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第1章 导论1

1.1简介2

1.2材料科学与工程3

1.3材料的分类5

1.3.1金属材料5

1.3.2高分子材料（polymers）5

1.3.3陶瓷材料（ceramics）5

1.3.4复合材料（composites）5

习题6

第2章 原子键结与晶体构造9

2.1原子结构与键结10

2.1.1原子模型10

2.1.2周期表14

2.2键结（bonding）15

2.2.1主要键结15

2.2.2键结种类与材料物理特性关系实例19

2.2.3次要键结20

2.3结晶构造（crystal structure）21

2.3.1晶格（lattice）21

2.3.2对称（symmetry）22

2.3.3金属结构22

2.4结晶系统（crystal system）24

2.4.1米勒座标系统24

2.4.1.1六方晶系之结晶方向27

2.4.2结晶平面之米勒指数27

2.4.3原子堆积系数30

2.4.4密度31

2.5液晶32

2.6碳结构32

2.7单晶与复晶34

2.8晶格系统与晶格常数之决定方法35

习题41

第3章 结晶缺陷及固体中的缺陷43

3.1点缺陷44

3.1.1本质点缺陷44

3.1.2异质点缺陷48

3.1.3点缺陷表示法53

3.2扩散 原理55

3.2.1 Fick第一扩散定律60

3.2.2 Fick第二扩散定律63

3.3线缺陷69

3.3.1刃差排69

3.3.2螺旋差排70

3.3.3混合差排70

3.3.4 布格向量71

3.4界面缺陷72

3.4.1外表面73

3.4.2晶界73

3.4.3小角晶界75

3.4.4双晶晶界76

3.4.5其他界面缺陷77

3.5体缺陷78

习题79

第4章 相图83

4.1相平衡84

4.2平衡相图85

4.3一元系统之相图86

4.4二元系统之相图87

4.5相图的解说90

4.6共晶型平衡图92

4.7偏晶型平衡图97

4.8共析相变平衡图99

4.9含有中间化合物的相图100

4.10不平衡的冷却过程100

习题102

第5章 相变态105

5.1相变态之分类106

5.2成核107

5-2-1均质成核107

5-2-2异质成核109

5-2-3成核剂110

5.3不改变组成之相变态110

5-3-1共轭相变111

5-3-2有序相变111

5-3-3麻田散铁相变111

5.4组成改变之相变态（伴随扩散的相变态）113

5-4-1共析反应113

5-4-2等温析出114

5-4-3沃斯田铁的恒温相变115

5-4-4沃斯田铁的连续冷却变态116

5.5离相解离117

5.6相变态之影响因素119

5-6-1晶粒大小对相变行为的影响119

5-6-2合金组成对相变的影响119

习题121

第6章 变形123

6.1金属之弹性变形125

6-1-1金属弹性变形之特征125

6-1-2弹性模数与双原子模型125

6-1-3弹性系数129

6-1-4由弹性应变求应力值131

6.2金属之塑性加工132

6.3塑性变形134

6-3-1塑性变形之特征134

6-3-2应力-应变曲线134

6-3-3真应力-真应变曲线136

6.4塑性变形之方式：滑动与双晶138

6-4-1滑动及滑动带138

6-4-2由滑动所发生的变形139

6-4-3滑动系统141

6-4-4滑动的临界剪分应力142

6-4-5由双晶（twin）所生之变形143

6.5多晶体的塑性变形144

6-5-1多晶体塑性变形的过程144

6-5-2晶粒大小对塑性变形的影响146

6.6合金的塑性变形147

6-6-1单相固溶体的塑性变形147

6-6-2多相合金的塑性变形148

习题152

第7章 破坏153

7.1金属的破坏类型154

7.2延性破坏155

7.3脆性破坏157

7.3.1脆性破坏之特征157

7.3.2理论内聚强度157

7.3.3脆性破坏的Griffith理论158

7.4断口形态学159

7.5破坏韧性161

7.6疲劳164

7.6.1疲劳破坏164

7.6.2疲劳破断面之观察167

7.6.3耐疲劳强度之影响因素168

