材料科學(xué)基礎(chǔ) I

目錄
自序
第1章　材料的原子結(jié)構(gòu)　1
1.1　歷史回顧　1
1.2　氫原子光譜　3
1.3　玻爾原子結(jié)構(gòu)理論　4
1.4　微觀粒子運(yùn)動(dòng)的基本特征　5
1.5　原子結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)描述　7
1.6　量子數(shù)　8
1.7　多電子原子結(jié)構(gòu)　10
1.7.1　基態(tài)原子的核外電子排布規(guī)則　10
1.7.2　能級(jí)交錯(cuò)現(xiàn)象　12
1.7.3　原子軌道能級(jí)圖　12
1.7.4　基態(tài)原子的核外電子排布　13
1.8　元素周期表　15
1.8.1　元素的周期　16
1.8.2　元素的族　17
1.8.3　元素的分區(qū)　17
1.9　元素性質(zhì)的周期性　18
1.9.1　原子半徑　18
1.9.2　電離能　19
1.9.3　電子親和能　20
1.9.4　電負(fù)性　21
1.10　原子結(jié)合鍵　22
1.10.1　離子鍵　23
1.10.2　共價(jià)鍵　24
1.10.3　金屬鍵　25
1.10.4　二次鍵　26
1.10.5　混合鍵　28
1.11　分子的電子結(jié)構(gòu)　29
1.11.1　分子軌道理論　30
1.11.2　能帶理論　34
1.12　小結(jié)　37
習(xí)題　39
第2章　材料的晶體結(jié)構(gòu)　41
2.1　晶體學(xué)發(fā)展歷程　41
2.2　晶體結(jié)構(gòu)和空間點(diǎn)陣　44
2.3　晶體結(jié)構(gòu)抽象為空間點(diǎn)陣　46
2.3.1　一維周期性結(jié)構(gòu)與直線點(diǎn)陣　47
2.3.2　二維周期性結(jié)構(gòu)與平面點(diǎn)陣　48
2.3.3　三維周期性結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣　49
2.4　空間點(diǎn)陣基本規(guī)律　51
2.5　晶系和布拉維點(diǎn)陣　51
2.6　幾種典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)　56
2.6.1　晶胞中的原子數(shù)　57
2.6.2　配位數(shù)　57
2.6.3　點(diǎn)陣常數(shù)　57
2.6.4　致密度　58
2.6.5　晶體結(jié)構(gòu)中的間隙　58
2.6.6　晶體中原子的堆垛方式　63
2.7　晶面指數(shù)和晶向指數(shù)　65
2.7.1　晶面指數(shù)　65
2.7.2　晶面族　68
2.7.3　晶向指數(shù)　69
2.7.4　六方晶系晶面指數(shù)表示　72
2.7.5　六方晶系晶向指數(shù)表示　74
2.7.6　晶向指數(shù)變換　75
2.7.7　立方和六方晶體中重要晶向的快速標(biāo)注　76
2.8　晶體內(nèi)的密排面和密排方向　77
2.9　晶帶和晶帶定律　78
2.9.1　已知晶面確定晶向　79
2.9.2　已知晶向確定晶面　79
2.9.3　三晶軸同面　80
2.9.4　三晶面同屬一個(gè)晶帶　80
2.10　晶面間距　80
2.11　晶體投影　82
2.11.1　晶體的球面投影　82
2.11.2　晶體的極射投影　83
2.11.3　烏氏網(wǎng)　85
2.11.4　標(biāo)準(zhǔn)投影　87
2.12　倒易點(diǎn)陣　89
2.12.1　布拉格方程　89
2.12.2　埃瓦爾德反射球　90
2.12.3　倒易點(diǎn)陣的基矢　91
2.12.4　倒易點(diǎn)陣的基本性質(zhì)　91
2.12.5　倒易點(diǎn)陣的應(yīng)用　94
2.12.6　復(fù)雜晶胞的倒易點(diǎn)陣　96
2.12.7　實(shí)際晶體的倒易點(diǎn)陣　97
2.13　元素的晶體結(jié)構(gòu)　102
2.14　元素的多晶型性　103
2.15　合金的晶體結(jié)構(gòu)　103
2.15.1　固溶體　104
2.15.2　金屬間化合物　107
2.16　離子晶體的結(jié)構(gòu)　111
2.16.1　離子半徑、配位數(shù)和離子堆積　112
