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第1章 简介2

1.1 历史观点2

1.2 材料科学与工程3

1.3 为何要研读材料科学与工程？4

1.4 材料的分类5

1.5 先进材料10

1.6 现代材料的需求13

总结14

本章习题14

第2章 原子结构与原子间的键结16

2.1 简介16

原子结构16

2.2 基本概念16

2.3 原子中的电子18

2.4 周期表24

固体中的原子键结26

2.5 键结力与键结能26

2.6 主要的原子间键结28

2.7 次要键结或凡得瓦键32

2.8 分子33

总结34

方程式摘要34

本章习题35

第3章 结晶固体的结构38

3.1 简介38

晶体结构39

3.2 基本概念39

3.3 单位晶胞39

3.4 金属的晶体结构40

3.5 密度计算45

3.6 多形体和同素异形体46

3.7 晶体系统46

晶体学的点、方向和平面48

3.8 点座标48

3.9 结晶方向50

3.10 结晶平面57

3.11 线和平面密度62

3.12 紧密堆积的晶体结构63

结晶与非晶材料65

3.13 单晶65

3.14 多晶材料66

3.15 异向性66

3.16 X光绕射：晶体结构的测定68

3.17 非结晶固体73

总结74

方程式摘要75

本章习题76

第4章 固体中之缺陷82

4.1 简介82

点缺陷83

4.2 空位和自填隙83

4.3 固体中的杂质84

4.4 组成之规格86

各种缺陷90

4.5 差排-线缺陷90

4.6 界面缺陷94

4.7 体缺陷97

4.8 原子的振动97

微观的检视98

4.9 微镜学的基本概念98

4.10 显微技术99

4.11 晶粒大小之测定102

总结105

方程式摘要106

本章习题107

第5章 扩散110

5.1 简介110

5.2 扩散机制111

5.3 稳态扩散113

5.4 非稳态扩散115

5.5 影响扩散的因素119

5.6 半导体材料中的扩散123

5.7 其他扩散路径126

总结126

方程式摘要127

本章习题127

第6章 金属的机械性质132

6.1 简介132

6.2 应力和应变的观念133

弹性变形137

6.3 应力-应变行为137

6.4 滞弹性140

6.5 材料的弹性140

塑性变形143

6.6 拉伸性质144

6.7 真实应力和应变150

6.8 塑性变形后的弹性回复153

6.9 压缩、剪力和扭转变形153

6.10 硬度154

性质变异和设计／安全因子160

6.11 材料性质的变异160

6.12 设计／安全因子162

总结163

方程式摘要165

本章习题165

第7章 差排与强化机制172

7.1 简介172

差排与塑性变形173

7.2 基本概念173

7.3 差排之特性175

7.4 滑移系统177

7.5 单晶中的滑移178

7.6 多晶材料之塑性变形181

7.7 双晶变形183

金属之强化机制185

7.8 藉由晶粒尺寸减小之强化（细晶强化）185

7.9 固溶强化187

7.10 应变硬化188

回复、再结晶与晶粒成长191

7.11 回复192

7.12 再结晶192

7.13 晶粒成长196

总结197

方程式摘要198

本章习题199

第8章 破损204

8.1 简介204

破裂205

8.2 破裂的基本原理205

8.3 延性破裂206

8.4 脆性破裂208

8.5 破裂力学原理211

8.6 破裂韧性试验216

疲劳221

8.7 循环应力222

8.8 S-N曲线223

8.9 裂缝起始和扩展226

8.10 影响疲劳寿命的因素228

8.11 环境效应230

潜变231

8.12 综合潜变行为231

8.13 应力和温度的影响233

8.14 数据外插法235

8.15 高温用之合金236

总结236

方程式摘要239

本章习题239

第9章 相图246

9.1 简介246

定义和基本概念247

9.2 溶解度247

9.3 相248

9.4 显微结构249

9.5 相平衡249

9.6 单成分（一元）相图系统250

二元相图251

9.7 二元同形系统252

9.8 相图之解说254

9.9 多形合金中显微结构的发展258

