第1章材料科学发展史001
1.1物质与材料002
1.1.1自然界中的元素和物质002
1.1.2材料的作用与分类003
1.2材料发展史006
1.2.1材料古代发展史006
1.2.2材料近代发展史008
1.3当代材料发展和展望010
1.3.1材料发展的历程和趋势010
1.3.2多种材料共存011
1.4材料科学与工程的形成012
1.4.1材料学科的细分到综合012
1.4.2材料学科的交叉和渗透014
1.4.3材料科学与工程学科的形成与内涵016
1.4.4材料科学与工程学科的地位和特点020

第2章材料的共性规律与共同效应025
2.1材料的共性规律026
2.1.1晶体结构规律026
2.1.2材料缺陷与断裂强度027
2.1.3材料的相变原理028
2.1.4材料的形变与断裂规律029
2.1.5材料的强韧化原理032
2.2材料的共同效应033
2.2.1材料的界面效应033
2.2.2材料的表面效应034
2.2.3材料的复合效应035
2.2.4材料的形状记忆效应035
2.2.5材料的动态效应036
2.2.6材料的环境效应037
2.2.7材料的纳米效应037

第3章材料研究基本方法039
3.1科学技术研究的类型与选题040
3.1.1科学技术研究的基本类型040
3.1.2科学研究选题与创新041
3.2科学研究共性方法044
3.2.1归纳与演绎法044
3.2.2分析与综合法047
3.2.3类比与移植法049
3.2.4数学与模型法053
3.2.5系统与优化法055
3.2.6假说与理论法058
3.2.7原型启发与仿生法060
3.3材料科学与工程核心方法论061
3.3.1以新材料开发为例062
3.3.2以失效分析为例063
3.3.3以选材和工艺制定为例064

第4章材料结构设计与系统分析065
4.1材料结构与性能的基本特性066
4.1.1材料结构的基本特性066
4.1.2材料性能的基本特性068
4.2结构稳定性与设计071
4.2.1材料结构的稳定性071
4.2.2材料结构的测定与表征072
4.2.3材料结构的设计与控制073
4.3结构与性能的系统分析075
4.3.1黑箱法075
4.3.2相关法076
4.3.3过程法076
4.3.4环境法076
4.4材料结构的自组织与仿生077
4.4.1材料的耗散结构077
4.4.2材料结构的自组织现象078
4.4.3智能结构与属性评定079
4.4.4材料结构的仿生081
4.5材料过程能量分析法088
4.5.1材料过程的基本原理089
4.5.2材料过程的能量分析方法090

第5章材料使用与环境评价方法097
5.1材料与环境、资源的关系098
5.1.1材料生产对环境和资源的影响098
5.1.2生态材料与能源材料098
5.2材料环境协调性评价与设计101
5.2.1材料环境协调性评价101
5.2.2材料环境协调性设计106
5.3材料环境适应性评估113
5.3.1材料工况环境适应性评估113
5.3.2材料自然环境适应性评估115

第6章材料（计算）设计与方法119
6.1材料（计算）设计概述120
6.1.1材料设计发展的历史120
6.1.2材料设计范围与层次122
6.1.3材料设计的任务124
6.2材料设计的主要途径与方法125
6.2.1从相图角度进行设计125
6.2.2从数量冶金学角度进行设计126
6.2.3基于量子理论的设计127
6.2.4基于物理、数值模拟的设计128
6.2.5多尺度材料模型与计算设计128
6.2.6材料（计算）设计的主要技术129
6.3数学方法在计算设计中的应用130
6.3.1有限元法131
6.3.2遗传算法132
6.3.3分形理论135
6.3.4其他方法138
6.4材料计算设计实例139
6.4.1复合材料计算设计139
6.4.2超硬材料计算设计145
6.4.3工程应用层次的材料计算设计148

第7章材料研究的模型化与模拟151
7.1材料研究的模型化152
7.1.1模型化的基本概念152
7.1.2数值模型化与模拟154
7.1.3模型的基本范畴与分类154
7.1.4模型化的基本思路156
7.2材料研究的物理模拟158
7.2.1物理模拟基本概念158
7.2.2金属塑性加工物理模拟160
7.2.3薄板冲压工艺模拟技术161
7.2.4塑料注射成型过程模拟仿真162
7.3材料研究的数值模拟164
7.3.1铸造工艺过程的数值模拟164
7.3.2计算机数值模拟应用的实例168

第8章材料失效分析方法171
8.1材料失效分析基本概念172
8.1.1失效分析的意义172
8.1.2失效分析和失效学172
8.1.3机械失效形式和产生的原因173
8.1.4材料的失效形式174
8.2失效分析的基本思路176
8.2.1以失效抗力为主线的分析思路177
8.2.2失效树分析法178
8.2.3特性因素图分析法178
8.3失效分析的基本方法180
8.3.1化学成分分析180
8.3.2力学性能的测试及分析181
8.3.3显微组织分析182
8.3.4应力分析183
8.3.5无损检测技术184
8.3.6断口分析185
8.3.7裂纹分析190
8.3.8腐蚀、磨损和环境分析192
8.4失效分析的基本程序和实施步骤194

第9章材料经济学197
9.1概念198
9.2材料的循环200
9.2.1生态材料200
9.2.2再生材料201
9.2.3绿色材料技术203
9.3材料的选用与竞争205
9.3.1材料选用的基本原则205
9.3.2各类材料的竞争207
9.3.3材料竞争的国际化213
9.4材料的经济分析214
9.4.1材料经济分析方法214
9.4.2材料经济的能源与环境因素217
9.4.3材料经济的潜在效益218

结束语：材料科学与工程的发展趋势219

习题220

拓展题221

参考文献222