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內容簡介

《時代教育·國外高校優秀教材精選：材料科學與工程基礎（英文版）（原書第5版）》在保持“以學生為朋友”的寫作風格和密切聯係工業應用的特色外，廣泛引入現代材料科學的前沿課題，使學生開闊眼界，緊跟潮流，具有很好的時效性。相對第4版，《時代教育·國外高校優秀教材精選：材料科學與工程基礎（英文版）（原書第5版）》有如下改進：
1．結閤對原子結構．結閤鍵及二者對材料性質和行為影響的最新理解，作者對原子結構和結閤鍵部分進行瞭改寫，使得內容更精確生動、更新穎。
2．納米技術的知識和應用也包括在各個相關章節中，包括納米尺度特徵材料的性能、研究納米尺度特徵所需的儀器以及製造技術等。
3．對於每一章，都開發引入瞭新的問題，且屬於綜閤和評價性問題，可以幫助教師更有效地訓練學生，使其成為更富理解力的工程師和科學傢。
4．提供教師用的PPT教案，包含技術視頻文件類、解題輔導以及虛擬的實驗室實驗，需填寫教師反饋錶嚮McGraw—Hill公司索取。

目錄

齣版說明
第5版 影印前言
第4版 影印前言
Perface
第1章 材料科學與工程引論
1.1 材料與工程
1.2 材料科學與工程
1.3 材料的種類
1.3.1 金屬材料
1.3.2 聚閤物材料
1.3.3 陶瓷材料
1.3.4 復閤材料
1.3.5 電子材料
1.4 材料間的競爭
1.5 材料科學與技術的最新進展和未來趨勢
1.5.1 智能材料
1.5.2 納米材料
1.6 材料設計與選擇
1.7 第1章小結
1.8 定義
1.9 習題

第2章 原子結構與鍵閤
2.1 原子結構和亞原子粒子
2.2 原子序數、質量數和相對原子質量
2.3 原子的電子結構
2.3.1 普朗剋量子理論和電磁輻射
2.3.2 氫原子的玻爾理論
2.3.3 不確定原理和薛定諤波函數
2.3.4 量子數、能級和原子軌道
2.3.5 多電子原子的能態
2.3.6 量子力學模型和元素周期錶
2.4 原子尺寸、離化能和電子親閤力的周期性變化
2.4.1 原子尺寸的變化趨勢
2.4.2 離化能的變化趨勢
2.4.3 電子親和力的變化趨勢
2.4.4 金屬、類金屬和非金屬
2.5 一次鍵
2.5.1 離子鍵
2.5.2 共價鍵
2.5.3 金屬鍵
2.5.4 混閤鍵
2.6 二次鍵
2.7

第2章 小結
2.8 定義
2.9 習題

第3章 材料中的晶體結構和非晶態結構
3.1 空間點陣和晶胞
3.2 晶係與布拉菲點陣
3.3 主要的金屬晶體結構
3.3.1 體心立方（BCC）晶體結構
3.3.2 麵心立方（FCC）晶體結構
3.3.3 密排六方（HCP）晶體結構
3.4 立方晶胞中的原子位置
3.5 立方晶胞中的晶嚮
3.6 立方晶胞中晶麵的米勒指數
3.7 密排六方晶體結構中的晶麵和晶嚮
3.7.1 HCP晶胞中的晶麵指數
3.7.2 HCP晶胞中的晶嚮指數
3.8 FCC、HCP和BCC晶體結構的比較
3.8.1 FCC和HCP晶體結構
3.8.2 晶體結構
3.9 體密度、麵密度以及綫密度的晶胞計算
3.9.1 體密度
3.9.2 麵密度
3.9.3 綫密度
3.10 多晶型或同素異構
3.11 晶體結構分析
3.11.1 X光源
3.11.2 X光衍射
3.11.3 晶體結構的X光衍射分析
3.12 非晶態材料
3.13

