第1章材料的結構與受力形變
1.1應力與應變
1.1.1應力
1.1.2應變
1.1.3應力-應變曲線
1.2材料的結構與彈性形變
1.2.1彈性形變的微觀機制
1.2.2彈性形變的宏觀規律
1.2.3彈性模量
1.2.4復合材料的彈性模量
1.2.5彈性比功
1.2.6滯彈性及弛豫性能
1.2.7彈性模量與某些物理參量關繫
1.3材料的結構與塑性形變
1.3.1晶格滑移與孿晶
1.3. 2滑移機制
1.3.3塑性形變的位錯運動理論
1.3.4不同材料的塑性
1.3.5塑性性能的有關參量
1.3.6材料的超塑性
1.4材料的結構與高溫蠕變
1.4.1高溫蠕變曲線
1.4.2蠕變機理
1.4.3蠕變斷裂
1.4.4陶瓷材料的高溫蠕變
1.4.5耐火材料的結構與蠕變
習題與思考題
參考文獻
第2章材料的脆性斷裂與強度
2.1固體材料的理論強度
2.2材料的斷裂強度
2.2.1材料的斷口特征
2.2.2裂紋尖端應力集中問題
2.2.3材料的斷裂強度
2.2.4奧羅萬對斷裂強度的修正
2.3裂紋的起源與擴展的能量判據
2.3.1裂紋的起源
2.3.2裂紋擴展的能量判據
2.4材料的斷裂韌性
2.4.1裂紋的擴展方式
2.4.2裂紋尖端應力場分析
2.4.3應力場強度因子及幾何形狀因子
2.4.4臨界應力場強度因子及斷裂韌性
2.4.5裂紋擴展的動力與阻力
2.4.6線彈性計算公式對試件尺寸的要求
2.4.7斷裂韌性的測試方法
2.5材料的結構與強化增韌
2.5.1陶瓷材料的結構與強化
2.5.2陶瓷材料的增韌
2.5.3高分子材料的復合強化
2.5.4金屬材料的結構與強韌化
2.6無機材料強度的統計性質
2.6.1無機材料強度波動分析
2.6.2強度的統計分析
2.6.3求應力函數的方法及韋伯分布
2.6.4韋伯函數中的m及σ0的求法
2.6.5有效體積的計算
2.6.6韋伯統計的應用實例
2.6.7兩參數韋伯分布及應用
2.7材料的硬度
2.7.1硬度的表示方法
2.7.2納米材料的硬度
2.8復合材料
2.8.1纖維復合材料的原則
2.8.2連續纖維單向強化復合材料的強度
2.8.3短纖維單向強化復合材料
2.8.4單向纖維增強SiC基復合材料的結構與性能
習題與思考題
參考文獻
第3章材料的結構與熱學性能
3.1晶格熱振動
3.1.1一維單原子晶格的線性振動
3.1.2一維雙原子晶格的線性振動
3.2材料的結構與熱膨脹
3.2.1材料的熱膨脹與熱膨脹繫數
3.2.2固體材料熱膨脹機理
3.2.3熱膨脹和其他物理性能的關繫
3.2.4復合材料的熱膨脹
3.2.5低膨脹與零膨脹材料的結構特征
3.3材料的結構與熱傳導
3.3.1固體材料熱傳導的宏觀規律
3.3.2固體材料熱傳導的微觀機理
3.3.3材料結構與熱導率的關繫
3.3.4復相材料的熱導率
3.4材料的結構與抗熱衝擊性能
3.4.1材料的抗熱震性及其表示方法
3.4.2熱應力
3.4.3抗熱衝擊斷裂性
3.4.4抗熱衝擊損傷性
3.4.5材料結構與抗熱震性的關繫
習題與思考題
參考文獻
第4章材料的結構與磁學性能
4.1固體物質的磁性來源
4.1.1磁矩
4.1.2原子的磁性
4.1.3基本磁學性能
4.2固體物質的磁性分類
4.2.1抗磁性
4.2.2順磁性
4.2.3鐵磁性
4.2.4亞鐵磁性
4.2.5反鐵磁性
4.3磁疇與磁化曲線
4.3.1鐵磁體中的能量
4.3.2磁疇
4.3.3磁化曲線和磁滯回線
4.4鐵氧體的結構與磁性
4.4.1尖晶石型鐵氧體
4.4.2石榴石型鐵氧體
4.4.3磁鉛石型鐵氧體
4.5磁性材料的結構與性能
4.5.1軟磁材料
4.5.2永磁材料的結構與性能
4.6磁性材料的物理效應
4.6.1磁致伸縮效應
