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1 材料科学与工程简介 1

1-1 材料与文明 3

1-2 材料与工程 4

1-3 结构？性质？性能 6

1-3.1 内部结构与性质 7

1-3.2 性质与处理 8

1-3.3 性质与使用性能 8

1-3.4 工程处理方法 9

1-4 材料的种类 9

1-4.1 金属 9

1-4.2 聚合体 10

1-4.3 陶瓷 11

1-5 部份材料性质的复习 12

1-5.1 导电系数 12

1-5.2 应力与应变 13

1-5.3 应力——应变曲线 15

复习与研讨 17

第一篇 固相的结构与性质 23

2 原子与原子的配位 25

2-1 个别原子与离子 27

2-1.1 原子质量单位 27

2-1.3 电子 29

2-1.2 周期表 29

2-2 分子 32

2-2.1 键长与键能 33

2-2.2 键角 34

2-2.3 同分异构物 35

2-3 原子配位 37

2-3.1 共价配位 37

2-3.2 离子配位 38

2-3.3 扩展键结 40

2-4 原子间距 41

2-4.1 库伦力 42

2-4.2 电子相斥 43

2-4.3 结合能 44

2-4.4 原子与离子半径 44

2-5 配位原子间电子的移动 48

2-5.1 非固定电子 48

2-5.2 平均自由路径 50

2-6 基於原子配位的结论 51

复习与研讨 52

3 固体中原子的排列 59

3-1 晶体 61

3-1.1 晶系 62

3-2 立方晶体 63

3-2.1 体心立方金属 63

3-2.2 面心立方金属 65

3-2.3 其它面心立方结构 66

3-3 六方晶体 68

3-3.1 六方密集金属 69

3-4 多晶形 71

3-5 单胞几何 72

3-5.1 单胞内的点 73

3-6 结晶方向 76

3-6.1 方向指标 76

3-6.2 方向夹角 76

3-6.4 方向族 77

3-6.3 线密度 77

3-7 晶面 80

3-7.1 米勒指标 81

3-7.2 平面族 82

3-7.3 六方晶体平面指标 82

3-7.4 原子平面密度 83

3-7.5 研究辅助（结晶方向与平面） 83

3-8 x-光绕射 86

3-8.1 平面间距 86

3-8.2 布勒格定律 87

3-8.3 绕射分析 88

复习与研讨 90

4 固体中原子的不规则排列 101

4-1 固体中的杂质 103

4-2 金属固溶体 103

4-2.1 取代型固溶体 104

4-2.2 有序型固溶体 104

4-2.3 填隙型固溶体 105

4-3 化合物固溶体 107

4-3.1 取代型溶体 107

4-3.2 非计量化合物 108

4-4 晶体中之非完美性 110

4-4.1 点缺陷 110

4-4.2 线缺陷（差排） 111

4-4.3 表面 113

4-4.4 晶界 114

4-4.5 晶界面积与晶粒大小 116

4-5 非结晶材料 119

4-5.1 液体 119

4-5.2 玻璃 121

4-5.3 相 123

4-6 原子振荡 124

4-6.1 热膨胀 124

4-6.2 热能分布 126

4-7 原子扩散 129

4-7.1 自身扩散 131

4-7.2 扩散系数 132

4-7.3 扩散系数与温度的关系 133

4-7.4 研读辅助（原子移动） 134

4-8 扩散处理 137

复习与研讨 140

5 单相金属 149

5-1 单相合金 151

5-1.1 单相合金性质 151

5-1.2 单相合金之显微结构 153

5-2 单相合金之处理 156

5-3.1 弹性模数 158

5-3 弹性变形 158

5-3.2 弹性模数与温度之关系 160

5-3.3 弹性模数与结晶方向之关系 160

5-4 单晶塑性变形 163

5-4.1 临界剪应力与滑移系统 163

5-4.2 分解剪应力 164

5-4.3 滑移机构 165

5-4.4 固溶体中差排之移动 166

5-4.5 中间金属化合物 167

5-5 塑性变形金属的性质 170

5-5.1 应变硬化 171

5-6 再结晶 174

5-6.1 再结晶温度 175

5-6.2 再结晶速率 177

5-6.3 金属热作与冷作之关系 178

5-6.4 工程上冷作与退火之重要性 179

5-7 多晶金属之性能 181

5-7.1 金属之晶粒成长 182

5-7.2 低温变形 183

5-7.3 高温变形 184

复习与研讨 185

6 巨大分子 195

6-1 巨大分子 197

6-1.1 巨形分子 197

