材料科学是研究材料成分、组织与性能之间关系的学科，是一门与工程技术密不可分的应用科学。《材料科学简明教程》涵盖了金属、陶瓷、高分子等材料的微观结构和宏观性能，其内容包括材料的微观结构，晶体缺陷，金属的结晶过程，相平衡及相图，材料的变形与破坏及回复与再结晶，固态相变和扩散原理，并对复合材料和功能材料进行了介绍。着重于基本概念和基础理论，强调实用性，其内容涵盖了材料科学的最基本要求，难度适中，配有一定数量的思考题，方便自学。
本书可作为材料加工工程、材料学、材料物理与化学等相关学科专业学生的教科书及考研参考书，也可用作从事材料研究、生产和使用的科研和工程技术人员的参考书。
多树旺，博士，教授，硕士生导师，现任江西科技师范学院材料科学与工程学院副院长，江西省材料表面工程重点实验室副主任,南昌航空大学兼职硕士生导师。材料化学硕士点学科带头人，特色学科材料物理化学学科带头人。主要从事低地轨道空间环境效应机理及有机/无机杂化材料合成制备方面的研究工作。
1. 目前研究方向主要有:空间环境效应机理及防护技术研究；
2. PVD涂层在模具中的应用及开发；
3. 太阳能电池薄膜材料的研究。
第1章 绪论 1
1.1 材料的类型 1
1.1.1 金属材料 1
1.1.2 无机非金属材料 1
1.1.2.1 工程材料 2
1.1.2.2 功能材料 3
1.1.3 有机高分子材料 3
1.1.4 复合材料 5
1.2 材料的破坏与失效 6
1.2.1 变形失效 6
1.2.2 断裂失效 7
1.2.3 腐蚀失效 8
1.2.4 磨损失效 8
1.3 材料的加工方法 9
1.3.1 热加工 9
1.3.1.1 铸造 9
1.3.1.2 锻造 9
1.3.1.3 焊接 11
1.3.2 机械加工 11
1.3.2.1 车削 11
1.3.2.2 钻削 12
1.3.2.3 刨削 13
1.3.2.4 铣削 13
1.3.2.5 磨削 13
1.3.3 压力加工 14
1.3.3.1 轧制 14
1.3.3.2 挤压 14
1.3.3.3 拉拔 14
1.3.3.4 板料冲压 14
1.3.4 材料的强化处理 15
1.3.4.1 热处理 15
1.3.4.2 表面强化 15
1.4 材料的选择 16
1.4.1 功能性原则 16
1.4.2 环保原则 17
思考题 17
第2章 材料的微观结构 19
2.1 原子结构 19
2.2 原子的结合键 20
2.2.1 金属键 20
2.2.2 离子键 21
2.2.3 共价键 21
2.2.4 范德瓦耳斯力 22
2.2.5 氢键 23
2.3 高分子链 23
2.4 晶体结构 25
2.4.1 空间点阵 26
2.4.2 典型晶体结构 28
2.4.2.1 体心立方晶格 28
2.4.2.2 面心立方晶格 29
2.4.2.3 密排六方晶格 30
2.4.3 晶面和晶向 31
2.4.3.1 晶向指数 31
2.4.3.2 晶面指数 32
2.4.3.3 六方晶系的晶面指数和晶向指数 33
2.5 各向异性 33
2.6 晶体的缺陷 34
2.6.1 点缺陷 34
2.6.2 位错 36
2.6.2.1 理想晶体的滑移 36
2.6.2.2 实际晶体的滑移 37
2.6.3 界面 38
2.6.3.1 外表面 38
2.6.3.2 晶界和亚晶界 39
2.6.3.3 晶界的特性 40
2.6.3.4 相界 40
思考题 42
第3章 固体材料中的相 43
3.1 固溶体 43
3.1.1 置换固溶体 43
3.1.2 间隙固溶体 45
3.1.3 有序固溶体和超结构 45
3.1.4 固溶体的性质 47
3.2 金属间化合物 48
3.2.1 种类及用途 48
3.2.2 离子化合物 49
3.2.3 电子化合物 49
3.2.4 间隙化合物 50
3.2.4.1 简单间隙化合物 50
3.2.4.2 复杂间隙化合物 51
3.3 陶瓷晶体相 51
3.3.1 陶瓷晶体相的结构 51
3.3.2 硅酸盐 52
3.4 玻璃相 54
3.4.1 玻璃的形成 54
3.4.2 玻璃的结构 55
3.5 分子相 56
3.5.1 高分子及其结构 56
3.5.2 结构单元 57
3.6 超材料相 58
思考题 59
