材料科学与工程基础/(美)小威廉.卡丽斯特

章  导言 /001 学习目标  /002 1.1  历史展望  /002 1.2  材料科学与工程  /002 1.3  为什么学习材料科学与工程？  /004 1.4  材料的分类  /004 重要材料—碳酸饮料容器  /008 1.5  先进材料  /009 1.6  现代材料需求  /010 1.7  工艺/结构/性能/应用间的相互关系  /011 总结  /013 参考文献  /014 习题  /014 第2章  原子结构与原子键 /015 学习目标  /016 2.1  概述  /016 原子结构  /016 2.2  基本概念  /016 2.3  原子中的电子  /017 2.4  元素周期表  /022 固体中的原子键  /023 2.5  键合力与键能  /023 2.6  原子间主价键  /025 2.7  次价键或范德华键  /028 重要材料—水（结冰后体积膨胀）  /030 2.8  分子  /031 总结  /031 参考文献  /033 习题  /033 工程基础问题  /035 第3章  金属和陶瓷的结构 /036 学习目标  /037 3.1  概述  /037 晶体结构  /037 3.2  基本概念  /037 3.3  晶胞  /038 3.4  金属晶体结构  /038 3.5  密度计算—金属  /043 3.6  陶瓷晶体结构  /043 3.7  密度计算—陶瓷  /048 3.8  硅酸盐陶瓷  /049 3.9  碳  /052 3.10  多晶型和同素异形体  /053 3.11  晶系  /053 重要材料—碳纳米管  /054 晶体点阵、晶向、晶面  /056 重要材料—锡（同素异形体转变）  /056 3.12  点坐标  /057 3.13  晶向  /058 3.14  晶面  /063 3.15  线密度和面密度  /067 3.16  密排晶体结构  /068 晶体和非晶材料  /070 3.17  单晶  /070 3.18  多晶材料  /071 3.19  各向异性  /072 3.20  X射线衍射：晶体结构的确定  /072 3.21  非晶固体  /076 总结  /078 参考文献  /081 习题  /082 工程基础问题  /088 第4章  高分子结构 /089 学习目标  /090 4.1  概述  /090 4.2  碳氢化合物分子  /090 4.3  聚合物分子  /092 4.4  高分子化学  /093 4.5  分子量  /097 4.6  分子形状  /099 4.7  分子结构  /100 4.8  分子构型  /101 4.9  热塑性和热固性聚合物  /104 4.10  共聚物  /105 4.11  聚合物的结晶度  /106 4.12  聚合物晶体  /109 总结  /110 参考文献  /113 习题  /113 工程基础问题  /116 第5章  固体缺陷 /117 学习目标  /118 5.1  概述  /118 点缺陷  /118 5.2  金属中的点缺陷  /118 5.3  陶瓷中的点缺陷  /120 5.4  固体中的杂质  /123 5.5  高分子中的点缺陷  /126 5.6  成分表述  /126 其他缺陷  /129 5.7  位错—线缺陷  /129 5.8  面缺陷  /132 5.9  体缺陷  /134 5.10  原子振动  /135 重要材料—催化剂（以及表面缺陷）  /135 显微组织观察  /136 5.11  显微镜基本概念  /136 5.12  显微技术  /137 5.13  晶粒尺寸测定  /140 总结  /142 参考文献  /146 习题  /146 设计问题  /150 工程基础问题  /150 第6章  扩散 /151 学习目标  /152 6.1  概述  /152 6.2  扩散机制  /153 6.3  稳态扩散  /154 6.4  非稳态扩散  /156 6.5  影响扩散的因素  /160 6.6  半导体材料中的扩散  /165 重要材料—集成电路互连铝线  /168 6.7  其他扩散路径  /169 6.8  离子化合物和聚合物中的扩散  /169 总结  /171 参考文献  /175 习题  /175 设计问题  /179 工程基础问题  /180 第7章  力学性能 /181 学习目标  /182 7.1  概述  /182 7.2  应力和应变概念  /183 弹性变形  /186 7.3  应力-应变行为  /186 7.4  滞弹性  /189 7.5  材料的弹性性能  /190 力学行为—金属  /192 7.6  拉伸性能  /193 7.7  真应力和真应变  /199 7.8  塑性变形后的弹性回复  /201 7.9  压缩、剪切、扭转变形  /202 力学行为—陶瓷  /202 7.10  弯曲强度  /202 7.11  弹性行为  /204 7.12  孔隙率对陶瓷力学性能的影响  /204 力学行为—高分子  /205 7.13  应力-应变行为  /205 7.14  宏观变形  /207 7.15  黏弹性  /208 硬度及其他力学性能  /212 7.16  硬度  /212 7.17  陶瓷材料的硬度  /217 7.18  高分子的撕裂强度与硬度  /218 物性多样性和设计/安全因素  /218 7.19  材料性能多样性  /218 7.20  设计/安全因素  /220 总结  /222 参考文献  /227 习题  /228 设计问题  /238 工程基础问题  /239 第8章  变形和强化机制 /241 学习目标  /242 8.1  概述  /242 金属的变形机制  /242 8.2  历史  /243 8.3  位错的基本概念  /243 8.4  位错的特征  /245 8.5  滑移系  /246 8.6  单晶体的滑移  /248 8.7  多晶体的塑性变形  /250 8.8  孪晶产生的变形  /252 金属的强化机制  /253 8.9  晶粒细化强化  /253 8.10  固溶强化  /254 8.11  应变强化  /256 回复、再结晶和晶粒长大  /259 8.12  回复  /259 8.13  再结晶  /259 8.14  晶粒长大  /263 陶瓷材料变形机制  /264 8.15  晶体陶瓷  /265 8.16  非晶陶瓷  /265 聚合物变形及增强机制  /266 8.17  半结晶聚合物的变形  /266 8.18  影响半结晶聚合物的力学 性能的因素  /269 重要材料—收缩包装聚合物薄膜  /271 8.19  弹性体的变形  /271 总结  /273 参考文献  /279 习题  /279 设计问题  /285 工程基础问题  /285 第9章  失效 /286 学习目标  /287 9.1  概述  /287 断裂  /288 9.2  断裂基础  /288 9.3  延性断裂  /288 断口研究  /289 9.4  脆性断裂  /290 9.5  断裂力学原理  /292 9.6  陶瓷的脆性断裂  /299 9.7  高分子的断裂  /302 9.8  断裂韧性测试  /304 疲劳  /308 9.9  交变应力  /308 9.10  S-N曲线  /310 9.11  高分子材料的疲劳  /312 9.12  裂纹的萌生与扩展  /312 9.13  影响疲劳寿命的因素  /314 9.14  环境因素  /316 蠕变  /317 9.15  广义蠕变行为  /317 9.16  应力和温度的影响  /318 9.17  数据外推法  /320 9.18  高温用合金  /321 9.19  陶瓷和高分子材料的蠕变  /321 总结  /322 参考文献  /325 习题  /326 设计问题  /331 工程基础问题  /332 0章  相图 /333 学习目标  /334 10.1  概述  /334 定义和基本概念  /334 10.2  溶解度极限  /335 10.3  相  /335 10.4  显微结构  /336 10.5  相平衡  /336 10.6  单组分（一元）相图  /337 二元相图  /338 10.7  二元匀晶系统  /338 10.8  相图分析  /340 10.9  匀晶合金显微组织演变  /343 10.10  匀晶合金的力学性能  /346 10.11  二元共晶系统  /347 重要材料—无铅钎料  /351 10.12  共晶合金显微组织演变  /352 10.13  存在中间相或化合物的平衡相图  /357 10.14  共析和包晶反应  /359 10.15  同成分相变  /360 10.16  陶瓷相图  /361 10.17  三元相图  /365 10.18  吉布斯相律  /365 铁-碳系统  /367 10.19  铁碳（Fe-Fe3C）相图  /367 10.20  铁碳合金显微组织演变  /369 10.21  其他合金元素的影响  /376 总结  /376 参考文献  /380 习题  /380 工程基础问题  /388 1章  相变 /389 学习目标  /390 11.1  概述  /390 金属中的相变  /390 11.2  基本概念  /391 11.3  相变动力学  /391 11.4  亚稳态与平衡态  /400 铁-碳合金中显微结构与性能的改变  /400 11.5  等温转变图  /401 11.6  连续冷却转变图  /409 11.7  铁-碳合金的力学行为  /412 11.8  回火马氏体  /416 11.9  铁-碳合金的相变及力学性能的回顾  /418 重要材料—形状记忆合金  /419 沉淀硬化  /421 11.10  热处理  /422 11.11  硬化机制  /423 11.12  其他说明  /425 高分子中的结晶、熔化和玻璃化转变现象  /426 11.13  结晶  /426 11.14  熔化  /427 11.15  玻璃化转变  /427 11.16  熔化温度和玻璃化温度  /427 11.17  熔化温度和玻璃化温度的影响因素  /428 总结  /430 参考文献  /435 习题  /436 设计问题  /441 工程基础问题  /442 2章  电学性能 /443 学习目标  /444 12.1  概述  /444 电导  /444 12.2  欧姆定律  /444 12.3  电导率  /445 12.4  电子和离子导电  /446 12.5  固体能带结构  /446 12.6  能带传导与原子成键模型  /448 12.7  电子迁移率  /450 12.8  金属的电阻率  /450 12.9  工业合金的电学特性  /453 重要材料—铝电导线  /453 半导电性  /455 12.10  本征半导体  /455 12.11  杂质半导体  /457 12.12  温度对载流子浓度的影响  /460 12.13  影响载流子迁移率的因素  /462 12.14  霍尔效应  /465 12.15  半导体器件  /467 离子型陶瓷和聚合物的电导  /472 12.16  离子型材料的电导  /472 12.17  聚合物的电学性能  /473 介电性能  /474 12.18  电容器  /474 12.19  场矢量和极化  /475 12.20  极化类型  /478 12.21  与频率相关的相对介电常数  /480 12.22  介电强度  /481 12.23  介电材料  /481 材料的其他电学特性  /481 12.24  铁电性  /481 12.25  压电性  /482 总结  /483 参考文献  /489 习题  /490 设计问题  /495 工程基础问题  /496 3章  材料类型及其应用 /497 学习目标  /498 13.1  概述  /498 金属合金的类型  /498 13.2  铁合金  /498 13.3  非铁金属及其合金  /509 重要材料—欧元硬币所用的金属合金  /517 陶瓷的种类  /518 13.4  玻璃  /518 13.5  玻璃陶瓷  /519 13.6  黏土制品  /520 13.7  耐火材料  /521 13.8  磨料  /523 13.9  水泥  /523 13.10  先进陶瓷  /524 重要材料—压电陶瓷  /526 13.11  金刚石和石墨  /527 聚合物的类型  /528 13.12  塑料  /528 重要材料—酚醛台球  /531 13.13  橡胶  /531 13.14  纤维  /533 13.15  其他应用  /533 13.16  先进高分子材料  /535 总结  /538 参考文献  /541 习题  /542 设计问题  /543 工程基础问题  /544 4章  材料的合成、制备和加工 /545 学习目标  /546 14.1  概述  /546 金属的制备  /546 14.2  成型加工  /547 14.3  铸造  /548 14.4  其他技术  /549 金属的热加工  /551 14.5  退火工艺  /551 14.6  钢的热处理  /553 陶瓷材料制造  /561 14.7  玻璃和玻璃陶瓷的制造与加工  /562 14.8  黏土制品的制造与加工  /566 14.9  粉末压制  /570 14.10  流延成型  /572 聚合物的合成与加工  /573 14.11  聚合反应  /573 14.12  聚合物添加剂  /575 14.13  塑料成型技术  /576 14.14  橡胶的成型  /579 14.15  纤维和薄膜的成型  /579 总结  /580 参考文献  /585 习题  /586 设计问题  /588 工程基础问题  /589 5章  复合材料 /590 学习目标  /591 15.1  概述  /591 颗粒增强复合材料  /593 15.2  大颗粒复合材料  /593 15.3  弥散增强复合材料  /596 纤维增强复合材料  /597 15.4  纤维长度的影响  /597 15.5  纤维取向和浓度的影响  /598 15.6  纤维相  /606 15.7  基体相  /607 15.8  聚合物基复合材料  /608 15.9  金属基复合材料  /613 15.10  陶瓷基复合材料  /614 15.11  碳/碳复合材料  /615 15.12  混杂复合材料  /616 15.13  纤维增强复合材料的加工  /616 结构复合材料  /618 15.14  层状复合材料  /619 15.15  夹芯板  /619 重要材料—纳米复合涂层  /620 总结  /621 参考文献  /624 习题  /624 设计问题  /628 工程基础问题  /629 6章  材料腐蚀和降解 /630 学习目标  /631 16.1  概述  /631 金属的腐蚀  /631 16.2  电化学因素  /632 16.3  腐蚀速率  /638 16.4  腐蚀速率预测  /639 16.5  钝化  /645 16.6  环境影响  /646 16.7  腐蚀形式  /646 16.8  腐蚀环境  /653 16.9  腐蚀防护  /654 16.10  氧化  /656 陶瓷材料的腐蚀  /659 聚合物的降解  /659 16.11  溶胀和溶解  /659 16.12  键断裂  /661 16.13  风化  /662 总结  /663 参考文献  /666 习题  /666 设计问题  /670 工程基础问题  /670 7章  热学性能 /671 学习目标  /672 17.1  概述  /672 17.2  热容  /672 17.3  热膨胀  /675 重要材料—因瓦和其他低膨胀系数合金  /677 17.4  热导率  /678 17.5  热应力  /681 总结  /682 参考文献  /684 习题  /684 设计问题  /686 工程基础问题  /687 8章  磁学性能 /688 学习目标  /689 18.1  概述  /689 18.2  基本概念  /689 18.3  反磁性和顺磁性  /692 18.4  铁磁性  /694 18.5  反铁磁性和亚铁磁性  /695 18.6  温度对磁性行为的影响  /698 18.7  磁畴和磁滞现象  /699 18.8  磁各向异性  /702 18.9  软磁材料  /703 重要材料—用于变压器铁芯的铁–硅合金  /704 18.10  硬磁材料  /705 18.11  磁存储器  /707 18.12  超导现象  /710 总结  /713 参考文献  /715 习题  /716 设计例题  /719 工程基础问题  /719 9章  光学性能 /720 学习目标  /721 19.1  概述  /721 基本概念  /721 19.2  电磁辐射  /721 19.3  光与固体间的相互作用  /723 19.4  原子和电子间的相互作用  /724 金属材料的光学性质  /725 非金属材料的光学性质  /726 19.5  折射  /726 19.6  反射  /727 19.7  吸收  /728 19.8  透射  /731 19.9  颜色  /731 19.10  绝缘体中的不透明和半透明  /733 光学现象的应用  /733 19.11  发光  /733 19.12  光电导  /734 重要材料—发光二极管  /734 19.13  激光  /736 19.14  光纤通信  /740 总结  /742 参考文献  /745 习题  /745 设计问题  /747 工程基础问题  /747 第20章  材料科学与工程学科 中涉及的经济、环境 及社会问题 /748 学习目标  /749 20.1  概述  /749 经济因素  /749 20.2  组件设计  /750 20.3  材料  /750 20.4  制造技术  /750 环境和社会因素  /751 20.5  材料科学与工程中的回收问题  /753 重要材料—生物可降解的和可生物再生的高分子材料/塑胶材料  /755 总结  /758 参考文献  /758 设计问题  /759 附录A  国际单位制（SI） /760 附录B  部分工程材料的性能 /762 附录C  部分工程材料的成本和相对成本 /797 附录D  常见聚合物的重复单元结构 /803 附录E  常见聚合物玻璃化转变温度和熔点 /807