Giới thiệu về Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu - Tái bản lần thứ 8 của Callister và Rethwisch

Tìm hiểu về khoa học và kỹ thuật vật liệu qua cuốn sách Callister Rethwisch 8ed, Wiley 2010, cung cấp kiến thức cơ bản và ứng dụng thực tiễn.

Trường đại học

The University of Utah

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

textbook

2010

1000
2
0

Phí lưu trữ

135 Point

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu Tái bản lần thứ 8

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng, đóng vai trò then chốt trong sự phát triển công nghệ hiện đại. Tái bản lần thứ 8 của cuốn sách này mang đến những cập nhật mới nhất về lý thuyết và ứng dụng của vật liệu. Cuốn sách không chỉ cung cấp kiến thức cơ bản mà còn mở rộng đến các khía cạnh tiên tiến của vật liệu mới, giúp sinh viên và các nhà nghiên cứu nắm bắt được xu hướng hiện tại trong ngành.

1.1. Tầm quan trọng của Khoa học Vật liệu trong công nghệ

Khoa học Vật liệu là nền tảng cho nhiều lĩnh vực công nghệ, từ điện tử đến y học. Sự phát triển của các vật liệu mới như graphene và vật liệu nano đã mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu và ứng dụng.

1.2. Nội dung chính của cuốn sách

Cuốn sách bao gồm các chủ đề từ cấu trúc vật liệu, tính chất vật lý, đến các phương pháp chế tạo và ứng dụng thực tiễn. Mỗi chương được thiết kế để xây dựng kiến thức từ cơ bản đến nâng cao.

II. Những thách thức trong Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu hiện nay

Ngành Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu đang đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm việc phát triển vật liệu bền vững và thân thiện với môi trường. Các vấn đề như ô nhiễm và sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên đòi hỏi các nhà nghiên cứu phải tìm ra giải pháp mới. Cuốn sách này đề cập đến những thách thức này và cách mà ngành vật liệu có thể đóng góp vào việc giải quyết chúng.

2.1. Vấn đề ô nhiễm và tài nguyên

Sự gia tăng ô nhiễm từ các quá trình sản xuất vật liệu đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Cần có các nghiên cứu để phát triển vật liệu tái chế và giảm thiểu chất thải.

2.2. Cạnh tranh trong nghiên cứu vật liệu

Cạnh tranh giữa các quốc gia trong nghiên cứu và phát triển vật liệu mới đang gia tăng. Điều này thúc đẩy sự đổi mới và cải tiến trong ngành, nhưng cũng tạo ra áp lực lớn cho các nhà nghiên cứu.

III. Phương pháp nghiên cứu trong Khoa học Vật liệu

Cuốn sách cung cấp các phương pháp nghiên cứu hiện đại trong Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, bao gồm các kỹ thuật phân tích và mô phỏng. Những phương pháp này giúp các nhà nghiên cứu hiểu rõ hơn về cấu trúc và tính chất của vật liệu.

3.1. Kỹ thuật phân tích vật liệu

Các kỹ thuật như quang phổ, nhiễu xạ và phân tích nhiệt được sử dụng để xác định tính chất của vật liệu. Những kỹ thuật này cung cấp thông tin quan trọng cho việc phát triển vật liệu mới.

3.2. Mô phỏng và mô hình hóa vật liệu

Mô phỏng máy tính giúp dự đoán hành vi của vật liệu dưới các điều kiện khác nhau. Điều này rất quan trọng trong việc thiết kế vật liệu với tính chất mong muốn.

IV. Ứng dụng thực tiễn của Khoa học Vật liệu

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu có nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày, từ sản xuất điện thoại thông minh đến thiết kế vật liệu xây dựng. Cuốn sách này trình bày các ví dụ cụ thể về cách mà vật liệu mới đang được áp dụng trong các lĩnh vực khác nhau.