6-1.2 分子量 198

6-1.3 分子长度 201

6-2 线性聚合体 206

6-2.1 练形生长机构，加成聚合 206

6-2.2 逐步生长聚合机构 208

6-2.3 共聚体 209

6-2.4 热塑性 209

6-3 三度空间聚合体 212

6-3.1 热固与热塑聚合体 213

6-3.2 络接 213

6-4 分子结构的变化 216

6-4.1 立体异构物 216

6-4.2 分支 217

6-5 玻璃转变温度 218

6-6 分子晶体 220

6-6.1 结晶速率 223

6-7 聚合材料之变形 224

6-7.1 弹胶 224

6-7.2 黏性变形 226

6-7.3 应力松弛 228

6-8 成形处理 230

6-8.1 挤压 231

6-8.2 射出模制 232

6-8.3 全张模制 233

6-8.4 吹气模制 234

6-8.5 纺丝 234

6-8.6 分子取向 235

复习与研讨 235

7 陶瓷材料 245

7-1 陶瓷的相 247

7-1.1 陶瓷与非陶瓷相的比较 248

7-2 陶瓷晶体 249

7-2.1 AX结构（CsCl-型） 249

7-2.2 AX结构（NaCl-型） 250

7-2.3 AX结构（ZnS-型） 251

7-3 陶瓷晶体 254

7-4 多元化合物 257

7-4.1 固溶体 258

7-4.2 研读辅助（陶瓷化合物） 258

7-5 矽酸塩 260

7-5.1 矽酸塩四面体单元 260

7-5.2 网状矽酸塩 261

7-5.3 玻璃 261

7-5.4 网状调质物 262

7-6 陶瓷的机械性能 266

7-6.1 硬度 267

7-6.2 凹痕感度 267

7-6.3 非延性材料的用途 268

7-7 陶瓷材料的处理 270

7-7.1 黏滞成形 270

7-7.2 烧结处理 271

7-7.3 单晶准备 274

复习与研讨 278

8 导性材料 289

8-1 电荷载体 291

8-2 金属传导性 293

8-2.1 平均自由程 293

8-2.2 电阻与温度 293

8-2.4 能带 295

8-2.3 固溶体中的电阻 295

8-2.5 金属导体的定义 296

8-2.6 研读辅助（金属传导性） 297

8-3 绝缘体 299

8-4 本质半导体 300

8-4.1 电荷之可动性 303

8-4.2 半导性（本质半导体）与温度 304

8-4.3 光传导 305

8-4.4 再结合现象 305

8-4.5 发光 306

8-5.1 N-型半导体 309

8-5 非本质半导体 309

8-5.2 P-型半导体 310

8-5.3 施体耗尽及受体饱和 311

8-5.4 缺陷半导体 311

8-5.5 研读辅助（非本质半导体） 312

8-6 半导体装置 315

8-6.1 传导与电阻装置 315

8-6.2 接合面设计，二极体 316

8-6.3 电晶体 317

8-7 半导体处理 320

8-7.1 晶体成长 320

8-7.2 设计准备 321

复习与研讨 323

9 磁性的、介电的与光学的材料 331

9-1 磁性材料 333

9-1.1 磁滞 333

9-1.2 磁性矩 335

9-1.3 磁区 336

9-1.4 磁区成长与磁区界面移动 336

9-1.5 陶瓷磁体 338

9-1.6 金属磁体 341

9-2 介电性材料 343

9-2.1 电的极化 344

9-2.3 介电常数 346

9-2.2 极化计算 346

9-2.4 聚合体介电质 348

9-3 压电性材料 351

9-4 光学材料 353

9-4.1 折射率 354

9-4.2 吸收 355

9-4.3 光纤维 357

9-4.4 雷射 358

复习与研讨 361

第二篇 多相固体的结构、性质与它们的控制 367

10 相图 369

10-1.2 液体溶解限度 371

10-1 定性的相关系 371

10-1.1 溶体与混合物的关系 371

10-1.3 共晶温度与组成 373

10-1.4 共晶反应 373

10-1.5 共晶合金 374

10-1.6 固体溶解限度 374

10-1.7 相名与（或）符号 375

10-2 相图（平衡图） 377

10-2.1 凝固范围 378

lO-2.2 恒温分割 379

10-3 相的化学成份 381

lO-3.1 单相区 381

10-3.2 两相区 382

10-3.3 三相温度及共晶反应 383

10-3.4 研读辅助（相图） 383

10-4 相的量 384

lO-4.1 单相区 384

10-4.2 两相区 384