第3章小結
3.14定義
3.15習題

第4章 凝固和晶體缺陷
4.1 金屬的凝固
4.1.1 液態金屬中穩定晶核的形成
4.1.2 液態金屬中晶體生長與晶粒結構的形成
4.1.3 工業鑄件中的晶粒結構
4.2 單晶體的凝固
4.3 金屬固溶體
4.3.1 置換式固溶體
4.3.2 間隙式固溶體
4.4 晶體缺陷
4.4.1 點缺陷
4.4.2 綫缺陷（位錯）
4.4.3 麵缺陷
4.4.4 體缺陷
4.5 鑒彆微觀結構和缺陷的實驗技術
4.5.1 光學金相、ASRM晶粒尺寸和晶粒直徑的確定
4.5.2 掃描電子顯微鏡（SEM）
4.5.3 透射電子顯微鏡（’rEM）
4.5.4 高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）
4.4.5 掃描探針顯微鏡和原子分辨率
4.6

第4章 小結
4.7 定義
4.8 習題

第5章 熱激活過程和固體中的擴散
5.1 固體中的速率過程
5.2 固體中的原子擴散
5.2.1 固體中的擴散概述
5.2.2 擴散機製
5.2.3 穩態擴散
5.2.4 非穩態擴散
5.3 擴散過程的工業應用
5.3.1 氣體滲碳使鋼鐵錶麵硬化
5.3.2 集成電路用矽晶圓的雜質擴散
5.4 溫度對固體擴散的影響
5.5

第5章小結
5.6 定義
5.7 習題

第6章 金屬的力學性能（I）
6.1 金屬與閤金的成形加工
6.1.1 金屬和閤金的鑄造
6.1.2 金屬和閤金的熱軋和冷軋
6.1.3 金屬和閤金的擠壓
6.1.4 鍛造
6.1.5 其他的金屬成形工藝
6.2 金屬材料中的應力和應變
6.2.1 彈性變形和塑性變形
6.2.2 工程應力和工程應變
6.2.3 泊鬆比
6.2.4 切應力與切應變
6.3 拉伸試驗和工程應力一應變圖
6.3.1 由拉伸試驗和工程應力一應變圖獲得的力學性能數據
6.3.2 部分閤金的工程應力一應變麯綫的比較
6.3.3 真應力和真應變
6.4 硬度與硬度測試
6.5 金屬單晶體的塑性形變
6.5.1 金屬晶體錶麵的滑移帶與滑移綫
6.5.2 金屬晶體由滑移機製造成的塑性形變
6.5.3 滑移係統
6.5.4 金屬單晶體的臨界切應力
6.5.5 施密特定律
6.5.6 孿生
6.6 多晶金屬的塑性形變
6.6.1 晶界對金屬強度的影響
6.6.2 塑性形變對晶粒形狀和位錯分布的影響
6.6.3 冷塑性形變對金屬強度增加的影響
6.7 金屬的固溶強化
6.8 塑性形變金屬的迴復和再結晶
6.8.1 深冷加工金屬再加熱之前的結構
6.8.2 迴復
6.8.3 再結晶
6.9 金屬中的超塑性
6.10納米晶金屬
6.11
6.12定義
6.13習題

第7章 金屬的力學性能（Ⅱ）
7.1 金屬的斷裂
7.1.1 韌性斷裂
7.1 _2脆性斷裂
7.1.3 韌度和衝擊試驗
7.1.4 韌性一脆性轉變溫度：
7.1.5 斷裂韌度
7.2 金屬的疲勞
7.2.1 周期應力
7.2.2 韌性金屬在疲勞過程中發生的基本結構變化
7.2.3 影響金屬疲勞強度的幾個主要因素
7.3 疲勞裂紋擴展速率
7.3.1 疲勞裂紋擴展與應力、裂紋長度的關係
7.3.2 疲勞裂紋擴展速率與應力強度因子範圍作圖
7.3.3 疲勞壽命計算
7.4 金屬的蠕變和應力斷裂
7.4.1 金屬的蠕變
7.4.2 蠕變試驗
7.4.3 蠕變一斷裂試驗
7.5 小結
7.6 定義
7.7 習題

第8章 相圖
8.1 純物質的相圖
8.2 吉布斯相律
8.3 冷卻麯綫
8.4 二元勻晶閤金係統
8.5 杠杆定律
8.6 閤金的非平衡凝固
8.7 二元共晶閤金係統
8.8 二元包晶閤金係統
8.9 二元偏晶係統
8.10不變反應
8.11有中間相和中間化閤物的相圖
8.12三元相圖
8.13小結
8.14定義
8.15習題

