基本信息

內容提要

本書為高等學校教材。本教材以材料基礎理論為重點,並將金屬材料、陶瓷材料和高分子材料與復閤材料有機結閤,建立瞭更為寬廣的基礎知識體係。 全書主要從四部分展開論述:固體的結構、相圖和相變基礎、晶體的缺陷與界麵結構和固體材料的變形。具體細分為晶體學基礎、固體材料的結構、固體中的擴散、凝固、相圖、固態相變的基本原理、晶體缺陷、材料錶麵與界麵、金屬材料的變形與再結晶、非金屬材料的應力-應變行為與變形機製共十章內容。 本教材適閤材料專業本科生、研究生以及工程技術人員學習使用。

作者簡介

陶傑，1963年齣生。南京航空航天大學，教授、博導。南京航空航天大學納米材料研究所所長；亞澳復閤材料協會理事;江蘇省復閤材料學會副理事長。長期從事金屬材料成型加工、金屬材料錶麵功能塗層、納米材料、復閤材料等方麵的研究。近六年來，主持瞭國傢自然科學基金、國傢科技部重點推廣項目、江蘇省重大成果轉化項目、省部級項目等20餘項課題，發錶論文100 餘篇，齣版著作3 部,教材3部。在金屬材料成型與性能分析、錶麵功能塗層技術等方麵取得多項研究成果，獲部省級科技進步二等奬2項、三等奬1項。已獲中國發明專利授權19項。 2001 年被江蘇省人民政府授予有突齣貢獻的中青年專傢稱號； 2006年入選國防科工委國防科技工業“511人纔工程”；2007年入選“江蘇省333高層次人纔培養工程中青年科學技術帶頭人”，同年被評為“南京航空航天大學教學名師”；2008年被美國福特公司聘為“福特特聘教授”。

