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绪论1

第1章 材料的结构1

1.1 材料的键合方式1

目录1

1.1.1 离子键2

1.1.2 共价键2

1.1.3 金属键3

1.1.4 二次键4

1.1.5 混合键6

1.1.6 材料的结合键与性能7

1.2.1 晶体的特征9

1.2 晶体学基本知识9

1.2.2 空间点阵与晶胞10

1.2.3 晶系和布拉菲点阵11

1.2.4 空间点阵与晶体结构的关系13

1.2.5 晶体的对称性概念15

1.2.6 晶面指数和晶向指数19

1.2.7 晶面间距23

1.2.8 晶面及晶向间的夹角24

1.2.9 晶带25

1.3.1 典型纯金属的晶体结构26

1.3 纯金属的晶体结构26

1.3.2 点阵常数与原子半径r的关系27

1.3.3 配位数和致密度28

1.3.4 晶体中原子堆垛方式29

1.3.5 晶体结构中的间隙31

1.3.6 同素异构现象34

1.3.7 原子半径34

1.3.8 其他晶体结构36

1.4 合金相结构37

1.4.1 固溶体38

1.4.2 金属间化合物45

1.5 陶瓷材料的晶体相结构50

1.5.1 离子键结合的陶瓷晶体结构51

1.5.2 共价键结合的陶瓷晶体结构54

1.6 非晶态金属（金属玻璃）55

1.6.1 金属玻璃的获得与分类55

1.6.2 金属玻璃结构模型59

1.7 准晶体63

1.7.1 准晶体的结构模型64

1.7.2 准晶的稳定性67

1.8.1 高分子链结构68

1.8 高分子材料的结构68

1.8.2 高分子的聚集态结构69

习题74

第2章 空位与位错75

2.1 空位75

2.1.1 空位的热力学分析76

2.1.2 空位的迁移77

2.1.3 材料中空位的实际意义78

2.2.1 刃型位错79

2.2 位错的基本类型及特征79

2.2.2 螺型位错81

2.2.3 混合位错82

2.3 柏氏矢量83

2.3.1 确定柏氏矢量的方法83

2.3.2 柏氏矢量的特征和意义84

2.4 位错的运动85

2.4.1 位错滑移的晶格阻力86

2.4.2 刃型位错的运动87

2.4.3 螺型位错的运动88

2.4.4 混合位错的运动89

2.5.1 位错的应变能90

2.5 位错的应变场和应力能90

2.5.2 位错的应力场92

2.6 位错的受力93

2.6.1 作用在位错上的力93

2.6.2 位错的线张力95

2.7 位错与晶体缺陷的交互作用96

2.7.1 位错与点缺陷之间的交互作用96

2.7.2 位错之间的交互作用98

2.7.3 位错的塞积101

2.8.1 晶体中位错的萌生103

2.8.2 晶体中位错的增殖103

2.8 位错的萌生与增殖103

2.9 实际晶体中的位错组态105

2.9.1 fcc,bcc,hcp晶体中单位位错的柏氏矢量105

2.9.2 层错106

2.9.3 不全位错107

2.9.4 位错反应与扩展位错109

2.9.5 位错的实际观察114

习题115

第3章 材料的表面与界面117

3.1 材料的表面117

3.1.1 表面晶体学117

3.1.2 表面热力学124

3.1.3 实际表面128

3.2 材料的界面131

3.2.1 界面的定义和种类131

3.2.2 晶界131

3.2.3 相界138

3.2.4 多晶材料中的界面140

习题143

第4章 材料的凝固144

4.1 金属液态结构与性能特点144

4.1.1 液态金属与固态金属的比较145

4.1.2 金属液态结构147

4.2 金属结晶的基本规律148

4.2.1 金属结晶的微观现象148

4.2.2 金属结晶的宏观现象149

4.3 晶核的长大162

4.3.1 晶核长大的条件162

4.3.2 液-固界面的微观结构163

4.3.3 晶体长大的机制163

4.3.4 纯金属长大的形态165

4.4 结晶理论的应用169

4.4.1 铸锭的组织及控制169

4.5 聚合物的凝固178

习题179

第5章 二元合金相图及合金的凝固和组织180

5.1 二元相图的表示方法180

5.1.1 二元合金中存在的相180

5.1.2 二元相图的表示、含义和杠杆定律182

5.1.3 用实验方法测绘二元相图185

5.2 匀晶相图及固溶体合金的凝固和组织187

5.2.1 相图分析187

5.2.2 固溶体合金的平衡凝固和组织188

5.2.3 固溶体合金的非平衡凝固和组织189

5.2.4 固溶体合金凝固过程中的溶质分布191

5.2.5 区域熔炼196

5.2.6 成分过冷及其对晶体成长形状和铸锭组织的影响197

5.3 共晶相图及共晶系合金的凝固和组织201

