Structural Ceramics

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出版者:
作者:Riley, Frank
出品人:
页数:418
译者:
出版时间:2009-5
价格:$ 122.04
装帧:
isbn号码:9780521845861
丛书系列:
图书标签:
  • 陶瓷
  • 结构陶瓷
  • 材料科学
  • 工程陶瓷
  • 高温材料
  • 陶瓷材料
  • 固态物理
  • 材料工程
  • 无机材料
  • 陶瓷力学
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具体描述

This book provides an introduction to the structural ceramics, their processing and properties. Five important groups of materials, porcelain, alumina, silicon carbide, silicon nitride and zirconia, are presented as case studies. Historical developments, the properties of constituent components, and relationships between production methods, resulting microstructures, and materials properties, are explained. The structural ceramics have many commercial applications, ranging from high voltage insulation and hot-gas filtration, to metal machining tools and surgical implants. These applications depend on combinations of chemical, physical and mechanical properties, which include structural stability over wide temperature ranges, strength, hardness, and resistance to wear. Over 200 diagrams and photographs provide visual aids to learning, and end of chapter summaries pull together key points. With numerous review questions to test understanding of the topics covered, and extensive referencing, this book is ideal for those studying materials science and engineering, or starting research in the structural ceramics area.

陶瓷工程前沿:材料科学与应用新范式 一本深入探索高性能无机非金属材料核心科学与工程应用的权威著作 作者: [此处可填写虚构的资深学者姓名,例如:张宏、李明德] 出版社: [此处可填写虚构的专业出版社名称,例如:先进材料科学出版社] 出版日期: [此处可填写虚构的出版年份,例如:2024年] --- 内容概述 本书《陶瓷工程前沿:材料科学与应用新范式》全面聚焦于现代陶瓷材料领域最尖端的研究进展、突破性的制造技术以及面向二十一世纪工程挑战的创新应用。它旨在为材料科学家、化学工程师、机械工程师、热力学专家以及从事先进功能材料和结构材料研发的高级本科生、研究生和专业人士提供一份深度、广度兼备的参考指南。 全书结构严谨,逻辑清晰,从最基础的晶体化学和烧结理论出发,逐步深入到复杂的多相陶瓷体系设计、先进表征手段的应用,直至面向极端环境的突破性功能化探索。本书的核心竞争力在于其对“设计-制备-性能-应用”闭环的系统性阐述,尤其强调了计算材料学(ICME)在加速新材料发现中的关键作用。 核心章节与内容深度解析 本书共分为六个主要部分,涵盖了陶瓷科学与工程的完整光谱: 第一部分:陶瓷基础科学的再审视(Fundamentals Revisited) 本部分着重于对传统陶瓷理论的深度挖掘与现代视角下的修正。它超越了基础教科书的范畴,深入探讨了高熵陶瓷(High-Entropy Ceramics, HECs)的晶格动力学和热力学稳定性。 1. 缺陷化学与扩散机制的量化分析: 详细论述了非化学计量对电导率、蠕变速率以及高温氧化行为的决定性影响。引入了DFT(密度泛函理论)计算在预测点缺陷形成能和迁移活化能中的最新应用案例。 2. 微观结构演化与相图构建: 重点分析了非平衡态热力学在快速烧结(如火花等离子烧结,SPS)过程中的重要性。探讨了亚稳相的形成、析出动力学,并展示了如何利用先进的CALPHAD方法构建复杂多组元体系的精确相图。 3. 晶界工程学: 深入剖析了晶界在材料宏观性能中的双重作用——既是强化屏障,也是弱化路径。讨论了晶界扩散、晶界迁移(Grain Boundary Migration)的驱动力,以及如何通过选择性掺杂或表面活性剂精确控制晶界能和结构。 第二部分:先进粉体制备与成型技术(Advanced Powder Processing and Shaping) 本部分是连接化学合成与宏观部件的关键环节,聚焦于如何从原子尺度控制粉体形貌和团聚行为。 