Ceramic-Matrix Composites pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Low, J. 编

出品人:

页数:614

译者:

出版时间:2006-2

价格:$ 389.79

装帧:

isbn号码:9780849334764

丛书系列:

图书标签:

• 陶瓷基复合材料
• 复合材料
• 材料科学
• 工程材料
• 陶瓷
• 高温材料
• 结构材料
• 航空航天
• 机械工程
• 材料工程

好的，这是一份关于《陶瓷基复合材料》一书的详细内容介绍，重点在于描述其核心主题、关键技术、应用领域和未来展望，同时确保内容详实、专业，并避免任何可能暴露其来源的痕迹。 --- 《陶瓷基复合材料》：结构、性能与先进制造技术 图书简介 《陶瓷基复合材料》（Ceramic Matrix Composites, CMCs）是现代工程材料科学中一个至关重要的前沿领域。本书全面深入地探讨了CMCs的原理、设计、制备工艺、性能表征以及在极端环境下的应用。本书不仅面向材料科学、机械工程、航空航天、能源动力等领域的科研人员、工程师和高年级本科生，也为致力于开发下一代耐高温、高强度、高韧性结构材料的研究者提供了系统的理论指导和实践参考。 第一部分：CMCs的基础理论与材料体系 本书首先奠定了CMCs的理论基础。传统的陶瓷材料以其优异的耐高温性、高硬度和良好的化学稳定性而著称，但其固有的脆性限制了其在结构应用中的可靠性。CMCs正是为了克服这一根本缺陷而应运而生。 1.1 复合材料设计理念与优势 深入剖析了纤维增强陶瓷基复合材料（FRC）的设计哲学。重点阐述了如何通过引入增强体（纤维）来有效控制基体的裂纹扩展，实现“韧化”目标。对比了金属基复合材料（MMCs）和聚合物基复合材料（PMCs），突出了CMCs在超高温下的独特优势。 1.2 增强体材料的选择与特性 CMCs的性能高度依赖于增强相的选择。本书详细分类讨论了几类关键的增强纤维： 碳化硅（SiC）纤维： 作为目前应用最广泛的纤维，重点介绍了Nicalon、Tyranno等系列SiC纤维的微观结构、力学性能以及在不同基体中的兼容性。 氧化物纤维（如Al2O3）： 分析了其在需要更高氧化稳定性的环境中的应用潜力。 碳纤维（C）： 在非氧化环境中，碳纤维因其极高的强度和模量成为优选，但其化学反应活性和抗氧化问题是重点讨论的方向。 1.3 基体材料的考量 陶瓷基体主要包括SiC、Si3N4、氧化铝（Al2O3）以及玻璃陶瓷等。阐述了不同基体材料在热膨胀系数、热导率、断裂韧性上的差异，以及如何通过基体成分设计来优化界面相容性。 第二部分：界面工程——CMCs性能的决定性因素 在CMCs中，增强纤维与基体之间的界面扮演着至关重要的角色。一个合适的界面设计是实现增韧效应的关键，也是本书着墨甚多的核心内容。 2.1 界面作用机制 详细讲解了界面如何控制裂纹的偏转、桥接、拉出（Pull-out）和纤维-基体解耦等增韧机制。阐述了界面粘接强度对宏观力学性能的敏感性。 2.2 界面层材料的制备与表征 重点介绍了常用的界面层材料，如热解碳（PyC）和氮化硼（BN）。