4.1. Vật liệu trong công nghệ điện tử

Vật liệu bán dẫn và vật liệu cách điện là những thành phần quan trọng trong thiết bị điện tử. Sự phát triển của vật liệu mới giúp cải thiện hiệu suất và độ bền của các thiết bị này.

4.2. Vật liệu trong y học

Vật liệu sinh học đang được sử dụng rộng rãi trong y học, từ cấy ghép đến thiết bị y tế. Những nghiên cứu về vật liệu mới giúp cải thiện chất lượng cuộc sống cho bệnh nhân.

V. Kết luận và tương lai của Khoa học Vật liệu

Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ trong tương lai. Các nghiên cứu về vật liệu mới và công nghệ sản xuất tiên tiến sẽ mở ra nhiều cơ hội mới. Cuốn sách này không chỉ cung cấp kiến thức mà còn khuyến khích sự sáng tạo và đổi mới trong ngành.

5.1. Xu hướng nghiên cứu trong tương lai

Các xu hướng như vật liệu thông minh và vật liệu nano sẽ tiếp tục được nghiên cứu. Những vật liệu này có khả năng thay đổi theo điều kiện môi trường, mở ra nhiều ứng dụng mới.

5.2. Tầm quan trọng của giáo dục trong Khoa học Vật liệu

Giáo dục và đào tạo trong Khoa học Vật liệu là rất quan trọng để chuẩn bị cho thế hệ nghiên cứu viên tiếp theo. Các chương trình học cần được cập nhật để phản ánh những thay đổi trong ngành.

15/07/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING AN INTRODUCTION EIGHTH EDITION JWCL187_ifc_001-002.qxd 11/11/09 5:18 PM Page 1 Characteristics of Selected Elements Atomic Density of Crystal Atomic Ionic Most Melting Atomic Weight Solid, 20⬚C Structure, Radius Radius Common Point Element Symbol Number (amu) (g/cm3) 20⬚C (nm) (nm) Valence (⬚C) Aluminum Al 13 26.qxd 11/11/09 5:18 PM Page 3 Values of Selected Physical Constants Quantity Symbol SI Units cgs Units Avogadro’s number NA 6.022 ⫻ 1023 molecules/mol molecules/mol Boltzmann’s constant k 1.62 ⫻ 10⫺5 eV/atom # K Bohr magneton ␮B 9.27 ⫻ 10⫺21 erg/gaussa Electron charge e 1.8 ⫻ 10⫺10 statcoulb Electron mass — 9.987 cal/mol # K Permeability of a vacuum ␮0 1.257 ⫻ 10⫺6 henry/m unitya Permittivity of a vacuum ⑀0 8.85 ⫻ 10⫺12 farad/m unityb Planck’s constant h 6.13 ⫻ 10⫺15 eV # s Velocity of light in a vacuum c 3 ⫻ 108 m/s 3 ⫻ 1010 cm/s a In cgs-emu units. b In cgs-esu units. Unit Abbreviations A ⫽ ampere in. ⫽ inch N ⫽ newton Å ⫽ angstrom J ⫽ joule nm ⫽ nanometer Btu ⫽ British thermal unit K ⫽ degrees Kelvin P ⫽ poise C ⫽ Coulomb kg ⫽ kilogram Pa ⫽ Pascal °C ⫽ degrees Celsius lbf ⫽ pound force s ⫽ second cal ⫽ calorie (gram) lbm ⫽ pound mass T ⫽ temperature cm ⫽ centimeter m ⫽ meter ␮m ⫽ micrometer eV ⫽ electron volt Mg ⫽ megagram (micron) °F ⫽ degrees Fahrenheit mm ⫽ millimeter W ⫽ watt ft ⫽ foot mol ⫽ mole psi ⫽ pounds per square g ⫽ gram MPa ⫽ megapascal inch SI Multiple and Submultiple Prefixes Factor by Which Multiplied Prefix Symbol 9 10 giga G 106 mega M 103 kilo k 10⫺2 centia c 10⫺3 milli m 10⫺6 micro ␮ 10⫺9 nano n 10⫺12 pico p a Avoided when possible.

