材料科学与工程基础([美]小威廉·卡丽斯特) 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

该教材内容主要涵盖材料的基础知识介绍、原子的结构与键合、金属和陶瓷的结构、高分子结构、固体缺陷、扩散、力学性能、变形和强化机制、失效、相图、相变、电性能、材料类型及其应用、材料的合成制备与加工、复合材料、材料的腐蚀与降解、热性能、磁性能、光学性能、材料科学与工程所涉及的经济，环境和社会问题 。

本书内容全面、先进。不仅是材料学科的必修课教材，也是应用物理、化学工业、信息工程、生物工程、电子电工、车辆工程、航空航天等专业的必要补充教材。也可为专业人员提供参考价值。

第1章　导言/001

学习目标　/002

1.1　历史展望　/002

1.2　材料科学与工程　/002

1.3　为什么学习材料科学与工程？　/004

1.4　材料的分类　/004

重要材料—碳酸饮料容器　/008

1.5　先进材料　/009

1.6　现代材料需求　/010

1.7　工艺/结构/性能/应用间的相互关系　/011

总结　/013

参考文献　/014

习题　/014

第2章　原子结构与原子键/015

学习目标　/016

2.1　概述　/016

原子结构　/016

2.2　基本概念　/016

2.3　原子中的电子　/017

2.4　元素周期表　/022

固体中的原子键　/023

2.5　键合力与键能　/023

2.6　原子间主价键　/025

2.7　次价键或范德华键　/028

重要材料—水（结冰后体积膨胀）　/030

2.8　分子　/031

总结　/031

参考文献　/033

习题　/033

工程基础问题　/035

第3章　金属和陶瓷的结构/036

学习目标　/037

3.1　概述　/037

晶体结构　/037

3.2　基本概念　/037

3.3　晶胞　/038

3.4　金属晶体结构　/038

3.5　密度计算—金属　/043

3.6　陶瓷晶体结构　/043

3.7　密度计算—陶瓷　/048

3.8　硅酸盐陶瓷　/049

3.9　碳　/052

3.10　多晶型和同素异形体　/053

3.11　晶系　/053

重要材料—碳纳米管　/054

晶体点阵、晶向、晶面　/056

重要材料—锡（同素异形体转变）　/056

3.12　点坐标　/057

3.13　晶向　/058

3.14　晶面　/063

3.15　线密度和面密度　/067

3.16　密排晶体结构　/068

晶体和非晶材料　/070

3.17　单晶　/070

3.18　多晶材料　/071

3.19　各向异性　/072

3.20　X射线衍射：晶体结构的确定　/072

3.21　非晶固体　/076

总结　/078

参考文献　/081

习题　/082

工程基础问题　/088

第4章　高分子结构/089

学习目标　/090

4.1　概述　/090

4.2　碳氢化合物分子　/090

4.3　聚合物分子　/092

4.4　高分子化学　/093

4.5　分子量　/097

4.6　分子形状　/099

4.7　分子结构　/100

4.8　分子构型　/101

4.9　热塑性和热固性聚合物　/104

4.10　共聚物　/105

4.11　聚合物的结晶度　/106

4.12　聚合物晶体　/109

总结　/110

参考文献　/113

习题　/113

工程基础问题　/116

第5章　固体缺陷/117

学习目标　/118

5.1　概述　/118

点缺陷　/118

5.2　金属中的点缺陷　/118

5.3　陶瓷中的点缺陷　/120

5.4　固体中的杂质　/123

5.5　高分子中的点缺陷　/126

5.6　成分表述　/126

其他缺陷　/129

5.7　位错—线缺陷　/129

5.8　面缺陷　/132

5.9　体缺陷　/134

5.10　原子振动　/135

重要材料—催化剂（以及表面缺陷）　/135

显微组织观察　/136

5.11　显微镜基本概念　/136

5.12　显微技术　/137

5.13　晶粒尺寸测定　/140

总结　/142

参考文献　/146

习题　/146

设计问题　/150

工程基础问题　/150

第6章　扩散/151

学习目标　/152

6.1　概述　/152

6.2　扩散机制　/153

6.3　稳态扩散　/154

6.4　非稳态扩散　/156

6.5　影响扩散的因素　/160

6.6　半导体材料中的扩散　/165

重要材料—集成电路互连铝线　/168

6.7　其他扩散路径　/169

6.8　离子化合物和聚合物中的扩散　/169

总结　/171

参考文献　/175

习题　/175

设计问题　/179

工程基础问题　/180

第7章　力学性能/181

学习目标　/182

7.1　概述　/182

