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第1章 绪论1

1.1 材料与人类文明1

1.1.1 最伟大的材料事件1

1.1.2 材料与物质2

1.1.3 元素周期表2

1.1.4 材料是人类文明的里程碑3

1.1.5 材料是社会现代化的物质基础与先导5

1.2 材料科学与工程7

1.2.1 科学与工程7

1.2.2 材料科学与材料工程7

1.2.3 材料科学与工程的内涵8

1.3 材料设计9

1.4 材料循环11

认知材料篇14

第2章 材料的性能及测试14

2.1 使用性能14

2.1.1 力学性能14

2.1.2 物理性能19

2.1.3 化学性能20

2.2 工艺性能21

2.3 材料的质感25

2.3.1 质感25

2.3.2 质感设计的作用26

第3章 工程材料27

3.1 金属材料27

3.1.1 钢铁材料27

3.1.2 有色金属37

3.2 陶瓷材料41

3.2.1 传统陶瓷和新型陶瓷41

3.2.2 结构陶瓷42

3.2.3 工具陶瓷45

3.3 聚合物材料46

3.3.1 塑料47

3.3.2 橡胶49

3.3.3 合成纤维49

3.3.4 黏合剂50

3.3.5 涂料50

3.4 复合材料51

3.4.1 复合材料的分类51

3.4.2 复合材料的特点51

3.4.3 树脂基复合材料53

3.4.4 金属基复合材料54

3.4.5 陶瓷基复合材料54

3.4.6 碳基复合材料55

发现材料篇58

第4章 材料的结构及表征58

4.1 诺贝尔奖与科学研究58

4.1.1 诺贝尔奖58

4.1.2 科学研究58

4.2 材料的结构59

4.2.1 原子模型60

4.2.2 原子排列63

4.2.3 原子键合69

4.3 材料的表征71

4.3.1 显微分析71

4.3.2 衍射分析77

4.3.3 无损检测79

4.4 走向定量化的结构表征81

第5章 先进材料88

5.1 功能材料概述88

5.1.1 电学材料88

5.1.2 磁学材料89

5.1.3 光学材料90

5.1.4 声学材料91

5.1.5 热学材料92

5.1.6 生物材料94

5.2 准晶体95

5.2.1 准晶体的发现和基本特征95

5.2.2 准晶的形成97

5.2.3 准晶的性能及其应用97

5.3 非晶合金98

5.3.1 非晶合金的发展概况99

5.3.2 非晶合金的性能100

5.3.3 非晶合金的应用102

5.3.4 非晶合金的展望103

5.4 碳材料104

5.4.1 碳家族104

5.4.2 富勒烯和纳米碳管105

5.4.3 石墨烯105

5.4.4 碳-14106

5.4.5 碳纤维106

5.5 生态环境材料107

5.5.1 生态环境材料的提出107

5.5.2 合金成分设计的环境协调性考虑108

5.5.3 通用合金和简单合金109

5.5.4 可降解塑料110

5.6 仿生材料110

5.6.1 仿生材料的研究111

5.6.2 仿生材料的应用112

5.6.3 仿生材料的前景114

5.7 高熵合金114

5.7.1 高熵合金中的“熵”115

5.7.2 高熵合金四大效应115

5.7.3 高熵合金的性能特点116

5.7.4 高熵合金的应用前景117

应用材料篇120

第6章 产品设计、选材与制造120

6.1 产品设计120

6.1.1 新产品开发的步骤121

6.1.2 产品设计的基本原则121

6.2 产品选材与制造124

6.2.1 材料选择的步骤125

6.2.2 选材原则与制造工艺125

6.2.3 产品的质量控制128

6.3 产品的表面改性129

6.3.1 固体物质表面结构129

6.3.2 表面工程技术129

6.3.3 磨损工况下表面改性层的选择与应用130

6.3.4 腐蚀工况下表面改性层的选择与应用132

6.4 绿色设计、制造和选材134

6.4.1 绿色设计135

6.4.2 绿色选材135

6.4.3 绿色制造136

6.5 设计制造新技术——快速成型技术136

6.5.1 快速成型技术136

6.5.2 3D打印的特点138

6.5.3 3D打印的应用139

第7章 应用案例142

7.1 工程材料及其典型用途142

7.1.1 黑色金属142

7.1.2 有色金属142

7.1.3 高分子材料144

7.1.4 陶瓷材料144

7.1.5 复合材料144

7.2 硬币用金属及合金145

7.2.1 人民币硬币145

7.2.2 欧元硬币147

7.2.3 美元硬币147

7.3 夏季奥运会火炬——设计、材料与工艺147

7.3.1 奥运与材料147

7.3.2 火炬设计与选材148

7.3.3 三届夏季奥运会火炬148

7.4 金属的质感及应用151

7.4.1 金属的色及应用151

7.4.2 金属的味及应用154

7.4.3 金属的毒性及应用155

7.5 窗框用材及其变迁156

7.5.1 窗框设计与选材156

7.5.2 木窗框158

7.5.3 钢窗框158

7.5.4 铝窗框158

7.5.5 聚乙烯窗框158

7.5.6 塑钢窗框158

7.5.7 玻璃钢窗框158

7.6 体育用材158

7.6.1 跑鞋159

7.6.2 自行车160

7.7 桥梁用材161

7.7.1 桥的分类161

7.7.2 木桥163

7.7.3 石桥164

7.7.4 钢桥165

7.7.5 纸桥167

7.8 包装材料168

7.8.1 纸包装材料168

7.8.2 塑料包装材料169

7.8.3 金属包装材料169

7.8.4 玻璃包装材料170

7.8.5 复合包装材料170

7.9 汽车用钢171

7.9.1 汽车用钢的轻量化171

7.9.2 汽车用钢的分类171

7.9.3 DP钢172

7.9.4 FB钢173

7.9.5 CP钢173

7.9.6 MS钢174

7.9.7 TRIP钢175

7.9.8 HF钢176

7.9.9 TWIP钢177

7.10 航空材料177

7.10.1 镍基合金178

7.10.2 刹车片181

7.11 电力材料182

7.11.1 验电器182

7.11.2 电动工具183

7.11.3 电气和电子产品183

7.12 钉子和铆钉184

7.12.1 设计185

7.12.2 材料185

7.12.3 钉子的制造186

7.13 弹簧188

7.13.1 弹簧的设计188

7.13.2 弹簧的选材189

7.13.3 螺旋弹簧的制造189

7.13.4 弹簧的质量控制191

7.14 剑191

7.14.1 设计191

7.14.2 材料192

7.14.3 剑的制造192

第8章 产品失效分析195

8.1 失效概述195

8.2 失效模式196

8.2.1 金属材料的失效模式197

8.2.2 非金属材料的失效模式199

8.3 失效原因200

8.4 失效分析201

8.4.1 失效分析的思路201

8.4.2 失效分析的程序202

8.5 失效分析报告204

8.5.1 失效分析结果的评定204

8.5.2 失效分析报告的撰写204

8.5.3 失效分析报告的评审和反馈205

附录206

附录1 钢铁的分类206

附录2 铸铁的分类207

附录3 钢中的组织208

附录4 合金元素在钢中的作用209

附录5 金属零件制造工艺路线210

参考文献211