具体描述
好的，这是一本关于现代机械工程中的先进材料科学与制造技术的专业书籍的详细简介，该书的侧重点在于探索和应用新型材料在复杂系统集成中的潜力。 --- 书籍名称：先进材料科学与智能制造：面向高性能系统的材料设计与加工前沿 导言：材料——工程创新的基石 在二十一世纪的工程领域，性能的瓶颈往往不再是设计理念的不足，而是现有材料的物理和化学极限。从航空航天的高温稳定需求，到微电子器件的超高导热要求，再到生物医学植入物的仿生兼容性挑战，对材料性能的极致追求驱动着跨学科的创新。本书《先进材料科学与智能制造：面向高性能系统的材料设计与加工前沿》正是为了系统性地梳理和探讨这些前沿进展而编写的。 本书旨在为材料科学家、机械工程师、电子工程师以及从事先进制造工艺研发的专业人员提供一个深度融合的知识框架，涵盖从原子尺度的材料设计到宏观尺度的智能制造集成方案。我们聚焦于那些能够根本性改变现有工程范式的新型材料体系及其相匹配的先进制造技术。 第一部分：功能化与高性能基础材料的深度解析 (Material Fundamentals and Functionalization) 本部分深入探讨当前工程中最具变革潜力的几类基础材料，并阐述如何通过调控其微观结构来赋予其特殊功能。 第一章：新型合金体系的结构与性能调控 本章详细考察了高熵合金（HEA）和梯度材料（Functionally Graded Materials, FGM）的最新研究进展。 高熵合金的相场模拟与热力学预测： 重点分析了面心立方（FCC）、体心立方（BCC）以及复合相高熵合金的晶体结构稳定性、机械性能（如超塑性、高强度）与耐腐蚀性的关系。探讨了基于第一性原理计算（DFT）对复杂多主元体系中局域结构和电子态密度的预测方法。 梯度材料的界面工程： 讨论了如何通过精确控制成分或微观组织在材料内部的连续变化，以同时满足不同区域对热、力、电性能的苛刻要求。应用案例包括热障涂层和抗冲击装甲的结构优化。 第二章：先进陶瓷与复合材料的界面控制 陶瓷因其优异的耐高温、耐磨损性能，是极端环境下的关键材料。本章关注如何克服传统陶瓷的脆性，并引入高性能增强相。 结构陶瓷的增韧机制： 深入分析了纤维增韧（如SiC/SiC复合材料）和裂纹偏转/桥接机制在提高断裂韧性方面的作用。同时，探讨了纳米晶陶瓷的晶界工程学。 纳米增强复合材料的设计： 聚焦于碳纳米管（CNT）、石墨烯（Graphene）以及氮化硼纳米管（BNNT）作为增强相，如何显著提升聚合物基、金属基或陶瓷基复合材料的导电性、导热性和力学性能。着重讨论纳米填料的分散性与界面键合效率的量化表征。 第三章：智能响应材料与软物质工程 面向自适应系统和人机交互，本部分介绍了具有环境敏感性的功能材料。 形状记忆合金（SMA）与电活性聚合物（EAP）： 详细阐述了SMA的马氏体相变热力学以及其在微驱动器中的应用。对于EAP，分析了介电弹性体、离子聚合物-金属复合材料（IPMC）的工作原理、驱动效率及其在仿生执行器中的潜力。 自修复材料的化学机理： 探讨了基于微胶囊技术、血管网络结构和动态共价键网络的材料自修复策略，重点分析了修复效率与材料本体性能的平衡。 第二部分：面向复杂结构的增材制造与精密加工 (Additive Manufacturing and Precision Fabrication) 先进材料的性能潜能必须通过先进的制造技术才能完全释放。本部分将视角转向如何利用数字化和智能化技术制造出传统方法无法实现的复杂结构。 第四章：增材制造（AM）中的材料冶金学控制 增材制造，特别是金属激光粉末床熔融（LPBF）和定向能量沉积（DED）技术，本质上是一个快速加热和冷却的冶金过程。 熔池动力学与缺陷控制： 采用计算流体力学（CFD）和热传导模型，分析激光与粉末相互作用过程中的熔池形貌、液态金属流动与传热效率。深入探讨了气孔、未熔合等制造缺陷的形成机理及其对疲劳寿命的影响。 异质材料的增材制造： 研究如何通过多材料打印技术（如多喷头技术或多束流技术）实现功能梯度材料或功能复合结构的一次性打印，以及如何控制不同材料间的冶金结合或界面扩散。 第五章：超精密与微纳制造技术 针对微机电系统（MEMS/NEMS）和高精度光学器件的需求，本章聚焦于亚微米尺度的加工。 聚焦离子束（FIB）与电子束光刻（EBL）： 阐述了这些技术在材料原位表征、纳米结构刻蚀和原型制造中的应用。重点分析了不同材料在离子束或电子束辐照下的损伤机制与侧壁粗糙度控制。 超精密表面工程： 讨论了磁流变抛光（MRF）和电化学机械抛光（ECMP）等技术，如何实现光学元件和半导体晶圆的纳米级表面形貌控制，以及对表面残余应力和晶格损伤的评估。 第六章：数字化制造与质量保证的集成（In-Situ Monitoring） 实现“智能制造”的关键在于实时感知和反馈控制。 过程中的质量监测（In-Situ Monitoring）： 详细介绍利用高速红外热像仪、机器视觉系统和超声波传感器对增材制造过程中的温度场、裂纹萌生和层间结合质量进行实时采集和分析的技术。 数据驱动的工艺参数优化： 结合机器学习算法，建立从过程数据（如激光功率、扫描速度、原材料批次）到最终零件性能指标的映射模型，实现工艺参数的动态自适应调整，以确保批次间的一致性。 第三部分：系统集成与前沿应用 (System Integration and Frontier Applications) 本书最后一部分将理论与实践相结合，展示先进材料与制造技术如何解决关键工程挑战。 第七章：航空航天与能源领域的应用深化 极端载荷下的结构完整性： 研究了在超高/超低温环境下工作的材料，例如用于火箭发动机涡轮叶片的单晶镍基高温合金的定向凝固技术，以及液氢储罐所需的低温韧性材料选择。 先进能源存储与转换： 探讨了固态电解质材料在下一代锂电池中的界面稳定性问题，以及用于燃料电池和热电发电器的多孔陶瓷电极的设计与优化。 第八章：生物医学与柔性电子学的材料挑战 生物活性与可降解材料： 分析了生物相容性涂层（如羟基磷灰石）在骨科植入物上的应用，以及聚乳酸（PLA）和聚己内酯（PCL）等可吸收高分子材料的降解动力学控制。 柔性电子器件的载流子传输： 讨论了基于超薄金属膜、导电聚合物和二维材料（如MoS2）的柔性电路基底材料的设计，重点解决弯曲应力下材料导电性的保持和器件的长期可靠性问题。 总结与展望 《先进材料科学与智能制造：面向高性能系统的材料设计与加工前沿》不仅是一部技术手册，更是一部思维导引。本书强调的是材料属性与制造过程之间不可分割的协同关系——材料的选择决定了制造的可能性，而制造的精度则定义了材料的最终性能。通过对多尺度建模、实验验证和数字化控制的全面覆盖，本书旨在培养读者对复杂工程问题的系统性解决能力，为推动下一代高性能产品和系统的研发提供坚实的理论和技术支撑。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 book.quotespace.org All Rights Reserved. 小美书屋 版权所有