材料科學(xué)基礎(chǔ)

前言

材料科學(xué)是20世紀(jì)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(nèi)容的一門科學(xué)，其涉及領(lǐng)域覆蓋金屬、無機(jī)非金屬、有機(jī)高分子等材料的成分設(shè)計(jì)、制備加工、結(jié)構(gòu)特征、物理化學(xué)性質(zhì)與材料使用性能及應(yīng)用之間的相互關(guān)系。進(jìn)入21世紀(jì)，現(xiàn)代材料工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展正推動(dòng)著各類材料從多樣化、單一化走向一體化和復(fù)合化，學(xué)科內(nèi)容的交叉融合日趨明顯。因而，培養(yǎng)既掌握材料科學(xué)與工程基本原理，又通曉各類材料制備與加工、組成與結(jié)構(gòu)、性能與應(yīng)用等系統(tǒng)基礎(chǔ)知識的大材料專業(yè)人才，成為新世紀(jì)人才培養(yǎng)思路的主要出發(fā)點(diǎn)。本書是在材料科學(xué)與工程專業(yè)本科教學(xué)提倡加強(qiáng)理論基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)知識、注重能力與素質(zhì)培養(yǎng)的教改目標(biāo)下，嘗試編寫的一部高等理工科院校材料科學(xué)與工程專業(yè)（即大材料專業(yè)）本科用專業(yè)公共基礎(chǔ)課教材。全書作為大材料專業(yè)公共基礎(chǔ)課教材，側(cè)重于材料科學(xué)與工程學(xué)科的相關(guān)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(chǔ)共性知識，同時(shí)還對金屬材料、無機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分子材料的個(gè)性特征給予了適度的介紹。授課內(nèi)容主要以固體材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為重點(diǎn)，從微觀、宏觀、物質(zhì)內(nèi)部、表面及界面、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)等不同層面，闡述了與固體材料性能密切相關(guān)的質(zhì)點(diǎn)間結(jié)合方式及相互作用、質(zhì)點(diǎn)的空間排列特點(diǎn)及規(guī)律、典型固體聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)缺陷及運(yùn)動(dòng)規(guī)律、表面與界面相關(guān)的理論和現(xiàn)象等。同時(shí)，對固體擴(kuò)散、凝聚態(tài)材料的相平衡與相圖和相變等基礎(chǔ)知識也作了重點(diǎn)介紹。

內(nèi)容概要

《材料科學(xué)與工程專業(yè)系列教材·材料科學(xué)基礎(chǔ)(修訂版)》概括了固體材料中相關(guān)原子與原子間結(jié)合的基礎(chǔ)，結(jié)晶學(xué)的基礎(chǔ)，金屬、無機(jī)非金屬和高分子三大固體材料的晶態(tài)結(jié)構(gòu)，非晶態(tài)結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)缺陷，表面與界面，固體中的擴(kuò)散，凝聚態(tài)相平衡和相變過程等基礎(chǔ)理論。全書共設(shè)為9章，每章后附有習(xí)題。
《材料科學(xué)與工程專業(yè)系列教材·材料科學(xué)基礎(chǔ)(修訂版)》為材料科學(xué)與工程專業(yè)本科公共基礎(chǔ)課教材，同時(shí)也適合作材料科學(xué)與工程專業(yè)研究生的教學(xué)與科研參考用書?！恫牧峡茖W(xué)與工程專業(yè)系列教材·材料科學(xué)基礎(chǔ)(修訂版)》還可供從事固體材料研究、應(yīng)用和生產(chǎn)的專業(yè)技術(shù)人員參考。

