章節目錄
出版說明
第5版影印前言
第4版影印前言
Perface
第1章材料科學與工程引論2
1 1材料與工程3
1 2材料科學與工程6
1 3材料的種類8
1 3 1金屬材料8
1 3 2聚合物材料10
1 3 3陶瓷材料11
1 3 4複合材料13
1 3 5電子材料14
1 4材料間的競爭15
1 5材料科學與技術的最新進展和未來趨勢17
1 5 1智慧型材料17
1 5 2納米材料19
1 6材料設計與選擇19
1 7第1章小結20
1 8定義21
1 9習題22
第2章原子結構與鍵合24
2 1原子結構和亞原子粒子25
2 2原子序數、質量數和相對原子質量28
2 3原子的電子結構31
2 3 1普朗克量子理論和電磁輻射31
2 3 2氫原子的玻爾理論34
2 3 3不確定原理和薛丁格波函式37
2 3 4量子數、能級和原子軌道40
2 3 5多電子原子的能態43
2 3 6量子力學模型和元素周期表44
2 4原子尺寸、離化能和電子親合力的周期性
變化49
2 4 1原子尺寸的變化趨勢49
2 4 2離化能的變化趨勢49
2 4 3電子親和力的變化趨勢52
2 4 4金屬、類金屬和非金屬52
2 5一次鍵54
2 5 1離子鍵55
2 5 2共價鍵61
2 5 3金屬鍵68
2 5 4混合鍵70
2 6二次鍵71
2 7第2章小結74
2 8定義75
2 9習題77
第3章材料中的晶體結構和非晶態結構84
3 1空間點陣和晶胞85
3 2晶系與布拉菲點陣86
3 3主要的金屬晶體結構87
3 3 1體心立方（BCC）晶體結構89
3 3 2面心立方（FCC）晶體結構92
3 3 3密排六方（HCP）晶體結構93
3 4立方晶胞中的原子位置95
3 5立方晶胞中的晶向96
3 6立方晶胞中晶面的米勒指數100
3 7密排六方晶體結構中的晶面和晶向105
3 7 1HCP晶胞中的晶面指數105
3 7 2HCP晶胞中的晶向指數106
3 8FCC、HCP和BCC晶體結構的比較108
3 8 1FCC和HCP晶體結構108
3 8 2BCC晶體結構110
3 9體密度、面密度以及線密度的晶胞計算110
3 9 1體密度110
3 9 2面密度111
3 9 3線密度113
3 10多晶型或同素異構114
3 11晶體結構分析115
3 11 1X光源116
3 11 2X光衍射117
3 11 3晶體結構的X光衍射分析119
3 12非晶態材料125
3 13第3章小結126
3 14定義127
3 15習題128
材料科學與工程基礎目錄
第4章凝固和晶體缺陷136
4 1金屬的凝固137
4 1 1液態金屬中穩定晶核的形成139
4 1 2液態金屬中晶體生長與晶粒
結構的形成 144
4 1 3工業鑄件中的晶粒結構145
4 2單晶體的凝固146
4 3金屬固溶體150
4 3 1置換式固溶體151
4 3 2間隙式固溶體153
4 4晶體缺陷155
4 4 1點缺陷155
4 4 2線缺陷（位錯）156
4 4 3面缺陷159
4 4 4體缺陷162
4 5鑑別微觀結構和缺陷的實驗技術163
4 5 1光學金相、ASTM晶粒尺寸和
晶粒直徑的確定163
4 5 2掃描電子顯微鏡（SEM）168
4 5 3透射電子顯微鏡（TEM）169
4 5 4高解析度透射電子顯微鏡
（HRTEM）170
4 4 5掃描探針顯微鏡和原子解析度173
4 6第4章小結176
4 7定義177
4 8習題178
第5章熱激活過程和固體中的擴散186
5 1固體中的速率過程187
5 2固體中的原子擴散191
5 2 1固體中的擴散概述191
5 2 2擴散機制191
5 2 3穩態擴散193
5 2 4非穩態擴散196
5 3擴散過程的工業套用198
5 3 1氣體滲碳使鋼鐵表面硬化198
5 3 2積體電路用矽晶圓的雜質擴散202
5 4溫度對固體擴散的影響204
5 5第5章小結208
5 6定義208
5 7習題209
第6章金屬的力學性能(Ⅰ)214
6 1金屬與合金的成形加工215
6 1 1金屬和合金的鑄造215
6 1 2金屬和合金的熱軋和冷軋217
6 1 3金屬和合金的擠壓221
6 1 4鍛造222
6 1 5其他的金屬成形工藝224
6 2金屬材料中的應力和應變225
6 2 1彈性變形和塑性變形225
6 2 2工程應力和工程應變226
6 2 3泊松比228
6 2 4切應力與切應變228
6 3拉伸試驗和工程應力 應變圖230
6 3 1由拉伸試驗和工程應力 應變圖
