材料科學(xué)基礎(chǔ)

前言

能源、信息和材料是當(dāng)代文明的三大支柱，而材料又是前兩者的基礎(chǔ)。材料科學(xué)是以材料為研究對象，探討材料的分子或原子結(jié)構(gòu)、微觀組織以及加工制造工藝和性能之間的關(guān)系，研究材料共同規(guī)律的學(xué)科，對于材料的生產(chǎn)、使用和發(fā)展都具有非常重要的指導(dǎo)意義。本書著重介紹材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論，探討材料的共性和普遍規(guī)律。本書的主要內(nèi)容包括：材料的結(jié)構(gòu)，材料的凝固與相圖，擴(kuò)散，材料的缺陷，塑性變形、回復(fù)與再結(jié)晶等。本書可以作為材料類和機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生及研究生的教科書，也可以為從事材料工作的科技工作者提供參考。本書是編者在長期從事金屬學(xué)、金屬學(xué)及熱處理、粉末冶金等課程教學(xué)及相關(guān)科研工作的基礎(chǔ)上編寫而成。其中，第l、2、4、5、6、7章由嚴(yán)群編寫，第3、8、9章由馮慶芬編寫，第10、11章由黃慶編寫。由于編者學(xué)識有限，難免有疏漏和不妥之處，敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　本書系統(tǒng)地介紹了材料科學(xué)的基礎(chǔ)理論，探討材料的共性和普遍規(guī)律。主要內(nèi)容包括材料的結(jié)構(gòu)，材料的凝固與相圖，擴(kuò)散，材料中鋪缺陷，塑性變形、回復(fù)與再結(jié)晶等?！　”緯勺鳛楦叩仍盒２牧项惡蜋C(jī)械類專業(yè)的學(xué)生及研究生的教科書和參考書，也可以為相關(guān)專業(yè)的學(xué)生及從事材料工作的科技工作者和工程技術(shù)人員提供參考。