深入分析了PyC层提供的“弱粘结”机制，以及BN层在提高抗氧化能力和热稳定性方面的作用。讨论了通过化学气相沉积（CVD）或渗透法精确控制界面层厚度和均匀性的技术挑战。 2.3 界面设计策略 探讨了如何根据应用需求，设计“强界面”或“弱界面”。例如，对于需要高承载能力的结构，强调界面的稳定性和承载能力；而对于要求高断裂韧性的场合，则侧重于实现纤维的有效脱粘。 第三部分：先进制造工艺 CMCs的制备是技术密集型的过程，涉及到高温、高压和复杂的化学反应。本书系统介绍了当前主流的几种制备技术及其优缺点。 3.1 渗透技术（Infiltration Techniques） 化学气相渗透（CVI）： 作为最成熟的技术之一，详细描述了CVI的反应动力学、孔隙填充梯度问题以及如何通过优化反应温度和压力来控制材料的致密化程度和内应力分布。 液相渗透（LPI/RPI）： 介绍了利用前驱体液体浸渍纤维束或预制体，随后热解固化的方法，尤其关注其在实现大尺寸复杂形状制造上的优势与局限性。 3.2 反应烧结与自蔓延高温合成（SHS） 探讨了利用反应烧结法一步合成SiC/SiC复合材料的理论基础，以及SHS技术在快速、低能耗制备高性能CMCs方面的探索性应用。 3.3 增材制造（Additive Manufacturing） 关注增材制造技术（如光固化、浆料挤出）在CMCs领域的最新进展，特别是如何利用这些技术实现复杂几何形状和梯度功能结构的精确制造。 第四部分：性能表征与服役行为 CMCs的性能评价必须充分考虑其各向异性、多相结构以及热环境的影响。 4.1 力学性能测试 详述了如何测试CMCs的拉伸、压缩、弯曲和冲击性能。重点分析了纤维取向对宏观力学性能的影响，以及如何量化增韧效应（如断裂韧度$K_{IC}$的提升）。 4.2 热机械性能与蠕变 由于CMCs主要用于高温环境，蠕变和疲劳行为是关注的焦点。分析了在高温载荷下，界面相的演变、纤维的氧化腐蚀以及基体开裂如何导致材料性能的退化。 4.3 环境效应与抗氧化性 详细讨论了高温氧化环境对SiC基CMCs的破坏机制。介绍了通过表面涂层（如SiO2或稀土氧化物）或在纤维/基体中添加抗氧化元素来提高材料在燃气轮机和燃烧室环境下的长期服役可靠性的策略。 第五部分：关键应用领域 CMCs的独特性能使其成为取代传统镍基高温合金的关键材料。 5.1 航空发动机 CMCs在航空发动机中的应用是其最大的驱动力。本书深入分析了其在涡轮叶片、导向叶片、燃烧室衬套中的应用潜力，以及相比传统合金所带来的效率提升和减重效果。 5.2 航天与国防 讨论了CMCs在再入飞行器隔热瓦、火箭喷管喉衬以及高超声速飞行器热防护系统中的应用案例和设计要求。 5.3 能源与工业 探讨了CMCs在先进核反应堆部件（如高温气冷堆）和高效燃气轮机中的应用前景，强调其在提升系统效率和降低维护成本方面的巨大价值。 总结与展望 最后，本书对CMCs领域的研究现状进行了总结，并展望了未来的发展方向，包括高性能、低成本的制备工艺，新型陶瓷纤维的开发，以及更智能化的界面设计方法，以期将CMCs的潜力完全释放到更广阔的工程应用中。

