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出版者:科学出版社

作者:(美)E.利弗森编、叶恒强等译

出品人:

页数:690 页

译者:叶恒强

出版时间:1998年01月

价格:96.0

装帧:精装

isbn号码:9787030064516

丛书系列:材料科学与技术丛书

图书标签:

• 材料科学
• 材料检测
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• 精装本
• 工程技术
• 工业应用
• 质量控制
• 材料分析
• 专业参考
• 技术手册

探寻微观世界的奥秘：材料性能的无损与破坏性表征技术 本书旨在为材料科学、工程技术以及相关研究领域的专业人士和学生提供一套全面而深入的材料表征技术指南。我们聚焦于如何通过精密的实验方法，揭示材料的内部结构、表面形貌、化学成分以及宏观力学性能，从而理解其在不同环境下的行为机制，并指导新材料的开发与应用。 全书内容系统地涵盖了从基础理论到先进实验方法的广阔范围，力求在理论深度和实践指导性之间取得最佳平衡。我们将详尽阐述现代材料表征领域的核心技术，并辅以大量实际案例分析，以期帮助读者建立起对材料“为什么会是这样”的深刻认知。 第一部分：结构与形貌的深度解析 材料的性能与其内部的微观结构和表面形貌息息相关。本部分将详细介绍用于观察和量化这些特征的关键技术。 第一章：光学显微镜技术的高级应用 虽然历史悠久，但光学显微镜（OM）在材料分析中依然是不可替代的快速评估工具。本章将超越基础的明场观察，深入探讨偏光显微镜（PLM）在分析各向异性材料（如金属晶体结构、陶瓷晶粒取向、高分子链段排列）中的独特优势。我们将详细讲解如何通过调节光路、使用波片和尼科尔棱镜，识别晶界、相界、孪晶结构及缺陷的形态特征。此外，我们还将介绍图像处理技术在定量分析晶粒尺寸、相含量方面的应用，以及热力学-显微结构判读之间的联系。 第二章：扫描电子显微镜（SEM）与能量色散X射线谱（EDS） SEM作为微米到纳米尺度形貌分析的主流工具，其工作原理、信号形成机制（二次电子、背散射电子）的差异及其在不同材料（导电性、绝缘性）样品制备中的注意事项将被详尽阐述。重点将放在如何通过调节加速电压和束流，优化分辨率与景深，以获得高质量的表面形貌图像。 紧密结合SEM的EDS分析，本章将深入探讨X射线产生原理、谱图的解析方法。内容将包括如何准确识别元素种类、量化元素组成，以及处理低原子序数元素探测的挑战。此外，EDS在元素分布图谱（Mapping）中的应用，如何揭示材料中特定元素的空间分布规律，将通过实例进行充分说明。 第三章：透射电子显微镜（TEM）的纳米世界洞察 TEM是研究材料晶体结构和缺陷的“金标准”。本章首先区分明场像、暗场像的成像原理及其对缺陷（如位错、堆垛层错）的敏感性。随后，我们将重点介绍高分辨率透射电镜（HRTEM）如何捕捉晶格图像，以及如何通过傅里叶变换分析（FFT）来确定晶面间距和晶体取向。 在化学分析方面，本章将详细阐述如何将电子能量损失谱（EELS）与TEM联用。EELS能提供比EDS更精细的化学态信息（如氧化态、键合环境），我们将探讨其在分析轻元素和表面电子结构时的不可替代性。 第二部分：成分与化学态的精准测定 材料的宏观性能往往受制于其精确的化学组分和原子层面的化学环境。