2.16.2　離子晶體結(jié)構(gòu)規(guī)則　115
2.16.3　典型離子晶體的結(jié)構(gòu)　117
2.17　共價(jià)晶體的結(jié)構(gòu)　119
2.18　晶體結(jié)構(gòu)中的原子半徑　120
2.19　小結(jié)　122
習(xí)題　127
第3章　晶體中的缺陷　130
3.1　晶體缺陷的認(rèn)知?dú)v程　130
3.2　點(diǎn)缺陷　135
3.2.1　點(diǎn)缺陷的類(lèi)型　136
3.2.2　點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生及熱力學(xué)分析　138
3.2.3　過(guò)飽和點(diǎn)缺陷的形成　145
3.2.4　點(diǎn)缺陷對(duì)晶體性質(zhì)的影響　145
3.2.5　點(diǎn)缺陷濃度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量　147
3.3　位錯(cuò)　148
3.3.1　應(yīng)力及其表示　148
3.3.2　應(yīng)變及其表示　151
3.3.3　固體的彈性能　154
3.3.4　位錯(cuò)理論的引入　157
3.3.5　位錯(cuò)的基本類(lèi)型及特征　160
3.3.6　伯格斯矢量　163
3.3.7　位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)　169
3.3.8　位錯(cuò)密度　176
3.3.9　位錯(cuò)的基本幾何特征　177
3.3.10　位錯(cuò)的應(yīng)力場(chǎng)　178
3.3.11　位錯(cuò)的應(yīng)變能與線張力　184
3.3.12　位錯(cuò)的受力　188
3.3.13　位錯(cuò)與位錯(cuò)之間的交互作用　193
3.3.14　位錯(cuò)與點(diǎn)缺陷之間的交互作用　201
3.3.15　鏡像力　202
3.3.16　位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力　204
3.3.17　位錯(cuò)的交割　209
3.3.18　位錯(cuò)的起源與增殖　214
3.3.19　位錯(cuò)的塞積　223
3.4　實(shí)際晶體中的位錯(cuò)　228
3.4.1　實(shí)際晶體中位錯(cuò)的基本概念　228
3.4.2　實(shí)際晶體中位錯(cuò)的伯氏矢量　228
3.4.3　面心立方晶體中的位錯(cuò)　229
3.4.4　位錯(cuò)反應(yīng)　239
3.4.5　體心立方晶體中的位錯(cuò)　245
3.4.6　密排六方晶體中的位錯(cuò)　249
3.4.7　其他晶體中的位錯(cuò)　251
3.5　面缺陷　253
3.5.1　表面及表面能　254
3.5.2　晶界和亞晶界　255
3.5.3　相界　260
3.6　體缺陷　261
3.7　缺陷的實(shí)驗(yàn)觀察　261
3.7.1　蝕坑法　262
3.7.2　綴飾法　263
3.7.3　顯微技術(shù)　263
3.8　小結(jié)　266
習(xí)題　271
第4章　固體中的擴(kuò)散　276
4.1　固體中擴(kuò)散現(xiàn)象的概述　276
4.1.1　固體中擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力和基本特點(diǎn)　276
4.1.2　固體中擴(kuò)散的條件　277
4.1.3　固體中擴(kuò)散的分類(lèi)及應(yīng)用　277
4.1.4　固體中擴(kuò)散的研究?jī)?nèi)容　278
4.2　固體中質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的唯象理論　278
4.2.1　菲克第一定律　279
4.2.2　菲克第二定律　281
4.2.3　穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散及其應(yīng)用　285
4.2.4　非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散　289
