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出版者:江苏中国矿业大学

作者:马新民

出品人:

页数:452

译者:

出版时间:1999-8

价格:36.00元

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isbn号码:9787810700245

丛书系列:

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科技前沿探索：新材料与智能制造的未来蓝图 图书名称： 科技前沿探索：新材料与智能制造的未来蓝图 作者： [此处可虚构一位资深行业专家或研究团队] 出版社： [此处可虚构一家知名科技出版机构] ISBN： [此处可虚构一串数字] --- 内容提要 《科技前沿探索：新材料与智能制造的未来蓝图》并非聚焦于传统重工业领域，而是以宏大的视野，深入剖析了二十一世纪以来，材料科学与先进制造技术如何以前所未有的速度融合、迭代，并最终重塑人类社会的生产力和生活方式。本书旨在为科研人员、工程师、企业管理者以及对未来科技趋势感兴趣的读者，提供一份全面、深入且具有前瞻性的指南。 全书分为五大部分共十五章，结构严谨，逻辑清晰，从基础理论的革新到应用场景的拓展，层层递进，展现了新材料体系的构建、智能制造系统的集成、以及二者协同发展所带来的颠覆性变革。 --- 第一部分：新材料的范式革命（第1章至第3章） 本部分着重于当前材料科学领域正在经历的根本性转变。传统上，材料的发现和应用是经验主导的过程，而现在，计算模拟和高通量实验正在加速这一进程。 第1章：超越硅基：下一代半导体与量子材料 本章详细阐述了摩尔定律面临的物理极限，并系统介绍了第三代半导体（如氮化镓GaN和碳化硅SiC）在电力电子领域的应用突破，它们如何推动电动汽车和可再生能源系统效率的大幅提升。同时，深入探讨了拓扑绝缘体、二维材料（如石墨烯及其衍生物）在信息存储和超高速器件中的潜在价值，以及如何通过精确调控原子层级结构来赋予材料全新的电子特性。 第2章：自适应与生命兼容材料：从仿生到再生 本章将焦点投向了与环境和生命体深度交互的“智能”材料。讨论了形状记忆合金、可逆交联聚合物（“自修复”材料）的最新进展，及其在极端环境下的可靠性保障。特别详述了生物医用材料的最新进展，包括可降解支架材料、生物墨水在3D生物打印中的应用，以及如何通过材料设计实现个性化药物控释系统。 第3章：极端性能材料的突破：轻量化与超耐受性 聚焦于提升结构件性能的关键领域。内容涵盖了高熵合金（HEAs）的设计原理及其在航空航天发动机部件中的应用前景，分析了它们抵抗高温蠕变和辐照损伤的能力。此外，还详述了先进复合材料的界面工程学，特别是碳纤维/树脂基复合材料的增韧技术，如何使其在保持轻质的同时，具备更优异的抗冲击性能。 --- 第二部分：智能制造的核心逻辑（第4章至第7章） 本部分转向制造系统的智能化转型，重点分析了数据、算法和自动化如何深度融合，构建出柔性化、高效化的未来工厂。 第4章：工业互联网与数字孪生：虚拟与现实的映射 详细解读了工业互联网（IIoT）的架构，强调了边缘计算在实时数据处理中的关键作用。核心内容聚焦于“数字孪生”（Digital Twin）技术，不仅描述了其构建流程（从传感器数据采集到高精度仿真模型的建立），更深入分析了如何利用孪生体进行预测性维护、工艺优化和新产品虚拟调试，从而缩短上市时间。 第5章：增材制造（AM）的工业化挑战与机遇 本书对增材制造的论述超越了简单的快速原型制作。本章重点讨论了选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等金属增材制造工艺的成熟度评估，尤其关注了打印件的微观组织控制、残余应力消除以及后处理技术（如热等静压HIP）。同时也探讨了AM在制造复杂流道、点阵结构等传统工艺无法实现的几何形状上的独特优势。 