Metal Matrix Composites pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer Verlag

作者:Chawla, Nikhilesh/ Chawla, Krishan Kumar

出品人:

页数:414

译者:

出版时间:2005-9

价格:$ 202.27

装帧:HRD

isbn号码:9780387233062

丛书系列:

图书标签:

金属基复合材料
复合材料
材料科学
材料工程
金属材料
力学性能
制备工艺
应用
增强体
航空航天

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具体描述

In the last few years, a significant increase in applications of MMCs has taken place, particularly in the areas of automotive, aerospace, electronics, and recreation. These include continuous fiber reinforced MMCs for cables in power transmission, high temperature superconducting wires, particulate MMCs in civilian aircraft and automotive applications, and high volume fraction, high thermal conductivity substrates for electronic packaging. Nevertheless, as with any novel material systems, there is a lack of fundamental understanding on the part of practicing engineers and designers. This book would seek to address these issues, in a thorough and cohesive manner, as well as to provide students and scientists with a basic understanding of MMCs. This book will emphasize the synergistic relationships among processing, structure, and properties of metal matrix composites.

《先进陶瓷材料的微观结构与性能调控》内容简介本书深入探讨了先进陶瓷材料领域的前沿研究，重点聚焦于材料的微观结构特征、本征性能的精确表征及其在复杂服役条件下的性能演化规律。全书以严谨的材料科学理论为基础，结合最新的实验技术与计算模拟方法，旨在为陶瓷材料的设计、制备与应用提供系统的理论指导和实践参考。第一章：先进陶瓷材料的分类与基础理论本章首先对当前主流的先进陶瓷材料进行系统性分类，涵盖结构陶瓷、功能陶瓷以及特种陶瓷等主要类别。详细阐述了陶瓷材料的晶体结构、化学键合特性及其对宏观性能的根本影响。重点剖析了陶瓷材料的晶格缺陷理论，包括点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）的形成机制、迁移动力学及其在扩散、蠕变和断裂过程中的作用。引入了陶瓷材料的弹性、塑性和粘性变形的本构关系，为后续性能分析奠定理论基础。第二章：陶瓷材料的粉体制备与烧结过程高质量陶瓷制品的性能高度依赖于起始粉体的粒度分布、形貌和纯度。本章详尽介绍了先进粉体制备技术，包括高能球磨法、溶胶-凝胶法、共沉淀法以及气相合成法等。对不同制备方法产生的粉体特性进行了深入对比分析。随后，本章聚焦于陶瓷的致密化过程——烧结。系统阐述了固相烧结、液相烧结以及反应烧结的机理。通过热力学分析，揭示了驱动烧结的能量来源和烧结过程中晶粒的生长、孔隙的演化。重点讨论了低温烧结技术（如放电等离子烧结, SPS）在保持精细晶粒结构和提高烧结效率方面的优势与挑战。对烧结气氛、升温速率和保压时间等工艺参数如何影响最终的微观结构（如气孔率、晶粒尺寸和晶界相）进行了量化分析。第三章：微观结构表征技术精确的微观结构信息是理解和调控陶瓷性能的关键。