材料科學(xué)與工程概論

前言

　　為貫徹落實教育部《關(guān)于進(jìn)一步加強高等學(xué)校本科教學(xué)工作的若干意見》和《教育部關(guān)于以就業(yè)為導(dǎo)向深化高等職業(yè)教育改革的若干意見》的精神，加強教材建設(shè)，確保教材質(zhì)量，中國電力教育協(xié)會組織制訂了普通高等教育“十一五”教材規(guī)劃。該規(guī)劃強調(diào)適應(yīng)不同層次、不同類型院校，滿足學(xué)科發(fā)展和人才培養(yǎng)的需要，堅持專業(yè)基礎(chǔ)課教材與教學(xué)急需的專業(yè)教材并重、新編與修訂相結(jié)合。本書為新編教材?！　∧茉础⑿畔?、材料被認(rèn)為是21世紀(jì)國民經(jīng)濟(jì)的三大支柱，其中材料是各行各業(yè)的基礎(chǔ)，可以說，沒有先進(jìn)的材料，就沒有先進(jìn)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和科學(xué)技術(shù)，因此，材料研究顯示出越來越重要的地位。為了適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的趨勢，推動材料學(xué)科向前發(fā)展，必須高度重視材料學(xué)科的基礎(chǔ)教育和人才培養(yǎng)，為未來的研究和進(jìn)步奠定堅實的基礎(chǔ)，儲備充滿活力的后備軍?！　”緯鴱牟牧峡茖W(xué)與工程的基本原理出發(fā)，力求較全面地說明各種材料的共性規(guī)律及無機非金屬材料、金屬材料、有機高分子材料、復(fù)合材料、納米材料和生物材料的個性特點和多種組分復(fù)合體系的基本特征。使學(xué)生掌握材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的基本規(guī)律，了解不同種類材料的結(jié)構(gòu)與性能特征，為材料的設(shè)計和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。并從原料出發(fā)，簡要地講述材料的制備原理和主要方法，及各種材料的結(jié)構(gòu)和性能特點，講述其加工行為和主要加工方法，使學(xué)生在材料工程的基礎(chǔ)上，建立材料制備－加工－結(jié)構(gòu)－性能關(guān)系的整體概念。本書主要適用于材料科學(xué)與工程專業(yè)及相關(guān)專業(yè)人士，并可供從事材料設(shè)計、研究的人員學(xué)習(xí)參考。　　本書由河南理工大學(xué)馬小娥主編。馬小娥編寫了緒論、第2章、第3章的1～3節(jié)和6～8節(jié)；廖建國編寫了第3章的4～5節(jié)；高愛華編寫了第4章的1～10節(jié)；陳桂琦編寫了第4章的10～11節(jié)；張海波編寫了第5章的1～4節(jié)；秦剛編寫了第5章的5～6節(jié)；關(guān)榮鋒參加了第6章的1～6節(jié)；謝玉芬編寫了第6章的7～9節(jié)；王曉冬編寫了第7章；李繼功編寫了第8章。全書由廖建國、謝玉芬負(fù)責(zé)統(tǒng)稿，王海娟負(fù)責(zé)校對。　　材料科學(xué)與工程所涉及的學(xué)科和應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，基于我們的專業(yè)范圍和知識水平有限，書中的不當(dāng)之處甚至錯誤在所難免，衷心希望廣大讀者批評指正，以利進(jìn)一步修訂。本書在編寫中得到了河南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院管學(xué)茂院長和張義順書記的大力支持。同時有幸邀請鄭州大學(xué)曹少魁教授作為本書的主審，給我們提出寶貴意見并及時改進(jìn)完善，在此表示真誠的感謝！本書在編寫中引用了一些單位和同志的成果、資料以及圖表和照片，在此表示深切的謝意！

內(nèi)容概要

本書為普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材。全書共8章，書中全面系統(tǒng)地介紹了各種材料的共性規(guī)律，無機非金屬材料、金屬材料、有機高分子材料、復(fù)合材料、納米材料和生物材料的個性特點，多種組分復(fù)合體系的基本特征。書中還簡要地介紹了材料的制備原理和主要加工方法，并貫穿材料制備一加工一結(jié)構(gòu)一性能關(guān)系的整體思路。    本書內(nèi)容全面，層次分明，條理清晰，篇幅適度，同時輔以大量圖表，便于讀者理解。    本書主要作為高等院校材料科學(xué)與工程及相關(guān)專業(yè)的教材，也可供從事材料設(shè)計、研究人員參考。