7.2　应力和应变概念　/183

弹性变形　/186

7.3　应力-应变行为　/186

7.4　滞弹性　/189

7.5　材料的弹性性能　/190

力学行为—金属　/192

7.6　拉伸性能　/193

7.7　真应力和真应变　/199

7.8　塑性变形后的弹性回复　/201

7.9　压缩、剪切、扭转变形　/202

力学行为—陶瓷　/202

7.10　弯曲强度　/202

7.11　弹性行为　/204

7.12　孔隙率对陶瓷力学性能的影响　/204

力学行为—高分子　/205

7.13　应力-应变行为　/205

7.14　宏观变形　/207

7.15　黏弹性　/208

硬度及其他力学性能　/212

7.16　硬度　/212

7.17　陶瓷材料的硬度　/217

7.18　高分子的撕裂强度与硬度　/218

物性多样性和设计/安全因素　/218

7.19　材料性能多样性　/218

7.20　设计/安全因素　/220

总结　/222

参考文献　/227

习题　/228

设计问题　/238

工程基础问题　/239

第8章　变形和强化机制/241

学习目标　/242

8.1　概述　/242

金属的变形机制　/242

8.2　历史　/243

8.3　位错的基本概念　/243

8.4　位错的特征　/245

8.5　滑移系　/246

8.6　单晶体的滑移　/248

8.7　多晶体的塑性变形　/250

8.8　孪晶产生的变形　/252

金属的强化机制　/253

8.9　晶粒细化强化　/253

8.10　固溶强化　/254

8.11　应变强化　/256

回复、再结晶和晶粒长大　/259

8.12　回复　/259

8.13　再结晶　/259

8.14　晶粒长大　/263

陶瓷材料变形机制　/264

8.15　晶体陶瓷　/265

8.16　非晶陶瓷　/265

聚合物变形及增强机制　/266

8.17　半结晶聚合物的变形　/266

8.18　影响半结晶聚合物的力学

性能的因素　/269

重要材料—收缩包装聚合物薄膜　/271

8.19　弹性体的变形　/271

总结　/273

参考文献　/279

习题　/279

设计问题　/285

工程基础问题　/285

第9章　失效/286

学习目标　/287

9.1　概述　/287

断裂　/288

9.2　断裂基础　/288

9.3　延性断裂　/288

断口研究　/289

9.4　脆性断裂　/290

9.5　断裂力学原理　/292

9.6　陶瓷的脆性断裂　/299

9.7　高分子的断裂　/302

9.8　断裂韧性测试　/304

疲劳　/308

9.9　交变应力　/308

9.10　S-N曲线　/310

9.11　高分子材料的疲劳　/312

9.12　裂纹的萌生与扩展　/312

9.13　影响疲劳寿命的因素　/314

9.14　环境因素　/316

蠕变　/317

9.15　广义蠕变行为　/317

9.16　应力和温度的影响　/318

9.17　数据外推法　/320

9.18　高温用合金　/321

9.19　陶瓷和高分子材料的蠕变　/321

总结　/322

参考文献　/325

习题　/326

设计问题　/331

工程基础问题　/332

第10章　相图/333

学习目标　/334

10.1　概述　/334

定义和基本概念　/334

10.2　溶解度极限　/335

10.3　相　/335

10.4　显微结构　/336

10.5　相平衡　/336

10.6　单组分（一元）相图　/337

二元相图　/338

10.7　二元匀晶系统　/338

10.8　相图分析　/340

10.9　匀晶合金显微组织演变　/343

10.10　匀晶合金的力学性能　/346

10.11　二元共晶系统　/347

重要材料—无铅钎料　/351

10.12　共晶合金显微组织演变　/352

10.13　存在中间相或化合物的平衡相图　/357

10.14　共析和包晶反应　/359

10.15　同成分相变　/360

10.16　陶瓷相图　/361

10.17　三元相图　/365

10.18　吉布斯相律　/365

铁-碳系统　/367

10.19　铁碳（Fe-Fe3C）相图　/367

10.20　铁碳合金显微组织演变　/369

10.21　其他合金元素的影响　/376

总结　/376

参考文献　/380

习题　/380

工程基础问题　/388

第11章　相变/389

学习目标　/390

11.1　概述　/390

金属中的相变　/390

11.2　基本概念　/391

11.3　相变动力学　/391

11.4　亚稳态与平衡态　/400

铁-碳合金中显微结构与性能的改变　/400

11.5　等温转变图　/401

11.6　连续冷却转变图　/409

11.7　铁-碳合金的力学行为　/412

