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出版者:

作者:Todd, Robert H./ Allen, Dell K./ Alting, Leo

出品人:

页数:164

译者:

出版时间:1994-1

价格:$ 48.03

装帧:

isbn号码:9780831130503

丛书系列:

图书标签:

• 制造工艺
• 制造原理
• 工业工程
• 生产技术
• 材料加工
• 机械工程
• 工程技术
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• 工业生产

《现代先进材料科学与工程导论》图书简介 聚焦前沿，深入剖析材料世界的基础与未来 内容概述： 《现代先进材料科学与工程导论》并非一本关于传统制造工艺的书籍，它致力于构建一个全面、深入且前瞻性的材料科学与工程知识框架。本书旨在为工程技术人员、科研工作者以及高年级本科生和研究生提供一个理解和掌握当代材料设计、制备、表征及其在尖端应用中行为的权威指南。本书的核心在于探索“为什么”和“如何”通过调控材料的微观结构来赋予其宏观性能，从而推动技术革新的根本原理。 全书结构清晰，逻辑严密，分为五大部分，共二十章，层层递进，力求在广度与深度之间取得完美平衡。 --- 第一部分：材料科学基础与跨学科视野 (Foundational Materials Science and Interdisciplinary Perspectives) 本部分奠定了理解所有工程材料的基础。它超越了简单的晶体结构和化学键合的描述，深入探讨了材料性能的统计热力学基础，以及材料科学在跨学科领域中的地位。 第一章：材料的统一描述体系：从原子到宏观性能 详细阐述了如何使用定量方法描述材料的晶格缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）对机械、电学和光学性能的影响。引入了统计力学在理解相变动力学中的应用，特别是吉布斯自由能最小化原理在固态反应中的指导作用。强调了材料性能的“尺度效应”，即在纳米尺度下，材料行为与体相材料的显著差异。 第二章：计算材料学与高通量筛选的革命 本章重点介绍计算工具如何加速材料的发现与优化过程。深入讲解了密度泛函理论（DFT）在预测电子结构和材料稳定性的应用，以及分子动力学（MD）模拟在研究原子扩散和界面行为中的优势。内容涵盖了如何利用机器学习模型（如神经网络）处理大型材料数据库（Materials Project等），实现对新合金或复合材料的快速虚拟筛选。这部分内容完全聚焦于理论计算方法，而非具体的制造过程模拟。 第三章：先进表征技术：无损与原位探究 详尽介绍现代材料表征的前沿技术。内容包括同步辐射X射线散射（XRD/SAXS/WAXS）在实时监测晶化和应力分析中的应用；高分辨透射电子显微镜（HRTEM）中像差校正技术对亚埃级结构解析的贡献；以及聚焦离子束（FIB）在制备原位样品和进行三维重建中的作用。本章强调的是如何“看清”材料内部结构，而非如何“制作”这个结构。 --- 第二部分：功能性材料的量子设计与应用 (Quantum Design of Functional Materials) 本部分专注于那些因其特定电子、光子或磁学特性而被选用的材料，其设计基于对电子能带结构的精确控制。 第四章：半导体物理与能带工程 深入解析III-V族和II-VI族半导体的能带结构，重点讨论异质结的形成及其对载流子输运的影响（如量子阱、超晶格）。探讨了宽禁带半导体（如GaN、SiC）在功率电子学中的优势，其关键在于其高击穿电场和热稳定性。内容侧重于能带对齐和电子输运理论，与半导体器件的制造工艺保持距离。 第五章：先进磁性材料与自旋电子学 系统阐述铁磁性、反铁磁性及亚铁磁性的微观起源。重点分析稀土合金中的磁各向异性，并详细介绍了巨磁阻效应（GMR）和隧道磁阻效应（TMR）的物理机制。