1. 纳米粉体的精准合成: 详述了溶胶-凝胶法、共沉淀法、气相合成法(CVD/PVD)在控制粉体粒径分布(PSD)、比表面积和晶体学取向方面的最新进展。特别关注了超细氧化物和氮化物的可控生长。 2. 绿色成型工艺: 批判性地评估了传统干压、流延、注射成型(CIM/MIM)的局限性。重磅介绍了3D 增材制造(Additive Manufacturing)在陶瓷领域的前沿应用,包括光固化(Stereolithography, SLA)、选择性激光烧结(SLS)在复杂几何结构制造上的可行性、精度与缺陷控制。 3. 致密化与烧结动力学: 全面对比了传统热压烧结(HIP)、放电等离子烧结(SPS)和微波辅助烧结(MAS)对最终微观结构和性能的影响差异。重点分析了SPS在实现超细晶粒(Nanocrystalline)和高致密化方面的物理机制。 第三部分:结构陶瓷的强化与断裂韧性提升(Toughening Mechanisms in Structural Ceramics) 本部分是应用导向的核心,关注如何克服陶瓷材料固有的脆性问题,实现高可靠性。 1. 增韧策略的分类与量化: 细致区分了体相增韧(如晶粒细化)、裂纹偏转/桥接(如引入长纤维或晶须)和裂纹偏离机制。 2. 纤维增强陶瓷基复合材料(FRCs): 重点研究了新型低成本纤维(如碳化硅、碳化硼纤维)与先进基体(如氧化锆增韧氧化铝,ZTA)的界面设计。详细阐述了裂纹弯曲/桥接作用的力学模型。 3. 自修复与损伤容限: 探索了引入特定相变材料(如非晶相或形状记忆相)实现材料的“损伤容限”和“自休整”能力。讨论了利用热膨胀失配或相变应力来诱导微裂纹闭合的研究。 第四部分:功能陶瓷的新兴领域(Emerging Frontiers in Functional Ceramics) 本部分聚焦于陶瓷材料在能源、环境和信息技术中的颠覆性作用。 1. 高温电解质与固体氧化物燃料电池(SOFC): 深入分析了掺杂氧化钇稳定氧化锆(YSZ)及新型钙钛矿材料的离子传导机制、电极/电解质界面的极化效应以及长期运行下的稳定性问题。 2. 压电与热释电陶瓷: 探讨了PZT替代品(如KNN基无铅压电陶瓷)的性能瓶颈及通过织构化(Texturing)技术实现各向异性增强的途径。 3. 光电功能陶瓷: 涵盖了透明导电氧化物(如ITO替代品)、窄带隙半导体陶瓷在光伏器件和光催化领域中的最新突破,特别是对表面缺陷和载流子迁移率的调控。 第五部分:极端环境下的性能与失效分析(Performance and Failure Analysis in Extreme Environments) 本部分提供了实际工程应用中的关键数据和预测工具。 1. 高温蠕变与氧化/腐蚀: 针对航空航天和燃气轮机叶片应用,详细分析了热障涂层(TBCs)的失效模式(如剥落、相变),以及氧化物或氮化物陶瓷在超临界流体环境下的化学腐蚀动力学。 2. 摩擦学行为与涂层技术: 探讨了超硬涂层(如类金刚石薄膜、复合氮化物涂层)的沉积机理、硬度与韧性的平衡。讨论了高真空和高载荷条件下的摩擦磨损机制。 3. 可靠性评估与寿命预测: 引入了基于威布尔(Weibull)统计模型的陶瓷部件寿命预测方法,并结合加速老化试验数据,指导工程师进行安全裕度设计。 第六部分:计算材料学在陶瓷设计中的集成(Integrating Computational Materials Science) 本部分展望未来,强调了跨学科研究范式对陶瓷研发的加速作用。 1. 多尺度建模框架: 介绍了从原子尺度(DFT、分子动力学MD)到介观尺度(相场法、有限元FEM)的无缝衔接。重点展示了如何利用MD模拟预测原子在晶界处的重排和扩散路径。 2. 高通量计算与材料基因组学: 阐述了如何利用机器学习(ML)和高通量计算筛选出具有特定目标性能(如高断裂韧性、低介电常数)的潜在新材料体系。 3. ICME流程的实际案例应用: 通过一个具体的陶瓷合金设计案例,演示了如何将理论计算结果直接反馈指导实验制备参数的优化,实现“数据驱动型”材料研发。 本书特色 深度与广度并重: 既有对基础物理化学原理的严谨论述,也涵盖了最前沿的功能化和增材制造技术。 面向工程应用: 每一理论分析后都紧密结合实际的性能指标、失效模式和工程约束。 前瞻性视角: 大量篇幅致力于介绍新兴领域(如HECs、生物活性陶瓷、增材制造)的挑战与机遇。 --- 目标读者群: 陶瓷工程、材料科学与工程、化学工程、机械工程、航空航天工程等领域的科研人员、高级工程师及相关专业的高年级本科生和研究生。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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读完这本书,我最大的感受是,它彻底颠覆了我之前对陶瓷的刻板印象。我一直以为陶瓷就是餐具、建筑材料,最多算得上是精美的工艺品。但这本书让我意识到,结构陶瓷远不止于此,它们是现代工业的基石,是无数高科技产品不可或缺的关键组成部分。书中对陶瓷的微观结构和宏观性能之间关系的阐述,让我惊叹于材料科学家们如何通过精密的控制,赋予陶瓷材料如此强大的能力。从晶粒尺寸、晶界特性到相组成,每一个细节都可能对陶瓷的最终性能产生深远影响。我印象尤其深刻的是关于陶瓷韧性提升的章节,这部分内容解释了科学家们如何通过引入增韧相、设计裂纹偏转机制等方式,来克服陶瓷固有的脆性,使其能够承受更复杂的应力。书中提到的高温陶瓷、生物陶瓷、电子陶瓷等多个细分领域,都展示了结构陶瓷惊人的适应性和多样性。当我想到那些在宇宙飞船上抵御超高温的隔热瓦,或者在人体内植入后能与骨骼完美融合的生物陶瓷植入物,我都能在书中找到相应的科学原理和技术细节。这本书就像打开了一扇通往新世界的大门,让我看到了一个充满无限可能性的材料领域。

