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第1章 材料与人类 1

1.1 材料与人类文明 1

1.2 材料科学与工程的兴起 5

1.3 材料科学与工程的内涵 6

1.4 材料设计与材料选择 9

1.5 材料循环 11

本章小结 13

思考题与习题 13

扩展阅读材料1：超级钢 14

扩展阅读材料2：生态环境材料 15

第2章 工程材料概述 18

2.1 金属材料 18

2.2 陶瓷材料 27

2.3 高分子材料 32

2.4 复合材料 35

2.5 功能材料 38

本章小结 40

思考题与习题 41

扩展阅读材料3：高性能轻合金 41

扩展阅读材料4：高温结构材料 44

第3章 工程材料的基本性能 47

3.1 概述——材料性能的基本特征 47

3.2 工程材料的力学性能 50

3.3 工程材料的物理性能 67

3.4 工程材料的化学性能 74

3.5 不同类型材料的主要性能比较 77

本章小结 84

思考题与习题 84

扩展阅读材料5：超硬材料 84

扩展阅读材料6：钨合金和穿甲弹 86

第4章 材料的原子结构和原子间结合键 89

4.1 材料的结构与结构层次 89

4.2 孤立原子的特性 92

4.3 原子间作用力和结合能 96

4.4 原子间的结合键——一次键 99

4.5 原子间的结合键——二次键 103

4.6 原子间结合键与材料性质Ⅰ——材料类型及一些原子参数 106

4.7 原子间结合键与材料性质Ⅱ——弹性模量及其他相关性质 112

本章小结 115

思考题与习题 116

扩展阅读材料7：高分子材料的结构层次 116

扩展阅读材料8：材料结构层次的耦合和脱耦 118

第5章 固体材料中原子的排列与缺陷 121

5.1 聚集态与原子排列 121

5.2 固体材料中原子的周期排列结构 124

5.3 无机非金属材料（陶瓷）的结构 130

5.4 有机聚合物的原子排列 136

5.5 晶体材料的结构不完整性 139

5.6 原子排列与材料行为及性能Ⅰ：材料密度、各类材料的性能 145

5.7 原子排列与材料行为及性能Ⅱ：晶体滑移、各向异性和同素异构 147

本章小结 150

思考题与习题 151

扩展阅读材料9：准晶体 151

扩展阅读材料10：石墨烯、富勒烯和纳米碳管 153

第6章 固体材料热力学状态：自由能、相图、相与组织 156

6.1 材料系统的熵、自由能与相平衡 156

6.2 材料系统影响自由能的因素 162

6.3 材料中的相组成 167

6.4 材料中的热力学Ⅰ：自由能曲线与材料相图 173

6.5 材料中的热力学Ⅱ：金属和陶瓷的一元相图与二元相图 176

6.6 材料中的热力学Ⅲ：显微组织形貌及其对材料性能的影响 181

本章小结 188

思考题与习题 188

扩展阅读材料11：橡胶的熵致弹性 189

扩展阅读材料12：相变效应与“锡疫” 191

第7章 固体材料动力学过程：激活与扩散及相关材料行为 193

7.1 材料状态的改变、过程与激活能 193

7.2 玻尔兹曼分布与阿伦尼乌斯定律及其应用 196

7.3 金属材料中的原子扩散过程 199

7.4 离子晶体、共价晶体和聚合物中的扩散 204

7.5 材料中的动力学Ⅰ：扩散有关的几个材料行为 206

7.6 材料中的动力学Ⅱ：材料的相变与相变动力学特征 210

7.7 材料中的动力学Ⅲ：高聚物的结晶 219

本章小结 222

思考题与习题 222

扩展阅读材料13：软物质材料 222

扩展阅读材料14：材料中的耗散结构 225

第8章 工程材料强化与韧化的主要途径 229

8.1 晶体中的位错与材料强度 229

8.2 金属材料强化的基本途径 234

8.3 金属材料的断裂与韧化途径 242

8.4 陶瓷材料的强韧化 251

8.5 高分子材料的强韧化 254

8.6 材料表面强化及表面改性处理技术 258

本章小结 263

思考题与习题 263

扩展阅读材料15：芳纶纤维 264

扩展阅读材料16：ZrO2陶瓷的相变增韧 266

第9章 工程材料的制备 268

9.1 金属冶炼概述 268

9.2 钢铁的冶炼 270

9.3 有色金属冶炼和粉末冶金介绍 278

9.4 高聚物材料的制备 280

9.5 陶瓷材料的制备 283

9.6 复合材料的制备 287

9.7 现代特殊材料的制备简介 291

本章小结 296

思考题与习题 297

扩展阅读材料17：碳纤维及其制备 297

扩展阅读材料18：极端条件下的材料制备 299

主要参考文献 302