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第1章 材料及材料科学与工程学科1

1.1 材料的基本概念及其与人类的关系1

1.1.1 人类赖以生存的物质环境1

1.1.2 材料的概念4

1.1.3 人类社会的材料特征6

1.2 材料的基本特征8

1.2.1 服役环境对材料的要求8

1.2.2 不同材料的物理和化学本质10

1.2.3 材料的基本力学性能与结构材料13

1.2.4 材料的其他基本物理性能与功能材料15

1.2.5 材料的加工制作16

1.3 材料科学与工程学科的人才培养18

1.3.1 材料科学与工程学科的特点与工科特征18

1.3.2 材料科学与工程学科高等教育专业人才的培养21

1.3.3 材料科学与工程的可持续发展24

思考题28

参考文献28

第2章 材料与人类社会的进步32

2.1 石器时代33

2.1.1 旧石器时代34

2.1.2 新石器时代的陶器35

2.1.3 新石器时代的磨光石器38

2.1.4 石器的后续发展41

2.2 铜器时代44

2.2.1 天然铜与铜石并用时代44

2.2.2 红铜阶段及铜的古代冶炼原理46

2.2.3 青铜器的制作和使用48

2.3 铁器时代50

2.3.1 陨铁的使用50

2.3.2 铁的古代冶炼技术及古代铁器的使用52

2.3.3 中国古代冶铁技术的优势和特点57

2.3.4 后铁器时代（钢铁时代）59

2.4 信息时代——硅时代64

2.4.1 信息的数字化65

2.4.2 电子计算机与信息处理67

2.4.3 硅半导体支撑信息数字化的硬件原理68

2.4.4 计算机发展所需大规模集成电路的材料原理72

2.4.5 网络高速传输所需的光导纤维76

2.4.6 信息时代与硅时代79

思考题81

参考文献81

第3章 材料在现代社会中的广泛应用86

3.1 钢铁材料87

3.1.1 钢铁材料的生产87

3.1.2 钢铁线材与型材的应用88

3.1.3 钢铁板材和管材的应用91

3.1.4 钢铁材料在机电等其他行业的应用93

3.2 非铁金属材料95

3.2.1 铝及铝合金95

3.2.2 铜及铜合金98

3.2.3 钛及钛合金100

3.2.4 镁及镁合金101

3.3 无机非金属材料104

3.3.1 水泥104

3.3.2 普通陶瓷106

3.3.3 耐火材料108

3.3.4 玻璃109

3.3.5 特种陶瓷113

3.4 有机高分子材料117

3.4.1 塑料117

3.4.2 橡胶122

3.4.3 有机纤维125

3.4.4 生物医学上使用的高分子材料129

3.4.5 木材与纸张131

思考题133

参考文献133

第4章 材料的服役及材料科学与工程学科的知识范围138

4.1 材料服役过程中的损耗与失效139

4.1.1 材料的常规失效140

4.1.2 人为因素造成的失效141

4.1.3 极端条件下服役的材料及其失效143

4.1.4 自然灾害造成的材料失效145

4.1.5 材料科学与工程学科的社会责任146

4.2 材料科学与工程专业的课程设置与学习过程简介149

4.2.1 材料专业的工科基础知识150

4.2.2 专业基础知识和专业知识150

4.2.3 选修及其他知识151

4.2.4 实践环节152

4.3 材料科学与工程专业的实验与研究154

4.3.1 材料的结构与观测154

4.3.2 材料的加工与制备160

4.3.3 材料的性能及其测量165

4.3.4 材料的服役检测168

思考题170

参考文献170

第5章 形形色色的高技术新材料174

5.1 社会安全的守护者——抗灾安全用钢176

5.1.1 道路交通事故及汽车用钢的安全对策176

5.1.2 抗灾安全用钢的基本原理177

5.1.3 抗灾安全用钢的其他应用179

5.2 航空发动机材料中的皇冠——涡轮盘和叶片用高温合金181

5.2.1 航空发动机182

5.2.2 发动机上的关键材料184

5.2.3 发动机高温合金的发展与展望185

5.3 点石成金——人工金刚石186

5.3.1 性能优异的金刚石187

5.3.2 天然金刚石188

5.3.3 人工金刚石189

5.4 传输电流而无电阻的神秘物质——超导材料191

5.4.1 物质的超导现象191

5.4.2 超导原理浅析193

5.4.3 超导材料的发展194

5.4.4 超导材料的工程应用197

5.5 无限清洁能源的输送载体——储氢材料199

5.5.1 全球的石油资源199

5.5.2 氢燃料电池及其工作原理200

5.5.3 储氢材料的发展201

5.6 能量转换与信息转换的载体——磁致伸缩材料203

5.6.1 材料的磁致伸缩效应203

5.6.2 磁致伸缩材料的发展204

5.6.3 磁致伸缩材料的应用206

5.7 绿色环保磁制冷技术的关键——磁热材料209

5.7.1 磁热效应与磁热材料209

5.7.2 磁制冷原理210

5.7.3 磁热材料的发展与应用213

5.7.4 磁蓄冷材料及其原理214

5.8 地球脉搏的监护者——磁电阻材料217

5.8.1 地球的磁场及持续磁场的工业应用217

5.8.2 磁电阻材料和地磁场测量原理218

5.8.3 磁电阻材料的结构及其应用220

5.9 电磁波的吞噬者——隐身材料221

5.9.1 电磁感应与电磁波221

5.9.2 物质对电磁波的散射与吸收222

5.9.3 隐身材料原理224

5.10 温度与电压的转换介质——热电材料227

5.10.1 物质的热电效应227

5.10.2 热电原理和热电材料229

5.10.3 热电材料的实际应用231

5.11 小尺寸引起大效应——纳米材料234

5.11.1 纳米材料的概念234

5.11.2 纳米效应与纳米技术236

5.11.3 纳米材料的发展与应用238

5.12 具有晶体特性的流体——液晶材料242

5.12.1 液晶的概念242

5.12.2 液晶的分类和电光效应243

5.12.3 液晶显示器的发展和广泛应用245

5.13 人类组织或器官的替代者——生物医用材料247

5.13.1 生物医用材料的基本概念与特点247

5.13.2 生物医用金属材料248

5.13.3 生物医用陶瓷材料249

5.13.4 生物医用高分子材料251

思考题252

参考文献252

名词索引260