獲得的力學性能數據232
6 3 2部分合金的工程應力 應變曲線的
比較237
6 3 3 真應力和真應變237
6 4硬度與硬度測試239
6 5金屬單晶體的塑性形變240
6 5 1金屬晶體表面的滑移帶與滑移線240
6 5 2金屬晶體由滑移機製造成的塑性
形變242
6 5 3滑移系統244
6 5 4金屬單晶體的臨界切應力249
6 5 5施密特定律250
6 5 6孿生252
6 6多晶金屬的塑性形變254
6 6 1晶界對金屬強度的影響254
6 6 2塑性形變對晶粒形狀和位錯分布的
影響256
6 6 3冷塑性形變對金屬強度增加的影響258
6 7金屬的固溶強化259
6 8塑性形變金屬的回覆和再結晶261
6 8 1深冷加工金屬再加熱之前的結構262
6 8 2回復263
6 8 3再結晶264
6 9金屬中的超塑性268
6 10納米晶金屬270
6 11第6章小結271
6 12定義272
6 13習題273
第7章金屬的力學性能(Ⅱ)280
7 1金屬的斷裂281
7 1 1韌性斷裂282
7 1 2脆性斷裂283
7 1 3韌度和衝擊試驗286
7 1 4韌性 脆性轉變溫度286
7 1 5斷裂韌度289
7 2金屬的疲勞291
7 2 1周期應力295
7 2 2韌性金屬在疲勞過程中發生的
基本結構變化296
7 2 3影響金屬疲勞強度的幾個主要因素297
7 3疲勞裂紋擴展速率298
7 3 1疲勞裂紋擴展與應力、裂紋長度的
關係298
7 3 2疲勞裂紋擴展速率與應力
強度因子範圍作圖300
7 3 3疲勞壽命計算302
7 4金屬的蠕變和應力斷裂304
7 4 1金屬的蠕變304
7 4 2蠕變試驗306
7 4 3蠕變 斷裂試驗307
7 5第7章小結308
7 6定義309
7 7習題309
第8章相圖316
8 1純物質的相圖317
8 2吉布斯相律319
8 3冷卻曲線320
8 4二元勻晶合金系統321
8 5槓桿定律324
8 6合金的非平衡凝固328
8 7二元共晶合金系統331
8 8二元包晶合金系統339
8 9二元偏晶系統344
8 10不變反應345
8 11有中間相和中間化合物的相圖347
8 12三元相圖351
8 13第8章小結354
8 14定義355
8 15習題357
第9章工程合金366
9 1鐵和鋼的生產368
9 1 1高爐中的生鐵生產368
9 1 2煉鋼和主要鋼鐵產品形式的加工369
9 2鐵 碳系統371
9 2 1鐵 鐵 碳化物相圖371
9 2 2Fe Fe3C相圖中的固相371
9 2 3Fe Fe3C相圖中的不變反應372
9 2 4碳素鋼的緩慢冷卻374
9 3普通碳素鋼的熱處理381
9 3 1馬氏體381
9 3 2奧氏體的等溫分解386
9 3 3共析碳素鋼的連續冷卻轉變曲線391
9 3 4碳素鋼的退火與正火394
9 3 5碳素鋼的回火395
9 3 6碳素鋼的分類與典型的力學性能399
9 4低合金鋼400
9 4 1合金鋼的分類400
9 4 2合金鋼中合金元素的分布402
9 4 3合金元素對鋼的共析溫度影響403
9 4 4淬硬性404
9 4 5低合金鋼典型的力學性能和套用409
9 5鋁合金409
9 5 1析出強化（硬化）411
9 5 2鋁及其產品的一般性能418
9 5 3鍛造鋁合金419
9 5 4鑄造鋁合金424
9 6第9章小結426
9 7定義427
9 8習題428第10章聚合物材料436
10 1概述437
10 1 1熱塑性塑膠438
10 1 2熱固性塑膠438
10 2聚合反應439
10 2 1單個乙烯分子的共價鍵結構439
10 2 2一個活化乙烯分子的共價鍵結構440
10 2 3聚乙烯聚合的整體反應和聚合度441
10 2 4鏈式聚合步驟441
10 2 5熱塑性塑膠的平均相對分子質量443
10 2 6單體的官能度444
10 2 7非晶體線性聚合物的結構444
10 2 8乙烯基樹脂與亞乙烯基樹脂446
10 2 9均聚物與共聚物447
10 2 10其他聚合方法450
10 3工業用聚合方法452
10 4一些熱塑性塑膠的結晶度與立體異構
現象454
10 4 1非晶態熱塑性塑膠的凝固454
10 4 2半晶態熱塑性塑膠的凝固454
10 4 3半晶態熱塑性塑膠的結構456
10 4 4熱塑性塑膠的立體異構現象457
10 4 5齊格勒（Ziegler）催化劑與
納塔（Natta）催化劑458
10 5塑膠的加工459