本章全面介绍了用于陶瓷材料结构分析的主流技术。 1. 电子显微学（SEM/TEM）：详细讲解了扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）在观察陶瓷表面形貌、晶粒尺寸、孔隙分布以及位错结构等方面的应用。重点介绍了高分辨透射电镜（HRTEM）在分析晶界结构、界面相和原子尺度的缺陷重构方面的能力。 2. X射线衍射（XRD）：阐述了粉末和块体材料的相鉴定、晶格常数测定、残余应力分析以及晶粒尺寸（Scherrer方程）的精确计算方法。 3. 光谱分析（EDS/EELS）：讨论了能量色散X射线谱（EDS）和电子能量损失谱（EELS）如何实现对微区元素分布和化学价态的定性与定量分析，特别是在研究晶界杂质偏析和界面化学键合方面的应用。 4. 原子力显微镜（AFM）与拉曼光谱：介绍了AFM在表面粗糙度、形貌分析中的作用，以及拉曼光谱在识别材料内部应力状态和化学键振动模式上的独特优势。第四章：结构陶瓷的力学性能与断裂行为本章深入研究了以高强度、高韧性为目标的结构陶瓷的力学响应。 1. 硬度与抗压/抗拉强度：分析了维氏硬度、努氏硬度测试方法，并探讨了陶瓷材料在单轴和多轴应力下的强度极限。 2. 增韧机制：详尽阐述了陶瓷增韧的四大基本机制：晶粒细化强化、第二相钉扎强化、裂纹偏转/桥接强化以及相变增韧（以氧化锆为例）。通过引入有效应力强度因子和裂纹偏转角等参数，量化评估不同增韧措施对断裂韧性（$K_{IC}$）的提升效果。 3. 断裂模式与损伤容限：区分了脆性断裂、准脆性断裂和延性断裂。系统分析了室温及高温下的疲劳裂纹扩展行为，包括疲劳门槛应力强度因子、疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子范围的关系。重点讨论了陶瓷材料的断裂表面分析（如致密区和分支区）对理解断裂路径的指导意义。 4. 蠕变与高温力学：探讨了在高温下陶瓷材料的稳态和瞬态蠕变行为，分析了晶界扩散蠕变（Coble蠕变）和晶格扩散蠕变（Nabarro-Herring蠕变）的控制因素，并介绍了高温断裂韧性的测试与预测方法。第五章：功能陶瓷的电、热与磁性能本章聚焦于具有特定电、热、磁学功能特性的先进陶瓷。 1. 介电与铁电陶瓷：阐述了陶瓷材料的电场响应机制，包括极化率、介电常数和介质损耗。详细分析了铁电畴的形成、畴壁运动及其在非线性光学器件中的应用。讨论了高温对介电性能的影响以及弛豫铁电体的特性。 2. 压电与热释电效应：深入探讨了压电效应（应力-电荷转换）和逆压电效应（电场-应变转换）的本构方程。介绍了铌酸铋钠（BNT）等无铅压电材料的研究进展。 3. 热电材料：重点分析了塞贝克系数、电导率和热导率这三个关键参数如何共同决定材料的优值因数（ZT）。讨论了通过纳米结构设计（如声子散射增强）来降低晶格热导率的策略。 4. 导电与半导体陶瓷：分类研究了离子导体（如氧化钇稳定氧化锆，YSZ）和电子导体陶瓷，并阐述了其在固体氧化物燃料电池（SOFC）和氧传感器中的应用基础。第六章：陶瓷材料的表面工程与涂层技术陶瓷基体与功能涂层之间的界面行为是决定器件可靠性的核心。本章探讨了改善陶瓷表面性能的先进技术。 1. 表面改性技术：介绍了通过离子注入、表面氧化/还原、化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）等方法对陶瓷表面进行化学成分和应力状态的调控。 2. 热障涂层（TBCs）：详细分析了用于航空发动机叶片保护的先进TBC体系（如钙镁硅酸盐、氧化钇稳定氧化锆）。重点讨论了涂层与基体之间的热膨胀失配、界面粘结强度以及在热循环下的剥落机理。 3. 耐磨与生物相容性涂层：讨论了超硬涂层（如TiN, AlTiN）在提高陶瓷部件耐磨性方面的应用。对于生物医用陶瓷，阐述了羟基磷灰石等生物活性涂层在促进骨结合方面的作用机制。第七章：计算模拟在陶瓷研究中的应用本章介绍了现代计算工具在预测和解释陶瓷材料行为中的关键作用。 1. 第一性原理计算（DFT）：阐述了基于密度泛函理论（DFT）计算陶瓷材料的电子结构、形成能、缺陷激活能以及弹性常数的方法。 2. 分子动力学模拟（MD）：讨论了如何利用MD模拟高温下的原子运动、晶界扩散路径、相变过程以及热输运机制。 3. 有限元分析（FEA）：介绍了利用FEA方法对复杂几何形状下的陶瓷构件进行应力分布、热梯度下的热应力分析以及断裂力学问题的数值求解。本书内容全面、深度足够，覆盖了从基础理论到前沿应用的多个重要方面，适合于材料科学、陶瓷工程、机械工程及相关领域的科研人员、工程师和高年级本科生、研究生参考阅读。