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金属热处理工艺方法500种，ISBN：9787111062219，作者：雷廷权，傅家骐编
现代工程材料科学与应用技术：理论基础、性能优化与前沿探索 本书致力于构建一个全面、深入且具有前沿洞察力的现代工程材料科学知识体系。它超越了单一材料体系或特定加工工艺的局限，旨在为读者提供理解和驾驭当代复杂工程挑战所需的跨学科视角和实用工具。全书结构严谨，内容覆盖从基础微观结构到宏观力学性能、再到先进制造应用的全过程，强调理论指导与工程实践的紧密结合。 --- 第一部分：材料科学的基石与结构-性能关系重构 本部分深入剖析了工程材料的本质属性，为后续的性能调控和应用开发奠定坚实的理论基础。 第一章：晶体结构、缺陷工程与本征性能 详细阐述了金属、陶瓷、聚合物及复合材料的晶体结构特征（如体心立方、面心立方、密堆积结构等）及其对宏观物性的决定性影响。重点探讨了材料中的各类缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）如何作为性能的“调节点”。内容包括： 位错理论的深入解析： 从几何学到动力学，阐述位错运动（攀移、交滑移）在塑性变形、加工硬化中的核心作用。 非晶态与准晶： 对无序结构材料的结构模型（如短程有序、中程有序）进行介绍，分析其独特的粘弹性、刚度和软磁特性。 晶界工程： 晶界作为异质区域，如何通过合金化、热处理或特殊烧结技术进行设计，以优化材料的耐腐蚀性、导电性或高温蠕变抗力。 第二章：热力学驱动下的相图与相变动力学 本章聚焦于驱动材料微结构演化的热力学和动力学机制。 多组元相图的解析与应用： 阐述了二元、三元体系相图的构建原理（如吉布斯相律），并展示如何利用相图预测合金的凝固组织和热稳定区域。特别关注高熵合金（HEA）的设计空间。 相变动力学： 深入讨论扩散控制相变（如析出相的成核与长大）和无扩散相变（如马氏体转变）的动力学模型，包括阿伦尼乌斯方程在相变速率计算中的应用。 热力学稳定性判据： 引入化学势、吉布斯自由能等概念，用于评估材料在极端环境下的长期稳定性。 第三章：力学性能的定量表征与本构关系 本部分侧重于如何精确量化和预测材料在不同载荷条件下的响应。 多尺度力学性能测试： 除了传统的拉伸、压缩、弯曲测试，本书详细介绍了纳米压痕、原位（In-situ）拉伸电镜技术，用于获取微纳尺度的本构数据。 弹塑性本构模型： 详述了从胡克定律到复杂应变率敏感性模型的演进，包括Johnson-Cook模型、Voce模型在材料本构描述中的应用及参数辨识。 断裂力学与损伤演化： 聚焦于线性断裂力学（KIC, GIC）与弹塑性断裂力学（J积分、CTOD），并结合疲劳裂纹萌生、扩展的Paris定律进行深入分析。 --- 第二部分：先进材料设计与功能化技术 本部分将理论知识应用于具体材料体系的创新设计和功能实现，重点关注前沿材料的制备和性能集成。 第四章：功能性金属材料的精细化设计 聚焦于具有特殊电、磁、热或催化性能的金属材料体系。 轻质高强合金： 探讨镁合金、铝锂合金的固溶强化、第二相强化机制，以及如何通过快速凝固技术打破传统铸造合金的性能瓶颈。 高温合金与蠕变控制： 深入分析镍基、钴基高温合金中γ'相的体积分数、形貌控制对高温承载能力的影响，以及定向凝固与单晶技术的优势。 形状记忆合金与超弹性： 解释马氏体相变（如TiNi合金）的本构关系，及其在阻尼、执行器和传感器中的应用。 第五章：先进陶瓷与复合材料的界面调控 本章侧重于非金属材料的韧化技术和多相材料的协同效应。 结构陶瓷的增韧策略： 详细阐述了晶界钝化、裂纹偏转、纤维增韧（如SiC/SiC）等提高陶瓷断裂韧性的关键技术。 功能梯度材料（FGM）： 分析如何通过梯度材料设计实现热膨胀系数或导电率的平滑过渡，解决界面应力集中问题。 先进复合材料基体设计： 探讨超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、环氧树脂等基体的分子链结构与交联密度对复合材料力学性能的影响。 第六章：表面工程与界面性能的提升 本部分关注材料表面的功能化，这对于提升耐磨性、耐腐蚀性和生物相容性至关重要。 薄膜沉积技术（PVD/CVD）： 深入对比物理气相沉积和化学气相沉积的原理、优势与局限性，特别是在制备硬质涂层（如类金刚石、氮化物）中的应用。 高能离子注入与改性： 探讨离子束对材料表面晶格的调制，以及其在改变材料表面能和接触角方面的作用。 涂层与基体的结合力学： 运用界面能理论和应力分析模型，指导优化涂层沉积工艺，确保高结合强度和抗剥落性。 --- 第三部分：计算材料学与智能制造前瞻 本部分展望了材料科学与信息技术、先进制造技术的融合趋势，强调数字化工具在材料开发中的核心地位。 第七章：计算材料学方法论与模拟精度 系统介绍用于预测材料行为的计算工具，并讨论其适用范围。 第一性原理计算（DFT）： 阐述密度泛函理论在计算晶格常数、电子结构、缺陷形成能等基础参数中的应用，以及对计算效率的权衡。 介观尺度模拟（MD/Phase-Field）： 详细介绍分子动力学（MD）在模拟原子扩散、位错-晶界交互作用中的优势，以及相场法在模拟复杂微结构演化（如析出动力学）中的强大能力。 数据驱动的材料信息学（MI）： 介绍如何利用机器学习模型处理高维实验数据，加速新材料的筛选和性能预测（如基于图神经网络的晶体结构预测）。 第八章：增材制造（AM）中的材料行为与质量控制 聚焦于增材制造工艺对材料微结构和残余应力的独特影响。 选区激光熔化（SLM）的冶金过程： 分析高扫描速度下材料的快速凝固速率、过热与欠热区域的形成，以及由此导致的孔隙率、枝晶形貌控制。 粉末床的流动与铺展： 讨论粉末特性（粒度分布、流动性）对熔池稳定性和致密度的影响。 残余应力与变形机理： 深入分析增材制造中的热梯度导致的应力集中问题，以及通过优化扫描策略、辅助预热来减轻结构变形的方法。 第九章：智能材料系统与可持续性发展 展望材料科学的未来方向，关注多功能集成和环境友好性。 自修复与传感材料： 介绍基于微胶囊技术、形状记忆聚合物的自修复机制，以及压电、热释光材料在能量收集与环境监测中的潜力。 材料的循环经济与回收技术： 探讨贵金属、稀土元素的绿色提取技术，以及先进分离技术（如溶剂萃取、电化学分离）在报废电子产品资源化中的应用。 生物材料的界面设计： 重点讨论生物活性陶瓷与金属在与活体组织接触时的表面反应、生物相容性评估（如细胞毒性测试和骨整合研究）。 --- 总结： 本书不仅是材料学专业学生和研究人员的案头参考书，更是面向新时代工程师的实用指南。它要求读者建立从微观原子排列到宏观器件性能的完整知识链条，最终目标是实现材料性能的精准预测、高效设计和可靠应用。全书以严谨的科学语言和丰富的工程案例，展现了现代材料科学的广阔疆域和无限潜力。
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