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出版者:科学出版社

作者:机械工学手册编撰委员会

出品人:

页数:920

译者:崔东印

出版时间:2007-1

价格:65.00元

装帧:

isbn号码:9787030177582

丛书系列:

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好的，这是一份关于一本未命名的、与《图解机械工学手册》无关的图书的详细简介。 --- 《现代工程材料的结构、性能与应用前沿》 导言：材料科学的范式演进与工程实践的基石 在二十一世纪的工程领域，材料不再仅仅是承载载荷的被动介质，而是决定系统性能、可靠性和可持续性的核心驱动力。《现代工程材料的结构、性能与应用前沿》 旨在深入剖析当代工程材料科学的最新进展，特别关注从微观结构调控到宏观性能实现之间的复杂关联。本书超越了传统材料学对基础晶体学和相图的简单介绍，聚焦于功能化材料、智能材料以及极端环境适应性材料的设计、制备与表征技术。 本书的编写哲学是构建一个知识网络，而非简单的知识线性堆砌。它要求读者不仅理解材料的“是什么”，更要掌握其“为什么”以及“如何”在实际工程挑战中实现性能的飞跃。我们假定读者已具备基础的材料科学和力学背景，因此本书将直接切入当前研究和产业界最关注的前沿领域，提供详实的案例分析和前沿方法的介绍。 --- 第一部分：结构-性能关系的精细化调控 本部分是全书的理论基石，侧重于如何通过控制材料的微观与纳米结构来精确塑形其宏观力学、热学、电学特性。 第一章：晶体塑性与位错动力学的高级模型 本章不再停留于经典的鲍林（Burgers）矢量概念，而是引入晶体塑性有限元（CPFEM） 方法论，探讨在多尺度加载路径下，晶体取向、晶界结构（如高角度晶界、孪晶界）对材料整体变形行为的影响。特别关注孪晶诱导塑性（TWIP） 效应在超高强度钢中的应用，以及如何利用梯度晶粒结构来提升材料的“强度-延展性”协同性。深入分析位错源的激活能垒和运动阻力机制，为先进热处理工艺提供理论指导。 第二章：非晶态与高熵合金的复杂构型设计 非晶合金（Metallic Glasses）因其无长程有序结构而具备超高弹性极限和优异的抗疲劳性能。本章详细阐述了原子团簇模型（CCA） 和缺陷密度理论在预测玻璃转变温度和剪切带形成机制中的作用。紧接着，本书将焦点转移到高熵合金（HEAs）——基于等原子比或近等原子比的多元合金体系。重点分析“高熵效应”、“迟滞效应”和“晶格畸变效应” 如何共同作用于固溶强化机制，并对比不同组元组合（如FCC、BCC、L12结构）在高温蠕变和辐照损伤抗性方面的差异。 第三章：界面工程与异质结构增强 材料的宏观性能往往受限于界面。本章系统阐述了界面热力学在控制复合材料相容性中的应用。我们详细讨论了纳米复合材料中增强相（如碳纳米管、石墨烯片层）的有效界面耦合技术，包括化学键合、物理锚定和应力传递优化。对于金属基复合材料，深入探讨了反应界面的控制——如何避免生成脆性金属间化合物，转而形成具有韧性的过渡层。本章还包含对梯度功能材料（FGM） 界面设计的案例分析，例如在热障涂层中的应用。 --- 第二部分：功能化与智能响应材料的深度探索 本部分聚焦于那些能够对外界刺激（光、电、磁、热、应力）做出可控响应的先进材料体系。 第四章：磁性与电学功能材料的自旋电子学基础 本书为传统电工材料学加入了现代自旋电子学的视角。详细介绍巨磁阻效应（GMR） 和隧道磁阻效应（TMR） 的物理机制，及其在磁存储器件（MRAM）中的集成技术。