材料科学与工程专业(第四版)英语翻译(1,2,3,5,6,7单元)

材料科学与工程专业(第四版)英语翻译(1,2,3,5,6,7单元) United 1 材料科学与工程 材料在我们的文化中比我们认识到的还要根深蒂固。如交通、房子、衣物，通讯、娱乐和食 物的生产，实际上，我们日常生活中的每一部分都或多或少地受到材料的影响。历史上社会 的发展、先进与那些能满足社会需要的材料的生产及操作能力密切相关。实际上，早期的文 明就以材料的发展程度来命名，如石器时代，铜器时代。 早期人们能得到的只有一些很有限的天然材料，如石头、木材、粘土等。渐渐地，他们通过 技术来生产优于自然材料的新材料，这些新材料包括陶器和金属。进一步地，人们发现材料 的性质可以通过加热或加入其他物质来改变。在这点上，材料的应用完全是一个选择的过程。 也就是说，在一系列非常有限的材料中，根据材料的优点选择一种最适合某种应用的材料。 直到最近，科学家才终于了解材料的结构要素与其特性之间的关系。这个大约是过去的 60 年中获得的认识使得材料的性质研究成为时髦。因此，成千上万的材料通过其特殊的性质得 以发展来满足我们现代及复杂的社会需要。 很多使我们生活舒适的技术的发展与适宜材料的获得密切相关。一种材料的先进程度通常是 一种技术进步的先兆。比如，没有便宜的钢制品或其他替代品就没有汽车。在现代，复杂的 电子器件取决于所谓的半导体零件. 材料科学与工程 有时把材料科学与工程细分成材料科学和材料工程学科是有用的。严格地说，材料科学涉及 材料到研究材料的结构和性质的关系。相反，材料工程是根据材料的结构和性质的关系来设 计或操纵材料的结构以求制造出一系列可预定的性质。从功能方面来说，材料科学家的作用 是发展或合成新的材料，而材料工程师是利用已有的材料创造新的产品或体系，和/或发展 材料加工新技术。多数材料专业的本科毕业生被同时训练成材料科学家和材料工程师。 “structure”一词是个模糊的术语值得解释。简单地说，材料的结构通常与其内在成分的排 列有关。原子内的结构包括介于单个原子间的电子和原子核的相互作用。在原子水平上，结 构包括原子或分子与其他相关的原子或分子的组织。在更大的结构领域上，其包括大的原子 团，这些原子团通常聚集在一起，称为“微观”结构，意思是可以使用某种显微镜直接观察 得到的结构。最后，结构单元可以通过肉眼看到的称为宏观结构。 “Property” 一词的概念值得详细阐述。在使用中，所有材料对外部的刺激都表现出某种反 应。比如，材料受到力作用会引起形变，或者抛光金属表面会反射光。材料的特征取决于其 对外部刺激的反应程度。通常，材料的性质与其形状及大小无关。 实际上，所有固体材料的重要性质可以概括分为六类：机械、电学、热学、磁学、光学和腐 蚀性。对于每一种性质，其都有一种对特定刺激引起反应的能 力。如机械性能与施加压力引 起的形变有关，包括弹性和强度。对于电性能，如电导性和介电系数，特定的刺激物是电场。 固体的热学行为则可用热容和热导率来表示。磁学性质表示一种材料对施加的电场的感应能 力。对于光学性质，刺激物是电磁或光照。用折射和反射来表示光学性质。最后，腐蚀性质 表示材料的化学反应能力。 除了结构和性质，材料科学和工程还有其他两个重要的组成部分，即加工和性能。如果考虑 这四个要素的关系，材料的结构取决于其如何加工。另外，材料的性能是其性质的功能。因 此，材料的加工、结构、性质和功能的关系可以用以下线性关系来表示： 加工结构性质性能。为什么研究材料科学与工程？ 为什么研究材料科学与工程？许多应用科学家或工程师，不管他们是机械的、民事的、化学 的或电子的领域的，都将在某个时候面临材料的问题。如用具的运输、建筑的超级结构、 油的精炼成分、或集成电路芯片。当然，材料科学家和工程师是从事材料研究和设计的专家。 很多时候，材料的问题就是从上千个材料中选择出一个合适的材料。对材料的最终选择有几 个原则。首先，现场工作条件必须进行表征。只有在少数情况下材料在具有最优或理想的综 合性质。因此，有必要对材料的性质进行平衡。典型的例子是当考虑材料的强度和延展性时， 而通常材料具有高强度但却具有低的延展性。这时对这两种性质进行折虑很有必要。 其次，选择的原则是要考虑材料的性质在使用中的磨损问题。如材料的机械性能在高温或腐 蚀环境中会下降。 最后，也许是最重要的原则是经济问题。最终产品的成本是多少？一种材料的可以有多种理 想的优越性质，但不能太昂贵。这里对材料的价格进行折中选择也是可以的。产品的成本还 包括组装中的费用。 工程师与科学家越熟悉材料的各种性质、结构、功能之间的关系以及材料的加工技术，根据 以上的几个原则，他或她对材料的明智选择将越来越熟练和精确。 Unit 2 Classification of Materials 译文：固体材料被便利的分为三个基本的类型：金属，陶瓷和聚合物。这个分类是首先基于化学组成和原子结构来分的，大多数材料落在明显的一个类别里面，尽管有许多中间品。除此之外， 有三类其他重要的工程材料复合材料，半导体材料和生物材料。 译文：复合材料由两种或者两种以上不同的材料组成，然而半导体由于它们非同寻常的电学性质而得到使用；生物材料被移植进入人类的身体中。关于材料类型和他们特殊的特征的一个简单的解释将在后面给出。 被约束于。be attribute to 归属于。归因于。 译文：金属材料通常由金属元素组成。它们有大量无规则运动的电子。也就是说，这些电子不是被约束于某个特定的原子。金属的许多性质直接归属这些不规则运动的电子。 科技英语在讲述科学真理的时候通常用主动语态。如： Metals are extremely good conductors of electricity Deformable ？ 译文：金属是十分好的电和热的导体，它们对可见光不透明；一个抛光的金属表面有光辉的外表。除此之外，金属是十分硬的，也是可变 形的，这个性质解释了它们广泛使用在结构方面的应用。 that引导的定语从句 译文：陶瓷是介于金属和非金属元素之间的化合物；它们通常是氧化物，氮化物和碳化物。落在这个分类种类中的宽的材料范围包括陶瓷，它们由粘土矿物，水泥和玻璃组成。 译文：这些材料是典型的电和热的绝缘体，并且它们比金属和聚合物更加耐高温和耐苛刻的环境。至于机械性能，陶瓷是硬的但是却很脆。 译文：聚合物包括常见的塑料和橡胶材料。