材料物理性能 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

　　《材料物理性能》主要讲述了金属、无机非金属和高分子材料中各种物理性能的物理本质、表征参数、影响因素、分析测试方法以及物理性能分析在材料研究中的应用；作为拓展阅读部分，还讲述了与各物理性能有关的功能材料。物理性能涵盖了材料导电性能、介电性能、光学性能、热学性能、磁学性能以及弹性性能等。为培养和提高理论联系实际、分析和解决实际问题的能力，《材料物理性能》配合各知识点，编写了若干关于材料选择、失效分析、工艺设计类的具体案例；同时，每章后还附有思考题，供学习时使用。
　　《材料物理性能》可作为高等院校金属材料、无机非金属材料和功能材料等专业的本科生教材，也可供工程技术人员使用。

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目录

第1章 绪论

第2章 材料的电性能
2.1 电导率和载流子
2.1.1 电导率和电阻率
2.1.2 载流子
2.2 电子类载流子导电
2.2.1 金属的导电机制
2.2.2 电阻率和温度的关系
2.2.3 电阻率与压力的关系
2.2.4 缺陷和冷加工对电阻率的影响
2.2.5 固溶体的电阻率
2.2.6 化合物、中间相和多相合金的导电性
2.3 离子类载流子导电
2.3.1 离子导电理论
2.3.2 离子导电与扩散
2.3.3 离子导电的影响因素
2.4 半导体
2.4.1 本征半导体
2.4.2 本征半导体的电导率
2.4.3 杂质半导体
2.5 超导体
2.5.1 超导现象
2.5.2 超导体特性
2.5.3 超导体分类
2.6 导电性的测量
2.6.1 双臂电桥法
2.6.2 直流电位差计法
2.6.3 直流四探针法
2.7 电阻分析的应用
2.7.1 研究合金的相变
2.7.2 研究合金的变形和疲劳过程
2.7.3 研究碳钢的回火
2.8 延伸阅读
2.8.1 导电材料
2.8.2 精密电阻材料
2.8.3 重要的超导体材料
2.8.4 半导体
思考题

第3章 材料的介电性能
3.1 电介质及其极化
3.1.1 平板电容器及其电介质
3.1.2 介电常数
3.1.3 与极化相关的物理性能参量
3.1.4 电介质极化的机制
3.1.5 宏观极化强度与微观极化率的关系
3.2 交变电场下的电介质
3.2.1 复介电常数与介质损耗
3.2.2 电介质弛豫和频率响应
3.2.3 介电损耗分析
3.3 电介质在电场中的破坏
3.3.1 介电强度
3.3.2 影响无机材料击穿强度的各种因素
3.4 压电性
3.4.1 压电性基本概念
3.4.2 晶体压电性产生的原因
3.4.3 压电材料的主要表征参数
3.5 热释电性
3.5.1 热释电现象
3.5.2 热释效应产生的条件
3.5.3 材料热释电性的表征
3.6 铁电体
3.6.1 铁电体和电畴
3.6.2 铁电体的起源与晶体结构
3.7 压电性和铁电性能基本参数的测定
3.7.1 电滞回线的测定
3.7.2 铁电体居里温度的测定
3.7.3 压电应变常量的测定
3.7.4 机电耦合系数
3.7.5 机械品质因数
3.8 延伸阅读
3.8.1 压电材料
3.8.2 铁电材料
思考题

第4章 材料的光学性能
4.1 光和固体的相互作用
4.1.1 光的波粒二象性
4.1.2 光通过固体的现象
4.1.3 材料的折射率及其影响因素
4.1.4 材料的反射系数及其影响因素
4.1.5 材料的透射系数及其影响因素
4.1.6 介质的散射系数
4.2 材料的发光
4.2.1 发光和热辐射
4.2.2 激光
4.3 光的其他性质
4.3.1 电光效应
4.3.2 声光效应
4.3.3 光电导性
4.4 材料光学性能的测试表征
4.4.1 光吸收
4.4.2 拉曼光谱
思考题

第5章 材料的热学性能
5.1 材料的热容
5.1.1 热容的基本概念
5.1.2 固体热容理论简介
5.1.3 金属热容与合金热容
5.1.4 无机材料的热容
5.1.5 相变对热容的影响
5.2 材料的热膨胀
5.2.1 热膨胀系数
5.2.2 热膨胀本质
5.2.3 影响材料热膨胀的因素
5.3 材料的导热性能
5.3.1 热传导宏观规律和微观机制
5.3.2 导热的微观机制
5.3.3 热导率的影响因素
5.3.4 非晶体的热导率
5.4 热电性
5.5 热焓和比热容的测量及热分析方法
5.5.1 热焓和比热容的测量
5.5.2 材料热膨胀系数的测量
5.5.3 材料热导率的测量
5.6 热性能分析在材料研究中的应用
5.6.1 热分析法及应用
5.6.2 热膨胀法及应用
思考题