本章还探讨了斯格明子（Skyrmions）等新型拓扑磁结构在信息存储中的潜力，完全是基于材料的物理特性。 第六章：能源转换材料：光伏与热电转换 聚焦于光生伏特效应的物理过程，分析了钙钛矿太阳能电池（PSC）的高效能来源——缺陷容忍度和高吸收系数。在热电材料部分，详细阐述了塞贝克系数、电导率和热导率之间的复杂权衡（ZT值优化），以及如何通过“晶格玻璃化”策略降低晶格热导率，而不影响电子输运。 --- 第三部分：结构材料的性能强化与失效控制 (Performance Enhancement and Failure Control in Structural Materials) 本部分探讨如何通过材料设计来提升结构件的承载能力、耐疲劳性和极端环境下的可靠性。 第七章：高熵合金（HEAs）：多组分系统的热力学与构型熵 详细剖析了高熵合金的设计理念，即通过高构型熵来稳定单相结构。对比了传统固溶强化机制，重点阐述了高熵合金中“迟滞的动态平衡”如何影响位错运动和晶界扩散。本章侧重于合金的相图预测和热力学稳定性分析。 第八章：陶瓷与复合材料的界面控制 深入研究陶瓷材料的韧性提升机制，如裂纹偏转、桥接和微裂纹闭合。在复合材料方面，着重分析纤维/基体界面处的应力传递效率，并介绍利用界面增强相来抑制热裂纹扩展的理论模型。这部分内容与烧结或沉积过程无关，而是关于界面化学和力学匹配。 第九章：疲劳与断裂的本构理论 本章是纯粹的固体力学应用。详细讨论了Paris定律、Walker方程等在描述疲劳裂纹扩展速率中的应用。引入了断裂韧性（KIC）的评估方法，并探讨了疲劳寿命预测中的概率论模型，如Weibull分布在描述材料随机失效方面的应用。 --- 第四章：生物材料与智能响应系统 (Biomaterials and Smart Responsive Systems) 本部分关注材料与活体环境的相互作用，以及材料如何对外部刺激做出可逆响应。 第十章：生物相容性、降解动力学与组织工程支架 探讨了细胞与材料表面相互作用的分子机制，如蛋白质吸附和细胞粘附。详细分析了聚合物和陶瓷在体液中的水解和氧化降解动力学模型。本章聚焦于生物活性和可降解性，而不是具体的生物材料的制备步骤。 第十一章：形状记忆合金与应力耦合响应 深入研究马氏体相变及其热弹性滞后现象，解释了镍钛合金（NiTi）的超弹性行为。本章使用热力学框架来描述应力诱导的相变，以及如何通过预应变来调控其恢复力的输出特性。 第十二章：pH/温度敏感水凝胶的溶胀与去溶胀行为 阐述了聚合物网络中交联密度对溶胀度的影响。通过Flory-Rehner理论和扩散模型，分析水凝胶在环境刺激下体积变化的驱动力与动力学，这完全是一个聚合物化学和物理学的范畴。 --- 第五部分：材料的极限性能与未来展望 (Extreme Performance and Future Directions in Materials Science) 本部分展望了材料科学面临的终极挑战和革命性方向。 第十三章：超高压与极端条件下的材料科学 考察了在数十万大气压下，材料的原子堆积、电子结构和化学键合如何发生根本性改变，例如氢化物的高温超导行为。重点在于高压物理和物质状态方程（如Mie-Grüneisen方程）。 第十四章：二维材料的电子与机械特性 聚焦于石墨烯、过渡金属硫化物（TMDs）等单原子层材料的独特物理现象，如狄拉克锥、狄拉克费米子行为。分析了如何通过范德华力堆叠来设计新的层间电子耦合态，这完全是基于二维材料的内在电子结构。 第十五章：材料的自修复与长期可靠性 探讨了材料内部结构（如聚合物基体或金属晶界）中自动修复机制的化学原理，包括通过本征化学反应或微胶囊释放修复剂。评估了这些机制对延长材料使用寿命的理论贡献。 结语： 本书力求提供一个从微观到宏观、从理论到应用预测的完整材料科学思维导图。它关注的是材料的内在属性、设计原理、表征方法和理论模型，旨在培养读者对材料行为的深刻洞察力，而不是关注任何单一的、特定的工业生产流程或制造技术。本书是理论与前沿科学的结合，是材料科学工程师的思维基石。