JWCL187_fm_i-xxiv.qxd 11/17/09 1:11 PM Page iv JWCL187_fm_i-xxiv.qxd 11/17/09 5:37 PM Page i This online teaching and learning environment integrates the entire digital textbook with the most effective instructor and student resources WRÀWHYHU\OHDUQLQJVW\OH With WileyPLUS: ‡ Students achieve concept ‡ Instructors personalize and manage mastery in a rich, their course more effectively with structured environment assessment, assignments, grade that’s available 24/7 tracking, and more ‡ manage time better ‡study smarter ‡ save money From multiple study paths, to self-assessment, to a wealth of interactive visual and audio resources, WileyPLUS gives you everything you need to personalize the teaching and learning experience. » F i n d o u t h ow t o M A K E I T YO U R S » www.com JWCL187_fm_i-xxiv.qxd 11/17/09 10:29 PM Page ii ALL THE HELP, RESOURCES, AND PERSONAL SUPPORT YOU AND YOUR STUDENTS NEED! 2-Minute Tutorials and all Student support from an Collaborate with your colleagues, of the resources you & your experienced student user find a mentor, attend virtual and live students need to get started Ask your local representative events, and view resources www.com/firstday for details! www.com Pre-loaded, ready-to-use Technical Support 24/7 Your WileyPLUS assignments and presentations FAQs, online chat, Account Manager www.com/college/quickstart and phone support Training and implementation support www.com/support www.com/accountmanager MAKE IT YOURS! JWCL187_fm_i-xxiv.qxd 11/17/09 1:11 PM Page iii EIGHTH EDITION Materials Science and Engineering An Introduction William D. Department of Metallurgical Engineering The University of Utah David G. Rethwisch Department of Chemical and Biochemical Engineering The University of Iowa John Wiley & Sons, Inc.

JWCL187_fm_i-xxiv.qxd 11/17/09 1:11 PM Page iv Front Cover: Depiction of a unit cell for the inverse spinel crystal structure. Red spheres represent O2⫺ oxygen ions; dark blue and light blue spheres denote Fe2⫹ and Fe3⫹ iron ions, respectively. (As dis- cussed in Chapter 20, some of the magnetic ceramic materials have this inverse spinel crystal structure.) Back Cover: The image on the right shows the ionic packing of a close-packed plane for the inverse spinel crystal structure. The relationship between this close-packed plane and the unit cell is represented by the image on the left; a section has been taken through the unit cell, which exposes this close-packed plane.

VICE PRESIDENT AND EXECUTIVE PUBLISHER Donald Fowley ACQUISITIONS EDITOR Jennifer Welter EDITORIAL PROGRAM ASSISTANT Alexandra Spicehandler PRODUCTION SERVICES MANAGER Dorothy Sinclair PRODUCTION EDITOR Janet Foxman EXECUTIVE MARKETING MANAGER Christopher Ruel CREATIVE DIRECTOR Harry Nolan SENIOR DESIGNER Kevin Murphy PHOTO EDITOR Hilary Newman PHOTO RESEARCHER Teri Stratford ILLUSTRATION EDITOR Anna Melhorn MEDIA EDITOR Lauren Sapira PRODUCTION SERVICES Elm Street Publishing Services COVER ART Roy Wiemann and Bill Callister This book was set in Times Ten Roman 10/12 by Aptara, Inc., and printed and bound by World Color USA/Versailles. The cover was printed by World Color USA/Versailles. This book is printed on acid-free paper. q Copyright © 2010, 2007, 2003, 2000 John Wiley & Sons, Inc.

All rights reserved. No part of this publi- cation may be reproduced, stored in a retrieval system or transmitted in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording, scanning or otherwise, except as permitted under Sections 107 or 108 of the 1976 United States Copyright Act, without either the prior written permission of the Publisher, or authorization through payment of the appropriate per-copy fee to the Copyright Clearance Center, Inc., 222 Rosewood Drive, Danvers, MA 01923, website www. Requests to the Publisher for permission should be addressed to the Permissions Department, John Wiley & Sons, Inc., 111 River Street, Hoboken, NJ 07030-5774, (201) 748-6011, fax (201) 748-6008, website www.com/go/permissions. Evaluation copies are provided to qualified academics and professionals for review purposes only, for use in their courses during the next academic year.