書籍目錄

緒論第1章 固體材料結(jié)構(gòu)的基本知識1.1 原子間的鍵合1.1.1 一次鍵1.1.2 二次鍵1.1.3 混合鍵1.1.4 結(jié)合能1.1.5 結(jié)合鍵與性能1.2 原子排列方式1.3 晶體材料的組織1.4 材料的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)與亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)第2章 材料的晶體結(jié)構(gòu)2.1 晶體學(xué)基礎(chǔ)2.1.1 空間點(diǎn)陣和晶胞2.1.2 晶系與布拉菲晶格2.1.3 晶向指標(biāo)和晶面指標(biāo)2.2 金屬的晶體結(jié)構(gòu)2.2.1 典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)2.2.2 晶體結(jié)構(gòu)中的原子堆垛2.2.3 晶體中原子間的間隙2.2.4 同素異晶轉(zhuǎn)變2.3 陶瓷材料的晶體結(jié)構(gòu)2.3.1 離子晶體結(jié)構(gòu)2.3.2 共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)2.3.3 硅酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)第3章 高分子材料3.1 概述3.1.1 高分子材料的基本概念3.1.2 高分子材料的合成3.1.3 高分子材料的分類3.2 高分子材料的結(jié)構(gòu)3.2.1 高分子鏈的結(jié)構(gòu)3.2.2 高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)第4章 合金相結(jié)構(gòu)4.1 固溶體4.1.1 置換固溶體4.1.2 間隙固溶體4.1.3 固溶體的微觀不均勻性4.1.4 固溶體的性質(zhì)4.2 金屬化合物4.2.1 正常價(jià)化合物4.2.2 電子化合物4.2.3 間隙型化合物4.2.4 金屬化合物的性質(zhì)和應(yīng)用第5章 純金屬的凝固5.1 金屬結(jié)晶的現(xiàn)象5.1.1 液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)5.1.2 過冷現(xiàn)象5.1.3 形核與長大過程5.2 金屬凝固的熱力學(xué)條件5.3 形核5.3.1 均勻形核5.3.2 非均勻形核5.4 長大5.4.1 液-固界面處的溫度梯度5.4.2 液-固界面的微觀結(jié)構(gòu)5.4.3 晶核長大機(jī)制5.4.4 純金屬凝固時(shí)的生長形態(tài)5.5 凝固理論的應(yīng)用5.5.1 細(xì)化晶粒5.5.2 定向凝固技術(shù)5.5.3 單晶體的制備5.5.4 非晶態(tài)合金的制備第6章 固體中的擴(kuò)散6.1 擴(kuò)散定律——6.1.1 菲克第一定律6.1.2 菲克第二定律6.1.3 擴(kuò)散方程在工程中的應(yīng)用舉例6.2 擴(kuò)散的本質(zhì)6.3 擴(kuò)散的驅(qū)動力及上坡擴(kuò)散6.4 擴(kuò)散機(jī)制6.4.1 間隙擴(kuò)散機(jī)制6.4.2 空位擴(kuò)散機(jī)制6.4.3 換位擴(kuò)散機(jī)制6.5 影響擴(kuò)散的因素6.6 反應(yīng)擴(kuò)散第7章 二元相圖及合金的凝固7.1 二元相圖概論7.1.1 相律7.1.2 相圖的表示方法7.1.3 相圖的建立7.1.4 杠桿定律7.2 勻晶相圖7.2.1 相圖分析7.2.2 合金的平衡凝固7.2.3 合金的不平衡凝固7.2.4 枝晶偏析7.3 共晶相圖7.3.1 相圖分析7.3.2 典型合金的平衡凝固過程分析7.3.3 不平衡凝固7.4 包晶相圖7.4.1 相圖分析7.4.2 典型合金的平衡凝固過程分析7.4.3 不平衡凝固7.5 二元相圖的分析及應(yīng)用7.5.1 復(fù)雜二元相圖的分析方法7.5.2 相圖的應(yīng)用7.6 鐵碳合金相圖7.6.1 鐵碳合金的組元7.6.2 Fe-Fe3C相圖分析7.6.3 典型鐵碳合金的平衡凝固7.6.4 含碳量對鐵碳合金的組織與性能的影響7.7 二元合金的凝固理論7.7.1 合金凝固時(shí)溶質(zhì)的分布7.7.2 成分過冷7.7.3 共晶組織的形態(tài)7.7.4 合金鑄件的組織與缺陷第8章 三元相圖8.1 三元相圖的成分表示方法8.1.1 等邊三角形成分表示法8.1.2 等腰三角形成分表示法8.1.3 直角坐標(biāo)成分表示法8.1.4 局部圖形表示法8.2 三元平衡系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的定量法則8.2.1 直線法則與杠桿定律8.2.2 重心定律8.3 組元在液態(tài)及固態(tài)均無限溶解的相圖8.3.1 相圖分析8.3.2 勻晶相圖的水平截面圖和投影圖8.3.3 勻晶相圖的平衡結(jié)晶過程分析8.3.4 勻晶相圖的變溫截面圖8.4 固態(tài)互不溶解的三元共晶相圖8.4.1 