材料結(jié)構(gòu)與性能

前言

　　材料是人類(lèi)歷史和社會(huì)發(fā)展的標(biāo)志，其研發(fā)和應(yīng)用水平是一個(gè)國(guó)家科技進(jìn)步和綜合國(guó)力的重要體現(xiàn)。20世紀(jì)70年代人們把材料、信息和能源譽(yù)為當(dāng)代文明的三大支柱。80年代又把新材料、信息技術(shù)和生物技術(shù)并列為新技術(shù)革命的重要標(biāo)志，并列入我國(guó)“863”高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃。新材料技術(shù)是當(dāng)代高新技術(shù)的重要組成部分，同時(shí)也是高新技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)?！　∪祟?lèi)對(duì)材料的使用始于遠(yuǎn)古的石器時(shí)代，而對(duì)材料進(jìn)行系統(tǒng)的研究則始于19世紀(jì)中葉。隨著物理、化學(xué)及其相關(guān)學(xué)科理論體系的形成，以及X射線衍射、電子衍射和電子顯微術(shù)等技術(shù)的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了材料科學(xué)的發(fā)展：在種類(lèi)上，由傳統(tǒng)的金屬和陶瓷材料派生出高分子、混凝土以及復(fù)合材料；在性能方面，由結(jié)構(gòu)向功能、智能以及結(jié)構(gòu)、功能和智能復(fù)合的方向發(fā)展；在結(jié)構(gòu)層次方面，從宏觀進(jìn)入微觀的納米尺度?！　≡诳茖W(xué)技術(shù)高速發(fā)展的今天，材料科學(xué)與工程學(xué)科有以下幾個(gè)突出的特點(diǎn)：首先，廣義上更多的學(xué)科交融，涉及物理、化學(xué)、冶金、化工、機(jī)械、電子、生物和環(huán)境等眾多學(xué)科領(lǐng)域；第二，發(fā)展速度快，電子、航空航天等高科技領(lǐng)域?qū)Σ牧先找婵量痰男枨?，以及工藝手段的逐步改進(jìn)有力地推動(dòng)了材料科學(xué)的發(fā)展；第三，材料的種類(lèi)向多元化，性能向復(fù)合化、集成化方向發(fā)展?！　　安牧峡茖W(xué)與工程”系列叢書(shū)具有“新、齊、強(qiáng)”的特點(diǎn)：“新”，就是反映了最新的科技發(fā)展成果和態(tài)勢(shì)；“齊”，就是涵蓋了材料科學(xué)與工程學(xué)科的各個(gè)領(lǐng)域，便于讀者選擇使用；“強(qiáng)”，就是整合了各院校相關(guān)學(xué)科及師資力量的資源優(yōu)勢(shì)，保證了整套叢書(shū)的質(zhì)量和水平。在編寫(xiě)過(guò)程中，充分考慮了不同教育階段內(nèi)容的有機(jī)銜接，并根據(jù)研究生的教學(xué)要求進(jìn)行相應(yīng)的拓展和提升，在保持知識(shí)系統(tǒng)性的前提下，力求理論敘述深入淺出，保證叢書(shū)的科學(xué)性、原創(chuàng)性、先進(jìn)性和實(shí)用性。對(duì)高等學(xué)校材料學(xué)、材料加工工程、材料物理與化學(xué)等專(zhuān)業(yè)的研究生，以及從事新材料研究和開(kāi)發(fā)的科技工作者具有重要的應(yīng)用和參考價(jià)值。

內(nèi)容概要

本書(shū)主要介紹了材料的組織結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。全書(shū)共10章，分別講述了材料的原子和電子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)的缺陷、鋼鐵材料的組織與性能、輕合金的組織與性能、磁性材料、非晶合金、結(jié)構(gòu)陶瓷材料以及超導(dǎo)材料的結(jié)構(gòu)與性能。重點(diǎn)在于闡述不同材料的組織結(jié)構(gòu)與材料性能之間的關(guān)系，使讀者能夠從材料的組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來(lái)理解材料的研究和開(kāi)發(fā)。    本書(shū)作為材料科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)高年級(jí)本科生和研究生的教材，也可作為科技人員系統(tǒng)學(xué)習(xí)材料結(jié)構(gòu)與性能知識(shí)的參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

