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出版者:化学工业出版社

作者:[美] J.L.怀特（James L.Wh

出品人:

页数:443

译者:

出版时间:2005-1

价格:32.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502569617

丛书系列:

图书标签:

• NJN
• K
• 塑料加工
• 挤出成型
• 螺杆
• 挤出机
• 聚合物加工
• 材料科学
• 工程塑料
• 模具设计
• 生产工艺
• 机械工程

《晶体学原理与应用》 第一章：晶体结构的几何基础 本章深入探讨了晶体物理学的基石——晶体结构的基本概念与数学描述。我们将从宏观的周期性现象出发，引入晶格、晶胞、基矢等核心术语，为后续的理论分析奠定坚实的几何基础。 首先，详细解析了点阵理论，包括布拉维点阵的分类及其在三维空间中的唯一性。重点阐述了原胞（primitive cell）和单位晶胞（unit cell）的区别与联系，并对比分析了魏格纳-赛茨元胞（Wigner-Seitz cell）和布里渊区（Brillouin zone）的构造及其物理意义。通过具体的晶体结构模型，如简单立方（SC）、体心立方（BCC）、面心立方（FCC）等，直观展示原子在空间中的排列方式，并计算其实际堆积密度。 随后，章节转向描述晶体结构的关键工具——倒易点阵（Reciprocal Lattice）。详细推导了倒易点阵基矢与实空间基矢之间的关系，并阐明倒易点阵在描述衍射现象中的核心作用。通过傅里叶变换的视角，解释了晶体周期性势场与倒易点阵之间的内在联系，为电子结构理论的建立做好铺垫。最后，讨论了晶体缺陷对完美周期性的微小扰动，初步介绍点缺陷（空位、间隙原子）和线缺陷（位错）的几何模型及其对材料宏观性能的初步影响。 第二章：晶体中的键合与能带理论 本章聚焦于理解晶体中原子间相互作用的本质——化学键，并以此为基础构建描述电子行为的能带理论。 首先，系统梳理了晶体中主要的化学键类型：离子键、共价键、金属键和范德华力（包括氢键）。对于每种键，详细分析了其形成机理、能量特征以及对晶体结构和物理性质（如硬度、熔点、导电性）的影响。特别是金属键，探讨了电子“自由”漂移模型的局限性。 随后，进入固体物理学的核心——能带理论。从单电子近似出发，引入了布洛赫定理（Bloch Theorem）及其对晶体周期性势场中电子波函数形式的决定性约束。详细推导了电子在周期势场中能谱的离散化过程，清晰界定了“允许能带”和“禁带”的物理边界。 章节重点剖析了不同晶体结构（如简单立方、二维石墨层）下能带结构的具体计算方法，并引入了紧束缚法（Tight-Binding Method）和近自由电子模型（Nearly Free Electron Model）作为求解能带结构的两种经典近似方法。通过对能带结构的分析，明确区分了导体、半导体和绝缘体的物理判据——费米能级（Fermi Level）在能带结构中的位置。 第三章：晶体振动与声子 晶体中原子并非静止不动，其集体振动是热学、声学和某些光学性质的根本来源。本章专门研究晶体振动的量子化——声子（Phonon）。 