4.6.2磁各向異性
4.6.3磁聲效應
4.6.4磁光效應
4.6.5磁電效應
4.6.6巨磁阻效應
4.6.7磁致溫差效應
習題與思考題
參考文獻
第5章材料結構與電導
5.1材料導電的本質
5.2金屬材料的電導
5.3離子材料的電導
5.3.1離子電導率
5.3.2固體電解質的結構與基本性能
5.3.3典型的離子電導材料的結構與性能
5.4電子電導
5.4.1電子電導基本理論
5.4.2典型的光電材料的結構與
性能簡介
5.5材料的超導電性
5.5.1超導體的兩個基本特性
5.5.2超導材料的三個參數
5.5.3超導體的分類及類型
5.5.4約瑟夫遜效應
5.5.5超導材料應用
5.6能帶理論初步
5.6.1無限深勢阱或自由電子論
5.6.2布洛赫定理
5.6.3簡並微擾法與禁帶寬度
習題與思考題
第6章材料的結構與介電性能
6.1材料的結構與介質的極化
6.1.1材料在電場中的極化現像與介電常數
6.1.2電極化的微觀機構
6.2高介晶體的結構與極化
6.2.1特殊晶體結構的內電場
6.2.2金紅石晶體介電常數的計算
6.3無機材料的極化
6.3.1混合物法則
6.3.2陶瓷介質的極化
6.3.3介電常數的溫度繫數
6.4電介質的介質損耗
6.4.1介質損耗
6.4.2無機介質的結構與損耗
6.5材料的介電強度
6.5.1熱擊穿
6.5.2電擊穿
6.5.3無機材料的擊穿
6.6鐵電性與結構的關繫
6.6.1晶體的鐵電性
6.6.2鐵電體的結構與自發極化的微觀機理
6.6.3鐵電體的相變
6.6.4電疇結構
6.6.5鐵電材料應用案例
6.7壓電性與材料結構的關繫
6.7.1壓電效應
6.7.2壓電振子及其參數
6.7.3壓電性與晶體結構的關繫
6.7.4壓電材料的應用
習題與思考題
參考文獻
第7章材料的結構與光學性能
7.1材料的非線性光學性能
7.1.1非線性光學的概述
7.1.2非線性光學材料的結構和性能的關繫
7.1.3非線性光學材料分類及性能
7.2材料的線性光學性能
7.2.1材料的結構與折射率
7.2.2材料的折射率與入射光頻率的關繫
7.3材料的表面特征與光澤
7.3.1表面反射率與折射率的關繫
7.3.2鏡面反射與漫反射
7.3.3釉表面結構與光澤
7.4材料的結構與透光性能
7.4.1材料對光的吸收
7.4.2材料的散射與折射率
7.4.3材料的結構與透光性
7.4.4材料的不透明性與乳濁
7.4.5半透明陶瓷的結構特征
7.5材料的顏色與呈色機理
7.5.1三原色和材料的顏色
7.5.2材料的著色與呈色機理
7.6新型光功能材料簡介
7.6.1熒光材料
7.6.2激光材料
7.6.3光導纖維
7.6.4電光及聲光材料
7.7材料的負折射和光子晶體
7.7.1材料的負折射
7.7.2光子晶體
習題與思考題
參考文獻
第8章材料表面結構與潤濕性能
8.1疏水理論基礎
8.1.1靜態接觸角理論
8.1.2滾動角理論
8.1.3表面粗糙度對潤濕的影響
8.2C/SiO2復合薄膜的微觀結構與接觸角
8.2.1C/SiO2復合薄膜的顯微結構
8.2.2C/SiO2復合膜產生高接觸角的機理
8.2.3“納米針”結構
8.3浸潤性轉變（親-疏水調控）
8.3.1溶劑控制浸潤性轉變
8.3.2熱響應浸潤性轉變
8.3.3光響應浸潤性轉變
8.3.4自修復超疏水表面
習題與思考題
參考文獻

材料的不同性能決定了材料不同的應用領域，材料性能的優劣決定了材料在同一領域應用的效能，高性能材料應用於高新技術領域，低性能材料隻能適用於低端市場。開發合成新材料一定是該材料具有新的特異性能或者高性能，因此，提高材料性能及開發新性能始終是材料領域不變的研究主題。為了提高材料性能就必須了解決定材料性能的關鍵因素是什麼，幸運的是，經過幾十年的研究，人們已經認識到材料的結構決定材料的性能，各類專業期刊已經有這方面大量的成果發表。對於材料專業的本科教學來說，也就有可能開設材料結構與性能課程來滿足當前材料專業的教學需要。
