材料科學(xué)與工程概論

前言

在人類社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程中，材料是社會(huì)進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)?，F(xiàn)在，材料、能源和信息被譽(yù)為現(xiàn)代文明社會(huì)的三大支柱，對(duì)國計(jì)民生起著舉足輕重的作用。美國MIT的Eager T W教授指出：非材料專業(yè)的技術(shù)人員，在他們的工作中與材料應(yīng)用有關(guān)的部分可達(dá)六分之一。另外，當(dāng)今社會(huì)更需要的是知識(shí)面寬的“通才”，因此清華大學(xué)為全校非材料專業(yè)的學(xué)生開設(shè)了“材料科學(xué)與工程概論”課，這可以為他們理解材料科學(xué)與工程，認(rèn)識(shí)和使用材料打下基礎(chǔ)。自開課以來，每次選課一年級(jí)學(xué)生人數(shù)最多，二年級(jí)次之，個(gè)別也有三年級(jí)的學(xué)生。校內(nèi)建筑學(xué)院、土木水利學(xué)院、機(jī)械學(xué)院、信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院、理學(xué)院、醫(yī)學(xué)院、經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院、人文社會(huì)科學(xué)學(xué)院、新聞與傳播學(xué)院以及工程物理系、化學(xué)工程系都有學(xué)生選修此課。本書是這門課程的教學(xué)參考書。材料科學(xué)與工程有四要素，即材料的成分與組織結(jié)構(gòu)、性能、工藝和使用性能。該書從不同材料所具有的共性規(guī)律的角度闡述上述四方面的基本知識(shí)，并著重說明它們彼此之間的本質(zhì)聯(lián)系及綜合運(yùn)用的方法。其內(nèi)容涉及面廣，既有一定的理論性，又有很多工程方面的知識(shí)。書中內(nèi)容的具體安排分四部分：1.材料的微觀世界；2.材料的組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系（結(jié)構(gòu)材料、功能材料分兩章論述）；3.材料工藝；4.零件失效分析與選材原則。第1、2部分除介紹材料科學(xué)最基本的知識(shí)外，也介紹一些前沿的研究成果，如準(zhǔn)晶、納米材料、高溫超導(dǎo)材料、新型復(fù)合材料等。在材料工藝部分，主要講解最基本的概念和一些新工藝技術(shù)。第4部分在內(nèi)容安排上也兼顧了基礎(chǔ)性和與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合兩方面。讀者只需具有高中數(shù)理化基礎(chǔ)，便可讀懂本書。每部分都包括內(nèi)容概要、學(xué)習(xí)要求、正文、基本概念、思考題、課堂討論題和作業(yè)。教師可先介紹內(nèi)容概要，讓學(xué)生明確學(xué)習(xí)要求，然后精講正文。學(xué)生可通過基本概念和思考題自我檢查掌握的情況。在上討論課前，學(xué)生要將討論題準(zhǔn)備好。通過討論課上師生間的互相切磋，可幫助學(xué)生們更好地掌握所學(xué)內(nèi)容。在討論課后，學(xué)生通過完成作業(yè)可進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識(shí)。在這樣的學(xué)習(xí)過程中，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和分析解決問題的能力是有幫助的。

內(nèi)容概要

　　材料科學(xué)與工程有四要素，即材料的成分與組織結(jié)構(gòu)、性能、工藝和使用條件下的性能。《材料科學(xué)與工程概論》將從各種不同材料所具有的共性規(guī)律的角度，闡述上述四方面的基本知識(shí)，并著重說明它們彼此之間的本質(zhì)聯(lián)系及綜合運(yùn)用的方法。另外，也將從人類文明社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的角度，闡明材料科學(xué)與工程四要素和環(huán)境之間的關(guān)系?！恫牧峡茖W(xué)與工程概論》內(nèi)容安排有一定的系統(tǒng)性和深度，并介紹了一些材料科學(xué)與工程的前沿研究?！恫牧峡茖W(xué)與工程概論》將為非材料專業(yè)的學(xué)生以及廣大對(duì)材料感興趣的讀者從整體上理解材料科學(xué)與工程，認(rèn)識(shí)和使用材料打下基礎(chǔ)。