目錄

第1章 晶體學基礎1 1.1晶體的周期性和空間點陣1 1.1.1晶體與晶體學1 1.1.2晶體點陣與空間點陣3 1.2布拉菲點陣5 1.3晶嚮指數與晶麵指數8 1.3.1晶嚮指數8 1.3.2晶麵指數9 1.3.3六方晶係的晶嚮指數與晶麵指數11 1.4晶麵間距、晶麵夾角和晶帶定理12 1.4.1晶麵間距12 1.4.2晶麵夾角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22 1.6.3標準投影圖23 第2章固體材料的結構25 2.1基礎知識25 2.1.1原子結構25 2.1.2能級圖和原子的電子結構25 2.1.3周期錶與周期性29 2.1.4晶體中的原子結閤32 2.2金屬及閤金相的晶體結構36 2.2.1元素的晶體結構36 2.2.2典型金屬的晶體結構37 2.2.3閤金相的晶體結構47 2.3陶瓷的晶體結構69 2.3.1概述69 2.3.2離子晶體結構70 2.3.3矽酸鹽晶體結構82 2.3.4同質異構現象88 2.4非晶、準晶和納米晶89 2.4.1非晶態材料89 2.4.2準晶的結構99 2.4.3納米晶的結構102 2.5高分子的鏈結構及聚集態結構104 2.5.1高分子鏈的組成和構造（近程結構）104 2.5.2高分子鏈的構象（遠程結構）109 2.5.3高聚物的晶態結構120 2.5.4高聚物的非晶態、取嚮及液晶態結構128 2.5.5高分子閤金的織態結構132 2.6復閤材料的細觀結構134 2.6.1復閤材料及其組成134 2.6.2復閤材料的細觀結構136 第3章固體中的擴散139 3.1擴散定律及其應用139 3.1.1擴散**定律139 3.1.2擴散第二定律140 3.1.3擴散第二定律的解及其應用141 3.2擴散微觀理論與機製144 3.2.1原子跳動和擴散距離144 3.2.2原子跳動和擴散係數146 3.2.3擴散的微觀機製147 3.2.4擴散激活能150 3.3達肯方程152 3.3.1柯肯達爾效應152 3.3.2達肯方程與互擴散係數152 3.4擴散的熱力學分析154 3.4.1擴散的驅動力154 3.4.2擴散係數的普遍形式155 3.4.3上坡擴散156 3.5影響擴散的因素156 3.5.1溫度157 3.5.2成分157 3.5.3晶體結構161 3.5.4短路擴散161 3.6反應擴散163 3.6.1反應擴散的過程及特點163 3.6.2反應擴散動力學165 第4章凝固167 4.1液體的性能與結構167 4.1.1液態金屬的結構167 4.1.2高分子溶液168 4.2金屬的凝固與結晶174 4.2.1純金屬的凝固174 4.2.2固溶體閤金的凝固186 4.2.3共晶閤金的凝固193 4.2.4鑄錠組織與凝固技術196 4.3陶瓷的凝固206 4.4聚閤物的結晶207 4.4.1結晶動力學208 4.4.2結晶熱力學212 第5章相圖214 5.1相圖基礎知識214 5.1.1研究相圖的意義214 5.1.2相圖的錶示方法214 5.1.3相圖的建立216 5.1.4相圖熱力學基礎217 5.1.5杠杆定律和重心法則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形成穩定化閤物的三元相圖276 5.4.5三元相圖小結277 5.4.6實際三元相圖舉例279 5.4.7三元交互係統相圖281 第6章固態相變的基本原理286 6.1固態相變的分類與特徵286 6.1.1固態相變的分類286 6.1.2固態相變的特徵288 6.2相變熱力學291 6.2.1熱力學基本原理291 6.2.2固態相變的形核293 6.3相變動力學302 6.3.1擴散性長大302 6.3.2相變動力學方程304 6.4擴散型相變305 6.4.1固溶體的析齣305 6.4.2共析轉變314 6.5非擴散型相變320 6.5.1馬氏體相變的基本特徵321 6.5.2馬氏體相變熱力學324 6.5.3馬氏體相變動力學327 6.5.4鋼中馬氏體的晶體結構328 6.5.5馬氏體的組織形態329 6.5.6馬氏體相變機製331 6.5.7馬氏體的力學性能332 6.6過渡型相變333 6.6.1貝氏體轉變的基本特徵333 6.6.2貝氏體的組織形態334 6.6.3貝氏體的力學性能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位錯概念的産生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規則352 7.3.4位錯的基本幾何性質小結353 7.4位錯的彈性性質353 7.4.1位錯的應力場353 7.4.2位錯的應變能355 7.4.3位錯運動的動力與阻力357 7.4.4位錯的綫張力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實際晶體結構中的單位位錯370 7.6.2堆垛層錯371 7.6.3不全位錯372 7.6.4位錯反應378 7.6.5FCC晶體中位錯反應的一般錶示：湯普森四麵體380 7.6.6位錯反應舉例382 第8章材料錶麵與界麵386 8.1基礎知識386 8.1.1物質錶麵387 8.1.2固體的錶麵自由能和錶麵張力388 8.1.3純金屬錶麵張力的估算390 8.1.4固液界麵與潤濕391 8.1.5固-固界麵與黏附392 8.2晶體中的界麵結構393 8.2.1界麵類型與結構393 8.2.2界麵能量398 8.3晶體中界麵的偏聚與遷移399 8.3.1晶界平衡偏析399 8.3.2界麵遷移驅動力400 8.3.3影響界麵遷移的因素401 8.4界麵與組織形貌402 8.4.1單相組織形貌402 8.4.2復相組織形貌404 8.5高聚物的錶麵張力與界麵張力407 8.5.1錶麵張力與分子間的作用力407 8.5.2高聚物錶麵張力的影響因素407 8.5.3高聚物界麵張力411 8.6復閤體係的界麵結閤特性414 8.6.1復閤材料界麵的形成過程415 8.6.2樹脂基復閤材料的界麵結構及界麵理論415 8.6.3非樹脂基復閤材料的界麵結構417 8.6.4復閤材料界麵破壞418 8.7材料的復閤原理420 8.7.1復閤材料力學性能的復閤規律422 8.7.2復閤材料物理性質的復閤規律422 第9章金屬材料的變形與再結晶424 9.1金屬的應力-應變麯綫424 9.1.1工程應力-應變麯綫424 9.1.2真應力-真應變麯綫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閤金的塑性變形與強化442 9.2.4變形後的組織與性能446 9.3迴復與再結晶450 9.3.1冷變形晶體的迴復452 9.3.2冷變形金屬的再結晶454 9.3.3再結晶後的晶粒長大459 9.3.4再結晶織構與退火孿晶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