11.8　回火马氏体　/416

11.9　铁-碳合金的相变及力学性能的回顾　/418

重要材料—形状记忆合金　/419

沉淀硬化　/421

11.10　热处理　/422

11.11　硬化机制　/423

11.12　其他说明　/425

高分子中的结晶、熔化和玻璃化转变现象　/426

11.13　结晶　/426

11.14　熔化　/427

11.15　玻璃化转变　/427

11.16　熔化温度和玻璃化温度　/427

11.17　熔化温度和玻璃化温度的影响因素　/428

总结　/430

参考文献　/435

习题　/436

设计问题　/441

工程基础问题　/442

第12章　电学性能/443

学习目标　/444

12.1　概述　/444

电导　/444

12.2　欧姆定律　/444

12.3　电导率　/445

12.4　电子和离子导电　/446

12.5　固体能带结构　/446

12.6　能带传导与原子成键模型　/448

12.7　电子迁移率　/450

12.8　金属的电阻率　/450

12.9　工业合金的电学特性　/453

重要材料—铝电导线　/453

半导电性　/455

12.10　本征半导体　/455

12.11　杂质半导体　/457

12.12　温度对载流子浓度的影响　/460

12.13　影响载流子迁移率的因素　/462

12.14　霍尔效应　/465

12.15　半导体器件　/467

离子型陶瓷和聚合物的电导　/472

12.16　离子型材料的电导　/472

12.17　聚合物的电学性能　/473

介电性能　/474

12.18　电容器　/474

12.19　场矢量和极化　/475

12.20　极化类型　/478

12.21　与频率相关的相对介电常数　/480

12.22　介电强度　/481

12.23　介电材料　/481

材料的其他电学特性　/481

12.24　铁电性　/481

12.25　压电性　/482

总结　/483

参考文献　/489

习题　/490

设计问题　/495

工程基础问题　/496

第13章　材料类型及其应用/497

学习目标　/498

13.1　概述　/498

金属合金的类型　/498

13.2　铁合金　/498

13.3　非铁金属及其合金　/509

重要材料—欧元硬币所用的金属合金　/517

陶瓷的种类　/518

13.4　玻璃　/518

13.5　玻璃陶瓷　/519

13.6　黏土制品　/520

13.7　耐火材料　/521

13.8　磨料　/523

13.9　水泥　/523

13.10　先进陶瓷　/524

重要材料—压电陶瓷　/526

13.11　金刚石和石墨　/527

聚合物的类型　/528

13.12　塑料　/528

重要材料—酚醛台球　/531

13.13　橡胶　/531

13.14　纤维　/533

13.15　其他应用　/533

13.16　先进高分子材料　/535

总结　/538

参考文献　/541

习题　/542

设计问题　/543

工程基础问题　/544

第14章　材料的合成、制备和加工/545

学习目标　/546

14.1　概述　/546

金属的制备　/546

14.2　成型加工　/547

14.3　铸造　/548

14.4　其他技术　/549

金属的热加工　/551

14.5　退火工艺　/551

14.6　钢的热处理　/553

陶瓷材料制造　/561

14.7　玻璃和玻璃陶瓷的制造与加工　/562

14.8　黏土制品的制造与加工　/566

14.9　粉末压制　/570

14.10　流延成型　/572

聚合物的合成与加工　/573

14.11　聚合反应　/573

14.12　聚合物添加剂　/575

14.13　塑料成型技术　/576

14.14　橡胶的成型　/579

14.15　纤维和薄膜的成型　/579

总结　/580

参考文献　/585

习题　/586

设计问题　/588

工程基础问题　/589

第15章　复合材料/590

学习目标　/591

15.1　概述　/591

颗粒增强复合材料　/593

15.2　大颗粒复合材料　/593

15.3　弥散增强复合材料　/596

纤维增强复合材料　/597

15.4　纤维长度的影响　/597

15.5　纤维取向和浓度的影响　/598

15.6　纤维相　/606

15.7　基体相　/607

15.8　聚合物基复合材料　/608

15.9　金属基复合材料　/613

15.10　陶瓷基复合材料　/614

15.11　碳/碳复合材料　/615

15.12　混杂复合材料　/616

15.13　纤维增强复合材料的加工　/616

结构复合材料　/618

15.14　层状复合材料　/619

15.15　夹芯板　/619

重要材料—纳米复合涂层　/620

