材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)

前言

　　由WilliamF.Smith和Javad-Iashemi編寫的《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》（FoundationsofMaterialsScienceandEngineering）第5版于2009年由McGraw_Hill，Inc.出版。2006年機(jī)械工業(yè)出版社曾影印出版該書的第4版。西安交通大學(xué)石德珂教授撰寫了極富指導(dǎo)性的影印前言。石教授的觀點(diǎn)對(duì)于第5版仍然適用，在此不再重復(fù)。　　WilliamF.Smith是佛羅里達(dá)大學(xué)機(jī)械和航空航天工程系的工程學(xué)教授，曾在加利福尼亞州和佛羅里達(dá)州擔(dān)任注冊(cè)職業(yè)工程師，教授本科生和研究生的材料科學(xué)與工程課程，并長(zhǎng)年不懈地積極從事教材的編寫。作者的學(xué)識(shí)和經(jīng)歷，特別是注冊(cè)職業(yè)工程師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，再加上教材的多次再版改進(jìn)，保證了本書的水平和質(zhì)量?！　”緯诒３帧耙詫W(xué)生為朋友”的寫作風(fēng)格和密切聯(lián)系工業(yè)應(yīng)用的特色之外，至始至終廣泛引入現(xiàn)代材料科學(xué)的前沿課題，使學(xué)生開闊眼界，緊跟潮流。與第4版相比，本書在教授方式、習(xí)題編排、多媒體運(yùn)用等方面都有較大的改進(jìn)?！　‰S著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、新工程領(lǐng)域的發(fā)展，以及工程專業(yè)的變化，今天的工程師必須在與材料相關(guān)的領(lǐng)域具備更深入、更廣闊、更時(shí)新的知識(shí)。至少，所有工科大學(xué)生都必須掌握有關(guān)各類工程材料的結(jié)構(gòu)、性能、加工、應(yīng)用等方面的基礎(chǔ)知識(shí)。這是在每天常規(guī)的工程實(shí)際中對(duì)材料做出正確選擇的至關(guān)重要的一步。同樣，對(duì)這些知識(shí)的更深入理解，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者、事故（材料失效）的分析者、研發(fā)工程師和科學(xué)家都是必不可少的?！　∫虼?，為培養(yǎng)未來的材料工程師和科學(xué)家，《材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)》在兼顧適當(dāng)?shù)膹V度和深度兩方面的前提下，力求呈現(xiàn)更加廣泛的內(nèi)容。本書在內(nèi)容設(shè)置上照顧到材料科學(xué)概念（基礎(chǔ)知識(shí)）和材料工程（應(yīng)用知識(shí)）的相對(duì)均衡?；A(chǔ)和應(yīng)用概念藉由多種環(huán)節(jié)和手段集中呈現(xiàn)在讀者面前，其中包括：簡(jiǎn)明的課文解釋、貼切而引人注目的圖像、詳盡的試樣分析、電子輔助系統(tǒng)和課外作業(yè)等。因此，本教科書既適用于材料概論課程（大學(xué)二年級(jí)以前），又適用于更高年級(jí)（三、四年級(jí)）后續(xù)的材料科學(xué)與工程課程。最后需要指出的是，第5版及其輔助資源是按照滿足不同學(xué)生的各種學(xué)習(xí)風(fēng)格而設(shè)計(jì)的。眾所周知，現(xiàn)在的大學(xué)生并非是按同一手段和借助同一種工具來學(xué)習(xí)的?！　〉?版的改進(jìn)主要包括下述幾個(gè)方面：　　1.關(guān)于原子結(jié)構(gòu)和結(jié)合鍵的第2章被重新改寫。