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本章提要1

1.1材料类型1

1.1.1金属材料1

1材料引言1

1.1.2无机非金属材料4

1.1.3有机高分子材料（聚合物）6

1.1.4复合材料7

1.2.1材料结构层次8

1.2.2工程材料常见性质与性能8

1.2材料组成、结构、性质、工艺及其与环境的关系8

1.2.3材料的加工工艺9

1.2.4材料性能的环境效应10

1.3材料的选择11

本章小结12

思考题与习题12

2晶体结构13

本章提要13

2.1结晶学基础13

2.1.1空间点阵13

2.1.2结晶学指数15

2.1.3晶向与晶面的关系、晶带轴定理18

2.2晶体中质点的结合力与结合能20

2.2.1晶体中质点间的结合力20

2.2.2晶体的结合力与结合能22

2.3晶体中质点的堆积26

2.3.1最紧密堆积原理与最紧密堆积方式26

2.3.2内在因素对晶体结构的影响——化学组成与晶体结构的关系28

2.3.3外在因素对晶体结构的影响——同质多晶与类质同晶及晶型转变34

2.4.1金属晶体的结构36

2.4单质晶体结构36

2.4.2非金属元素单质的晶体结构38

2.5无机化合物结构39

2.5.1AX型结构39

2.5.2AX2型结构43

2.5.3A2X3型结构45

2.5.4AX3型和A2X5型结构47

2.5.5ABO3型结构48

2.5.6ABO4型（白钨矿型）结构及声光效应53

2.5.7AB2O4型（尖晶石，Spinelle）结构54

2.5.8石榴（Garnet）结构55

2.5.9无机化合物结构与鲍林规则（Pauling's Rule）56

2.6硅酸盐晶体结构57

2.6.1硅酸盐晶体的组成表征、结构特点及分类58

2.6.2岛状结构59

2.6.3组群状结构61

2.6.4链状结构63

2.6.5层状结构66

2.6.6架状结构70

2.7高分子材料结构78

2.7.1高分子的链结构79

2.7.2高分子的聚集态结构82

本章小结90

思考题与习题91

3晶体结构缺陷93

本章提要93

3.1晶体结构缺陷的类型93

3.1.1按缺陷的几何形态分类93

3.1.2按缺陷产生的原因分类94

3.2.1点缺陷的符号表征——Kroger-Vink符号96

3.2点缺陷96

3.2.2缺陷反应表示法97

3.2.3热缺陷浓度的计算99

3.2.4热缺陷在外力作用下的运动102

3.2.5热缺陷与晶体的离子导电性104

3.3线缺陷105

3.3.1晶体的塑性和强度105

3.3.2位错的类型110

3.3.3位错的伯格斯矢量及位错的性质111

3.3.4位错的应力场与应变能115

3.3.5位错的运动120

3.3.6位错所受的力126

3.3.7位错的反应133

3.3.8位错与点缺陷的交互作用133

3.4面缺陷138

3.4.1晶界（位错界面）138

3.4.2堆积层错145

3.4.3反映孪晶界面146

3.5固溶体147

3.5.1 固溶体的分类147

3.5.2置换型固溶体148

3.5.3 间隙型固溶体149

3.5.4形成固溶体后对晶体性质的影响150

3.5.5 固溶体的研究方法151

3.6非化学计量化合物155

3.6.1 由于负离子缺位，使金属离子过剩155

3.6.2 由于间隙正离子，使金属离子过剩157

3.6.3 由于间隙负离子，使负离子过剩158

3.6.4 由于正离子缺位，使负离子过剩158

本章小结159

思考题与习题160

4非晶态结构与性质163

本章提要163

4.1熔体的结构163

4.1.1对熔体的一般认识163

4.1.2硅酸盐熔体结构——聚合物理论164

4.2熔体的性质169

4.2.1粘度169

4.2.2表面张力177

4.3.1玻璃的通性180

4.3玻璃的形成180

4.3.2玻璃的转变182

4.3.3玻璃的形成184

4.4玻璃的结构192

4.4.1 晶子学说192

4.4.2无规则网络学说194