总结　/621

参考文献　/624

习题　/624

设计问题　/628

工程基础问题　/629

第16章　材料腐蚀和降解/630

学习目标　/631

16.1　概述　/631

金属的腐蚀　/631

16.2　电化学因素　/632

16.3　腐蚀速率　/638

16.4　腐蚀速率预测　/639

16.5　钝化　/645

16.6　环境影响　/646

16.7　腐蚀形式　/646

16.8　腐蚀环境　/653

16.9　腐蚀防护　/654

16.10　氧化　/656

陶瓷材料的腐蚀　/659

聚合物的降解　/659

16.11　溶胀和溶解　/659

16.12　键断裂　/661

16.13　风化　/662

总结　/663

参考文献　/666

习题　/666

设计问题　/670

工程基础问题　/670

第17章　热学性能/671

学习目标　/672

17.1　概述　/672

17.2　热容　/672

17.3　热膨胀　/675

重要材料—因瓦和其他低膨胀系数合金　/677

17.4　热导率　/678

17.5　热应力　/681

总结　/682

参考文献　/684

习题　/684

设计问题　/686

工程基础问题　/687

第18章　磁学性能/688

学习目标　/689

18.1　概述　/689

18.2　基本概念　/689

18.3　反磁性和顺磁性　/692

18.4　铁磁性　/694

18.5　反铁磁性和亚铁磁性　/695

18.6　温度对磁性行为的影响　/698

18.7　磁畴和磁滞现象　/699

18.8　磁各向异性　/702

18.9　软磁材料　/703

重要材料—用于变压器铁芯的铁?C硅合金　/704

18.10　硬磁材料　/705

18.11　磁存储器　/707

18.12　超导现象　/710

总结　/713

参考文献　/715

习题　/716

设计例题　/719

工程基础问题　/719

第19章　光学性能/720

学习目标　/721

19.1　概述　/721

基本概念　/721

19.2　电磁辐射　/721

19.3　光与固体间的相互作用　/723

19.4　原子和电子间的相互作用　/724

金属材料的光学性质　/725

非金属材料的光学性质　/726

19.5　折射　/726

19.6　反射　/727

19.7　吸收　/728

19.8　透射　/731

19.9　颜色　/731

19.10　绝缘体中的不透明和半透明　/733

光学现象的应用　/733

19.11　发光　/733

19.12　光电导　/734

重要材料—发光二极管　/734

19.13　激光　/736

19.14　光纤通信　/740

总结　/742

参考文献　/745

习题　/745

设计问题　/747

工程基础问题　/747

第20章　材料科学与工程学科

中涉及的经济、环境

及社会问题/748

学习目标　/749

20.1　概述　/749

经济因素　/749

20.2　组件设计　/750

20.3　材料　/750

20.4　制造技术　/750

环境和社会因素　/751

20.5　材料科学与工程中的回收问题　/753

重要材料—生物可降解的和可生物再生的高分子材料/塑胶材料　/755

总结　/758

参考文献　/758

设计问题　/759

附录A　国际单位制（SI）/760

附录B　部分工程材料的性能/762

附录C　部分工程材料的成本和相对成本/797

附录D　常见聚合物的重复单元结构/803

附录E　常见聚合物玻璃化转变温度和熔点/807

郭福，博士，教务处处长 教授，译者1994年本科毕业、1997年硕士毕业于北京工业大学金属材料科学与工程学系（现材料科学与工程学院）。从1997年起赴美国留学，于2001年11月在美国密歇根州立大学（Michigan State University）获得材料科学与工程专业的博士学位。 2001年12月开始在美国密歇根州立大学电子与计算机工程系电子材料实验室进行博士后研究工作。2003年8月回国，于2003年9月起在北京工业大学材料学院任教，2004年1月起任教授，2004年5月任博士生导师，2004年12月任材料学院党委副书记。在美国留学及工作期间，作为美国国家科学基金、海军科研办公室等研究项目的主要参与者，在国外核心刊物上发表学术论文近40篇，其中2篇文章在美国知名杂志Science及英国知名杂志Nature上发表。2001年获得美国密歇根州立大学工程院颁发的学术成果奖。2004年入选北京市科技新星计划及*新世纪优 秀人才支持计划。目前承担国家自然科学基金、北工大青年研究基地等多项研究工作。现任美国电子、磁性及光材料专业委员会委员，美国金属学会、材料学会、汽车工程师学会会员。目前研究的主要方向为电子封装用新型连接材料无铅钎料及新型能源材料热电材料的研究。