該課程的首要問題是結構的概念，經過多年的教學實踐，把材料結構分為微觀結構和顯微結構在概念上比較清晰。材料微觀結構指的是晶體結構及電子結構，並包含質點之間的相互作用，一般不涉及原子內部的基本粒子。微觀結構與物理性能的關繫是材料科學研究的對像，例如理論結合強度、熱膨脹、比熱容等。顯微結構是指顯微鏡下觀察到的材料結構，包括了光學顯微鏡和電子顯微鏡，用於研究晶粒大小、形態及分布；氣孔大小、數量、形狀及分布；第二相的數量、晶界等。顯微結構與材料性能指標的關繫是材料技術研究的對像，例如斷裂強度、膨脹繫數等。特殊情況下用TEM等觀察晶體結構，這一點並不會引起基本概念的混淆。實踐中結構材料常常涉及顯微結構與性能指標間的相互關繫，電磁光等功能材料除了涉及顯微結構外還常常涉及晶體結構及原子的電子結構。
第二個問題就是材料性能，不同教材上都會提到本征性能和非本征性能，但缺少明確的說明，造成學生學習及以後工作中的概念模糊。本征性能是由微觀結構決定的，是材料常數，例如理論結合強度；非本征性能是由顯微結構決定的，不是材料常數，是改善提高的性能指標，例如格裡菲斯斷裂強度，常常受到各種工藝條件的影響，導致材料強度高低不同。這時我們說材料結構決定材料性能，指的是可以調整、設計的顯微結構。因此，如何調整組成和工藝條件，得到設計的顯微結構是獲得高性能的基本手段，但並不能改變材料的本征性能(例如理論結合強度)。可以說顯微結構設計產生高性能，著重點是工程技術意義；微觀結構設計產生新性能，著重點是性能的物理意義。典型案例見C60繫列化合物。
第三個問題是材料性能的研究方法，一種是宏觀經驗法，在大量材料性能實驗數據的基礎上，經過對數據的分析處理，整理為經驗方程，來表示它們之間的函數關繫。現在這種經驗法更多地采用了從顯微結構上去設計，探討結構與性能之間的關繫，這種方法涉及的是非本征性能；二是從機理著手，即從晶格點陣的基本關繫出發，按照性能的有關規律，建立物理模型，用數學方法求解，得到有關理論方程式，這種方法得到的是本征性能。通過以上兩種方法的相互驗證促進了材料科學與工程技術的發展。
目前國內材料結構與性能教材還很少，教材內容都與編寫者的專業背景相關，盡管國內的材料類專業提倡厚基礎、寬專業，都有向一級學科發展的趨勢，但是要為學生尋找一本包含三大材料共性的基礎教材，並在課程體繫中不與其他教材內容重復，確實是一件非常困難的事，到目前為止尚沒有這樣的教材。本教材的編寫也不例外，是建立在無機材料的課程體繫中，以陶瓷材料的結構與物理性能為基礎，適當拓展了金屬材料和高分子材料的內容，讓無機材料專業的學生可以粗略地了解金屬和高分子材料的特性，繫統的金屬和高分子材料結構與性能的知識必須參考相應的專業教材。
本書第1章由景德鎮陶瓷學院胡飛編寫，陳玉清作了部分修改補充；第2章、第4章、第8章的8.1和8.2由齊魯工業大學陳玉清編寫；第3章和第7章由景德鎮陶瓷學院陳雲霞編寫；第5章由齊魯工業大學張川江編寫，趙金博補充修改；第6章由齊魯工業大學張艷飛編寫，陳玉清修改補充；第8章8.3由齊魯工業大學劉欽澤編寫。全書由陳玉清統稿。本教材為了自身的繫統性，部分節次直接采用了前人編寫的教材內容，編者在此向各位允許使用的前輩表示敬意與感謝。特別感謝國防科技大學的張長瑞教授、四川大學的黃維剛教授，他們無私地提供了部分材料的顯微結構原照片。
書中結構與性能關繫的討論，或許帶有編著者的觀點，由於學識和經驗所限，書中的錯誤和疏漏在所難免，敬請讀者批評斧正。

編者
2013.12.20