4.4.3 两大学说的比较与发展196

4.5常见玻璃类型197

4.5.1硅酸盐玻璃197

4.5.2硼酸盐玻璃200

本章小结201

思考题与习题202

5表面结构与性质205

本章提要205

5.1 固体的表面及其结构205

5.1.1 固体的表面206

5.1.2 固体的表面结构211

5.2固体的界面及其结构216

5.2.1 固体的界面216

5.2.2陶瓷晶界结构218

5.3润湿与粘附222

5.3.1润湿的类型223

5.3.2接触角和Young方程224

5.3.3非理想固体表面上的接触角226

5.3.4测定固体表面张力的方法227

5.3.5粘附及其化学条件229

5.4测定固体表面成分和结构的方法231

5.4.1低能电子衍射（LEED）232

5.4.2俄歇电子能谱（AES）233

5.4.3扫描隧道显微镜（STM）235

5.4.4原子间力显微镜（AFM）237

本章小结239

思考题与习题239

6相平衡和相图241

本章提要241

6.1相平衡及其研究方法241

6.1.1相平衡的基本概念241

6.1.2相律245

6.1.3相平衡的研究方法246

6.1.4应用相图时需注意的几个问题251

6.2.1具有多晶转变的单元系统相图252

6.2单元系统252

6.2.2单元系统专业相图256

6.3二元系统263

6.3.1二元系统相图的表示方法及杠杆规则264

6.3.2二元系统相图的基本类型265

6.3.3二元系统专业相图276

6.4三元系统297

6.4.1三元系统组成表示法297

6.4.2浓度三角形的性质298

6.4.3三元系统相图的基本类型302

6.4.4三元系统专业相图321

6.5交互三元系统344

6.5.1组成表示方法344

6.5.2交互三元系统相图的基本类型348

6.5.3交互三元系统专业相图——Si3N4-Al2O3-AlN-SiO2系统相图351

6.6四元系统352

6.6.1四元系统组成的表示方法353

6.6.2浓度四面体的性质353

6.6.3具有一个低共熔点的四元系统相图354

6.6.4生成化合物的四元系统相图356

6.6.5四元系统专业相图361

本章小结368

思考题与习题368

7基本动力学过程——扩散372

本章提要372

7.1扩散动力学方程——菲克定律372

7.1.1菲克第一定律372

7.1.2菲克第二定律375

7.2.1稳态扩散及其应用376

7.2菲克定律的应用376

7.2.2非稳态扩散381

7.3固体扩散机构与扩散系数388

7.3.1原子随机行走与扩散388

7.3.2扩散的微观机制389

7.3.3扩散机构和扩散系数的关系391

7.3.4扩散系数的测定394

7.4扩散系数与浓度的关系——俣野方法394

7.4.1问题引出394

7.4.2数学处理395

7.5多元系统中的扩散396

7.5.1能斯特－爱因斯坦（Nernst-Einstein）公式397

7.5.2克肯达尔（irkendail）效应398

7.5.3达肯（Darken）方程401

7.6影响扩散系数的因素405

7.6.1外在因素405

7.6.2内在因素408

本章小结413

思考题与习题413

8.1相变概述415

8.1.1相变分类415

8材料中的相变415

本章提要415

8.1.2相变的条件418

8.2液相－固相的转变——成核－生长相变419

8.2.1晶核生成速率（核化速率）419

8.2.2晶体生长速率423

8.2.3总的结晶速率426

8.2.4影响结晶速率的因素428

8.3.1液相的不混溶现象（玻璃的分相）429

8.3液相－液相的转变——调幅分解429

8.3.2调幅分解动力学432

8.3.3分相的结晶化学观点436

8.4马氏体相变438

8.4.1马氏体相变概念与特征438

8.4.2马氏体转变热力学444

8.4.3马氏体转变动力学447

8.4.4不同材料中的马氏体转变448

8.4.5马氏体的特殊性能及应用451

8.5.1概念和定义454