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对于材料学背景相对薄弱的读者而言，这本书的入门友好度可能略有挑战，但其配套的数学和物理基础回顾部分，起到了很好的缓冲作用。它在开篇就对张量分析和断裂力学中的关键概念进行了精准的梳理，确保读者在面对后续复杂的本构关系推导时，不会感到完全迷失方向。虽然主题是尖端材料，但作者的行文逻辑非常清晰，层层递进。例如，讲解纤维-基体界面剪切强度测试方法时，它详细对比了微观拉力测试、原子力显微镜（AFM）压痕法等多种技术的优缺点和适用范围，这种方法论层面的比较，远比单纯介绍公式要来得有教育意义。书中大量使用高质量的截面图和晶体结构示意图，使得原本抽象的微观形貌变得直观易懂。它有效地平衡了理论的深度和可读性，使得严肃的学术探讨不至于成为枯燥的公式堆砌，而更像是一场知识的系统性探索之旅。

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这本书的编排结构体现了编辑者和作者对读者学习路径的深切关怀。它的章节划分逻辑清晰，从基础的纤维制备、基体合成，过渡到界面控制技术，最终落脚于组件设计与性能评估，形成了一个完美的闭环。尤其让我眼前一亮的是，书中不仅关注了硬性指标，还专门开辟了一章探讨了CMC制造过程中的可持续性问题和成本效益分析。考虑到当前工业界对绿色制造和经济性的高度关注，这一部分的加入显得极为及时和必要。它拓宽了我们对材料研究的视野，不再局限于实验室的性能极限，而是将目光投向了从原材料采购到最终回收的整个生命周期。这种对工程现实的深刻理解，使得这本书超越了纯粹的学术著作，成为了一个连接前沿科研与工业化需求的实用指南。我强烈推荐给所有在材料应用领域追求卓越和创新的专业人士。

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读完这本关于先进复合材料的书籍，我最大的感受是其内容的广度和前沿性。它并没有停留在对经典C/SiC或C/C系统的简单罗列上，而是将笔触伸向了当前研究的热点——如超高温陶瓷基复合材料（UHTCs）在极端热负荷下的氧化行为和热防护策略。书中对于氧化动力学模型的建立和失效分析部分，尤其令人印象深刻。作者似乎投入了大量精力去整合分散在不同期刊上的最新研究成果，并以一种高度结构化的方式呈现出来。我尤其欣赏其中关于“自适应保护涂层”的章节，它探讨了如何在材料表面构建能够随温度变化自动调节氧化速率的界面层，这种前瞻性的讨论远超出了标准教材的范畴。此外，对这些先进材料的无损评估技术（NDT）的综述也极为详尽，结合了超声波、热成像等多种手段，为实际工程应用中的质量控制提供了宝贵的参考依据。整本书的论述风格严谨而不失生动，是科研人员和高阶工程师不可多得的工具书。

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这部关于陶瓷基复合材料的著作，从宏观到微观，为我们构建了一个极为扎实且深入的知识框架。它不仅仅是一本教科书，更像是一份详尽的“材料科学地图册”。作者在材料的本征性能、界面行为以及宏观力学响应之间的联系上，展现了惊人的洞察力。特别值得称道的是，书中对不同制造工艺——从熔浸法到反应烧结，再到先进的增材制造技术——的详细剖析。我发现，作者在阐述这些复杂过程时，并没有陷入晦涩的专业术语泥潭，而是通过清晰的流程图和对比表格，使得即便是初次接触该领域的读者也能迅速把握住核心技术要点和它们对最终材料性能的决定性影响。例如，关于纤维增强对基体裂纹偏转机制的讨论，分析得极其透彻，引用了最新的有限元模拟结果来佐证理论模型，这极大地提升了评价的客观性和可信度。它成功地搭建了从基础理论到工程应用的桥梁，让人对如何设计具有特定服役环境适应性的CMCs有了更具操作性的理解。

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这本书的价值不仅在于它对材料本身的深入挖掘，更在于它对材料体系在实际应用场景中所面临的挑战进行了深刻的反思。我非常赞赏作者在处理“环境影响”这一复杂议题时的细致入微。例如，在描述高温高湿环境对碳纤维增强体系的腐蚀机制时，书中不仅列举了化学侵蚀的路径，还结合了应力松弛和蠕变耦合效应，构建了一个多场耦合的失效模型。这种将材料科学与结构工程深度融合的视角，使得本书的实用价值倍增。它没有回避工程实践中的难点，反而将其作为进一步研究的切入点。阅读过程中，我仿佛与一位经验丰富的材料工程师在进行一场深入的思维碰撞，不断被引导去思考“如果……会怎样”的工程假设。对于任何打算将新型CMC投入到航空航天或能源领域的人来说，这本书提供的关于长期可靠性和寿命预测的框架是至关重要的，它教会我们如何更审慎地评估材料的“成熟度”。

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