冶金与材料物理化学研究

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出版者:冶金工业出版社发行部
作者:张海军
出品人:
页数:230
译者:
出版时间:2006-1
价格:50.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787502441111
丛书系列:
图书标签:
  • 冶金
  • 材料科学
  • 物理化学
  • 金属材料
  • 材料物理
  • 材料化学
  • 热力学
  • 相图
  • 腐蚀
  • 表面化学
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具体描述

冶金与材料物理化学研究,ISBN:9787502441111,作者:张海军、张梅、王习东

好的,这是一份关于一本名为《冶金与材料物理化学研究》的图书的详细简介,它完全避开了该书的主题内容,专注于其他完全不相关的领域,旨在提供一个内容详实、自然流畅的文本。 --- 《深入探索:空间站工程与轨道力学前沿》 导言:人类对宇宙边界的持续探索 本书旨在全面、深入地探讨现代空间站工程的复杂性、轨道力学的精确计算,以及地外环境对长期载人任务构成的独特挑战。随着人类航天事业进入一个全新的发展阶段,对轨道设计、生命支持系统可靠性以及辐射防护技术的掌握,已成为衡量一个国家空间探索能力的核心指标。本书汇集了来自全球顶尖航天机构的专家学者的最新研究成果与实践经验,为致力于空间科学、航天器设计与任务规划的专业人士、高级学生以及政策制定者提供了一份前所未有的、极具深度的参考资料。 第一部分:先进空间站系统架构与集成 本部分聚焦于下一代大型在轨设施的设计理念与集成技术。我们将从宏观的系统架构入手,解析模块化设计在提高可扩展性、冗余度和在轨维护效率方面的关键作用。 第一章:模块化构型与对接技术 详细阐述了当前主流空间站的模块化设计原则,包括生命支持模块、能源供应模块、科研实验舱以及对接端口的设计规范。重点分析了高精度自动对接与手动对接过程中的姿态控制与轨道保持策略。书中对不同类型对接机构的力学性能、锁定机制的可靠性进行了对比研究,并引入了基于视觉导航的自主交会对接系统的误差分析模型。此外,针对未来深空任务中可能遇到的非标准对接需求,我们探讨了柔性对接系统和机器人辅助装配的潜力。 第二章:辐射防护与主动屏蔽技术 长期载人航天任务面临的最严峻挑战之一是宇宙射线和太阳粒子事件(SPEs)对宇航员健康构成的威胁。本章深入研究了辐射环境的精确建模,包括近地轨道(LEO)与地月空间(Cislunar Space)的带电粒子通量特征。随后,本书详尽分析了被动屏蔽材料(如聚乙烯、水箱)的优化布局,并重点介绍了新兴的主动屏蔽技术,如等离子体屏蔽和磁力屏蔽的可行性及工程实现障碍。通过蒙特卡洛模拟,我们展示了不同屏蔽方案下的剂量率分布图谱,为任务规划提供了量化依据。 第三章:闭环生命支持系统(ECLSS)的能效优化 生命支持系统的可靠性直接决定了任务的成败。本章超越了传统的物理化学循环流程,聚焦于高效、低能耗的闭环技术。内容涵盖了水回收、二氧化碳去除与资源化利用(如萨巴蒂尔反应器的改进)、氧气再生技术(如电解水技术与光催化技术)的最新进展。我们对不同ECLSS方案的质量、功耗和体积(WPV)进行了综合评估,并提出了基于人工智能的预测性维护算法,用于提前发现系统故障并优化资源调度。 