材料科學基礎（第三版）(2021年高等教育出版社出版的圖書)

成書過程

修訂情況

該教材是在大連理工大學出版社2015年出版的趙傑主編《材料科學基礎（第二版）》的基礎上，跟蹤材料學科發展並總結近幾年（截至2020年12月）使用教材的反饋意見修訂而成的。

第三版對教材各部分均進行了必要的增補和修訂。第三版修訂工作由王清（第1、2、3章）、李佳艷（第10、11章）、葉飛（第4、5章）、趙傑（第6、7、8、9章及其餘部分）完成，由趙傑任主編。另外，該書在編寫過程中參閱了一些中國國內外出版的有關資料。

受高等教育出版社委託，原清華大學材料科學與工程系教授，英國金屬、材料、礦產協會資深會員唐廼泳博士審閱了全書，並提出了修改意見。

出版工作

2021年7月16日，《材料科學基礎（第三版）》由高等教育出版社出版發行。

出版工作人員

策劃編輯	責任編輯	封面設計	版式設計	插圖繪製	責任校對	責任印製
肖銀鈴	沈志強	張志奇	張傑	於博	張薇	耿軒

內容簡介

該教材將材料結構與性能關係的基礎知識分為三個部分，即晶體學基礎、形變及強化基礎、相圖及相變基礎。在“晶體學基礎”中介紹原子結構與結合鍵、晶體結構、晶體缺陷的基礎知識，並擴充了非晶和準晶體結構的內容；在“形變及強化基礎”中介紹與材料形變直接相關的位錯的基礎知識以及與材料形變、強化機理之間的關係，並介紹變形材料加熱過程中的回覆與再結晶；在“相圖及相變基礎”中介紹二元相圖、三元相圖的基礎知識以及有關材料的凝固和固態擴散的相關內容。