4.2.5　D-C相關(guān)　301
4.3　固體中質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的微觀理論　304
4.3.1　原子隨機(jī)跳動(dòng)與擴(kuò)散距離　304
4.3.2　擴(kuò)散系數(shù)的微觀表示　306
4.3.3　擴(kuò)散的微觀機(jī)制　309
4.3.4　原子激活概率和擴(kuò)散激活能　312
4.4　互擴(kuò)散　316
4.4.1　柯肯德?tīng)栃?yīng)　316
4.4.2　柯肯德?tīng)栃?yīng)的機(jī)制和影響　317
4.4.3　達(dá)肯方程　318
4.4.4　摩爾密度保持不變的假設(shè)　320
4.5　擴(kuò)散熱力學(xué)　322
4.5.1　擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力　323
4.5.2　擴(kuò)散系數(shù)的普遍形式　323
4.6　影響擴(kuò)散的因素　327
4.6.1　溫度的影響　327
4.6.2　成分的影響　328
4.6.3　晶體結(jié)構(gòu)的影響　332
4.7　短路擴(kuò)散　334
4.8　反應(yīng)擴(kuò)散　336
4.8.1　反應(yīng)擴(kuò)散的過(guò)程及特點(diǎn)　336
4.8.2　反應(yīng)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)　338
4.9　離子晶體中的擴(kuò)散　340
4.9.1　肖特基空位機(jī)制　341
4.9.2　弗侖克爾空位機(jī)制　341
4.9.3　非稟性空位機(jī)制　342
4.9.4　離子晶體電導(dǎo)率　342
4.10　共價(jià)晶體中的擴(kuò)散　343
4.11　半導(dǎo)體材料中的擴(kuò)散　343
4.12　納米顆粒中的擴(kuò)散　346
4.13　金屬中的電遷移與熱遷移　347
4.14　小結(jié)　348
習(xí)題　352
第5章　固體的形變　356
5.1　固體材料的力學(xué)性質(zhì)　356
5.1.1　材料力學(xué)性能的實(shí)驗(yàn)測(cè)量　357
5.1.2　材料的彈性性能　359
5.1.3　金屬的力學(xué)行為　366
5.1.4　離子晶體的力學(xué)行為　374
5.1.5　材料的硬度　376
5.2　單晶體的塑性形變　377
5.2.1　單晶體塑性形變的微觀機(jī)制　377
5.2.2　滑移現(xiàn)象　379
5.2.3　滑移系　380
5.2.4　施密特定律及其應(yīng)用　382
5.2.5　滑移時(shí)參考方向和參考面的變化　387
5.2.6　滑移過(guò)程中晶體的轉(zhuǎn)動(dòng)　390
5.2.7　滑移過(guò)程的次生現(xiàn)象　395
5.2.8　單晶體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線　396
5.2.9　單晶體的孿生形變　397
5.2.10　孿生形變的應(yīng)力-應(yīng)變曲線　403
5.2.11　孿生和滑移的比較　404
5.3　多晶體的塑性形變　405
5.3.1　晶界的影響　405
5.3.2　形變的協(xié)調(diào)　408
5.3.3　晶粒大小的影響　408
5.3.4　多晶體應(yīng)力-應(yīng)變曲線　409
5.3.5　塑性形變對(duì)金屬組織及性能的影響　410
5.4　金屬的強(qiáng)化機(jī)制　413
5.4.1　固溶強(qiáng)化　413
5.4.2　應(yīng)變強(qiáng)化　415
5.4.3　屈服點(diǎn)現(xiàn)象和應(yīng)變時(shí)效　416
5.5　金屬的斷裂　421
5.5.1　斷裂的晶體學(xué)和工程學(xué)分類(lèi)　422
5.5.2　晶體的理論斷裂強(qiáng)度　423
5.5.3　晶體的實(shí)際斷裂強(qiáng)度　424
5.5.4　裂紋的萌生　426
5.5.5　斷裂的形式　427
5.5.6　影響斷裂的主要因素　430
5.6　小結(jié)　431
習(xí)題　434
參考文獻(xiàn)　437