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材料科学基础(第3版)下册

北京市高等教育精品教材建设项目

作者:
余永宁
定价:
62.00 元
版面字数:
760千字
开本:
16开
装帧形式:
平装
版次:
3
最新版次
印刷时间:
2025年
ISBN:
978-7-04-063944-5
物料号:
63944-00
出版时间:
2025-07-14
读者对象:
高等教育
一级分类:
材料类
二级分类:
材料类专业课

本书为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材,并入选北京市高等教育精品教材立项项目。

本次修订将前一版的一册分为上、下两册。上册包括第1~7章,分别为晶体学基础、固体中的电子运动与晶格振动、晶体结构、非晶态和半晶态、相图、有序介质中的点缺陷和线缺陷、面缺陷和体缺陷:下册包括第8~12章,分别为固体中的扩散、材料的塑性形变、凝固、固态相变、回复和再结晶。修订中坚持了前两版反映学科前沿重大新进展的编写原则,增加了大量材料科学前沿研究成果;内容涵盖金属材料、无机非金属材料、高分子材料等常用材料,改变了以往讲材料就是金属材料的情况;书中采用了大量例题,帮助学生更好地理解基本概念、基本原理。

本书可作为普通高等学校本科材料类各专业的专业基础课教材,也可供研究生及相关研究人员选用。

  • 目录
    • 前辅文
      • 8 固体中的扩散
        • 8.1 扩散的唯象理论
          • 8.1.1 菲克定律
            • 8.1.2 与菲克定律类似的其他物理定律
              • 8.1.3 菲克定律在不同坐标系的表达形式
              • 8.2 扩散方程的解
                • 8.2.1 稳态扩散
                  • 8.2.2 非稳态扩散
                    • 8.2.3 扩散系数为常数的一维扩散方程的误差函数解
                      • 8.2.4 表面浓度恒定、扩散系数韦常数的一维扩散方程解
                        • 8.2.5 误差函数解的推广
                          • 8.2.6 扩散系数为常数时用分离变量获得的扩散方程解(傅里叶级数解)
                            • 8.2.7 扩散系数为常数时的高斯解
                              • 8.2.8 估算扩散透入的距离和扩散接近稳态的时间
                              • 8.3 扩散机制
                                • 8.3.1 间隙机制
                                  • 8.3.2 空位机制
                                    • 8.3.3 换位机制
                                      • 8.3.4 各种材料中的扩散机制
                                      • 8.4 扩散的微观理论
                                        • 8.4.1 原子跳动与扩散系数
                                          • 8.4.2 随机行走与扩散距离
                                            • 8.4.3 相关效应
                                              • 8.4.4 扩散系数的微观意义
                                              • 8.5 互扩散和柯肯德尔(Kirkendall)效应
                                                • 8.5.1 扩散的坐标系
                                                  • 8.5.2 置换固溶体中扩散
                                                    • 8.5.3 互扩散系数与本征扩散系数的关系——达肯(Darken)公式
                                                      • 8.5.4 扩散的热力学分析
                                                      • 8.6 扩散系数测定
                                                        • 8.6.1 用平面源扩散实验测定扩散系数
                                                          • 8.6.2 用扩散偶实验测定扩散系数
                                                            • 8.6.3 自扩散系数测定
                                                              • 8.6.4 各种扩散系数的综合比较
                                                              • 8.7 反应扩散
                                                                • 8.8 多元系合金中组元的扩散
                                                                  • 8.9 离子晶体中的扩散
                                                                    • 8.10 高扩散率的通道
                                                                      • 8.10.1 沿晶界扩散
                                                                        • 8.10.2 沿位错扩散
                                                                          • 8.10.3 沿表面扩散
                                                                            • 8.10.4 高扩散率通道网络
                                                                            • 8.11 玻璃中的扩散
                                                                              • 8.12 聚合物中的扩散
                                                                                • 8.13 影响扩散系数的因素
                                                                                  • 8.13.1 温度和压力
                                                                                    • 8.13.2 纯组元的特性和自扩散系数
                                                                                      • 8.13.3 材料的结构
                                                                                        • 8.13.4 固溶体的类型及加入固溶体的组元对扩散系数的影响
                                                                                        • 总结
                                                                                          • 关键术语
                                                                                            • 练习题
                                                                                              • 参考文献
                                                                                              • 9 材料的塑性形变
                                                                                                • 9.1 晶体滑移
                                                                                                  • 9.1.1 晶体的滑移要素——滑移系
                                                                                                    • 9.1.2 滑移带和滑移线
                                                                                                      • 9.1.3 施密德(Schmid)因子,施密德定律
                                                                                                        • 9.1.4 交滑移
                                                                                                          • 9.1.5 等效滑移系和多系滑移
                                                                                                            • 9.1.6 拉伸和压缩时晶体的转动
                                                                                                            • 9.2 起始塑性形变及流变应力
                                                                                                              • 9.3 温度和形变速率对临界分切应力的影响
                                                                                                                • 9.4 晶体应变硬化
                                                                                                                  • 9.4.1 单晶体的τ-γ曲线
                                                                                                                    • 9.4.2 变形各阶段的滑移分布和位错结构组态
                                                                                                                      • 9.4.3 加工硬化(应变硬化)理论
                                                                                                                      • 9.5 形变孪晶
                                                                                                                        • 9.5.1 孪晶几何
                                                                                                                          • 9.5.2 面心立方结构晶体中的孪晶
                                                                                                                            • 9.5.3 体心立方结构晶体中的孪晶
                                                                                                                              • 9.5.4 六方结构晶体中的孪晶
                                                                                                                                • 9.5.5 孪生的位错机制
                                                                                                                                  • 9.5.6 孪生的一般特点
                                                                                                                                    • 9.5.7 影响孪生的因素
                                                                                                                                    • 9.6 不均匀变形的扭折带
                                                                                                                                      • 9.7 多晶体塑性变形
                                                                                                                                        • 9.7.1 多晶体形变的特点
                                                                                                                                          • 9.7.2 多晶体形变过程的宏观应变协调及组织变化
                                                                                                                                            • 9.7.3 多晶体形变过程的微观应变协调与微观组织变化
                                                                                                                                              • 9.7.4 形变多晶体显微尺度的组织结构——形变带和切变带
                                                                                                                                              • 9.8 影响冷形变金属和合金微观组织结构的因素
                                                                                                                                                • 9.9 形变过程宏观组织的变化
                                                                                                                                                  • 9.10 利用严重变形(SPD)获得超细晶粒和纳米级晶粒结构
                                                                                                                                                    • 9.11 金属晶粒尺寸(纳米级)和层错能大小对变形机制的影响
                                                                                                                                                      • 9.12 纳米晶材料的孪晶强化
                                                                                                                                                        • 9.13 硬化和回复与屈服现象
                                                                                                                                                          • 9.14 晶粒尺寸强化(细晶强化)——霍尔-佩奇关系和逆霍尔-佩奇关系
                                                                                                                                                            • 9.14.1 霍尔-佩奇 (Hall-Petch)关系
                                                                                                                                                              • 9.14.2 逆霍尔-佩奇关系
                                                                                                                                                                • 9.14.3 H-P关系向单位错环行韦的过渡
                                                                                                                                                                • 9.15 “超硬”纳米晶体材料的合成
