原位合成钛基复合材料的制备、微结构及力学性能 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育出版社

作者:

出品人:

页数:172

译者:

出版时间:2005-9

价格:23.70元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040178647

丛书系列:

图书标签:

• 钛基复合材料
• 原位合成
• 材料科学
• 金属材料
• 微结构
• 力学性能
• 复合材料制备
• 钛合金
• 材料工程
• 粉末冶金

创新材料的边界：高性能陶瓷基复合材料的先进制造与性能调控 本书简介 本书深入探讨了高性能陶瓷基复合材料（CMC）领域的前沿技术、核心制造工艺以及其在极端环境下的力学行为与失效机制。不同于侧重于金属基复合材料或单一结构材料的研究范畴，本书聚焦于如何通过精妙的材料设计和先进的复合技术，克服传统陶瓷材料脆性高、韧性差的固有缺陷，从而实现结构材料性能的革命性提升。 全书结构严谨，内容涵盖了从基础理论到实际应用的多个层面，旨在为从事先进陶瓷、航空航天、能源及极端工况设备研发的科研人员和工程师提供一本全面且深入的技术参考手册。 --- 第一部分：高性能陶瓷基复合材料的理论基础与设计原理 本部分奠定了理解复杂陶瓷基复合材料体系所需的理论框架。 第一章：陶瓷基复合材料的分类与性能优势 本章详细梳理了当前主流的陶瓷基复合材料体系，包括碳化硅纤维增强碳化硅基复合材料（SiC/SiC）、氧化铝基复合材料（Alumina Matrix Composites）以及新型超高温陶瓷基（UHTCs）复合材料。重点阐述了纤维增强、颗粒增强和晶须增强等不同增强方式对材料整体性能的影响机理。尤其深入分析了“增强-基体”界面设计在实现高断裂韧性和优异抗热震性能中的决定性作用，包括界面涂层材料的选择和涂层厚度的优化对复合材料宏观力学响应的调控规律。 第二章：界面化学与力学耦合模型 复合材料的性能往往取决于微观尺度的界面行为。本章构建了界面粘结强度、界面滑动摩擦系数与材料宏观力学性能（如拉伸强度、弯曲模量和疲劳寿命）之间的定量关系模型。探讨了热力学不匹配应力在热循环过程中的演变，以及如何利用界面设计的策略来有效吸收裂纹扩展过程中的能量，从而实现“韧化”效果。内容涵盖了能量释放率、裂纹偏转、桥接及拔出等多种增韧机制的数学描述。 第三章：先进陶瓷基体的制备与微观结构控制 陶瓷基体的选择直接决定了复合材料的耐温上限和化学稳定性。本章详细介绍了用于制备高性能基体的技术，例如反应烧结法（RS）、热压烧结（HP）以及气相沉积技术（CVD/GBD）在形成高纯度、低孔隙率基体中的应用。特别关注了非氧化物陶瓷基体（如氮化物和硼化物）的烧结行为，以及如何通过气氛控制来抑制有害相的生成，确保材料在高温氧化环境中的长期稳定性。 --- 第二部分：复合材料的先进制造工艺探析 本部分聚焦于将纤维与基体有效结合，并实现复杂结构制造的关键技术。 第四章：纤维增强体的高性能化处理 高性能纤维是CMC的骨架。本章深入探讨了碳化硅纤维（如Nicalon, Tyranno SA3）的制备技术及其表面改性策略。重点分析了通过化学气相沉积（CVD）或等离子体增强CVD（PECVD）技术在纤维表面形成均匀的类碳或氮化硼（BN）包覆层，以优化纤维与后续基体材料之间的化学兼容性和力学耦合特性。