Machining with Nanomaterials (Nanostructure Science and Technology) pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Springer

作者:Jackson, Mark J. (EDT)/ Morrell, Jonathan (EDT)

出品人:

页数:384

译者:

出版时间:2008-11-26

价格:USD 129.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780387876597

丛书系列:

图书标签:

纳米材料
精密加工
纳米技术
材料科学
制造工程
表面工程
纳米结构
机械加工
先进材料
微纳加工

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具体描述

"Machining with Nanomaterials" focuses on the application of thin film nanostructures to the solution of machining problems. The solution to machining materials in an environmentally conscious manner is to use newly developed thin film superlattice layer coatings that provide a means to eliminate the use of flood cooling and the associated peripheral equipment. The practical significance of the development of these coatings is related to eliminating the need for cooling and lubrication by fluids and the need to machine at ever increasing cutting speeds. The effects of reducing tool life is a particular challenge in high speed machining, and this text explains how coatings can improve tool life, reduce machining costs, and machine in an environmentally acceptable way.

机械加工与纳米材料 (纳米结构科学与技术) 图书简介本书深入探讨了利用先进的机械加工技术来处理和塑造纳米级材料的复杂性和挑战，重点关注材料科学、精密制造与纳米技术交叉领域的前沿进展。在当前技术飞速发展的时代，材料的尺度已进入纳米级别，这对传统的加工理念和方法构成了严峻的考验。本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解如何将纳米材料的独特性能转化为可实际应用的宏观结构和器件。第一部分：纳米材料加工的理论基础与挑战本部分首先建立理解纳米加工复杂性的理论框架。我们详细阐述了影响纳米级材料去除和成形的物理化学机制。这包括材料在极小尺度下的表面能变化、尺寸效应导致的力学性能漂移（如 Hall-Petch 效应的逆转或失效）、以及切削过程中的热影响区（HAZ）的精细控制。 1. 纳米尺度下的材料行为：探讨了晶粒尺寸、缺陷密度以及表面粗糙度对机械性能的决定性影响。特别关注了脆性材料（如陶瓷和半导体）和高熵合金在纳米加工过程中的断裂韧性和塑性变形机制。引入了分子动力学（MD）模拟和密度泛函理论（DFT）计算在预测切削力、热量传输以及刀具磨损方面的应用。 2. 刀具与工件的相互作用：纳米加工的核心挑战之一在于保持刀具的几何完整性和活性。本书详细分析了超硬材料、类金刚石涂层（DLC）以及单晶金刚石刀具在亚微米甚至纳米级切削深度下的磨损模型。讨论了润滑和冷却在极小空间内如何实现有效的热管理和摩擦控制，包括使用离子液体、超临界流体以及磁流变液体的最新研究成果。 3. 加工误差的传递与放大：阐述了从机床刚性、热漂移到刀具路径规划中的误差如何在纳米尺度上被放大。重点分析了颤振（Chatter）现象在超精密加工中的独特表现形式，并介绍了主动式减振系统和误差补偿技术的最新发展，旨在将工件表面的最终误差控制在亚十纳米级别。第二部分：先进纳米材料的精密加工技术本部分聚焦于具体的技术实现，涵盖了当前工业界和学术界最前沿的几种关键加工方法，并着重于如何适应特定纳米材料的特性。 1. 超精密磨削与研磨：探讨了用于高精度光学元件和半导体晶圆加工的超精密磨削技术。详细介绍了微米级和亚微米级砂轮的制备、修整技术（如电火花修整和激光修整），以及在磨削过程中如何控制表面残余应力和微观裂纹的形成。对于高硬度、高脆性材料，如碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN），我们提供了优化磨削参数以实现高表面光洁度和低损伤的工艺窗口。 2. 激光辅助与电化学加工：介绍了利用高能量密度激光与机械加工相结合的方法（如激光冲击强化、激光辅助切削）来改善材料的切削性能和表面质量。同时，深入分析了电化学机械加工（ECMM）和电化学放电加工（ECD），它们在加工导电性差或极易受热影响的纳米结构件中的独特优势和局限性。 3. 增材制造后处理与修复：鉴于增材制造（如 SLM、EBM）在构建复杂金属和陶瓷纳米结构部件中的崛起，本书专门辟出一章讨论如何利用超精密铣削、抛光和化学机械抛光（CMP）技术对增材制造件进行表面精修，以去除孔隙、消除残余应力层并恢复其设计性能。第三部分：纳米结构表面的功能化与表征纳米加工的目的不仅是获得精确的几何形状，更重要的是赋予或维持材料的特定表面功能。本部分关注后处理技术和质量控制。 1. 表面改性和功能化：讨论了加工后表面可能出现的化学污染、氧化层变化以及晶格损伤的修复方法。重点介绍了等离子体抛光、化学蚀刻（RIE）和超声波辅助处理如何用于优化材料的表面能、亲水/疏水特性，以及生物相容性，以满足航空航天、微电子和生物医学领域的苛刻要求。 2. 纳米加工质量的无损表征：详细介绍了用于评估纳米加工表面质量的前沿计量学工具。这包括原子力显微镜（AFM）的定量形貌分析、光学相干层析成像（OCT）对亚表面损伤的深度探测、以及高分辨透射电子显微镜（HRTEM）对晶界和位错结构的观察。强调了在线监测技术在实时反馈控制中的重要性。 3. 案例研究与未来展望：通过具体案例，如微机电系统（MEMS）的定制化加工、高性能轴承的超光滑表面制备，以及先进电池电极材料的结构优化，展示了纳米加工技术对提高系统性能的实际贡献。最后，展望了智能制造（AI/ML）在自主优化纳米加工参数中的应用潜力，以及新型柔性、自适应刀具材料的发展方向。本书结构严谨，内容详实，不仅是材料科学、机械工程专业学生和研究人员的宝贵参考书，也是致力于精密制造和新材料应用工程师的实用指南。它成功地架起了从基础纳米材料科学到高精度、高性能制造实践之间的桥梁。