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页数:223

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出版时间:2009-12

价格:25.00元

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isbn号码:9787030267344

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• 机能学
• 实验学
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《现代工程材料学》 书籍简介 本书系统深入地探讨了现代工程领域所依赖的各类关键材料的结构、性能、制备工艺、服役行为及其在实际工程应用中的优化策略。全书内容紧密围绕材料科学与工程的核心原理，旨在为读者构建一个全面、深入且具有前沿视野的材料知识体系。 第一部分：材料基础科学与结构 本部分首先回顾了材料科学的基本概念，包括晶体结构、晶格缺陷理论及其对宏观性能的决定性影响。重点阐述了晶体学基础，涵盖布拉维点阵、密堆积结构以及衍射分析技术（如X射线衍射）在材料结构表征中的应用。 随后，深入剖析了材料的微观结构与性能的关系。详细介绍了位错理论、晶界工程、相变动力学等概念。尤其关注原子尺度上的结合力（如离子键、共价键、金属键和范德华力）如何决定材料的弹性模量、强度和断裂韧性。我们引入了计算材料学方法，如第一性原理计算（DFT）和分子动力学模拟，来预测和解释材料在原子尺度上的行为。 第二部分：工程金属材料 金属材料是现代工业的基石。本章聚焦于结构钢、特种合金以及功能金属的深层机理。 1. 铁碳合金与相图解析： 详尽解读了Fe-C相图，着重分析了奥氏体、铁素体、渗碳体和贝氏体等微观组织形成的过程。深入探讨了热处理工艺（如正火、淬火、回火、渗碳渗氮）对钢材力学性能的调控机制，并引入了连续冷却转变（CCT）图和等温转变（TTT）图的应用实例。 2. 结构与高温合金： 针对航空航天、能源等极端环境需求，详细介绍了镍基、钴基高温合金的强化机制，如$gamma'$相的析出强化、固溶强化和晶界强化。探讨了这些合金在高温蠕变、热腐蚀和热疲劳条件下的失效模式。 3. 轻质金属与新型合金： 关注铝合金、钛合金和镁合金的发展。探讨了如何通过控制晶粒尺寸（如利用非平衡凝固技术）来提高其强度和韧性。特别对金属间化合物（如TiAl）作为下一代高温结构材料的潜力进行了分析。 第三部分：陶瓷材料与无机非金属材料 陶瓷材料以其优异的耐高温、耐磨损和电学特性，在尖端技术中扮演着不可替代的角色。 1. 结构陶瓷： 重点介绍氧化物（如氧化铝、氧化锆）和非氧化物（如碳化硅、氮化硅）陶瓷的制备技术，特别是粉末冶金与烧结理论。详细讨论了陶瓷的脆性断裂机制，以及如何通过引入第二相（如部分稳定化氧化锆，PSZ）实现增韧。 2. 功能陶瓷： 涵盖压电陶瓷（如PZT）、铁电材料、半导体陶瓷（如ZnO）的介电性能、导电机制及其在传感器和储能器件中的应用。 3. 