220
三、材料的熔化熵与晶体生长方式223
四、温度梯度对晶体生长的影响224
第三节固溶体合金的凝固226
一、合金凝固的典型情况226
二、成分过冷及其对晶体生长的影响230
第四节共晶合金的凝固231
一、共晶体的结构231
二、杂质对共晶生长的影响233
三、偏离共晶成分的合金凝固235
第五节制造工艺与凝固组织236
一、铸锭与铸件的凝固组织及偏析236
二、连续铸造和熔化焊的凝固组织238
第六节材料制备的特种凝固工艺技术240
一、区域熔炼240
二、制备单晶241
三、用快速冷凝法制备金属玻璃242
四、定向凝固242
五、激光熔覆金属3D打印制造243
第七节材料非晶态245
一、材料的非晶态概述245
二、常用材料的非晶态245
第八节材料的气固转变247
一、凝聚蒸发的平衡248
二、蒸发249
三、凝聚250
第九节气相沉积法的材料制备技术251
一、硅芯片的外延生长251
二、用化学气相沉积制取B纤维和SiC
纤维252
三、用惰性气体凝结法制取纳米材料253
习题254
参考文献256
第七章扩散与固态相变258
**节扩散定律及其应用258
一、扩散**定律258
二、扩散第二定律260
第二节扩散机制263
一、间隙扩散和空位扩散263
二、互扩散和克肯达尔效应266
三、扩散系数的计算266
第三节影响扩散的因素与扩散驱动力268
一、影响扩散的因素268
二、扩散驱动力270
第四节几个特殊的有关扩散的实际
问题271
一、离子晶体的扩散271
二、烧结273
三、纳米晶体材料的扩散问题274
第五节固态相变中的形核275
一、固相的相界面275
二、均匀形核与非均匀形核278
第六节固态相变的晶体成长279
一、扩散控制长大279
二、界面控制长大281
第七节扩散型相变282
一、AlCu合金的淬火时效283
二、陶瓷材料中的脱溶沉淀反应285
三、合金中的调幅分解285
四、玻璃中的调幅分解288
第八节无扩散相变289
一、马氏体相变的基本特征289
二、马氏体转变的晶体学291
三、马氏体的形态与性能293
四、陶瓷材料中的马氏体相变294
习题296
参考文献297
第八章材料的变形与断裂298
**节金属变形概述298
第二节金属的弹性变形299
第三节滑移与孪生变形300
一、滑移观察300
二、滑移机制300
三、滑移面和滑移方向302
四、孪生变形303
第四节单晶体的塑性变形305
一、施密特定律305
二、单滑移、多滑移和交滑移307
第五节多晶体的塑性变形309
一、晶界和晶体位向对塑性变形的
影响309
二、晶粒大小对材料强度与塑性的
影响310
第六节纯金属的变形强化311
一、位错的交割311
二、位错的反应312
三、位错的增殖313
第七节合金的变形与强化315
一、单相合金的变形与强化315
二、低碳钢的屈服和应变时效316
三、第二相对合金变形的影响319
第八节冷变形金属的组织与性能321
一、冷变形金属的力学性能321
二、冷变形金属的组织321
三、形变织构322
四、残余应力323
第九节金属的断裂323
一、理论断裂强度323
二、实际断裂强度324
第十节冷变形金属的回复阶段326
一、回复阶段性能与组织的变化326
二、回复动力学326
三、回复机制328
第十一节冷变形金属的再结晶329
一、再结晶的形核329
二、再结晶动力学330
三、影响再结晶的因素331
四、再结晶后的晶粒长大333
第十二节金属的热变形、蠕变与
超塑性334
一、金属的热变形过程以及对组织与
性能的影响334
二、金属的蠕变336
三、金属的超塑性337
第十三节陶瓷晶体的变形338
第十四节聚合物的屈服和断裂339
一、玻璃态聚合物的拉伸行为339
二、结晶聚合物的拉伸行为341
三、聚合物的屈服行为342
四、聚合物的理论强度和实际强度343
习题343
参考文献344
第九章固体材料的电子结构与物理
性能345
**节固体的能带理论345
一、能带的形成345
二、金属的能带结构与导电性345
三、费米能347
四、半导体与绝缘体349
第二节半导体349
一、本征半导体349
二、掺杂半导体351
第三节材料的磁性353
一、原子的磁矩353
二、抗磁体、顺磁体和铁磁体355
三、磁化曲线与磁畴结构357
第四节材料的光学性能359
一、光的吸收与透射359
二、材料的发光性能361
第五节材料的热学性能363
一、摩尔热容363
二、热膨胀364
三、导热性能365
第六节功能材料举例366
一、光导纤维366
二、磁性材料367
小结368
习题368
参考文献369