材料概论（普及版）

　　本书的特点就是简易通俗。本书主要按照金属材料、有机高分子材料、无机非金属材料、复合材料的分类系统进行编排撰写，对各类新材料作集中扼要介绍。在编排体例上，分为上下两编。上编以材料历史和发展为主线，结合材料在人类文明发展和生产生活中的作用，使人们对材料有纵向的了解，同时概述了“材料学” “材料科学与工程”的基本内容，并对高校中的“材料专业”进行了简单介绍。目的是使学生对 “材料”有一基本了解。下编围绕使学生进一步了解和认识材料的目的，以材料的性能、生产及应用为主线，分别介绍金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料，以及各类新材料。目的是使学生掌握生产生活中常用材料的基本知识。上下两编基本相互独立，根据教学需要，可以两编都讲，也可以只讲其中的任意一编。

　　张金升，山东交通学院 材料科学与工程学院，教授， 1982.1-1983.7：山东淄川陶瓷厂； 1983.7-1984.7：山东省轻工美术学校，工艺班教学负责人，创办陶瓷工艺专业； 1984.7-1988.5：山东省轻工业学校，硅酸盐教研室主任； 1988.5-2000.9：济南建筑材料设计研究院，高级工程师，建材室主任，； 2000.9-2003.6：山东大学，攻读博士学位，参与国家自然基金、省自然基金、博士后基金课题； 2003.6-至今：山东交通学院，主讲《材料概论》、《物理化学》、《硅酸盐工艺概论》等8门课程。 ①历年来主持完成科研项目30余项；②获教育部、省、市科技进步奖等各项奖励20余项，其中近年来，获教育部科技进步一等奖1项（2006年1月），山东省高等学校**研成果二等奖2项（2002年6月，2009年1月），山东黄河科技进步二等奖1项（2005.8）； ③获国家发明专利3项：一种发动机排气管及其一体化制备工艺，2004年12月。铁铝金属间化合物/氧化锆陶瓷复合材料， 2004年11月。黄土红土质粉煤灰墙地砖的配方1999年3月。④出版专著7部；⑤主持完成生产线建设工程4项，主持可行性研究项目6项；⑥历年来在《中国科学》等学术刊物上发表论文70余篇。

上编材料总论
第一章材料概念及其范畴3
第一节构造(原)材料3
一、材料定义3
二、材料定义的内涵4
三、材料与物质4
第二节成品(具体应用)材料5
第三节物质材料6
第四节材料判据6
一、资源判据7
二、能源判据7
三、环保判据7
四、质量判据8
五、经济判据8
第五节材料科学四要素8
一、材料科学四面体8
二、材料的晶体结构9
三、材料的结合键、成分与结构10
四、材料的组织结构(微观结构)11
五、材料的成分和组织结构的检测12
第二章材料分类13
第一节按化学键类型及结构特征分类13
一、金属材料13
二、无机非金属材料15
三、有机高分子材料18
四、复合材料19
五、半导体材料20
六、化学建材21
第二节按材料发展进程分类——传统材料和新型材料21
第三节按工程应用和材料性能分类22
第四节根据现代科学技术的门类归属分类23
第五节其他分类方法23
一、按用途或服役领域分类23
二、按来源分类23
三、按材料的物理状态分类24
四、按化学成分分类24
五、按原子、分子的排列方式或结晶状态分类24
六、按材料的物理性能分类24
七、按材料发生的物理效应分类24
八、按材料的某种特殊用途(功能)分类24
九、按生命特征分类24
十、按是否具有金属特征分类24
十一、固体材料中按结构状态分类25
十二、按材料的可见维度分类25
第三章材料发展史26
第一节总论26
一、材料发展与人类文明息息相关26
二、材料发展与文明时代的划分27
第二节无机非金属材料发展简史32
一、陶瓷材料的发展历史32
二、水泥材料发展简史37
三、玻璃材料发展简史45
第三节金属材料发展简史52
一、青铜器时代53
二、铁器时代53
三、钢铁的发展53
四、现代钢铁工业的开端——贝塞麦把我们带入钢铁时代54
五、锰钢的诞生54
六、不锈钢与超级不锈钢的诞生55
七、切削工具材料的发展55
八、其他金属材料的发展56
九、航空时代的骄子——钛及钛合金57