These copies are licensed and may not be sold or transferred to a third party. Upon completion of the review period, please return the evaluation copy to Wiley. Return instructions and a free of charge return shipping label are available at www.com/go/returnlabel. Outside of the United States, please contact your local representative.

Library of Congress Cataloging-in-Publication Data Callister, William D., 1940- Materials science and engineering: an introduction / William D. Dewey Classification No. ISBN 978-0-470-41997-7 (Main Book) ISBN 978-0-470-55673-3 (Binder-Ready Version) Printed in the United States of America 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 JWCL187_fm_i-xxiv.qxd 11/17/09 1:11 PM Page v Dedicated to our wives, Nancy and Ellen, whose love, patience, and understanding have helped make this volume possible JWCL187_fm_i-xxiv.qxd 11/17/09 1:11 PM Page vi JWCL187_fm_i-xxiv.qxd 11/17/09 1:11 PM Page vii Preface Iingn materials this Eighth Edition we have retained the objectives and approaches for teach- science and engineering that were presented in previous editions. The first, and primary, objective is to present the basic fundamentals on a level appro- priate for university/college students who have completed their freshmen calculus, chemistry, and physics courses.

In order to achieve this goal, we have endeavored to use terminology that is familiar to the student who is encountering the discipline of materials science and engineering for the first time, and also to define and ex- plain all unfamiliar terms. The second objective is to present the subject matter in a logical order, from the simple to the more complex. Each chapter builds on the content of previous ones. The third objective, or philosophy, that we strive to maintain throughout the text is that if a topic or concept is worth treating, then it is worth treating in suffi- cient detail and to the extent that students have the opportunity to fully understand it without having to consult other sources; also, in most cases, some practical rele- vance is provided.

Discussions are intended to be clear and concise and to begin at appropriate levels of understanding. The fourth objective is to include features in the book that will expedite the learning process. These learning aids include: • Numerous illustrations, now presented in full color, and photographs to help visualize what is being presented; • Learning objectives, to focus student attention on what they should be getting from each chapter; • “Why Study .” and “Materials of Importance” items that provide relevance to topic discussions; • “Concept Check” questions that test whether or not a student understands the subject matter on a conceptual level; • Key terms and descriptions of key equations highlighted in the margins for quick reference; • End-of-chapter questions and problems designed to progressively develop students’ understanding of concepts and facility with skills; • Answers to selected problems, so that students can check their work; • A glossary, list of symbols, and references to facilitate understanding the subject matter. The fifth objective is to enhance the teaching and learning process by using the newer technologies that are available to most instructors and students of engi- neering today.

• vii JWCL187_fm_i-xxiv.qxd 11/17/09 1:11 PM Page viii viii • Preface FEATURES THAT ARE NEW TO THIS EDITION New/Revised Content Several important changes have been made with this Eighth Edition. One of the most significant is the incorporation of a number of new sections, as well as revisions/ amplifications of other sections. New sections/discussions are as follows: • Diffusion in semiconductors (Section 5. • Flash memory (in Section 18.

• “Biodegradable and Biorenewable Polymers/Plastics” Materials of Importance piece in Chapter 22. Other revisions and additions include the following: • Expanded discussion on nanomaterials (Section 1. • A more comprehensive discussion on the construction of crystallographic directions in hexagonal unit cells—also of conversion from the three-index scheme to four-index (Section 3. • Expanded discussion on titanium alloys (Section 11.

• Revised and enlarged treatment of hardness and hardness testing of ceram- ics (Section 12. • Updated discussion on the process for making sheet glass (in Section 13. • Updates on magnetic storage (hard disk drives and magnetic tapes—Section 20. • Minor updates and revisions in Chapter 22 (“Economic, Environmental, and Societal Issues in Materials Science and Engineering”), especially on recycling.