对于压电与铁电材料，我们侧重于应力-电场耦合的本构关系，探讨如何通过引入极性缺陷或调整晶畴结构来“极化预应力”，从而大幅提升其机电耦合系数（d33）。特别关注反铁磁性材料在高速信息处理中的潜力。 第五章：形状记忆合金与应力诱导相变的精密控制 形状记忆合金（SMA）是典型的智能材料。本章从热力学驱动力出发，解析马氏体相变的动力学过程。重点不在于简单的热循环，而是探讨如何利用应力驱动的马氏体转变（Stress-Induced Martensitic Transformation, SIMT） 实现高能密度输出。详细介绍了双向形状记忆效应（Two-Way Shape Memory Effect, TWSME） 的实现路径，以及如何通过合金化和热机械预处理来优化其疲劳寿命和响应速度，这对于执行器和微机电系统（MEMS）至关重要。 第六章：光电转换与能量收集材料 本章集中于光伏、光电探测以及热电转换材料。在光伏领域，本书详细对比了钙钛矿太阳能电池的缺陷容忍度、稳定性挑战与前沿钝化技术，并探讨了其在串联电池中的堆叠策略。在热电材料方面，阐述了如何通过“晶格热导率低化”（如引入纳米第二相或点缺陷散射）与“电子迁移率高化”（优化费米能级位置）来协同提高塞贝克系数（S）和电导率（σ），从而提升材料的无量纲优值（ZT）。 --- 第三部分：极端环境适应性材料与增材制造中的挑战 本部分面向高风险、高投入的尖端工程领域，如航空航天、核能和生物医学。 第七章：高温与抗辐照材料的损伤机制与防护 在燃气轮机、核反应堆等极端温度和高能粒子环境中，材料的服役寿命受到严重威胁。本章系统分析了高温蠕变的精细机制，包括晶界滑移、扩散蠕移和位错攀移的竞争。对于核能应用，深入研究了中子辐照诱导的氦气聚集导致的材料脆化和晶粒粗化问题。介绍了梯度材料设计（如陶瓷基体的梯度涂层）和高熵合金在抵抗辐照损伤方面的巨大潜力。 第八章：增材制造（AM）材料的冶金学异构性 增材制造，特别是选区激光熔化（SLM），正在彻底改变材料的制备方式。本章剖析了增材制造特有冶金学：如快速凝固速率导致的非平衡相形成、残余应力的产生与累积、以及再熔池边界处的缺陷（如未熔合孔隙）。重点讨论了如何通过优化激光扫描策略（如跳步扫描、扫描方向控制）和预处理（如预热、后处理热等静压（Hot Isostatic Pressing, HIP））来消除或钝化这些结构缺陷，实现与传统锻造材料相当的力学性能。 第九章：生物医用材料的界面生物相容性与可降解性 本章聚焦于植入物和组织工程支架材料。除了回顾传统的生物惰性材料（如钛合金、钴铬钼合金），本书深入探讨了生物活性材料（如生物活性玻璃、磷酸钙陶瓷）如何与宿主骨组织形成化学键合。对于可降解金属（如Mg合金），核心在于控制其降解速率——如何平衡机械强度维持期与生物吸收速度，以避免因降解失控导致的器件失效。本章还涉及功能化表面改性，利用纳米纹理和生物分子涂层来调控细胞粘附和迁移行为。 --- 结语：面向未来的材料计算与数据驱动设计 全书最后一部分展望了材料科学的未来方向。重点介绍了计算材料学（ICME） 的最新进展，特别是密度泛函理论（DFT） 在预测原子尺度能量和反应路径中的精确性，以及分子动力学模拟（MD） 在模拟大尺度（微米级）结构演化中的应用。最后，强调了高通量实验平台与机器学习（ML） 在加速新材料筛选和优化工艺参数中的革命性作用，为下一代工程材料的研发指明了方向。 《现代工程材料的结构、性能与应用前沿》 是一本面向研究生、高级工程师和科研人员的综合性工具书，它不仅提供了理论深度，更强调了从微观机理到宏观工程应用的完整闭环思考。

