本书依据教育部97年修订公布之职业学校土木建筑群「工程材料I、II」两册。
本书宗旨在于借由深入浅出之介绍,培养对工程材料的兴趣,共分为绪论、水泥、混凝土、石材与陶制品、玻璃、沥青材料、木材、高分子材料、金属材料与涂料。
作者简介
杨锦怀
担任台北科技大学 土木系教授
张盛进
目前任教于国立彰化师大附工建筑科老师
对于一些“特殊性能材料”,我总是充满了好奇。例如,一些在特定条件下会展现出非凡性能的材料,往往能打开全新的应用大门。我希望这本书能在这些领域有所涉猎,哪怕是做一些基础的介绍。 比如,磁性材料,如软磁材料、硬磁材料,它们在磁场中的行为有何不同?这与它们的晶体结构和微观磁畴有什么关系?压电材料,在受到机械应力时会产生电荷,反之亦然,这又是怎样的能量转换机制?热电材料,可以将热能直接转换为电能,这在能量回收领域有着巨大的潜力。如果书中能对这些材料的基本原理、关键性能指标以及一些代表性的应用进行介绍,那将大大拓展读者的视野。
评分“复合材料”是近年来发展非常迅速的一个领域,其“性能可设计性”是其最大的亮点。我希望这本书在介绍复合材料时,能够清晰地阐述其基本组成,即基体材料和增强体材料,以及它们之间是如何相互作用的。 比如,纤维增强复合材料,如碳纤维增强聚合物(CFRP)、玻璃纤维增强聚合物(GFRP),基体材料(如环氧树脂、聚酯树脂)和增强体纤维(如碳纤维、玻璃纤维)的界面结合强度,对整个复合材料的力学性能有什么影响?颗粒增强复合材料,如何通过优化颗粒的种类、尺寸、分布来提高材料的强度和韧性?书中会不会介绍一些先进的复合材料,比如纳米复合材料、三明治结构复合材料,以及它们在航空航天、汽车、体育器材等领域的应用。
评分“热处理工艺”是连接材料理论与实际应用的关键环节。很多时候,我们拿到一种材料,最终的性能很大程度上取决于我们对它进行了怎样的“折腾”。我期待这本书能对常见的各种热处理工艺,比如退火、正火、淬火、回火、时效等等,进行详细的阐述。 不仅仅是工艺流程,更重要的是要解释每一种热处理工艺背后的物理化学原理。比如,退火是为了消除内应力、细化晶粒,这背后的扩散机制是什么?淬火是为了获得马氏体,这涉及到快速冷却和相变动力学,书中是否会给出详细的相图和时间-温度-组织(TTT)图的分析?回火是为了降低淬火脆性,提高韧性,这涉及到碳的析出、组织的变化,这些过程又是如何发生的?
评分这本书的封面设计,就带着一种沉稳而扎实的学究气,暗色调的背景,搭配上醒目的书名“工程材料(II)”,让人一眼就知道这不是一本轻松的读物。我拿到书的时候,就抱着一种既期待又有点小忐忑的心情,毕竟“II”这个数字,总暗示着前面还有一段未曾触及的知识体系。翻开目录,那些熟悉的(也有些陌生的)词汇如“合金相图”、“晶体缺陷”、“力学性能”、“热处理工艺”等等,立刻扑面而来。我第一时间就去对照我之前上过相关的课程,还有自己工作中碰到的实际案例,试图在脑海中勾勒出这本书可能涵盖的深度和广度。 我特别关注的是这本书在“高分子材料”这部分的处理方式。因为在我们的实际生产线上,高分子材料的应用越来越广泛,从一般的塑料制品到先进的复合材料,其性能的精确控制和新材料的开发,都离不开扎实的理论基础。我很好奇,这本书会不会在聚合物的结构-性能关系上,有比较深入的阐述,比如链结构、交联度、结晶度等等,这些微观层面的差异如何影响到宏观的拉伸强度、冲击韧性、耐化学性甚至是电学、光学性能。还有,它会不会介绍一些近些年兴起的新型高分子材料,例如生物可降解高分子、导电高分子、智能高分子等,以及这些材料在特定领域的应用前景。
评分“陶瓷材料”在某些特定领域,例如高温、耐磨、绝缘等应用中,是金属材料无法替代的。我希望这本书能对陶瓷材料的微观结构,特别是其晶体结构、孔隙率、晶界等,与宏观性能之间的关系,有比较深入的探讨。 比如,氧化物陶瓷(如氧化铝、氧化锆)、氮化物陶瓷(如氮化硅、氮化铝)、碳化物陶瓷(如碳化硅、碳化钨),它们的化学键合方式和晶体结构有何不同?这些差异如何导致它们在硬度、强度、断裂韧性、耐腐蚀性、导热性、介电常数等方面表现出显著的差异?书中是否会介绍一些先进的陶瓷制备技术,比如粉末冶金、烧结技术,以及如何通过控制这些工艺来改善陶瓷的性能。