                                                                                                                                                                  • 9.16 形变织构
                                                                                                                                                                    • 9.16.1 晶体取向的描述
                                                                                                                                                                      • 9.16.2 取向分布的描述
                                                                                                                                                                        • 9.16.3 形变织构的类型
                                                                                                                                                                        • 9.17 残余内应力及弹性储存能
                                                                                                                                                                          • 9.18 聚合物的形变简述
                                                                                                                                                                            • 总结
                                                                                                                                                                              • 关键术语
                                                                                                                                                                                • 练习题
                                                                                                                                                                                  • 参考文献
                                                                                                                                                                                  • 10 凝固
                                                                                                                                                                                    • 10.1 相变分类
                                                                                                                                                                                      • 10.1.1 按热力学分类
                                                                                                                                                                                        • 10.1.2 按相变方式分类
                                                                                                                                                                                          • 10.1.3 按相变时原子迁移特征分类
                                                                                                                                                                                          • 10.2 凝固的过冷与再辉
                                                                                                                                                                                            • 10.3 凝固驱动力
                                                                                                                                                                                              • 10.4 压力和固相曲率对熔点的影响
                                                                                                                                                                                                • 10.5 凝固的形核
                                                                                                                                                                                                  • 10.5.1 凝固的均匀形核
                                                                                                                                                                                                    • 10.5.2 凝固的非均匀形核
                                                                                                                                                                                                      • 10.5.3 均匀形核的形核率
                                                                                                                                                                                                        • 10.5.4 经典形核模型的局限与优点
                                                                                                                                                                                                        • 10.6 凝固的核心长大
                                                                                                                                                                                                          • 10.6.1 液-固相界面的结构
                                                                                                                                                                                                            • 10.6.2 晶核长大机制
                                                                                                                                                                                                            • 10.7 固溶体凝固
                                                                                                                                                                                                              • 10.7.1 平衡分配系数
                                                                                                                                                                                                                • 10.7.2 平衡凝固与非平衡凝固浅述
                                                                                                                                                                                                                  • 10.7.3 凝固过程的溶质再分布
                                                                                                                                                                                                                    • 10.7.4 液-固相界面形貌
                                                                                                                                                                                                                      • 10.7.5 固溶体凝固微观组织
                                                                                                                                                                                                                      • 10.8 共晶合金的凝固
                                                                                                                                                                                                                        • 10.8.1 共晶平衡凝固浅述
                                                                                                                                                                                                                          • 10.8.2 共晶的分类
                                                                                                                                                                                                                            • 10.8.3 nf-nf(金属-金属)型共晶的凝固
                                                                                                                                                                                                                              • 10.8.4 杂质组元对共晶凝固的影响
                                                                                                                                                                                                                                • 10.8.5 亚共晶和过共晶合金的凝固
                                                                                                                                                                                                                                • 10.9 含包晶反应合金凝固
                                                                                                                                                                                                                                  • 10.9.1 包晶平衡凝固浅述
                                                                                                                                                                                                                                    • 10.9.2 包晶凝固机制
                                                                                                                                                                                                                                      • 10.9.3 三元合金凝固的简例
                                                                                                                                                                                                                                      • 10.10 铸锭的凝固
                                                                                                                                                                                                                                        • 10.10.1 铸锭的宏观组织
                                                                                                                                                                                                                                          • 10.10.2 三个晶区的形成
                                                                                                                                                                                                                                            • 10.10.3 铸件宏观结晶组织的控制