第1章  材料的原子和電子結(jié)構(gòu)  1.1  材料的原子結(jié)構(gòu)和鍵合特征    1.1.1  元素周期律和原子結(jié)構(gòu)參數(shù)    1.1.2  化學(xué)鍵概念及其應(yīng)用    1.1.3  化學(xué)鍵的性質(zhì)  1.2  材料的電子結(jié)構(gòu)    1.2.1  原子的電子排列    1.2.2  能帶結(jié)構(gòu)與物理性能    1.2.3  半導(dǎo)體材料的電子結(jié)構(gòu)  參考文獻(xiàn)  思考題第2章  材料的晶體結(jié)構(gòu)  2.1  晶體的幾何構(gòu)成    2.1.1  空間點(diǎn)陣    2.1.2  布拉菲點(diǎn)陣    2.1.3  晶體的對(duì)稱性    2.1.4  晶體的物理性能與結(jié)構(gòu)對(duì)稱性間的關(guān)系  2.2  晶體的結(jié)合    2.2.1  原子間的結(jié)合力與結(jié)合能    2.2.2  純金屬晶體    2.2.3  離子晶體    2.2.4  共價(jià)晶體    2.2.5  分子晶體  2.3  液晶結(jié)構(gòu)    2.3.1  熱致液晶    2.3.2  溶致性液晶    2.3.3  聚合物液晶    2.3.4  液晶的物理性質(zhì)  參考文獻(xiàn)  思考題第3章  晶體結(jié)構(gòu)的缺陷  3.1  缺陷的定義及分類(lèi)  3.2  點(diǎn)缺陷    3.2.1  空位和間隙原子的結(jié)構(gòu)    3.2.2  空位和間隙原子的形成能與熱平衡濃度    3.2.3  離子晶體的點(diǎn)缺陷    3.2.4  雜質(zhì)缺陷    3.2.5  電子缺陷    3.2.6  缺陷化學(xué)基礎(chǔ)  3.3  位錯(cuò)    3.3.1  位錯(cuò)的彈性性質(zhì)    3.3.2  位錯(cuò)的能量與線張力    3.3.3  位錯(cuò)的受力    3.3.4  位錯(cuò)與其他缺陷間的交互作用  3.4  典型晶體中的位錯(cuò)    3.4.1  面心立方晶體中的位錯(cuò)    3.4.2  體心立方晶體中的位錯(cuò)    3.4.3  密排六方晶體中的位錯(cuò)  3.5  晶體的界面    3.5.1  晶界    3.5.2  相界面    3.5.3  反向疇界    3.5.4  鐵電疇界  3.6  晶體缺陷與材料性能    3.6.1  缺陷對(duì)材料物理性能的影響    3.6.2  缺陷與材料的力學(xué)性能  參考文獻(xiàn)  思考題第4章  鋼鐵材料的組織與性能  4.1  馬氏體組織與性能    4.1.1  馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)    4.1.2  馬氏體的組織形貌    4.1.3  馬氏體組織的強(qiáng)度    4.1.4  馬氏體組織的斷裂韌性    4.1.5  馬氏體組織的疲勞強(qiáng)度  4.2  貝氏體組織結(jié)構(gòu)與性能    4.2.1  貝氏體的組織結(jié)構(gòu)    4.2.2  貝氏體組織的強(qiáng)度    4.2.3  貝氏體組織的斷裂韌性    4.2.4  貝氏體組織的疲勞強(qiáng)度    4.2.5  貝氏體／馬氏體復(fù)相組織的性能  4.3  珠光體組織與性能    4.3.1  珠光體組織結(jié)構(gòu)    4.3.2  珠光體組織的強(qiáng)度    4.3.3  珠光體組織的斷裂韌性    4.3.4  珠光體組織的疲勞強(qiáng)度  參考文獻(xiàn)  思考題第5章  輕合金的組織與性能  5.1  鋁及其合金的組織與性能    5.1.1  鋁及其合金簡(jiǎn)介    5.1.2  鋁合金組織與強(qiáng)化機(jī)理    5.1.3  鋁合金的斷裂韌性    5.1.4  鋁合金的疲勞性能  5.2  鎂及鎂合金的組織結(jié)構(gòu)與性能    5.2.1  鎂及鎂合金的基本特性    5.2.2  鎂合金的組織特點(diǎn)    5.2.3  