7.7潜变171

习题174

第8章 强化及韧化175

8.1固溶强化176

8.2应变硬化178

8.3塑性变形对组织的影响181

8.3.1显微组织的变化181

8.3.2内应力（或残留应力）181

8.3.3变形组织182

8.4加工后之退火、回复、再结晶、晶粒成长及机械性质183

8.4.1冷加工之金属与合金在退火过程中的变化184

8.4.2回复188

8.4.3再结晶192

8.4.4晶粒成长198

习题202

第9章 热处理203

9.1析出硬化204

9.1.1时效处理204

9.1.2析出（时效）硬化的原因205

9.2热处理（heat treatment）之定义及其重要性208

9.3退火209

9.3.1完全退火210

9.3.2 恒温退火211

9.3.3均质化退火211

9.3.4 球化退火212

9.3.5应力消除退火213

9.4正常化213

9.5钢之淬火215

9.5.1淬火目的及原理215

9.5.2淬火温度与加热时间215

9.6硬化能217

9.6.1质量效应217

9.6.2硬化能218

9.7钢之回火223

9.7.1回火目的223

9.7.2回火后的组织与性质之变化224

9.7.3合金元素对回火软化与二次硬化的影响225

9.7.4回火脆性227

习题230

第10章 铁系合金231

10.1铁与钢之制造232

10.1.1铁、钢及铸铁之定义232

10.1.2钢铁厂之概况233

10.1.3生铁之制造235

10.1.4炼钢法238

10.1.5钢锭制造法242

10.1.6钢锭之加工243

10.1.7钢料制品之种类及用途概述244

10.2纯铁之组织及相变化247

10.3钢之相变化249

10.3.1铁-碳平衡图249

10.3.2碳钢在缓慢冷却的相变化253

10.4碳钢258

10.4.1钢中所含元素对碳钢特性之影响258

10.4.2碳钢之编号261

10.5合金钢261

10.5.1合金钢之分类261

10.5.2普通构造用合金钢266

10.5.3机械构造用合金钢266

10.5.4弹簧钢267

10.5.5工具钢268

10.5.6高速钢（hihg speed steel）269

10.5.7不锈钢270

10.5.8其他特殊钢272

10.6铸铁273

10.6.1铸铁之组织273

10.6.2铸铁之石墨化过程273

10.6.3石墨对铸铁机械性质之影响275

习题276

第11章 非铁金属及合金279

11.1铜及铜合金280

11.1.1铜之物理与机械性质280

11.1.2黄铜281

11.1.3青铜284

11.2铝及铝合金286

11.2.1铝之性质286

11.2.2铝合金287

11.3镁及镁合金289

11.3.1镁之性质289

11.3.2镁合金290

11.4钛及钛合金293

11.4.1钛之性质293

11.4.2钛合金之种类及性质293

习题298

第12章 陶瓷材料之结构与成型299

12.1绪论300

12.2陶瓷结构301

12.2.1陶瓷之稳定结构及配位数301

12.2.2 AX型晶体构造305

12.2.3 AmXp型晶体构造307

12.2.4 AmBnXp型钙钛矿晶体构造308

12.2.5陶瓷晶体密度计算308

12.3 硅酸盐（silicate）结构309

12.4陶瓷制程311

12.4.1粉体制程312

12.4.2成型法313

12.4.3烧结317

12.5玻璃 及其形成条件319

12.6玻璃陶瓷323

习题327

第13章 陶瓷材料之特性329

13.1陶瓷之机械性能330

13.1.1陶瓷之强度330

13.1.2陶瓷之脆性330

13.1.3陶瓷的韧化333

13.1.4陶瓷之强度测试334

13.2介电性质336

13.2.1极化量与介电位移336

13.2.2极化机构339

13.2.3介电常数341

13.3介电材料用途及制造方法342

13.4压电效应345

13.5陶瓷的导电特性346

13.6陶瓷高温超导体347

习题350

第14章 复合材料353

14.1绪论354

14.2复合材料的分类354

14.3强化材354