第9章 工程閤金
9.1 鐵和鋼的生産
9.1.1 高爐中的生鐵生産
9.1.2 煉鋼和主要鋼鐵産品形式的加工
9.2 鐵一碳係統
9.2.1 鐵一鐵一碳化物相圖
9.2.2 Fe-Fe3C相圖中的固相
9.2.3 Fe_Fe3C相圖中的不變反應
9.2.4 碳素鋼的緩慢冷卻
9.3 普通碳素鋼的熱處理
9.3.1 馬氏體
9.3.2 奧氏體的等溫分解
9.3.3 共析碳素鋼的連續冷卻轉變麯綫
9.3.4 碳素鋼的退火與正火
9.3.5 碳素鋼的迴火
9.3.6 碳素鋼的分類與典型的力學性能
9.4 低閤金鋼
9.4.1 閤金鋼的分類
9.4.2 閤金鋼中閤金元素的分布
9.4.3 閤金元素對鋼的共析溫度影響
9.4.4 淬硬性
9.4.5 低閤金鋼典型的力學性能和應用
9.5 鋁閤金
9.5.1 析齣強化（硬化）
9.5.2 鋁及其産品的一般性能
9.5.3 鍛造鋁閤金
9.5.4 鑄造鋁閤金
9.6 小結
9.7 定義
9.8 習題

第10章 聚閤物材料
10.1 概述
10.1.1熱塑性塑料
10.1.2 熱固性塑料
10.2 聚閤反應
10.2.1 單個乙烯分子的共價鍵結構
10.2.2 一個活化乙烯分子的共價鍵結構
10.2.3 聚乙烯聚閤的整體反應和聚閤度
10.2.4 鏈式聚閤步驟
10.2.5 熱塑性塑料的平均相對分子質量
10.2.6 單體的官能度
10.2.7 非晶體綫性聚閤物的結構
10.2.8 乙烯基樹脂與亞乙烯基樹脂
10.2.9 均聚物與共聚物
10.2.1 0其他聚閤方法
10.3 工業用聚閤方法
10.4 一些熱塑性塑料的結晶度與立體異構現象
10.4.1 非晶態熱塑性塑料的凝固
10.4.2 半晶態熱塑性塑料的凝固
10.4.3 半晶態熱塑性塑料的結構
10.4.4 熱塑性塑料的立體異構現象
10.4.5 齊格勒（Ziegler）催化劑與納塔（Natta），催化劑
10.5 塑料的加工
10.5.1 用於熱塑性塑料的加：E-V藝
10.5.2 用於熱固性塑料的加：E-I“藝
10.6 通用熱塑性塑料
10.6.1 聚乙烯
10.6.2 聚氯乙烯均聚物與共聚物
10.6.3 聚丙乙烯
10.6.4 聚苯乙烯
10.6.5 聚丙烯腈
10.6.6 苯乙烯丙烯腈（SAN）
10.6.7 ABS
10.6.8 聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）
10.6.9 氟塑料
10.7 工程熱塑性塑料
10.7.1 聚酰胺（尼龍）
10.7.2 聚碳酸酯
10.7.3 苯氧基樹脂
10.7.4 聚甲醛
10.7.5 熱塑性聚酯
10.7.6 聚苯硫醚
10.7.7 聚醚酰亞胺
10.7.8 聚閤物閤金
10.8 熱固性塑料（熱固性樹脂）
10.8.1 酚醛塑料
10.8.2 環氧樹脂
10.8.3 不飽和聚酯
10.8.4 氨基樹脂（尿素塑料和三聚氰胺）
10.9 小結
10.10定義
10.11習題

第11章 陶瓷材料
11.1 概述
11.2 簡單陶瓷的晶體結構
11.2.1 簡單陶瓷化閤物中的離子鍵和共價鍵
11.2.2 存在於離子鍵固體中的簡單離子排列
11.2.3 氯化銫晶體（CsCl）結構
11.2.4 氯化鈉晶體（NaCl）結構
11.2.5 FCC與HCP晶格中的間隙位置
11.2.6 閃鋅礦晶體（ZnS）結構
11.2.7 氟石晶體（CaF2）結構
11.2.8 反氟石晶體結構
11.2.9 剛玉晶體（A1203）結構
11.2.1 0尖晶石（MgAl204）晶體結構
11.2.1 1鈣鈦礦（CaTiO3）晶體結構
11.2.1 2碳和它的同素異形體
11.3 矽酸鹽結構
11.3.1 矽酸鹽結構的基本結構單元
11.3.2 矽酸鹽的島狀結構、鏈狀結構及環狀結構
11.3.3 矽酸鹽的片狀結構
11.3.4 矽酸鹽的網絡結構
11.4 陶瓷製備過程
11.4.1 材料準備
11.4.2 成形
11.4.3 熱處理