相圖分析8.4.2 截面圖8.4.3 投影圖8.4.4 相區(qū)接觸法則8.5 固態(tài)有限互溶的三元共晶相圖8.5.1 相圖分析8.5.2 投影圖8.5.3 截面圖8.6 其他三元合金相圖8.6.1 具有四相平衡包共晶反應(yīng)三元相圖8.6.2 具有四相平衡包晶反應(yīng)的元相圖8.6.3 形成穩(wěn)定化合物的三元系相圖8.7 三元合金相圖應(yīng)用舉例8.8 三元相圖小結(jié)8.8.1 單相狀態(tài)8.8.2 兩相狀態(tài)8.8.3 三相平衡8.8.4 四相平衡第9章 晶體中的缺陷9.1 點(diǎn)缺陷9.1.1 點(diǎn)缺陷的形成9.1.2 點(diǎn)缺陷的平衡濃度9.1.3 點(diǎn)缺陷的運(yùn)動9.2 位錯9.2.1 位錯的基本類型和特征9.2.2 位錯的柏氏矢量9.2.3 位錯的運(yùn)動9.2.4 位錯的密度9.2.5 位錯的彈性性質(zhì)9.2.6 位錯的生成和增殖9.2.7 實(shí)際晶體中的位錯9.3 面缺陷9.3.1 外表面9.3.2 晶界和亞晶界9.3.3 孿晶界9.3.4 相界第10章 材料的塑性變形10.1 金屬變形的三個(gè)階段10.2 單晶體的塑性變形10.2.1 滑移10.2.2 孿生10.3 多晶體的塑性變形10.3.1 多晶體塑性變形的特點(diǎn)10.3.2 細(xì)晶強(qiáng)化10.4 合金的塑性變形10.4.1 單相固溶體合金的塑性變形10.4.2 多相合金的塑性變形10.5 塑性變形對材料組織和性能的影響10.5.1 塑性變形對材料組織結(jié)的影響10.5.2 塑性變形對材料性能的影響10.5.3 殘余應(yīng)力第11章 回復(fù)和再結(jié)晶11.1 冷變形金屬在加熱時(shí)的變化11.1.1 顯微組織的變化11.1.2 性能和能量變化11.2 回復(fù)11.3 再結(jié)晶11.3.1 再結(jié)晶過程11.3.2 再結(jié)晶動力學(xué)11.3.3 再結(jié)晶溫度及其影響因素11.3.4 再結(jié)晶后的晶粒大小11.4 晶粒長大11.4.1 晶粒的正常長大11.4.2 晶粒的異常長大(二次再結(jié)晶)11.5 再結(jié)晶退火后的組織11.5.1 再結(jié)晶退火后的晶粒大小11.5.2 再結(jié)晶織構(gòu)11.5.3 退火孿晶11.6 熱加工11.6.1 動態(tài)回復(fù)與動態(tài)再結(jié)晶11.6.2 熱加工后的組織與性能參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章固體材料結(jié)構(gòu)的基本知識不同的材料具有不同的性能，同一材料經(jīng)不同加工工藝后也會具有不同的性能，這些都?xì)w結(jié)于內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不同。材料結(jié)構(gòu)的含義很豐富，大致可分為四個(gè)層次：原子結(jié)構(gòu)、原子結(jié)合鍵、材料中原子的排列以及晶體材料的顯微組織，這四個(gè)層次的結(jié)構(gòu)從不同方面影響著材料的性能。本章主要介紹原子結(jié)合鍵、材料中原子的排列以及晶體材料的顯微組織。1.1 原子間的鍵合當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)原子形成分子或固體時(shí)，它們是依靠什么樣的結(jié)合力聚集在一起的，這就是原子間的鍵合問題。原子通過結(jié)合鍵可構(gòu)成分子，原子之間或分子之間也靠結(jié)合鍵聚結(jié)成固體狀態(tài)。材料的許多性能在很大程度上取決于原子結(jié)合鍵。根據(jù)結(jié)合力的強(qiáng)弱可把結(jié)合鍵分成兩大類：一次鍵——結(jié)合力較強(qiáng)，包括離子鍵、共價(jià)鍵和金屬鍵。二次鍵——結(jié)合力較弱，包括范德華力和氫鍵。1.1.1 一次鍵1.離子鍵大多數(shù)鹽類、堿類和金屬氧化物主要以離子鍵的方式結(jié)合。這種結(jié)合的實(shí)質(zhì)是金屬原子將自己最外層的價(jià)電子給予非金屬原子，使自己成為帶正電的正離子，而非金屬原子得到價(jià)電子后使自己成為帶負(fù)電的負(fù)離子，這樣，正負(fù)離子依靠它們之間的靜電引力結(jié)合在一起。因此這種結(jié)合的基本特點(diǎn)是以離子而不是以原子為結(jié)合單元。離子鍵要求正負(fù)離子作相間排列，并使異號離子之間吸引力達(dá)到最大，而同號離子間的斥力為最小，故離子鍵無方向性和飽和性。因此，決定離子晶體結(jié)構(gòu)的因素就是正負(fù)離子的電荷及幾何因素。離子晶體中的離子一般都有較高的配位數(shù)。

編輯推薦

《材料科學(xué)基礎(chǔ)》可以作為材料類和機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生及研究生的教科書，也可以為從事材料工作的科技工作者提供參考。

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