它们中的大多数是有机化合物，这些化合物是以化学的方法把碳、氢和其他非金属元素组合而成。因此，它们有非常大的分子结构。这些材料通常有低的密度并且可能十分柔软。 译文：许多复合材料被作用工程使用，它们由至少一种类型的材料组成。玻璃丝是一个熟悉的例子，玻璃纤维被埋入聚合物材料中。 译文：为了联合显示每一种组分材料最好的特性，一种复合材料被设计出来。玻璃丝从玻璃中获得强度并且从聚合物中获得柔软性。最近发展中的绝大多数材料包含了复合材料。 be sensitive to 对?敏感的 译文：半导体有电的性质，它们是介于电导体和绝缘体之间的中间物。除此之外，这些材料的电学性质对微量杂质原子的存在十分敏感，杂质原子浓度可能只是在一个十分小的区域内 可以控制。 译文：这些半导体使得集成电路的出现变得可能，在过去20多年间，这些集成电路革新了电子装置和计算机工业（更不用说我们的生活）。 译文：生物材料被应用于移植进入人类身体以取代病变的或者损坏的身体部件。这些材料不能产生有毒物质而且必须同人身体器官要相容（比如，不能导致相反的生物反应）。 译文：所有以上材料金属，陶瓷，聚合物，复合材料和半导体材料可能用作生物材料。比如，如CF/C和CF/PS（聚砜）这些生物材料被用作人工肾的取代物。 译文：用在高科技中的材料有时被称作先进材料。借助于高科技，我们预定一个装置或者产品，这些产品用相对复杂和熟练的原理运转或者起作用；这些例子包括电子设备（ VCRs, CD 播放器），计算机，光纤系统，宇宙飞船，航天飞机和军事火箭。 译文：这些高级材料或是典型的传统材料，它们的性质被提高，最近开发出来的，高性能材料。除此之外，它们可能是所有材料类型（比如，金属、陶瓷和聚合物），通常相对较贵。 译文： 在下面的章节将讨论众多先进材料的性质和应用比如被用作激光，集成电路，磁信息存储，液晶显示器，光纤和空间舱轨道的热保护系统的材料。 译文：在过去几年内，不论材料科学与工程的规律取得了巨大的进步，仍然有一些技术挑战，包括开发更加熟练的专业化的材料，并且考虑材料生产对环境导致的影响。针对这个问题，一些评论是十分相关的。 译文：核能还保持着一些承诺，但是解决许多仍然存在的问题，将有必要把材料包括在里，从燃料到保护结构以便方便处置这些放射性废料。 译文：相当数量的能源用在交通上。减少交通工具（汽车，飞机，火车等）的重量，和提高引擎操作温度，将提高燃料的使用效率。新的 高强，低密度结构材料仍在发展，用作引擎部位能耐高温材料也在发展中。 译文：除此之外，寻找新的、经济的能源资源，并且更加有效的使用目前现存的资源是公认为必须的。材料将毫无疑问的在这些发展过程中扮演重要的角色。 译文：除此之外，寻找新的、经济的能源资源，并且更加有效的使用目前现存的资源是公认为必须的。材料将毫无疑问的在这些发展过程中扮演重要的角色。 译文：除此之外，环境质量取决于我们控制大气和水污染的能力。污染控制技术使用了各种材料。再者，材料加工和精制的方法需要改善以便它们产生很少的环境退化，也就是说，在生材料加工过程中，带来更少的污染和更少的对自然环境的破坏。 译文：也，在一些材料生产过程中，有毒物质产生了，并且它们的处置对生态产生的影响必须加以考虑。我们使用的许多材料不可再生的资源，不可再生也就是说不能再次生成的。这些材料包括聚合物，最初的原生材料是油和一些金属。这些不可再生的资源逐渐变得枯竭 译文：下面是必须的：1）发现另外的储藏，2）开发拥有较少负环境影响的新材料，3)增加循环的努力并且开发新的循环技术。 译文：结果，不仅是生产，而且环境影响和生态因子，和材料整个生产过程紧密相关的材料“一生”的生命周期的考虑变得越来越重要。 Unit3 Atomic Structure of Materials 1 众所周知 所有的物质都是由原子组成的。在下面周期表中我们可以知道仅仅大约有 100成千上万的物种均是由一百多种原子组成的。金属与陶瓷有不同表现行为，陶瓷又与聚合物有所差异。物质的性能取决于组成他们的原子类型以及原子的结合方式。材料的结构可以根据我们所认为的各种特性的的数量级来分类，三种最常见的主要结构上的分类通常按尺寸的增大列出它们是，原子的结构是指不可见的结构例如原子间的结合方式以及原子的排布。微观结构是指不能同肉眼观察到而能用显微镜观察到的结构。宏观结构是指可以用肉眼直接观察到的结构。 2 2 原子结构主要影响物质的化学性质、物理性质、耐热性、电性、磁性、光学性质。微观结构和宏观结构也能影响这些性质但它们通常在力学性质和化学反应速率方面的影响更大。材料的性能为材料的结构提供了一定的线索。金属的具有的强度就说明构成他的原子是通过很强的成健能力结合在一起的.然而由于金属经常成型，这些结合力必须允许原子运动。为了了解材料的结构，我们必须知道原子所呈现的类型，原子是如何排布的、如何结合的。 3 3 从基础化学我们知道任何元素的原子结构都是有被电子围绕的带正电的原子核组成。一个元素的原子数目显示了原子核中带正电的质子数。为了确定在一个原子里有多少中子，只需要把原子的数目从原子的重量中减去。 4 4 原子具有平衡的电荷。因此，通常有和质子数目相同的带负电荷的电子围绕在原子核周围。我们都知道电子以不同的能量存在，那些围绕在原子核周围的电子可以方便的认为是一个能源层。例如。镁原子序数是12 8个电子，最外层有两个电子。 所有的化学键都包含电子。如果原子共用一个或多个电子时他们会保持很紧密。当原子没有部分填充的电子层时，它们会处于最稳定的状态。 如果一个原子在电子层上仅有几个电子那现了。 Unit10 Introduction to Ceramic Materials The word ceramic is derived from the Greek keramos, which means potters clay or pottery. Its origin is a Sanskrit term meaning to burn. So the early Greeks used keramous when describing products obtained by heating clay-containing materials. The term has long included all products made from fired clay, for example, bricks, fireclay refractories, sanitaryware, and tableware. “陶瓷”这个词是希腊keramos，这意味着“陶土”或“陶”。