第6章 材料的磁学性能
6.1 磁学基本量及磁性分类
6.1.1 磁学基本量
6.1.2 物质的磁性分类
6.2 铁磁性和亚铁磁性材料的特性
6.2.1 磁化曲线
6.2.2 磁滞回线
6.2.3 铁磁性的起源
6.2.4 磁晶各向异性和各向异性能
6.2.5 铁磁体的形状各向异性及退磁能
6.2.6 磁致伸缩与磁弹性能
6.3 磁性材料的自发磁化和技术磁化
6.3.1 自发磁化理论
6.3.2 技术磁化理论
6.3.3 影响合金铁磁性和亚铁磁性的因素
6.4 磁性材料的动态特性
6.4.1 交流磁化过程与交流回线
6.4.2 复数磁导率
6.4.3 交变磁场作用下的能量损耗
6.5 铁磁性测量
6.5.1 冲击法测量磁性能
6.5.2 振动样品磁强计
6.5.3 材料动态磁性测量
6.6 磁分析的应用
6.6.1 铁磁性分析的应用
6.6.2 抗磁性与顺磁性分析的应用
6.7 延伸阅读：磁性材料
思考题

第7章 材料的弹性性能
7.1 胡克定律及弹性表征
7.1.1 胡克定律
7.1.2 弹性的表征
7.2 弹性与原子间结合力等物理量的关系
7.2.1 弹性模量的物理实质
7.2.2 与周期表的关系
7.2.3 与德拜特征温度的关系
7.2.4 与熔点的关系
7.3 弹性模量的影响因素
7.3.1 温度的影响
7.3.2 相变对弹性模量的影响
7.3.3 固溶体材料的弹性模量
7.3.4 晶体结构
7.4 材料滞弹性及内耗
7.4.1 粘弹性及滞弹性
7.4.2 滞弹性
7.4.3 内耗
7.4.4 弛豫型内耗
7.4.5 静滞后型内耗
7.4.6 内耗的表征
7.5 内耗产生的机制
7.5.1 点阵中原子有序排列引起的内耗
7.5.2 与位错有关的内耗
7.5.3 与晶界和界面有关的内耗
7.6 弹性性能的测量
7.6.1 弹性模量的测量
7.6.2 内耗的测量方法
7.7 内耗分析的应用
7.7.1 过饱和固溶体的析出沉淀行为和溶解度
7.7.2 扩散激活能和低温扩散系数
7.7.3 内耗法研究金属的疲劳
7.8 弹性合金和高阻尼合金
7.8.1 高弹性合金
7.8.2 恒弹性合金
7.8.3 阻尼减振材料
思考题