5.3.1 相图分析201

5.3.2 共晶系合金的平衡凝固和组织202

5.3.3 共晶组织及其形成机理205

5.3.4 共晶系合金的非平衡凝固和组织211

5.4 包晶相图及其合金的凝固和组织215

5.4.1 相图分析215

5.4.2 包晶系合金的平衡凝固和组织216

5.4.3 包晶系合金的非平衡凝固和组织217

5.5 偏晶相图及其合金的凝固和组织218

5.4.4 包晶转变的实际应用218

5.6 形成化合物的二元相图220

5.6.1 形成稳定化合物的二元相图220

5.6.2 形成不稳定化合物的二元相图220

5.7 具有固态转变的二元相图221

5.7.1 具有共析转变的相图221

5.7.2 具有包析转变的相图222

5.7.3 具有偏析转变的相图222

5.7.4 具有熔晶转变的相图222

5.7.7 具有磁性转变的相图223

5.7.5 具有无序-有序转变的相图223

5.7.6 具有固溶度变化的相图223

5.8 如何分析和使用二元相图224

5.8.1 相图中的线条和相区分析224

5.8.2 结合Fe-Fe3C相图分析合金的平衡凝固过程及其组织变化225

5.8.3 Cu-Sn合金系相图231

5.8.4 Mg2SiO4-SiO2系相图232

5.8.5 ZrO2-SiO2系相图233

5.9 相图热力学基础234

5.9.1 吉布斯自由能与成分的关系234

5.9.2 克劳修斯-克莱普隆方程236

5.9.3 相平衡条件238

5.9.4 吉布斯自由能曲线与相图241

习题244

第6章 三元相图及合金的凝固组织247

6.1 三元相图的成分表示法247

6.2 三元相图的杠杆定律和重心法则249

6.2.1 杠杆定律249

6.2.2 重心法则249

6.3 匀晶三元相图250

6.3.1 相图的空间模型250

6.3.3 等温截面（或水平截面）251

6.3.2 合金的凝固过程及组织251

6.3.4 变温截面（或垂直截面）253

6.4 简单共晶三元相图254

6.4.1 相图的空间模型254

6.4.2 合金的凝固过程和组织256

6.4.3 等温截面257

6.4.4 变温截面257

6.5 固态有限溶解的三元共晶相图259

6.5.1 相图的空间模型259

6.5.2 合金的凝固过程和组织261

6.5.4 变温截面264

6.5.3 等温截面264

6.6 具有包共晶反应的三元相图266

6.6.1 相图的空间模型266

6.6.2 合金的凝固过程和组织267

6.6.3 等温截面269

6.6.4 变温截面269

6.6.5 固相具有固溶度时的相区界面投影图270

6.7 具有三元包晶反应的三元相图271

6.8 形成稳定化合物的三元相图273

6.8.1 形成一个稳定化合物的三元相图简化法273

6.8.2 形成几个稳定化合物的三元相图简化法274

6.9 三元相图总结275

6.9.1 三元系的两相平衡275

6.9.2 三元系的三相平衡275

6.9.3 三元系的四相平衡276

6.9.4 液相面投影图279

6.9.5 三元相图中的相区接邻规则279

6.10 三元相图实例分析281

6.10.1 Pb-Sn-Bi系281

6.10.2 Al-Cu-Mg系282

6.10.3 W-C-Co系284

6.10.4 Fe-Cr-C系286

6.10.5 MgO-Al2O3-SiO2系288

习题289

第7章 固体材料中的扩散292

7.1 扩散方程292

7.1.1 菲克第一定律292

7.1.2 菲克第二定律294

7.1.3 菲克第二方程的解296

7.2 扩散的微观机制300

7.2.1 交换机制300

7.2.2 间隙机制301

7.2.3 空位机制302

7.2.4 其他扩散机制304

7.3 扩散系数305

7.3.1 扩散系数的测定方法305

7.3.2 影响扩散系数的因素307

7.4 扩散的热力学分析313

7.4.1 扩散驱动力313

7.4.2 上坡扩散314

7.5 固溶体中的扩散315

7.5.1 固溶体中的自扩散315

7.5.2 固溶体中的互扩散——Kirkendall效应315

7.6.1 反应扩散的概念316

7.6 反应扩散316

7.6.2 反应扩散的速率317

7.7 离子晶体中的扩散318

7.8 非晶体中的扩散319

7.8.1 长链聚合物中的扩散319

7.8.2 无机玻璃中的扩散320

7.9 材料中扩散问题的几个实例320

7.9.1 粉体材料的烧结320

7.9.2 渗碳322

7.9.3 铸锭的均匀化324

7.9.4 金属表面的氧化325

习题326

第8章 材料塑性变形328

8.1 单晶体金属的塑性变形328

8.1.1 单晶体的滑移328