本部分聚焦于无损或微损的元素与化学分析技术。 第四章：X射线衍射（XRD）在晶体结构分析中的应用 XRD是确定材料物相、晶格常数和结晶度的基石。本章将从布拉格定律出发，详细讲解如何通过X射线与晶体的相互作用获取衍射信息。内容覆盖粉末衍射（PXRD）和单晶衍射的基本操作流程、衍射峰的归属与解析，以及如何利用Rietveld精修方法进行全谱拟合，从而精确测定晶体结构参数和微应变。对于薄膜材料，我们将讨论掠射角衍射（GLAD）的应用。 第五章：光谱学方法：红外与拉曼散射 傅里叶变换红外光谱（FTIR）和拉曼光谱是研究分子结构、官能团和晶格振动模式的有力工具。本章将对比两种技术的基本原理、对样品的要求和各自的优势。FTIR将侧重于高分子、有机物和含氢化合物的官能团识别。拉曼光谱部分将着重分析其对共振效应的敏感性，并结合半导体（如硅、碳材料）和无机材料中声子模式的分析，展示如何评估材料的应力状态和晶格完整性。 第六章：表面化学分析：X射线光电子能谱（XPS） XPS是研究材料表面数纳米深度化学态和元素价态的权威技术。本章将详尽解析光电效应的物理过程，以及如何通过测量光电子的动能来确定元素的种类和化学环境（化学位移）。我们将提供详尽的谱峰解析指南，包括如何处理峰重叠、如何准确拟合分裂峰，以确定复杂的氧化态分布。本章内容还将覆盖离子刻蚀技术（Sputtering）在进行深度剖析时的操作规范与潜在的引入假象。 第三部分：力学性能与环境响应的表征 材料的最终应用价值取决于其在载荷和特定环境下的响应能力。本部分侧重于机械性能的测试与评估。 第七章：静态与动态力学性能测试 本章首先涵盖经典的拉伸、压缩和弯曲试验，强调应力-应变曲线的准确采集与塑性、韧性等参数的计算方法。随后，我们将转向更高级的力学表征。动态力学分析（DMA）部分将深入讲解如何通过频率扫描和温度扫描，获取粘弹性材料的储能模量（E'）、损耗模量（E''）以及玻璃化转变温度（Tg），并阐述其在高分子和复合材料中的重要意义。 第八章：硬度测试与微纳尺度力学 硬度测试（维氏、洛氏、努氏）的规范操作和结果判读是工程实践的基础。本章将重点介绍维氏硬度压痕的微观分析，以及如何通过这些宏观测试间接推断材料的微观组织特征。更进一步，本章将详细介绍纳米压痕（Nanoindentation）技术，包括其加载路径的控制、接触深度的影响，以及如何通过Oliver-Pharr方法从载荷-压入深度曲线上反演出硬度（H）和杨氏模量（E）。 第九章：断裂与疲劳行为分析 材料的失效往往始于微小裂纹的萌生和扩展。本章将系统介绍断裂韧性（KIC）的测试方法，包括试样的制备（预制裂纹）、载荷的施加，以及J积分等现代断裂力学参数的计算。在疲劳领域，我们将深入探讨S-N曲线的构建、高周疲劳（HCF）与低周疲劳（LCF）的差异，以及如何通过扫描电镜观察疲劳裂纹的萌生区、扩展区和最终断裂区的形态特征，以实现对失效机制的逆向工程分析。 结语 本书汇集了当代材料表征领域的精髓，旨在提供一个全面的技术平台。通过掌握这些先进的检测手段，读者将能够更有效地诊断现有材料的问题，优化生产工艺，并加速下一代高性能材料的创新步伐。对每项技术的掌握，不仅在于学会如何操作仪器，更在于理解其背后的物理化学原理，从而能够批判性地解释实验数据，最终实现材料性能的精确设计与控制。

