材料科学与工程基础 原著第四版 小威廉·卡丽斯特著
该教材内容主要涵盖材料的基础知识介绍、原子的结构与键合、金属和陶瓷的结构、高分子结构、固体缺陷、扩散、力学性能、变形和强化机制、失效、相图、相变、电性能、材料类型及其应用、材料的合成制备与加工、复合材料、材料的腐蚀与降解、热性能、磁性能、光学性能、材料科学与工程所涉及的经济，环境和社会问题 。
本书内容全面、先进。不仅是材料学科的必修课教材，也是应用物理、化学工业、信息工程、生物工程、电子电工、车辆工程、航空航天等专业的必要补充教材。也可为专业人员提供参考价值。
目录
第1章 导言／001
学习目标／002
1.1 历史展望／002
1.2 材料科学与工程／002
1.3 为什么学习材料科学与工程？／004
1.4 材料的分类／004
重要材料—碳酸饮料容器／008
1.5 先进材料／009
1.6 现代材料需求／010
1.7 工艺／结构／性能／应用间的相互关系／011
总结／013
参考文献／014
习题／014
第2章 原子结构与原子键／015
学习目标／016
2.1 概述／016
原子结构／016
2.2 基本概念／016
2.3 原子中的电子／017
2.4 元素周期表／022
固体中的原子键／023
2.5 键合力与键能／023
2.6 原子间主价键／025
2.7 次价键或范德华键／028
重要材料—水（结冰后体积膨胀）／030
2.8 分子／031
总结／031
参考文献／033
习题／033
工程基础问题／035
第3章 金属和陶瓷的结构／036
学习目标／037
3.1 概述／037
晶体结构／037
3.2 基本概念／037
3.3 晶胞／038
3.4 金属晶体结构／038
3.5 密度计算—金属／043
3.6 陶瓷晶体结构／043
3.7 密度计算—陶瓷／048
3.8 硅酸盐陶瓷／049
3.9 碳／052
3.10 多晶型和同素异形体／053
3.11 晶系／053
重要材料—碳纳米管／054
晶体点阵、晶向、晶面／056
重要材料—锡（同素异形体转变）／056
3.12 点坐标／057
3.13 晶向／058
3.14 晶面／063
3.15 线密度和面密度／067
3.16 密排晶体结构／068
晶体和非晶材料／070
3.17 单晶／070
3.18 多晶材料／071
3.19 各向异性／072
3.20 X射线衍射：晶体结构的确定／072
3.21 非晶固体／076
总结／078
参考文献／081
习题／082
工程基础问题／088
第4章 高分子结构／089
学习目标／090
4.1 概述／090
4.2 碳氢化合物分子／090
4.3 聚合物分子／092
4.4 高分子化学／093
4.5 分子量／097
4.6 分子形状／099
4.7 分子结构／100
4.8 分子构型／101
4.9 热塑性和热固性聚合物／104
4.10 共聚物／105
4.11 聚合物的结晶度／106
4.12 聚合物晶体／109
总结／110
参考文献／113
习题／113
工程基础问题／116
第5章 固体缺陷／117
学习目标／118
5.1 概述／118
点缺陷／118
5.2 金属中的点缺陷／118
5.3 陶瓷中的点缺陷／120
5.4 固体中的杂质／123
5.5 高分子中的点缺陷／126
5.6 成分表述／126
其他缺陷／129
5.7 位错—线缺陷／129
5.8 面缺陷／132
5.9 体缺陷／134
5.10 原子振动／135
重要材料—催化剂（以及表面缺陷）／135
显微组织观察／136
5.11 显微镜基本概念／136
5.12 显微技术／137
5.13 晶粒尺寸测定／140
总结／142
参考文献／146
习题／146
设计问题／150
工程基础问题／150
第6章 扩散／151
学习目标／152
6.1 概述／152
6.2 扩散机制／153
6.3 稳态扩散／154
6.4 非稳态扩散／156
6.5 影响扩散的因素／160
6.6 半导体材料中的扩散／165
重要材料—集成电路互连铝线／168
6.7 其他扩散路径／169
6.8 离子化合物和聚合物中的扩散／169