第二部分:高精度轨道动力学与任务规划 第二部分将理论动力学与实际任务执行相结合,探讨了在复杂引力场环境下实现精确轨道机动和长时间轨道保持所需的数学工具与工程实践。 第四章:非理想引力场建模与摄动力分析 本书详细阐述了地球重力场(J2、J3等高阶谐系数)的精确建模方法,以及太阳、月球等天体引力摄动对轨道长期稳定性的影响。本章的核心内容是对大气阻力模型(特别是低密度热力学模型)的修正与应用,这对于维护低地球轨道(LEO)平台的高度至关重要。我们引入了高斯行星方程的数值求解技术,并展示了如何利用摄动力数据来优化推进剂使用效率。 第五章:高效轨道转移理论与霍曼转移优化 本章系统地回顾了经典的轨道转移理论,如霍曼转移、双椭圆转移,并将其拓展至多体引力系统中的最优控制问题。重点讨论了低推力推进系统(如离子推进器)下的长时间、高效率轨道机动策略,包括周期性轨道设计和惯性定标转移。书中提供了大量案例分析,展示了如何利用引力辅助(Slingshot Maneuver)来最小化ΔV预算,以实现深空探测任务的有效载荷最大化。 第六章:在轨自主导航、态势感知与避碰 随着空间交通的日益拥挤,自主导航和态势感知能力成为关键。本章探讨了基于星敏感器、陀螺仪、GPS/GNSS接收器和激光雷达数据的多源信息融合算法(如扩展卡尔曼滤波EKF与无迹卡尔曼滤波UKF)。此外,我们深入分析了空间碎片监测与主动避碰(Conjunction Assessment)的流程与决策树。书中详述了基于相对测距和相对动力学的近距离会合机动规划,以确保空间资产的安全运行。 第三部分:地外基地建设与长期驻留工程 本书的最后部分着眼于人类迈向月球和火星的宏伟目标,关注地外环境下的原位资源利用(ISRU)与可持续栖息地建设。 第七章:月球与火星表面环境特性与影响 全面分析了月球风化层(Regolith)的物理化学特性,包括其磨蚀性、静电吸附能力以及对设备和宇航服材料的潜在损害机制。针对火星任务,我们深入研究了极低气压、高频尘暴对太阳能电池板效率、热控系统和移动系统的影响。书中还探讨了月尘静电效应的建模与主动消除技术。 第八章:原位资源利用(ISRU)的工程实现 ISRU被视为实现地外基地可持续性的基石。本章详细介绍了从月壤中提取氧气、水冰以及建筑材料的多种技术路线。内容涵盖了氢还原法、熔融电解法在氧气提取中的应用,以及利用微波烧结技术制造月球着陆场的实验数据和工程放大挑战。我们对比了不同ISRU技术路线的能源需求、产出效率和系统复杂度,旨在指导未来任务的选型。 第九章:地外栖息地结构设计与热控 地外栖息地的结构必须能有效抵御微陨石撞击、温差变化和辐射。本章探讨了使用地外材料(如月壤或玄武岩纤维)进行3D打印建筑的可行性。我们着重分析了栖息地内部的热流管理策略,包括如何利用地表材料进行热缓冲,以及在极低外部温度下维持内部稳定环境所需的能源平衡计算。书中还包含了对充气式栖息地(Inflatable Habitat)在加压和结构完整性方面的最新研究。 总结与展望 本书的结论部分总结了当前空间站工程与深空探索领域所面临的主要技术瓶颈,并对未来十年可能出现的革命性技术进行了前瞻性预测,例如量子导航在星际任务中的应用潜力,以及自主机器人编队在轨道组装中的角色。我们相信,通过跨学科的深入研究和工程实践的持续创新,人类在宇宙中长期、安全、可持续的存在将不再是遥不可及的梦想。 --- 关键词索引: 轨道力学, 空间站集成, 辐射防护, 闭环生命支持, 姿态控制, 空间碎片, ISRU, 月球基地, 轨道转移, 导航与避碰。

