Introduction to Materials Science for Engineers (7th Edition)

Introduction to Materials Science for Engineers (7th Edition) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Prentice Hall
作者:James F. Shackelford
出品人:
页数:600
译者:
出版时间:2008-11-09
价格:USD 102.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780136012603
丛书系列:
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  • 材料科学
  • 材料工程
  • 工程材料
  • 材料特性
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  • 聚合物材料
  • 陶瓷材料
  • 复合材料
  • 材料应用
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具体描述

This book provides balanced, current treatment of the full spectrum of engineering materials, covering all the physical properties, applications and relevant properties associated with engineering materials. The book explores all of major categories of materials while offering detailed examinations of a wide range of new materials with high-tech applications. The reader is treated to state-of-the-art computer generated crystal structure illustrations, offering the most technically precise and visually realistic illustrations available. The book includes over 350 exercises with sample problems to provide guidance. Materials for Engineering, Atomic Bonding, Crystal Structure and Defects, Diffusion, Mechanical Behavior, Thermal Behavior, Failure Analysis & Prevention. Phase Diagrams, Heat Treatment, Metals, Ceramics and Glasses, Polymers, Composites, Electrical Behavior, Optical Behavior, Semiconductor Materials, Magnetic Materials, Environmental Degradation, Materials Science. For mechanical and civil engineers and machine designers.