同时，探讨了纤维束的预处理技术，如浆料浸渍和有序铺放技术，对最终复合材料宏观性能的各向异性影响。 第五章：基体渗透与复合体成型技术 高性能CMC的制造难点在于如何使致密基体材料渗透到高体积分数的纤维预制体中。本章系统比较了当前主流的渗透技术： 1. 化学气相渗透（CVI/IMVI）： 详细阐述了反应物扩散控制和孔隙填充机制，以及如何通过优化反应温度和压力梯度来控制渗透速率和最终的孔隙结构。 2. 熔渗透技术（Melt Infiltration）： 针对金属或低熔点陶瓷基体（如Si或SiC），分析了熔体润湿性、毛细作用力与渗透速率的关系，以及对纤维损伤的控制。 3. 反应热浸渍-反应合成（RMI/RS）： 探讨了通过固态或液态前驱体在高温下原位反应形成基体的过程，重点分析了反应动力学与内应力管理。 第六章：复杂几何结构件的近净形制造 本章着眼于从二维层合板到复杂三维结构件的制造挑战。内容包括：三维编织（3D Weaving）、三维正交编织（3D Orthogonal Weaving）以及陶瓷粘接与连接技术。详细分析了如何通过控制编织角和层数实现对载荷路径的精确设计，以及在高温工作条件下，实现不同CMC部件之间可靠、高强度的连接方法，例如钎焊、扩散连接和陶瓷胶接技术。 --- 第三部分：力学性能表征与失效分析 本部分侧重于在实际应用条件下，对复合材料进行全面的力学性能评估和失效模式的深入理解。 第七章：常温及高温下的静态与动态力学性能 本章提供了评估CMC性能的关键测试方法和数据解读。内容涵盖了室温拉伸、压缩、三点/四点弯曲测试的标准流程。更重要的是，详细阐述了在超高温（>1200°C）环境下，如何通过真空或惰性气氛下的原位测试技术，精确测量材料的蠕变、松弛以及拉伸疲劳行为。分析了高温下界面性能的退化机制如何导致“强度损失窗口”的出现。 第八章：热循环与抗热震性能研究 热循环是导致CMC结构失效的首要因素之一。本章深入研究了热冲击（Thermal Shock）对材料的损伤累积过程，包括微裂纹的萌生、扩展和界面脱粘的量化分析。讨论了材料设计参数（如纤维体积分数、界面结合强度和基体热膨胀系数）对临界热冲击温度差（ΔTcr）的影响，并提出了优化材料结构以提高抗热震鲁棒性的工程准则。 第九章：环境腐蚀与长期服役可靠性 在燃气轮机或航空发动机等工作环境中，CMC会暴露于高温氧化性、腐蚀性气体或燃料蒸汽中。本章系统分析了氧化动力学、相变对材料力学性能的负面影响。重点介绍了保护性氧化物层（如SiO₂ 或 Al₂O₃）的形成与维护机制，以及如何通过表面涂层（即环境阻隔涂层，EBC）技术，有效隔离腐蚀性介质，确保复合材料在长期高热负荷下的结构完整性与使用寿命预测。 第十章：先进表征技术在失效分析中的应用 本章介绍了用于解析CMC微观结构和失效损伤的前沿无损与微观分析技术。包括高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）对界面化学态的成像、同步辐射X射线断层扫描（SR-CT）对内部孔隙率和裂纹网络的重建，以及声发射（AE）技术在疲劳裂纹扩展监测中的实时应用。通过对实际失效样品的案例分析，指导读者如何根据表征结果反推适用的制造工艺和优化方向。 --- 总结与展望 本书在详细的技术论述基础上，对未来高性能陶瓷基复合材料的发展方向进行了展望，特别是在新型多功能复合材料、自修复机制以及增材制造技术在CMC领域的应用潜力等方面进行了探讨，旨在推动材料科学向更高性能、更长服役寿命的目标迈进。

