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“材料科学基础”是高等学校材料科学与工程一级学科专业课程体系中一门重要的学科基础课程。《材料科学基础》是教育都高等教育百门精品课程教材建设计划立项研究项目教材,是普通高等教育“十一五”**级规划教材,是“材料科学基础”**级精品课程教材。
本书主要从一级学科层次上阐述材料的组成与结构、制备与加工、性质、使用性能等材料科学与工程主要要素之间的相互关系及其制约规律。全书主要包括12章内容:材料引言、晶体结构、晶体结构缺陷、非晶态结构与性质、表面结构与性质、相平衡与相图、基本动力学过程——扩散、材料中的相变、材料制备中的固态反应、烧结、腐蚀与氧化、疲劳与断裂等。
本书可供高等学校材料科学与工程一级学科(本科)专业的学科基础课程教学使用,也可作为二级学科专业的学科基础课程教材使用,同时还可作为材料类相关专业工程技术人员的阅读参考书。

1 材料引言
本章提要
1.1 材料类型
1.1.1 金属材料
1.1.2 无机非金属材料
1.1.3 有机高分子材料(聚合物)
1.1.4 复合材料
1.2 材料组成、结构、性质、工艺及其与环境的关系
1.2.1 材料结构层次
1.2.2 工程材料常见性质与性能
1.2.3 材料的加工工艺
1.2.4 材料性能的环境效应
1.3 材料的选择
本章小结
思考题与习题
2 晶体结构
本章提要
2.1 结晶学基础
2.1.1 空间点阵
2.1.2 结晶学指数
2.1.3 晶向与晶面的关系、晶带轴定理
2.2 晶体中质点的结合力与结合能
2.2.1 晶体中质点间的结合力
2.2.2 晶体的结合力与结合能
2.3 晶体中质点的堆积
2.3.1 *紧密堆积原理与*紧密堆积方式
2.3.2 內在因素对晶体结构的影响——化学组成与晶体结构的关系
2.3.3 外在因素对晶体结构的影响——同质多晶与类质同晶及晶型转变
2.4 单质晶体结构
2.4.1 金属晶体的结构
2.4.2 非金属元素单质的晶体结构
2.5 无机化合物结构
2.5.1 AX型结构
2.5.2 AX2型结构
2.5.3 A2X3型结构
2.5.4 AX3型和A2X5型结构
2.5.5 ABO3型结构
2.5.6 ABO4型(白钨矿型)结构及声先效应
2.5.7 AB2O4型(尖晶石,Spinelle)结构
2.5.8 石榴(Garnet)结构
2.5.9 无机化合物结构与鲍林规則(Pauling's Rule)
2.6 硅酸盐晶体结构
2.6.1 硅酸盐晶体的组成表征、结构特点及分类
2.6.2 岛状结构
2.6.3 组群状结构
2.6.4 链状结构
2.6.5 层状结构
2.6.6 架状结构
2.7 高分子材料结构
2.7.1 高分子的链结构
2.7.2 高分子的聚集态结构
本章小结
思考题与习题
3 晶体结构缺陷
本章提要
3.1 晶体结构缺陷的类型
3.1.1 按缺陷的几何形态分类
3.1.2 按缺陷产生的原因分类
3.2 点缺陷”
3.2.1 点缺陷的符号表征——Kroger-Vink符号
3.2.2 缺陷反应表示法
3.2.3 热缺陷浓度的计算
3.2.4 热缺陷在外力作用下的运动
3.2.5 热缺陷与晶体的离子导电性
3.3 线缺陷
3.3.1 晶体的塑性和强度
3.3.2 位错的类型
3.3.3 位错的伯格斯矢量及位错的性质
3.3.4 位错的应力场与应变能
3.3.5 位错的运动
3.3.6 位错所受的力
3.3.7 位错的反应
3.3.8 位错与点缺陷的交互作用
……
4 非晶体结构与性质
5 表面结构与性质
6 相平衡和相图
7 基本动力学过程——扩散
8 材料中的相变
9 材料制备中的固态反应
10 烧结
11 腐蚀与氧化
12 疲劳与断裂
参考文献
附录

1 材料引言
1.3 材料的选择
材料选择是材料科学与材料工程的重要使命之一,是材料器件化、产品化的必经之路,是工程设计中的重要环节之一,会影响整个设计过程。材料选择的核心是在技术、经济合理以及环境协调的前提下,使材料的使用性能与产品的设计功能相适应。一方面材料服役于接近失效极限的范围内,**系数趋于低值,并尽可能使用高性能的材料和强化技术;另一方面,在产业化工艺技术不够成熟和完善的情况下,避免盲目使用性能尚未稳定的新材料。选用材料的应该遵循使用性能、工艺性能、经济性及环境协调性原则。
(1)使用性能原则
使用性能是材料在使用过程中,能够**可靠地工作所必需具备的性能。它包含材料的力学性能、物理性能和化学性能。对于结构性器件,使用性能中*主要的是材料的力学性能。因为只有在满足力学性能之后才有可能保证器件正常运转,不致早期失效。工程上经常对金属材料采用热处理和冷变形强化工艺,目的就是获得较高力学性能。对于功能性器件,在满足力学性能的前提下,**考虑的是外场作用下特定性能响应外场变化的敏感性以及性能的环境稳定性。对所选材料使用性能的要求是在对器件工作条件及失效分析的基础上提出的,这样才可达到提高产品质量的目的。
(2)工艺性能原则
从原料到材料、从材料到器件、从器件到产品都要经过一系列工艺过程。工艺性能是指材料在不同的制造工艺条件下所表现出的承受加工的能力。它是物理、化学和力学性能的综合。按工艺方法不同,可分为铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理工艺性能和切削加工性能等。
在设计器件和选择工艺方法时,都应考虑材料的工艺性能。例如灰铸铁具有良好的铸造性能和切削加工性能,但不能承受锻造,而且焊接性也较差,因此它广泛用于制造形状复杂的铸件;低碳钢的锻造性能和焊接性都很好,多用于制造各类锻压件和焊接构件;高碳钢的焊接性很差,不宜制作焊接件,却宜于用作刃具、量具等材料。热处理工艺性能包括淬透性、淬硬件、变形与开裂、过热与过烧、回火稳定性、氧化等。热处理工艺性能的好坏,直接影响产品质量,而且是生产中*后一道工序,应特别引起重视,否则前功尽弃。
对复合材料中不同材料的相容性也是不可忽视的,在工程上可采用过渡层来弥补相容性的不足。
材料工艺性能的好坏,在单件或小批量生产时,并不显得重要,但在大批量生产条件下希望达到经济规模的要求,往往成为选材中起决定作用的因素之一。另外加工工艺性能好坏也会直接影响产品寿命。例如,1982年9月10日发生的某起火箭发射后坠毁事故,经分析认为是由于齿轮加工方法不当,造成齿面间隙过小,齿轮润滑不良,使滑轮泵停止转动,造成发动机提前关机,致使火箭坠落于大西洋中。
……