材料科學(xué)基礎(chǔ)（第二版）

第1章　晶體學(xué)基礎(chǔ)1

1.1晶體的周期性和空間點陣1

1.1.1晶體與晶體學(xué)1

1.1.2晶體點陣與空間點陣3

1.2布拉菲點陣5

1.3晶向指數(shù)與晶面指數(shù)8

1.3.1晶向指數(shù)8

1.3.2晶面指數(shù)9

1.3.3六方晶系的晶向指數(shù)與晶面指數(shù)11

1.4晶面間距、晶面夾角和晶帶定理12

1.4.1晶面間距12

1.4.2晶面夾角13

1.4.3晶帶定理13

1.5晶體的對稱性14

1.5.1宏觀對稱元素14

1.5.232種點群16

1.5.3微觀對稱元素18

1.5.4空間群20

1.6極射投影21

1.6.1參考球和極射投影21

1.6.2吳氏網(wǎng)22

1.6.3標(biāo)準(zhǔn)投影圖23



第2章固體材料的結(jié)構(gòu)25

2.1基礎(chǔ)知識25

2.1.1原子結(jié)構(gòu)25

2.1.2能級圖和原子的電子結(jié)構(gòu)25

2.1.3周期表與周期性29

2.1.4晶體中的原子結(jié)合32

2.2金屬及合金相的晶體結(jié)構(gòu)36

2.2.1元素的晶體結(jié)構(gòu)36

2.2.2典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)37

2.2.3合金相的晶體結(jié)構(gòu)47

2.3陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)69

2.3.1概述69

2.3.2離子晶體結(jié)構(gòu)70

2.3.3硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)82

2.3.4同質(zhì)異構(gòu)現(xiàn)象88

2.4非晶、準(zhǔn)晶和納米晶89

2.4.1非晶態(tài)材料89

2.4.2準(zhǔn)晶的結(jié)構(gòu)99

2.4.3納米晶的結(jié)構(gòu)102

2.5高分子的鏈結(jié)構(gòu)及聚集態(tài)結(jié)構(gòu)104

2.5.1高分子鏈的組成和構(gòu)造（近程結(jié)構(gòu)）104

2.5.2高分子鏈的構(gòu)象（遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)）109

2.5.3高聚物的晶態(tài)結(jié)構(gòu)120

2.5.4高聚物的非晶態(tài)、取向及液晶態(tài)結(jié)構(gòu)128

2.5.5高分子合金的織態(tài)結(jié)構(gòu)132

2.6復(fù)合材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)134

2.6.1復(fù)合材料及其組成134

2.6.2復(fù)合材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)136



第3章固體中的擴(kuò)散139

3.1擴(kuò)散定律及其應(yīng)用139

3.1.1擴(kuò)散*定律139

3.1.2擴(kuò)散第二定律140

3.1.3擴(kuò)散第二定律的解及其應(yīng)用141

3.2擴(kuò)散微觀理論與機(jī)制144

3.2.1原子跳動和擴(kuò)散距離144

3.2.2原子跳動和擴(kuò)散系數(shù)146

3.2.3擴(kuò)散的微觀機(jī)制147

3.2.4擴(kuò)散激活能150

3.3達(dá)肯方程152

3.3.1柯肯達(dá)爾效應(yīng)152

3.3.2達(dá)肯方程與互擴(kuò)散系數(shù)152

3.4擴(kuò)散的熱力學(xué)分析154

3.4.1擴(kuò)散的驅(qū)動力154

3.4.2擴(kuò)散系數(shù)的普遍形式155

3.4.3上坡擴(kuò)散156

3.5影響擴(kuò)散的因素156

3.5.1溫度157

3.5.2成分157

3.5.3晶體結(jié)構(gòu)161

3.5.4短路擴(kuò)散161

3.6反應(yīng)擴(kuò)散163

