普通高等教育“十一五”国家级规划教材·材料科学与工程学科教材系列：材料科学与工程基础

定　　价：49.8 元

• 作者：蔡珣 著
• 出版时间：2010/7/1
• ISBN：9787313065261
• 出 版 社：上海交通大学出版社

• 中图法分类：TB3 
• 页码：495
• 纸张：胶版纸
• 版次：1
• 开本：16K

内容简介

    《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·材料科学与工程学科教材系列：材料科学与工程基础》为普通高等教育“十一五”国家规划教材。《材料科学与工程基础》应高等院校“材料科学与工程”学科改革而生，将材料科学和材料加工的基础理论融为一体。全书共分10章，主要包括原子结构与键合，固体结构，晶体缺陷，固态扩散，相图，材料的制取，固态相变，材料加工成形的传热过程，材料加工成形的流动现象与力学基础，以及材料的变形机理和回复、再结晶。
    《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·材料科学与工程学科教材系列：材料科学与工程基础》为大材料专业基础课程教材，涵盖了金属材料、陶瓷材料和高分子材料，将科学性、先进性和实用性相结合，提高学生解决材料工程实际问题的能力。《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·材料科学与工程学科教材系列：材料科学与工程基础》更适合于按“材料科学与工程”一级学科进行人才培养和热加工材料专业的院校师生使用。也可以作为材料科学与工程研究人员与技术人员的参考用书。

编辑推荐

《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·材料科学与工程学科教材系列：材料科学与工程基础》为“材料科学与工程学科教材系列”丛书之一。上海交通大学出版社希冀以系列教材的出版革新带动专业教育紧跟科学发展和技术进步的形势。丛书编写、审阅人员汇集了全国重点高校众多知名专家学者，其中不乏德高望重的院士、长江学者等。丛书不仅涵盖材料科学与工程基础、材料热力学等基础课程教材，也包括材料强化、材料设计、结构表征等专业方向的教材。 《普通高等教育“十一五”国家级规划教材·材料科学与工程学科教材系列：材料科学与工程基础》作为普通高等教育十一五国家规划教材，力图担负起拓宽专业口径，加强专业基础的任务。在教学内容上既包括了材料科学，也包含了材料加工工程的主要基础理论知识，系将材料科学基础和材料加工原理融为一体的专业基础理论教材。

序 言

    根据教育部提出拓宽专业口径，按专业大类进行人才培养的基本思路和工997年国务院学位办颁发的新专业目录，材料类的专业设置不再按传统分为金属材料、陶瓷材料和高分子材料。目前，国内很多工科高等院校材料类专业均按“材料科学与工程”一级学科进行人才培养，与国际上“材料科学与工程”学科接轨。为适应材料类专业的教学内容和课程体系改革的需要，近年来，尽管国内相继出版了不少有关“材料科学基础”、“材料加工原理”等教材，然融合有关材料科学和材料加工的基础理论为一体的专业基础课程教材却较少。由于材料科学与工程是一个整体，材料科学是研究材料的成分／组织结构、制备加工工艺与性能之间相互关系的科学，而材料加工工程则在材料科学指导下赋予材料一定的外形尺寸和表面状态，并可控制和决定材料变成产品后的内部组织和性能，这就是所谓材料加工的“控形、控性”。何况，材料本身的结构与性能对材料加工过程有十分重要的影响，如共晶成分的合金，由于熔点低，流动性好，最适合于铸造成形；塑性成形对固态材料的变形能力有较高的要求，陶瓷等硬脆性材料就不适宜于塑性加工，而常用烧结成形。反过来，铸造、塑性成形、焊接等材料加工过程对材料的结构与性能又有直接的，甚至是决定性的影响。  因此，正如著名材料专家徐祖耀院士所说的“材料科学和材料加工工程两者是不可分的”。教育部为适应面向二十一世纪材料科学与工程学科的发展，从“材料科学与工程基础”一级学科人才培养出发，迫切需要相应的教材以解决教学之需，这就是编写“材料科学与工程基础”的出发点。
    本书在广泛征求材料科学与工程专业师生的要求和意见的前提下，在多年“材料科学基础”的教学实践的基础上，参阅了国内外有关书籍、文献，经三年的努力撰写而成。它作为普通高等教育“十一五”国家规划教材，力图担负起拓宽专业口径、加强专业基础的特殊任务。“材料科学与工程基础”全书共分工0章，主要包括以下四部分内容：①材料内部的微观结构；②材料成分、组织结构与性能之间的相互关系；③材料组织结构随化学成分、温度、载荷以及材料加工工艺变化的转变规律，并探讨在材料加工过程中改善材料组织与性能的途径和方法；④材料加工过程中的组织转变、温度场和应力场的变化以及缺陷的形成与控制，既包含了材料科学的主要基础理论知识，也包含了材料加工工程的主要基础理论知识。由于是大材料专业基础理论课程，本书编写时各部分内容特别注意尽量涵盖金属材料、陶瓷材料和高分子材料，突出材料共性化教学内容，着重于基本概念和基础理论，通常不涉及到具体的工艺方法，力求科学性、先进性和实用性的结合，以提高学生解决材料工程的实际问题的能力。