新的描述建立在對(duì)原子結(jié)構(gòu)、結(jié)合鍵及二者對(duì)材料性質(zhì)和行為影響的最新理解的基礎(chǔ)之上。其結(jié)果，內(nèi)容更精確、更新穎。一些重要的改進(jìn)包括：①對(duì)該領(lǐng)域的關(guān)鍵進(jìn)展給出一個(gè)簡(jiǎn)明而有意思的歷史透視，這會(huì)使教師和學(xué)生雙方易于接受，②對(duì)多電子原子的結(jié)合鍵概念作了更詳盡的討論；③給出晶格能的概念；④對(duì)結(jié)合鍵類型與材料性能之間的關(guān)系作了更詳盡的討論；⑤增加了新的例題和課外作業(yè)?！　?.納米技術(shù)的論題已包括在各個(gè)相關(guān)章節(jié)中。這些論題包括納米尺度特征（例如，納米晶粒尺寸）材料的研究，研究納米尺度特征所需要的儀器、制造技術(shù)以及納米尺度特征材料的性能等?！　?.每章后面的習(xí)題已由教師按照學(xué)生學(xué)習(xí)、理解的水平作了分類。

內(nèi)容概要

　　《時(shí)代教育·國(guó)外高校優(yōu)秀教材精選：材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)（英文版）（原書第5版）》在保持“以學(xué)生為朋友”的寫作風(fēng)格和密切聯(lián)系工業(yè)應(yīng)用的特色外，廣泛引入現(xiàn)代材料科學(xué)的前沿課題，使學(xué)生開闊眼界，緊跟潮流，具有很好的時(shí)效性。相對(duì)第4版，《時(shí)代教育·國(guó)外高校優(yōu)秀教材精選：材料科學(xué)與工程基礎(chǔ)（英文版）（原書第5版）》有如下改進(jìn)：　　1．結(jié)合對(duì)原子結(jié)構(gòu)．結(jié)合鍵及二者對(duì)材料性質(zhì)和行為影響的最新理解，作者對(duì)原子結(jié)構(gòu)和結(jié)合鍵部分進(jìn)行了改寫，使得內(nèi)容更精確生動(dòng)、更新穎?！　?．納米技術(shù)的知識(shí)和應(yīng)用也包括在各個(gè)相關(guān)章節(jié)中，包括納米尺度特征材料的性能、研究納米尺度特征所需的儀器以及制造技術(shù)等?！　?．對(duì)于每一章，都開發(fā)引入了新的問題，且屬于綜合和評(píng)價(jià)性問題，可以幫助教師更有效地訓(xùn)練學(xué)生，使其成為更富理解力的工程師和科學(xué)家?！　?．提供教師用的PPT教案，包含技術(shù)視頻文件類、解題輔導(dǎo)以及虛擬的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，需填寫教師反饋表向McGraw—Hill公司索取。

書籍目錄

出版說明第5版 影印前言第4版 影印前言Perface第1章 材料科學(xué)與工程引論1.1 材料與工程1.2 材料科學(xué)與工程1.3 材料的種類1.3.1 金屬材料1.3.2 聚合物材料1.3.3 陶瓷材料1.3.4 復(fù)合材料1.3.5 電子材料1.4 材料間的競(jìng)爭(zhēng)1.5 材料科學(xué)與技術(shù)的最新進(jìn)展和未來趨勢(shì)1.5.1 智能材料1.5.2 納米材料1.6 材料設(shè)計(jì)與選擇1.7 第1章小結(jié)1.8 定義1.9 習(xí)題第2章 原子結(jié)構(gòu)與鍵合2.1 原子結(jié)構(gòu)和亞原子粒子2.2 原子序數(shù)、質(zhì)量數(shù)和相對(duì)原子質(zhì)量2.3 原子的電子結(jié)構(gòu)2.3.1 普朗克量子理論和電磁輻射2.3.2 氫原子的玻爾理論2.3.3 不確定原理和薛定諤波函數(shù)2.3.4 量子數(shù)、能級(jí)和原子軌道2.3.5 多電子原子的能態(tài)2.3.6 量子力學(xué)模型和元素周期表2.4 原子尺寸、離化能和電子親合力的周期性變化2.4.1 