3.6.1反應(yīng)擴(kuò)散的過程及特點163

3.6.2反應(yīng)擴(kuò)散動力學(xué)165



第4章凝固167

4.1液體的性能與結(jié)構(gòu)167

4.1.1液態(tài)金屬的結(jié)構(gòu)167

4.1.2高分子溶液168

4.2金屬的凝固與結(jié)晶174

4.2.1純金屬的凝固174

4.2.2固溶體合金的凝固186

4.2.3共晶合金的凝固193

4.2.4鑄錠組織與凝固技術(shù)196

4.3陶瓷的凝固206

4.4聚合物的結(jié)晶207

4.4.1結(jié)晶動力學(xué)208

4.4.2結(jié)晶熱力學(xué)212



第5章相圖214

5.1相圖基礎(chǔ)知識214

5.1.1研究相圖的意義214

5.1.2相圖的表示方法214

5.1.3相圖的建立216

5.1.4相圖熱力學(xué)基礎(chǔ)217

5.1.5杠桿定律和重心法則221

5.2一元相圖224

5.2.1純鐵的相圖224

5.2.2碳的相圖225

5.3二元相圖225

5.3.1二元勻晶相圖225

5.3.2二元共晶相圖228

5.3.3二元包晶相圖234

5.3.4二元相圖的分析與使用237

5.3.5實際二元相圖舉例243

5.4三元相圖256

5.4.1兩相平衡的三元相圖256

5.4.2三相平衡的三元相圖262

5.4.3四相平衡的三元相圖267

5.4.4形成穩(wěn)定化合物的三元相圖276

5.4.5三元相圖小結(jié)277

5.4.6實際三元相圖舉例279

5.4.7三元交互系統(tǒng)相圖281



第6章固態(tài)相變的基本原理286

6.1固態(tài)相變的分類與特征286

6.1.1固態(tài)相變的分類286

6.1.2固態(tài)相變的特征288

6.2相變熱力學(xué)291

6.2.1熱力學(xué)基本原理291

6.2.2固態(tài)相變的形核293

6.3相變動力學(xué)302

6.3.1擴(kuò)散性長大302

6.3.2相變動力學(xué)方程304

6.4擴(kuò)散型相變305

6.4.1固溶體的析出305

6.4.2共析轉(zhuǎn)變314

6.5非擴(kuò)散型相變320

6.5.1馬氏體相變的基本特征321

6.5.2馬氏體相變熱力學(xué)324

6.5.3馬氏體相變動力學(xué)327

6.5.4鋼中馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)328

6.5.5馬氏體的組織形態(tài)329

6.5.6馬氏體相變機(jī)制331

6.5.7馬氏體的力學(xué)性能332

6.6過渡型相變333

6.6.1貝氏體轉(zhuǎn)變的基本特征333

6.6.2貝氏體的組織形態(tài)334

6.6.3貝氏體的力學(xué)性能336



第7章晶體缺陷338

7.1點缺陷338

7.1.1空位與間隙原子338

7.1.2點缺陷的平衡濃度339

7.1.3點缺陷的移動341

7.1.4過飽和點缺陷342

7.1.5點缺陷對金屬性能的影響342

7.2位錯的基本知識342

7.2.1位錯概念的產(chǎn)生342

7.2.2位錯類型和柏氏矢量344

7.3位錯的運動349

7.3.1位錯的滑移349

7.3.2刃型位錯的攀移351

7.3.3位錯運動的ξ×v規(guī)則352

7.3.4位錯的基本幾何性質(zhì)小結(jié)353

7.4位錯的彈性性質(zhì)353

7.4.1位錯的應(yīng)力場353

7.4.2位錯的應(yīng)變能355

7.4.3位錯運動的動力與阻力357

7.4.4位錯的線張力358

7.4.5位錯間的相互作用359

7.4.6位錯間的塞積361

7.4.7位錯間的交割362

7.4.8位錯與點缺陷的交互作用365

7.5位錯的生成與增殖367

7.5.1位錯密度367

7.5.2位錯的生成367

7.5.3位錯的增殖367

7.6實際晶體中的位錯370

7.6.1實際晶體結(jié)構(gòu)中的單位位錯370

7.6.2堆垛層錯371

7.6.3不全位錯372

7.6.4位錯反應(yīng)378

7.6.5FCC晶體中位錯反應(yīng)的一般表示：湯普森四面體380