首先，以一维线性原子链模型为起点，推导了晶格振动的色散关系（Dispersion Relation），明确区分了声学支（Acoustic Branches）和光学支（Optical Branches）。随后，将模型推广至三维晶体，探讨了声子谱在布里渊区内的分布特征，并引入了声子群速度（即声速）的概念。 紧接着，从量子力学的角度对晶格振动进行量子化，正式引入声子概念。将晶格振动的能量视为大量谐振子的能量叠加，并讨论了声子作为准粒子所遵循的统计规律（玻色-爱因斯坦统计）。 本章后半部分着重于声子的实际物理效应。详细分析了热容（Heat Capacity）问题，对比了经典晶体学说的德拜模型（Debye Model）与爱因斯坦模型（Einstein Model）的优劣，特别是德拜模型如何成功解释低温下的$T^3$律。此外，深入探讨了声子之间的相互作用（三声子散射、四声子散射），这些相互作用是决定晶体热导率（Phonon Scattering）和声子热阻（Phonon Drag）的关键机制。 第四章：晶体中的电子输运与磁性 本章将能带结构与准粒子概念应用于描述晶体中的电学和磁学现象。 首先，基于能带理论和费米液体理论，构建了描述自由电子在周期势场中运动的动力学模型。详细推导了电子在外部电场作用下的加速度和漂移速度，引入了电子的有效质量（Effective Mass）概念，并解释了其负值出现的物理情景（电子处于布里渊区的特定区域）。基于玻尔兹曼输运方程，推导了晶体的电导率公式，并阐释了晶格振动（声子散射）和杂质对电子散射的贡献。 其次，深入分析了半导体的特性。介绍了本征半导体（Intrinsic Semiconductors）和掺杂半导体（Extrinsic Semiconductors）的载流子浓度、迁移率及其温度依赖性。重点讨论了N型和P型掺杂的原理，以及PN结的形成与基本二极管特性，为器件物理打下基础。 最后，对晶体的磁学性质进行了全面的回顾与分析。从朗之万（Langevin）和居里（Curie）定律出发，分类讨论了顺磁性、抗磁性。随后，深入探讨了铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的微观根源，特别是交换相互作用（Exchange Interaction）在集体磁矩形成中的关键作用。介绍了布洛赫理论与磁畴（Magnetic Domains）的概念，以及磁化过程中的磁滞现象。 第五章：晶体衍射与结构分析 本章侧重于实验技术，阐述如何利用波（X射线、电子束、中子束）与晶体周期性结构发生相互作用的原理，来确定材料的微观结构。 详细介绍了X射线衍射（XRD）的基础理论。基于布拉格定律（Bragg's Law）和劳厄条件（Laue Condition），解释了晶体对入射X射线的选择性散射机制。重点阐述了结构因子（Structure Factor）的概念，及其与晶体中原子位置和散射因子之间的关系，这是解析复杂晶体结构的关键。 随后，讨论了电子衍射和中子衍射的特点及其与X射线衍射的互补性。例如，电子衍射在表面分析中的优势，以及中子衍射对氢原子和磁性结构的敏感性。 本章的实践部分详细介绍了衍射谱图的解析过程，包括指数标定（Indexing）、晶胞参数的精确测定，以及如何利用傅里叶变换技术从衍射强度数据中反演出电子密度分布图。最后，简要介绍了透射电子显微镜（TEM）中的衍射模式分析，及其在观察晶体缺陷（如位错、晶界）形貌学上的不可替代性。

