第1章　走進(jìn)材料科學(xué)與工程 001
1.1　材料與人類文明 001
1.2　材料科學(xué)與工程的內(nèi)涵 003
1.2.1　材料四要素之成分 003
1.2.2　材料四要素之結(jié)構(gòu) 004
1.2.3　材料四要素之工藝 005
1.2.4　材料四要素之性能 008
1.3　材料演化與分類 009
1.3.1　天然材料 009
1.3.2　人工材料 009
1.3.3　發(fā)展趨勢 013
習(xí)題 016


第一部分　結(jié)構(gòu)與缺陷
第2章　原子結(jié)構(gòu)與結(jié)合鍵 018
2.1　原子結(jié)構(gòu) 018
2.1.1　原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 018
2.1.2　原子結(jié)構(gòu)模型 019
2.2　元素周期表 022
2.2.1　元素周期表的結(jié)構(gòu) 022
2.2.2　元素性能的周期性規(guī)律 024
2.3　原子間結(jié)合鍵 024
2.3.1　原子間作用力和結(jié)合能 025
2.3.2　主價(jià)鍵 027
2.3.3　次價(jià)鍵 029
2.3.4　實(shí)際材料中的結(jié)合鍵 030
習(xí)題 031

第3章　晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 032
3.1　晶體 032
3.1.1　晶體的定義 032
3.1.2　晶體的基本特征 033
3.2　空間點(diǎn)陣和晶胞 034
3.2.1　晶體結(jié)構(gòu)與點(diǎn)陣 034
3.2.2　晶胞 035
3.2.3　晶體的對稱性 036
3.2.4　晶系 036
3.2.5　布拉維點(diǎn)陣 037
3.3　晶向和晶面 039
3.3.1　晶向指數(shù) 039
3.3.2　晶面指數(shù) 040
3.3.3　六方晶系的四軸指數(shù) 041
3.3.4　晶向長度和夾角 042
3.3.5　晶面間距和夾角 042
3.4　晶體投影 044
3.4.1　極射赤面投影 044
3.4.2　烏氏網(wǎng) 046
3.5　非晶體 046
習(xí)題 048

第4章　固體結(jié)構(gòu) 049
4.1　純金屬的晶體結(jié)構(gòu) 049
4.1.1　面心立方結(jié)構(gòu) 050
4.1.2　體心立方結(jié)構(gòu) 051
4.1.3　密排六方結(jié)構(gòu) 052
4.1.4　晶體的理論密度 052
4.1.5　原子堆垛 053
4.1.6　晶體結(jié)構(gòu)中的間隙 054
4.2　合金的晶體結(jié)構(gòu) 055
4.2.1　固溶體 056
4.2.2　金屬間化合物 057
4.3　離子晶體的結(jié)構(gòu) 060
4.3.1　離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則 060
4.3.2　典型的離子晶體結(jié)構(gòu) 062
4.4　共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu) 064
4.5　高分子聚合物的結(jié)構(gòu) 065
4.5.1　碳?xì)浞肿? 066
4.5.2　聚合物分子 067
4.5.3　聚合物的分子量 070
4.5.4　分子鏈的形態(tài)和結(jié)構(gòu) 071
4.5.5　熱塑性與熱固性聚合物 072
4.5.6　聚合物晶體 073
4.6　同素異構(gòu)與同分異構(gòu) 074
4.6.1　同素異構(gòu) 074
4.6.2　同分異構(gòu) 076
習(xí)題 077

第5章　晶體缺陷 079
5.1　點(diǎn)缺陷 079
5.1.1　金屬中的點(diǎn)缺陷 079
5.1.2　陶瓷中的點(diǎn)缺陷 081
5.1.3　晶態(tài)聚合物中的點(diǎn)缺陷 083
5.1.4　原子振動(dòng) 084
5.2　位錯(cuò) 084
5.2.1　位錯(cuò)的結(jié)構(gòu)特征 085
5.2.2　伯氏矢量 087
5.2.3　位錯(cuò)的線張力 089
5.2.4　位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) 090
5.2.5　位錯(cuò)的形成與增殖 094
5.3　面缺陷 096
5.3.1　晶體表面 096
5.3.2　晶界 099
5.3.3　相界 105
5.3.4　其他面缺陷 107
5.4　體缺陷 108
習(xí)題 108