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用户评价

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这本书在讲解材料腐蚀与防护时,也展现了其深刻的物理化学洞察力。我了解到,腐蚀不仅仅是简单的物质损耗,而是一个复杂的电化学过程。作者详细解释了阳极反应、阴极反应以及电解质的作用,并分析了各种腐蚀机制,如电偶腐蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀裂纹等。书中对各种防护措施的原理也进行了深入的介绍,比如缓蚀剂、电化学防护以及表面涂层等,并分析了它们如何有效地抑制腐蚀的发生。我甚至联想到,在海洋工程或化工生产中,材料的耐腐蚀性是至关重要的,而这本书提供的知识,无疑为解决这些实际问题提供了宝贵的指导。当我读到书中关于如何通过改变材料表面处理方式来提高其耐腐蚀性时,我脑海中浮现出那些在恶劣环境中工作的金属设备,它们能够在风雨侵蚀下保持稳定,正是得益于这些背后精妙的科学原理。

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这本书在阐述材料的力学性能时,也融入了丰富的物理化学思想。我注意到,作者并没有仅仅停留在宏观的应力-应变关系描述,而是深入探讨了这些宏观表现背后微观机制。比如,关于位错滑移、晶界强化以及固溶强化等内容,作者都用清晰的语言解释了这些微观结构如何影响材料的强度、硬度和韧性。尤其令我印象深刻的是,书中对疲劳断裂过程的分析,它详细描述了裂纹的萌生、扩展以及最终的断裂,并将这些过程与材料内部的缺陷和应力集中程度联系起来。我甚至能联想到,在某个工程设计中,工程师会仔细查阅这本书,以确保所选用的材料能够承受预期的载荷,并且在长期服役过程中不会因为疲劳而失效。这种对材料本质的深刻理解,让我对工程师这个职业充满了敬意,也让我明白了为什么看似简单的金属材料,在不同的应用场景下会有如此巨大的性能差异。

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让我感到欣喜的是,这本书对新型功能材料的介绍也相当详实。从超导材料到形状记忆合金,再到磁性材料和光学材料,作者都一一进行了详细的阐述,并分析了它们独特的物理化学性质是如何实现其特殊功能的。我特别着迷于书中关于半导体材料的章节,它深入剖析了电子在晶体中的能带结构,以及掺杂如何改变其导电性能。我甚至可以想象,在未来的电子设备中,这些基于先进材料科学原理设计的芯片,将如何改变我们的生活。作者还结合了最新的研究进展,介绍了许多前沿的材料,例如纳米材料和生物医用材料,并探讨了它们在各个领域的潜在应用。这让我意识到,材料科学是一个不断发展的领域,而这本书正好为我们提供了一个了解这些前沿进展的窗口。它让我看到了科学的无限可能,也激发了我对未来科技发展的期待。

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这本书对材料的焊接与连接原理,也进行了深入的剖析,让我对这些工程实践有了更深刻的理解。我了解到,焊接不仅仅是将两块金属熔合在一起,而是一个涉及复杂的传热、传质以及相变过程。作者详细解释了不同焊接方法(如电弧焊、电阻焊和激光焊)的原理,以及它们如何影响接头的微观组织和力学性能。书中还探讨了焊接过程中可能出现的缺陷,如气孔、夹渣和裂纹,并分析了这些缺陷的成因以及如何避免。我甚至联想到,在航空航天或汽车制造领域,高质量的焊接是保证结构安全的关键,而这本书提供的知识,无疑为工程师们提供了宝贵的参考。当我读到书中关于如何通过优化焊接工艺来提高接头的强度和韧性时,我脑海中浮现出那些精密复杂的金属结构,它们正是通过精湛的焊接技术连接在一起,展现出强大的工程力量。

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这本书带给我的另一大惊喜是它对实验方法的细致讲解。虽然我没有机会亲自进行实验,但通过书中生动的描述,我仿佛置身于实验室之中。作者详细介绍了各种表征技术,比如X射线衍射、扫描电子显微镜以及能量色散光谱等,并解释了它们如何被用来分析材料的结构、成分和形貌。我特别关注了关于材料失效分析的部分,作者通过分析金属构件的断裂痕迹,追溯其失效原因,并将这些分析与材料的微观结构以及所处的服役环境联系起来。这种“侦探式”的分析方法,不仅展示了科学的严谨性,更体现了其解决实际问题的力量。书中穿插的一些案例研究,更是将理论知识与现实世界的挑战紧密相连,让我深刻体会到基础研究对于推动技术进步的重要性。当我读到书中关于如何通过改进材料成分或热处理工艺来提高金属零件的疲劳寿命时,我脑海中不禁浮现出许多日常生活中那些看似平凡却至关重要的金属制品,它们默默地承受着巨大的压力和考验,而这本书让我得以窥见它们背后隐藏的科学奥秘。

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这本书的封面设计极具艺术感,深邃的蓝色背景搭配烫金的标题,散发出一种沉稳而权威的气息,仿佛预示着书中蕴含的知识如同浩瀚星辰般深邃。虽然我并非冶金或材料领域的专业人士,但当我翻开这本书时,立刻被其严谨而又不失趣味的语言所吸引。作者并非直接堆砌枯燥的公式和数据,而是巧妙地将物理化学的原理融入到冶金和材料的实际应用之中,使得那些曾经让我望而却步的概念,变得生动而易于理解。例如,书中在探讨晶体生长时,不仅详细阐述了热力学和动力学定律如何支配原子排列,更联系了实际生产中如何通过控制温度和成分来优化晶体质量,从而提升材料的性能。我甚至能想象到,在某个实验室里,研究人员正依据书中提到的方法,小心翼翼地调整参数,期待着那一炉凝聚着智慧结晶的金属材料诞生。这种理论与实践的紧密结合,让这本书不仅仅是一本学术著作,更像是一本引导我们探索物质奥秘的指南,激发了我对科学探索的浓厚兴趣,让我渴望了解更多关于材料如何被塑形、如何改变其性质的知识。它为我打开了一扇窗,窥见了科学研究的迷人世界。

