本书以宏观的视角介绍了材料科学与工程学科的简要发展历史、学科内涵与研究要素之间的内在关系、材料科学研究与技术开发过程的思路和方法等。全书共9章，主要内容包括：材料科学发展史、材料的共性规律与共同效应、材料研究基本方法、材料结构设计与系统分析、材料使用与环境评价方法、材料（计算）设计与方法、材料研究的模型化与模拟、材料失效分析方法、材料经济学。
本书可作为材料类专业本科基础课程的教材或材料类研究生教学参考书，也可供从事材料科学与工程相关工作的人员参考。

第1章 材料科学发展史
1.1 物质与材料
1.1.1 自然界中的元素和物质
1.1.2 材料的作用与分类
1.2 材料发展史
1.2.1 材料古代发展史
1.2.2 材料近代发展史
1.3 当代材料发展和展望
1.3.1 材料发展的历程和趋势
1.3.2 多种材料共存
1.4 材料科学与工程的形成
1.4.1 材料学科的细分到综合
1.4.2 材料学科的交叉和渗透
1.4.3 材料科学与工程学科的形成与内涵
1.4.4 材料科学与工程学科的地位和特点
第2章 材料的共性规律与共同效应
2.1 材料的共性规律
2.1.1 晶体结构规律
2.1.2 材料缺陷与断裂强度
2.1.3 材料的相变原理
2.1.4 材料的形变与断裂规律
2.1.5 材料的强韧化原理
2.2 材料的共同效应
2.2.1 材料的界面效应
2.2.2 材料的表面效应
2.2.3 材料的复合效应
2.2.4 材料的形状记忆效应
2.2.5 材料的动态效应
2.2.6 材料的环境效应
2.2.7 材料的纳米效应
第3章 材料研究基本方法
3.1 科学技术研究的类型与选题
3.1.1 科学技术研究的基本类型
3.1.2 科学研究选题与创新
3.2 科学研究共性方法
3.2.1 归纳与演绎法
3.2.2 分析与综合法
3.2.3 类比与移植法
3.2.4 数学与模型法
3.2.5 系统与优化法
3.2.6 假说与理论法
3.2.7 原型启发与仿生法
3.3 材料科学与工程核心方法论
3.3.1 以新材料开发为例
3.3.2 以失效分析为例
3.3.3 以选材和工艺制定为例
第4章 材料结构设计与系统分析
4.1 材料结构与性能的基本特性
4.1.1 材料结构的基本特性
4.1.2 材料性能的基本特性
4.2 结构稳定性与设计
4.2.1 材料结构的稳定性
4.2.2 材料结构的测定与表征
4.2.3 材料结构的设计与控制
4.3 结构与性能的系统分析
4.3.1 黑箱法
4.3.2 相关法
4.3.3 过程法
4.3.4 环境法
4.4 材料结构的自组织与仿生
4.4.1 材料的耗散结构
4.4.2 材料结构的自组织现象
4.4.3 智能结构与属性评定
4.4.4 材料结构的仿生
4.5 材料过程能量分析法
4.5.1 材料过程的基本原理
4.5.2 材料过程的能量分析方法
第5章 材料使用与环境评价方法
5.1 材料与环境、资源的关系
5.1.1 材料生产对环境和资源的影响
5.1.2 生态材料与能源材料
5.2 材料环境协调性评价与设计
5.2.1 材料环境协调性评价
5.2.2 材料环境协调性设计
5.3 材料环境适应性评估
5.3.1 材料工况环境适应性评估
5.3.2 材料自然环境适应性评估
第6章 材料（计算）设计与方法
6.1 材料（计算）设计概述
6.1.1 材料设计发展的历史
6.1.2 材料设计范围与层次
6.1.3 材料设计的任务
6.2 材料设计的主要途径与方法
6.2.1 从相图角度进行设计
6.2.2 从数量冶金学角度进行设计
6.2.3 基于量子理论的设计
6.2.4 基于物理、数值模拟的设计
6.2.5 多尺度材料模型与计算设计
6.2.6 材料（计算）设计的主要技术
6.3 数学方法在计算设计中的应用
6.3.1 有限元法
6.3.2 遗传算法
6.3.3 分形理论
6.3.4 其他方法
6.4 材料计算设计实例
6.4.1 复合材料计算设计
6.4.2 超硬材料计算设计
6.4.3 工程应用层次的材料计算设计
第7章 材料研究的模型化与模拟
7.1 材料研究的模型化
7.1.1 模型化的基本概念
7.1.2 数值模型化与模拟
7.1.3 模型的基本范畴与分类
7.1.4 模型化的基本思路
7.2 材料研究的物理模拟
7.2.1 物理模拟基本概念
7.2.2 金属塑性加工物理模拟
7.2.3 薄板冲压工艺模拟技术
7.2.4 塑料注射成型过程模拟仿真
7.3 材料研究的数值模拟
7.3.1 铸造工艺过程的数值模拟
7.3.2 计算机数值模拟应用的实例
第8章 材料失效分析方法
8.1 材料失效分析基本概念
8.1.1 失效分析的意义
8.1.2 失效分析和失效学
8.1.3 机械失效形式和产生的原因
8.1.4 材料的失效形式
8.2 失效分析的基本思路
8.2.1 以失效抗力为主线的分析思路
8.2.2 失效树分析法
8.2.3 特性因素图分析法
8.3 失效分析的基本方法
8.3.1 化学成分分析
8.3.2 力学性能的测试及分析
8.3.3 显微组织分析
8.3.4 应力分析
8.3.5 无损检测技术
8.3.6 断口分析
8.3.7 裂纹分析
8.3.8 腐蚀、磨损和环境分析
8.4 失效分析的基本程序和实施步骤
第9章 材料经济学
9.1 概念
9.2 材料的循环
9.2.1 生态材料
9.2.2 再生材料
9.2.3 绿色材料技术
9.3 材料的选用与竞争