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第1章 材料及材料科学与工程学科 1

1.1 材料的基本概念及其与人类的关系 1

1.1.1 人类赖以生存的物质环境 1

1.1.2 材料的概念 4

1.1.3 人类社会的材料特征 6

1.2 材料的基本特征 8

1.2.1 服役环境对材料的要求 8

1.2.2 不同材料的物理和化学本质 10

1.2.3 材料的基本力学性能与结构材料 13

1.2.4 材料的其他基本物理性能与功能材料 15

1.2.5 材料的加工制作 16

1.3 材料科学与工程学科的人才培养 18

1.3.1 材料科学与工程学科的特点与工科特征 18

1.3.2 材料科学与工程学科高等教育专业人才的培养 21

1.3.3 材料科学与工程的可持续发展 24

思考题 28

参考文献 28

第2章 材料与人类社会的进步 32

2.1 石器时代 33

2.1.1 旧石器时代 34

2.1.2 新石器时代的陶器 35

2.1.3 新石器时代的磨光石器 38

2.1.4 石器的后续发展 41

2.2 铜器时代 44

2.2.1 天然铜与铜石并用时代 44

2.2.2 红铜阶段及铜的古代冶炼原理 46

2.2.3 青铜器的制作和使用 48

2.3 铁器时代 50

2.3.1 陨铁的使用 50

2.3.2 铁的古代冶炼技术及古代铁器的使用 52

2.3.3 中国古代冶铁技术的优势和特点 57

2.3.4 后铁器时代（钢铁时代） 59

2.4 信息时代——硅时代 64

2.4.1 信息的数字化 65

2.4.2 电子计算机与信息处理 67

2.4.3 硅半导体支撑信息数字化的硬件原理 68

2.4.4 计算机发展所需大规模集成电路的材料原理 72

2.4.5 网络高速传输所需的光导纤维 76

2.4.6 信息时代与硅时代 79

思考题 81

参考文献 81

第3章 材料在现代社会中的广泛应用 86

3.1 钢铁材料 87

3.1.1 钢铁材料的生产 87

3.1.2 钢铁线材与型材的应用 88

3.1.3 钢铁板材和管材的应用 91

3.1.4 钢铁材料在机电等其他行业的应用 93

3.2 非铁金属材料 95

3.2.1 铝及铝合金 95

3.2.2 铜及铜合金 98

3.2.3 钛及钛合金 100

3.2.4 镁及镁合金 101

3.3 无机非金属材料 104

3.3.1 水泥 104

3.3.2 普通陶瓷 106

3.3.3 耐火材料 108

3.3.4 玻璃 109

3.3.5 特种陶瓷 113

3.4 有机高分子材料 117

3.4.1 塑料 117

3.4.2 橡胶 122

3.4.3 有机纤维 125

3.4.4 生物医学上使用的高分子材料 129

3.4.5 木材与纸张 131

思考题 133

参考文献 133

第4章 材料的服役及材料科学与工程学科的知识范围 138

4.1 材料服役过程中的损耗与失效 139

4.1.1 材料的常规失效 140

4.1.2 人为因素造成的失效 141

4.1.3 极端条件下服役的材料及其失效 143

4.1.4 自然灾害造成的材料失效 145

4.1.5 材料科学与工程学科的社会责任 146

4.2 材料科学与工程专业的课程设置与学习过程简介 149

4.2.1 材料专业的工科基础知识 150

4.2.2 专业基础知识和专业知识 150

4.2.3 选修及其他知识 151

4.2.4 实践环节 152

4.3 材料科学与工程专业的实验与研究 154

4.3.1 材料的结构与观测 154

4.3.2 材料的加工与制备 160

4.3.3 材料的性能及其测量 165

4.3.4 材料的服役检测 168

思考题 170

参考文献 170

第5章 形形色色的高技术新材料 174

5.1 社会安全的守护者——抗灾安全用钢 176

5.1.1 道路交通事故及汽车用钢的安全对策 176

5.1.2 抗灾安全用钢的基本原理 177

5.1.3 抗灾安全用钢的其他应用 179

5.2 航空发动机材料中的皇冠——涡轮盘和叶片用高温合金 181

5.2.1 航空发动机 182

5.2.2 发动机上的关键材料 184

5.2.3 发动机高温合金的发展与展望 185

5.3 点石成金——人工金刚石 186

5.3.1 性能优异的金刚石 187

5.3.2 天然金刚石 188

5.3.3 人工金刚石 189

5.4 传输电流而无电阻的神秘物质——超导材料 191

5.4.1 物质的超导现象 191

5.4.2 超导原理浅析 193

5.4.3 超导材料的发展 194

5.4.4 超导材料的工程应用 197

5.5 无限清洁能源的输送载体——储氢材料 199

5.5.1 全球的石油资源 199

5.5.2 氢燃料电池及其工作原理 200

5.5.3 储氢材料的发展 201

5.6 能量转换与信息转换的载体——磁致伸缩材料 203

5.6.1 材料的磁致伸缩效应 203

5.6.2 磁致伸缩材料的发展 204

5.6.3 磁致伸缩材料的应用 206

5.7 绿色环保磁制冷技术的关键——磁热材料 209

5.7.1 磁热效应与磁热材料 209

5.7.2 磁制冷原理 210

5.7.3 磁热材料的发展与应用 213

5.7.4 磁蓄冷材料及其原理 214

5.8 地球脉搏的监护者——磁电阻材料 217

5.8.1 地球的磁场及持续磁场的工业应用 217

5.8.2 磁电阻材料和地磁场测量原理 218

5.8.3 磁电阻材料的结构及其应用 220

5.9 电磁波的吞噬者——隐身材料 221

5.9.1 电磁感应与电磁波 221

5.9.2 物质对电磁波的散射与吸收 222

5.9.3 隐身材料原理 224

5.10 温度与电压的转换介质——热电材料 227

5.10.1 物质的热电效应 227

5.10.2 热电原理和热电材料 229

5.10.3 热电材料的实际应用 231

5.11 小尺寸引起大效应——纳米材料 234

5.11.1 纳米材料的概念 234

5.11.2 纳米效应与纳米技术 236

5.11.3 纳米材料的发展与应用 238

5.12 具有晶体特性的流体——液晶材料 242

5.12.1 液晶的概念 242

5.12.2 液晶的分类和电光效应 243

5.12.3 液晶显示器的发展和广泛应用 245

5.13 人类组织或器官的替代者——生物医用材料 247

5.13.1 生物医用材料的基本概念与特点 247

5.13.2 生物医用金属材料 248

5.13.3 生物医用陶瓷材料 249

5.13.4 生物医用高分子材料 251

思考题 252

参考文献 252

名词索引 260