总结／171
参考文献／175
习题／175
设计问题／179
工程基础问题／180
第7章 力学性能／181
学习目标／182
7.1 概述／182
7.2 应力和应变概念／183
弹性变形／186
7.3 应力—应变行为／186
7.4 滞弹性／189
7.5 材料的弹性性能／190
力学行为—金属／192
7.6 拉伸性能／193
7.7 真应力和真应变／199
7.8 塑性变形后的弹性回复／201
7.9 压缩、剪切、扭转变形／202
力学行为—陶瓷／202
7.10 弯曲强度／202
7.11 弹性行为／204
7.12 孔隙率对陶瓷力学性能的影响／204
力学行为—高分子／205
7.13 应力—应变行为／205
7.14 宏观变形／207
7.15 黏弹性／208
硬度及其他力学性能／212
7.16 硬度／212
7.17 陶瓷材料的硬度／217
7.18 高分子的撕裂强度与硬度／218
物性多样性和设计／安全因素／218
7.19 材料性能多样性／218
7.20 设计／安全因素／220
总结／222
参考文献／227
习题／228
设计问题／238
工程基础问题／239
第8章 变形和强化机制／241
学习目标／242
8.1 概述／242
金属的变形机制／242
8.2 历史／243
8.3 位错的基本概念／243
8.4 位错的特征／245
8.5 滑移系／246
8.6 单晶体的滑移／248
8.7 多晶体的塑性变形／250
8.8 孪晶产生的变形／252
金属的强化机制／253
8.9 晶粒细化强化／253
8.10 固溶强化／254
8.11 应变强化／256
回复、再结晶和晶粒长大／259
8.12 回复／259
8.13 再结晶／259
8.14 晶粒长大／263
陶瓷材料变形机制／264
8.15 晶体陶瓷／265
8.16 非晶陶瓷／265
聚合物变形及增强机制／266
8.17 半结晶聚合物的变形／266
8.18 影响半结晶聚合物的力学
性能的因素／269
重要材料—收缩包装聚合物薄膜／271
8.19 弹性体的变形／271
总结／273
参考文献／279
习题／279
设计问题／285
工程基础问题／285
第9章 失效／286
学习目标／287
9.1 概述／287
断裂／288
9.2 断裂基础／288
9.3 延性断裂／288
断口研究／289
9.4 脆性断裂／290
9.5 断裂力学原理／292
9.6 陶瓷的脆性断裂／299
9.7 高分子的断裂／302
9.8 断裂韧性测试／304
疲劳／308
9.9 交变应力／308
9.10 S—N曲线／310
9.11 高分子材料的疲劳／312
9.12 裂纹的萌生与扩展／312
9.13 影响疲劳寿命的因素／314
9.14 环境因素／316
蠕变／317
9.15 广义蠕变行为／317
9.16 应力和温度的影响／318
9.17 数据外推法／320
9.18 高温用合金／321
9.19 陶瓷和高分子材料的蠕变／321
总结／322
参考文献／325
习题／326
设计问题／331
工程基础问题／332
第10章 相图／333
学习目标／334
10.1 概述／334
定义和基本概念／334
10.2 溶解度极限／335
10.3 相／335
10.4 显微结构／336
10.5 相平衡／336
10.6 单组分（一元）相图／337
二元相图／338
10.7 二元匀晶系统／338
10.8 相图分析／340
10.9 匀晶合金显微组织演变／343
10.10 匀晶合金的力学性能／346
10.11 二元共晶系统／347
重要材料—无铅钎料／351
10.12 共晶合金显微组织演变／352
10.13 存在中间相或化合物的平衡相图／357
10.14 共析和包晶反应／359
10.15 同成分相变／360
10.16 陶瓷相图／361
10.17 三元相图／365
10.18 吉布斯相律／365
铁—碳系统／367
10.19 铁碳（Fe—Fe3C）相图／367
10.20 铁碳合金显微组织演变／369
10.21 其他合金元素的影响／376