原子尺寸的變化趨勢(shì)2.4.2 離化能的變化趨勢(shì)2.4.3 電子親和力的變化趨勢(shì)2.4.4 金屬、類金屬和非金屬2.5 一次鍵2.5.1 離子鍵2.5.2 共價(jià)鍵2.5.3 金屬鍵2.5.4 混合鍵2.6 二次鍵2.7第2章 小結(jié)2.8 定義2.9 習(xí)題第3章 材料中的晶體結(jié)構(gòu)和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)3.1 空間點(diǎn)陣和晶胞3.2 晶系與布拉菲點(diǎn)陣3.3 主要的金屬晶體結(jié)構(gòu)3.3.1 體心立方（BCC）晶體結(jié)構(gòu)3.3.2 面心立方（FCC）晶體結(jié)構(gòu)3.3.3 密排六方（HCP）晶體結(jié)構(gòu)3.4 立方晶胞中的原子位置3.5 立方晶胞中的晶向3.6 立方晶胞中晶面的米勒指數(shù)3.7 密排六方晶體結(jié)構(gòu)中的晶面和晶向3.7.1 HCP晶胞中的晶面指數(shù)3.7.2 HCP晶胞中的晶向指數(shù)3.8 FCC、HCP和BCC晶體結(jié)構(gòu)的比較3.8.1 FCC和HCP晶體結(jié)構(gòu)3.8.2 晶體結(jié)構(gòu)3.9 體密度、面密度以及線密度的晶胞計(jì)算3.9.1 體密度3.9.2 面密度3.9.3 線密度3.10 多晶型或同素異構(gòu)3.11 晶體結(jié)構(gòu)分析3.11.1 X光源3.11.2 X光衍射3.11.3 晶體結(jié)構(gòu)的X光衍射分析3.12 非晶態(tài)材料3.13第3章小結(jié)3.14定義3.15習(xí)題第4章 凝固和晶體缺陷4.1 金屬的凝固4.1.1 液態(tài)金屬中穩(wěn)定晶核的形成4.1.2 液態(tài)金屬中晶體生長(zhǎng)與晶粒結(jié)構(gòu)的形成4.1.3 工業(yè)鑄件中的晶粒結(jié)構(gòu)4.2 單晶體的凝固4.3 金屬固溶體4.3.1 置換式固溶體4.3.2 間隙式固溶體4.4 晶體缺陷4.4.1 點(diǎn)缺陷4.4.2 線缺陷（位錯(cuò)）4.4.3 面缺陷4.4.4 體缺陷4.5 鑒別微觀結(jié)構(gòu)和缺陷的實(shí)驗(yàn)技術(shù)4.5.1 光學(xué)金相、ASRM晶粒尺寸和晶粒直徑的確定4.5.2 掃描電子顯微鏡（SEM）4.5.3 透射電子顯微鏡（’rEM）4.5.4 高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）4.4.5 掃描探針顯微鏡和原子分辨率4.6第4章 小結(jié)4.7 定義4.8 習(xí)題第5章 熱激活過程和固體中的擴(kuò)散5.1 固體中的速率過程5.2 固體中的原子擴(kuò)散5.2.1 固體中的擴(kuò)散概述5.2.2 擴(kuò)散機(jī)制5.2.3 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散5.2.4 非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散5.3 擴(kuò)散過程的工業(yè)應(yīng)用5.3.1 氣體滲碳使鋼鐵表面硬化5.3.2 集成電路用硅晶圓的雜質(zhì)擴(kuò)散5.4 溫度對(duì)固體擴(kuò)散的影響5.5第5章小結(jié)5.6 定義5.7 習(xí)題第6章 金屬的力學(xué)性能（I）6.1 金屬與合金的成形加工6.1.1 金屬和合金的鑄造6.1.2 金屬和合金的熱軋和冷軋6.1.3 金屬和合金的擠壓6.1.4 鍛造6.1.5 其他的金屬成形工藝6.2 金屬材料中的應(yīng)力和應(yīng)變6.2.1 彈性變形和塑性變形6.2.2 工程應(yīng)力和工程應(yīng)變6.2.3 泊松比6.2.4 切應(yīng)力與切應(yīng)變6.3 拉伸試驗(yàn)和工程應(yīng)力一應(yīng)變圖6.3.1 