目 录

    第1章 原子结构与键合
    1.1 原子结构
    1.1.1 物质的组成
    1.1.2 原子的结构
    1.1.3 原子的电子结构
    1.1.4 元素周期表
    1.2 原子间的键合
    1.2.1 金属键
    1.2.2 离子键
    1.2.3 共价键
    1.2.4 范德华力
    1.2.5 氢键
    1.3 高分子链
    1.3.1 高分子链的近程结构
    1.3.2 高分子链的远程结构
    中英文主题词对照
    主要参考书目
    
    第2章 固体结构
    2.1 晶体学基础
    2.l.l空间点阵和晶胞
    2.1.2 晶向指数和晶面指数
    2.1 。3晶体的对称性
    2.1.4 极射投影
    2.1.5 倒易点阵
    2.2 金属的晶体结构
    2.2.l三种典型的金属晶体结构
    2.2.2 晶体的原子堆垛方式和间隙
    2.2.3 多晶型性
    2.3 合金相结构
    2.3.1 固溶体
    2.3.2 中间相
    2.4 离子晶体结构
    2.4.1 离子晶体的结构规则
    2.4.2 典型的离子晶体结构
    2.4.3 硅酸盐的晶体结构
    2.5 共价晶体结构
    2.6 聚合物的晶态结构
    2.6.1 聚合物的晶体形态
    2.6.2 聚合物晶态结构的模型
    2.6.3 聚合物晶体的晶胞结构
    2.7 准晶态结构
    2.7.1 一维准晶
    2.7.2 二维准晶
    2.7.3 二十面体准晶
    2.8 液晶态结构
    2.8.1 近晶型结构
    2.8.2 向列型结构
    2.8.3 胆甾型结构
    2.8.4 柱状型结构
    2.9 非晶态结构
    中英文主题词对照
    主要参考书目
    
    第3章 晶体缺陷
    3.1 点缺陷
    3.1.1 点缺陷的形成
    3.1.2 点缺陷的平衡浓度
    3.1.3 点缺陷的运动
    3.2 位错
    3.2.1 位错的基本类型和特征
    3.2.2 伯氏矢量
    3.2.3 位错的运动
    3.2.4 位错的弹性性质
    3.2.5 位错的生成和增殖
    3.2.6 实际晶体结构中的位错
    3.3 表面及界面
    3.3.1 外表面
    3.3.2 晶界和亚晶界
    3.3.3 孪晶界
    3.3.4 相界
    中英文主题词对照
    主要参考书目
    
    第4章 固态扩散
    4.1 扩散的基本定律
    4.1.1 菲克第一定律
    4.1.2 菲克第二定律
    4.1.3 扩散方程的解
    4.2 扩散的微观理论
    4.2.1 随机行走与扩散
    4.2.2 原子的跳跃和扩散系数
    4.3 扩散机制
    4.3.1 交换机制
    4.3.2 间隙机制
    4.3.3 空位机制与柯肯达尔效应
    4.3.4 晶界扩散及表面扩散
    4.3.5 位错扩散
    4.4 扩散的驱动力与上坡扩散
    4.5 反应扩散
    4.6 影响扩散的因素
    4.6.1 温度
    4.6.2 压力
    4.6.3 化学成分
    4.6.4 材料的结构
    4.6.5 晶体的缺陷
    4.6.6 应力的作用
    4.7 离子晶体中的扩散
    4.8 高分子材料中的扩散
    中英文主题词对照
    主要参考书目
    