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这本书的理论深度和广度，绝对是业内顶尖水平的体现。我特别欣赏作者在引用文献时表现出的那种博学和审慎。它不仅仅罗列了经典文献，更令人印象深刻的是，它对于一些具有争议性的理论观点，都进行了详尽的对比和批判性分析，而不是简单地采纳某一家之言。例如，在讨论不同应力场对晶粒取向的调控机制时，书中清晰地列出了基于能量最小化和基于动力学控制的两种主流解释，并用严谨的数学模型进行了佐证和反驳，这体现了作者深厚的理论功底和客观公正的学术态度。对于我们这些追求精进的学者而言，这种对“为什么”的深入挖掘，远比单纯的“是什么”更有价值。这本书绝对能成为我未来好几年内，在撰写文献综述和设计新实验方案时，必备的“案头宝典”。

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坦白说，市面上很多关于复合材料的书籍，在谈到性能测试和表征时，往往只给出一个“我们做了拉伸试验，得到了XX的强度”的结论，然后就戛然而止了。但这本书的价值恰恰在于它对“微结构-性能关联”的深度剖析。它花了大量的篇幅去解析那些SEM、TEM图像背后隐藏的信息，比如如何通过高分辨TEM来识别界面处的析出相，如何利用X射线衍射来量化内应力分布。更绝的是，作者不仅仅停留在描述现象，而是试图建立起从微观形貌到宏观力学响应的定量模型。当我读到关于断裂韧性的那一章时，书中竟然能将裂纹偏转的路径分析和界面能垒计算结合起来，这让我感到极度震撼。这不只是一本制备指南，更是一本如何“阅读”材料微观世界的教科书，教会我们如何通过表征手段来反推制备过程中的物理化学真相。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，那种沉稳的深蓝色配上烫金的书名，透着一股专业和厚重感，让人一拿到手里就感觉内容非同小可。我记得我是在一个材料科学的研讨会上偶然翻到的，当时被它的封面设计所吸引，觉得它不像那些传统教科书那样枯燥。内页的纸张质量也相当不错，印刷清晰，图文排版也很讲究，即便是那些复杂的晶格结构图和显微照片，也能看得清清楚楚，这对我们这些需要大量观察细节的研究人员来说太重要了。而且，这本书的排版布局非常合理，章节之间的过渡自然流畅，不是那种为了凑字数而硬生生堆砌内容的类型。每一次翻阅，都能感受到编辑和作者在细节上的用心，这种对学术严谨性的尊重，真的让读者感到非常舒服。这本书放在书架上，本身就是一件很有品味的展示品，体现了持有者的专业追求。

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作为一名刚入门的材料学研究生，我原本对“原位合成”这个概念感到非常抽象和难以捉摸，总觉得它离我的实验台很遥远。然而，这本书的叙述方式彻底改变了我的看法。作者似乎有一种神奇的能力，能将极其复杂的化学反应路径和热力学原理，用一种近乎讲故事的方式娓娓道来。特别是关于界面反应的章节，它没有直接抛出复杂的公式，而是先从宏观的制备挑战入手，逐步深入到微观的原子层面，让我能清晰地理解为什么选择特定的前驱体和烧结条件会影响最终材料的性能。书中大量的流程图和示意性插图，仿佛把我带到了那个合成炉的旁边，让我对整个过程的控制点有了直观的认识。这种由表及里、层层递进的讲解逻辑，极大地降低了学习曲线，让原本高不可攀的尖端技术变得触手可及，极大地增强了我进行相关实验的信心。

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这本书给我的整体感觉是，它完全超越了传统专著的范畴，更像是一部融合了前沿研究动态的“进展报告”。它没有固步自封于已有的成熟技术，而是大胆地展望了未来几年的研究方向。特别是关于新型增材制造技术在原位合成中的应用预测部分，作者的洞察力非常敏锐，他指出了现有技术在温度梯度控制和气氛纯净度方面的瓶颈，并提出了几条极具前瞻性的研究路线。对于我们实验室的年轻研究员来说，这本书提供了一个绝佳的“导航地图”，让我们知道哪些领域是蓝海，哪些是需要我们重点攻克的难点。阅读完毕后，我感觉自己的研究思路被极大地拓宽了，不再局限于手头正在做的项目，而是能从一个更宏大的视角来审视整个材料科学领域的发展趋势。这本书无疑是该领域内，极具影响力和参考价值的扛鼎之作。

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