14.4基材364

14.5基材与强化材的界面（interface）365

14.6复合材料的强度基本性质367

14.6.1比拉伸强度与比弹性模数367

14.6.2纤维复合材料的破坏机制371

14.7纤维强化塑胶复合材料的加工372

14.8复合材料的应用与展望377

习题380

第15章 高分子材料381

15.1高分子材料的定义与分类382

15.2单位之聚合反应386

15.2.1聚加成反应386

15.2.2聚缩合反应387

15.2.3共聚合高分子材料389

15.2.4高分子的分子量390

15.3高分子晶体392

12.3.1高分子的结晶模型392

15.3.2高分子材料的结晶型态394

15.4高分子材料之制程397

15.4.1高分子材料的合成方法397

15.4.2高分子加工398

15.5高分子材料的应用与展望400

15.5.1高分子材料的应用400

15.5.2分子材料的展望406

习题407

第16章 材料的电性质409

16.1电的传导410

16.2固体的能带理论412

16.3金属的能带结构413

16.3.1硷金族的能带结构413

16.4金属的导电特性414

16.4.1温度的影响415

16.4.2晶格缺陷的影响415

16.4.3制程与强化机构的影响416

16.5其他之导电特性418

16.5.1热电偶418

16.5.2超导体420

16.6绝缘体421

16.7半导体423

16.7.1本质半导体423

16.7.2外禀半导体425

16.7.2.1 n型半导体425

16.7.2.2 p型半导体427

16.7.3温度对导电性的影响428

16.7.4化合物半导性430

16.7.5半导体元件的应用431

16.7.6半导体元件的制作技术434

16.8离子材料的导电特性436

习题438

第17章 磁性材料439

17.1绪论440

17.2磁性起源及种类440

17.2.1顺磁性443

17.2.2反磁性443

17.2.3铁磁性445

17.2.4反铁磁性446

17.2.5亚铁磁性448

17.3磁阻448

17.3.1磁阻之定义448

17.3.2磁阻之分类449

17.4材料的磁性能452

17.4.1永磁功能材料和软磁功能材料452

17.4.2资讯磁性功能材料454

17.4.3多功能磁性功能材料454

17.4.4磁性材料—锰锌铁氧磁体455

习题457

第18章 材料的光学性质459

18.1光的本质460

18.1.1电磁波简介460

18.1.2连续辐射与特性辐射461

18.2光与物质作用的理论基础463

18.2.1光和固体的交互作用463

18.2.2原子与电子的交互作用464

18.2.3金属之光学性质465

18.2.4非金属之光学性质466

18.2.5绝缘体之光学性质472

18.3各种光与物质之作用473

18.3.1 X-射线473

18.3.2发光473

18.3.3热发射474

18.3.4绕射474

习题476

第19章 材料的光电特性477

19.1光电导性（photoconduction）478

19.2太阳能电池479

19.3雷射和光纤通讯480

19.4发光与显示487

19.4.1光源487

19.4.2显示器488

习题494

第20章 奈米科技概论495

20.1绪论496

20.2奈米科技发展沿革497

20.3奈米材料之基础物理化学性质498

20.3.1小尺寸效应499

20.3.2表面积效应499

20.3.3量子尺寸效应501

20.4奈米材料及制程502

20.4.1奈米粒子及其制程502

20.4.2气相凝结法503

20.4.3机械合金法504

20.4.4化学溶液相关合成法504

20.5一维奈米材料及其制程505

20.5.1一维奈米材料发展505

20.5.2一维奈米材料的应用506

20.6奈米结构化镀层及其制程507

20.7奈米结构化块材及其制程509

20.8奈米多孔质材料及其制程510

20.9奈米制造技术511

20.9.1由大而小vs.由小而大512

20.9.2传统微影蚀刻方式513

20.9.3由小而大及自我组装方式516

习题521