材料科學基礎

本書是美國Cengage Learning出版的Essentials of Materials Science and Engineering第三版（SI版）第1~11章的中譯本。原書第12~18 章作為本書的姊妹書《材料工程基礎》出版。作為材料科學基礎部分，本書系統介紹材料科學與工程的概念、原子結構、原子排列和離子排列及排列中的缺陷、材料中的原子和離子運動、材料力學性能（兩章）、應變硬化與退火、凝固原理、固溶體與相平衡、彌散強化與共晶相圖等。本書每章安排有例題和解答，章後有小結、術語、習題，還有設計問題、計算機問題和科創問題。本書以問題為導向，用大量實例和圖表展現材料科學與工程的理論與實踐的結合點，回溯材料領域關鍵知識產生背景和重大工程應用案例，可給讀者的學習和未來的研究工作以啓發。 ^[2] 

第1章材料科學與工程導論1

1.1何謂材料科學與工程？2

1.2材料的分類3

1.3材料的功能分類7

1.4材料的結構分類9

1.5環境及其他條件對材料的影響9

1.6材料的設計與選擇10

小結11

術語12

習題13

第2章原子結構16

2.1與材料結構相關的應用技術問題17

2.2原子結構20

2.3原子的電子結構20

2.4元素週期表23

2.5原子鍵合27

2.6結合能和原子間距33

2.7碳的多種形式：原子的排列與材料性能的關係36

小結40

術語41

習題43

第3章原子排列與離子排列46

3.1短程有序與長程有序47

3.2非晶材料48

3.3點陣、基元、晶胞和晶體結構49

3.4同素異形或多晶型轉化60

3.5晶胞中的點、晶向、晶面61

3.6間隙位置68

3.7離子鍵材料的晶體結構70

3.8共價結構75

3.9晶體結構衍射技術分析76

小結80

術語81

習題83

第4章原子及離子排列中的缺陷90

4.1點缺陷90

4.2其他點缺陷95

4.3位錯97

4.4位錯的意義103

4.5施密德定律104

4.6晶體結構的影響106

4.7面缺陷107

4.8缺陷的重要性111

小結113

術語114

習題115

第5章材料中的原子和離子運動120

5.1擴散的應用120

5.2原子和離子的穩定性122

5.3擴散機制124

5.4擴散活化能126 ^[2] 

5.5擴散速率（菲克第一定律）127

5.6擴散的影響因素130

5.7聚合物的滲透性135

5.8組分分佈（菲克第二定律）136

小結140

術語141

習題142

第6章力學性能（上）148

6.1技術意義149

6.2力學性能的專業術語150

6.3拉伸試驗：應力-應變曲線圖的應用153

6.4拉伸試驗獲得的性能156

6.5真應力和真應變164

6.6脆性材料的彎曲試驗166

6.7材料的硬度169

6.8納米壓痕171

6.9應變率效應和衝擊行為174

6.10材料的衝擊試驗性能176

6.11塊狀金屬玻璃及其力學性能177

6.12小尺度材料的力學性能179

小結182

術語182

習題184

第7章力學性能（下）191

7.1斷裂力學191

7.2斷裂力學的重要性194

7.3金屬材料斷裂的顯微結構特徵197

7.4陶瓷和玻璃斷裂的顯微結構特徵200

7.5韋布爾統計與失效強度分析201

7.6疲勞205

7.7疲勞試驗結果208

7.8疲勞試驗應用209

7.9蠕變、應力斷裂和應力腐蝕213

7.10蠕變行為評估分析215

7.11蠕變數據的使用216

小結218

術語218

習題219

第8章應變硬化與退火223

8.1冷加工與應力-應變曲線的關係223

8.2應變硬化機制228

8.3性能與冷加工率229

8.4顯微結構、織構強化和殘餘應力231

8.5冷加工特點235

8.6退火的三個階段237

8.7退火的控制240

8.8退火和材料加工241

8.9熱加工243

小結245

術語246

習題247

第9章凝固原理254

9.1技術意義255

9.2形核255

9.3控制形核的應用259

9.4生長機制261

9.5凝固時間和枝晶尺寸263

9.6冷卻曲線267

9.7鑄造結構268

9.8凝固缺陷270

9.9部件的鑄造工藝275

9.10定向凝固、單晶生長和外延生長276

9.11聚合物和無機玻璃的凝固278

9.12金屬材料的連接279

小結280

術語281

習題283

第10章固溶體與相平衡289

10.1相和相圖289

10.2溶解度和固溶體293

10.3無限固溶體的條件294

10.4固溶強化296

10.5勻晶相圖298

10.6材料性能和相圖之間的關係304

10.7固溶體合金的凝固306

10.8非平衡凝固和分離307

小結309

術語310

習題311

第11章彌散強化與共晶相圖316

11.1彌散強化原理與實例316

11.2金屬間化合物318

11.3包含三相反應的相圖320

11.4共晶相圖322

11.5共晶合金的強度330

11.6共晶與材料加工335

11.7共晶體系中的非平衡凝固336

11.8納米線與共晶相圖337

小結339

術語340

習題341

附錄348

附錄A金屬的部分物理性能348

附錄B部分元素的原子半徑和離子半徑351

附錄C美國單位制和國際單位制轉換表353

附錄D物理性質355

附錄ESI詞頭355

附錄F力學常用單位356

部分習題答案357 ^[2]