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这本书的深度与广度达到了一个令人赞叹的平衡点。我曾接触过一些侧重于某一特定领域的深度专著，它们对某一主题钻研得非常透彻，但往往缺乏对整个机械系统的整体认知。而这本手册的厉害之处在于，它像一张覆盖了整个机械工程领域的地图，标注了关键的地理位置。它涵盖了从基础的静力学、动力学，到流体力学、热力学的基础应用，甚至还触及了现代制造技术（如数控和增材制造）与材料科学的交叉前沿。比如，在介绍完传统的机床加工精度后，它没有止步于此，而是紧接着引入了现代传感器反馈控制在提高精度方面的作用。这种“承古启今”的编排方式，使得读者在学习基础原理的同时，也能感受到工程学随着时代发展的演变轨迹。它构建了一个多维度的知识网络，让学习者明白，一个齿轮的设计不仅仅是几何形状和材料强度的问题，它还牵涉到润滑、热管理，乃至最终的装配误差控制，真正体现了现代工程的系统集成思想。

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这本书的图文排版真是绝了，拿到手上翻阅，首先被它那种清晰明了的视觉效果所吸引。很多技术书籍往往堆砌着密密麻麻的公式和文字，读起来像啃硬骨头，但这本书不同，它仿佛是为我们这些非科班出身但又对机械原理充满好奇的人量身定做的。每一项核心概念，无论是材料的微观结构，还是复杂传动系统的啮合原理，都被精心设计的插图和示意图分解得极其直观。举个例子，当讲解到应力集中问题时，以往我只能靠想象力去构建那个受力模型，而这本书直接用三维透视图展示了应力云图的分布变化，那种“豁然开朗”的感觉，是纯文字描述完全无法比拟的。而且，图注的精准度和专业性也拿捏得恰到好处，既不会过于学术化到让人望而却步，也不会流于表面而失掉工程的严谨性。这种将复杂抽象概念具象化的能力，体现了编著者在教育和传播工程知识上的深厚功底。对于想快速建立机械工程宏观框架，并理解内部运作机制的读者来说，这本手册无疑提供了一条平坦且高效的学习路径，极大地降低了初学者的入门门槛，让人在轻松愉快的阅读体验中，不知不觉就掌握了关键知识点。

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对于我这种喜欢通过历史和理论溯源来加深理解的学习者来说，这本书的理论基础部分处理得尤为精妙。很多技术手册在介绍一个定律或公式时，往往直接抛出结论，让人感觉知识点像是空中楼阁。这本书在引入关键理论，比如欧拉-伯努利梁理论或者法拉第电磁感应定律在机械中的应用时，会用非常凝练但又不失严谨的笔触，简要回顾其历史背景和推导逻辑的简化过程。虽然篇幅有限，无法进行全篇的数学推导，但它给出了一个清晰的“思维链条”，让我们知道这个公式是从何而来，它在什么前提下成立。这种对“为什么”的尊重，让知识的掌握更加扎实。我发现，只有理解了理论的根基，在面对实际工作中那些“不标准”的工况时，才能灵活变通，而不是僵硬地套用课本上的标准案例。这种兼顾了理论深度与工程实践的叙事风格，让阅读过程充满了智力上的愉悦感和探究的乐趣。

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作为一个实际操作层面的工程师，我更看重工具书的实用性和可检索性。坦白说，市面上很多“手册”更像是教科书的缩写版，需要你对整体结构有一定了解才能找到所需信息。然而，这本手册在结构编排上展现了极高的“工具属性”。它的章节划分逻辑非常贴合实际工程设计的流程，从基础的材料性能参数到具体的零部件选型计算，再到装配和公差配合的规范，层层递进，脉络清晰。我尤其欣赏它在特定章节后附带的“工程案例速查表”和“常用公式速查索引”，这在项目周期紧张需要快速复核数据的时候，简直是救星。我上次在做一个定制夹具时，为了一组特定载荷下的安全系数计算卡住了，翻阅其他工具书总得绕好几圈，而这本书直接定位到对应的受力分析模块，里面的表格和简化的计算流程，让我五分钟内就得出了可靠的结论。这种对读者使用场景的深刻洞察，使得它超越了一般的参考书，真正成为了一本可以放在工作台旁随时取用的“实战指南”。它不是让你从头读到尾，而是让你能精确地在需要时，抓到最核心、最实用的那一块知识。

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这本书在细节处理上的严谨性，体现了极高的专业水准。我们都知道，在机械设计中，很多时候决定成败的往往是那些看似微不足道的“小细节”，比如螺纹的配合精度、键槽的倒角处理，或者是轴承的预紧力设定。这些内容往往是标准书中会提到，但很少有综合性手册会详细展开的领域。然而，这本手册在相关的设计章节中，并没有回避这些“琐碎”但至关重要的工程经验。它不仅给出了标准的推荐值，还解释了选择不同精度等级或不同预紧力范围背后的工程取舍——是追求更高的刚度，还是更长的寿命，亦或是更低的制造成本。这些关于“权衡（Trade-off）”的讨论，是教科书中最难获取的隐性知识。读完相关章节，我感觉自己像是跟一位经验丰富的老工程师进行了一次深入的午餐交流，学到的不仅是“怎么做”，更是“为什么应该这么做，以及这样做可能带来的潜在风险”。这种对实践细节的关注，极大地提升了这本书作为一本“手册”的价值密度。

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