材料物理性能 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

　　《材料物理性能》主要講述瞭金屬、無機非金屬和高分子材料中各種物理性能的物理本質、錶徵參數、影響因素、分析測試方法以及物理性能分析在材料研究中的應用；作為拓展閱讀部分，還講述瞭與各物理性能有關的功能材料。物理性能涵蓋瞭材料導電性能、介電性能、光學性能、熱學性能、磁學性能以及彈性性能等。為培養和提高理論聯係實際、分析和解決實際問題的能力，《材料物理性能》配閤各知識點，編寫瞭若乾關於材料選擇、失效分析、工藝設計類的具體案例；同時，每章後還附有思考題，供學習時使用。
　　《材料物理性能》可作為高等院校金屬材料、無機非金屬材料和功能材料等專業的本科生教材，也可供工程技術人員使用。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論

第2章 材料的電性能
2.1 電導率和載流子
2.1.1 電導率和電阻率
2.1.2 載流子
2.2 電子類載流子導電
2.2.1 金屬的導電機製
2.2.2 電阻率和溫度的關係
2.2.3 電阻率與壓力的關係
2.2.4 缺陷和冷加工對電阻率的影響
2.2.5 固溶體的電阻率
2.2.6 化閤物、中間相和多相閤金的導電性
2.3 離子類載流子導電
2.3.1 離子導電理論
2.3.2 離子導電與擴散
2.3.3 離子導電的影響因素
2.4 半導體
2.4.1 本徵半導體
2.4.2 本徵半導體的電導率
2.4.3 雜質半導體
2.5 超導體
2.5.1 超導現象
2.5.2 超導體特性
2.5.3 超導體分類
2.6 導電性的測量
2.6.1 雙臂電橋法
2.6.2 直流電位差計法
2.6.3 直流四探針法
2.7 電阻分析的應用
2.7.1 研究閤金的相變
2.7.2 研究閤金的變形和疲勞過程
2.7.3 研究碳鋼的迴火
2.8 延伸閱讀
2.8.1 導電材料
2.8.2 精密電阻材料
2.8.3 重要的超導體材料
2.8.4 半導體
思考題

第3章 材料的介電性能
3.1 電介質及其極化
3.1.1 平闆電容器及其電介質
3.1.2 介電常數
3.1.3 與極化相關的物理性能參量
3.1.4 電介質極化的機製
3.1.5 宏觀極化強度與微觀極化率的關係
3.2 交變電場下的電介質
3.2.1 復介電常數與介質損耗
3.2.2 電介質弛豫和頻率響應
3.2.3 介電損耗分析
3.3 電介質在電場中的破壞
3.3.1 介電強度
3.3.2 影響無機材料擊穿強度的各種因素
3.4 壓電性
3.4.1 壓電性基本概念
3.4.2 晶體壓電性産生的原因
3.4.3 壓電材料的主要錶徵參數
3.5 熱釋電性
3.5.1 熱釋電現象
3.5.2 熱釋效應産生的條件
3.5.3 材料熱釋電性的錶徵
3.6 鐵電體
3.6.1 鐵電體和電疇
3.6.2 鐵電體的起源與晶體結構
3.7 壓電性和鐵電性能基本參數的測定
3.7.1 電滯迴綫的測定
3.7.2 鐵電體居裏溫度的測定
3.7.3 壓電應變常量的測定
3.7.4 機電耦閤係數
3.7.5 機械品質因數
3.8 延伸閱讀
3.8.1 壓電材料
3.8.2 鐵電材料
思考題

第4章 材料的光學性能
4.1 光和固體的相互作用
4.1.1 光的波粒二象性
4.1.2 光通過固體的現象
4.1.3 材料的摺射率及其影響因素
4.1.4 材料的反射係數及其影響因素
4.1.5 材料的透射係數及其影響因素
4.1.6 介質的散射係數
4.2 材料的發光
4.2.1 發光和熱輻射
4.2.2 激光
4.3 光的其他性質
4.3.1 電光效應
4.3.2 聲光效應
4.3.3 光電導性
4.4 材料光學性能的測試錶徵
4.4.1 光吸收
4.4.2 拉曼光譜
思考題

第5章 材料的熱學性能
5.1 材料的熱容
5.1.1 熱容的基本概念
5.1.2 固體熱容理論簡介
5.1.3 金屬熱容與閤金熱容
5.1.4 無機材料的熱容
5.1.5 相變對熱容的影響
5.2 材料的熱膨脹
5.2.1 熱膨脹係數
5.2.2 熱膨脹本質
5.2.3 影響材料熱膨脹的因素
5.3 材料的導熱性能
5.3.1 熱傳導宏觀規律和微觀機製
5.3.2 導熱的微觀機製
5.3.3 熱導率的影響因素
5.3.4 非晶體的熱導率
5.4 熱電性
5.5 熱焓和比熱容的測量及熱分析方法
5.5.1 熱焓和比熱容的測量
5.5.2 材料熱膨脹係數的測量
5.5.3 材料熱導率的測量
5.6 熱性能分析在材料研究中的應用
5.6.1 熱分析法及應用
5.6.2 熱膨脹法及應用
思考題

