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出版者:化学工业

作者:乐建波

出品人:

页数:82

译者:

出版时间:2007-7

价格:11.00元

装帧:

isbn号码:9787502594930

丛书系列:

图书标签:

• 控制系统
• 自动化
• 过程控制
• 系统工程
• 电气工程
• 工业控制
• 反馈控制
• 建模与仿真
• 优化控制
• 智能控制

现代材料科学导论 本书旨在为初学者和希望拓宽知识面的工程师、科研人员提供一个全面而深入的现代材料科学基础。全书结构清晰，内容涵盖了材料科学的理论基石、主要材料类别及其在尖端技术中的应用，力求在理论深度与实际应用之间取得完美平衡。 第一部分：材料科学的基石 本部分系统地介绍了理解材料行为所必需的基础物理和化学原理。 第一章：原子结构与晶体学基础 本章从量子力学的基本概念出发，阐述了原子轨道的形成、化学键的类型（离子键、共价键、金属键、范德华力）及其对宏观材料性质的决定性影响。随后，重点深入探讨了晶体结构。我们详细分析了晶体学的基本概念，包括晶格、晶胞、布拉维点阵，以及常见的晶体结构如面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和六方最密堆积（HCP）。通过米勒指数的应用，读者将掌握描述晶面和晶向的数学工具，这对于理解材料的塑性变形和各向异性至关重要。本章还引入了晶体衍射（X射线、电子束）的基本原理，这是确定材料微观结构的关键实验手段。 第二章：晶体缺陷与微观结构 材料的宏观性能往往由其微观缺陷所主导。本章详尽讨论了晶体结构中的各种缺陷，包括零维缺陷（点缺陷：空位、间隙原子、取代原子）、一维缺陷（线缺陷：位错，重点讨论刃型和螺型位错的 Burgers 矢量和应力场）、二维缺陷（晶界、孪晶界、相界）以及三维缺陷（孔隙、夹杂物）。对位错理论的深入解析，特别是位错运动（滑移和攀移）与材料塑性、加工硬化之间的关系，是理解金属力学行为的核心。本章还涉及非晶态材料的短程有序结构及其与晶态材料的对比。 第三章：材料的热力学与动力学 材料的相变和稳定性由热力学规律支配。本章从吉布斯自由能的概念出发，构建了相图的理论基础。系统讲解了二元、三元相图的解读，特别是理解固溶体、相变点、共晶点和包析点的意义。动力学方面，重点分析了扩散过程，包括 Fick 定律及其在材料处理过程中的应用（如渗碳、表面改性）。随后，引入了形核与长大理论，解释了材料凝固、沉淀强化等过程的微观机制。 第二部分：主要材料类别及其特性 本部分将理论知识应用于三大传统材料体系：金属、陶瓷和聚合物，并介绍了先进复合材料。 第四章：金属材料及其加工 金属是工程中最广泛使用的材料。本章深入探讨了纯金属和合金的性能。重点分析了铁碳合金（钢铁）的相变图、奥氏体/铁素体转变，以及热处理工艺（退火、正火、淬火、回火）对碳钢组织和性能的调控作用。针对有色金属合金（如铝合金、铜合金），分析了固溶强化、沉淀强化、晶界强化等强化机制。此外，本章还详细讨论了金属的塑性成形过程（轧制、锻造、拉伸）中，应力、应变与断裂的关联。 第五章：陶瓷材料的结构与性能 陶瓷以其高硬度、耐高温、耐腐蚀性著称。本章区分了结构陶瓷（如氧化铝、碳化硅）和功能陶瓷（如压电陶瓷、铁电陶瓷）。讨论了陶瓷的离子和共价键特性，解释了其高杨氏模量和脆性行为的微观根源。