第4章 金属的结晶过程 60
4.1 金属的结晶 60
4.1.1 结晶现象 60
4.1.2 结构条件 61
4.1.3 热力学条件 62
4.2 晶核的形成 63
4.2.1 自发形核 63
4.2.2 非自发形核 64
4.3 晶核的长大 65
4.3.1 长大条件 65
4.3.2 长大方式 65
4.3.3 长大形态 67
4.4 晶粒尺寸 68
4.4.1 晶粒尺寸对性能的影响 68
4.4.2 影响晶粒尺寸的因素 68
4.4.3 晶粒细化 69
4.5 铸件的组织 70
4.5.1 宏观组织 70
4.5.2 晶区的形成 70
4.5.3 铸件的缺陷 72
思考题 73
第5章 相图及其应用 74
5.1 二元相图 74
5.1.1 表示方法 74
5.1.2 杠杆定律 75
5.1.3 相图分析 76
5.1.3.1 二元匀晶相图 76
5.1.3.2 共晶相图 80
5.1.3.3 包晶相图 87
5.1.3.4 其他类型的二元合金相图 91
5.2 二元相图的分析 96
5.2.1 Mo合金强化机制 96
5.2.2 Mo-Ti、Mo-Zr的部分相图分析 97
5.2.3 Mo-Fe的部分相图分析 98
5.2.4 Mo-Cr相图分析 99
5.2.5 Mo-W 相图分析 99
5.3 三元相图 100
5.3.1 三元相图的表示 100
5.3.2 直线定律 101
5.3.3 重心法则 102
5.3.4 等温和变温截面 102
5.3.4.1 等温截面 102
5.3.4.2 变温截面 103
5.3.4.3 简单的三元共晶相图 104
5.3.4.4 三元共晶相图的分析 106
思考题 110
第6章 材料的变形与破坏 111
6.1 拉伸时材料的力学性能 111
6.1.1 低碳钢 111
6.1.2 铸铁 112
6.1.3 木材 112
6.2 压缩时材料的力学性能 113
6.3 塑性变形机制 114
6.3.1 滑移 114
6.3.1.1 单滑移 115
6.3.1.2 多滑移 116
6.3.1.3 交滑移 116
6.3.2 孪生 116
6.3.2.1 孪生变形的特点 117
6.3.2.2 发生孪生变形的条件 117
6.3.3 其他变形机制 117
6.4 多晶体塑性变形的特点 118
6.4.1 变形的不均匀性 119
6.4.2 晶界作用及晶粒大小的影响 119
6.5 合金的塑性变形 120
6.5.1 固溶体的塑性变形 120
6.5.2 多相合金的塑性变形 120
6.5.3 塑性变形对金属组织与性能的影响 121
6.6 金属的断裂行为 122
6.6.1 基本类型 122
6.6.1.1 脆性断裂 123
6.6.1.2 韧性断裂 124
6.6.2 影响因素 125
6.7 高分子材料的变形 126
6.7.1 热塑性高分子材料 126
6.7.1.1 应力-应变曲线 126
6.7.1.2 屈服与冷拉 127
6.7.1.3 剪切带与银纹 128
6.7.2 热固性高分子材料 128
6.8 陶瓷材料的变形 128
6.8.1 陶瓷材料的塑性 129
6.8.2 单晶陶瓷的塑性 129
6.8.3 多晶陶瓷的塑性 131
6.8.4 陶瓷材料的超塑性 131
思考题 132
第7章 加工过程中材料的组织转变 133
7.1 金属的冷变形 133
7.1.1 微观结构的变化 133
7.1.2 组织的变化 135
7.1.2.1 加工硬化现象 135
7.1.2.2 加工硬化影响因素 136
7.1.3 性能的变化 136
7.1.3.1 加工性能 136
7.1.3.2 物理性能 137
7.2 回复和再结晶 138
7.2.1 回复 138
7.2.2 再结晶 139
7.3 晶粒长大 139
7.3.1 正常晶粒长大 140
7.3.2 异常晶粒长大 141
7.3.3 晶粒大小的控制 141
7.3.4 再结晶织构的控制 141
7.4 热加工组织 142
7.4.1 动态回复 143
7.4.2 组织软化 145
7.4.3 强度和塑性 146
思考题 148
第8章 固态相变 149
8.1 固态相变的特点 149
8.1.1 应变能的影响 149