总结／376
参考文献／380
习题／380
工程基础问题／388
第11章 相变／389
学习目标／390
11.1 概述／390
金属中的相变／390
11.2 基本概念／391
11.3 相变动力学／391
11.4 亚稳态与平衡态／400
铁—碳合金中显微结构与性能的改变／400
11.5 等温转变图／401
11.6 连续冷却转变图／409
11.7 铁—碳合金的力学行为／412
11.8 回火马氏体／416
11.9 铁—碳合金的相变及力学性能的回顾／418
重要材料—形状记忆合金／419
沉淀硬化／421
11.10 热处理／422
11.11 硬化机制／423
11.12 其他说明／425
高分子中的结晶、熔化和玻璃化转变现象／426
11.13 结晶／426
11.14 熔化／427
11.15 玻璃化转变／427
11.16 熔化温度和玻璃化温度／427
11.17 熔化温度和玻璃化温度的影响因素／428
总结／430
参考文献／435
习题／436
设计问题／441
工程基础问题／442
第12章 电学性能／443
学习目标／444
12.1 概述／444
电导／444
12.2 欧姆定律／444
12.3 电导率／445
12.4 电子和离子导电／446
12.5 固体能带结构／446
12.6 能带传导与原子成键模型／448
12.7 电子迁移率／450
12.8 金属的电阻率／450
12.9 工业合金的电学特性／453
重要材料—铝电导线／453
半导电性／455
12.10 本征半导体／455
12.11 杂质半导体／457
12.12 温度对载流子浓度的影响／460
12.13 影响载流子迁移率的因素／462
12.14 霍尔效应／465
12.15 半导体器件／467
离子型陶瓷和聚合物的电导／472
12.16 离子型材料的电导／472
12.17 聚合物的电学性能／473
介电性能／474
12.18 电容器／474
12.19 场矢量和极化／475
12.20 极化类型／478
12.21 与频率相关的相对介电常数／480
12.22 介电强度／481
12.23 介电材料／481
材料的其他电学特性／481
12.24 铁电性／481
12.25 压电性／482
总结／483
参考文献／489
习题／490
设计问题／495
工程基础问题／496
第13章 材料类型及其应用／497
学习目标／498
13.1 概述／498
金属合金的类型／498
13.2 铁合金／498
13.3 非铁金属及其合金／509
重要材料—欧元硬币所用的金属合金／517
陶瓷的种类／518
13.4 玻璃／518
13.5 玻璃陶瓷／519
13.6 黏土制品／520
13.7 耐火材料／521
13.8 磨料／523
13.9 水泥／523
13.10 先进陶瓷／524
重要材料—压电陶瓷／526
13.11 金刚石和石墨／527
聚合物的类型／528
13.12 塑料／528
重要材料—酚醛台球／531
13.13 橡胶／531
13.14 纤维／533
13.15 其他应用／533
13.16 先进高分子材料／535
总结／538
参考文献／541
习题／542
设计问题／543
工程基础问题／544
第14章 材料的合成、制备和加工／545
学习目标／546
14.1 概述／546
金属的制备／546
14.2 成型加工／547
14.3 铸造／548
14.4 其他技术／549
金属的热加工／551
14.5 退火工艺／551
14.6 钢的热处理／553
陶瓷材料制造／561
14.7 玻璃和玻璃陶瓷的制造与加工／562
14.8 黏土制品的制造与加工／566
14.9 粉末压制／570
14.10 流延成型／572
聚合物的合成与加工／573
14.11 聚合反应／573
14.12 聚合物添加剂／575
14.13 塑料成型技术／576
14.14 橡胶的成型／579
14.15 纤维和薄膜的成型／579
总结／580
参考文献／585
习题／586
设计问题／588
工程基础问题／589
第15章 复合材料／590