第二部分　形變與強(qiáng)化
第6章　材料力學(xué)性能 110
6.1　應(yīng)力與應(yīng)變 110
6.2　彈性變形與塑性變形 111
6.2.1　彈性變形 111
6.2.2　塑性變形 112
6.3　材料的拉伸性能 112
6.3.1　材料拉伸測試 112
6.3.2　金屬材料的拉伸性能 113
6.3.3　聚合物材料的拉伸性能 120
6.4　硬度 123
6.4.1　布氏硬度 124
6.4.2　洛氏硬度 124
6.4.3　維氏硬度 125
6.4.4　努氏硬度 126
6.4.5　邵氏硬度 126
6.5　抗沖擊性能 127
6.6　其他常用力學(xué)性能 128
6.6.1　壓縮 128
6.6.2　扭轉(zhuǎn) 129
6.6.3　彎曲 130
6.7　材料性能的可變性與設(shè)計(jì)安全因素 132
6.7.1　材料性能的可變性 132
6.7.2　設(shè)計(jì)安全因素 133
習(xí)題 135

第7章　變形和強(qiáng)化機(jī)制 136
7.1　彈性變形機(jī)制 136
7.2　塑性變形機(jī)制 138
7.2.1　單晶體的滑移 138
7.2.2　單晶體的孿生 142
7.2.3　多晶體的塑性變形 144
7.3　塑性變形中材料組織和性能的變化 146
7.3.1　晶粒形貌 146
7.3.2　變形織構(gòu) 147
7.3.3　位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu) 147
7.3.4　殘余應(yīng)力 147
7.4　強(qiáng)化機(jī)制 148
7.4.1　細(xì)晶強(qiáng)化 148
7.4.2　固溶強(qiáng)化 150
7.4.3　加工硬化 152
7.4.4　第二相強(qiáng)化 154
7.5　回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大 157
7.5.1　回復(fù) 157
7.5.2　再結(jié)晶 158
7.5.3　再結(jié)晶后的晶粒長大 162
7.6　非晶體的塑性變形 164
7.6.1　非晶態(tài)聚合物的變形 164
7.6.2　非晶合金的變形 166
7.6.3　非晶陶瓷的變形 166
習(xí)題 167

第8章　材料的失效 168
8.1　斷裂 168
8.1.1　韌性斷裂和脆性斷裂 168
8.1.2　斷口特征 169
8.1.3　斷裂力學(xué)原理 172
8.1.4　影響材料韌性的因素 174
8.2　疲勞 176
8.2.1　循環(huán)應(yīng)力 177
8.2.2　SN曲線 178
8.2.3　疲勞裂紋的形成與擴(kuò)展 179
8.2.4　影響疲勞壽命的因素 180
8.3　蠕變 182
8.3.1　蠕變行為 182
8.3.2　影響蠕變性能的因素 183
習(xí)題 184


第三部分　擴(kuò)散與相變
第9章　固體中的擴(kuò)散 186
9.1　擴(kuò)散現(xiàn)象 186
9.2　穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散與菲克第一定律 188
9.3　非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散與菲克第二定律 189
9.4　擴(kuò)散微觀機(jī)制 190
9.4.1　擴(kuò)散機(jī)制 190
9.4.2　擴(kuò)散通道 191
9.5　影響擴(kuò)散的因素 192
9.5.1　溫度 192
9.5.2　材料的結(jié)構(gòu) 193
9.6　不同材料中的擴(kuò)散 193
9.6.1　半導(dǎo)體材料中的擴(kuò)散 193
9.6.2　離子晶體中的擴(kuò)散 194
9.6.3　聚合物中的擴(kuò)散 194
習(xí)題 195

第10章　相圖 196
10.1　相和相平衡 196
10.1.1　相的概念 196
10.1.2　相平衡 197
10.1.3　相律 197
10.2　相圖的測定和熱力學(xué)基礎(chǔ) 197
10.2.1　相圖的測定方法 197
10.2.2　相圖的熱力學(xué)基礎(chǔ) 200
10.3　單組元相圖 204
10.4　二元相圖 205
10.4.1　勻晶相圖 205
10.4.2　共晶相圖 209
10.4.3　共析和包晶相圖 214
10.4.4　復(fù)雜二元相圖分析 215
10.5　鐵碳相圖 216
10.5.1　鐵碳相圖的特征 216
10.5.2　典型鐵碳合金的平衡凝固組織轉(zhuǎn)變 219
10.5.3　含碳量對鐵碳平衡組織和性能的影響 227
10.6　三元相圖 229
10.6.1　三元相圖成分表示方法 229
10.6.2　三元?jiǎng)蚓�相圖 232
10.6.3　截面圖和投影圖 232
習(xí)題 235