                                                                                                                                                                                                                                              • 10.10.4 微观偏析和宏观偏析
                                                                                                                                                                                                                                                • 10.10.5 凝固时的体积变化以及孔洞、夹杂的形成
                                                                                                                                                                                                                                                • 10.11 连续铸造和熔焊
                                                                                                                                                                                                                                                  • 10.11.1 连续铸造
                                                                                                                                                                                                                                                    • 10.11.2 熔焊
                                                                                                                                                                                                                                                    • 10.12 快速凝固
                                                                                                                                                                                                                                                      • 10.13 玻璃体的形成与晶化
                                                                                                                                                                                                                                                        • 10.14 聚合物的凝固
                                                                                                                                                                                                                                                          • 10.15 增材制造(additive manufacturing,AM)
                                                                                                                                                                                                                                                            • 总结
                                                                                                                                                                                                                                                              • 关键术语
                                                                                                                                                                                                                                                                • 练习题
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 参考文献
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 11 固态相变
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 11.1 固态相变的特点
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 11.1.1 相变的驱动力和形核的驱动力
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 11.1.2 相变的均匀形核
                                                                                                                                                                                                                                                                          • 11.1.3 固态相变的非均匀形核
                                                                                                                                                                                                                                                                            • 11.1.4 固态相变的晶核的长大
                                                                                                                                                                                                                                                                              • 11.1.5 转变动力学
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 11.1.6 亚稳平衡过渡相的形成
                                                                                                                                                                                                                                                                                • 11.2 过饱和固溶体分解
                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 11.2.1 连续脱溶
                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 11.2.2 脱溶贯序的热力学分析
                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 11.2.3 其他材料中的脱溶贯序
                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 11.2.4 空位在脱溶过程中的作用
                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 11.2.5 时效硬化
                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 11.2.6 不连续脱溶(胞状脱溶)
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 11.2.7 颗粒粗化——奥斯特瓦尔德(Ostwald)熟化
                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 11.3 共析转变
                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 11.3.1 共析转变机制
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 11.3.2 共析片层生长速度
                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 11.4 块状转变
                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 11.4.1 块状转变的转变速度
                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 11.4.2 块状转变的热力学条件
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 11.4.3 块状转变的组织特点
                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 11.5 连续型转变
                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 11.5.1 调幅分解
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 11.5.2 有序-无序转变
                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 11.6 无扩散型转变
                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 11.6.1 马氏体转变(相变)热力学
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 11.6.2 马氏体转变的晶体学及唯象理论
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 11.6.3 马氏体的形核与长大
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 11.6.4 马氏体转变动力学
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 11.6.5 陶瓷氧化锆中的马氏体转变
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 11.7 按生长过程对相变分类
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 总结
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 关键术语
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 练习题
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 参考文献
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 12 回复和再结晶
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 12.1 对回复和再结晶性能和组织的测量和跟踪方法
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 12.2 回复
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 12.2.1 储存能的释放
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 12.2.2 物理性能和机械性能的回复
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 12.2.3 回复动力学的经验关系
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 12.2.4 回复过程组织结构的变化
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 12.3 形变晶体的再结晶
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 12.3.1 再结晶的唯象规律
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 12.3.2 再结晶的形核(再结晶开始)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 12.3.3 再结晶核心的长大
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 12.3.4 再结晶整体动力学
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 12.3.5 影响再结晶动力学的因素
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 12.3.6 脱溶与再结晶交互作用
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 12.3.7 再结晶完成后晶粒的长大
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 12.3.8 退火孪晶
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 12.3.9 有序合金的再结晶
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 12.4 热加工过程的回复和再结晶
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 12.4.1 动态回复
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 12.4.2 动态再结晶
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 12.5 热变形后的退火(亚动态再结晶)
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 12.6 连续再结晶
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 12.6.1 第二相颗粒演化引起的静态连续再结晶
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 12.6.2 大形变量金属退火发生的静态连续再结晶
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 12.6.3 动态连续再结晶
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 12.7 再结晶织构
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 12.7.1 典型金属和合金的再结晶织构
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 12.7.2 晶粒长大时织构的发展
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 12.7.3 再结晶织构理论
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 12.7.4 退火织构在工业上的意义
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 12.8 纳米晶材料的热稳定性
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 12.8.1 热力学稳定
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 12.8.2 动力学稳定
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    • 总结
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      • 关键术语
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        • 练习题
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 参考文献
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                          • 附录
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            • 附录A 元素的物理化学数据
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                              • 附录B 元素的原子及离子半径与单化学键的离子特性百分数
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                • 附录C 常用物理常数
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  • 附录D 元素周期表

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                相关图书