8.1.2 界面位向的影响 150
8.1.3 惯习面的影响 151
8.1.4 晶体缺陷和过渡相 151
8.2 固态相变的类型 151
8.3 固态相变的形核 152
8.3.1 均匀形核 153
8.3.2 非均匀形核 153
8.3.3 影响因素 153
8.4 晶粒的生长 154
8.4.1 长大机制 154
8.4.2 长大速度 156
8.5 马氏体相变 158
8.5.1 热力学条件 158
8.5.2 形核和长大 159
8.5.2.1 马氏体的形核 159
8.5.2.2 马氏体的长大 161
8.5.3 相变的特点 161
8.5.4 相的形态特点 163
8.5.5 其他马氏体相 164
8.5.6 马氏体的应用 165
8.6 相变的强化作用 166
思考题 167
第9章 扩散的基本原理 169
9.1 固态扩散的分类 169
9.2 扩散定律 170
9.2.1 菲克第一定律 170
9.2.2 菲克第二定律 170
9.2.3 扩散定律的应用 171
9.3 扩散的热力学理论 175
9.3.1 扩散驱动力 175
9.3.2 扩散系数 175
9.4 金属材料中的扩散 176
9.4.1 置换型固溶体中的扩散 176
9.4.2 渗层中的反应扩散 176
9.4.3 离子晶体中的扩散 177
9.5 影响扩散的因素 178
9.5.1 温度 179
9.5.2 晶体结构 179
9.5.3 元素浓度 179
9.5.4 晶体缺陷 180
9.5.5 第三组元 180
思考题 180
第10章 复合材料 182
10.1 复合材料的分类 182
10.1.1 增强体的性能 183
10.1.2 材料的复合效应 184
10.2 复合材料的增强原理 185
10.2.1 弥散增强型 185
10.2.2 纤维增强型 186
10.3 复合材料的界面现象 187
10.3.1 界面的结合 187
10.3.2 粒子增强型 189
10.3.3 纤维增强型 191
10.4 纳米自组装材料 192
思考题 194
第11章 功能材料 196
11.1 电工材料 196
11.1.1 电阻合金 196
11.1.1.1 电热合金 196
11.1.1.2 精密电阻合金 197
11.1.1.3 应变电阻合金 199
11.1.1.4 热敏电阻合金 199
11.1.2 热电偶合金 199
11.1.2.1 标准热电偶 199
11.1.2.2 热电偶补偿导线 200
11.1.3 电触头材料 200
11.2 形状记忆合金 201
11.2.1 形状记忆合金的原理 201
11.2.2 形状记忆合金的伪弹性 202
11.2.3 形状记忆合金的种类 202
11.2.3.1 Ti-Ni形状记忆合金 203
11.2.3.2 Cu基形状记忆合金 203
11.2.3.3 Fe基形状记忆合金 203
11.3 磁性材料 203
11.3.1 物理要求 203
11.3.2 软磁合金 204
11.3.2.1 工业纯铁 204
11.3.2.2 硅钢 204
11.3.2.3 Fe-Ni合金 205
11.3.2.4 Fe-Co合金 205
11.3.2.5 Fe-Al合金 205
11.3.3 硬磁合金 206
11.3.3.1 Al-Ni-Co合金 206
11.3.3.2 Fe-Cr-Co合金 206
11.3.3.3 Pt-Co合金 206
11.3.3.4 稀土永磁合金 207
11.4 储氢材料 207
11.4.1 稀土系储氢合金 208
11.4.2 镁系储氢合金 208
11.4.3 钛系储氢合金 208
11.5 超导材料 209
11.6 热膨胀合金 209
11.6.1 低膨胀合金 210
11.6.2 定膨胀合金 210
11.6.3 高膨胀合金 210
11.7 弹性合金 210
11.8 磁阻合金 211
11.9 金属陶瓷 212
11.10 减振合金 212
11.11 生物材料 214
11.12 光催化材料 215
11.13 稀土光功能材料 216
参考文献 218
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