材料科学入门:为工程师打造的全面指南 材料是工程的基石,几乎所有现代技术的进步都离不开新材料的开发和应用。从智能手机中的微电子元件到横跨大洋的宏伟桥梁,材料的选择和设计直接决定了产品的性能、可靠性、成本乃至可持续性。因此,深入理解材料科学的基本原理,对于每一位有志于投身工程领域的学生和专业人士来说,都至关重要。 本书正是为满足这一需求而精心编撰的。它并非一本枯燥的理论堆砌,而是一部面向工程师的实践指南,旨在清晰、系统地阐述材料科学的核心概念,并将其与实际工程应用紧密相连。本书的编写遵循循序渐进的原则,从最基础的原子结构和晶体学入手,逐步深入到材料的性能、加工和应用等更复杂的层面。我们力求用清晰易懂的语言,结合丰富的图示和实例,帮助读者建立起对材料世界的全面认识。 本书内容概览: 第一部分:材料的基础 引言:材料与工程 材料在工程设计中的关键作用:性能、成本、加工性、可持续性之间的权衡。 材料的分类:金属、陶瓷、聚合物、复合材料及其基本特性。 材料科学与材料工程的关系。 材料性能的表征方法概述。 原子结构与化学键 原子模型的发展:从道尔顿到量子力学。 电子的排布与能级:原子序、价电子、周期性。 化学键的类型:离子键、共价键、金属键、范德华力,以及它们对材料宏观性质的影响(如熔点、硬度、导电性)。 物质的状态:固态、液态、气态的微观本质。 晶体结构与非晶态材料 晶体学的基本概念:晶格、晶胞、晶面、晶向。 常见的金属晶体结构:体心立方 (BCC)、面心立方 (FCC)、密排六方 (HCP),以及它们的堆积密度和位错运动特点。 陶瓷和聚合物的晶体结构特点:部分有序、多晶、非晶态。 非晶态材料(玻璃):长程无序但短程有序的结构。 晶界和多晶材料:晶界在材料性能中的作用。 第二部分:材料的性能与微观结构 扩散 扩散的机制:空位扩散、间隙扩散。 影响扩散速率的因素:温度、扩散物质种类、晶体结构。 扩散方程(菲克定律)及其应用:固态反应、热处理。 在材料加工和失效中的作用。 机械性能 应力和应变:弹性形变与塑性形变。 拉伸试验:屈服强度、抗拉强度、断裂伸长率、模量。 应力-应变曲线的解读:韧性、脆性。 硬度试验:洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度。 断裂韧性:裂纹扩展的抵抗能力。 疲劳:循环载荷下的材料失效。 蠕变:高温下的长时间变形。 相变与相图 相的概念:均匀的物理和化学性质的区域。 相图:描述不同温度、压力和成分下各相稳定性的图。 二元相图的解读:共晶、共析、包晶等反应。 铁碳相图:钢和铸铁的相变规律。 相变的动力学:成核与生长。 材料中的缺陷 点缺陷:空位、填隙原子、取代原子。 线缺陷:位错(刃位错、螺位错)及其对塑性形变的影响。 面缺陷:晶界、孪晶界、堆积层错。 体缺陷:孔洞、夹杂物。 缺陷的产生、迁移和对材料性能的调控。 第三部分:材料的加工与应用 金属材料的加工 成型工艺:铸造、锻造、轧制、挤压、拉伸。 粉末冶金:金属粉末的制备与烧结。 热处理:退火、正火、淬火、回火,及其对微观结构和性能的影响。 表面处理:渗碳、氮化、 PVD/CVD。 陶瓷与玻璃的加工 陶瓷的制备:粉体制备、成型(压制、注浆、挤出)、烧结。 玻璃的成型:熔融、成型、退火。 先进陶瓷:结构陶瓷、功能陶瓷。 聚合物材料的加工 聚合物的合成方法。 成型工艺:注塑、挤出、吹塑、压延。 聚合物的交联与硫化。 聚合物的复合与改性。 复合材料 复合材料的组成:基体与增强体。 纤维增强聚合物 (FRP):碳纤维、玻璃纤维。 颗粒增强复合材料。 层状复合材料。 复合材料的性能设计与应用。 第四部分:特定材料类别深入探讨 金属与合金 常用金属及其合金:钢、铝合金、铜合金、钛合金、镍合金。 合金化的原理:固溶强化、沉淀强化、晶界强化。 不锈钢的分类与特性。 形状记忆合金。 陶瓷材料 氧化物陶瓷:氧化铝、氧化锆、氧化硅。 非氧化物陶瓷:碳化物、氮化物。 结构陶瓷的应用:耐磨、耐高温。 电子陶瓷:介电陶瓷、压电陶瓷、半导体陶瓷。 聚合物材料 热塑性聚合物:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯。 热固性聚合物:环氧树脂、酚醛树脂。 弹性体(橡胶)。 生物可降解聚合物。 半导体材料 半导体的能带理论。 本征半导体与掺杂半导体。 PN结的形成与特性。 集成电路中的应用。 功能材料 磁性材料:硬磁材料、软磁材料。 光学材料:透镜、光纤。 压电材料。 超导材料。 本书的特色与优势: 工程师视角: 本书始终围绕工程师的实际需求展开,强调材料性能与工程设计之间的联系,提供解决实际工程问题的思路和方法。 清晰的结构: 内容逻辑清晰,从基础概念到高级应用,层层递进,便于读者系统学习。 丰富的实例: 大量结合工程实际的案例分析,帮助读者理解理论知识在实际中的应用。 精美的图示: 丰富的图表、照片和示意图,直观地展示材料的微观结构、加工过程和宏观性能。 强调权衡: 引导读者理解在工程设计中,材料选择并非单一性能的最优,而是多种因素(性能、成本、加工性、环保性等)综合权衡的结果。 面向未来: 关注新型材料的开发和可持续性材料的发展趋势,为读者提供前瞻性的视野。 谁适合阅读本书? 本书是机械工程、材料工程、航空航天工程、土木工程、电子工程、生物医学工程等领域本科生和研究生的理想教材。同时,任何希望了解材料科学在现代工业中扮演重要角色的工程师、技术人员和爱好者,也能从本书中获益良多。 掌握材料科学的知识,就是掌握了创造和革新的力量。本书将是您在材料科学领域开启探索之旅的得力助手,帮助您在未来的工程实践中做出更明智、更创新的决策。

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这本书的排版和视觉设计方面,简直可以算是材料科学教科书中的一股清流,完全没有传统教材那种枯燥乏味、让人望而却步的感觉。色彩的运用非常克制而有效,那些涉及到晶格结构、衍射图谱或者相变过程的插图,都通过恰当的色彩区分了不同的原子种类或能量状态,极大地降低了视觉理解的难度。文字的组织也很有韵律感,作者擅长用简洁有力的句子来概括复杂的物理现象,避免了冗长晦涩的修饰,使得阅读过程非常流畅,节奏感十足。我特别喜欢它在每章末尾设置的“工程案例分析”板块,这些短小的真实世界案例,如航空部件的应力腐蚀问题或半导体器件的热管理挑战,立刻将书本上的理论知识拉回到了现实场景中,让人真切感受到材料科学在现代技术中的核心地位。这种将理论与实践紧密缝合的编排方式,极大地提升了学习的兴趣和记忆的持久性,让你在不知不觉中,就已经将知识内化成了自己的思维工具,而不是简单的信息输入。