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这本书的索引部分做得非常详尽，这对于快速查找特定术语和公式无疑是极大的帮助，看得出编纂者在细节上是下足了功夫的。然而，在实际的阅读体验中，我发现书中对于特定检测方法的“限制条件”和“适用范围”的描述不够清晰。很多时候，一个理论模型被完整地推导出来后，作者就直接跳到了下一个主题，读者很难从书中明确得知，在哪些实际工况下，这个模型会失效或者需要进行参数修正。例如，在介绍弹性模量测量时，关于试样制备的公差要求和环境温度漂移对结果的影响分析，描述得过于理论化，没有提供足够的工程实践中的“经验法则”或“陷阱警告”。这导致读者在尝试将书中的知识应用于实际的质量控制流程时，会因为缺乏对这些“灰色地带”的预警，而可能做出不完全准确的判断。它提供了“是什么”的答案，但对于“怎么办”的细微差别却语焉不详，这对于追求精确度和可靠性的工程师来说，是一个不小的遗憾。

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我期待在这本书里找到对新型复合材料微观结构表征的突破性见解，毕竟现阶段很多性能瓶颈都出在界面和缺陷的控制上。但是，翻阅过程中，我发现这本书的结构和内容似乎更倾向于传统的金属和陶瓷材料体系，对于高分子材料和先进复合材料的探讨，深度和广度都不够令人满意。例如，关于纳米尺度的表征手段，比如高分辨透射电镜（HRTEM）的图像解析技术，书中仅仅是泛泛地提及了原理，而缺乏具体案例分析如何从复杂的图像中提取出有效的定量信息。我本想了解一下如何通过先进的谱学方法区分亚稳态相变，这本书给出的案例大多是平衡态下的稳定结构分析，这使得我在尝试解决实际研发中的“非平衡态”问题时，感到力不从心。这本书的价值更在于奠定坚实的理论基础，但对于追赶前沿技术动态的需求来说，它的前瞻性略显保守，似乎是几年前的知识体系的集大成者，而非面向未来的技术蓝图。

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作为一名对材料科学有深入研究的专业人士，我通常偏爱那些能够挑战现有认知、提供全新视角的书籍。遗憾的是，这本书给我的感觉更像是一本教科书的“权威性”总结，而非“创新性”探索。书中引用的文献大多集中在二十世纪后半叶的经典研究，对于近十年内，尤其是在增材制造（3D打印）材料体系中出现的那些独特的微观结构演变和随之产生的各向异性问题，探讨得非常表面化。举例来说，在讨论快速凝固对晶粒尺寸的影响时，它给出的模型是基于传统铸造的，完全没有考虑到激光熔池内的超高冷却速率对相分离和偏析的影响机制。我原本期望能看到基于计算材料学（ICME）框架下，如何快速预测这些新型制造工艺带来的复杂性能特征，但这本书似乎刻意避开了这些计算密集型的前沿交叉领域，使得它在指导尖端材料研发方面显得力不从心，略显滞后于时代的发展步伐。

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装帧和印刷质量无可挑剔，纸张的触感和字体的清晰度都达到了顶级出版物的标准，这在长时间的阅读过程中确实能减少视觉疲劳。然而，内容的组织逻辑却让我感到困惑。章节间的过渡略显生硬，似乎是将不同研究方向的文献综述强行拼凑在一起，缺乏一条贯穿始终的、清晰的叙事主线来引导读者。特别是从“热力学基础”跳跃到“电化学表征”时，中间缺少了关键的衔接点，让人不得不停下来自行构建知识间的桥梁。我尤其对书中关于“环境腐蚀对材料性能影响”那部分感到失望，这部分内容本应极具现实意义，但它只是简单地罗列了各种腐蚀类型及其公式描述，完全没有涉及现代的原位监测技术或者缓蚀剂的分子动力学模拟结果。对于一个寻求跨学科知识整合的读者来说，这种缺乏有机联系的堆砌，无疑降低了学习的效率和乐趣，读起来更像是在翻阅一本厚厚的参考资料集，而非一本精心编排的专著。

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这本厚重的精装书，拿到手里沉甸甸的，光是重量就让人感到它内容的扎实。封面设计简洁大气，透露出一种严谨的学术气息，我本是想找一本偏向于应用层面的材料分析指南，结果翻开目录，才发现它更像是深入到基础原理的教科书。书中对于基础物理概念和数学模型的推导占了相当大的篇幅，虽然这对于理解现象背后的机制至关重要，但对于急需解决现场具体问题的工程师来说，可能略显晦涩和冗长。我特别留意了其中关于“非破坏性检测技术”的章节，期望能找到关于最新传感器技术和数据处理算法的详尽描述，然而，这一部分内容似乎侧重于经典理论的复述，例如超声波和X射线衍射的传统模型，对于新兴的深度学习辅助识别和多模态数据融合的探讨着墨不多，留下了不小的遗憾。整体而言，它更像是一部为高年级本科生或研究生准备的理论教材，而不是一本实操手册，阅读体验上，需要持续的高度集中和对相关背景知识的良好储备，否则很容易在繁复的公式推导中迷失方向。

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