重点关注陶瓷的制备工艺，包括粉体制备、烧结过程（液相烧结与固相烧结）及其对致密化程度和最终性能的影响。对于陶瓷的断裂韧性提升（如增韧机制）也将进行专门论述。 第六章：聚合物材料的化学与力学 聚合物因其轻质、易加工和可设计性在现代工程中占据重要地位。本章首先介绍聚合物的分子结构，包括单体、聚合反应（加成聚合、缩聚）、分子量及其分布对性能的影响。深入分析了聚合物的粘弹性行为，解释了玻璃化转变温度（Tg）和熔点（Tm）对材料时间-温度依赖性的影响。本章将聚合物分为热塑性塑料和热固性塑料两大类，并探讨了纤维增强复合材料中聚合物基体的作用。 第七章：复合材料的设计与应用 复合材料通过结合不同材料的优点来超越单一材料的性能极限。本章系统介绍纤维增强材料（如碳纤维、玻璃纤维）和颗粒增强材料的力学模型。重点讲解了混电阻抗模型（Rule of Mixtures）在预测宏观性能中的应用。深入分析了界面在传递载荷和保证整体性能中的关键作用。探讨了金属基复合材料（MMC）和陶瓷基复合材料（CMC）在航空航天和汽车工业中的前沿应用。 第三部分：材料的性能、失效与前沿方向 本部分关注材料在实际使用环境中的表现，以及如何通过设计来控制材料的失效。 第八章：材料的机械性能与断裂 本章是材料力学性能的核心。详细解析了拉伸、压缩、弯曲和扭转测试，并定义了屈服强度、极限拉伸强度、韧性与硬度等关键指标。对疲劳现象进行深入探讨，包括S-N曲线、疲劳极限、裂纹萌生与扩展的机制，以及低周疲劳和高周疲劳的差异。断裂力学部分引入了应力强度因子 ($K_I$) 和断裂韧性 ($K_{IC}$)，解释了脆性断裂和韧性断裂的判据，并探讨了蠕变和应力松弛现象。 第九章：电学、磁学与光学性能 本章聚焦于材料的非机械性能。在电学方面，讨论了导体、半导体和绝缘体的能带理论基础，重点分析了半导体的掺杂、载流子迁移率及PN结的工作原理。在磁学方面，解析了磁畴、磁化过程、居里温度，并对比了软磁材料和硬磁材料的特性及应用。光学性能部分则讲解了光的吸收、透射和反射机制，特别是在透明介质和光电子材料中的应用。 第十卷：材料的失效分析与寿命预测 理解材料如何失效是保障工程安全的关键。本章教授如何运用科学方法对失效部件进行分析，包括宏观和微观形貌分析（如扫描电子显微镜下的断口分析）。详细分析了腐蚀失效（电化学腐蚀、应力腐蚀开裂SCC）的机理，并介绍了各种防护措施，如涂层、牺牲阳极保护和缓蚀剂。此外，本章还介绍了非线性疲劳损伤累积模型和剩余寿命评估方法。 第十一章：前沿材料科学与技术 本章展望了材料科学的未来方向。重点介绍了纳米材料的尺寸效应，特别是量子点、纳米线和石墨烯等二维材料的独特物理化学性质。深入探讨了智能材料与响应材料（如形状记忆合金、压电材料）的工作原理。最后，对生物医用材料（如植入物材料的选择标准与生物相容性）和可持续材料（如生物基聚合物、材料回收技术）的发展进行了概述。 本书特色： 理论与实践紧密结合： 每章均配有丰富的工程实例和案例分析，展示材料原理如何指导实际工程设计。 图表详尽： 包含数百张高清相图、晶体结构图和微观形貌图，便于读者直观理解复杂概念。 贯穿始终的计算示例： 提供了一系列基于经典材料学公式的定量计算练习，帮助读者掌握数据处理能力。 本书适合作为大学本科高年级及研究生阶段《材料科学与工程》、《固体物理导论》等课程的教材或参考书，也是从事材料研发、产品设计和质量控制的工程师必备的案头工具书。