• Appendix C (“Costs and Relative Costs for Selected Engineering Materials”) has been updated. • End-of chapter summaries have been revised to reflect answers/responses to the extended lists of learning objectives, to better serve students as a study guide. • Summary table of important equations at the end of each chapter. • Summary list of symbols at the end of each chapter.

• New chapter-opener photos and layouts, focusing on applications of materials science to help engage students and motivate a desire to learn more about materials science. • Virtually all Homework problems requiring computations have been refreshed. Processing/Structure/Properties/Performance Correlations One new feature that has been incorporated throughout this new edition is a track- ing of relationships among the processing, structure, properties, and performance components for four different materials: steel alloys, glass-ceramics, polymer fibers, and silicon semiconductors.This concept is outlined in Chapter 1 (Section 1.7), which includes the presentation of a “topic timeline.” This timeline notes those locations (by section) where discussions involving the processing, structure, properties, and performance of each of these four material types are found. These discussions are introduced in the “Why Study?” sections of appropriate chapters, and, in addition, end-of-chapter summaries with relational diagrams are also included.

Finally, for each of the four materials a processing/structure/properties/ JWCL187_fm_i-xxiv.qxd 11/17/09 1:11 PM Page ix Preface • ix performance summary appears at the end of that chapter in which the last item on the topic timeline appears. Discipline-Specific Modules A set of discipline-specific modules appear on the book’s web site (Student Com- panion Site). These modules treat materials science/engineering topics not covered in the print text that are relevant to specific engineering disciplines—mechanical and biomaterials. All Chapters Now In Print Five chapters of the previous edition were in electronic format only (i., not in print).

In this edition, all chapters are in print. Case Studies In prior editions, “Materials Selection and Design Considerations” consisted of a series of case studies that were included as Chapter 22. These case studies will now appear as a library of case studies on the book’s web site (Student Compan- ion Site) at www.com/college/callister.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Tài liệu "Giới thiệu về Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu - Tái bản lần thứ 8" cung cấp cái nhìn tổng quan về lĩnh vực khoa học và kỹ thuật vật liệu, nhấn mạnh tầm quan trọng của nó trong các ứng dụng công nghệ hiện đại. Tài liệu này không chỉ giúp người đọc hiểu rõ hơn về các loại vật liệu, tính chất và ứng dụng của chúng, mà còn mở ra những cơ hội nghiên cứu và phát triển trong ngành. Đặc biệt, nó mang lại lợi ích cho sinh viên và các chuyên gia trong việc nắm bắt kiến thức mới và áp dụng vào thực tiễn.

Nếu bạn muốn mở rộng thêm kiến thức về phương pháp giảng dạy trong lĩnh vực kỹ thuật, hãy tham khảo tài liệu Luận án tiến sĩ dạy học theo tiếp cận cdio và vận dụng trong đào tạo ngành công nghệ kỹ thuật điện điện tử trình độ đại học. Tài liệu này sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về cách tiếp cận hiện đại trong giảng dạy kỹ thuật.

Ngoài ra, bạn cũng có thể tìm hiểu về Luận án tiến sĩ dạy học vật lí đại cương cho sinh viên đại học khối ngành kĩ thuật theo tiếp cận cdio, nơi cung cấp những phương pháp giảng dạy hiệu quả cho sinh viên kỹ thuật.

Cuối cùng, tài liệu Luận án tiến sĩ phát triển năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề cho sinh viên ngành kĩ thuật trong dạy học phần nhiệt học vật lí đại cương sẽ giúp bạn khám phá cách phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề cho sinh viên trong lĩnh vực kỹ thuật.

Mỗi tài liệu đều là một cơ hội để bạn đào sâu hơn vào các khía cạnh khác nhau của khoa học và kỹ thuật vật liệu, mở rộng kiến thức và ứng dụng trong thực tiễn.