7.6.6位錯反應(yīng)舉例382



第8章材料表面與界面386

8.1基礎(chǔ)知識386

8.1.1物質(zhì)表面387

8.1.2固體的表面自由能和表面張力388

8.1.3純金屬表面張力的估算390

8.1.4固液界面與潤濕391

8.1.5固-固界面與黏附392

8.2晶體中的界面結(jié)構(gòu)393

8.2.1界面類型與結(jié)構(gòu)393

8.2.2界面能量398

8.3晶體中界面的偏聚與遷移399

8.3.1晶界平衡偏析399

8.3.2界面遷移驅(qū)動力400

8.3.3影響界面遷移的因素401

8.4界面與組織形貌402

8.4.1單相組織形貌402

8.4.2復(fù)相組織形貌404

8.5高聚物的表面張力與界面張力407

8.5.1表面張力與分子間的作用力407

8.5.2高聚物表面張力的影響因素407

8.5.3高聚物界面張力411

8.6復(fù)合體系的界面結(jié)合特性414

8.6.1復(fù)合材料界面的形成過程415

8.6.2樹脂基復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)及界面理論415

8.6.3非樹脂基復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)417

8.6.4復(fù)合材料界面破壞418

8.7材料的復(fù)合原理420

8.7.1復(fù)合材料力學(xué)性能的復(fù)合規(guī)律422

8.7.2復(fù)合材料物理性質(zhì)的復(fù)合規(guī)律422



第9章金屬材料的變形與再結(jié)晶424

9.1金屬的應(yīng)力-應(yīng)變曲線424

9.1.1工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線424

9.1.2真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線425

9.2金屬的塑性變形428

9.2.1單晶體的塑性變形428

9.2.2多晶體的塑性變形438

9.2.3合金的塑性變形與強(qiáng)化442

9.2.4變形后的組織與性能446

9.3回復(fù)與再結(jié)晶450

9.3.1冷變形晶體的回復(fù)452

9.3.2冷變形金屬的再結(jié)晶454

9.3.3再結(jié)晶后的晶粒長大459

9.3.4再結(jié)晶織構(gòu)與退火孿晶461

9.4金屬的熱變形、蠕變與超塑性463

9.4.1晶體的熱變形463

9.4.2蠕變464

9.4.3超塑性467



第10章非金屬材料的應(yīng)力-應(yīng)變行為與變形機(jī)制473

10.1陶瓷的彈性變形473

10.1.1陶瓷的彈性變形與彈性模量473

10.1.2顯微結(jié)構(gòu)對彈性模量的影響473

10.2陶瓷材料的塑性474

10.2.1單晶陶瓷的塑性475

10.2.2多晶陶瓷的塑性476

10.2.3非晶體陶瓷的變形477

10.3陶瓷材料的強(qiáng)度478

10.3.1陶瓷材料的斷裂與斷裂強(qiáng)度478

10.3.2陶瓷材料的彎曲強(qiáng)度481

10.3.3陶瓷材料的壓縮強(qiáng)度482

10.3.4影響陶瓷材料強(qiáng)度的因素482

10.4高聚物的分子運動與轉(zhuǎn)變484

10.4.1分子運動的特點與材料的力學(xué)狀態(tài)484

10.4.2玻璃態(tài)與晶態(tài)的分子運動487

10.4.3玻璃化轉(zhuǎn)變及影響因素488

10.4.4高分子流動性質(zhì)490

10.5高聚物的高彈性491

10.5.1高彈態(tài)與分子結(jié)構(gòu)491

10.5.2能彈性與熵彈性492

10.6高聚物的黏彈性493

10.6.1黏彈性現(xiàn)象493

10.6.2黏彈性與力學(xué)松弛494

10.6.3黏彈性的溫度依賴性-時溫等效原理499

10.7高聚物的應(yīng)力-應(yīng)變行為501

10.7.1高聚物的塑性及屈服501

10.7.2聚合物的斷裂與強(qiáng)度504



附錄材料科學(xué)基礎(chǔ)專業(yè)詞匯509

參考文獻(xiàn)516