　　译者相继开创了《微电子连接技术与材料》、《工程英文写作》等课程；同时，郭福教授还承担了本科生《工程材料》、《电子封装技术》、《材料专业外语》等专业课程的教学工作。译者教授的《材料科学基础》被评为国家 级双语教学示范课、北京市精品课程。

译者所承担的所有教学课程全部采用英文教学，英文课件和英文习作，选用国际上通用前端的标准教材，并为学生亲自编写了适合课堂学习的双语教学资料，辅助现代化多媒体教学手段，使学生受益良多。

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复合材料是人工合成的，具有各组成相最佳性能的高综合性能的多相材料。

导言 通常，其一相(基体)为连续相并且完全包围另一相(分散相)

本章中，复合材料分为颗粒増强复合材料、纤维增强复合材料和结构复合材料。

大颗粒复合大颗粒和弥散增强复合材料属于颗粒増强复合材料类。

o对于弥散增强复合材料，在基体中掺入十分细小的颗粒分散相，能够阻止位错

材料

运动，改善强度性能。

弥散增强复

大颗粒复合材料中的颗粒尺寸通常较大，由于增强作用其力学性能得以提高。

合材料

对于大颗粒复合材料，根据混合法则表达式(15.1)和式(15.2)，弹性模量的

上限值和下限值取决于基体和颗粒相的模量和体积分数。

混凝土属于大颗粒复合材料，包括水泥及其黏合在一起的颗粒骨料。对于硅酸

盐水泥混凝土，骨料包括砂和石子，通过硅酸盐水泥和水的化学反应使得水泥

的黏合增强。

混凝土的机械强度可以通过加入增强材料的方法得以提高(如在新拌的混凝土

中加入钢筋、钢丝等)。

纤维长度的

影响

在几种复合材料中，纤维增强复合材料的增强效率最高

对于纤维增强复合材料，外加载荷通过基体相传递并分散给纤维相，基体材料 通常韧性较好

只有当基体-纤维结合强度高时才能产生较大的增强作用，因为在纤维两端增 强作用不连续，增强效率取决于纤维长度

对于每一种纤维-基体组合，存在临界纤维长度()，根据式(153)，它取决 于纤维直径和强度以及纤维·基体结合强度

连续纤维的长度远远超过临界值(即，1>154)，短纤维是非连续纤维

纤维取向和。根据纤维长度和取向，可能存在3种不同类型的纤维增强复合材料

浓度的影响

连续单向[如图15.8(a)所示...

同一晶面族。 密排晶体

FCC和HCP晶体结构都是由原子密排面从上到下堆积而成。在这种体系下

用A、B和C来表示密排面上原子可能的位置

结构

HCP结构的堆积顺序为 ABABAB

FCC结构的堆积顺序为 ABCABCABC

FCC和HCP的密排面分别为{111和0001

陶瓷晶体结构可以由阴离子密排面堆积而成，阴离子填入四面体或八

面体间隙位置，存在于相邻面中间

单晶是原子排列顺序连续不间断的贯穿于整个样品的材料:在某种情况下，单

单晶

晶具有平整的表面和规则的几何形状

多晶材料

大多数结晶固体是多晶，由许多具有不同品向的小晶体或晶粒组成

晶界是区分由原子错配而形成两个品粒的分界线

各向异性是指材料的性能具有方向依赖性。各向同性材料的性能不依赖于测量

各向异性

的方向。

X射线衍X射线衍射用来确定晶体结构和晶面间距。X射线光束指向晶体材料会产生符

射:晶体结射现象(相长干涉)，这是由于一系列平行原子面相互作用的结果

布拉格定律提出X射线的衍射条件一一式(3.16)

