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出版者:

作者:胡平亚 编

出品人:

页数:236

译者:

出版时间:2008-2

价格:30.00元

装帧:

isbn号码:9787810818254

丛书系列:

图书标签:

• 大学物理
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• 高等教育
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• 物理学
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深入探索：现代工程材料的微观结构与宏观性能 图书名称：《现代工程材料的微观结构与宏观性能》 图书简介： 本书旨在为材料科学、机械工程、航空航天、电子信息等领域的工程师、研究人员和高年级本科生提供一本全面、深入且具有前瞻性的专业参考书。它立足于当代材料科学的最前沿，系统阐述了工程材料的微观结构、性能表征、制备工艺及其与宏观性能之间的内在联系。本书超越了传统材料学对基础概念的简单罗列，而是聚焦于如何通过精确控制微观结构来设计和优化具有特定功能的先进材料。 第一部分：材料科学的基石与表征技术 本部分首先回顾了晶体学、晶体缺陷理论以及相图分析等材料科学的经典基础，但很快将视角转向现代材料研究的核心——精细结构表征。 第一章：晶体结构与缺陷的量化分析 本章深入探讨了晶体点群、空间群的数学描述，并重点介绍了如何利用X射线衍射（XRD）进行精确的晶格参数测定、织构分析以及残余应力评估。缺陷部分，我们不仅讨论了位错、空位、间隙原子等传统缺陷，还引入了非晶态材料中的短程有序与长程无序的定量描述方法，特别是针对高熵合金和玻璃态金属的研究进展。 第二章：先进的微观结构成像技术 本章是本书的亮点之一，详细介绍了目前最尖端的材料成像技术及其在结构解析中的应用。内容涵盖： 高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）与扫描透射电子显微镜（STEM）： 重点介绍环形暗场（ADF）和高角度环形暗场（HAADF）成像在确定原子序数对比和界面结构中的应用，以及EELS（电子能量损失谱）和EDS（能量分散X射线谱）在元素价态和化学态分析中的定量方法。 场离子显微镜（FIM）与原子探针层析成像（APT）： 详细阐述APT如何实现三维纳米尺度（亚纳米级）的元素分布重建，特别是在析出相、偏聚区和晶界扩散路径研究中的突破性作用。 聚焦离子束（FIB）技术： 介绍FIB在样品制备（特别是电镜样品制备和三维层析成像）中的应用，及其对材料潜在损伤的控制策略。 第二章还包含一节专门讨论“多尺度建模与模拟”在结构解析中的地位，包括分子动力学（MD）模拟和第一性原理计算（DFT）如何指导实验观测的解释。 第二部分：性能调控与先进材料设计 基于对微观结构的深刻理解，本部分转向如何通过材料的制备工艺来精确调控结构，进而实现宏观性能的优化。 第三章：强韧化机制的结构基础 本章聚焦于金属材料的强度与韧性的平衡。内容包括： 晶界工程： 探讨晶粒细化（Hall-Petch关系）、晶界阻碍效应，以及利用多晶结构（如梯度结构、纳米晶）实现超高强度的途径。 第二相强化与复合增强： 深入分析沉淀强化、固溶强化，以及金属基复合材料中纤维/颗粒界面处的应力传递机制。特别关注了具有高界面性能的层状复合材料的设计原理。 位错动力学与塑性变形： 结合离散位错模拟结果，解释在不同应变速率、温度下，材料的加工硬化率和疲劳裂纹萌生机制。 第四章：热力学稳定性与相变控制 本章侧重于材料在服役条件下的微观稳定性。内容包括： 非平衡相的制备与维持： 讨论快速凝固、粉末冶金等技术如何绕过传统热力学限制，获得亚稳态或非平衡相，例如非晶态结构和高熵合金的单相区控制。 热力学驱动的相变动力学： 详述扩散控制的相变（如析出、溶解）与无扩散相变（如马氏体转变）的形核、长大过程，并引入Cahn-Hilliard理论描述相分离过程。 热稳定性的评估： 介绍DSC/TGA等热分析方法在预测材料高温服役寿命中的应用，以及如何通过“结构锁定”策略提高材料的耐蠕变性能。 第五章：功能材料的微观电学与光学性质 本章扩展至电子、光子和磁性材料，强调结构如何决定功能。 半导体与界面效应： 深入讲解异质结的能带结构、载流子输运机制，以及界面态密度对器件性能（如太阳能电池、晶体管）的决定性影响。 磁性材料的畴结构控制： 探讨磁晶各向异性、磁畴壁能与畴壁运动之间的关系，并论述如何通过纳米结构设计来优化永磁材料的矫顽力和磁化强度。 智能材料的响应机制： 涉及形状记忆合金（SMA）中的应变诱导相变，以及压电/铁电材料中电畴极化与外部电场的耦合机理。 第三部分：先进制造与服役行为预测 最后一部分将理论与工程实践相结合，探讨先进制造技术如何实现复杂结构的构筑，以及材料在实际工况下的长期行为。 第六章：增材制造（AM）中的材料控制 本章是当前材料研究的热点。重点分析增材制造，特别是选区激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）过程中特有的微观结构演变： 快速凝固与枝晶生长： 探讨高冷却速率下形成的非平衡组织，如细小的柱状晶或胞状晶结构。 残余应力与缺陷控制： 分析扫描策略、粉末特性对热梯度和冷却速率的影响，以及如何通过优化工艺参数来抑制未熔合孔隙和裂纹的产生。 异质结构构建： 介绍AM在制造梯度功能材料（GRM）方面的潜力，即通过实时改变合金成分或激光参数来控制材料性能的连续变化。 第七章：材料的疲劳、断裂与服役寿命预测 本章关注材料在循环载荷和复杂环境下的失效问题。 疲劳裂纹的萌生与扩展： 结合OM/SEM对疲劳源点的分析，详细介绍基于Paris-Erdogan定律的裂纹扩展速率模型，并引入先进的接触疲劳和表面完整性分析。 环境辅助下的断裂： 讨论氢致脆化、应力腐蚀开裂（SCC）的机理，强调腐蚀产物在裂尖的增殖作用及材料抗性机制。 寿命预测的统计学与物理模型： 介绍Weibull分布在可靠性评估中的应用，以及结合损伤力学（如内聚力模型）对复杂结构断裂韧性的评估方法。 全书结构严谨，内容涵盖材料科学的广度和深度，注重从微观现象到宏观性能的逻辑推导，并充分结合了当前工业界和学术界对先进功能与结构材料的需求，为读者提供一个理解和设计下一代工程材料的坚实平台。书中的案例分析和图表数据均来源于最新的高水平研究成果。

