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绪论1

材料与社会文明发展1

材料科学的建立与内涵2

材料的基本分类与特征4

第1章 原子与原子间结合8

1．1 原子中的电子8

1．1．1 电子的量子数8

1．1．2 电子的排列规则9

1．2 原子的性质9

1．2．1 原子轨道能级10

1．2．2 周期表的元素分区10

1．2．3 原子半径及电子得失11

1．3 原子间的结合15

1．3．1 键合力与能量15

1．3．2 杂化轨道理论16

1．3．3 分子轨道理论18

1．3．4 原子间基本键型19

1．4 弱作用键23

1．5 晶体场和配位场理论24

1．5．1 晶体场的基本概念24

1．5．2 d轨道的晶体场分裂25

1．5．3 晶体场稳定化能26

1．5．4 八面体择位能27

1．5．5 姜—泰勒效应28

1．5．6 过渡元素离子有效半径的晶体场效应29

1．5．7 配位场理论的基本概念30

习题31

第2章 结晶学基础33

2．1 晶体的周期结构33

2．1．1 晶体的概念33

2．1．2 等同点及空间格子33

2．1．3 布拉维法则和面角守恒定律35

2．1．4 晶体的基本性质36

2．2 晶体的宏观对称36

2．2．1 对称操作和对称要素36

2．2．2 对称要素的组合39

2．2．3 对称型及其推导41

2．2．4 晶体的分类42

2．3 晶体的理想形态43

2．3．1 单形44

2．3．2 聚形47

2．4 晶体定向和结晶符号47

2．4．1 晶体定向47

2．4．2 晶体的整数定律（有理指数定律）49

2．4．3 结晶符号49

2．5 晶体点阵的几何理论52

2．5．1 布拉维格子52

2．5．2 晶胞的概念55

2．5．3 晶体的微观对称要素55

2．5．4 空间群59

2．5．5 点群和空间群的符号60

2．5．6 等效点系的概念63

2．6 晶体的堆积64

2．6．1 有效半径的概念64

2．6．2 球体紧密堆积原理64

习题66

第3章 金属和无机材料的结构68

3．1 金属的晶体结构68

3．1．1 晶胞中的原子数68

3．1．2 点阵常数与原子半径69

3．1．3 配位数与致密度70

3．1．4 晶体的原子堆垛和间隙71

3．2 非晶态合金73

3．2．1 非晶态的形成74

3．2．2 非晶态结构的表征75

3．2．3 非晶态合金的结构模型76

3．2．4 非晶合金的特性78

3．3 无机材料的晶体结构79

3．3．1 离子晶体79

3．3．2 典型晶体的结构84

3．3．3 硅酸盐晶体结构96

3．4 无机熔体与玻璃101

3．4．1 熔体的结构102

3．4．2 熔体的性质104

3．4．3 玻璃的通性106

3．4．4 玻璃的形成107

3．4．5 玻璃的结构与结构参数112

习题114

第4章 高聚物的结构基础116

4．1 高分子的结构116

4．1．1 高分子链的结构117

4．1．2 高分子的聚集态结构126

4．2 高分子材料晶态结构132

4．2．1 高分子链在晶体中的构象133

4．2．2 高分子材料晶态结构模型135

4．2．3 高分子材料结晶形态137

4．2．4 结晶度及其测定方法139

4．3 高分子的液晶态140

4．3．1 基本概念140

4．3．2 高分子液晶分子结构特征与分类141

4．3．3 液晶的物理结构141

4．4 高聚物的热运动和力学状态142

4．4．1 高分子热运动的主要特点143

4．4．2 高聚物的力学状态和热转变144

习题148

第5章 结构缺陷及固溶体150

5．1 缺陷分类150

5．2 点缺陷151

5．2．1 点缺陷类型151

5．2．2 缺陷化学反应表示法154

5．2．3 热缺陷浓度计算公式157

5．3 位错160

5．3．1 位错的基本类型160

5．3．2 位错的运动165

5．3．3 位错的弹性性质167

5．3．4 位错的来源和位错的增殖171

5．4 面缺陷172

5．4．1 表面缺陷173

5．4．2 界面与亚界面173

5．5 固溶体175

5．5．1 固溶体的类型176

5．5．2 置换型固溶体及组分缺陷177

5．5．3 间隙型固溶体180

5．5．4 固溶体的研究方法181

5．5．5 固溶体生成热力学184

5．6 非化学计量化合物缺陷187

5．7 有序和无序固溶体191

习题193

第6章 表面与界面基础196

6．1 固体的表面196

6．1．1 表面的弛豫、重构及双电层196

6．1．2 表面能及几种近似计算198

6．1．3 表面能与晶体平衡形状201

6．2 表面行为203

6．2．1 表面吸附203

6．2．2 弯曲表面效应204

6．2．3 润湿205

6．3 界面结构208

6．3．1 小角晶界208

6．3．2 大角晶界211

6．3．3 共格界面理论211

6．3．4 晶界结构模型214

6．4 界面特性218

6．4．1 晶界偏析218

6．4．2 晶界迁移219

6．4．3 晶界应力221

6．4．4 晶界电荷与静电势222

6．5 晶界能与显微结构224

习题227

第7章 固体中的扩散229

7．1 扩散的唯象理论229

7．1．1 菲克第一定律229

7．1．2 菲克第二定律231

7．1．3 扩散方程的求解232

7．1．4 扩散的驱动力234

7．2 扩散的微观机制235

7．2．1 间隙扩散235

7．2．2 置换扩散236

7．3 扩散的微观理论239

7．3．1 原子跳跃频率和扩散系数239

7．3．2 原子扩散的随机行走模型240

7．3．3 相关效应241

7．3．4 扩散激活能241

7．3．5 扩散系数与浓度的关系243

7．4 影响扩散的因素244

7．5 反应扩散247

7．6 离子晶体中的扩散247

7．7 聚合物中的扩散249

习题250

第8章 相平衡与相图252

8．1 相平衡与吉布斯相律252

8．1．1 相平衡的基本概念252

8．1．2 吉布斯相律253

8．2 单元系相图254

8．3 二元系相图255

8．3．1 二元系相图的建立255

8．3．2 杠杆规则255

8．3．3 金属材料的二元相图257

8．3．4 无机材料的二元相图268

8．3．5 复杂二元相图的分析方法278

8．4 三元系相图简介279

8．4．1 三元相图概述279

8．4．2 三元系统基本原理280

8．4．3 三元相图的基本类型284

8．5 相图热力学293

8．5．1 相平衡的化学势294

8．5．2 多相系统中自由能和组成的关系296

8．5．3 从自由能—组成曲线导出相图301

习题304

第9章 相变309

9．1 相变的分类309

9．2 固态相变中的结构变化311

9．2．1 固态相变的特点311

9．2．2 重构型相变与位移型相变313

9．2．3 马氏体相变314

9．2．4 有序—无序相变319

9．2．5 无公度相变321

9．3 液—固相变热力学基础322

9．3．1 相变过程的不平衡态与亚稳区322

9．3．2 相变过程热力学323

9．3．3 晶核形成条件324

9．4 相变动力学基础327

9．4．1 固态相变动力学327

9．4．2 液—固相变动力学331

9．5 液相—液相转变与失稳分解337

9．5．1 液相不混溶现象337

9．5．2 成核生长和失稳分解过程339

习题343

附录344

附录1 单位换算344

附录2 国际单位制（SI）中的基本常数值344

附录3 有效离子半径345

参考文献350