它 _是梵文术语，意思是“燃烧”。因此，早期的希腊人用“keramous”描述加热含粘土的物料获得的产品。这个词早已包括所有陶土制成的产品，例如，砖，粘土质耐火材料，卫生洁具，餐具。In 1822, refractory silica were first made. Although they contained no clay, the traditional ceramic process of shaping, drying, and firing was used to make them. So the term ceramic, while retaining its original sense of a product made from clay, began to include other products made by the same manufacturing process. The field of ceramics (broader than the materials themselves) can be defined as the art and science of making and using solid articles that contain as their essential ponent a ceramic. This definition covers the purification of raw materials, the study and production of the chemical pounds concerned, their formation into ponents, and the study of structure, position, and properties. 1822年，耐火材料二氧化硅被首次提出。虽然他们中没有粘土，传统陶瓷的塑造过程，干燥和烧成使用，使它们。所以说，“陶瓷”，同时保留其原来意义上的粘土制成的产品，开始 向包括由同一制造工艺制成的其他产品。陶瓷比材料本身更广泛的领域可以被定义为制作和使用含有固体的文章作为自己的重要组成部分陶瓷艺术和科学。这个定义涵盖了原料的净化，研究和生产有关的化学成分，他们到组件的形成，结构，组成和性质的研究。 Ceramics are usually associated with mixed bonding-a bination of covalent, ionic, and sometimes metallic. They consist of arrays of interconnected atoms; there are no discrete molecules. This characteristic distinguishes ceramics from molecular solids such as iodine crystals (posed of discrete I2 molecules) and paraffin wax (posed of long-chain alkane molecules). It also excludes ice, which is posed of discrete H20 molecules and often behaves just like many ceramics. The majority of ceramics are pounds of metals or metalloids and nonmetals. Most frequently they are oxides, nitrides, and carbides. 陶瓷通常与“混合”接合的共价键，离子，有时金属结合。他们组成的相互联系的原子阵列;没有离散的分子。这一特点区分，如碘晶体（离散碘分子组成）和石蜡（长链烷烃分子组成）分子固体的陶瓷。它也排除了冰，这是由离散的水分子，往往表现就像许多陶瓷。大多数陶瓷，金属或非金属化合物和非金属。他们最常见的氧化物，氮化物和碳化物。 However, diamond and graphite are also classified as ceramics. These forms of carbon are inorganic in the most basic meaning of the term: they were not prepared from the living organism. 然而，金刚石和石墨也被归类为陶瓷。这些形式的碳是无机一词的最基本的含义：他们不准备从活的有机体。 General Properties一般属性 Ceramics generally have specific properties associated with them. We will look at some properties and see how closely they match our expectations of what constitutes a ceramic. 陶瓷一般都与他们相关的特定属性。我们将看看一些属性，看看他们如何紧密匹配何谓陶瓷我们的期望。 Brittleness脆性This probably es from personal experiences such as dropping a glass beaker or a dinner_ plate. The reason that the majority of ceramics are brittle is the mixed ionic-covalent bonding that holds the constituent atoms together. At high temperatures (above the glass transition temperature), glass no longer behaves in a brittle manner; it behaves as a viscous liquid. That is why it is easy to form glass into intricate shapes. Sowhat we can say is that most ceramics are brittle at room temperature but not necessarily at elevated temperatures. 