第11章　相變 237
11.1　相變過程中的形核 237
11.1.1　均勻形核 238
11.1.2　非均勻形核 242
11.2　相變過程中的晶核長大 244
11.3　固態(tài)相變 245
11.3.1　固態(tài)相變的特點(diǎn) 245
11.3.2　固態(tài)相變動(dòng)力學(xué) 246
11.3.3　亞穩(wěn)態(tài)和平衡態(tài) 247
11.4　等溫轉(zhuǎn)變 247
11.4.1　珠光體轉(zhuǎn)變 247
11.4.2　貝氏體轉(zhuǎn)變 251
11.4.3　馬氏體轉(zhuǎn)變 253
11.5　連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 256
11.6　鐵碳合金典型組織的力學(xué)性能 257
11.6.1　珠光體的力學(xué)性能 257
11.6.2　貝氏體的力學(xué)性能 259
11.6.3　馬氏體的力學(xué)性能 261
習(xí)題 264


第四部分　性能與應(yīng)用
第12章　電學(xué)性能 266
12.1　經(jīng)典導(dǎo)電模型 266
12.1.1　歐姆定律和電導(dǎo)率 266
12.1.2　電子與離子導(dǎo)電 268
12.2　能帶結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電性能 268
12.2.1　能帶的形成 268
12.2.2　金屬、半導(dǎo)體和絕緣體的能帶結(jié)構(gòu) 269
12.3　金屬的導(dǎo)電性能 271
12.4　半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能 272
12.4.1　本征半導(dǎo)體 273
12.4.2　非本征半導(dǎo)體 273
12.4.3　溫度對載流子濃度的影響 275
12.4.4　影響遷移率的因素 276
12.4.5　霍爾效應(yīng) 276
12.4.6　PN結(jié)與晶體管 277
12.5　陶瓷材料的導(dǎo)電性能 278
12.6　聚合物材料的導(dǎo)電性能 279
12.7　介電材料 280
12.7.1　介電材料的極化 280
12.7.2　儲(chǔ)能介電材料 282
12.7.3　壓電和鐵電材料 285
12.7.4　低溫共燒陶瓷技術(shù)與器件 286
習(xí)題 288

第13章　熱學(xué)性能 289
13.1　熱容 289
13.1.1　經(jīng)典熱容理論 290
13.1.2　量子熱容理論 290
13.1.3　比熱容的測定 292
13.2　熱膨脹與熱應(yīng)力 292
13.2.1　熱膨脹 292
13.2.2　熱應(yīng)力 293
13.3　儲(chǔ)熱和制冷 294
13.3.1　儲(chǔ)熱技術(shù) 294
13.3.2　卡路里制冷 295
13.4　熱傳導(dǎo) 295
13.4.1　熱載流子 295
13.4.2　熱導(dǎo)率 296
13.4.3　宏觀傳熱模型 297
13.4.4　微觀傳熱模型 298
13.4.5　熱導(dǎo)率的測量方法 300
13.5　熱阻 303
13.5.1　熱阻的定義 303
13.5.2　界面熱阻 304
13.5.3　界面熱阻的物理模型 305
13.6　傳熱性能的優(yōu)化與控制 306
13.6.1　提高熱導(dǎo)率的方法 306
13.6.2　降低界面熱阻的方法 306
習(xí)題 307

