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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，KIC508

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