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这本书的封面设计简洁而现代,深邃的蓝色背景衬托着银色的书名,给人一种专业而严谨的感觉。我一直对材料科学领域中的高科技应用非常感兴趣,而“Structural Ceramics”这个书名本身就充满了引人入胜的科技感,让我对接下来的阅读充满了期待。想象一下,那些在极端环境下依然坚不可摧的陶瓷材料,它们是如何被设计、制造并应用到我们日常生活和尖端科技中的?这本书的标题似乎在向我许诺着一段关于这些奇妙材料的深度探索之旅。从标题的专业性来看,我预感这本书会深入讲解陶瓷材料的微观结构、力学性能以及它们在不同应用场景下的优势和局限性。也许还会涉及到陶瓷的制备工艺、性能表征方法,甚至可能还会探讨陶瓷材料的未来发展趋势。我特别好奇的是,书中是否会包含一些实际的案例研究,比如在航空航天、生物医学、能源等领域的应用。我设想着,通过阅读这本书,我能够了解到为何某些陶瓷材料在高温、高压、腐蚀等恶劣环境下能表现出卓越的性能,以及它们是如何克服传统材料的不足的。总而言之,单凭书名,这本书已经成功地勾起了我强烈的求知欲,并让我对陶瓷材料的世界充满了无限的遐想。

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这本书的结构设计和内容编排堪称典范。从最基础的陶瓷晶体结构和相变原理讲起,循序渐进地深入到力学性能、热学性能、电学性能等各个方面。对于初学者来说,开篇的理论基础部分清晰易懂,能够帮助读者快速建立起对陶瓷材料的基本认知。而随着章节的深入,作者并没有回避复杂的理论和数学模型,而是以一种非常有条理的方式将其呈现出来,并通过大量的图示和表格进行辅助说明,使得原本抽象的概念变得直观生动。我特别欣赏书中对实验方法和数据分析的详细介绍,这部分内容对于理解陶瓷材料的实际应用和性能评估至关重要。例如,关于断裂韧性测试、疲劳寿命评估以及热膨胀系数的测量,书中都给出了详细的操作步骤和注意事项,让我仿佛置身于实验室,亲身参与到科研过程中。此外,书中还穿插了许多实际应用案例,从航空发动机的关键部件到先进的传感器,都为理论知识提供了有力的佐证,也极大地激发了我对结构陶瓷在未来科技发展中的作用的思考。

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这本书给我最深刻的印象,是它在专业深度和可读性之间找到了绝佳的平衡点。我曾阅读过不少过于晦涩难懂的材料学著作,但这本书的语言风格却非常流畅,即使是涉及一些复杂的物理化学原理,也能够用相对浅显易懂的方式进行解释。作者似乎深谙不同层次读者的需求,既提供了足够深入的理论探讨,又辅以大量的图例和实例,让抽象的知识变得生动形象。比如,书中关于陶瓷烧结过程的讲解,通过精美的三维模拟图,将微观颗粒的聚集和致密化过程展现得淋漓尽致,让人一目了然。我尤其喜欢书中对不同应用场景下陶瓷材料性能要求的分析,这部分内容非常有实践指导意义。当我读到关于陶瓷在航空发动机涡轮叶片上的应用时,书中对高温强度、抗氧化性、抗热震性等关键性能的详尽阐述,让我对这种材料的卓越性能有了更深刻的理解。这本书不仅让我学到了知识,更让我对结构陶瓷这个领域产生了由衷的敬佩和浓厚的兴趣,仿佛推开了一扇通往高性能材料世界的大门。

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我一直觉得,一本好的技术书籍,不仅要传授知识,更要能够激发读者的思考和探索欲。这本书无疑做到了这一点。它并没有止步于对现有技术和理论的介绍,而是大量地探讨了结构陶瓷材料在未来发展中的挑战与机遇。例如,关于陶瓷复合材料的最新研究进展,以及如何通过纳米技术进一步提升陶瓷的性能,书中都进行了深入的分析。我尤其被其中关于“智能陶瓷”的概念所吸引,想象着能够根据外界环境变化而自动调整自身性能的陶瓷材料,这在许多前沿领域都具有巨大的应用潜力。书中对于新工艺、新方法的探讨,比如3D打印陶瓷技术,让我看到了结构陶瓷制造领域的未来方向。同时,作者也毫不避讳地指出了当前研究中存在的难题,例如如何进一步提高陶瓷的可靠性、降低制造成本等,这反而激发了我去思考如何解决这些问题。总的来说,这本书不仅仅是一本技术手册,更像是一本指引方向的灯塔,为我在这片广阔的材料科学领域指明了前进的方向,让我对未来的科研工作充满了信心和期待。

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