构的确定

非品固体非晶固体材料在较大距离(在原子级别)缺乏有规律的原子或离子排列。有时

也用术语无定型态来描述这种材料。

为什么学习力学性能? 未来工程师的你们，必须了解如何去测量材料的各种力学性能以及它们所代表的含义。他们会被要求使用给定材料去设计结构/部件,并确保不会发生不可接受的变形和失效。

很多材料在服役过程中都会受到力的作用，比如飞机机翼制造所使用的合金以及汽车轮轴制造所使用的钢。在这些情况下，我们必须了解材料的性能这样才能进行合理设计以保证材料所制成的产品在服役过程中的形变程度合ミ而不会发生失效。材料的力学行为体现为材料在外加载荷或力的作用下所产生的表现和形变。关键的力学设计性能包括刚度、强度、硬度、延展性以及初性 材料的力学性能是通过仔细设计能够在最大程度上模拟其实际服役环境的实验来进行测定的。需要考虑的实验设计因素主要包括外加载荷的性质、加戴时间以及环境因素。载荷性质可以是拉伸、压缩或剪切，而其大小可以保持定不变或持续浮动。加载时间可以不到1s，也可以持续很多年。服役温度可能是一个非常重要的因素。

具有不同需求的客户或机构(如生产商和消费者、研究机构、政府部门等都十分关注材料的力学性能。因此有必要在材料测试和阐释测试结果的过程中保持一定的一致性。这种一致性通过使用标准测试技术来实现。这些测试旅

而另一方面，材料和治金工程师们关注的则是材料的生产和制造是否能够 满足由上述应力分析所给出的服役要求。这就要求对材料显微组织(即内部结 构)和其力学性能之间的关系有一定的了解

具有良好力学性能特点的材料常被用于各种结构应用。本章将讨论金属陶瓷和高分子材料的应力ー应变曲线和相关的力学性能，以及其他重要的力学特性。对于变形过程中显微组织方面的内容以及强化力学性能的方法将在第8章中进行讲解

力和应变概念

如果施加载荷为静载荷或随时间变化相对较慢，且在构件横截面或表面的力度分布均匀，那么这种条件下的力学行为可以通过一种简单的应力-应...

总结

导言

在设计评估服役材料力学性能的实验室试验时应该考虑三个因素，即外加载荷 的性质(如拉伸、压缩、剪切)、加载持续时间以及环境条件

购瓷中的点·对于拉伸和压缩载荷

工程应力被定义为瞬时载荷除以试样的原始横截面积[式(7.1)

工程应变c被表达为长度的变化(沿着加载方向)除以原始长度[式 (7.2)

应力-应变・在应力作用下，材料首先会经历非弹性的或非水久性的形变

行为

大多数材料在发生弹性形变时，应力和应变互成比例一一亦即，应力对应变的 曲线呈现线性

。对于拉伸和压缩加载的情况，应力-应变曲线的线性部分为弹性模量(E)，依 据胡克定律[式(7.5)

对于呈现出非线性弹性行为的材料，我们会用到切线模量和割线模量

在原子尺度上，材料的弹性形变对应于原子键的伸长以及相应的轻微原子位 移

对于剪切弹性形变，剪切应力(r)和剪切应变()彼此互成比例[式 (7.7)]。该比例系数为剪切模量(G)

依赖于时间的弹性形变被称为滞弹性

材料的弹性。另一个弹性参数，泊松比(v)，表示为横向应变和纵向应变(分别为c，和c)性能

比值的负值一一式(7.8)。金属材料的典型泊松比在0.25和0.35之间

对于各向同性材料来说，剪切和弹性模量以及泊松比间的关系见式(7.9

屈服现象发生于塑性变形或水久变形开始时

(金属)

屈服强度表示了塑性变形开始时所对应的应力大小。对于大多数材料来说，屈 服强度是在应力ー应变曲线上通过0.002应变截距的方法进行确定的

・拉伸强度对应着工程应力・应变曲线最高点的应力水平，它表示了一个试样能 够承受的最大拉伸应力

对于大多数金属材料来说，当应力达到其应力・应变曲线的最高点时，在已发 生形变的...

