材料結構與性能

前言

　　材料是人類歷史和社會發(fā)展的標志，其研發(fā)和應用水平是一個國家科技進步和綜合國力的重要體現。20世紀70年代人們把材料、信息和能源譽為當代文明的三大支柱。80年代又把新材料、信息技術和生物技術并列為新技術革命的重要標志，并列入我國“863”高技術研究發(fā)展計劃。新材料技術是當代高新技術的重要組成部分，同時也是高新技術發(fā)展的基礎?！　∪祟悓Σ牧系氖褂檬加谶h古的石器時代，而對材料進行系統(tǒng)的研究則始于19世紀中葉。隨著物理、化學及其相關學科理論體系的形成，以及X射線衍射、電子衍射和電子顯微術等技術的出現極大地促進了材料科學的發(fā)展：在種類上，由傳統(tǒng)的金屬和陶瓷材料派生出高分子、混凝土以及復合材料；在性能方面，由結構向功能、智能以及結構、功能和智能復合的方向發(fā)展；在結構層次方面，從宏觀進入微觀的納米尺度?！　≡诳茖W技術高速發(fā)展的今天，材料科學與工程學科有以下幾個突出的特點：首先，廣義上更多的學科交融，涉及物理、化學、冶金、化工、機械、電子、生物和環(huán)境等眾多學科領域；第二，發(fā)展速度快，電子、航空航天等高科技領域對材料日益苛刻的需求，以及工藝手段的逐步改進有力地推動了材料科學的發(fā)展；第三，材料的種類向多元化，性能向復合化、集成化方向發(fā)展。　　“材料科學與工程”系列叢書具有“新、齊、強”的特點：“新”，就是反映了最新的科技發(fā)展成果和態(tài)勢；“齊”，就是涵蓋了材料科學與工程學科的各個領域，便于讀者選擇使用；“強”，就是整合了各院校相關學科及師資力量的資源優(yōu)勢，保證了整套叢書的質量和水平。在編寫過程中，充分考慮了不同教育階段內容的有機銜接，并根據研究生的教學要求進行相應的拓展和提升，在保持知識系統(tǒng)性的前提下，力求理論敘述深入淺出，保證叢書的科學性、原創(chuàng)性、先進性和實用性。對高等學校材料學、材料加工工程、材料物理與化學等專業(yè)的研究生，以及從事新材料研究和開發(fā)的科技工作者具有重要的應用和參考價值。

內容概要

本書主要介紹了材料的組織結構與性能之間的關系。全書共10章，分別講述了材料的原子和電子結構、晶體結構、晶體結構的缺陷、鋼鐵材料的組織與性能、輕合金的組織與性能、磁性材料、非晶合金、結構陶瓷材料以及超導材料的結構與性能。重點在于闡述不同材料的組織結構與材料性能之間的關系，使讀者能夠從材料的組織結構設計的角度來理解材料的研究和開發(fā)。    本書作為材料科學與工程專業(yè)高年級本科生和研究生的教材，也可作為科技人員系統(tǒng)學習材料結構與性能知識的參考書。