十、活的金属——形状记忆合金58
第四节有机高分子材料发展简史58
一、人类开发和利用天然高分子的历史59
二、现代高分子材料的发展59
三、我国高分子材料的发展61
四、高分子材料的发展趋势与应用62
五、高分子材料改性概况63
六、医用高分子材料发展史简介64
第五节复合材料发展简史65
一、古代复合材料发展历史简介65
二、现代复合材料67
三、先进复合材料68
四、中国先进复合材料发展状况69
五、复合材料的应用领域和发展展望71
第四章材料与人类文明73
第一节材料是人类文明发展的肇始者73
第二节传统材料的发展与人类文明74
一、以使用材料的特征命名历史考古时代——可靠的历史时期见证75
二、传统材料的发展与历史的进步75
三、传统材料的新生80
第三节高技术材料与现代文明80
一、高新技术的先导80
二、材料在技术发达社会中的作用82
第四节材料发展与环境协调性84
一、材料的开发和使用必须考虑环境协调性和可持续发展 84
二、材料循环85
三、材料的可持续发展战略与生态环境材料87
第五节未来材料89
一、未来材料发展的特点——材料设计和分子设计89
二、材料展望90
三、材料发展的重要方向——材料的复合化、多功能化、纳米化94
第五章材料科学与工程95
第一节材料科学的发展阶段95
一、材料的发展阶段95
二、材料学的发展阶段96
三、材料学的发展进程99
第二节材料科学与工程学科的兴起100
第三节材料科学与工程及其内涵和特点101
一、研究内容和定义101
二、材料科学与工程的内涵102
三、材料科学与工程的特点103
第四节材料科学与工程研究的重点103
一、新工艺、新技术和新合成方法的探索103
二、组成、结构和性能的关系104
三、重视高精度仪器设备的发展104
四、运用计算机开展研究104
五、交叉学科和复合材料104
六、纳米技术的应用104
七、界面工程和晶界工程105
八、材料设计和分子设计105
第五节材料科学与工程专业培养105
一、专业范围和基本要求105
二、业务培养目标105
三、业务培养要求105
四、应获得的知识和能力105
五、本专业的相关学科106
六、学科结构106
七、主干学科的方法论介绍107
下编材料各论
第六章金属材料110
第一节金属材料概述110
一、金属及金属材料学110
二、金属元素在元素周期表中的排布及原子结构特征110
三、合金的基本结构类型111
四、金属材料分类111
五、金属通性112
第二节纯铁、渗碳体和工业纯铁113
一、纯铁113
二、渗碳体113
三、工业纯铁114
第三节钢——碳钢和合金钢115
一、铁碳合金的基本相115
二、碳钢117
三、合金钢的分类118
第四节工业用钢119
一、工程构件用钢和低合金结构钢120
二、合金渗碳钢120
三、渗氮钢、碳氮共渗钢和表面淬火用钢121
四、合金调质钢121
五、弹簧钢122
六、滚动轴承钢122
七、合金刃具钢122
八、合金模具钢123
九、合金量具钢123
十、不锈钢124
十一、耐热钢和高温合金124
十二、耐磨钢125
十三、磁钢（硅钢）125
第五节钢材的冶金过程125
一、钢冶金过程热力学125
二、炼钢工艺和炉外精炼127
三、轧制工艺简介131
第六节钢材的热处理131
一、退火132
二、正火133
三、淬火133
四、回火134
第七节铸铁136
一、铸铁概念和定义136
二、铸铁的组织、分类及应用138
第八节非铁金属（有色金属）及其合金141
一、铝及铝合金141
二、铜及铜合金142
三、钛及钛合金144
四、镁及镁合金145
五、轴承合金145
第七章无机非金属材料148
第一节陶瓷材料148
一、陶瓷概念和定义148
二、陶瓷的种类和范畴149
三、传统陶瓷品种及应用153
四、传统陶瓷基本制备方法和技术160
五、陶瓷基本性质165
六、陶瓷生产主要技术装备169
第二节水泥及胶凝材料170
一、水泥与胶凝材料概述170
二、水泥的分类和范畴175
三、常见的水泥品种及应用176
四、水泥基本生产工艺181
五、水泥熟料中的主要矿物及对水泥性能的影响185
六、水泥主要性能和标准要求187