这可能于个人的经验，如删除一个玻璃烧杯或餐盘。大多数陶瓷是易碎的原因是共同持有的组成原子的混合离子共价键。在高温（玻璃化转变温度以上），玻璃不再表现脆性的方式，它作为一种粘性液体的行为。这就是为什么它很容易形成复杂形状的玻璃。因此，我们可以说是大多数陶瓷在室温下很脆，但在高温下不一定。 Poor electrical and thermal conduction恶劣的电气和热传导The valence electrons are tied up in bonds, and are not free as they are in metals. In metals it is the free electrons-the electron gas-that determines many of their electrical and thermal properties. Diamond, which is classified as a ceramic, has the highest thermal conductivity of any known material. The conduction mechanism is due to Phonons, not electrons. Ceramics can also have high electrical conductivity,(1)the oxide ceramic, ReO3, has an electrical conductivity at room temperature similar to that of Cu; (2) the mixed oxide YBa2Cu3O7 is an HTSC; it has zero resistivity below 92K. 价电子被捆绑起来的债券，是不是的，因为他们在金属。在金属，它是自由电子的电子气，决定其电气和热性能。钻石，这是作为陶瓷的分类，有任何已知的材料的 Homework 1 1.1 What are materials? List eight monly encountered engineering materials. Answer1.1: Materials are substances of which something is posed or made. Steels, aluminum alloys, concrete, wood, glass, plastics, ceramics and electronic materials. 1.2 What are the main classes of engineering materials? Answer1.2: Metallic, polymeric, ceramic, posite, and electronic materials are the five main classes. 1.3 What are some of the important properties of each of the five main classes of engineering materials? Answer1.3: Metallic Materials ? many are relatively strong and ductile at room temperature ? some have good strength at high temperature ? most have relatively high electrical and thermal conductivities Polymeric Materials ? generally are poor electrical and thermal conductors ? most have low to medium strengths ? most have low densities ? most are relatively easy to process into final shape ? some are transparent Ceramic Materials ? generally have high hardness and are mechanically brittle ? some have useful high temperature strength ? most have poor electrical and thermal conductivities Composite Materials ? have a wide range of strength from low to very high ? some have very high strength-to-weight ratios (e.g. carbon-fiber epoxy materials) ? some have medium strength and are able to be cast or formed into a variety of sha (e.g. fiberglass-polyester materials) ? some have useable strengths at very low cost (e.g. wood and concrete) Electronic Materials ? able to detect, amplify and transmit electrical signals in a plex manner ? are light weight, pact and energy efficient 1.8 What are nanomaterials? What are some proposed