玻璃与复合基体： 探讨了硅酸盐玻璃的结构缺陷、应力缓释以及玻璃钢化技术。此外，还分析了陶瓷基复合材料（CMC）的优势，以及纤维/基体界面设计对整体性能的影响。 第四部分：高分子材料与复合材料 高分子材料因其轻质、易加工和可设计性强而广泛应用。 1. 高分子结构与性能： 阐述了聚合物的链结构、分子量分布、结晶度、玻璃化转变温度（$T_g$）和熔点（$T_m$）如何影响其黏弹性行为。深入分析了热塑性塑料（如PE, PP, PVC）和热固性树脂（如环氧树脂、酚醛树脂）的成型工艺和老化机制。 2. 橡胶与弹性体： 基于统计力学原理，详细介绍了硫化交联过程对橡胶网络结构的影响，以及动态力学分析（DMA）在表征粘弹性行为中的作用。 3. 纤维增强复合材料（FRC）： 复合材料是本领域的焦点。本书从细观力学的角度，推导了各向异性复合材料的宏观本构方程（如混合律、Tsai-Hill准则）。详细比较了碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）和芳纶纤维（AFRP）增强树脂基复合材料的铺层设计、界面结合以及在拉伸、压缩和层间剪切载荷下的失效模式。 第五部分：功能材料与前沿技术 本部分面向未来工程需求，介绍具有特定电、磁、光、热响应特性的新兴材料。 1. 半导体材料： 聚焦于硅基半导体的能带理论、掺杂机制以及PN结的形成。前沿部分涉及第三代半导体（如GaN, SiC）在功率电子学中的应用和挑战。 2. 磁性材料： 阐述了铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性的微观起源（交换作用）。深入分析了软磁材料（高磁导率）和硬磁材料（高矫顽力）的结构特点，并探讨了磁记录介质和磁存储技术的发展。 3. 智能与响应材料： 详细介绍了形状记忆合金（如NiTi）的马氏体相变机制，以及压电、磁致伸缩材料在传感器和执行器中的工作原理。并对纳米材料的尺度效应、表面能对性能的影响进行了专题讨论。 第六部分：材料的制备、表征与服役行为 材料的性能受制于其制备过程和服役环境。 1. 制备工艺： 涵盖了材料从熔炼、凝固到成型的全过程。重点讨论了增材制造（3D打印）中粉末床熔融（SLM）和定向能量沉积（DED）对材料微观结构（如残余应力、孔隙率）的独特影响，以及如何优化工艺参数以保证最终部件的性能。 2. 材料的表征技术： 提供了全面的材料分析工具箱，包括扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM，特别是HRTEM）、聚焦离子束（FIB）、原子力显微镜（AFM）在微观形貌、晶体结构和化学成分分析中的应用指南。 3. 材料失效分析： 这是工程实践中的关键环节。系统分析了疲劳断裂（低周/高周疲劳）、蠕变、应力腐蚀开裂（SCC）等主要的失效模式。通过断口形貌分析（如韧性、脆性、疲劳条纹的识别），指导工程师进行可靠性评估和寿命预测。 本书强调理论与实践相结合，不仅提供坚实的材料科学理论基础，更侧重于工程应用中的材料选择、性能优化和失效预防策略。通过大量的案例分析和最新的研究进展，帮助读者掌握现代工程材料的设计、制造与应用的核心能力。

