材料科學基礎

前言

材料科學是20世紀50年代確立、以研究固體材料基本屬性及過程行為規(guī)律為核心內容的一門科學，其涉及領域覆蓋金屬、無機非金屬、有機高分子等材料的成分設計、制備加工、結構特征、物理化學性質與材料使用性能及應用之間的相互關系。進入21世紀，現代材料工業(yè)和科學技術的發(fā)展正推動著各類材料從多樣化、單一化走向一體化和復合化，學科內容的交叉融合日趨明顯。因而，培養(yǎng)既掌握材料科學與工程基本原理，又通曉各類材料制備與加工、組成與結構、性能與應用等系統(tǒng)基礎知識的大材料專業(yè)人才，成為新世紀人才培養(yǎng)思路的主要出發(fā)點。本書是在材料科學與工程專業(yè)本科教學提倡加強理論基礎、拓寬專業(yè)知識、注重能力與素質培養(yǎng)的教改目標下，嘗試編寫的一部高等理工科院校材料科學與工程專業(yè)（即大材料專業(yè)）本科用專業(yè)公共基礎課教材。全書作為大材料專業(yè)公共基礎課教材，側重于材料科學與工程學科的相關基本知識與原理的介紹，力求盡可能全面地概括三大固體材料中的基礎共性知識，同時還對金屬材料、無機非金屬材料和有機高分子材料的個性特征給予了適度的介紹。授課內容主要以固體材料結構基礎為重點，從微觀、宏觀、物質內部、表面及界面、靜態(tài)、動態(tài)等不同層面，闡述了與固體材料性能密切相關的質點間結合方式及相互作用、質點的空間排列特點及規(guī)律、典型固體聚集態(tài)結構、結構缺陷及運動規(guī)律、表面與界面相關的理論和現象等。同時，對固體擴散、凝聚態(tài)材料的相平衡與相圖和相變等基礎知識也作了重點介紹。

內容概要

《材料科學與工程專業(yè)系列教材·材料科學基礎(修訂版)》概括了固體材料中相關原子與原子間結合的基礎，結晶學的基礎，金屬、無機非金屬和高分子三大固體材料的晶態(tài)結構，非晶態(tài)結構以及結構缺陷，表面與界面，固體中的擴散，凝聚態(tài)相平衡和相變過程等基礎理論。全書共設為9章，每章后附有習題。
《材料科學與工程專業(yè)系列教材·材料科學基礎(修訂版)》為材料科學與工程專業(yè)本科公共基礎課教材，同時也適合作材料科學與工程專業(yè)研究生的教學與科研參考用書?！恫牧峡茖W與工程專業(yè)系列教材·材料科學基礎(修訂版)》還可供從事固體材料研究、應用和生產的專業(yè)技術人員參考。