教材目錄

第一部分晶體學基礎

第1章原子結構與結合鍵 Atomic Structure and Interatomic Bonding

1.1 原子結構 Atomic Structure

1.1.1 原子的內部結構 Inner Structures of Atoms

1.1.2 元素周期表 The Periodic Table

1.1.3 原子電離能 Ionization Energy of an Atom

1.1.4 電子親和能 Electron Affinity Energy

1.1.5 原子電負性 Electronegativity of an Atom

1.2 原子間的結合鍵 Interatomic Bonding

1.2.1 原子結合鍵的本質 Nature of Atomic Bonding

1.2.2 離子鍵 Ionic Bonding

1.2.3 共價鍵 Covalent Bonding

1.2.4 金屬鍵 Metallic Bonding

1.2.5 范德瓦耳斯鍵 van der Waals Bonding

1.2.6 氫鍵 Hydrogen Bonding

第2章晶體結構 Crystal Structures

2.1 晶體學基礎 Fundamental Concepts

2.1.1 空間點陣和晶胞 Space Lattice and Unit Cell

2.1.2 晶向指數和晶面指數 Indices of Crystallographic Directions and planes

2.1.3 晶體投影 Crystal Projection

2.2 純金屬的晶體結構 Crystal Structures of Pure Metals

2.2.1 三種典型的金屬晶體結構 Three Typical Metallic Crystal Structures

2.2.2 點陣常數與原子半徑 Lattice Constant and Atomic Radius

2.2.3 晶體中原子堆垛方式與間隙 Atomic Packing and Interstices

2.2.4 多晶型性 Polymorphism

2.3 合金相的晶體結構 Crystal Structures of Alloys

2.3.1 固溶體 Solid solution

2.3.2 中間相 Intermediate Phases

2.4 離子晶體的結構 Ionic Crystal Structures

2.4.1 離子晶體的結構規則 Structure Rules of Ionic Crystals

2.4.2 典型離子晶體結構 Typical Ionic Crystal Structures

2.5 共價晶體的結構 Covalent Crystal Structures

第3章非晶體和準晶體的結構 Amorphous and Quasicrystal Structures

3.1 非晶體的結構 Amorphous Structures

3.1.1 金屬玻璃的形成 Formations of Metallic Glasses

3.1.2 金屬玻璃的結構 Structures of Metallic Glasses

3.1.3 金屬玻璃的性能 Properties of Metallic Glasses

3.2 準晶體的結構 Quasicrystal Structures

3.2.1 準晶體的結構 Quasicrystal Structures

3.2.2 準晶體的形成與性能 Formations and Properties of Quasicrystals

第4章晶體缺陷 Crystal Defects

4.1 引言 Introduction

4.2 點缺陷 Point Defects

4.2.1 金屬中的點缺陷 Point Defects in Metals

*4.2.2 陶瓷中的點缺陷 Point Defects in Ceramics

*4.2.3 聚合物中的點缺陷 Point Defects in Polymers

4.3 原子振動 Atomic Vibration

4.4 位錯 Dislocation

4.4.1 位錯的結構特徵 Structure of Dislocations

4.4.2 柏氏矢量 Burgers Vector

4.5 面缺陷 Planar Defects

4.5.1 外表面 Surface

4.5.2 晶界 Grain Boundary

4.5.3 孿晶界 Twin Boundary

4.5.4 相界 Interface, Phase Boundary

4.5.5 其他面缺陷 Other Planar Defects

4.6 體缺陷 Bulk Defects

習題

第二部分形變及強化基礎

第5章位錯基礎 Fundamentals of Dislocation

5.1 位錯應力場 Stress Field of Dislocation

5.1.1 刃型位錯的應力場 Stress Field of Edge Dislocation

5.1.2 螺型位錯的應力場 Stress Field of Screw Dislocation

5.2 位錯的能量及位錯的線張力 Strain Energy and Line Tension of Dislocation

5.2.1 位錯的能量 Dislocation Energy

5.2.2 位錯的線張力 Line Tension of Dislocation

5.3 位錯的運動 Dislocation Movement

5.3.1 位錯的滑移 Slip of Dislocation

5.3.2 位錯的攀移 Climb of Dislocation

5.3.3 位錯所受的力 Force on Dislocation

5.3.4 位錯的運動速度 Velocity of Dislocation Movement

5.4 位錯間的相互作用 Interaction between Dislocations

5.4.1 平行位錯間的彈性相互作用 Elastic Interaction between Parallel Dislocations /

5.4.2 相交位錯間的相互作用 Interaction between Crossing Dislocations

5.5 位錯與點缺陷的相互作用 Interaction between Dislocation and Point Defect

5.6 位錯與表面的相互作用 Interaction between Dislocation and Surface

5.7 位錯的形成和增殖 Dislocation Formation and Multiplication

5.7.1 位錯的形成 Dislocation Formation

5.7.2 位錯增殖 Dislocation Multiplication

5.8 實際晶體中的位錯 Dislocation in Real Crystal

5.8.1 堆垛層錯 Stacking Fault

5.8.2 分位錯 Partial Dislocation

5.8.3 擴展位錯 Extended Dislocation

第6章材料的形變 Deformation of Materials

6.1 彈性變形 Elastic Deformation

6.2 塑性變形 Plastic Deformation

6.2.1 滑移 Slip

6.2.2 孿生 Twinning

6.2.3 扭折 Kink

6.3 多晶體的塑性變形 Plastic Deformation of Polycrystalline

6.3.1 多晶體塑性變形行為 Plastic Deformation of Polycrystalline

6.3.2 晶粒尺寸的影響 Effect of Grain Size

6.4 固溶體合金的塑性變形 Plastic Deformation of Solid Solution Alloy

6.5 多相合金的塑性變形 Plastic Deformation of Heterogeneous Alloy

6.5.1 複合型合金的塑性變形 Plastic Deformation of Polyphase Alloy

6.5.2 彌散強化合金的塑性變形 Plastic Deformation of Precipitation Strengthening Alloy /

6.6 加工硬化 Work Hardening

6.6.1 單晶體的加工硬化 Work Hardening of Single Crystal

6.6.2 多晶體的加工硬化 Work Hardening of Polycrystalline

6.7 屈服現象及應變時效 Yielding and Strain Aging

6.7.1 屈服現象 Yielding

6.7.2 應變時效 Strain Aging

6.8 塑性變形中材料組織與性能的變化 Evolution of Microstructure and Property during Plastic Deformation