作者簡介

顧家琳，清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授。1944年出生1967年清華大學(xué)）臺(tái)金系本科畢業(yè)，1981年和1986年分別獲清華大學(xué)機(jī)械系碩士學(xué)位和博士學(xué)位。曾在包頭鋼鐵公司做過銑工在北京礦）臺(tái)研究院任技術(shù)員。1981年開始在清華大學(xué)任教，期間應(yīng)邀在英國紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)和香港科技大學(xué)作過訪司學(xué)者。現(xiàn)兼任北京市金屬學(xué)會(huì)有色材料分會(huì)委員，《中國稀土學(xué)報(bào)》第五屆編輯委員會(huì)常務(wù)編委?？蒲蟹较颍翰牧系男巫?強(qiáng)度與斷裂.鈦合金，高溫臺(tái)金以及新型碳材料。在環(huán)境敏感斷裂研究方面曾分別獲國家教委和中國兵器工業(yè)總公司科技進(jìn)步二等獎(jiǎng).共發(fā)表文章百余篇。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 元素、物質(zhì)、材料1.2 材料對(duì)人類文明進(jìn)步的意義1.2.1 材料與人類的日常生活1.2.2 材料與新技術(shù)革命1.2.3 材料與國防現(xiàn)代化1.3 怎樣得到新材料1.4 材料科學(xué)與工程基本要素基本概念思考題作業(yè)第2章 材料的微觀世界2.1 固體原子間的相互作用和材料分類2.1.1 元素周期表及電負(fù)性2.1.2 原子結(jié)合能與結(jié)合力2.1.3 化學(xué)鍵2.1.4 材料分類2.2 固體中原子的排列2.2.1 晶體結(jié)構(gòu)2.2.2 準(zhǔn)晶、非晶、液晶結(jié)構(gòu)2.2.3 晶體缺陷2.3 相與組織2.3.1 相與組織的定義2.3.2 相的分類2.3.3 相圖2.4 固體中的電子材料科學(xué)與工程概論2.4.1 單個(gè)原子的電子分布2.4.2 晶體中的電子2.4.3 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體2.5 小結(jié)基本概念思考題課堂討論題作業(yè)第3章 結(jié)構(gòu)材料的組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系3.1 材料在承載時(shí)發(fā)生的變化3.1.1 彈性、塑性、強(qiáng)度、韌性3.1.2 硬度3.1.3 斷裂韌性3.2 金屬材料3.2.1 金屬材料在國民經(jīng)濟(jì)中的作用3.2.2 金屬材料的強(qiáng)化方式3.2.3 金屬材料的熱處理3.2.4 新金屬材料3.3 無機(jī)非金屬材料3.3.1 結(jié)構(gòu)陶瓷3.3.2 水泥3.3.3 玻璃3.4 有機(jī)高分子材料3.4.1 有關(guān)高分子材料的一些基本概念3.4.2 高分子材料的合成反應(yīng)3.4.3 高分子化合物的命名3.4.4 高分子化合物的結(jié)構(gòu)3.4.5 溫度對(duì)高聚物力學(xué)狀態(tài)的影響3.4.6 高分子材料的性能與結(jié)構(gòu)3.4.7 常用塑料3.5 復(fù)合材料3.5.1 概述3.5.2 復(fù)合材料復(fù)合原理3.5.3 增強(qiáng)材料3.5.4 典型的復(fù)合材料及應(yīng)用基本概念思考題課堂討論題作業(yè)第4章 功能材料的組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系4.1 功能材料性能簡介4.2 電性能與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系4.2.1 材料電性能的表征4.2.2 電導(dǎo)的微觀機(jī)制4.2.3 電導(dǎo)體功能材料4.2.4 半導(dǎo)體材料4.2.5 超導(dǎo)材料4.2.6 