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我第一次接触到这本书是在一个学术研讨会的茶歇时间，当时一位前辈正在向我推荐。我抱着试一试的心态借阅了一段时间，结果一发不可收拾。这本书最让我感到惊喜的是它对“系统辨识”这一环节的详尽论述。在实际工程中，我们往往无法得到一个精确的数学模型，如何从实际采集的数据中反演出一个有效的模型，是控制设计的第一道坎。作者用近三分之一的篇幅专门讨论了参数估计方法、卡尔曼滤波的应用，甚至还涉及了面向对象建模的思想。这部分内容写得尤为扎实，既有理论基础的支撑，又有大量的代码伪实现思路作为参考，让人感觉这本书不仅仅是纸面知识的积累，更是一本实用的“工具箱”。读完这部分，我立刻对以往处理测量误差和数据噪声的方法有了全新的认识和改进思路，感觉自己的“工具箱”里一下子多出了几件趁手的利器，这对于提升工作效率和项目质量，有着直接且显著的帮助。

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说实话，我买这本书的初衷其实是有点功利性的，我正在准备一个高级认证考试，需要一本能系统梳理知识脉络的参考书。但读完之后，我发现它远远超出了一个“考试用书”的范畴。这本书的结构安排极其严谨，从最基础的系统建模，到经典的PID控制，再到现代控制理论，每一步的过渡都像是精心编排的乐章，层层递进，毫无赘余。我特别赞赏作者在每个章节末尾设置的“思考题”，这些问题往往不是简单的对错判断，而是需要读者结合前文知识进行综合分析和批判性思考，这极大地锻炼了我的分析能力。我发现自己不再满足于“知道”某个公式怎么用，而是开始探究“为什么”要用这个公式，这个公式背后的物理意义和局限性是什么。这种从“术”到“道”的提升，对于一个追求专业深度的学习者来说，是无价的。即便是那些我自认为已经非常熟悉的章节，通过作者的重新阐述，也能发现新的理解维度。

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这本书的封面设计得非常有气势，那种深沉的蓝色调搭配着银色的流线型图案，一下子就抓住了我的眼球。拿到手里的时候，感觉分量十足，纸张的质感也非常好，那种微微泛着哑光的光泽，让人感觉这是一本很有内涵的专业著作。我本来以为会是一本枯燥的理论堆砌，但翻开第一章，作者的文笔就显得非常老练和沉稳，没有那种空洞的术语轰炸，而是用一种非常生活化、贴近实际工程的语言，慢慢地将复杂的概念剖析开来。特别是关于反馈机制的引入部分，作者引用了几个非常经典的案例，比如工业生产线上的温度调节，以及我们日常生活中常见的恒温器工作原理，这种由浅入深的讲解方式，让一个初学者也能迅速建立起对“控制”这个核心思想的直观认识。我特别欣赏作者的叙事节奏，它不像教科书那样急于展示知识点，而是像一位经验丰富的导师，在你即将困惑的时候，恰到好处地递出一把解决问题的钥匙。阅读过程中，我甚至能想象出那些复杂的算法是如何在实际设备中运转的场景，这种代入感是很多同类书籍难以企及的。

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我是一个在自动化领域摸爬滚打了多年的工程师，说实话，市面上关于控制理论的书籍我已经拜读了不少，很多要么是过于偏重数学推导，看得人头昏脑胀，要么就是过于流于表面，实用性不强。这本书的出现，简直像在干涸的沙漠里遇到了一汪清泉。最让我眼前一亮的是它对“鲁棒性”和“自适应”这两个前沿概念的处理。作者没有停留在教科书式的定义上，而是深入探讨了在实际非线性、时变环境下，如何设计出真正能抵抗外界干扰的控制策略。书中那些关于模型预测控制（MPC）的章节，配图精妙绝伦，直接展示了优化问题的求解过程，那种将抽象数学转化为具体工程决策的过程，让人茅塞顿开。我立刻尝试将书中的一个分布式控制架构应用到我们正在进行的一个老旧设备改造项目中，效果立竿见影，系统的稳定性和响应速度都有了显著提升。这本书的价值不在于它说了多少别人没说过的话，而在于它把那些难以掌握的尖端理论，以一种极其“接地气”的方式呈现了出来，真正做到了知行合一。

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这本书的排版和印刷质量简直是艺术品级别的。打开书本，首先映入眼帘的是清晰锐利的文字和线条，图表部分更是达到了业界顶尖水平。很多技术书籍的图表往往模糊不清，或者颜色对比度太低，阅读起来非常吃力，但这本书的插图，无论是时域响应曲线还是频域分析图，都色彩分明，标注精准，连那些复杂的矩阵和向量符号都处理得干净利落，让人心情愉悦。而且，作者在解释复杂数学概念时，非常巧妙地融入了大量的工程实例和类比说明，比如将传递函数比作系统的“指纹”，将伯德图比作系统的“听诊报告”，这种形象化的表达方式极大地降低了理解门槛。对于我这种偏向文科背景、但又必须接触工程技术的读者来说，这本书就像是为我量身定做的一本“翻译手册”，它成功地架起了理论与实践之间的桥梁，让我得以流畅地阅读那些原本充满障碍的专业术语。

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