advantages of using nanomaterials over their conventional counterparts? Answer1.8: Are defined as materials with a characteristic length scale smaller than 100 nm. The length scale could be particle diameter, grain size in a material, layer thickness in a sensor, etc. These materials have properties different than that at bulk scale or at the molecular scale. These materials have often enhanced properties and characteristics because of their nano-features in parison to their micro-featured counterparts. The structural, chemical, electronic, and thermal properties (among other characteristics) are often enhanced at the nano-scale. Homework 2 Chapter 3, Problem 4 What are the three most mon metal crystal structures? List five metals that have each of these crystal structures. Chapter 3, Solution 4 The three most mon crystal structures found in metals are: body-centered cubic (BCC), face-centered cubic (FCC), and hexagonal close-packed (HCP). Examples of metals having these structures include the following. BCC: ?iron,vanadium, tungsten, niobium, and chromium. FCC: copper, aluminum, lead, nickel, and silver. HCP: magnesium, Chapter 3, Problem 5 For a BCC unit cell, (a) how many atoms are there inside the unit cell, (b) what is the coordination number for the atoms, (c) what is the relationship between the length of the side a of the BCC unit cell and the radius of its atoms, and (d) APF = 0.68 or 68% Chapter 3, Solution 5 (a) A BCC crystal structure has two atoms in each unit cell. (b) A BCC crystal structure has a coordination number of eight. (c) In a BCC unit cell, one plete atom and two atom eighths touch each other along the cube diagonal. This geometry translates into the relationship Chapter 3, Problem 6 For an FCC unit cell, (a) how many atoms are there inside the unit cell, (b) What is the coordination number for the atoms, (c) ?titanium,zinc, beryllium, and cadmium. ?4R. a? 4R2 , and (d) what is the atomic packing factor? Chapter 3, Solution 6 (a) Each unit cell of the FCC crystal structure contains four atoms. (b) The FCC crystal structure has a coordination number of twelve. (d) By definition, the atomic packing factor is given as: Atomic packing factor? volume of atoms in FCC unit cell volume of the FCC unit cell These volumes, associated with the four-atom FCC unit cell, are ?4?16 Vatoms?4?R3?R3 ?3?3 and Vunit cell ?a3 , where a represents the lattice constant. Substituting a? Vunit cell 3 ?a? 3 The atomic packing factor then bees, ?16?R3?APF (FCC unit cell)?