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**评价三** 这本书的实用性操作指南部分写得非常接地气，简直像是请了一位经验丰富的老教授在旁边手把手地指导你做实验。清晰的步骤分解，配上精准的设备操作图示，使得即便是初次接触精密仪器的同学也能很快上手，大大减少了试错成本。我尤其注意到，在关键的危险操作环节或者容易出错的地方，作者都用醒目的颜色或者特殊的标记进行了强调，这种细致入微的关怀感让人感到非常安心。更难能可贵的是，书中不仅列举了标准的操作流程，还提供了一些“专家提示”或“常见陷阱”的栏目，这些都是在标准教材里很难找到的“江湖经验”。比如，关于如何正确清洁高精度传感器，或者如何避免静电干扰，这些小技巧积累起来，能极大地提高实验的成功率和数据的可靠性。感觉作者一定是亲自跑过无数次实验室，才总结出这些宝贵的、可以立即投入实践的知识点。

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**评价二** 说实话，这本书的理论深度和覆盖面超出了我的初始预期，原本以为只是一本基础的、侧重于操作步骤的实验指导手册，但深入阅读后发现，它在实验背后的物理原理阐述上花了大量篇幅，并且讲解得相当透彻。作者对于误差分析的论述尤其到位，不仅仅停留在计算标准差的层面，而是深入探讨了系统误差和偶然误差的来源，以及如何通过优化实验设计来最大程度地降低不确定性。我特别欣赏其中关于“测量不确定度”的哲学思考，它引导我们认识到“精确测量”的边界，培养了一种批判性的科学思维，而不是盲目地相信读数。例如，在处理某个光学实验的数据时，书中给出了好几种不同的拟合方法和相应的优缺点对比，这种多角度的分析方式极大地拓宽了我的视野，让我意识到实验报告的价值远不止于一个“结果”，而在于整个严谨的分析过程。对于渴望真正理解物理而不是仅仅完成任务的学生来说，这种深度的理论支撑是无价的。

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**评价四** 从内容组织结构的角度来看，这本书的编排逻辑性强到令人叹服。它似乎是围绕着一套精心设计的学习路径构建起来的，实验的难度是阶梯式上升的，前一个实验所建立的基础知识和技能，会无缝地衔接到下一个更复杂的实验中去。这种递进式的学习体验，让知识的累积变得自然而然，避免了东一块西一块的学习碎片化。比如，基础的力学测量实验结束后，紧接着就引入了涉及动态系统分析的振动实验，这使得学习者能够立刻将静态测量的精度要求应用到动态过程的理解上。此外，书中对每个实验的背景介绍都写得既精炼又富有启发性，迅速将读者带入到该物理现象的历史背景和实际应用场景中，极大地激发了学习的内在驱动力。这种结构设计，体现了编者对教育心理学和学科体系构建的深刻理解，不是简单的知识点堆砌，而是一套完整的知识建构体系。

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**评价五** 我发现这本书在与时俱进方面做得相当出色，它并没有固步自封于传统的经典物理实验，而是巧妙地融入了许多现代科技和新兴领域的内容。例如，在电磁学部分，我看到了关于半导体器件特性测试的内容，这对于我们现在所学的电子信息专业来说，具有极高的现实意义。同时，在数据处理章节，作者不再局限于传统的电子表格软件，而是开始介绍如何利用编程语言（比如Python或MATLAB）进行更高级的数据可视化和统计分析，这无疑是为我们未来进入科研或工业领域打下了坚实的基础。这种前瞻性的内容设置，确保了我们所学的知识体系不会很快过时。它不仅仅是一本“教程”，更像是一本连接基础理论与未来应用的“桥梁”书籍，确保我们不仅能做实验，更能理解实验在现代科学前沿中的位置和价值。这份与时俱进的诚意，是很多老旧实验教材所不具备的。

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**评价一** 这本书的装帧设计真的让人眼前一亮，封面采用了那种略带磨砂质感的纸张，触感非常舒服，拿在手里感觉沉甸甸的，透露出一种厚重和严谨的气息。字体排版也很有讲究，正文字体的选择清晰易读，行间距和字间距把握得恰到好处，即使长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。最让我惊喜的是，书中的插图和图表的质量极高，线条流畅，色彩搭配既专业又不失美感，很多复杂的物理概念通过这些精美的图示一下子就变得直观易懂了。比如，在讲解某个电路原理时，配上的流程图简直是教科书级别的示范，清晰地展示了每一步的逻辑关系。而且，随书附带的光盘或者在线资源里，似乎还收录了一些互动式的模拟实验，这对于我们这种需要反复练习的学生来说，简直是太方便了，不用担心实验器材的限制，随时随地都能进行深入的学习和探索。总的来说，从阅读体验上来说，这本书无疑是下了大功夫的，细节之处尽显出版方的专业水准和对读者的尊重。

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