    第5章 相图
    5.1 相图的热力学基础
    5.1.1 吉布斯自由能与成分的关系
    5.1.2 相平衡的公切线法则
    5.l.3 相图的几何热力学作图法
    5.2 相图的基本知识
    5.2.l 相图的建立
    5.2.2 相律
    5.2.3 杠杆定律
    5.2.4 相图的类型和结构
    5.3 单元相图
    5.4 二元相图
    5.4.1 二元匀晶相图
    5.4.2 二元共晶相图
    5.4.3 二元包晶相图
    5.4.4 复杂二元相图的分析方法
    5.4.5 Fe－C相图分析
    5.4.6 SiO2－A12O3相图分析
    5.5 三元相图
    5.5.1 三元相图的基础
    5.5.2 固态有限互溶的三元共晶相图
    5.5.3 包共晶型三元系相图
    5.5.4 具有四相平衡包晶转变的三元系相图
    5.5.5 三元相图实例
    5.5.6 三元相图小结
    5.6 相图计算
    中英文主题词对照
    主要参考书目
    
    第6章 材料的制取
    6.1 凝固
    6.1.1 凝固的热力学条件
    6.1.2 形核
    6.1.3 晶体长大
    6.1.4 结晶动力学及生长形态
    6.1.5 凝固后的晶粒大小
    6.1.6 合金的凝固
    6.1.7 铸锭宏观组织与缺陷
    6.2 烧结
    6.2.1 烧结驱动力
    6.2.2 烧结时的物质传递
    6.2.3 烧结技术
    6.2.4 影响烧结的因素
    6.3 高分子材料的合成
    6.3.l聚合反应的类别
    6.3.2 聚合反应的基本原理与特征
    6.3.3 聚合方法
    6.4 气相沉积
    ……
    第7章 固态相变
    第8章 材料加工成形的传热过程
    第9章 材料加工成形的流动现象与力学基础
    第10章 材料的变形机理和回复、再结晶
    元素周期表

文 摘

    相图的建立可以用实验方法，也可以用计算方法，前面所述的相图基本上都是通过实验测定的。尽管人类测定相图已有百余年历史，但是，材料品种繁多，新材料又层出不穷，已发表的相图资料严重不全，远不能满足现今材料快速发展的需求。何况，在实验测定相图过程中有的合金成分难以控制；有些则是组分熔点很高，使测定相图时要涉及高温技术；另外有一些则是体系难以达到相平衡，这都给实验技术带来很大困难。从实验工作量角度，按测定相图所需要的样品数目来说，如果二元系需要n个，则三元系一般需要n2个。若考虑的是多元系，测定相图的工作量是相当巨大的。由此看来，发展相图计算的方法很有必要。20世纪70年代以来，利用计算机绘制相图已经成为一个新的学科，被称为CALPHAD（Caleulation of Phase Dia-gram），即利用已知的n元相图来绘制（n+1）元相图。需指出的是对于组元数大于3的多元系，由于其相图难以几何表达，故常按需要来计算某确定成分体系在指定温度下的平衡成分，而不是计算整个相图。
    相图计算目前有两种方法，一是从头计算方法（ab-inito calctllation of phase diagram），即根据物质结构基本原理（基于第一性原理）计算出溶体吉布斯自由能的有关热力学参数，然后再通过热力学参数计算吉布斯自由能。它是从热力学参数一直到相图全部都通过计算来获得的方法。但由于体系中原子间交互作用的复杂性，用这种方法来计算相图还有待长时间的探索。另一种更常用的方法是通过实验测定或者根据一定模型从已测定的相图来提取吉布斯自由能表达式中的热力学参量，据此再计算相图。这种方法称为热力学和相图的计算机耦合法（the computer coupling of thermodynamics and phase diagrams）。目前所谓的相图计算一般指的就是这种办法。
    相图计算具体的做法是，根据热力学的定律及函数，结合体系的初始条件，以体系吉布斯自由能最小或以组元在各相中化学势相等作为依据，求平衡相成分以确定在一定的温度和压力下某组分体系的平衡状态和结构相。这里，若按体系吉布斯自由能最小作为依据来计算，这就是非线性最优化问题；若按组元在各相中化学势相等来计算，这就是求解非线性方程组的问题。解决这些非线性函数问题只能用数值计算方法，其运算工作量很大。随着计算机技术的快速发展，这类计算均可借助计算机来完成。因此，只要有足够的热力学数据和资料，从低组分体系的已知相图来推测高组分体系的未知相图在理论上和实际上均是可行的。