10 5 1用於熱塑性塑膠的加工工藝460
10 5 2用於熱固性塑膠的加工工藝464
10 6通用熱塑性塑膠466
10 6 1聚乙烯468
10 6 2聚氯乙烯均聚物與共聚物471
10 6 3聚丙乙烯473
10 6 4聚苯乙烯473
10 6 5聚丙烯腈474
10 6 6苯乙烯丙烯腈（SAN）475
10 6 7ABS475
10 6 8聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA）477
10 6 9氟塑膠478
10 7工程熱塑性塑膠479
10 7 1聚醯胺（尼龍）480
10 7 2聚碳酸酯483
10 7 3苯氧基樹脂484
10 7 4聚甲醛485
10 7 5熱塑性聚酯486
10 7 6聚苯硫醚487
10 7 7聚醚醯亞胺488
10 7 8聚合物合金488
10 8熱固性塑膠（熱固性樹脂）489
10 8 1酚醛塑膠491
10 8 2環氧樹脂492
10 8 3不飽和聚酯494
10 8 4氨基樹脂（尿素塑膠和三聚
氰胺）495
10 9第10章小結497
10 10定義498
10 11習題500
第11章陶瓷材料510
11 1概述511
11 2簡單陶瓷的晶體結構513
11 2 1簡單陶瓷化合物中的離子鍵和共
價鍵513
11 2 2存在於離子鍵固體中的簡單離子
排列514
11 2 3氯化銫晶體（CsCl）結構517
11 2 4氯化鈉晶體（NaCl）結構518
11 2 5FCC與HCP晶格中的間隙位置522
11 2 6閃鋅礦晶體（ZnS）結構524
11 2 7氟石晶體（CaF2）結構526
11 2 8反氟石晶體結構528
11 2 9剛玉晶體（Al2O3）結構528
11 2 10尖晶石（MgAl2O4）晶體結構528
11 2 11鈣鈦礦（CaTiO3）晶體結構528
11 2 12碳和它的同素異形體529
11 3矽酸鹽結構533
11 3 1矽酸鹽結構的基本結構單元533
11 3 2矽酸鹽的島狀結構、鏈狀結構
及環狀結構533
11 3 3矽酸鹽的片狀結構533
11 3 4矽酸鹽的網路結構535
11 4陶瓷製備過程536
11 4 1材料準備537
11 4 2成形537
11 4 3熱處理542
11 5傳統陶瓷和工程陶瓷544
11 5 1傳統陶瓷544
11 5 2工程陶瓷547
11 6陶瓷的力學性能549
11 6 1概述549
11 6 2陶瓷材料變形的機制549
11 6 3影響陶瓷材料強度的因素550
11 6 4陶瓷材料的韌度551
11 6 5部分穩定氧化鋯（PSZ）的相變
增韌553
11 6 6陶瓷的疲勞失效553
11 6 7陶瓷研磨劑材料555
11 7陶瓷材料的熱學性能556
11 7 1陶瓷耐火材料557
11 7 2酸性耐火材料558
11 7 3鹼性耐火材料558
11 7 4航天航空器用陶瓷瓦絕熱片558
11 8玻璃558
11 8 1玻璃的定義560
11 8 2玻璃的轉變溫度560
11 8 3玻璃的結構561
11 8 4玻璃的組成562
11 8 5玻璃的粘性變形564
11 8 6玻璃的形成方法566
11 8 7鋼化玻璃568
11 8 8化學強化玻璃568
11 9陶瓷塗層和表面工程570
11 9 1矽酸鹽玻璃塗層570
11 9 2氧化物和碳化物塗層570
11 10納米技術和陶瓷571
11 11第11章小結573
11 12定義574
11 13習題575
第12章複合材料582
12 1概述583
12 2增強塑膠類複合材料用纖維584
12 2 1增強塑膠用玻璃纖維584
12 2 2增強塑膠用碳纖維587
12 2 3增強塑膠用的芳族聚醯胺纖維589
12 2 4增強塑膠類複合材料用的碳纖維、
芳族聚醯胺纖維和玻璃纖維的力學
性能比較589
12 3纖維增強塑膠類複合材料591
12 3 1纖維增強塑膠的基體材料591
12 3 2纖維增強塑膠592
12 3 3在等應變、等應力情況下的片狀連續纖維
塑膠基體複合材料的彈性模量方程596
12 4纖維增強塑膠的開式模塑加工工藝601
12 4 1手鋪成型工藝601
12 4 2噴射鋪展成型工藝601
12 4 3真空包熱壓成型工藝602
12 4 4繞絲成型工藝603
12 5纖維增強塑膠的閉式模塑加工工藝604
12 5 1壓塑與注射成型加工工藝604
12 5 2片狀模塑複合材料（SMC）加工
工藝605
12 5 3連續擠壓成型加工工藝606