第6章：先进机器人学与人机协作系统 本章审视了工业机器人在“工业4.0”中的进化。内容包括高精度视觉导航系统、力矩传感技术如何赋予机器人更高的感知能力，使其能够处理装配、打磨等精细任务。重点介绍了协作机器人（Cobots）的安全标准、编程简易性，以及它们在人工作站旁如何实现无缝、高效的人机协同工作流程设计。 第7章：制造过程的柔性化与批次化生产 探讨了如何通过快速换模技术（SMED）和模块化生产单元，实现小批量、多品种的经济性生产。分析了基于人工智能的工艺参数自适应调整系统，该系统能够实时根据原材料的微小波动或环境变化，自动优化加工轨迹和能耗，确保最终产品质量的一致性。 --- 第三部分：深度融合：材料驱动的智能制造（第8章至第10章） 本部分是本书的核心，探讨了新材料的特性如何反作用于并驱动智能制造系统的升级，实现“材料-工艺-性能”的闭环控制。 第8章：功能梯度材料（FGM）的精确制造 详细阐述了如何利用定向能量沉积（DED）或先进粉末床熔融技术，在单个部件内部实现材料成分和性能的连续渐变。分析了FGM在热障涂层、应力集中部位的优化设计中的应用，以及如何通过精确控制激光扫描策略来调控梯度速率和微观结构。 第9章：传感器与执行器的集成制造 讨论了将传感和执行元件直接嵌入到结构件内部的趋势，即“功能集成制造”。内容包括利用压电材料进行结构健康监测（SHM）的植入式传感器设计，以及如何利用形状记忆聚合物在特定热刺激下实现结构变形或自锁定的机制。 第10章：基于数据驱动的材料性能预测与逆向设计 本章聚焦于材料信息学（Materials Informatics）。阐述了如何利用机器学习算法处理高维度的材料表征数据（如TEM图像、XRD图谱），建立材料性能与制备工艺之间的非线性映射关系。着重介绍了“逆向设计”流程：从所需的宏观性能出发，系统自动推荐最佳的化学成分和制造参数组合。 --- 第四部分：可持续发展与循环经济（第11章至第13章） 本部分关注科技前沿如何响应全球对资源效率和环境责任的要求，探讨了绿色制造和循环经济中的技术支撑。 第11章：增材制造中的材料回收与再利用 分析了金属粉末在AM过程中的损耗问题。重点介绍了金属粉末的筛分、形貌检测和惰性气体保护下的再激活技术，以确保回收粉末的性能与原生粉末保持一致。同时，讨论了聚合物基材的化学解聚和物理回收技术。 第12章：能源效率与低碳制造工艺 探讨了如何通过选择性加热技术（如冷金属床技术、低温烧结）来显著降低传统热处理和烧结过程的能耗。内容还包括了利用先进工艺模拟软件精确计算制造过程中的碳足迹，并将能耗指标纳入实时优化算法的考量。 第13章：先进分离技术在资源化中的角色 关注复杂废弃物中高价值稀有金属的提取。深入介绍了电化学分离、膜分离技术在电子废弃物（E-waste）中的应用，以及如何利用生物冶金技术来替代传统的高污染湿法冶金过程。 --- 第五部分：未来展望与跨界融合（第14章至第15章） 本书的收官部分立足于更长远的时间维度，描绘了未来十年可能出现的颠覆性技术图景。 第14章：AI驱动的材料发现平台与自动化实验室 展望了完全自主运行的“黑箱”实验室。探讨了机器人驱动的合成、表征与数据反馈循环如何打破人类科研的瓶颈，实现材料参数空间的快速探索。分析了生成式模型在设计全新、非直觉材料结构上的潜力。 第15章：跨界融合：从太空制造到生物制造的边界 本章探讨了当前技术前沿与更遥远领域的交汇点。例如，低重力环境对晶体生长和合金凝固过程的影响及其在太空工厂中的潜在应用。此外，还探讨了生物合成系统（如微生物工厂）与精密物理制造系统之间的接口设计，预示着材料生产可能从地球上的工厂转移到更具定制化的生物反应器中。 --- 目标读者： 材料科学、机械工程、工业工程、自动化、计算机科学等相关专业的高校师生；专注于技术升级和产业转型的企业研发与管理人员；以及所有对未来科技驱动的产业变革抱有浓厚兴趣的专业人士。 本书以其详实的案例分析、严谨的理论推导和广阔的战略视野，为读者提供了一张清晰的“新材料与智能制造”领域的路线图。