专业学生的专业基础必修课，通过对“材料科学”，亦即“为什么”，以及“材

料工程”，亦即“怎样做”的学习，为学生建立起材料物质结构、性质、加工及

使用性能间的相互联系并由此形成扎实的材料科学与工程知识体系，为学生们

进一步深入研究探索材料科学或更有效地在实际工业生产中应用材料提供基础。

随着《国家中长期教育改革与发展规划钢要(2010-2020年)》对应用型、

复合型和国际化人才培养提出的更高要求，在材料科学与工程专业培养与国际 接轨的高素质人才势在必行。由美国犹他大学的Dr. William D. Callister J所著的

Materials Science and Engineering: An Introduction Fundamentals of Materials

Science and Engineering: An Integrated Approach这套教材在美国几乎被全部高校的材料类专业选用作为本科生教材，在新加坡、韩国、日本等国家和我国台湾、香港地区的材料学科基础教育中也得到了广泛应用。Dr. Callister曾于2006年访问了北京工业大学，并与“材料科学基础”本科课程教学团队深入探讨了课程设置、学生学习指导以及习题选用等方面的问题。本课程教学团队也在近十年 科“材料科学基础”课程的双语教学工作中尝试选用了Dr. Callister所著的

备中出现循环载荷的破坏性损伤形式之一。从轴 瓦材料的组成成分上看，其主体部分应选用和轴颈材料互溶性小的元素，这样轴

瓦的粘着磨损可以得到降低。同时轴瓦材料应适当的加入以下熔点较低的元素，

如此当轴瓦工作时，会因摩擦而产生一层薄润滑层，从而减小轴瓦的机械磨损。

根据以上描述，轴瓦材料的选择需要满足一下7种特性:抗疲劳性、耐磨性、抗

咬合性、嵌镶性、顺应性、耐腐蚀性和耐高温性。

4.2.2材料的选择

常见的轴瓦材料有:巴氏合金、铜基合金、铝基合金等。随着科技水平的不

断提高，工艺技术的不断创新，合金材料的性能也不断得到提高，出现很多适用

于轴瓦的合金材料，如铝基硅铜合金、镍栅加铜铅合金等

轴瓦的材料根据减磨合金层的不同，可以划分成锡基或铅基、铜基、铝基三

大种。由于锡基或铅基材料的疲劳强度比较低，不符合现代发动机的轴瓦材料要

求，因此慢慢被取代。也因此人们的目光转移到了铜基和铝基材料上。

本次设计的轴瓦为航空活塞发动机的曲轴轴瓦，选用的轴瓦材料为铝合金材

前言

无

书籍介绍

教材突出特色：

1、适用性广：本书适用于材料类及相关本科专业，可用于基础教学，也可用于学生和科学、工程人员自学。

2、逻辑性强：本书内容以从简单到复杂的逻辑顺序介绍学科问题。

3、易于理解：本书以学生为中心思考问题，用学生熟悉的术语讲解材料科学问题，并通过详细的定义解释学生们不熟悉的内容。

4、学习性强：本书中提供了例题（详细介绍理论的运用）、习题（巩固与运用所学知识）、重要资料（与生活联系的科学小知识）及其他相关学生可用的学习资源，同时也为老师提供了相关的教学资源。同时，本书以丰富的内容，彩色的图片来提高学生的学习积极性。

5、内容涵盖全面：本书中涵盖了原子结构与原子键、金属和陶瓷结构、高分子结构、固体缺陷、扩散、力学性能、变形和强化机制、失效、相图、相变、电学性能、材料的各种类型及应用、材料的合成、制备与加工、复合材料、材料的腐蚀与降解、热学性能、磁学性能、光学性能、材料的经济、环境与社会问题等基础材料内容，为今后学习材料科学与工程高级课程提供了必要的基础知识。

6、符合认证需求：本书明确写明每章教学的目标，以及课程支撑学生毕业要求和培养目标的指标点，便于高校各材料院系教学使用。

该教材内容主要涵盖材料的基础知识介绍、原子的结构与键合、金属和陶瓷的结构、高分子结构、固体缺陷、扩散、力学性能、变形和强化机制、失效、相图、相变、电性能、材料类型及其应用、材料的合成制备与加工、复合材料、材料的腐蚀与降解、热性能、磁性能、光学性能、材料科学与工程所涉及的经济，环境和社会问题 。

本书内容全面、先进。不仅是材料学科的必修课教材，也是应用物理、化学工业、信息工程、生物工程、电子电工、车辆工程、航空航天等专业的必要补充教材。也可为专业人员提供参考价值。