材料科学基础

材料科学是研究材料的成分、组织结构、制备工艺与材料性能和应用之间相互关系的新兴学科，它将金属、陶瓷、高分子等不同材料的微观特性和宏观规律建立在共同的理论基础上，对生产、使用和发展材料具有指导意义。本书共11章，主要内容包括晶体学基础、点缺陷、线缺陷、面缺陷、晶体的塑性变形、固体的合金化理论、固体扩散理论基础、相变及其热力学基础、相图、陶瓷及其烧结。
全书共分十一章，主要章节涉及晶体学、缺陷学、扩散学、固体相变、范性变形学、陶瓷学等基础知识，力图覆盖金属和非金属（陶瓷）的相关基础理论。为了确保读者在学习过程中，能够保持思维逻辑的贯通，贯穿全书主要有三个逻辑线路：一个知识的脉络是晶体结构－晶体缺陷－范性变形，分别是从第1章到第5章；另一个知识的脉络是材料合金化－扩散学，分别是第6章、第7章；第三个知识脉络是相变学－相图－凝固理论，分别是从第8章到第10章。考虑材料概念随着时代发展而发展的特点，在第11章，补充撰写了陶瓷学相关理论。特别值得一提的是，限于全书的篇幅约束以及不同学科的特点，固体物理学、高分子材料基础、材料力学等学科相关的基础理论内容均未在本书中体现，以力图维持材料科学基础在教学内容上的独立和特色。

前言
第1章晶体学基础1
1.1晶体结构1
1.2晶胞3
1.3布拉菲点阵5
1.4晶面和晶向指数8
1.5晶面间距和晶面夹角10
1.6晶胞的致密度12
1.7间隙18
1.8晶体结构的转变22
1.9晶体堆垛与堆垛层错26
1.10金属和离子晶体29
1.11硅酸盐35
1.12共价晶体37
第2章点缺陷40
2.1点缺陷的种类和特点40
2.2热缺陷及热力学平衡下的本征浓度43
2.3点缺陷对材料性能的影响45
2.4离子晶体中的点缺陷47
第3章线缺陷49
3.1位错49
3.2伯氏矢量52
3.3位错的应力场54
3.4位错的运动57
3.5位错运动的条件59
3.6派纳力62
3.7位错应力场交互作用65
3.8位错线之间的相互交割70
3.9位错的增殖73
3.10位错与其他缺陷的相互作用77
3.11位错塞积81
3.12面心立方晶体中的位错83
3.13体心立方晶体中的位错90
3.14密排六方晶体中的位错92
第4章面缺陷96
4.1表面及表面能96
4.2晶界和亚晶界99
4.3晶界能和晶界偏析106
4.4晶界迁移107
4.5晶界的其他特性109
4.6纳米晶晶界110
4.7相和相界111
第5章晶体的塑性变形113
5.1材料的塑性变形113
5.2孪生117
5.3单晶体的加工硬化120
5.4多晶体的塑性变形122
5.5合金的塑性变形124
5.6塑性变形对材料显微组织与性能的影响129
5.7静态回复131
5.8静态再结晶133
5.9蠕变142
5.10超塑性148
第6章固体的合金化理论152
6.1合金化152
6.2固溶体153
6.3固溶体的特点154
6.4有序固溶体156
6.5中间相160
6.6金属间化合物164
第7章固体扩散理论基础167
7.1扩散定律167
7.2菲克定律的应用172
7.3扩散微观理论177
7.4扩散热力学182
7.5扩散种类183
7.6影响扩散的因素194
7.7离子晶体中的扩散197
第8章相变及其热力学基础202
8.1相平衡规律202
8.2混合物的自由能共线和杠杆法则206
8.3固液相变热力学207
8.4固溶体相变热力学208
8.5溶混间隙调幅分解212
8.6有序无序转变热力学214
8.7脱溶热力学219
8.8共析转变222
8.9马氏体相变热力学225
8.10马氏体形核及长大226
8.11马氏体相变动力学229
8.12马氏体相变机制230
8.13非晶相变热力学233
第9章相图236
9.1二元系相图236
9.2匀晶相图237
9.3共晶相图240
9.4包晶相图244
9.5其他二元相图247
9.6二元相图的规律和分析方法251
9.7相图的获得方法252
9.8铁碳平衡相图254
9.9铁碳合金的相变256
9.10二元氧化物相图262
9.11三元相图及其结构264
9.12三元相图的量化266
9.13三元相图的分析方法268
9.14组元间无固溶区域的三元共晶相图270
9.15组元间存在有限固溶区域的三元共晶相图274
9.16三元包晶匀晶相图279
9.17三元包晶共晶相图Ⅰ280
9.18三元包晶共晶相图Ⅱ283
9.19其他类型的三元相图286
9.20三元相图的分析方法290
第10章凝固学294
10.1液固凝固的研究294
10.2纯金属凝固形核及其模型296
10.3晶核生长及其生长形貌300
10.4固液界面的生长动力学303
10.5纯金属凝固理论的应用举例306
10.6有效分配系数309
10.7平衡和有效分配系数之间关系311
10.8正常凝固314
10.9区域熔炼316
10.10成分过冷317
10.11共晶体的凝固320
10.12合金凝固铸造技术324
10.13陶瓷的凝固328
第11章陶瓷制备及其烧结机制332
11.1陶瓷及其制备技术332
11.2烧结的传质334
11.3烧结初期动力学335
11.4烧结中期和末期动力学338
11.5液相烧结340
11.6黏性流动机制342
参考文献344