鎂合金的強(qiáng)度    5.2.4  鎂合金的斷裂韌性    5.2.5  鎂合金的疲勞強(qiáng)度    5.2.6  鎂合金的蠕變性能  5.3  鈦及鈦合金的結(jié)構(gòu)與性能    5.3.1  鈦及鈦合金的組織結(jié)構(gòu)    5.3.2  鈦合金的力學(xué)性能  參考文獻(xiàn)  思考題第6章  磁性材料及性能  6.1  材料的結(jié)構(gòu)與磁性    6.1.1  材料的磁性    6.1.2  磁化過(guò)程  6.2  磁性材料    6.2.1  R-Fe-B的結(jié)構(gòu)與性能    6.2.2  Sm2Fe17Nx的結(jié)構(gòu)與性能    6.2.3  納米晶復(fù)合磁性材料  參考文獻(xiàn)  思考題第7章  非晶合金材料  7.1  非晶合金與非晶態(tài)轉(zhuǎn)變  7.2  非晶合金的結(jié)構(gòu)特征    7.2.1  衍射法結(jié)構(gòu)表征    7.2.2  短程有序    7.2.3  非晶結(jié)構(gòu)模型  7.3  非晶合金的物理性能    7.3.1  力學(xué)性能    7.3.2  耐腐蝕性能    7.3.3  磁學(xué)性能    7.3.4  其他特性  7.4  大塊非晶合金    7.4.1  大塊非晶合金的晶化    7.4.2  大塊非晶合金的制備    7.4.3  合金成分設(shè)計(jì)原則    7.4.4  重要大塊非晶合金    7.4.5  大塊非晶合金應(yīng)用展望  參考文獻(xiàn)  思考題第8章  結(jié)構(gòu)陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能  8.1  原子結(jié)合鍵與晶體類(lèi)型    8.1.1  離子鍵與離子晶體    8.1.2  共價(jià)鍵與共價(jià)晶體    8.1.3  范德瓦爾斯鍵    8.1.4  陶瓷的典型晶體結(jié)構(gòu)    8.1.5  硅酸鹽的晶體結(jié)構(gòu)  8.2  陶瓷材料的顯微組織  8.3  陶瓷的強(qiáng)度與斷裂    8.3.1  陶瓷的彈性模量    8.3.2  陶瓷材料的強(qiáng)度    8.3.3  陶瓷材料的塑性變形    8.3.4  陶瓷材料的斷裂韌性    8.3.5  陶瓷材料的抗熱震性能    8.3.6  氧化鋁陶瓷    8.3.7  氧化鋯陶瓷    8.3.8  氮化物陶瓷  參考文獻(xiàn)  思考題第9章  超導(dǎo)材料  9.1  超導(dǎo)材料的基本特性  9.2  超導(dǎo)微觀理論  9.3  超導(dǎo)材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)    9.3.1  低溫超導(dǎo)材料    9.3.2  高溫超導(dǎo)材料  9.4  超導(dǎo)材料的結(jié)構(gòu)性能分析方法  9.5  超導(dǎo)材料的應(yīng)用  參考文獻(xiàn)  思考題第10章  光學(xué)功能材料  10.1  光學(xué)功能材料的基本概念與分類(lèi)  10.2  光學(xué)功能材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)    10.2.1  結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理    10.2.2  結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法  10.3  典型倍頻晶體的結(jié)構(gòu)與性能    10.3.1  鈮酸鋰晶體的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系    10.3.2  磷酸二氫鉀族晶體的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系    10.3.3  硼酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系  參考文獻(xiàn)  思考題