第14章　磁學(xué)性能 308
14.1　磁性相關(guān)物理量 308
14.1.1　磁偶極子和磁偶極矩 309
14.1.2　磁場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度 309
14.1.3　相對磁導(dǎo)率和磁化強(qiáng)度 310
14.1.4　磁學(xué)物理量的單位 311
14.2　原子磁性來源 312
14.2.1　電子磁矩 312
14.2.2　原子核磁矩 314
14.3　宏觀物質(zhì)磁性的分類 315
14.3.1　抗磁性 315
14.3.2　順磁性 317
14.3.3　磁序 318
14.4　磁疇與技術(shù)磁化 322
14.4.1　磁疇 322
14.4.2　磁化過程與磁滯 323
14.4.3　磁各向異性 324
14.5　磁性材料的表征與應(yīng)用 325
14.5.1　磁性材料的表征 325
14.5.2　磁性材料的應(yīng)用 326
習(xí)題 327

第15章　光學(xué)性能 328
15.1　介電材料的折射率 328
15.1.1　介電材料中束縛電子的動(dòng)力學(xué)方程 329
15.1.2　介電材料的折射率模型 330
15.2　金屬的折射率 332
15.2.1　金屬中自由電子的動(dòng)力學(xué)方程 332
15.2.2　金屬的折射率模型 333
15.3　光在各向同性介質(zhì)中的傳播 335
15.3.1　光在材料界面的反射與折射 335
15.3.2　光在薄膜材料中的傳播 338
15.3.3　材料折射率的測量 340
15.4　光在各向異性材料中的傳播 341
15.4.1　雙折射 341
15.4.2　瓊斯矩陣 342
習(xí)題 344

第16章　生物相容性 345
16.1　材料與生物體的相互作用 345
16.1.1　材料與血液的相互作用 346
16.1.2　材料與蛋白質(zhì)的相互作用 347
16.1.3　材料與細(xì)胞的相互作用 348
16.1.4　材料與組織的相互作用 349
16.1.5　植入材料在生物體內(nèi)的變化 350
16.2　生物相容性的分類 351
16.2.1　組織相容性 352
16.2.2　血液相容性 352
16.3　影響材料生物相容性的因素 353
16.3.1　材料結(jié)構(gòu)對組織相容性的影響 353
16.3.2　材料表面特性對血液相容性的影響 353
16.4　生物相容性的評(píng)價(jià) 353
16.4.1　生物相容性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 354
16.4.2　生物相容性的評(píng)價(jià)方法 354
習(xí)題 355

第17章　材料的前沿應(yīng)用 356
17.1　半導(dǎo)體材料 356
17.1.1　晶體管 357
17.1.2　發(fā)光器件 359
17.1.3　光伏器件 361
17.1.4　熱電器件 362
17.1.5　傳感器件 363
17.2　智能材料 365
17.2.1　智能材料的發(fā)展歷程 365
17.2.2　智能材料的分類 366
17.2.3　智能材料的應(yīng)用 366
17.2.4　智能材料面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢 373
17.3　電池材料 374
17.3.1　電池簡史 374
17.3.2　鋰離子電池 374
17.3.3　鈉離子電池 380
17.3.4　下一代高性能電池 380
17.4　環(huán)境材料 384
17.4.1　環(huán)境材料的定義 384
17.4.2　環(huán)境材料的分類 385
17.4.3　生命周期評(píng)價(jià) 385
17.4.4　環(huán)境材料的應(yīng)用 386
17.5　生物材料 388
17.5.1　生物材料的定義 388
17.5.2　生物材料的發(fā)展歷程 388
17.5.3　生物材料的分類 390
17.5.4　生物材料的應(yīng)用 392
習(xí)題 393

第18章　材料與社會(huì) 394
18.1　原料的豐度與純度 394
18.1.1　豐度與供求平衡 394
18.1.2　純度與高純物質(zhì) 397
18.2　材料的能耗與碳排放 398
18.3　產(chǎn)品的壽命與材料的失效 401
18.3.1　產(chǎn)品的壽命 401
18.3.2　材料的失效 401
18.4　廢品的處置與循環(huán) 402
18.4.1　二次直接利用與二次工程化利用 402
18.4.2　原料回收與再利用 403
18.4.3　填埋與燃燒 405
18.5　材料優(yōu)選與社會(huì)可持續(xù)發(fā)展 405
18.5.1　生態(tài)審計(jì) 406
18.5.2　材料優(yōu)選 406
18.5.3　材料使用效率 407
18.5.4　社會(huì)可持續(xù)發(fā)展 408
習(xí)題 410


習(xí)題參考答案（二維碼） 411

參考文獻(xiàn)　 412