9.10 多形合金之机械性质261

9.11 二元共晶系统262

9.12 共晶合金显微结构的发展267

9.13 具有中间相或化合物的平衡图274

9.14 共析和包晶反应276

9.15 等组成相变化277

9.16 陶瓷和三元相图278

9.17 吉伯斯相律278

铁-碳系统280

9.18 铁-碳化铁（Fe-Fe3C）相图281

9.19 铁-碳合金中显微结构的发展284

9.20 其他合金元素的影响291

总结292

方程式摘要294

本章习题295

第10章 相变化：显微结构的发展与机械性质的变化302

10.1 简介302

相变化303

10.2 基本概念303

10.3 相变化之动力学303

10.4 介稳与平衡态314

铁-碳合金中显微结构与性质的改变315

10.5 恒温相变化图315

10.6 连续冷却相变化图325

10.7 铁-碳合金之机械行为329

10.8 回火麻田散铁333

10.9 铁-碳合金相变化与机械性质的评论336

总结337

方程式摘要338

本章习题339

第11章 金属合金的应用与加工344

11.1 简介344

金属合金的类型345

11.2 铁合金345

11.3 非铁合金358

金属之制造368

11.4 成型操作368

11.5 铸造370

11.6 其他不同的技术372

金属之热制程373

11.7 退火制程374

11.8 钢之热处理377

11.9 析出硬化387

总结392

本章习题393

第12章 陶瓷的结构与性质396

12.1 简介396

陶瓷的结构397

12.2 晶体结构397

12.3 矽酸盐陶瓷407

12.4 碳411

12.5 陶瓷中的缺陷414

12.6 离子材料中的扩散418

12.7 陶瓷的相图419

机械性质423

12.8 陶瓷的脆裂423

12.9 应力-应变行为428

12.10 塑性变形机制430

12.11 各种机械上的考量432

总结434

方程式摘要436

本章习题436

第13章 陶瓷的应用与加工442

13.1 简介442

陶瓷的种类和应用443

13.2 玻璃443

13.3 玻璃陶瓷444

13.4 黏土产品445

13.5 耐火物445

13.6 研磨料448

13.7 水泥449

13.8 先进陶瓷450

陶瓷的制作与加工452

13.9 玻璃和玻璃陶瓷的制作与加工453

13.10 黏土产品的制作与加工458

13.11 粉末压制463

13.12 带状铸造465

总结466

本章习题467

第14章 聚合物结构470

14.1 简介470

14.2 碳氢化合物分子471

14.3 聚合物分子473

14.4 聚合物分子的化性474

14.5 分子量478

14.6 分子形状481

14.7 分子结构483

14.8 分子组态484

14.9 热塑性和热固性聚合物488

14.10 共聚物489

14.11 聚合物结晶度491

14.12 聚合物晶体493

14.13 聚合物中的缺陷496

14.14 聚合物材料中的扩散497

总结499

方程式摘要500

本章习题501

第15章 聚合物的特性、应用与加工506

15.1 简介506

聚合物的机械行为507

15.2 应力-应变行为507

15.3 巨观变形509

15.4 黏弹性变形509

15.5 聚合物的破裂514

15.6 各种机械特性515

聚合物变形及强化机制517

15.7 半晶聚合物的变形517

15.8 影响半晶聚合物机械性质的因素519

15.9 弹性体的变形523

聚合物的结晶化、熔化及玻璃转化现象525

15.10 结晶化525

15.11 熔化526

15.12 玻璃转化527

15.13 熔点及玻璃转化温度527

15.14 影响熔点及玻璃转化温度的因素528

聚合物类型530

15.15 塑胶530

15.16 弹性体533

15.17 纤维534

15.18 各种不同的应用535

15.19 先进的聚合物材料537

聚合物的合成与加工541

15.20 聚合化541

15.21 聚合物添加物543

15.22 塑胶成型技术545

15.23 弹性体的制造548

15.24 纤维及薄膜的制造548

总结550

方程式摘要552

本章习题552

第16章 复合物558

16.1 简介558