書籍目錄

第1章  材料的原子和電子結構  1.1  材料的原子結構和鍵合特征    1.1.1  元素周期律和原子結構參數    1.1.2  化學鍵概念及其應用    1.1.3  化學鍵的性質  1.2  材料的電子結構    1.2.1  原子的電子排列    1.2.2  能帶結構與物理性能    1.2.3  半導體材料的電子結構  參考文獻  思考題第2章  材料的晶體結構  2.1  晶體的幾何構成    2.1.1  空間點陣    2.1.2  布拉菲點陣    2.1.3  晶體的對稱性    2.1.4  晶體的物理性能與結構對稱性間的關系  2.2  晶體的結合    2.2.1  原子間的結合力與結合能    2.2.2  純金屬晶體    2.2.3  離子晶體    2.2.4  共價晶體    2.2.5  分子晶體  2.3  液晶結構    2.3.1  熱致液晶    2.3.2  溶致性液晶    2.3.3  聚合物液晶    2.3.4  液晶的物理性質  參考文獻  思考題第3章  晶體結構的缺陷  3.1  缺陷的定義及分類  3.2  點缺陷    3.2.1  空位和間隙原子的結構    3.2.2  空位和間隙原子的形成能與熱平衡濃度    3.2.3  離子晶體的點缺陷    3.2.4  雜質缺陷    3.2.5  電子缺陷    3.2.6  缺陷化學基礎  3.3  位錯    3.3.1  位錯的彈性性質    3.3.2  位錯的能量與線張力    3.3.3  位錯的受力    3.3.4  位錯與其他缺陷間的交互作用  3.4  典型晶體中的位錯    3.4.1  面心立方晶體中的位錯    3.4.2  體心立方晶體中的位錯    3.4.3  密排六方晶體中的位錯  3.5  晶體的界面    3.5.1  晶界    3.5.2  相界面    3.5.3  反向疇界    3.5.4  鐵電疇界  3.6  晶體缺陷與材料性能    3.6.1  缺陷對材料物理性能的影響    3.6.2  缺陷與材料的力學性能  參考文獻  思考題第4章  鋼鐵材料的組織與性能  4.1  馬氏體組織與性能    4.1.1  馬氏體的晶體結構    4.1.2  馬氏體的組織形貌    4.1.3  馬氏體組織的強度    4.1.4  馬氏體組織的斷裂韌性    4.1.5  馬氏體組織的疲勞強度  4.2  貝氏體組織結構與性能    4.2.1  貝氏體的組織結構    4.2.2  貝氏體組織的強度    4.2.3  貝氏體組織的斷裂韌性    4.2.4  貝氏體組織的疲勞強度    4.2.5  貝氏體／馬氏體復相組織的性能  4.3  珠光體組織與性能    4.3.1  珠光體組織結構    4.3.2  珠光體組織的強度    4.3.3  珠光體組織的斷裂韌性    4.3.4  珠光體組織的疲勞強度  參考文獻  思考題第5章  輕合金的組織與性能  5.1  鋁及其合金的組織與性能    5.1.1  鋁及其合金簡介    5.1.2  鋁合金組織與強化機理    5.1.3  鋁合金的斷裂韌性    5.1.4  鋁合金的疲勞性能  5.2  鎂及鎂合金的組織結構與性能    5.2.1  鎂及鎂合金的基本特性    5.2.2  鎂合金的組織特點    5.2.3  鎂合金的強度    5.2.4  鎂合金的斷裂韌性    5.2.5  鎂合金的疲勞強度    5.2.6  鎂合金的蠕變性能  5.3  鈦及鈦合金的結構與性能    5.3.1  鈦及鈦合金的組織結構    5.3.2  鈦合金的力學性能  參考文獻  思考題第6章  磁性材料及性能  6.1  材料的結構與磁性    6.1.1  材料的磁性    6.1.2  磁化過程  6.2  磁性材料    6.2.1  R-Fe-B的結構與性能    6.2.2  Sm2Fe17Nx的結構與性能    6.2.3  納米晶復合磁性材料  參考文獻  思考題第7章  非晶合金材料  7.1  非晶合金與非晶態(tài)轉變  7.2  非晶合金的結構特征    7.2.1  衍射法結構表征    7.2.2  短程有序    7.2.3  非晶結構模型  7.3  非晶合金的物理性能    7.3.1  力學性能    7.3.2  耐腐蝕性能    7.3.3  磁學性能    7.3.4  其他特性  7.4  大塊非晶合金    7.4.1  大塊非晶合金的晶化    7.4.2  大塊非晶合金的制備    7.4.3  合金成分設計原則    7.4.4  重要大塊非晶合金    7.4.5  大塊非晶合金應用展望  參考文獻  思考題第8章  結構陶瓷的結構與性能  8.1  原子結合鍵與晶體類型    8.1.1  離子鍵與離子晶體    8.1.2  共價鍵與共價晶體    8.1.3  范德瓦爾斯鍵    8.1.4  陶瓷的典型晶體結構    8.1.5  硅酸鹽的晶體結構  8.2  陶瓷材料的顯微組織  8.3  陶瓷的強度與斷裂    8.3.1  陶瓷的彈性模量    8.3.2  陶瓷材料的強度    8.3.3  陶瓷材料的塑性變形    8.3.4  陶瓷材料的斷裂韌性    8.3.5  陶瓷材料的抗熱震性能    8.3.6  氧化鋁陶瓷    8.3.7  氧化鋯陶瓷    8.3.8  氮化物陶瓷  參考文獻  思考題第9章  超導材料  9.1  超導材料的基本特性  9.2  超導微觀理論  9.3  超導材料的結構和性質    9.3.1  低溫超導材料    9.3.2  高溫超導材料  9.4  超導材料的結構性能分析方法  9.5  超導材料的應用  參考文獻  思考題第10章  光學功能材料  10.1  光學功能材料的基本概念與分類  10.2  光學功能材料的結構設計    10.2.1  結構設計原理    10.2.2  結構設計方法  10.3  典型倍頻晶體的結構與性能    10.3.1  鈮酸鋰晶體的結構與性能關系    10.3.2  磷酸二氫鉀族晶體的結構與性能關系    10.3.3  硼酸鹽晶體的結構與性能關系  參考文獻  思考題