12 6金屬基和陶瓷基複合材料606
12 6 1金屬基複合材料（MMCs）606
12 6 2陶瓷基複合材料（CMCs）608
12 7第12章小結613
12 8定義614
12 9習題616
第13章材料的電學性能624
13 1金屬的電導625
13 1 1金屬電導現象的經典模型625
13 1 2歐姆定律627
13 1 3金屬導體中電子的漂移速度631
13 1 4金屬的電阻率632
13 2電導性的能帶模型636
13 2 1金屬的能帶模型636
13 2 2絕緣體的能帶模型638
13 3本徵半導體638
13 3 1本徵半導體的電導機制638
13 3 2純矽晶體點陣中的電荷輸運639
13 3 3元素本徵半導體的能帶圖640
13 3 4元素本徵半導體電導的定量關係641
13 3 5溫度對本徵半導體的影響643
13 4非本徵半導體645
13 4 1n型（負型）非本徵半導體645
13 4 2p型（正型）非本徵半導體647
13 4 3非本徵矽半導體材料的摻雜劑649
13 4 4摻雜劑對非本徵半導體中的
載流子濃度的影響649
13 4 5在室溫條件下總電離雜質濃度
對矽中載流子遷移率的影響652
13 4 6溫度對非本徵半導體電導率的
影響653
13 5半導體器件655
13 5 1pn結656
13 5 2pn結型二極體的一些套用659
13 5 3雙極性結型電晶體660
13 6微電子學662
13 6 1微電子平面雙極性電晶體662
13 6 2微電子平面場效應電晶體663
13 6 3微電子積體電路的製作666
13 7化合物半導體673
13 8陶瓷的電學性能676
13 8 1介電體的基本特性676
13 8 2陶瓷絕緣體材料678
13 8 3陶瓷電容器材料679
13 8 4陶瓷半導體680
13 8 5鐵電陶瓷682
13 9納電子學685
13 10第13章小結686
13 11定義687
13 12習題690
第14章光學性質與超導材料696
14 1概述697
14 2光譜和電磁波頻譜697
14 3光的折射699
14 3 1折射率699
14 3 2光折射的斯涅耳定律701
14 4光的吸收、輻射和反射702
14 4 1金屬702
14 4 2矽酸鹽玻璃703
14 4 3塑膠704
14 4 4半導體706
14 5發光707
14 5 1光致發光708
14 5 2陰極發光708
14 6射線的受激發射和雷射710
14 7光導纖維714
14 7 1光導纖維中的光損失714
14 7 2單模和多模光導纖維715
14 7 3光導纖維的加工716
14 7 4現代光導纖維通信系統718
14 8超導材料719
14 8 1超導態719
14 8 2超導體的磁學性質720
14 8 3超導體中的電流和磁場722
14 8 4高電流、高磁場超導體723
14 8 5高臨界溫度(Tc)超導氧化物725
14 9定義727
14 10習題728
第15章磁學性能732
15 1概述733
15 2磁場和參量733
15 2 1磁場733
15 2 2磁感應736
15 2 3磁導率736
15 2 4磁化率738
15 3磁性的類型738
15 3 1反磁性739
15 3 2順磁性739
15 3 3鐵磁性739
15 3 4原子的單個未成對電子的磁矩741
15 3 5反鐵磁性743
15 3 6亞鐵磁性743
15 4溫度對鐵磁性的影響743
15 5鐵磁疇744
15 6決定鐵磁疇結構的能量類型746
15 6 1交換能量746
15 6 2靜磁能量747
15 6 3磁晶各向異性能747
15 6 4疇壁能量748
15 6 5磁致伸縮能量749
15 7鐵磁性金屬的磁化和退磁751
15 8軟磁材料752
15 8 1軟磁材料的理想性能753
15 8 2軟磁材料的能量損失753
15 8 3鐵 矽合金754
15 8 4金屬玻璃755
15 8 5鎳 鐵合金756
15 9硬磁材料759
15 9 1硬磁材料的性能 759
15 9 2鋁鎳鈷（Alnico）合金761
15 9 3稀土合金763
15 9 4釹 鐵 硼磁合金765
15 9 5鐵 鉻 鈷磁合金765
15 10鐵氧體767
15 10 1軟磁鐵氧體767
15 10 2硬磁鐵氧體771
15 11第15章小結771
15 12定義772
15 13習題775
附錄 Ⅰ：部分元素的一些性質780
附錄 Ⅱ：元素的離子半徑782
習題解答784