学习目标／591
15.1 概述／591
颗粒增强复合材料／593
15.2 大颗粒复合材料／593
15.3 弥散增强复合材料／596
纤维增强复合材料／597
15.4 纤维长度的影响／597
15.5 纤维取向和浓度的影响／598
15.6 纤维相／606
15.7 基体相／607
15.8 聚合物基复合材料／608
15.9 金属基复合材料／613
15.10 陶瓷基复合材料／614
15.11 碳／碳复合材料／615
15.12 混杂复合材料／616
15.13 纤维增强复合材料的加工／616
结构复合材料／618
15.14 层状复合材料／619
15.15 夹芯板／619
重要材料—纳米复合涂层／620
总结／621
参考文献／624
习题／624
设计问题／628
工程基础问题／629
第16章 材料腐蚀和降解／630
学习目标／631
16.1 概述／631
金属的腐蚀／631
16.2 电化学因素／632
16.3 腐蚀速率／638
16.4 腐蚀速率预测／639
16.5 钝化／645
16.6 环境影响／646
16.7 腐蚀形式／646
16.8 腐蚀环境／653
16.9 腐蚀防护／654
16.10 氧化／656
陶瓷材料的腐蚀／659
聚合物的降解／659
16.11 溶胀和溶解／659
16.12 键断裂／661
16.13 风化／662
总结／663
参考文献／666
习题／666
设计问题／670
工程基础问题／670
第17章 热学性能／671
学习目标／672
17.1 概述／672
17.2 热容／672
17.3 热膨胀／675
重要材料—因瓦和其他低膨胀系数合金／677
17.4 热导率／678
17.5 热应力／681
总结／682
参考文献／684
习题／684
设计问题／686
工程基础问题／687
第18章 磁学性能／688
学习目标／689
18.1 概述／689
18.2 基本概念／689
18.3 反磁性和顺磁性／692
18.4 铁磁性／694
18.5 反铁磁性和亚铁磁性／695
18.6 温度对磁性行为的影响／698
18.7 磁畴和磁滞现象／699
18.8 磁各向异性／702
18.9 软磁材料／703
重要材料—用于变压器铁芯的铁–硅合金／704
18.10 硬磁材料／705
18.11 磁存储器／707
18.12 超导现象／710
总结／713
参考文献／715
习题／716
设计例题／719
工程基础问题／719
第19章 光学性能／720
学习目标／721
19.1 概述／721
基本概念／721
19.2 电磁辐射／721
19.3 光与固体间的相互作用／723
19.4 原子和电子间的相互作用／724
金属材料的光学性质／725
非金属材料的光学性质／726
19.5 折射／726
19.6 反射／727
19.7 吸收／728
19.8 透射／731
19.9 颜色／731
19.10 绝缘体中的不透明和半透明／733
光学现象的应用／733
19.11 发光／733
19.12 光电导／734
重要材料—发光二极管／734
19.13 激光／736
19.14 光纤通信／740
总结／742
参考文献／745
习题／745
设计问题／747
工程基础问题／747
第20章 材料科学与工程学科
中涉及的经济、环境
及社会问题／748
学习目标／749
20.1 概述／749
经济因素／749
20.2 组件设计／750
20.3 材料／750
20.4 制造技术／750
环境和社会因素／751
20.5 材料科学与工程中的回收问题／753
重要材料—生物可降解的和可生物再生的高分子材料／塑胶材料／755
总结／758
参考文献／758
设计问题／759
附录A 国际单位制（SI）／760
附录B 部分工程材料的性能／762
附录C 部分工程材料的成本和相对成本／797
附录D 常见聚合物的重复单元结构／803
附录E 常见聚合物玻璃化转变温度和熔点／807
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