10-4.3 物质平衡 386

lO-4.4 三相特殊情形 387

10-5 商用合金与陶瓷 389

10-6 铁-碳系合金的相 396

10-6.1 肥粒铁或α-铁 396

10-6.3 δ-铁 397

lO-6.2 沃斯田铁或γ铁 397

lO-6.4 碳化铁 398

10-7 Fe-Fe3C相图 399

10-7.1 共析反应 400

10-8 沃斯田铁分析 402

10-8.1 学习辅助 403

10-9 普通碳钢与低合金钢 406

lO-9.1 钢的命名 407

10-9.2 共析移位 408

复习与研讨 409

11 发展与控制显微结构的处理 421

11-1.1 单相显微结构的摘要 423

11-1 显微结构 423

11-1.2 多相显微结构的摘要 424

11-2 固体中的反应 428

11-2.1 溶解与析出 429

11-2.2 共析反应 431

11-2.3 麻田散铁的形成 433

11-2.4 回火麻田散铁 435

11-3 退火处理 438

11-3.1 退火 438

11-3.4 完全退火 439

11-3.3 再结晶(或退火＊） 439

11-3.2 应力松弛 439

11-3.5 球化 440

11-4 均质化处理 441

11-4.1 均热 441

11-4.2 正常化 441

11-5 析出处理 443

11-5.1 析出硬化 443

11-5.2 过时效 445

11-5.3 结合硬化 446

11-5.4 高强度低合金 447

11-6.1 等温变化 448

11-6 钢铁：γ→(а＋？)反应速率 448

11-6.2 麻田散铁温度 451

11-6.3 迟缓沃斯田铁变化 452

11-6.4 连续冷却变化 453

11-6.5 学习辅助（钢的变化速率） 454

11-7 钢铁：商用热处理 457

11-7.1 退火 458

11-7.2 淬火 458

11-7.3 分段淬火 458

11-7.4 回火 458

11-7.5 沃斯回火 459

11-7.6 学习辅助（钢的显微结构） 460

11-8 钢：硬化能 462

11-8.1 硬化能曲线 463

11-8.2 硬化能曲线之应用 466

11-8.3 回火硬度 467

11-8.4 学习辅助（硬化能） 467

复习与研讨 471

12 复合材料 483

12-1 材料的结合 485

12-1.1 混合物定律 485

12-2 强化材料 490

12-3 界面应力 494

12-4 高刚性复合材料 495

复习与研讨 496

13 材料使用时的性能 501

13-1 使用要求 503

13-1.1 损坏 504

13-1.2 设计考虑 504

13-2 破断 505

13-2.1 韧度试验 506

13-2.2 延性转变温度 506

13-2.3 破断韧度，KIC 508

13-2.4 疲劳 509

13-3.1 较高温度的使用（结晶性材料） 513

13-3 高温损坏 513

13-3.2 热稳定性(无晶形材料） 515

13-4 放射损伤 516

13-5 腐蚀反应 520

13-5.1 阳极反应 520

13-5.2 阴极反应 523

13-5.3 化学腐蚀电池 524

13-6 使用因素影响腐蚀 530

13-6.1 钝化表面薄膜 530

13-6.2 化学保护 532

13-6.3 区域腐蚀 533

13-6.4 应力腐蚀 534

复习与研讨 537

第三篇 三种广泛使用但较复杂的材料 545

14 铸铁 547

14-1 简介 549

14-2 铁-碳相图 549

14-3 石墨化 551

14-4 工程铸铁 552

14-4.1 灰铸铁 552

14-4.2 球形（延性）铸铁 554

14-4.3 可锻铸铁 554

复习与研讨 558

15 混凝土 561

15-1 骨材 563

15-2 波特兰水泥 566

15-2.1 水泥水合作用 567

15-3 混凝土混合料 568

15-4 其他水泥与混凝土 571

15-4.1 沥青 572

15-4.2 沥青键结混凝土 572

复习与研讨 574

16 木材 579

16-1.1 木纹 581

16-1 木材的结构 581

16-1.2 更细的结构 583

16-2 木材的性质 584

16-2.1 木材中的水气 584

16-2.2 密度 584

16-2.3 弹性与强度 585

16-3 处理过的木材 587

16-3.1 改变过的木材 588

复习与研讨 590

附录A 常数与换算表 595

附录B 部份元素表 597

附录C 部份工程材料之性质（20℃） 599