第6章 材料的磁學性能
6.1 磁學基本量及磁性分類
6.1.1 磁學基本量
6.1.2 物質的磁性分類
6.2 鐵磁性和亞鐵磁性材料的特性
6.2.1 磁化麯綫
6.2.2 磁滯迴綫
6.2.3 鐵磁性的起源
6.2.4 磁晶各嚮異性和各嚮異性能
6.2.5 鐵磁體的形狀各嚮異性及退磁能
6.2.6 磁緻伸縮與磁彈性能
6.3 磁性材料的自發磁化和技術磁化
6.3.1 自發磁化理論
6.3.2 技術磁化理論
6.3.3 影響閤金鐵磁性和亞鐵磁性的因素
6.4 磁性材料的動態特性
6.4.1 交流磁化過程與交流迴綫
6.4.2 復數磁導率
6.4.3 交變磁場作用下的能量損耗
6.5 鐵磁性測量
6.5.1 衝擊法測量磁性能
6.5.2 振動樣品磁強計
6.5.3 材料動態磁性測量
6.6 磁分析的應用
6.6.1 鐵磁性分析的應用
6.6.2 抗磁性與順磁性分析的應用
6.7 延伸閱讀：磁性材料
思考題

第7章 材料的彈性性能
7.1 鬍剋定律及彈性錶徵
7.1.1 鬍剋定律
7.1.2 彈性的錶徵
7.2 彈性與原子間結閤力等物理量的關係
7.2.1 彈性模量的物理實質
7.2.2 與周期錶的關係
7.2.3 與德拜特徵溫度的關係
7.2.4 與熔點的關係
7.3 彈性模量的影響因素
7.3.1 溫度的影響
7.3.2 相變對彈性模量的影響
7.3.3 固溶體材料的彈性模量
7.3.4 晶體結構
7.4 材料滯彈性及內耗
7.4.1 粘彈性及滯彈性
7.4.2 滯彈性
7.4.3 內耗
7.4.4 弛豫型內耗
7.4.5 靜滯後型內耗
7.4.6 內耗的錶徵
7.5 內耗産生的機製
7.5.1 點陣中原子有序排列引起的內耗
7.5.2 與位錯有關的內耗
7.5.3 與晶界和界麵有關的內耗
7.6 彈性性能的測量
7.6.1 彈性模量的測量
7.6.2 內耗的測量方法
7.7 內耗分析的應用
7.7.1 過飽和固溶體的析齣沉澱行為和溶解度
7.7.2 擴散激活能和低溫擴散係數
7.7.3 內耗法研究金屬的疲勞
7.8 彈性閤金和高阻尼閤金
7.8.1 高彈性閤金
7.8.2 恒彈性閤金
7.8.3 阻尼減振材料
思考題