颗粒强化复合物560

16.2 大颗粒复合物561

16.3 分散强化复合物565

纤维强化复合物565

16.4 纤维长度的影响566

16.5 纤维排列方向及浓度的影响567

16.6 纤维相576

16.7 基材相577

16.8 聚合物基复合物578

16.9 金属基复合物582

16.10 陶瓷基复合物584

16.11 碳-碳复合物585

16.12 混成复合物586

16.13 纤维强化复合物之加工586

结构性复合物589

16.14 积层复合物589

16.15 夹层板590

总结591

方程式摘要593

本章习题594

第17章 材料之腐蚀与劣化598

17.1 简介598

金属的腐蚀599

17.2 电化学的考量599

17.3 腐蚀速率608

17.4 腐蚀速率之预测609

17.5 钝化617

17.6 环境效应618

17.7 腐蚀的形式619

17.8 腐蚀环境627

17.9 腐蚀防制628

17.10 氧化630

陶瓷材料的腐蚀633

聚合物的劣化634

17.11 膨胀和溶解634

17.12 键结破断636

17.13 风化作用638

总结638

方程式摘要640

本章习题640

第18章 电性质644

18.1 简介644

电的传导645

18.2 欧姆定律645

18.3 电导率646

18.4 电子和离子的电传导646

18.5 固体中的能带结构647

18.6 能带传导及原子键结模式650

18.7 电子迁移652

18.8 金属的电阻率653

18.9 商用合金的电特性655

半导体656

18.10 本质半导体656

18.11 外质半导体659

18.12 载体浓度的温度相依性664

18.13 影响载体迁移率之因素665

18.14 霍尔效应668

18.15 半导体元件670

离子陶瓷和聚合物中的导电性676

18.16 离子材料中之电导677

18.17 聚合物之电性质677

介电行为678

18.18 电容679

18.19 电场向量和极化681

18.20 极化的种类684

18.21 介电常数的频率相依性686

18.22 介电强度687

18.23 介电材料687

材料的其他电性688

18.24 铁电性688

18.25 压电性689

总结690

方程式摘要692

本章习题693

第19章 热性质698

19.1 简介698

19.2 热容量698

19.3 热膨胀702

19.4 热导率704

19.5 热应力707

总结710

方程式摘要710

本章习题711

第20章 磁性质714

20.1 简介714

20.2 基本概念714

20.3 反磁性和顺磁性718

20.4 铁磁性720

20.5 反铁磁性和亚铁磁性721

20.6 温度对磁行为之影响725

20.7 磁域和磁滞725

20.8 磁异向性729

20.9 软磁材料730

20.10 硬磁材料732

20.11 磁性储存735

20.12 超导性738

总结742

方程式摘要743

本章习题744

第21章 光学性质748

21.1 简介748

基本概念748

21.2 电磁辐射748

21.3 光和固体的交互作用750

21.4 原子和电子的交互作用751

金属的光学性质752

非金属的光学性质753

21.5 折射754

21.6 反射755

21.7 吸收756

21.8 透射759

21.9 颜色760

21.10 绝缘体中的不透明和半透明761

光学现象的应用762

21.11 发光762

21.12 光电导性763

21.13 雷射763

21.14 通信用的光纤768

总结771

方程式摘要772

本章习题773

第22章 在材料科学与工程中的经济、环境和社会问题776

22.1 简介776

经济考量777

22.2 组件设计777

22.3 材料778

22.4 制造技术778

环境和社会考量778

22.5 材料科学与工程中的回收议题781

总结785

附录A国际单位系统（SI）787

附录B常用工程材料的重要性质789

附录C常用工程材料的价格与相对价格823

附录D常见高分子之聚单体结构829

附录E常见聚合物材料的玻璃转化和熔融温度表833

名词解释835

部分习题解答859

英中文索引865