書籍目錄

緒論材料與社會(huì)文明發(fā)展材料科學(xué)的建立與內(nèi)涵材料的基本分類與特征第1章 原子與原子間結(jié)合1.1 原子中的電子1.1.1 電子的量子數(shù)1.1.2 電子的排列規(guī)則1.2 原子的性質(zhì)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(jié)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(yīng)1.5.6 過渡元素離子有效半徑的晶體場效應(yīng)1.5.7 配位場理論的基本概念習(xí)題第2章 結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)2.1 晶體的周期結(jié)構(gòu)2.1.1 晶體的概念2.1.2 等同點(diǎn)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(zhì)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(dǎo)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(jié)晶符號2.4.1 晶體定向2.4.2 晶體的整數(shù)定律（有理指數(shù)定律）2.4.3 結(jié)晶符號2.5 晶體點(diǎn)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(diǎn)群和空間群的符號2.5.6 等效點(diǎn)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(xí)題第3章 金屬和無機(jī)材料的結(jié)構(gòu)3.1 金屬的晶體結(jié)構(gòu)3.1.1 晶胞中的原子數(shù)3.1.2 點(diǎn)陣常數(shù)與原子半徑3.1.3 配位數(shù)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(jié)構(gòu)的表征3.2.3 非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)模型3.2.4 非晶合金的特性3.3 無機(jī)材料的晶體結(jié)構(gòu)3.3.1 離子晶體3.3.2 典型晶體的結(jié)構(gòu)3.3.3 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)3.4 無機(jī)熔體與玻璃3.4.1 熔體的結(jié)構(gòu)3.4.2 熔體的性質(zhì)3.4.3 玻璃的通性3.4.4 玻璃的形成3.4.5 玻璃的結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)參數(shù)習(xí)題第4章 高聚物的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)4.1 高分子的結(jié)構(gòu)4.1.1 高分子鏈的結(jié)構(gòu)4.1.2 高分子的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)4.2 高分子材料晶態(tài)結(jié)構(gòu)4.2.1 高分子鏈在晶體中的構(gòu)象4.2.2 高分子材料晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型4.2.3 高分子材料結(jié)晶形態(tài)4.2.4 結(jié)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(jié)構(gòu)特征與分類4.3.3 液晶的物理結(jié)構(gòu)4.4 高聚物的熱運(yùn)動(dòng)和力學(xué)狀態(tài)4.4.1 高分子熱運(yùn)動(dòng)的主要特點(diǎn)4.4.2 高聚物的力學(xué)狀態(tài)和熱轉(zhuǎn)變習(xí)題第5章 結(jié)構(gòu)缺陷及固溶體5.1 缺陷分類5.2 點(diǎn)缺陷5.2.1 點(diǎn)缺陷類型5.2.2 缺陷化學(xué)反應(yīng)表示法5.2.3 熱缺陷濃度計(jì)算公式5.3 位錯(cuò)5.3.1 位錯(cuò)的基本類型5.3.2 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)5.3.3 位錯(cuò)的彈性性質(zhì)5.3.4 位錯(cuò)的來源和位錯(cuò)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(xué)5.6 非化學(xué)計(jì)量化合物缺陷5.7 有序和無序固溶體習(xí)題第6章 表面與界面基礎(chǔ)6.1 固體的表面6.1.1 表面的弛豫、重構(gòu)及雙電層6.1.2 表面能及幾種近似計(jì)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(yīng)6.2.3 潤濕6.3 界面結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)力6.4.4 晶界電荷與靜電勢6.5 晶界能與顯微結(jié)構(gòu)習(xí)題第7章 固體中的擴(kuò)散7.1 擴(kuò)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(kuò)散方程的求解7.1.4 擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力7.2 擴(kuò)散的微觀機(jī)制7.2.1 間隙擴(kuò)散7.2.2 置換擴(kuò)散7.3 擴(kuò)散的微觀理論7.3.1 原子跳躍頻率和擴(kuò)散系數(shù)7.3.2 原子擴(kuò)散的隨機(jī)行走模型7.3.3 相關(guān)效應(yīng)7.3.4 擴(kuò)散激活能7.3.5 擴(kuò)散系數(shù)與濃度的關(guān)系7.4 影響擴(kuò)散的因素7.5 反應(yīng)擴(kuò)散7.6 離子晶體中的擴(kuò)散7.7 聚合物中的擴(kuò)散習(xí)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(jī)材料的二元相圖8.3.5 復(fù)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(xué)8.5.1 相平衡的化學(xué)勢8.5.2 多相系統(tǒng)中自由能和組成的關(guān)系8.5.3 從自由能—組成曲線導(dǎo)出相圖習(xí)題第9章 相變9.1 相變的分類9.2 固態(tài)相變中的結(jié)構(gòu)變化9.2.1 固態(tài)相變的特點(diǎn)9.2.2 重構(gòu)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(xué)基礎(chǔ)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(xué)9.3.3 晶核形成條件9.4 相變動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)9.4.1 固態(tài)相變動(dòng)力學(xué)9.4.2 液—固相變動(dòng)力學(xué)9.5 液相—液相轉(zhuǎn)變與失穩(wěn)分解9.5.1 液相不混溶現(xiàn)象9.5.2 成核生長和失穩(wěn)分解過程習(xí)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(shù)值附錄3 有效離子半徑參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：第1章　原子與原子間結(jié)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(shí)，原子結(jié)構(gòu)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(gè)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(jié)構(gòu)，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(gè)分子軌道上，每個(gè)分子軌道內(nèi)最多只能容納2個(gè)自旋相反的電子，每一個(gè)分子軌道都有各自相應(yīng)的能量。在遵守泡利原理的基礎(chǔ)上，電子優(yōu)先占據(jù)能量最低的分子軌道；當(dāng)電子占據(jù)能量相同的等價(jià)分子軌道時(shí)，將優(yōu)先單獨(dú)占據(jù)不同的等價(jià)分子軌道且自旋平行，這樣的鍵合體系可表現(xiàn)出更低的系統(tǒng)總能量。

編輯推薦

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

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