Introduction to Engineering Materials pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Murray, George/ White, Charles V./ Palmer, Mark/ Weise, Wolfgang

出品人:

页数:350

译者:

出版时间:

价格:99.95

装帧:HRD

isbn号码:9781574446838

丛书系列:

图书标签:

工程材料
材料科学
材料工程
工程学
材料特性
材料选择
金属材料
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复合材料

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具体描述

现代工程材料的脉动与未来：深入探索高性能、可持续与智能化的材料世界本书籍并非关于《Introduction to Engineering Materials》的任何内容，而是聚焦于当前工程材料领域最前沿、最具突破性的发展方向与核心理论，旨在为高级研究人员、资深工程师和材料科学专业的博士生提供一个超越基础教材的、深度聚焦于未来挑战与解决方案的综合指南。 --- 第一部分：极端环境下的结构完整性与先进合金设计本卷深入探讨了在超越传统使用范围的极端温度、高应力、腐蚀性介质以及辐射环境下，工程结构所面临的材料挑战，并详细阐述了应对这些挑战的先进合金设计范式。 1. 超高温结构材料的界面控制与强化机制：聚焦于航空航天、核能反应堆和燃气轮机叶片等领域对工作温度超过1500°C材料的迫切需求。详细分析了单晶镍基高温合金（SX-Ni-Superalloys）的微观结构演化，特别是其$gamma/gamma'$相的稳定性和蠕变机制。我们将解析“堆垛层错抗力”（Stacking Fault Energy, SFE）在塑性变形和断裂中的关键作用。此外，对陶瓷基复合材料（CMCs）的纤维-基体界面设计进行深入探讨，包括如何利用反应性界面层（如SiC/SiC界面）实现韧化和抗氧化保护。重点研究了氧扩散路径的阻断技术及其对长期热稳定性的影响。 2. 先进结构钢与轻质高强金属的位错动力学：本章摒弃了对普通碳钢的介绍，转而关注马氏体/贝氏体钢（M/B Steels）在汽车碰撞安全和压力容器中的应用。我们详细考察了通过极端塑性变形（如高熵合金中的波状塑性变形）诱导的相变（TRIP效应）在提升强度与延展性之间的协同作用。针对航空工业，深入分析了高熵合金（HEAs）的“高熵效应”、“迟滞效应”和“非理想混合效应”，并利用第一性原理计算（DFT）预测其在液态金属腐蚀环境下的稳定结构。对于铝、镁和钛合金，研究重点转移到晶界工程（Grain Boundary Engineering），特别是如何利用高角度晶界（HAGBs）的比例和分布来抑制高周疲劳裂纹的萌生和扩展。 3. 辐照损伤与材料的抗中子脆化：在核聚变与裂变反应堆材料的开发中，材料暴露于高能中子流是首要挑战。本部分详细阐述了空位与间隙原子团簇的生成动力学及其对材料宏观性能（如脆化、肿胀）的影响。重点讨论了新型的非晶态合金和梯度材料在吸收辐照损伤方面的潜力。此外，探讨了等温慢化中子活化在评估长期结构完整性中的应用，以及如何利用辐照蠕变模型来设计更具抗性的奥氏体不锈钢替代品。 --- 第二部分：功能材料的量子隧穿、自组装与多物理场耦合本部分将目光投向材料的电、磁、光、热等功能特性，重点介绍那些依赖于纳米尺度结构、量子效应以及多物理场（如电热、光机械）相互作用的先进材料。 4. 拓扑材料与量子输运现象：本书超越了传统半导体物理的范畴，深入讲解了拓扑绝缘体（TIs）和拓扑半金属的表面态和边缘态。详细分析了受时间反演对称性保护的狄拉克锥和外尔锥结构，以及它们在低功耗电子学中的应用前景。重点讨论了如何通过表面化学修饰或应力场调控其拓扑性质，例如通过应变工程诱导的拓扑相变。内容还包括对二维材料（如石墨烯、二硫化钼）的电子-声子耦合和朗道能级的精确建模。 5. 智能响应材料与动态催化界面：聚焦于材料如何感知并响应外部刺激（温度、光照、电场、应力）并改变其性质。详细阐述了形状记忆聚合物（SMPs）的切换温度区间的精确控制，以及磁致伸缩材料（Terfenol-D）在高精度驱动器中的磁畴壁运动学。在催化领域，我们探讨了单原子催化剂（SACs）的设计原则，以及如何利用原位光谱技术（如同步辐射XPS）实时监测反应过程中催化剂活性位点的电子结构变化，实现动态催化性能优化。 6. 能源转换材料的本征缺陷工程：在固态电池和高效光伏领域，材料的本征缺陷不再是杂质，而是关键功能单元。针对锂离子电池正极材料，深入分析了氧缺陷对电化学稳定性和高电压性能的影响，并结合准粒子计算解释了电荷补偿机制。对于固态电解质，研究重点放在了晶界电导率与颗粒间界面阻抗的解耦分析上，详细论述了如何通过界面化学钝化来消除“阻抗峰”。在光伏方面，我们侧重于钙钛矿材料中非辐射复合中心（如碘空位）的抑制策略，以及封装技术对抗湿气退化的长期解决方案。 --- 第三部分：可持续性、循环经济与材料的计算革命本部分探讨了材料科学在应对全球环境挑战中的角色，特别是资源效率、生命周期评估（LCA）以及计算方法如何加速材料发现的进程。 7. 生物衍生材料与增材制造的可持续性优化：本书讨论了如何利用可再生资源（如纤维素、木质素、蛋白质）合成具有工程性能的生物基聚合物，并着重分析了其在热力学稳定性、阻燃性和水解稳定性方面的挑战。在增材制造（AM）领域，我们关注的重点是AM特有的残余应力与微观组织各向异性问题。详细分析了激光熔化过程中液态金属池的马兰戈尼效应如何影响最终零件的缺陷分布，并提出了基于原位传感器的反馈控制策略，以确保复杂几何形状件的密度和性能均匀性。 8. 材料基因组计划（MGI）与高通量计算框架：本章全面介绍了计算材料科学如何从辅助工具转变为驱动发现的核心引擎。重点讲解了机器学习（ML）/深度学习（DL）模型在材料性能预测（如杨氏模量、玻璃化转变温度）中的应用，并探讨了如何利用贝叶斯优化和主动学习方法来指导实验合成，以减少试错成本。此外，详细梳理了高通量计算工作流的搭建，包括从DFT/分子动力学模拟到晶体结构预测数据库（如Materials Project）的整合过程，强调了数据质量与特征工程在模型成功中的决定性作用。 9. 生命周期评估与循环经济中的材料设计：超越简单的回收，本章探讨了“摇篮到摇篮”（Cradle-to-Cradle）的设计哲学。我们详细评估了关键稀有元素（如稀土、铂族金属）的供应链风险和环境足迹。重点分析了针对回收设计的材料（Design for Recycling, DfR）的原则，例如开发易于解聚的可逆共价键聚合物或易于熔炼分离的共晶合金体系。本书最后强调了材料科学家在构建具有可预测且可逆降解路径的材料系统中的伦理责任和技术前沿。 --- 本书目标读者群：专注于前沿材料研究的博士研究生、致力于新材料开发的工业研发人员、以及希望了解材料科学未来走向的跨学科研究人员。本书假定读者已掌握普通工程材料学的基础知识，如晶体结构、相图分析和基本力学性能测试方法。