由拉伸試驗(yàn)和工程應(yīng)力一應(yīng)變圖獲得的力學(xué)性能數(shù)據(jù)6.3.2 部分合金的工程應(yīng)力一應(yīng)變曲線的比較6.3.3 真應(yīng)力和真應(yīng)變6.4 硬度與硬度測(cè)試6.5 金屬單晶體的塑性形變6.5.1 金屬晶體表面的滑移帶與滑移線6.5.2 金屬晶體由滑移機(jī)制造成的塑性形變6.5.3 滑移系統(tǒng)6.5.4 金屬單晶體的臨界切應(yīng)力6.5.5 施密特定律6.5.6 孿生6.6 多晶金屬的塑性形變6.6.1 晶界對(duì)金屬強(qiáng)度的影響6.6.2 塑性形變對(duì)晶粒形狀和位錯(cuò)分布的影響6.6.3 冷塑性形變對(duì)金屬強(qiáng)度增加的影響6.7 金屬的固溶強(qiáng)化6.8 塑性形變金屬的回復(fù)和再結(jié)晶6.8.1 深冷加工金屬再加熱之前的結(jié)構(gòu)6.8.2 回復(fù)6.8.3 再結(jié)晶6.9 金屬中的超塑性6.10納米晶金屬6.116.12定義6.13習(xí)題第7章 金屬的力學(xué)性能（Ⅱ）7.1 金屬的斷裂7.1.1 韌性斷裂7.1 _2脆性斷裂7.1.3 韌度和沖擊試驗(yàn)7.1.4 韌性一脆性轉(zhuǎn)變溫度：7.1.5 斷裂韌度7.2 金屬的疲勞7.2.1 周期應(yīng)力7.2.2 韌性金屬在疲勞過程中發(fā)生的基本結(jié)構(gòu)變化7.2.3 影響金屬疲勞強(qiáng)度的幾個(gè)主要因素7.3 疲勞裂紋擴(kuò)展速率7.3.1 疲勞裂紋擴(kuò)展與應(yīng)力、裂紋長(zhǎng)度的關(guān)系7.3.2 疲勞裂紋擴(kuò)展速率與應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍作圖7.3.3 疲勞壽命計(jì)算7.4 金屬的蠕變和應(yīng)力斷裂7.4.1 金屬的蠕變7.4.2 蠕變?cè)囼?yàn)7.4.3 蠕變一斷裂試驗(yàn)7.5 小結(jié)7.6 定義7.7 習(xí)題第8章 相圖8.1 純物質(zhì)的相圖8.2 吉布斯相律8.3 冷卻曲線8.4 二元?jiǎng)蚓Ш辖鹣到y(tǒng)8.5 杠桿定律8.6 合金的非平衡凝固8.7 二元共晶合金系統(tǒng)8.8 二元包晶合金系統(tǒng)8.9 二元偏晶系統(tǒng)8.10不變反應(yīng)8.11有中間相和中間化合物的相圖8.12三元相圖8.13小結(jié)8.14定義8.15習(xí)題第9章 工程合金9.1 鐵和鋼的生產(chǎn)9.1.1 高爐中的生鐵生產(chǎn)9.1.2 煉鋼和主要鋼鐵產(chǎn)品形式的加工9.2 鐵一碳系統(tǒng)9.2.1 鐵一鐵一碳化物相圖9.2.2 Fe-Fe3C相圖中的固相9.2.3 Fe_Fe3C相圖中的不變反應(yīng)9.2.4 碳素鋼的緩慢冷卻9.3 普通碳素鋼的熱處理9.3.1 馬氏體9.3.2 奧氏體的等溫分解9.3.3 共析碳素鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線9.3.4 碳素鋼的退火與正火9.3.5 碳素鋼的回火9.3.6 碳素鋼的分類與典型的力學(xué)性能9.4 低合金鋼9.4.1 合金鋼的分類9.4.2 合金鋼中合金元素的分布9.4.3 合金元素對(duì)鋼的共析溫度影響9.4.4 淬硬性9.4.5 低合金鋼典型的力學(xué)性能和應(yīng)用9.5 鋁合金9.5.1 析出強(qiáng)化（硬化）9.5.2 鋁及其產(chǎn)品的一般性能9.5.3 鍛造鋁合金9.5.4 鑄造鋁合金9.6 小結(jié)9.7 定義9.8 習(xí)題第10章 聚合物材料10.1 概述10.1.1熱塑性塑料10.1.2 熱固性塑料10.2 聚合反應(yīng)10.2.1 單個(gè)乙烯分子的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)10.2.2 