章節(jié)摘錄

　　原子的電子親和能是指基態(tài)的氣態(tài)原子獲得1個(gè)電子成為一價(jià)氣態(tài)陰離子時(shí)所放出的能量。與電離能相似，也有第一、第二電子親和能等。電子親和能越大，元素的原子就越容易跟電子結(jié)合。一般來(lái)說(shuō)，元素的電子親和能越大，它的非金屬性越強(qiáng)。同周期的元素，通常電子親和能和電離能有相同的變化趨勢(shì)，電離能大的元素，它的電子親和能也大。但也有例外，當(dāng)原子的電子殼層為全滿和半滿時(shí)，它們較難獲得電子，其EA值很小。同一族元素隨著原子半徑增加，一般來(lái)說(shuō)EA值減小，但反常的是p區(qū)各主族第二周期元素的電子親和能比第三周期元素的小。這是因?yàn)榈诙芷诜墙饘僭卦影霃叫?，電子間排斥作用大，以致當(dāng)加和一個(gè)電子時(shí)放出的能量減小，而對(duì)應(yīng)的第三周期元素，原子半徑較大，且有空的d軌道可容納電子，因此當(dāng)加和一個(gè)電子時(shí)放出的能量相對(duì)較大?！　。?）電負(fù)性電負(fù)性（electlronegativity）概念由諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主L.Pauling（鮑林）于1932年提出。在他的著作《化學(xué)鍵的本質(zhì)》中，Pauling將電負(fù)性定義為“分子中的原子將電子吸引向自身的能力”，并用熱化學(xué)方法首次建立了電負(fù)性的定量標(biāo)度，為20世紀(jì)電負(fù)性的研究和應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。繼Pauling的開(kāi)創(chuàng)性工作，人們基于各種原子參數(shù)以及物理性質(zhì)對(duì)電負(fù)性進(jìn)行廣泛而深入的研究，建立了多種電負(fù)性標(biāo)度。其中最具代表性的標(biāo)度主要有Mtulliken（密立根）標(biāo)度、AUred-Rochow（阿萊一羅周）標(biāo)度、Sanderson（桑德森）標(biāo)度、Allen（阿倫）標(biāo)度等。Mtllliken將電負(fù)性定義為電離能和電子親和能的平均值，是建立在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的絕對(duì)電負(fù)性標(biāo)度，賦予了電負(fù)性明確的物理意義。Allred和Rochow用原子的有效核電荷在共價(jià)半徑處的靜電引力來(lái)表示電負(fù)性。Sanderson將電負(fù)性看作電子密度的函數(shù)，他最大的貢獻(xiàn)在于提出了電負(fù)性均衡原理，即元素形成化合物后，它們?cè)诨衔飪?nèi)自動(dòng)調(diào)整各自的電負(fù)性初始值，最終體系內(nèi)所有原子的電負(fù)性相等。Allen將基態(tài)自由原子價(jià)層電子的平均能量作為衡量元素電負(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)。電負(fù)性的精確理論定義是1978年P(guān)arr（帕爾）等人用密度泛函理論表述出來(lái)的。Parr等將電負(fù)性定義為化學(xué)勢(shì)的負(fù)值，是體系外勢(shì)場(chǎng)不變的條件下電子的總能量對(duì)總電子數(shù)的變化率。這是對(duì)電負(fù)性所作的精確定義和解釋?zhuān)瑫r(shí)也使Mulliken電負(fù)性標(biāo)度和Sanderson電負(fù)性均衡原理具有了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，從而開(kāi)辟了電負(fù)性理論研究和應(yīng)用的新階段。

編輯推薦

　　《材料結(jié)構(gòu)與性能》在有限的篇幅內(nèi)重點(diǎn)介紹了材料的電子結(jié)構(gòu)，晶體結(jié)構(gòu)，晶體缺陷，常用鋼鐵材料的組織與性能，主要的輕金屬材料的組織與性能以及塊體非晶合金、超導(dǎo)材料和結(jié)構(gòu)陶瓷材料的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，使學(xué)生能夠從材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的一般角度來(lái)認(rèn)識(shí)材料和研究材料，而非具體講授某種具體的材料。

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