材料科學基礎 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　微觀粒子運動的基本特征　5
1.5　原子結(jié)構(gòu)的量子力學描述　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　能級交錯現(xiàn)象　12
1.7.3　原子軌道能級圖　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　電負性　21
1.10　原子結(jié)合鍵　22
1.10.1　離子鍵　23
1.10.2　共價鍵　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
習題　39
第2章　材料的晶體結(jié)構(gòu)　41
2.1　晶體學發(fā)展歷程　41
2.2　晶體結(jié)構(gòu)和空間點陣　44
2.3　晶體結(jié)構(gòu)抽象為空間點陣　46
2.3.1　一維周期性結(jié)構(gòu)與直線點陣　47
2.3.2　二維周期性結(jié)構(gòu)與平面點陣　48
2.3.3　三維周期性結(jié)構(gòu)與空間點陣　49
2.4　空間點陣基本規(guī)律　51
2.5　晶系和布拉維點陣　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　標準投影　87
2.12　倒易點陣　89
2.12.1　布拉格方程　89
2.12.2　埃瓦爾德反射球　90
2.12.3　倒易點陣的基矢　91
2.12.4　倒易點陣的基本性質(zhì)　91
2.12.5　倒易點陣的應用　94
2.12.6　復雜晶胞的倒易點陣　96
2.12.7　實際晶體的倒易點陣　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
習題　127
第3章　晶體中的缺陷　130
3.1　晶體缺陷的認知歷程　130
3.2　點缺陷　135
3.2.1　點缺陷的類型　136
3.2.2　點缺陷的產(chǎn)生及熱力學分析　138
3.2.3　過飽和點缺陷的形成　145
3.2.4　點缺陷對晶體性質(zhì)的影響　145
3.2.5　點缺陷濃度的實驗測量　147
3.3　位錯　148
3.3.1　應力及其表示　148
3.3.2　應變及其表示　151
3.3.3　固體的彈性能　154
3.3.4　位錯理論的引入　157
3.3.5　位錯的基本類型及特征　160
3.3.6　伯格斯矢量　163
3.3.7　位錯的運動　169
3.3.8　位錯密度　176
3.3.9　位錯的基本幾何特征　177
3.3.10　位錯的應力場　178
3.3.11　位錯的應變能與線張力　184
3.3.12　位錯的受力　188
3.3.13　位錯與位錯之間的交互作用　193
3.3.14　位錯與點缺陷之間的交互作用　201
3.3.15　鏡像力　202
3.3.16　位錯運動的阻力　204
3.3.17　位錯的交割　209
3.3.18　位錯的起源與增殖　214
3.3.19　位錯的塞積　223
3.4　實際晶體中的位錯　228
3.4.1　實際晶體中位錯的基本概念　228
3.4.2　實際晶體中位錯的伯氏矢量　228
3.4.3　面心立方晶體中的位錯　229
3.4.4　位錯反應　239
3.4.5　體心立方晶體中的位錯　245
3.4.6　密排六方晶體中的位錯　249
3.4.7　其他晶體中的位錯　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　缺陷的實驗觀察　261
3.7.1　蝕坑法　262
3.7.2　綴飾法　263
3.7.3　顯微技術　263
3.8　小結(jié)　266
習題　271
第4章　固體中的擴散　276
4.1　固體中擴散現(xiàn)象的概述　276
4.1.1　固體中擴散的驅(qū)動力和基本特點　276
4.1.2　固體中擴散的條件　277
4.1.3　固體中擴散的分類及應用　277
4.1.4　固體中擴散的研究內(nèi)容　278
4.2　固體中質(zhì)點擴散的唯象理論　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)擴散及其應用　285
4.2.4　非穩(wěn)態(tài)擴散　289
4.2.5　D-C相關　301
4.3　固體中質(zhì)點擴散的微觀理論　304
4.3.1　原子隨機跳動與擴散距離　304
4.3.2　擴散系數(shù)的微觀表示　306
4.3.3　擴散的微觀機制　309
4.3.4　原子激活概率和擴散激活能　312
4.4　互擴散　316
4.4.1　柯肯德爾效應　316
4.4.2　柯肯德爾效應的機制和影響　317
4.4.3　達肯方程　318
4.4.4　摩爾密度保持不變的假設　320
4.5　擴散熱力學　322
4.5.1　擴散的驅(qū)動力　323
4.5.2　擴散系數(shù)的普遍形式　323
4.6　影響擴散的因素　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　短路擴散　334
4.8　反應擴散　336
4.8.1　反應擴散的過程及特點　336
4.8.2　反應擴散動力學　338
4.9　離子晶體中的擴散　340
4.9.1　肖特基空位機制　341
4.9.2　弗侖克爾空位機制　341
4.9.3　非稟性空位機制　342
4.9.4　離子晶體電導率　342
4.10　共價晶體中的擴散　343
4.11　半導體材料中的擴散　343
4.12　納米顆粒中的擴散　346
4.13　金屬中的電遷移與熱遷移　347
4.14　小結(jié)　348
習題　352
第5章　固體的形變　356
5.1　固體材料的力學性質(zhì)　356
5.1.1　材料力學性能的實驗測量　357
5.1.2　材料的彈性性能　359
5.1.3　金屬的力學行為　366
5.1.4　離子晶體的力學行為　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　施密特定律及其應用　382
5.2.5　滑移時參考方向和參考面的變化　387
5.2.6　滑移過程中晶體的轉(zhuǎn)動　390
5.2.7　滑移過程的次生現(xiàn)象　395
5.2.8　單晶體的應力-應變曲線　396
5.2.9　單晶體的孿生形變　397
5.2.10　孿生形變的應力-應變曲線　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　多晶體應力-應變曲線　409
5.3.5　塑性形變對金屬組織及性能的影響　410
5.4　金屬的強化機制　413
5.4.1　固溶強化　413
5.4.2　應變強化　415
5.4.3　屈服點現(xiàn)象和應變時效　416
5.5　金屬的斷裂　421
5.5.1　斷裂的晶體學和工程學分類　422
5.5.2　晶體的理論斷裂強度　423
5.5.3　晶體的實際斷裂強度　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
習題　434
參考文獻　437