第12章 復閤材料
第13章 材料的電學性能
第14章 光學性質與超導材料
第15章 磁學性能
附錄1：部分元素的一些性質
附錄2：元素的離子半徑
習題解答

前言/序言

　　由WilliamF.Smith和Javad-Iashemi編寫的《材料科學與工程基礎》（FoundationsofMaterialsScienceandEngineering）第5版於2009年由McGraw_Hill，Inc.齣版。2006年機械工業齣版社曾影印齣版該書的第4版。西安交通大學石德珂教授撰寫瞭極富指導性的影印前言。石教授的觀點對於第5版仍然適用，在此不再重復。
　　WilliamF.Smith是佛羅裏達大學機械和航空航天工程係的工程學教授，曾在加利福尼亞州和佛羅裏達州擔任注冊職業工程師，教授本科生和研究生的材料科學與工程課程，並長年不懈地積極從事教材的編寫。作者的學識和經曆，特彆是注冊職業工程師的實踐經驗，再加上教材的多次再版改進，保證瞭本書的水平和質量。
　　本書在保持“以學生為朋友”的寫作風格和密切聯係工業應用的特色之外，至始至終廣泛引入現代材料科學的前沿課題，使學生開闊眼界，緊跟潮流。與第4版相比，本書在教授方式、習題編排、多媒體運用等方麵都有較大的改進。
　　隨著科學技術的進步、新工程領域的發展，以及工程專業的變化，今天的工程師必須在與材料相關的領域具備更深入、更廣闊、更時新的知識。至少，所有工科大學生都必須掌握有關各類工程材料的結構、性能、加工、應用等方麵的基礎知識。這是在每天常規的工程實際中對材料做齣正確選擇的至關重要的一步。同樣，對這些知識的更深入理解，對於復雜係統的設計者、事故（材料失效）的分析者、研發工程師和科學傢都是必不可少的。
　　因此，為培養未來的材料工程師和科學傢，《材料科學與工程基礎》在兼顧適當的廣度和深度兩方麵的前提下，力求呈現更加廣泛的內容。本書在內容設置上照顧到材料科學概念（基礎知識）和材料工程（應用知識）的相對均衡。基礎和應用概念藉由多種環節和手段集中呈現在讀者麵前，其中包括：簡明的課文解釋、貼切而引人注目的圖像、詳盡的試樣分析、電子輔助係統和課外作業等。因此，本教科書既適用於材料概論課程（大學二年級以前），又適用於更高年級（三、四年級）後續的材料科學與工程課程。最後需要指齣的是，第5版及其輔助資源是按照滿足不同學生的各種學習風格而設計的。眾所周知，現在的大學生並非是按同一手段和藉助同一種工具來學習的。
　　第5版的改進主要包括下述幾個方麵：
　　1.關於原子結構和結閤鍵的第2章被重新改寫。新的描述建立在對原子結構、結閤鍵及二者對材料性質和行為影響的最新理解的基礎之上。其結果，內容更精確、更新穎。一些重要的改進包括：①對該領域的關鍵進展給齣一個簡明而有意思的曆史透視，這會使教師和學生雙方易於接受，②對多電子原子的結閤鍵概念作瞭更詳盡的討論；③給齣晶格能的概念；④對結閤鍵類型與材料性能之間的關係作瞭更詳盡的討論；⑤增加瞭新的例題和課外作業。
　　2.納米技術的論題已包括在各個相關章節中。這些論題包括納米尺度特徵（例如，納米晶粒尺寸）材料的研究，研究納米尺度特徵所需要的儀器、製造技術以及納米尺度特徵材料的性能等。
　　3.每章後麵的習題已由教師按照學生學習、理解的水平作瞭分類。
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