七、水泥生产主要技术装备190
第三节玻璃与非晶态材料190
一、玻璃、无定形态材料和非晶态材料的概念190
二、玻璃的分类和范畴192
三、玻璃的结构194
四、常见玻璃品种及应用195
五、玻璃的基本生产工艺199
六、玻璃的主要性能和标准203
七、玻璃生产主要技术装备205
第四节混凝土208
一、混凝土的概念208
二、混凝土的分类和范畴209
三、混凝土常见品种和应用210
四、混凝土基本生产工艺212
五、混凝土主要性能和要求214
六、混凝土生产主要技术装备217
七、混凝土制品简介218
第五节耐火材料219
一、耐火材料的概念219
二、耐火材料的分类和范畴、常见品种和应用220
三、耐火材料基本生产工艺226
四、耐火材料主要性能227
五、耐火材料生产主要技术装备228
第八章有机高分子材料229
第一节有机高分子材料概述231
一、高分子化合物的基本概念231
二、高分子化合物的命名232
三、高分子化合物的分类232
第二节高分子材料的结构与性能233
一、高分子化合物的基本链结构概述233
二、高分子化合物 (非晶态) 的三种物理状态235
第三节高分子化合物的反应、合成和高分子材料的加工236
一、高分子化合物的反应、合成236
二、高分子材料的加工概述237
第四节高分子各论238
一、塑料238
二、天然橡胶与合成橡胶242
三、纤维244
四、涂料247
五、胶黏剂248
六、功能高分子材料简介251
第五节典型的高分子材料品种252
一、聚烯烃252
二、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物254
三、聚酰胺254
四、聚甲醛254
五、氟塑料255
六、聚砜255
七、聚甲基丙烯酸甲酯255
八、酚醛塑料255
九、环氧塑料256
十、饱和聚酯256
十一、聚酰亚胺及其他耐高温高分子256
十二、聚苯醚256
十三、有机硅257
十四、其他257
第九章复合材料258
第一节概述258
一、复合材料的发展背景258
二、复合材料的含义258
三、复合材料的组成部分——增强体和增强相259
四、复合材料最显著的优势特点262
五、复合材料分类262
第二节复合材料的性能特点263
第三节复合材料的复合理论和增强增韧机理266
一、复合原理266
二、增强机理267
三、增韧机理269
第四节复合材料的界面272
一、树脂基复合材料的界面272
二、金属基复合材料的界面273
三、陶瓷基复合材料的界面274
第五节树脂基复合材料275
一、概述275
二、纤维增强树脂基复合材料276
三、颗粒增强树脂基复合材料279
四、树脂基功能复合材料280
五、热固性树脂基复合材料281
六、热塑性树脂基复合材料282
第六节金属基复合材料282
一、概述282
二、基体及增强体材料284
三、纤维增强金属基复合材料284
四、颗粒增强金属基复合材料287
五、原位复合材料289
六、片层叠合金属基复合材料289
七、金属基功能复合材料289
第七节陶瓷基复合材料290
一、陶瓷基复合材料特性290
二、陶瓷基复合材料类型291
三、陶瓷基复合材料各论292
第八节层叠复合材料和层状结构复合材料297
一、层叠复合材料297
二、层状结构复合材料299
第九节复合材料的制备301
一、纤维的制备301
二、树脂基复合材料的制备303
三、金属基复合材料的制造方法306
四、陶瓷基复合材料的制备工艺308
五、共晶复合材料的制备312
第十章新材料综述313
第一节新材料导言313
第二节新材料品种概要316
一、能源材料316
二、信息材料316
三、航空航天材料317
四、生物医学材料317
五、环境材料317
六、纳米材料318
七、富勒烯材料318
八、石墨烯318
九、压电材料319
十、热释电材料320
十一、铁电材料320
十二、储氢材料321
十三、超导材料321
十四、金属间化合物材料322
十五、非晶材料323
十六、高分子新材料323
十七、梯度功能材料324
十八、隐身材料324
十九、智能材料和机敏材料325
参考文献328