8.5有序－无序转变454

8.5.2有序合金类型456

8.5.3有序－无序转变的热力学分析459

8.5.4有序－无序转变的动力学分析460

8.6相变与弥散强化464

8.6.1相变的强化效应464

8.6.2弥散强化（沉淀强化）464

8.6.3有序强化468

本章小结468

思考题与习题469

9.1.1固态反应分类470

9.1固态反应概论470

9材料制备中的固态反应470

本章提要470

9.1.2固态反应特征471

9.2固态反应机理471

9.2.1相界面上化学反应机理472

9.2.2相界面上反应和离子扩散的关系473

9.2.3中间产物和连续反应473

9.2.4不同反应类型和机理474

9.3.1一般动力学关系476

9.3固态反应动力学476

9.3.2化学动力学范围477

9.3.3扩散动力学范围482

9.3.4通过流体相传输的反应和动力学表达式487

9.3.5过渡范围491

9.4材料制备中的插层反应492

9.4.1插层反应对晶体结构的要求（结构条件）492

9.4.2插层复合法制备有机－无机纳米复合材料493

9.5影响固态反应的因素495

9.5.2反应物颗粒及均匀性的影响496

9.5.1反应物化学组成的影响496

9.5.4压力和气氛的影响497

9.5.3反应温度的影响497

9.5.5反应物活性的影响498

本章小结498

思考题与习题499

10.1烧结概述500

10.1.1烧结理论研究的历史500

本章提要500

10烧结500

10.1.2烧结的基本类型502

10.2烧结过程及机理503

10.2.1烧结过程503

10.2.2烧结推动力504

10.2.3烧结机理505

10.3固相烧结508

10.3.1烧结初期508

10.3.2烧结中期513

10.3.3烧结末期515

10.4再结晶和晶粒长大516

10.4.2晶粒长大517

10.4.1初次再结晶517

10.4.3二次再结晶520

10.5液相烧结522

10.5.1带有液相烧结的特点522

10.5.2颗粒重排523

10.5.3溶解－沉淀523

10.5.4粘性或塑性流动烧结的动力学关系525

10.6非常规烧结526

10.6.2热等静压烧结527

10.6.1热压烧结527

10.6.3电火花烧结528

10.6.4无包套热等静压烧结528

10.6.5反应烧结529

10.7影响烧结的因素529

10.7.1物料活性的影响530

10.7.2添加物的影响531

10.7.3气氛的影响533

10.7.4压力的影响534

思考题与习题535

本章小结535

11腐蚀与氧化537

本章提要537

11.1腐蚀537

11.1.1材料腐蚀的基本概念537

11.1.2应力腐蚀540

11.1.3晶间（晶界）腐蚀547

11.2氧化——界面在金属氧化中的作用551

11.2.1金属氧化及其理论551

11.2.2金属氧化的界面行为553

11.2.3界面与稀土活性元素效应556

11.2.4内氧化合金中的金属／氧化物界面561

11.3辐射损伤562

本章小结563

思考题与习题563

12疲劳与断裂564

本章提要564

12.1疲劳564

12.1.1疲劳的概念564

12.1.2疲劳裂纹扩展的物理模型567

12.1.3疲劳裂纹扩展的力学行为与特征568

12.2低温断裂与疲劳573

12.2.1韧－脆转化理论573

12.2.2低温疲劳575

12.3高温蠕变与疲劳577

12.3.1高温蠕变578

12.3.2高温疲劳581

12.4环境断裂——氢脆583

12.4.1氢脆583

12.4.2氢致开裂机理587

12.5材料的疲劳与断裂592

12.5.1纤维强化复合材料592

12.5.2颗粒强化复合材料594

12.5.3铝－锂合金595

12.5.4陶瓷材料595

本章小结597

思考题与习题597

参考文献598

附录1 材料科学基础重要名词术语600

附录2 元素的离子半径表611