本书试图从21世纪发展的角度看待材料问题（材料与人类文明、材料的可持续发展等）。在体现材料科学与工程领域大背景（第1章）及概述主要类型材料（第2章）的基础上，从材料的性能要求出发（第3章），按材料结构层次来设章展开，从材料的原子结构与结合键、材料的原子排列结构与缺陷、材料的热力学状态与动力学过程，以及如何改善、提高材料性能等方面（第4~8章），讲述了材料科学与工程的基本原理。第9章介绍各类材料和现代特殊材料的制备方法。各章有小结、思考题与习题，章末还特别设置了扩展阅读材料共18篇，以体现新颖性、时代性和趣味性，可供教师讲课时穿插选用和学生课后阅读。本书可作为材料科学与工程、冶金工程、应用物理等相关专业本科生的教材，多数章节可供跨学科或公共选修课程选用，也可供相关专业研究生、教师和工程技术人员参考。

前言
第1章材料与人类1
1.1材料与人类文明1
1.2材料科学与工程的兴起5
1.3材料科学与工程的内涵6
1.4材料设计与材料选择9
1.5材料循环11
本章小结13
思考题与习题13
扩展阅读材料1：不错钢14
扩展阅读材料2：生态环境材料15
第2章工程材料概述18
2.1金属材料18
2.2陶瓷材料27
2.3高分子材料32
2.4复合材料35
2.5功能材料38
本章小结40
思考题与习题41
扩展阅读材料3：高性能轻合金41
扩展阅读材料4：高温结构材料44
第3章工程材料的基本性能47
3.1概述——材料性能的基本特征47
3.2工程材料的力学性能50
3.3工程材料的物理性能67
3.4工程材料的化学性能74
3.5不同类型材料的主要性能比较77
本章小结84
思考题与习题84
扩展阅读材料5：超硬材料84
扩展阅读材料6：钨合金和穿甲弹86
第4章材料的原子结构和原子间结合键89
4.1材料的结构与结构层次89
4.2孤立原子的特性92
4.3原子间作用力和结合能96
4.4原子间的结合键——一次键99
4.5原子间的结合键——二次键103
4.6原子间结合键与材料性质栺——材料类型及一些原子参数106
4.7原子间结合键与材料性质栻——弹性模量及其他相关性质112
本章小结115
思考题与习题116
扩展阅读材料7：高分子材料的结构层次116
扩展阅读材料8：材料结构层次的耦合和脱耦118
第5章固体材料中原子的排列与缺陷121
5.1聚集态与原子排列121
5.2固体材料中原子的周期排列结构124
5.3无机非金属材料(陶瓷)的结构130
5.4有机聚合物的原子排列136
5.5晶体材料的结构不完整性139
5.6原子排列与材料行为及性能栺：材料密度、各类材料的性能145
5.7原子排列与材料行为及性能栻：晶体滑移、各向异性和同素异构147
本章小结150
思考题与习题151
扩展阅读材料9：准晶体151
扩展阅读材料10：石墨烯、富勒烯和纳米碳管153
第6章固体材料热力学状态：自由能、相图、相与组织156
6.1材料系统的熵、自由能与相平衡156
6.2材料系统影响自由能的因素162
6.3材料中的相组成167
6.4材料中的热力学栺：自由能曲线与材料相图173
6.5材料中的热力学栻：金属和陶瓷的一元相图与二元相图176
6.6材料中的热力学栿：显微组织形貌及其对材料性能的影响181
本章小结188
思考题与习题188
扩展阅读材料11：橡胶的熵致弹性189
扩展阅读材料12：相变效应与“锡疫暠191
第7章固体材料动力学过程：激活与扩散及相关材料行为193
7.1材料状态的改变、过程与激活能193
7.2玻尔兹曼分布与阿伦尼乌斯定律及其应用196
7.3金属材料中的原子扩散过程199
7.4离子晶体、共价晶体和聚合物中的扩散204
7.5材料中的动力学栺：扩散有关的几个材料行为206
7.6材料中的动力学栻：材料的相变与相变动力学特征210
7.7材料中的动力学栿：高聚物的结晶219
本章小结222
思考题与习题222
扩展阅读材料13：软物质材料222
扩展阅读材料14：材料中的耗散结构225
第8章工程材料强化与韧化的主要途径229
8.1晶体中的位错与材料强度229
8.2金属材料强化的基本途径234
8.3金属材料的断裂与韧化途径242
8.4陶瓷材料的强韧化251
8.5高分子材料的强韧化254
8.6材料表面强化及表面改性处理技术258
本章小结263
思考题与习题263
扩展阅读材料15：芳纶纤维264
扩展阅读材料16：ZrO2陶瓷的相变增韧266
第9章工程材料的制备268
9.1金属冶炼概述268
9.2钢铁的冶炼270
9.3有色金属冶炼和粉末冶金介绍278
9.4高聚物材料的制备280
9.5陶瓷材料的制备283
9.6复合材料的制备287
9.7现代特殊材料的制备简介291
本章小结296
思考题与习题297
扩展阅读材料17：碳纤维及其制备297
扩展阅读材料18：特别条件下的材料制备299
主要参考文献302