一個(gè)活化乙烯分子的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)10.2.3 聚乙烯聚合的整體反應(yīng)和聚合度10.2.4 鏈?zhǔn)骄酆喜襟E10.2.5 熱塑性塑料的平均相對(duì)分子質(zhì)量10.2.6 單體的官能度10.2.7 非晶體線性聚合物的結(jié)構(gòu)10.2.8 乙烯基樹脂與亞乙烯基樹脂10.2.9 均聚物與共聚物10.2.1 0其他聚合方法10.3 工業(yè)用聚合方法10.4 一些熱塑性塑料的結(jié)晶度與立體異構(gòu)現(xiàn)象10.4.1 非晶態(tài)熱塑性塑料的凝固10.4.2 半晶態(tài)熱塑性塑料的凝固10.4.3 半晶態(tài)熱塑性塑料的結(jié)構(gòu)10.4.4 熱塑性塑料的立體異構(gòu)現(xiàn)象10.4.5 齊格勒（Ziegler）催化劑與納塔（Natta），催化劑10.5 塑料的加工10.5.1 用于熱塑性塑料的加：E-V藝10.5.2 用于熱固性塑料的加：E-I“藝10.6 通用熱塑性塑料10.6.1 聚乙烯10.6.2 聚氯乙烯均聚物與共聚物10.6.3 聚丙乙烯10.6.4 聚苯乙烯10.6.5 聚丙烯腈10.6.6 苯乙烯丙烯腈（SAN）10.6.7 ABS10.6.8 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）10.6.9 氟塑料10.7 工程熱塑性塑料10.7.1 聚酰胺（尼龍）10.7.2 聚碳酸酯10.7.3 苯氧基樹脂10.7.4 聚甲醛10.7.5 熱塑性聚酯10.7.6 聚苯硫醚10.7.7 聚醚酰亞胺10.7.8 聚合物合金10.8 熱固性塑料（熱固性樹脂）10.8.1 酚醛塑料10.8.2 環(huán)氧樹脂10.8.3 不飽和聚酯10.8.4 氨基樹脂（尿素塑料和三聚氰胺）10.9 小結(jié)10.10定義10.11習(xí)題第11章 陶瓷材料11.1 概述11.2 簡(jiǎn)單陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)11.2.1 簡(jiǎn)單陶瓷化合物中的離子鍵和共價(jià)鍵11.2.2 存在于離子鍵固體中的簡(jiǎn)單離子排列11.2.3 氯化銫晶體（CsCl）結(jié)構(gòu)11.2.4 氯化鈉晶體（NaCl）結(jié)構(gòu)11.2.5 FCC與HCP晶格中的間隙位置11.2.6 閃鋅礦晶體（ZnS）結(jié)構(gòu)11.2.7 氟石晶體（CaF2）結(jié)構(gòu)11.2.8 反氟石晶體結(jié)構(gòu)11.2.9 剛玉晶體（A1203）結(jié)構(gòu)11.2.1 0尖晶石（MgAl204）晶體結(jié)構(gòu)11.2.1 1鈣鈦礦（CaTiO3）晶體結(jié)構(gòu)11.2.1 2碳和它的同素異形體11.3 硅酸鹽結(jié)構(gòu)11.3.1 硅酸鹽結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)單元11.3.2 硅酸鹽的島狀結(jié)構(gòu)、鏈狀結(jié)構(gòu)及環(huán)狀結(jié)構(gòu)11.3.3 硅酸鹽的片狀結(jié)構(gòu)11.3.4 硅酸鹽的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)11.4 陶瓷制備過程11.4.1 材料準(zhǔn)備11.4.2 成形11.4.3 熱處理第12章 復(fù)合材料第13章 材料的電學(xué)性能第14章 光學(xué)性質(zhì)與超導(dǎo)材料第15章 磁學(xué)性能附錄1：部分元素的一些性質(zhì)附錄2：元素的離子半徑習(xí)題解答

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