8.1.2 扭折336

8.1.3 孪生337

8.2 多晶体的塑性变形340

8.2.1 晶粒边界341

8.2.2 晶界对多晶体塑性变形的影响341

8.2.3 多晶体塑性变形的微观特点343

8.3.1 屈服现象344

8.3 单相固溶体合金塑性变形特点344

8.3.2 应变时效345

8.4 复相合金的塑性变形347

8.5 金属冷加工后的组织与性能的变化348

8.5.1 金属塑性变形后的组织变化348

8.5.2 加工硬化351

8.5.3 变形后金属中的残余应力353

8.5.4 多晶体材料的织构（择优取向）354

8.6 陶瓷材料的塑性变形356

8.7 聚合物的变形359

8.7.1 热塑性聚合物的变形360

8.7.2 热固性塑料的变形363

习题363

第9章 冷变形金属的回复、再结晶与热加工365

9.1 概述365

9.2 冷变形金属的回复367

9.2.1 回复动力学367

9.2.2 回复过程的组织变化与回复机制368

9.3 冷变形金属的再结晶371

9.3.1 再结晶的形核371

9.3.2 再结晶动力学373

9.3.3 再结晶温度374

9.3.4 再结晶后的晶粒大小及再结晶全图375

9.3.5 再结晶织构377

9.3.6 退火孪晶378

9.4 晶粒长大378

9.4.1 正常晶粒长大379

9.4.2 反常晶粒长大（二次再结晶）381

9.5 金属热加工382

9.5.1 动态回复与动态再结晶383

9.5.2 热加工后金属的组织与性能385

9.5.3 超塑性385

习题387

第10章 固态相变390

10.1 固态相变概述390

10.1.1 固态相变的分类390

10.1.2 固态相变的特点393

10.1.3 固态相变的热力学条件394

10.1.4 固态相变的形核395

10.1.5 新相的长大398

10.1.6 相变动力学400

10.2 过饱和固溶体的脱溶402

10.2.1 脱溶的驱动力402

10.2.2 脱溶顺序403

10.2.3 脱溶方式及显微组织的变化405

10.2.4 调幅分解408

10.3 共析转变410

10.3.1 Fe-C合金中的共析转变410

10.3.2 珠光体的形成过程411

10.3.3 珠光体的组织特点及力学性能413

10.3.4 有色合金中的共析转变413

10.4 马氏体转变416

10.4.1 马氏体转变的特点416

10.4.2 马氏体转变热力学418

10.4.3 马氏体转变动力学420

10.4.4 马氏体转变晶体学422

10.4.5 热弹性马氏体和马氏体转变的可逆性424

10.4.6 有色合金中的马氏体425

10.4.7 非金属材料中的马氏体转变427

10.5 贝氏体转变429

10.5.1 贝氏体转变的特点429

10.5.2 贝氏体的类型与组织形态430

10.5.3 贝氏体转变的机制432

10.5.4 贝氏体的性能432

10.6 块型转变432

10.6.1 纯金属中的块型转变433

10.6.2 二元合金置换式固溶体中的块型转变434

10.6.3 块型转变机制434

10.7 有序-无序转变435

10.7.1 有序度参量435

10.7.2 有序化过程437

习题438

第11章 材料的电子结构与物理性能的基本知识440

11.1 固体电子理论简介440

11.1.1 经典自由电子论440

11.1.2 量子自由电子论441

11.1.3 能带概念的引入443

11.2 材料的电学性能446

11.2.1 固体的导电性446

11.2.2 半导体448

11.2.3 电学材料453

11.3 材料的磁学性能454

11.3.1 物质的磁性与原子结构454

11.3.2 物质磁性的分类456

11.3.3 磁畴与技术磁化460

11.3.4 磁性材料462

11.4.1 光和颜色463

11.4 材料的光学性能463

11.4.2 光辐射原理464

11.4.3 光学材料470

习题473

第12章 材料的强化和韧化474

12.1 金属材料的强韧化474

12.1.1 金属材料的强化474

12.1.2 金属材料的韧化483

12.2 陶瓷材料的增韧488

12.2.1 相变增韧489

12.2.2 裂纹桥联增韧491

12.2.3 裂纹偏转和微裂纹增韧492

12.2.4 耦合增韧效应493

12.3 高聚物的强韧化493

12.3.1 高分子链结构的影响495

12.3.2 高分子聚集态结构的影响496

12.3.3 外界条件的影响500

12.4 复合材料的强化和韧化501

12.4.1 纤维的增强作用501

12.4.2 纤维和晶须的增韧作用503

习题505

参考文献507