6.8.1 晶粒組織變化 Development of Grains

6.8.2 位錯亞結構的變化 Development of Substructure

6.8.3 形變織構 Deformation Texture

6.8.4 殘餘應力 Residual Stress

第7章回復與再結晶 Recovery and Recrystallization

7.1 概述 Introduction

7.1.1 組織的變化 Microstructural Evolution

7.1.2 性能的變化 Property Evolution

7.2 回復 Recovery

7.2.1 回復動力學 Recovery Kinetics

7.2.2 回復機理 Recovery Mechanism

7.2.3 回復的套用 Application of Recovery Process

7.3 再結晶 Recrystallization

7.3.1 再結晶的形核及長大 Nucleation and Growth during Recrystallization

7.3.2 再結晶動力學 Recrystallization Kinetics

7.3.3 再結晶溫度 Recrystallization Temperature

7.3.4 再結晶結束的晶粒尺寸 Grain Size after Recrystallization

7.4 晶粒長大 Grain Growth

7.4.1 正常晶粒長大 Normal Grain Growth

7.4.2 異常晶粒長大 Abnormal Grain Growth

7.4.3 再結晶圖 Recrystallization Diagram

7.4.4 再結晶織構與退火孿晶 Recrystallization Texture and Annealing Twin

7.5 動態回復和再結晶 Dynamic Recovery and Recrystallization

7.5.1 動態回復 Dynamic Recovery

7.5.2 動態再結晶 Dynamic Recrystallization

7.5.3 熱加工引起的組織與性能的變化 Evolution of Microstructures and Properties

7.5.4 蠕變 Creep

7.5.5 超塑性 Superplasticity

習題

第三部分相圖及相變基礎

第8章二元相圖 Binary Phase Diagrams

8.1 相圖基礎知識 Fundamental Concepts of Phase Diagrams

8.1.1 相平衡與相律 Phase Equilibrium and Phase Rule

8.1.2 相圖 Phase Diagrams

8.1.3 相圖的試驗測定方法 Measurement for Phase Diagrams

8.1.4 槓桿定律 Lever Rule

8.2 相圖的熱力學基礎 Thermodynamics of Phase Diagrams

8.2.1 固溶體的自由能—成分曲線 Free Energy-Composition Curve of Solid Solution

8.2.2 多相平衡的公切線原理 Common Tangent Line for Multi-Phase Equilibrium

8.2.3 從自由能—成分曲線推測相圖 Prediction of Phase Diagrams based on Free Energy-Composition Curve