部分思考題提示或答案
第2章
第3章
第4章
第5章
第6章
參考文獻

前言/序言

機械工程中的創新與應用 內容簡介 本書深入探討瞭現代機械工程領域的前沿技術、核心理論及其在實際工程中的創新應用。全書共分為五大部分，係統地梳理瞭從基礎理論到高端製造的完整知識體係，旨在為機械工程、材料科學、自動化控製等相關專業的學生、工程師及研究人員提供一本全麵且實用的參考書。 第一部分：先進製造技術與工藝優化 本部分聚焦於當代機械製造領域最受關注的幾個核心方嚮，旨在提升製造效率、精度和可持續性。 1. 增材製造（3D打印）的理論與實踐 詳細闡述瞭金屬、高分子和陶瓷材料在選擇性激光熔化（SLM）、電子束熔化（EBM）及粘閤劑噴射成型（BJT）等主流增材製造技術中的行為機理。內容涵蓋瞭粉末特性對成型質量的影響、熔池動力學模擬、殘餘應力控製策略以及後處理（如熱等靜壓HIP）對零件性能的提升作用。特彆關注瞭如何通過優化打印路徑和參數實現復雜結構件的輕量化設計與功能集成。 2. 高速精密加工技術 係統分析瞭五軸聯動、高速銑削（HSM）及超精密磨削加工中的切削力學、刀具磨損模型和錶麵完整性控製。重點討論瞭在硬脆材料（如碳化矽陶瓷）和難加工閤金（如鎳基高溫閤金）加工過程中，如何有效抑製顫振、優化冷卻潤滑策略，以達到納米級錶麵粗糙度和極低殘餘拉應力的要求。 3. 智能裝配與柔性製造係統（FMS） 闡述瞭基於機器視覺、力/力矩傳感器反饋的自適應裝配技術。詳細介紹瞭柔性製造係統（FMS）的架構設計，包括工件的自動識彆、刀具與夾具的快速更換機製，以及如何利用物聯網（IoT）技術實現車間資源和生産狀態的實時監控與調度優化，以應對小批量、多品種的生産需求。 第二部分：結構力學與先進材料行為 本部分將經典的結構力學理論與現代材料科學相結閤，側重於復雜載荷下的結構可靠性評估。 1. 復閤材料的力學行為 深入剖析瞭層閤闆、縴維增強復閤材料（如碳縴維和芳綸縴維）的宏觀和微觀力學性能。內容包括鋪層設計理論（如經典層閤闆理論CLT）、失效模式（如基體開裂、分層和縴維斷裂）的判定標準，以及在衝擊載荷和疲勞條件下的壽命預測模型。特彆引入瞭智能復閤材料（如形狀記憶閤金嵌入復閤材料）在自修復和主動減振中的應用案例。 2. 疲勞與斷裂力學 係統迴顧瞭S-N麯綫法、Miner綫性纍積損傷理論，並重點介紹瞭基於斷裂韌性（$K_{IC}$）和應力強度因子（$K$）的斷裂力學分析方法。內容詳述瞭裂紋擴展速率的計算、裂紋尖端塑性區模型的修正，以及在不同環境因素（如高溫、腐蝕）影響下的低周疲勞和高周疲勞壽命評估技術。 3. 非綫性有限元分析（FEA） 超越瞭綫彈性範疇，詳細介紹瞭處理大變形、接觸問題和材料非綫性（如超彈性、彈塑性）的數值方法。討論瞭隱式與顯式求解器的選擇依據、網格敏感性分析以及如何準確模擬材料的應變率效應和損傷演化過程，為復雜機械係統的精確仿真提供理論支撐。 第三部分：機械動力學與振動控製 本部分緻力於理解機械係統的動態特性，並發展主動、被動的振動抑製技術。 1. 機械係統動力學建模 基於拉格朗日和牛頓-歐拉方法，推導多自由度剛體係統和柔性體係統的運動微分方程。重點闡述瞭鏇轉機械（如渦輪機、高速軸承）的動力學特性，包括失衡、不對中和渦動現象的分析，以及平衡技術的設計與實施。 2. 振動主動與被動控製 詳細介紹瞭幾種先進的振動控製策略。被動控製方麵，探討瞭新型阻尼材料（如粘彈性阻尼器、磁流變阻尼器）的設計與應用。主動控製方麵，重點分析瞭主動隔振係統、慣性力驅動器（PID控製）以及基於模態反饋的振動抑製技術，旨在實現設備在寬頻帶範圍內的低振動運行。 3. 鏇轉機械的接觸動力學 專門分析瞭滾動軸承和滑動軸承在高速工況下的油膜潤滑動力學。內容涉及雷諾方程的求解、油膜的剛度和阻尼係數的確定，以及如何通過預測油膜失穩（如油楔效應）來避免軸承的損傷。 第四部分：機器人學與機電一體化係統 本部分關注現代機器人係統中的運動控製、感知與人機交互技術。 1. 機器人運動學與動力學 全麵介紹瞭串聯機器人和並聯機器人的運動學求解方法，包括前嚮運動學、逆運動學、雅可比矩陣的建立與奇異性分析。動力學部分則著重於牛頓-歐拉法和拉格朗日法在機器人軌跡規劃與實時控製中的應用。 2. 伺服驅動與控製 深入講解瞭高精度伺服電機（如永磁同步電機PMSM）的矢量控製（FOC）原理。討論瞭電流環、速度環和位置環的解耦控製策略，以及如何利用觀測器（如卡爾曼濾波器）來準確估計電機轉子位置和負載狀態，以實現高動態響應。 3. 人機交互與觸覺反饋 探討瞭用於遠程操作和康復訓練的力反饋設備設計。內容包括阻抗控製（Impedance Control）策略，以模擬期望的虛擬環境特性，以及高分辨率力傳感器和執行器的選擇標準，確保操作者能夠獲得真實的觸覺感知。 第五部分：工程熱力學與能源係統優化 本部分從能量轉換的角度審視機械工程中的熱力學基礎及其在高效能源係統中的應用。 1. 高級傳熱理論與應用 超越瞭經典的傅裏葉定律，討論瞭多孔介質中的對流傳熱、微尺度熱傳輸中的布西涅斯剋近似，以及輻射換熱在真空或高溫環境下的精確計算方法。重點分析瞭高效換熱器（如闆翅式換熱器）的設計優化流程。 2. 燃氣輪機與熱力循環分析 詳細分析瞭布雷頓循環的實際性能，考慮瞭葉片氣動損失、壓縮機和渦輪機的非等熵效應。內容涵蓋瞭提高燃氣輪機效率的關鍵技術，如先進的冷卻技術、熱障塗層（TBC）的應用，以及聯閤循環係統的集成優化。 3. 熱電材料與能量收集 介紹瞭熱電材料（如碲化鉛、矽鍺閤金）的塞貝剋效應和珀爾帖效應，並闡述瞭衡量其性能的關鍵指標——優值因數（ZT）。重點討論瞭如何將這些材料集成到廢熱迴收係統中，實現對低品位熱能的有效收集與電能轉化，助力提升係統整體能效。