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这本书绝对是近期阅读体验中的一股清流，它没有那种高高在上的学术腔调，而是用一种近乎于讲故事的笔法，将那些原本枯燥乏味的工程学原理，娓娓道来。我特别欣赏作者在描述那些大型设备运转时的那种细节捕捉能力，仿佛我正站在一个尘土飞扬的矿井口，亲眼目睹着那巨大的钻机如何精准而有力地刺破坚硬的岩层。书中对早期采矿技术演变的梳理，更是让人深思。它不仅仅是技术的罗列，更像是一部工业文明的兴衰史，展现了人类如何一步步驯服自然的力量。特别是关于破碎设备动态平衡的章节，作者引入了大量的图解和实物案例分析，即便是像我这样对机械构造并非科班出身的读者，也能清晰地理解其中精妙的力学设计。书中对不同地质条件下设备选型的考量，也展现了作者扎实的现场经验，而非纸上谈兵。读完后，我对“效率”二字有了更深层次的理解，它不再是简单的数字增长，而是一系列复杂系统优化后的必然结果。这本书的价值在于，它将冰冷的机械，赋予了鲜活的生命力和历史的厚重感。

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我不得不说，这本书在案例研究的选择上做得极为出色，它成功地将宏大的工程背景与微小的技术细节完美地结合起来。书中收录的几个特大型矿井改造案例，简直是工程界的史诗。作者对改造过程中遇到的突发性地质灾害和技术瓶颈的处理过程进行了极其详尽的复盘，特别是关于如何快速调整爆破参数以适应突变岩层硬度的部分，展现了极高的决策艺术。这些案例分析不仅仅是描述“发生了什么”，更是深入剖析了“为什么会这么做”以及“如果重来会怎么改进”。这种严谨的批判性思维贯穿始终。此外，本书的图表制作水平也是一流的，那些复杂的流程图和剖面图，线条清晰，信息量巨大，极大地辅助了文字的理解。总而言之，这是一本既有深度又有广度，既有理论基础又有实战指导的优秀著作，它为我们描绘了一个高效、安全、可持续的现代矿业蓝图。

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这本书的行文风格非常独特，它不像教科书那样板着脸孔，反倒更像是一位经验丰富的老工程师，在向他的年轻同事传授毕生所学。语言间充满了行业内的“黑话”和生动的比喻，这使得阅读过程充满了发现和乐趣。例如，书中对提升机钢丝绳疲劳寿命的分析，作者用“拉紧的琴弦”来比喻受力状态，一下子就把复杂的应力集中问题形象化了。书中对设备维护与故障诊断的论述，简直就是一本实战宝典。它没有给出标准化的流程清单，而是教你如何“像侦探一样思考”，从异常的噪音、不规则的振动模式入手，层层剥茧地找到问题的根源。这种注重底层逻辑和问题解决思维的培养，远比单纯记忆参数要有价值得多。我强烈推荐给所有一线技术人员，这本书能帮他们把日常工作中的经验，提升到理论指导的高度。

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这本书读起来有一种沉甸甸的真实感，那种感觉不是来自于纸张的重量，而是源于作者对行业痛点的深刻洞察。它没有回避现代采矿业面临的环保压力和可持续发展挑战。书中有一章专门讨论了尾矿处理与土地复垦的集成技术，这部分内容非常具有前瞻性和社会责任感。作者详细分析了不同类型的矿渣如何通过特定的化学或物理方法进行无害化处理，并介绍了如何利用这些处理后的材料进行生态修复，这让这本书的视野一下子从单纯的“采掘”拓宽到了“修复与共生”。我感觉作者在撰写这些章节时，是带着一种对地球家园的敬畏之心。更重要的是，它探讨了智能化、自动化对未来矿山的影响，例如远程遥控采掘、AI辅助的故障预测等，这些技术并非停留在科幻层面，而是有详实的现有案例支撑，让人对矿业的未来充满信心。

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说实话，刚翻开这本书时，我还有点担心内容会过于专业，毕竟涉及的领域跨度很大。但令我惊喜的是，作者在专业术语的运用上把握得恰到好处。每当引入一个复杂概念时，都会紧跟着一个通俗易懂的类比或者现实中的应用场景，这种处理方式极大地降低了阅读门槛。我尤其喜欢其中关于通风与安全管理的论述部分，那不仅仅是关于风机功率的计算，更深入探讨了在极端高温高湿环境下，如何通过优化气流组织来保障作业人员的生命安全。作者在强调技术进步的同时，从未忽视了“人”在整个生产链条中的核心地位，这在很多技术手册中是难得一见的视角。此外，书中对新材料在采矿设备制造中的应用趋势进行了前瞻性的探讨，比如超高强度钢和复合材料的引入如何改变了设备的维护周期和使用寿命。这本书的结构安排也十分合理，逻辑推进自然流畅，读起来酣畅淋漓，让人忍不住想一口气读完，去探索下一个技术谜团。

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