章節(jié)摘錄

　　原子的電子親和能是指基態(tài)的氣態(tài)原子獲得1個電子成為一價氣態(tài)陰離子時所放出的能量。與電離能相似，也有第一、第二電子親和能等。電子親和能越大，元素的原子就越容易跟電子結合。一般來說，元素的電子親和能越大，它的非金屬性越強。同周期的元素，通常電子親和能和電離能有相同的變化趨勢，電離能大的元素，它的電子親和能也大。但也有例外，當原子的電子殼層為全滿和半滿時，它們較難獲得電子，其EA值很小。同一族元素隨著原子半徑增加，一般來說EA值減小，但反常的是p區(qū)各主族第二周期元素的電子親和能比第三周期元素的小。這是因為第二周期非金屬元素原子半徑小，電子間排斥作用大，以致當加和一個電子時放出的能量減小，而對應的第三周期元素，原子半徑較大，且有空的d軌道可容納電子，因此當加和一個電子時放出的能量相對較大?！　。?）電負性電負性（electlronegativity）概念由諾貝爾化學獎得主L.Pauling（鮑林）于1932年提出。在他的著作《化學鍵的本質》中，Pauling將電負性定義為“分子中的原子將電子吸引向自身的能力”，并用熱化學方法首次建立了電負性的定量標度，為20世紀電負性的研究和應用奠定了良好的基礎。繼Pauling的開創(chuàng)性工作，人們基于各種原子參數以及物理性質對電負性進行廣泛而深入的研究，建立了多種電負性標度。其中最具代表性的標度主要有Mtulliken（密立根）標度、AUred-Rochow（阿萊一羅周）標度、Sanderson（桑德森）標度、Allen（阿倫）標度等。Mtllliken將電負性定義為電離能和電子親和能的平均值，是建立在實驗數據基礎上的絕對電負性標度，賦予了電負性明確的物理意義。Allred和Rochow用原子的有效核電荷在共價半徑處的靜電引力來表示電負性。Sanderson將電負性看作電子密度的函數，他最大的貢獻在于提出了電負性均衡原理，即元素形成化合物后，它們在化合物內自動調整各自的電負性初始值，最終體系內所有原子的電負性相等。Allen將基態(tài)自由原子價層電子的平均能量作為衡量元素電負性的標準。電負性的精確理論定義是1978年Parr（帕爾）等人用密度泛函理論表述出來的。Parr等將電負性定義為化學勢的負值，是體系外勢場不變的條件下電子的總能量對總電子數的變化率。這是對電負性所作的精確定義和解釋，同時也使Mulliken電負性標度和Sanderson電負性均衡原理具有了堅實的理論基礎，從而開辟了電負性理論研究和應用的新階段。

編輯推薦

　　《材料結構與性能》在有限的篇幅內重點介紹了材料的電子結構，晶體結構，晶體缺陷，常用鋼鐵材料的組織與性能，主要的輕金屬材料的組織與性能以及塊體非晶合金、超導材料和結構陶瓷材料的結構與性能的關系，使學生能夠從材料結構與性能關系的一般角度來認識材料和研究材料，而非具體講授某種具體的材料。

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