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这本书简直是为那些对现代工业制造流程一窍不通，但又渴望深入了解其内在逻辑的“小白”量身打造的。初翻开它，我就被那种清晰、有条理的叙事方式所吸引。作者似乎深谙如何将那些听起来高深莫测的工程术语，转化为人人都能理解的日常语言。它没有一上来就抛出复杂的数学公式或者晦涩的图表，而是像一位经验丰富的老技师，耐心细致地为你铺陈每一种工艺的起源、发展以及它们在现代生产线上扮演的关键角色。读完第一部分，我立刻感觉自己对“原材料如何变成成品”这个问题有了全新的、更具系统性的认识。特别值得称赞的是，书中对不同加工方法之间的相互影响进行了深入探讨，比如热处理如何改变材料的微观结构，进而影响最终的机械性能，这种跨学科的整合视角，让整个制造图景显得立体而丰满，绝非那种孤立讲解单一工序的教科书可以比拟。

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这本书的结构编排堪称教科书级别的典范，对于自学或者作为课程参考资料来说，它的辅助功能设计得非常到位。每一章末尾的总结提炼得非常精炼，能迅速抓住核心知识点，而且那些设计精巧的“案例分析”部分，简直是点睛之笔。这些案例往往选取了现实世界中某一类产品的典型制造流程，通过一个具体的产品，串联起前面介绍的所有理论知识点，形成一个完整的链条。我记得有一章分析了航空发动机叶片制造的复杂性，从高温合金的选择到精密铸造、再到后期的超音速气流冷却处理，每一步都体现了对材料性能极限的精妙控制。这种将抽象原理置于真实工业背景中的做法，极大地增强了学习的代入感和成就感，让复杂的知识点变得触手可及。

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对于那些已经工作多年，但工作内容主要集中在某一细分领域的工程师来说，这本书提供了一个难得的“宏观审视”机会。我个人在设计阶段工作较多，对后期的成型和装配细节了解不深。通过阅读此书，我得以系统性地补足了自己在非核心领域的知识短板。书中对于公差配合和几何尺寸（GD&T）在不同装配工艺中的应用对比，尤其让我眼前一亮。它不仅仅是罗列标准，而是深入探讨了不同制造精度对最终产品可靠性和成本结构带来的连锁反应。这种全景式的视角，帮助我跳出了自己狭隘的工作圈子，更加全面地理解了产品从设计到交付的全生命周期成本考量，对于提升项目管理的综合能力非常有助益。

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说实话，我对工程学的入门书籍通常持保留态度，总觉得它们要么过于理论化以至于脱离实际，要么过于偏向操作而缺乏原理深度。然而，《Fundamental Principles of Manufacturing Processes》成功地在两者之间找到了一个近乎完美的平衡点。我尤其关注的是它在材料科学与制造工艺结合部分的阐述。作者不仅仅是描述了“如何做”，更深入地解释了“为什么必须这样做”。例如，在描述铸造过程中的凝固收缩问题时，书中详细剖析了液态到固态转变过程中体积的变化规律及其对缺陷产生的影响，并且给出了多种优化浇注系统的设计原则。这种对“因果关系”的追溯，极大地提升了阅读体验，让我不再只是被动接受信息，而是主动地去思考和推理，甚至开始在脑海中模拟那些复杂的物理化学反应。

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深入阅读这本书的过程，就像是进行了一次沉浸式的工厂车间之旅，只不过这次的“导游”是极其精准和专业的。我特别欣赏作者在讨论精密加工技术时的那种近乎痴迷的细节描述。比如，在讲解数控机床（CNC）的运动控制算法时，他不仅仅停留在理论层面，而是结合了实际的刀具路径规划和误差补偿机制进行了详尽的阐述，这对于那些希望从事高级制造自动化领域的人来说，简直是无价之宝。更让我感到惊喜的是，书中并没有回避现代制造业面临的挑战，比如可持续性问题和增材制造（3D打印）对传统减材制造的冲击。作者以一种客观且审慎的态度，评估了这些新兴技术的潜力和局限，使得这本书的观点非常与时俱进，避免了陷入对旧有技术的过度迷恋，保持了一种面向未来的视野。

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