材料科学基础

本书从材料的成分、组织结构出发，介绍了材 料性能与材料结构和工艺之间的相互关系，系统阐 述了材料凝固、相变、变形、缺陷、纳米材料电子 性质及基本效应等共性基础知识及原理。与现有教 材相比，本书补充了点缺陷、载流子输运特性、纳 米材料等相关的基础知识。为了方便教学和学习， 本书配备了PPT课件和教学视频。本书可作为高等学 校材料专业本科生及研究生教材，也可供其他相关 专业师生及广大材料从业者参考。

绪论 1 晶体学基础 1.1 晶体和非晶体 1.2 晶体点阵和晶胞 1.3 密勒指数 1.3.1 晶向指数 1.3.2 晶面指数 1.3.3 六方晶系指数 1.3.4 晶带定律 1.3.5 晶面间距 1.4 极射投影 1.4.1 极射投影原理 1.4.2 乌尔夫网 1.4.3 标准投影 1.5 倒易点阵 1.5.1 倒易空间的定义和性质 1.5.2 爱瓦尔德图解 习题 2 材料结构 2.1 结构的不同层面 2.1.1 结合键 2.1.2 晶体对称性 2.1.3 对称破缺 2.1.4 色群及准周期结构 2.1.5 结构与信息 2.2 金属晶体结构 2.2.1 典型金属晶体结构 2.2.2 原子堆垛方式和间隙 2.2.3 多晶型性 2.3 合金结构 2.3.1 固溶体 2.3.2 中间相 2.4 离子晶体结构 2.4.1 离子晶体结构规则 2.4.2 典型离子晶体结构 2.4.3 硅酸盐晶体结构 2.5 共价晶体结构 习题 3 晶体缺陷 3.1 点缺陷 3.1.1 点缺陷的产生 3.1.2 点缺陷的符号 3.1.3 点缺陷反应 3.1.4 点缺陷的平衡浓度 3.1.5 非化学计量化合物 3.1.6 半导体中的杂质和缺陷 3.1.7 点缺陷对晶体性能的影响 3.2 位错 3.2.1 位错基本类型和特征 3.2.2 柏氏矢量 3.2.3 位错运动 3.2.4 位错的生成和增殖 3.3 表面及界面 3.3.1 表面 3.3.2 晶界和亚晶界 3.3.3 李晶界 3.3.4 相界 习题 4 固体中的扩散 4.1 扩散定律 4.1.1 菲克第一定律 4.1.2 菲克第二定律 4.1.3 置换型扩散 4.1.4 扩散方程的应用 4.2 扩散的微观机制 4.2.1 扩散机制 4.2.2 原子跳跃频率和扩散系数 4.3 扩散的热力学 4.4 影响扩散的因素 4.5 烧结过程中的扩散 习题 5 金属的形变 5.1 应力-应变曲线 5.1.1 工程应力-应变曲线 5.1.2 真应力-真应变曲线 5.2 弹性变形 5.2.1 理想弹性变形 5.2.2 弹性的不完整性 5.2.3 黏弹性 5.3 塑性变形 5.3.1 单晶体塑性变形 5.3.2 多晶体塑性变形 5.3.3 合金塑性变形 5.3.4 变形对组织与性能的影响 5.4 回复和再结晶 5.4.1 退火 5.4.2 回复 5.4.3 再结晶 5.4.4 晶粒长大 5.4.5 再结晶织构与退火李晶 5.5 高聚物的塑性变形 习题 6 纯金属的凝固 6.1 金属结晶的基本规律 6.1.1 金属结晶的微观现象 6.1.2 金属结晶的宏观现象 6.2 金属结晶的条件 6.2.1 金属结晶的热力学条件 6.2.2 金属结晶的结构条件 6.3 形核 6.3.1 均匀形核 6.3.2 非均匀形核 6.4 晶体的长大 6.4.1 晶体长大的条件 6.4.2 液-固界面的微观结构 6.4.3 晶体长大的机制 6.4.4 晶体生长形态 习题 7 相图及合金的凝固 7.1 匀晶相图及合金凝固 7.1.1 匀晶相图概述 7.1.2 匀晶固溶体的平衡凝固 7.1.3 匀晶固溶体的非平衡凝固 7.2 共晶相图及合金凝固 7.2.1 共晶相图概述 7.2.2 共晶合金的平衡凝固及其组织 7.2.3 共晶合金的非平衡凝固 7.3 包晶相图及合金凝固 7.3.1 包晶相图概述 7.3.2 包晶合金的凝固及其平衡组织 7.3.3 包晶合金的非平衡凝固 7.4 其他类型二元相图 7.4.1 具有化合物的二元相图 7.4.2 包含其他相变的二元相图 7.5 Fe-C相图及其平衡组织 7.5.1 Fe-C相图 7.5.2 典型Fe-C合金的平衡组织 7.6 二元合金的凝固理论 7.6.1 固溶体的凝固理论 7.6.2 合金铸锭（铸件）的组织与缺陷 7.7 三元相图基础 7.7.1 相图概述 7.7.2 相图成分表示方法 7.7.3 相图的空间模型 7.7.4 截面图和投影图 7.7.5 杠杆定律及重心定律 习题 8 载流子输运特征 8.1 金属与合金的输运性质 8.1.1 经典电导理论 8.1.2 量子电导理论 8.1.3 热电效应 8.2 半导体的输运性质 8.2.1 半导体的能带 8.2.2 载流子和费米能级 8.2.3 迁移率和散射 8.2.4 霍尔效应 8.2.5 P-N结 8.2.6 金属-半导体接触 8.3 聚合物的输运性质 8.3.1 激子的产生及输运 8.3.2 载流子的输运性质 习题 9 纳米材料的电子性质及基本效应 9.1 纳米材料电子学基础 9.1.1 原子能级的分裂与能带 9.1.2 电子的运动及有效质量 9.1.3 有效质量方程 9.2 纳米材料的电子结构 9.2.1 量子阱结构 9.2.2 量子线结构 9.2.3 量子点 9.3 Kubo理论 9.3.1 简并费米液体假设 9.3.2 超细粒子电中性假设 9.4 纳米材料的基本效应 9.4.1 量子尺寸效应 9.4.2 小尺