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**评价五：** 这本书的语言风格是一种非常成熟、老到的学术散文体，读起来有一种老派学者的风范，丝毫没有当代网络快餐文化的浮躁气息。它像是一坛陈年的老酒，需要时间去酝酿，去品味其中的复杂层次。我尤其欣赏作者对“局限性”的坦诚探讨。在许多书籍试图描绘一个完美无瑕的科学世界时，这本书却毫不避讳地指出了现有理论和方法论的边界与漏洞。这种诚实的态度，反而让我对科学本身产生了更强的信任感，因为你知道，即便是最权威的论述，也只是通往真理路上的一个阶段性成果。书中对不同学派观点冲突的描绘，也十分精彩，它没有简单地判定谁对谁错，而是将这些冲突视为推动学科发展的内在动力。这种包容而深刻的辩证法思维，使我不再将知识视为僵硬的教条，而是视为一个不断自我修正、自我完善的动态系统。这本书，与其说是教会我如何做实验，不如说是教会我如何思考一个“科学工作者”该有的心态和视野。

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**评价一：** 这本书简直是一本行走的“知识迷宫”，每次翻开都像是在探索一座未知的古老遗迹。它并不是那种按部就班、把所有知识点都清晰罗列出来的教科书，更像是一位博学多才的导师，用一种极其散文化的笔触，带着你领略各个学科背后的深层逻辑和发展脉络。我特别欣赏作者在阐述复杂概念时所展现出的那种从容不迫的气度，他似乎从不急于给你一个标准答案，而是引导你思考“为什么会是这样？”、“这背后的机制又是什么？”。那种抽丝剥茧、层层深入的叙事方式，初读时可能会觉得有些晦涩，需要反复咀嚼，但一旦抓住其中的某个关键点，你会发现整个知识体系豁然开朗，那种醍醐灌顶的感觉，是其他同类书籍难以比拟的。它教会我的，与其说是具体的实验操作，不如说是一种观察世界的全新视角和批判性思维的养成。我用了很长时间才适应这种“跳跃式”的讲解，但现在我已经完全沉浸在这种探索的乐趣之中，仿佛我不是在阅读，而是在与一位智者进行一场跨越时空的对话。

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**评价二：** 说实话，我拿起这本书的时候，内心是带着一丝忐忑的，因为从书名来看，它似乎预示着大量的枯燥理论和公式堆砌。然而，实际阅读体验却带来了极大的惊喜。作者的文字功底实在了得，他有一种化腐朽为神奇的力量，能将那些原本令人生畏的科学原理，用极其生动和富含哲理的语言娓-释出来。举个例子，书中有一处对某一经典物理现象的描述，他没有直接给出复杂的傅里叶变换公式，而是通过一个生活中的音乐例子，将波动的叠加与分解讲得清晰透彻，让人瞬间就理解了其核心意义。这本书的排版和插图设计也极具匠心，图文并茂，且插图并非简单的示意图，很多都带有艺术性和启发性，仿佛每一张图都在低语着一个未被发现的秘密。我发现自己常常会因为一个精妙的比喻而停下笔来，深思良久。这本书更像是一部培养“科学素养”的艺术品，而不是一本纯粹的技术手册。它激发了我对未知世界更深层次的好奇心，让我开始质疑那些被奉为圭臬的“既定事实”。

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**评价三：** 这本书的叙事节奏非常独特，它不像传统教材那样线性展开，反而更像是一部悬疑小说，处处埋下了伏笔和线索。每一章的结尾，都会留下一个引人深思的问题，迫使读者在进入下一章之前，必须先在脑海中构建起自己的初步框架。这种“提问先行”的结构，极大地增强了阅读的主动性和参与感。我发现自己并非是被动接受信息，而是积极地在书中寻找那些隐藏的答案和论证链条。书中对某些实验历史背景的追溯和对先驱者思想的引用，也做得非常到位，这使得冰冷的科学知识顿时有了温度和人情味。我能感受到那些科学家在面对未知时所经历的挣扎、兴奋与最终的突破。这本书成功地将“科学史”、“哲学思辨”和“实验方法论”熔于一炉，形成了一种独树一帜的阅读体验。对于我这种偏爱从宏观角度理解事物的读者来说，它提供了绝佳的切入点，让我得以跳出具体操作的泥潭，去欣赏整个科学大厦的宏伟蓝图。

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**评价四：** 读完这本书，我不得不承认，它对“基础”的定义有着颠覆性的理解。作者似乎对传统上被认为“简单”或“基础”的概念进行了重新审视和深度挖掘，揭示了它们背后隐藏的复杂性和精妙之处。书中对一些基础现象的分析，其深度已经超越了我之前接触的任何进阶读物。它没有回避那些看似微不足道的细节，反而将这些细节视为理解全局的关键钥匙。例如，书中对测量误差来源的探讨，就详尽到令人咋舌的地步，但正是这种极致的严谨，让我领悟到科学的真正魅力在于对“不确定性”的精确把握。我过去总以为，实验的成功与否只取决于操作的规范性，但这本书让我明白，真正的科学精神在于对系统性偏差的洞察和对偶然性的敬畏。整本书充满了对“精确性”和“可重复性”的执着追求，文字中流淌着一种近乎偏执的工匠精神，这对我个人的学习态度产生了潜移默化的影响，让我更加注重过程的每一个微小环节。

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