评分“力学性能”这个章节,我预期会是本书的核心内容之一。毕竟,材料的力学性能是衡量其能否胜任工程应用的最直接标准。我希望这本书不仅仅是简单地介绍应力-应变曲线、杨氏模量、屈服强度、抗拉强度、断裂韧性等基本概念,而是能够深入地探讨影响这些性能的微观机制。 比如,材料的强度是如何与其微观结构相关的?晶粒大小、第二相粒子、晶界、以及前面提到的晶体缺陷,它们分别是如何影响材料的强化机制的?塑性变形是如何发生的?材料为什么会发生韧性断裂或脆性断裂?书中会不会介绍一些先进的力学性能测试方法,比如疲劳测试、蠕变测试、冲击测试等,以及这些测试方法如何帮助我们全面评估材料的性能。
评分我很好奇这本书在“金属材料”这部分的讲解深度。毕竟,金属材料在工程领域依然占据着举足轻重的地位。我猜测书中应该会涵盖一些经典的金属材料,比如各种钢、铝合金、铜合金、钛合金等等。 重点在于,我希望它能深入分析这些金属材料的微观组织结构,以及这些结构是如何赋予它们独特的性能的。例如,钢中不同碳含量的奥氏体、铁素体、渗碳体、马氏体的比例和分布,是如何影响其强度和韧性的?铝合金中的沉淀相,比如Mg2Si、Al2Cu等,是如何通过时效强化来提升强度的?书中会不会介绍一些现代金属材料,比如形状记忆合金、超塑性合金、高熵合金等,以及它们新颖的性能和应用?
评分“晶体缺陷”这个部分,对我来说,既是基础,也是难点。从空位、间隙原子、取代原子到位错、晶界,这些微小的缺陷,却是影响材料宏观性能的关键因素。我希望这本书能在晶体缺陷的形成机制、种类、以及它们如何影响材料的塑性变形、扩散、以及其他许多物理化学性质上,给出清晰且富有洞察力的解释。 特别是关于“位错”的理论,我一直觉得它非常精妙。位错的运动是材料塑性变形的根本原因,而如何抑制或促进位错的运动,则直接关系到材料的强度和韧性。书中会不会详细介绍不同类型的位错,例如刃位错和螺位错,它们各自的滑移方式,以及位错的产生、湮灭、塞积等过程?如果能结合一些实验现象,比如位错形核、位错缠结等等,来佐证理论,那就更好了。
评分“材料的失效分析”是一个非常重要的实际应用环节。很多时候,我们并非从零开始设计材料,而是需要分析已经发生的失效案例,找出原因,并提出改进措施。我希望这本书能提供一些失效分析的基本思路和方法。 比如,材料失效的常见原因有哪些?是过载、疲劳、蠕变、腐蚀,还是制造缺陷?如何通过宏观观察、显微观察(如金相显微镜、扫描电子显微镜)来识别断裂表面特征?例如,韧性断裂和脆性断裂的表面形貌有何区别?疲劳裂纹的扩展规律是怎样的?书中会不会介绍一些典型的失效案例分析,并从中提炼出一些通用的经验和教训。
评分老实说,看到“相图”这个词,我的脑海里就立刻闪过无数个夜晚埋头苦读的画面。合金相图绝对是工程材料领域的一大基石,它的重要性不言而喻。我希望这本《工程材料(II)》在讲解相图时,不会只是简单地罗列各个相区和相变点,而是能深入剖析相图背后的热力学原理,比如吉布斯自由能、活度等等。更重要的是,我希望能看到它如何将理论与实践相结合,例如如何利用相图来指导合金的设计,如何预测不同成分和温度下的组织形态,以及如何通过热处理工艺来获得理想的材料性能。 我尤其期待书中对“相变动力学”的阐述。很多时候,我们并非只关心最终的平衡态,而是更关心材料在快速冷却或加热过程中,如何发生相变,以及这个过程的速度和产物。例如,钢在淬火过程中,奥氏体是如何转变为马氏体、贝氏体或珠光体的?这些相变的驱动力是什么?影响因素有哪些?如何控制这些相变过程以获得我们想要的硬度、韧性等?如果书中能在这方面有精彩的讲解,那绝对会大大提升这本书的实用价值。
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