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阅读《螺杆挤出》的过程，对我来说，更像是一场关于“动态平衡”的深度探索之旅。这本书没有沉湎于对某一种特定材料或某一种特定机器的赞美，而是始终聚焦于挤出过程本身所蕴含的内在矛盾与协调。它详尽地讨论了热量传递、动量传递和质量传递这三大核心要素是如何在螺杆有限的空间内相互作用、相互制约的。我特别留意了其中关于“排气与密封”效率的章节，这在实际生产中往往是导致产品缺陷的关键环节。作者并没有给出简单的“是/否”的答案，而是分析了在不同转速、不同熔体粘度下，实现最佳排气效果所需的几何和工艺权衡。这种对复杂系统进行多变量耦合分析的能力，是这本书最令人信服的地方。它教会我的不是如何套用一个公式，而是如何像一个经验丰富的指挥家那样，去协调和平衡工艺流程中的所有“乐章”，确保最终的“演奏”完美无瑕。对于任何追求工艺稳定性和产品一致性的技术人员来说，这种辩证的思维方式是无价之宝。

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这本新近读到的著作，名为《螺杆挤出》，给我的第一印象是其厚重的专业感和严谨的学术态度。全书的叙事脉络清晰，逻辑推进层层递进，仿佛一位经验丰富的工程师在耐心地为你拆解一个复杂精密的机械系统。作者显然对高分子材料的加工过程有着极为深入的理解，从基础的物料流变学原理，到螺杆几何构型的优化设计，再到不同挤出工艺参数对最终产品性能的影响，无不详尽阐述。尤其令人称道的是，书中对于剪切速率、温度场分布以及熔体混合均匀性等关键参数的讨论，不仅停留在理论层面，更结合了大量的实验数据和实际案例进行佐证。阅读过程中，我能清晰地感受到作者试图将抽象的物理化学过程转化为可量化的工程指标，这种务实的态度对于正在从事或计划进入塑料加工行业的专业人士来说，无疑是一份极其宝贵的参考手册。它不仅仅是知识的堆砌，更像是一套系统的思维导图，引导读者构建起对挤出工艺的整体认知框架。尽管部分涉及复杂数学模型的章节需要放慢速度细细品味，但整体而言，其深度和广度都远超预期，展现出极高的学术价值和实践指导意义。

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说实话，我对这种技术书籍通常抱持着一种敬而远之的态度，总觉得它们晦涩难懂，充满了难以消化的公式和图表。但《螺杆挤出》这本书，在视觉呈现上做得相当出色。它的排版简洁明快，图例和流程图的质量极高，色彩搭配也十分专业，没有丝毫的廉价感。更重要的是，作者在解释一些核心概念时，总能找到一个极佳的切入点，让你在不感到压迫的前提下，逐步接受更深层次的知识。例如，它介绍非牛顿流体在挤出过程中的行为时，不是直接抛出复杂的本构方程，而是先用一个日常生活中可见的现象（比如牙膏的挤出）来类比，然后才引入专业术语，这种教学方法的循序渐进，让人感到非常舒适。这本书对于那些致力于解决实际生产中“疑难杂症”的工程师来说，简直是雪中送炭。它不仅告诉你“是什么”，更侧重于分析“为什么会这样”以及“如何去调整”，这种解决问题的导向性，使得这本书的价值远远超越了一本单纯的教科书范畴。

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我必须承认，最初我对《螺杆挤出》抱有的期待值相对保守，认为它不过是行业内又一本重复性较高的技术专著。然而，真正沉浸其中后，我发现它在方法论上的创新性非常突出。书中对“数字孪生”和“过程模拟”在现代挤出技术中的应用给予了相当篇幅的关注，这显示出作者紧跟时代前沿的视野。它不仅梳理了经典理论，更将这些理论与现代计算流体力学（CFD）等先进工具结合起来，展示了如何通过虚拟环境预判真实世界的复杂行为。例如，书中对不同螺杆元件组合产生的不同混合效果的模拟图解，清晰地揭示了那些肉眼不可见的熔体流动路径差异。这种将宏观的工艺目标与微观的分子运动、中观的设备结构进行无缝衔接的处理方式，极大地拓宽了我们对传统挤出工艺的认知边界。它不再只是经验的积累，而是一门高度依赖于计算分析和精确控制的科学艺术。这本书，无疑为挤出技术领域设定了一个新的标杆。

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拿起这本《螺杆挤出》时，我原本期待的是一本偏重操作手册的指南，毕竟“挤出”二字听起来就带着一股工业生产的实用气息。然而，书中的内容却远比我想象的要丰富和具有哲学思辨性。它巧妙地将工程学中的“效率”与材料科学中的“结构-性能”关系编织在一起，探讨了如何通过机械力学手段，精确地“塑造”物质的内在秩序。我特别欣赏作者在描述熔体行为时所采用的那种充满画面感的文字，比如对“拉伸”、“剪切”、“混合”等过程的细致刻画，让人仿佛置身于高速旋转的螺杆腔体内，亲眼目睹高分子链的运动轨迹。这种文学性的表达方式极大地降低了技术内容的门槛，使得即便是初次接触该领域的读者也能快速建立起直观的认识。此外，书中对不同挤出设备（如单螺杆、双螺杆）的结构演化历史和各自的优缺点进行了对比分析，这种历史的纵深感使得对技术的理解不再是孤立的，而是置于一个不断迭代优化的宏大背景之下。这本书读下来，感觉不只学到了技术，更领悟到了一种精细控制与系统集成的设计哲学。

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