部分思考题提示或答案
第2章
第3章
第4章
第5章
第6章
参考文献

前言/序言

机械工程中的创新与应用 内容简介 本书深入探讨了现代机械工程领域的前沿技术、核心理论及其在实际工程中的创新应用。全书共分为五大部分，系统地梳理了从基础理论到高端制造的完整知识体系，旨在为机械工程、材料科学、自动化控制等相关专业的学生、工程师及研究人员提供一本全面且实用的参考书。 第一部分：先进制造技术与工艺优化 本部分聚焦于当代机械制造领域最受关注的几个核心方向，旨在提升制造效率、精度和可持续性。 1. 增材制造（3D打印）的理论与实践 详细阐述了金属、高分子和陶瓷材料在选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）及粘合剂喷射成型（BJT）等主流增材制造技术中的行为机理。内容涵盖了粉末特性对成型质量的影响、熔池动力学模拟、残余应力控制策略以及后处理（如热等静压HIP）对零件性能的提升作用。特别关注了如何通过优化打印路径和参数实现复杂结构件的轻量化设计与功能集成。 2. 高速精密加工技术 系统分析了五轴联动、高速铣削（HSM）及超精密磨削加工中的切削力学、刀具磨损模型和表面完整性控制。重点讨论了在硬脆材料（如碳化硅陶瓷）和难加工合金（如镍基高温合金）加工过程中，如何有效抑制颤振、优化冷却润滑策略，以达到纳米级表面粗糙度和极低残余拉应力的要求。 3. 智能装配与柔性制造系统（FMS） 阐述了基于机器视觉、力/力矩传感器反馈的自适应装配技术。详细介绍了柔性制造系统（FMS）的架构设计，包括工件的自动识别、刀具与夹具的快速更换机制，以及如何利用物联网（IoT）技术实现车间资源和生产状态的实时监控与调度优化，以应对小批量、多品种的生产需求。 第二部分：结构力学与先进材料行为 本部分将经典的结构力学理论与现代材料科学相结合，侧重于复杂载荷下的结构可靠性评估。 1. 复合材料的力学行为 深入剖析了层合板、纤维增强复合材料（如碳纤维和芳纶纤维）的宏观和微观力学性能。内容包括铺层设计理论（如经典层合板理论CLT）、失效模式（如基体开裂、分层和纤维断裂）的判定标准，以及在冲击载荷和疲劳条件下的寿命预测模型。特别引入了智能复合材料（如形状记忆合金嵌入复合材料）在自修复和主动减振中的应用案例。 2. 疲劳与断裂力学 系统回顾了S-N曲线法、Miner线性累积损伤理论，并重点介绍了基于断裂韧性（$K_{IC}$）和应力强度因子（$K$）的断裂力学分析方法。内容详述了裂纹扩展速率的计算、裂纹尖端塑性区模型的修正，以及在不同环境因素（如高温、腐蚀）影响下的低周疲劳和高周疲劳寿命评估技术。 3. 非线性有限元分析（FEA） 超越了线弹性范畴，详细介绍了处理大变形、接触问题和材料非线性（如超弹性、弹塑性）的数值方法。讨论了隐式与显式求解器的选择依据、网格敏感性分析以及如何准确模拟材料的应变率效应和损伤演化过程，为复杂机械系统的精确仿真提供理论支撑。 第三部分：机械动力学与振动控制 本部分致力于理解机械系统的动态特性，并发展主动、被动的振动抑制技术。 1. 机械系统动力学建模 基于拉格朗日和牛顿-欧拉方法，推导多自由度刚体系统和柔性体系统的运动微分方程。重点阐述了旋转机械（如涡轮机、高速轴承）的动力学特性，包括失衡、不对中和涡动现象的分析，以及平衡技术的设计与实施。 2. 振动主动与被动控制 详细介绍了几种先进的振动控制策略。被动控制方面，探讨了新型阻尼材料（如粘弹性阻尼器、磁流变阻尼器）的设计与应用。主动控制方面，重点分析了主动隔振系统、惯性力驱动器（PID控制）以及基于模态反馈的振动抑制技术，旨在实现设备在宽频带范围内的低振动运行。 3. 旋转机械的接触动力学 专门分析了滚动轴承和滑动轴承在高速工况下的油膜润滑动力学。内容涉及雷诺方程的求解、油膜的刚度和阻尼系数的确定，以及如何通过预测油膜失稳（如油楔效应）来避免轴承的损伤。 第四部分：机器人学与机电一体化系统 本部分关注现代机器人系统中的运动控制、感知与人机交互技术。 1. 机器人运动学与动力学 全面介绍了串联机器人和并联机器人的运动学求解方法，包括前向运动学、逆运动学、雅可比矩阵的建立与奇异性分析。动力学部分则着重于牛顿-欧拉法和拉格朗日法在机器人轨迹规划与实时控制中的应用。 2. 伺服驱动与控制 深入讲解了高精度伺服电机（如永磁同步电机PMSM）的矢量控制（FOC）原理。讨论了电流环、速度环和位置环的解耦控制策略，以及如何利用观测器（如卡尔曼滤波器）来准确估计电机转子位置和负载状态，以实现高动态响应。 3. 人机交互与触觉反馈 探讨了用于远程操作和康复训练的力反馈设备设计。内容包括阻抗控制（Impedance Control）策略，以模拟期望的虚拟环境特性，以及高分辨率力传感器和执行器的选择标准，确保操作者能够获得真实的触觉感知。 第五部分：工程热力学与能源系统优化 本部分从能量转换的角度审视机械工程中的热力学基础及其在高效能源系统中的应用。 1. 高级传热理论与应用 超越了经典的傅里叶定律，讨论了多孔介质中的对流传热、微尺度热传输中的布西涅斯克近似，以及辐射换热在真空或高温环境下的精确计算方法。重点分析了高效换热器（如板翅式换热器）的设计优化流程。 2. 燃气轮机与热力循环分析 详细分析了布雷顿循环的实际性能，考虑了叶片气动损失、压缩机和涡轮机的非等熵效应。内容涵盖了提高燃气轮机效率的关键技术，如先进的冷却技术、热障涂层（TBC）的应用，以及联合循环系统的集成优化。 3. 热电材料与能量收集 介绍了热电材料（如碲化铅、硅锗合金）的塞贝克效应和珀尔帖效应，并阐述了衡量其性能的关键指标——优值因数（ZT）。重点讨论了如何将这些材料集成到废热回收系统中，实现对低品位热能的有效收集与电能转化，助力提升系统整体能效。