書籍目錄

緒論材料與社會文明發(fā)展材料科學的建立與內涵材料的基本分類與特征第1章 原子與原子間結合1.1 原子中的電子1.1.1 電子的量子數1.1.2 電子的排列規(guī)則1.2 原子的性質1.2.1 原子軌道能級1.2.2 周期表的元素分區(qū)1.2.3 原子半徑及電子得失1.3 原子間的結合1.3.1 鍵合力與能量1.3.2 雜化軌道理論1.3.3 分子軌道理論1.3.4 原子間基本鍵型1.4 弱作用鍵1.5 晶體場和配位場理論1.5.1 晶體場的基本概念1.5.2 軌道的晶體場分裂1.5.3 晶體場穩(wěn)定化能1.5.4 八面體擇位能1.5.5 姜—泰勒效應1.5.6 過渡元素離子有效半徑的晶體場效應1.5.7 配位場理論的基本概念習題第2章 結晶學基礎2.1 晶體的周期結構2.1.1 晶體的概念2.1.2 等同點及空間格子2.1.3 布拉維法則和面角守恒定律2.1.4 晶體的基本性質2.2 晶體的宏觀對稱2.2.1 對稱操作和對稱要素2.2.2 對稱要素的組合2.2.3 對稱型及其推導2.2.4 晶體的分類2.3 晶體的理想形態(tài)2.3.1 單形2.3.2 聚形2.4 晶體定向和結晶符號2.4.1 晶體定向2.4.2 晶體的整數定律（有理指數定律）2.4.3 結晶符號2.5 晶體點陣的幾何理論2.5.1 布拉維格子2.5.2 晶胞的概念2.5.3 晶體的微觀對稱要素2.5.4 空間群2.5.5 點群和空間群的符號2.5.6 等效點系的概念2.6 晶體的堆積2.6.1 有效半徑的概念2.6.2 球體緊密堆積原理習題第3章 金屬和無機材料的結構3.1 金屬的晶體結構3.1.1 晶胞中的原子數3.1.2 點陣常數與原子半徑3.1.3 配位數與致密度3.1.4 晶體的原子堆垛和間隙3.2 非晶態(tài)合金3.2.1 非晶態(tài)的形成3.2.2 非晶態(tài)結構的表征3.2.3 非晶態(tài)合金的結構模型3.2.4 非晶合金的特性3.3 無機材料的晶體結構3.3.1 離子晶體3.3.2 典型晶體的結構3.3.3 硅酸鹽晶體結構3.4 無機熔體與玻璃3.4.1 熔體的結構3.4.2 熔體的性質3.4.3 玻璃的通性3.4.4 玻璃的形成3.4.5 玻璃的結構與結構參數習題第4章 高聚物的結構基礎4.1 高分子的結構4.1.1 高分子鏈的結構4.1.2 高分子的聚集態(tài)結構4.2 高分子材料晶態(tài)結構4.2.1 高分子鏈在晶體中的構象4.2.2 高分子材料晶態(tài)結構模型4.2.3 高分子材料結晶形態(tài)4.2.4 結晶度及其測定方法4.3 高分子的液晶態(tài)4.3.1 基本概念4.3.2 高分子液晶分子結構特征與分類4.3.3 液晶的物理結構4.4 高聚物的熱運動和力學狀態(tài)4.4.1 高分子熱運動的主要特點4.4.2 高聚物的力學狀態(tài)和熱轉變習題第5章 結構缺陷及固溶體5.1 缺陷分類5.2 點缺陷5.2.1 點缺陷類型5.2.2 缺陷化學反應表示法5.2.3 熱缺陷濃度計算公式5.3 位錯5.3.1 位錯的基本類型5.3.2 位錯的運動5.3.3 位錯的彈性性質5.3.4 位錯的來源和位錯的增殖5.4 面缺陷5.4.1 表面缺陷5.4.2 界面與亞界面5.5 固溶體5.5.1 固溶體的類型5.5.2 置換型固溶體及組分缺陷5.5.3 間隙型固溶體5.5.4 固溶體的研究方法5.5.5 固溶體生成熱力學5.6 非化學計量化合物缺陷5.7 有序和無序固溶體習題第6章 表面與界面基礎6.1 固體的表面6.1.1 表面的弛豫、重構及雙電層6.1.2 表面能及幾種近似計算6.1.3 表面能與晶體平衡形狀6.2 表面行為6.2.1 表面吸附6.2.2 彎曲表面效應6.2.3 潤濕6.3 界面結構6.3.1 小角晶界6.3.2 大角晶界6.3.3 共格界面理論6.3.4 晶界結構模型6.4 界面特性6.4.1 晶界偏析6.4.2 晶界遷移6.4.3 晶界應力6.4.4 晶界電荷與靜電勢6.5 晶界能與顯微結構習題第7章 固體中的擴散7.1 擴散的唯象理論7.1.1 菲克第一定律7.1.2 菲克第二定律7.1.3 擴散方程的求解7.1.4 擴散的驅動力7.2 擴散的微觀機制7.2.1 間隙擴散7.2.2 置換擴散7.3 擴散的微觀理論7.3.1 原子跳躍頻率和擴散系數7.3.2 原子擴散的隨機行走模型7.3.3 相關效應7.3.4 擴散激活能7.3.5 擴散系數與濃度的關系7.4 影響擴散的因素7.5 反應擴散7.6 離子晶體中的擴散7.7 聚合物中的擴散習題第8章 相平衡與相圖8.1 相平衡與吉布斯相律8.1.1 相平衡的基本概念8.1.2 吉布斯相律8.2 單元系相圖8.3 二元系相圖8.3.1 二元系相圖的建立8.3.2 杠桿規(guī)則8.3.3 金屬材料的二元相圖8.3.4 無機材料的二元相圖8.3.5 復雜二元相圖的分析方法8.4 三元系相圖簡介8.4.1 三元相圖概述8.4.2 三元系統(tǒng)基本原理8.4.3 三元相圖的基本類型8.5 相圖熱力學8.5.1 相平衡的化學勢8.5.2 多相系統(tǒng)中自由能和組成的關系8.5.3 從自由能—組成曲線導出相圖習題第9章 相變9.1 相變的分類9.2 固態(tài)相變中的結構變化9.2.1 固態(tài)相變的特點9.2.2 重構型相變與位移型相變9.2.3 馬氏體相變9.2.4 有序—無序相變9.2.5 無公度相變9.3 液—固相變熱力學基礎9.3.1 相變過程的不平衡態(tài)與亞穩(wěn)區(qū)9.3.2 相變過程熱力學9.3.3 晶核形成條件9.4 相變動力學基礎9.4.1 固態(tài)相變動力學9.4.2 液—固相變動力學9.5 液相—液相轉變與失穩(wěn)分解9.5.1 液相不混溶現象9.5.2 成核生長和失穩(wěn)分解過程習題附錄附錄1 單位換算附錄2 國際單位制（SI）中的基本常數值附錄3 有效離子半徑參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　原子與原子間結合1.1　原子中的電子1.3.3　分子軌道理論在描述原子中的電子狀態(tài)時，原子結構理論是把原子核作為原子的中心，電子按照泡利原理、能量最低原理和洪德規(guī)則分布在原子核外若干個原子軌道上。分子軌道理論采用了類似的方法，把處于一定平衡位置的各原子核作為骨架結構，所有電子按照相同的原理和規(guī)則分布在骨架附近的若干個分子軌道上，每個分子軌道內最多只能容納2個自旋相反的電子，每一個分子軌道都有各自相應的能量。在遵守泡利原理的基礎上，電子優(yōu)先占據能量最低的分子軌道；當電子占據能量相同的等價分子軌道時，將優(yōu)先單獨占據不同的等價分子軌道且自旋平行，這樣的鍵合體系可表現出更低的系統(tǒng)總能量。

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《材料科學與工程專業(yè)系列教材·材料科學基礎(修訂版)》由天津大學出版社出版。

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