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在阅读过程中,我发现作者对于材料在高温下的行为有非常深入的阐述。那些关于氧化、还原、扩散以及高温相变等章节,将我带入了一个充满挑战性的高温世界。我了解到,在极端高温环境下,材料的性能会发生复杂的变化,而理解这些变化背后的物理化学原理,对于设计和制造耐高温材料至关重要。书中对合金化对高温性能的影响进行了详细的讨论,解释了不同元素如何改变材料的熔点、氧化速率以及蠕变行为。例如,书中关于镍基高温合金在航空发动机叶片中的应用,以及如何通过精确控制合金成分和组织来提高其在极高温度下的稳定性和抗氧化性,让我对这些关键工业领域产生了浓厚的兴趣。我甚至想象,在某个炙热的熔炉旁,工程师们正依据书中提供的指导,小心翼翼地操作,以确保每一批高温材料都能达到预期的性能标准。这种知识的实用性和前沿性,让我觉得这本书不仅仅是理论知识的堆砌,更是连接科学研究与工业应用的重要桥梁。

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从我个人经验出发,这本书在叙述方式上给我留下了深刻印象。它并没有采用那种填鸭式的教学方法,而是循序渐进地引导读者思考。一开始,我会觉得有些概念比较晦涩,但随着章节的深入,作者会通过大量的实例分析,将抽象的理论具象化。比如,书中关于相变动力学的章节,详细解释了扩散、形核以及生长等过程,并用了很多篇幅来阐述这些过程如何影响金属的微观组织和宏观性能。我尤其喜欢它对金相分析的描述,仿佛能看到显微镜下的金属晶粒,它们的大小、形状和分布,都讲述着材料在热处理过程中的“故事”。作者还巧妙地运用了类比手法,将一些复杂的物理化学过程比作我们日常生活中常见的事物,极大地降低了理解门槛。在我看来,这本书的价值不仅在于它传授的知识本身,更在于它培养了一种深入探究问题的思维方式,鼓励读者去追问“为什么”和“如何做”,而不是仅仅接受现成的结论。这种学习体验让我觉得充实而有意义,仿佛在与一位经验丰富的导师进行着一场智慧的对话,受益匪浅。

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这本书在讨论材料的表面工程时,也展现了其独特的视角。我了解到,材料的表面性能往往对其整体功能起着至关重要的作用。作者详细介绍了各种表面改性技术,如渗碳、渗氮、 PVD (物理气相沉积) 和 CVD (化学气相沉积) 等,并分析了它们如何改变材料表面的成分、结构和性能。书中还探讨了这些表面处理如何提高材料的耐磨性、耐腐蚀性以及抗氧化性。我甚至想象,在某个制造车间,工人们正熟练地操作着各种先进的表面处理设备,为材料赋予特殊的“外衣”,使其能够胜任更严苛的工作环境。当我读到书中关于如何通过薄膜沉积技术来制备光学涂层或电子元件时,我深感材料科学的魅力,它能够通过精细的表面控制,创造出具有神奇功能的材料,极大地拓展了我们的技术边界。

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这本书对于热力学在材料科学中的应用,也做了非常详尽的阐述。我学到了吉布斯自由能、焓和熵这些基本概念是如何指导我们理解材料的稳定性、相变以及化学反应的。书中通过大量的相图分析,展示了如何预测合金在不同温度和成分下的相组成,以及如何利用这些信息来优化材料的设计和加工工艺。例如,在钢的相变过程中,通过控制碳含量和冷却速率,可以获得不同的组织,从而赋予钢不同的性能。作者还介绍了各种热力学计算方法,如CALPHAD方法,能够精确地预测材料的相平衡,这对于新材料的开发具有重要的指导意义。我甚至想象,在某个材料设计实验室,研究人员正利用这些热力学工具,如同绘制地图一般,探索着各种材料的可能性,为未来的工业发展奠定基础。

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