無機(jī)材料的介電性能4.3 光性能與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系4.3.1 材料的光學(xué)性能4.3.2 光學(xué)性能的本質(zhì)4.3.3 各種材料的光學(xué)性質(zhì)4.3.4 光功能材料4.4 磁性能與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系4.4.1 物質(zhì)磁性的表征4.4.2 磁性分類4.4.3 磁性的本質(zhì)4.4.4 鐵磁材料的磁滯現(xiàn)象4.4.5 磁性材料基本概念思考題課堂討論題作業(yè)第5章 材料工藝5.1 材料工藝概述5.1.1 材料工藝的重要性5.1.2 材料工藝的創(chuàng)新途徑5.1.3 材料工藝的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和環(huán)境兼容性5.2 材料的生產(chǎn)工藝5.2.1 金屬材料5.2.2 陶瓷材料5.2.3 高分子材料5.2.4 單晶材料5.3 材料的加工工藝5.3.1 金屬材料的加工工藝5.3.2 塑料和橡膠的加工工藝5.3.3 復(fù)合材料的加工工藝5.4 材料工藝性能的表征5.4.1 直接實(shí)驗(yàn)法5.4.2 相關(guān)法5.5 新工藝新技術(shù)5.5.1 表面改性5.5.2 金屬霧化噴射沉積5.5.3 金屬半固態(tài)加工5.5.4 自蔓延高溫合成技術(shù)基本概念思考題作業(yè)第6章 零件失效分析與選材原則6.1 產(chǎn)品、工程的質(zhì)量與材料6.2 失效分析及其重要性6.3 選材原則及方法6.3.1 選材原則6.3.2 選材方法6.4 零件失效分析6.4.1 失效過程及產(chǎn)生失效原因的特點(diǎn)6.4.2 失效分析的正確思路6.4.3 斷裂失效6.4.4 磨損失效6.4.5 環(huán)境介質(zhì)作用下的失效6.4.6 金屬失效的預(yù)防基本概念思考題課堂討論題作業(yè)附錄附錄一 物理學(xué)基本常數(shù)附錄二 國際單位制(SI)單位附錄三 常用材料的力學(xué)性能附錄四 常用工程材料的物理性能(20℃)主考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：在陸地戰(zhàn)中，坦克是把陸地戰(zhàn)斗的三要素（火力、機(jī)動(dòng)力和防護(hù)力）組合在一起的系統(tǒng)武器。坦克用材料應(yīng)盡量滿足以下要求：機(jī)身要輕，這樣靈活性才好；裝甲外殼要堅(jiān)固、能防爆破，最好還有隱身功能。目前英國正在研制塑料坦克，這種坦克外表面有一層聚合物，能根據(jù)外部環(huán)境改變顏色，因而有好的隱蔽性；另外，采用多層增強(qiáng)塑料裝甲用以抵御高爆炸藥或高速炮彈的攻擊。為了提高單兵戰(zhàn)場(chǎng)防護(hù)能力，防彈衣的高技術(shù)化是各國軍需裝備發(fā)展的重點(diǎn)?？v觀歷史的發(fā)展，防彈衣的不斷進(jìn)化清晰可見。在第一次世界大戰(zhàn)期間，防彈衣實(shí)際是鋼制的鎧甲，重9kg；后來發(fā)展為用尼龍和鋁片制作，然后是用玻璃鋼（一種高分子基復(fù)合材料）；現(xiàn)在可完全用化學(xué)纖維制作，一種用18層尼龍和凱芙拉纖維（一種芳香族纖維，強(qiáng)度很高）制成的防彈衣只有1.03kg。這種凱芙拉纖維在極熱的情況下，不熔化也不流淌，而是凝固起來增加厚度，可以在身體周圍形成免致燒傷的保護(hù)層。在現(xiàn)代國防中，應(yīng)用新材料的例子不勝枚舉，在此列舉的幾例只是作一簡要說明，從中可以清楚地看到新材料在國防現(xiàn)代化中的重要作用。

編輯推薦

《材料科學(xué)與工程概論》：普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材·材料科學(xué)與工程系列

圖書封面

評(píng)論、評(píng)分、閱讀與下載

---

    材料科學(xué)與工程概論 PDF格式下載

---