書籍目錄

前言第1章　緒論  1.1　什么是材料  1.2　材料科學(xué)與工程  1.3 　MSE的研究對象  1.4　材料的分類  1.5　MSE的研究方法  1.6　材料科學(xué)研究現(xiàn)狀  1.7　材料科學(xué)技術(shù)的主要發(fā)展趨勢  思考題第2章　材料的原子結(jié)構(gòu)和原子間結(jié)合鍵  2.1　原子間作用力和結(jié)合能  2.2　原子間的結(jié)合鍵第3章　無機非金屬材料-　3.1　概論　3.2　無機非金屬材料的結(jié)構(gòu)　3.3  陶瓷　3.4　耐火材料　3.5　水泥　3.6　混凝土　3.7　玻璃　3.8　人工晶體第4章　金屬材料  4.1　概論  4.2　晶體學(xué)基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)  4.3　晶體缺陷部分  4.4　金屬的凝固  4.5　結(jié)晶理論的實際應(yīng)用  4.6　相圖  4.7　鐵碳相圖和鐵碳合金  4.8　材料的變形與斷裂  4.9　金屬的回復(fù)與再結(jié)晶  4.10　鋼的熱處理工藝  4.11　幾種常見的有色金屬簡介第5章　高分子材料　5.1　緒言　5.2　高分子材料結(jié)構(gòu)　5.3　高分子分子量及其分布　5.4　聚合反應(yīng)　5.5　高分子命名方法　5.6　高分子材料加工第6章　復(fù)合材料  6.1　復(fù)合材料概述  6.2　復(fù)合材料的基體材料  6.3　復(fù)合材料的增強材料  6.4　復(fù)合材料的界面  6.5　復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計  6.6　金屬基復(fù)合材料  6.7　陶瓷基復(fù)合材料  6.8　聚合物基復(fù)合材料  6.9　先進(jìn)復(fù)合材料第7章　納米材料  7.1　納米科學(xué)與納米技術(shù)  7.2　納米材料的基本概念  7.3　納米材料的性質(zhì)  7.4　納米微粒的制備  7.5　納米結(jié)構(gòu)組裝體系  7.6　納米結(jié)構(gòu)材料第8章　生物材料　8.1　生物材料的定義及其發(fā)展歷程　8.2　生物金屬材料　8.3　生物高分子材料　8.4　生物無機非金屬材料　8.5　生物復(fù)合材料參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　（1）離子鍵和共價鍵的鍵性，這些化學(xué)鍵的原子不像金屬鍵鍵合的原子那樣排列緊密，而是有許多空隙，難以引起位錯移動?！　。?）從陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)來說，其多晶體的晶界也會阻礙位移的通過，聚集的位移應(yīng)力會導(dǎo)致裂紋的形成，并在超過一定的臨界值后突然擴(kuò)展?！　。?）組成陶瓷材料的晶體和玻璃相也多是脆性的?！　?.改善材料韌性，提高材料強度　　材料脆性由物質(zhì)本質(zhì)結(jié)構(gòu)所決定，本質(zhì)難以改變。但可以控制條件，在一定程度上提高材料的韌性。提高材料的斷裂能，便于提高抵抗裂紋擴(kuò)展的能力；減小材料內(nèi)部所含裂紋缺陷的尺寸，以減緩裂紋尖端的應(yīng)力集中效應(yīng)等?！　】朔牧洗嘈詳嗔训耐緩剑骸　。?）金屬與無機材料的復(fù)合——增韌相彌散于材料中。增韌相起附加的能量吸收作用，使裂紋尖端區(qū)域高度集中的應(yīng)力得以部分消除，抑制原先可能到達(dá)臨界狀態(tài)的裂紋，提高材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，相應(yīng)改善其韌性。通過裂紋尖端塑性形變的作用能量吸收：裂紋尖端的原子發(fā)生不可逆的重排，并以塑性功的形式吸收可觀的彈性應(yīng)變能，使裂紋擴(kuò)展的動力減弱。　?。?）材料中的裂紋尖端增韌作用區(qū)——相變粒子彌散。利用Zr02四方相轉(zhuǎn)變成Zr02單斜相的馬氏體相變來實現(xiàn)增韌?！　。?）基體中設(shè)置裂紋擴(kuò)展勢壘——纖維增強。高強度和高模量的纖維能為基體分擔(dān)大部分外加應(yīng)力，也可阻礙裂紋的擴(kuò)展，并能在局部纖維發(fā)生斷裂時以拔出功的形式消耗部分能量，起到提高斷裂能并克服脆性的效果?！　。?）減緩裂紋尖端的應(yīng)力集中效應(yīng)。①采用化學(xué)拋光凈化陶瓷表面，去除加工損傷；②微晶化（細(xì)化晶粒），可減小晶粒內(nèi)部裂紋尺寸，又降低裂紋出現(xiàn)的幾率，且減小多晶體中由于晶粒彈性和熱性各向異性引起的殘余應(yīng)力，有利于克服脆性和提高強度；③裂紋尖端鈍化或裂紋愈合。　　強度、脆性、高溫力學(xué)性能（如熱穩(wěn)定性）、光學(xué)性能（白度、透明度等）、介電、磁學(xué)性能都與材料的組成和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。許多陶瓷工藝和陶瓷物性方面的著作均對此有所論述。但總的來說，陶瓷材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系在理論上遠(yuǎn)不完善，還有待深入進(jìn)行研究。　　3.3.3普通陶瓷品種　　普通陶瓷是以黏土類及其他天然礦物原料（如長石、石英等）經(jīng)過粉碎加工、成型、煅燒等工藝過程制成的制品，是一種多晶、多相（晶相、玻璃相和氣相）的硅酸鹽材料。　　一、日用陶瓷　　日用陶瓷是日常生活中人們接觸最多，也是大家最熟悉的陶瓷，如餐具、茶具、咖啡具和酒具等。在歷史上，日用瓷器都是從日用陶器發(fā)展而來的，又因為兩者在性能和制造工藝上有相似之處，故習(xí)慣把它們放在一起，統(tǒng)稱為日用陶瓷。

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