材料科学与工程基础 原著第4版
作者：（美）小威廉·卡丽斯特（WILLIAM D.CALLISTER JR），（美）大卫·来斯威什（DAVID G.RETHWISCH）著；郭福，马立民译
出版时间： 2016年版
内容简介
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。
目录
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–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