=0.74 ?3?32R? Chapter 3, Problem 7 For an HCP unit cell (consider the primitive cell), (a) how many atoms are there inside the unit cell, (b) What is the coordination number for the atoms, (c) what is the atomic packing factor, (d) what is the ideal c/a ratio for HCP metals, and (e) repeat a through c considering the “larger” cell. Chapter 3, Solution 7 The primitive cell has (a) two atoms/unit cell; (b) The coordination number associated with the HCP crystal structure is twelve. (c)the APF is 0.74 or 74%; (d) The ideal c/a ratio for HCP metals is 1.633; (e) all answers remain the same except for (a) where the new answer is 6. Homework 3 Chapter 3, Problem 25 Lithium at 20?C is BCC and has a lattice constant of 0.35092 nm. Calculate a value for the atomic radius of a lithium atom in nanometers. Chapter 3, Solution 25 For the lithium BCC structure, which has a lattice constant of a = 0.35092 nm, the atomic radius is, R? ?0.152 nm Palladium is FCC and has an atomic radius of 0.137 nm. Calculate a value for its lattice constant a in nanometers. Chapter 3, Solution 27 Letting a represent the FCC unit cell edge length and R the palladium atomic radius, ?4Rora? ?0.387 nm Chapter 3, Problem 31 Draw the following directions in a BCC unit cell and list the position coordinates of the atoms whose centers are intersected by the direction vector: (a) 100 (b) 110 (c) 111 Chapter 3, Solution 31 z y x (1, 0, 0) Chapter 3, Solution 32 y x (a) (b) x = +1 y = -1 z = -1 x = +1 y = -1 z = 0 111 (c) x = -? y = 1 110 (d) x = ? y = ? a?, b?, c?332. What are the Miller indices A cubic plane has the following axial intercepts: of this plane? Chapter 3, Solution 46 1 ?3,xGiven the axial intercepts of (?, -?, ?), the reciprocal intercepts are: Multiplying by 2 to clear the fraction, the Miller indices are (634). Chapter 3, Problem 50 13 ?,y2 1 ?2.z Determine the Miller indices of the cubic crystal plane that intersects the following position coordinates: Chapter 3, Solution 50 First locate the three position coordinates as shown. Next, connect points a and b and extend the line to point d. Complete the plane by connecting point d to c and point c to b. Using (1, 0, 1) as the plane origin, x = -1, y = 1 and z = 1. The intercept reciprocals are thus (2, 0, 2); (0,0,1); (1,1,1). 111 ?1,?1,?1.xyz The Miller indices are(111) . (?, 0, ? ) a 材料科学与工程基础 第1章、导言 学习重点： 仔细学过这一章后，你应当掌握以下内容： 1列出材料应用所涉及到的6种不同性质。 2描述材料在设计、生产和应用中涉及的四要素，叙述它们之间的关系。 3描述材料选择过程的三条重要标准。 4（a）列出固体材料的三种主要分类，描述这三种材料各自的化学特征。 （b）记住另外三种形式的材料，以及每种的特征。 1.1 _回顾与展望 超乎一般人的认识，材料可能是对人类文明影响最根深蒂固的一类物质。交通运输，住房，穿衣，通讯，娱乐和食品生产，实质上、我们日常生活中的每一部分都在一定程度会受到这种或那种材料的影响。历史上，社会的进步和发展都与人类生产和掌握某种材料满足自己的需要密切相关。事实上，早先的文明曾按照人类开发某种材料的能力来划分时代（例如石器时代，青铜器时代等等）。 最早的人类所遇到的材料极为有限，通常是天然的土生土长的一些东西，如石头，木材，粘土，兽皮等等。随着时代的发展，人类发现了生产材料的技术，这些人造的材料性能上优于天然材料，这类新材料包括陶瓷和各种金属。后来人们发现通过热处理和加入其它物质可以改变这些材料的性能。从某种意义上说，材料的应用总是伴随着一种筛选过程，也就是说，从有限的材料中筛选出其特性最适