8.2.4 二元相圖的幾何規律 Geometric Principles of Phase Diagrams

8.3 二元相圖 Binary Phase Diagrams

8.3.1 勻晶相圖 Isomorphous Phase Diagrams

8.3.2 共晶相圖 Eutectic Diagrams

8.3.3 包晶相圖 Peritectic Phase Diagrams

8.3.4 複雜二元相圖的分析方法 Analysis for Complex Binary Diagrams

8.4 二元相圖分析實例——鐵碳相圖 The Iron-Iron Carbide Phase Diagram

8.4.1 鐵碳二元合金中的相 The Phases in Fe-C Binary Alloy

8.4.2 鐵碳相圖 The Iron-Iron Carbide Phase Diagram

8.5 相圖的套用 Applications of Phase Diagrams

第9章三元相圖 Ternary Phase Diagrams

9.1 三元相圖基礎 Fundamentals for Ternary Phase Diagrams

9.1.1 三元相圖的特點 Characteristics of Ternary Phase Diagrams

9.1.2 三元相圖成分表示方法 Plotting Compositions on a Ternary Phase Diagrams

9.1.3 槓桿定律及重心定律 Lever Rule and Gravity-Center Rule

9.2 三元勻晶相圖 Ternary Isomorphous Phase Diagrams

9.2.1 相圖分析 Analysis on Phase Diagrams

9.2.2 固溶體的凝固過程 Solidification of Ternary Solid Solution

9.3 三元共晶相圖 Ternary Eutectic Phase Diagrams

9.3.1 組元在固態完全不溶 Negligible Solubilities of the Components

9.3.2 組元在固態有限溶解 Limited Solubilities of the Components

9.4 三元包晶相圖 Ternary Peritectic Phase Diagrams

9.5 三元相圖的分析方法 Specification of Ternary Phase Diagrams

9.6 三元相圖舉例 Examples of Typical Ternary Phase Diagrams

第10章材料的凝固 Solidification of Materials

10.1 材料凝固的基本規律 Basic Rules of Solidification

10.1.1 液相結構 Structure of Liquid

10.1.2 凝固的熱力學條件 Thermodynamics of Solidification

10.1.3 結晶的一般規律 General Rule of Crystallization

*10.1.4 金屬玻璃 Metallic Glasses

10.2 凝固時的形核 Nucleation of Crystals

10.2.1 均勻形核 Homogeneous Nucleation

10.2.2 非均勻形核 Heterogeneous Nucleation

10.3 晶體的長大 Growth of Crystals from Liquid Phase

10.3.1 晶體生長的動態過冷度 Dynamic Supercooling

10.3.2 固液界面結構 The Nature of the Solid-Liquid Interface

10.3.3 液體中的溫度分布及晶體生長方式 Temperature Distribution and Crystal Growth

10.4 固溶體的凝固 Solidification of Solid Solution

10.4.1 固溶體結晶特點 Crystallization in Solid Solution

10.4.2 固溶體的平衡凝固 Equilibrium Freezing in Solid Solution

10.4.3 固溶體的非平衡凝固 Non-Equilibrium Freezing in Solid Solution

10.4.4 區域熔煉 Zone Melting or Zone Refining

10.4.5 成分過冷 Constitutional Supercooling

10.5 共晶體的凝固 Eutectic Freezing

10.5.1 共晶體的形成 Formation of Eutectic Alloy

10.5.2 共晶體的分類及形態 Types of Eutectic Structures

10.6 鑄錠組織 Microstructure of Casting Ingot

10.6.1 鑄錠的典型組織 Typical Structure of Casting Ingot

10.6.2 鑄錠組織的控制 Control of Microstructure in Casting Ingot

10.6.3 鑄錠的缺陷 Defects in Casting Ingot

第11章固態擴散 Solid Diffusion

11.1 擴散現象 Diffusion Phenomena

11.2 擴散定律 Diffusion Laws

11.2.1 菲克第一定律 Fick's First Law

11.2.2 菲克第二定律 Fick's Second Law

11.3 擴散定律的套用 Applications of Diffusion Laws

11.3.1 穩態擴散 Steady-State Diffusion

11.3.2 非穩態擴散 Nonsteady-State Diffusion

11.3.3 擴散係數的測定 Measurement of Diffusion Coefficient

11.4 擴散機理和微觀理論 Diffusion Mechanisms and Theory

11.4.1 置換型固溶體擴散機制 Diffusion Mechanisms in Substitutional Solid Solution

11.4.2 間隙固溶體擴散機制 Diffusion Mechanisms in Interstitial Solid Solution

11.4.3 原子跳躍與擴散係數 Atom Jump and Diffusion Coefficient

11.4.4 擴散係數與擴散激活能 Diffusion Coefficient and Activation Energy

11.4.5 無規則行走和擴散距離 Random Walk and Diffusion Distance

11.5 柯肯達爾效應和達肯方程 Kirkendall Effect and Darken Equation

11.5.1 柯肯達爾效應 Kirkendall Effect

11.5.2 達肯方程Darken E與正文是對應的，但跟上一個標題有出入quation

11.6 擴散的熱力學分析 Thermodynamics of Diffusion

11.7 反應擴散 Reaction Diffusion

11.8 擴散的影響因素 Influence Factors of Diffusion

11.8.1 溫度 Temperature

11.8.2 晶體結構 Crystal Structures

11.8.3 晶體缺陷 Crystal Defects

11.8.4 化學成分 Chemical Composition

11.8.5 外場 External Fields

習題

附錄1 元素周期表

附錄2 元素的電負性

附錄3 原子和離子半徑

專業辭彙中英文對照表

參考文獻

教學資源

課程資源

《材料科學基礎（第三版）》的數字課程結合計算機增強現實技術，針對課程中部分較為抽象內容製作了動畫、AR等相關模型。

作品名稱	材料科學基礎（第三版）
作者	趙傑
出版單位	高等教育出版社、高等教育電子音像出版社
項目策劃	肖銀玲
策劃編輯	肖銀玲
責任編輯	沈志強

《材料科學基礎（第三版）》是大連理工大學依託中國大學MOOC平台建設的國家精品線上開放課程——“材料科學基礎”的配套教材。

教材特色

該教材在重點介紹材料和性能之外，也在一些部分偏重介紹基礎理論；
該教材在專業知識的介紹中穿插英文的內容，除了提供大部分專業辭彙的英文名稱外，同時在章節中的相關地方給出材料科學重要人物等的英文介紹；
該教材進一步適應學科的發展需求，也進一步增強了可讀性。

材料科學基礎（第三版）(2021年高等教育出版社出版的圖書)

基本介紹