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我曾尝试过几本不同出版社的材料科学教材,但坦白说,很多要么是过于侧重理论物理而忽略了工程应用,要么就是为了追求新颖而牺牲了基本原理的阐述深度,让人感到两头落空。然而,这本第七版似乎找到了一个近乎完美的平衡点。它对非晶态材料和复合材料的介绍部分,尤其让我眼前一亮。在处理这些“非传统”材料时,作者没有简单地套用传统晶体材料的框架,而是着重分析了它们独特的微结构特征如何决定了其独特的宏观性能,比如聚合物的网络结构对粘弹性的影响,或是纤维增强复合材料的各向异性。这种辩证和分层级的讲解方法,使得读者能够真正理解材料科学的精髓——结构决定性能。此外,书中对新材料和新兴技术的关注度也保持在很高的水准,比如对纳米材料的一些基本介绍,虽然篇幅不长,但为想要进一步探索前沿领域的读者指明了方向,显示出编者紧跟时代脉搏的努力,而非固步自封于经典知识的重复。

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这本《材料科学导论:工程师版(第7版)》真是一本令人印象深刻的入门读物,它把复杂的材料世界梳理得井井有条,对于初学者来说简直是打开了一扇新世界的大门。我记得刚开始接触这个领域时,面对一堆关于晶体结构、相图和力学性能的术语感到头晕目眩,但这本书的叙述方式非常平易近人,仿佛有一位经验丰富的教授耐心地在旁边指导。它不仅仅是罗列事实,更重要的是它构建了一个清晰的逻辑框架,让读者能够理解“为什么”材料会表现出某种特定的性质。比如,书中对金属、陶瓷和聚合物的分类和基本原理的讲解,详略得当,既保证了理论的严谨性,又紧密结合了工程实际应用的需求。我特别欣赏它在介绍热力学基础和动力学过程时的处理方式,它没有过度深入到高深的数学推导,而是用直观的图表和实例来解释核心概念,这对于需要快速掌握核心知识并将其应用于设计和选择的工程师来说至关重要。整体阅读下来,感觉不仅学到了知识,更重要的是培养了一种从材料微观结构到宏观性能的系统性思维方式,这比死记硬背公式要宝贵得多。它成功地架起了基础科学与实际工程应用之间的桥梁,让那些原本抽象的理论变得触手可及,令人信服。

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对于那些需要进行跨学科交流的工程师来说,这本书在术语规范性和一致性上的处理,简直是教科书级别的典范。材料科学往往涉及化学、物理、机械等多个领域的知识交汇,不同学科背景的人对同一概念可能有不同的理解或称呼。这本书在首次引入关键术语时,都会提供一个清晰、无歧义的定义,并且在全书范围内保持高度的一致性,这为构建一个统一的交流语言提供了坚实的基础。我发现,在向非材料背景的同事解释一个关于材料韧性或断裂模式的问题时,我能自信地引用书中的定义和图示,避免了因为术语理解上的偏差而产生的沟通障碍。这种严谨性,对于涉及严格标准和规范的工业领域来说,是极其宝贵的财富。它不仅仅是教授知识,更是在塑造一种专业的、准确的、可验证的工程语言体系,这是衡量一本优秀教材是否具有长期价值的重要标准,而此书无疑达到了这一高度。

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说实话,这本书的深度和广度都超出了我最初的预期,它远不止是一本“导论”那么简单,更像是一本精心打磨的、可以作为案头参考的工具书。我尤其欣赏其中对于材料性能测试方法的详细阐述,例如各种拉伸试验、硬度测试以及疲劳分析的原理和实际操作中需要注意的陷阱。书中对于图表的运用达到了炉火纯青的地步,那些应力-应变曲线、布氏硬度等高频出现的图示,不仅清晰美观,而且标注得极为精确,稍微思考一下便能领悟其中深藏的工程意义。阅读过程中,我时常会停下来,反思自己过去在项目中遇到的一些材料失效问题,现在回过头看,书中提供的理论模型和分析工具立刻就有了用武之地。它没有回避工程实践中常常遇到的“灰色地带”,而是坦诚地指出了不同模型适用的条件和局限性,这体现了作者的成熟和负责任的态度。对于那些已经有一定基础,希望将知识体系化、精细化的人来说,这本书提供的知识密度和精确度是极高的,每一次翻阅都能有新的体会,绝不是那种读过一遍就束之高阁的快餐读物,而是值得反复研磨的经典之作。

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