Ceramic Matrix Composites pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Walter Krenkel

出品人:

页数:440

译者:

出版时间:2008-7

价格:1963.00元

装帧:

isbn号码:9783527313617

丛书系列:

图书标签:

• CMC
• 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

《结构陶瓷的先进制造与应用》 本书深入探讨了结构陶瓷的尖端制造技术及其在现代工业中的广泛应用。不同于传统的陶瓷材料，结构陶瓷凭借其优异的机械性能、耐高温性、耐腐蚀性和低密度等特性，在航空航天、汽车、能源、生物医学等领域扮演着越来越重要的角色。 第一部分：先进制造技术 本书的第一个核心部分聚焦于结构陶瓷的创新制造方法，这些方法极大地拓展了陶瓷材料的设计自由度和性能上限。 增材制造（3D打印）技术： 详细介绍了面向结构陶瓷的各种增材制造工艺，包括立体光刻（SLA）、数字光处理（DLP）、选择性激光烧结（SLS）以及熔融沉积成型（FDM）等。本书不仅阐述了这些工艺的基本原理，更重点分析了它们在陶瓷浆料制备、打印路径优化、后处理（如脱脂和烧结）等关键环节的技术挑战与解决方案。读者将了解如何利用3D打印实现复杂几何形状、梯度功能材料以及定制化结构陶瓷部件的精确制造。 流延成型（Tape Casting）与注浆成型（Slip Casting）： 作为成熟的陶瓷成型技术，本书对其进行了深入的解读。详细介绍了流延成型过程中浆料配方设计、流延速度控制、干燥工艺对薄带质量的影响，以及后续的叠层、切割和烧结过程。对于注浆成型，则重点阐述了模具设计、浆料的流变行为、脱模性以及成型过程中可能出现的缺陷及其规避方法。这些技术在制造高性能陶瓷板材、管材和复杂形状部件方面依然发挥着不可替代的作用。 等静压技术（Isostatic Pressing）： 包括冷等静压（CIP）和热等静压（HIP）。本书详细分析了等静压过程中压力、温度和时间参数对陶瓷粉体致密化、晶粒生长以及最终力学性能的影响。特别是热等静压技术，如何通过高温高压环境消除陶瓷材料内部的孔隙，提高其断裂韧性和强度，为制备超高性能陶瓷部件提供了有力保障。 烧结工艺优化： 烧结是陶瓷材料成型的最后也是最关键的一步。本书深入探讨了不同烧结技术，如常规烧结、放电等烧结（SPS）以及微波烧结。重点分析了温度、升温速率、保温时间和气氛等参数对陶瓷微观结构（晶粒尺寸、晶界、孔隙率）和宏观性能（密度、硬度、强度、韧性）的调控机制。特别是放电烧结技术，以其快速、低温的特点，在制备纳米晶陶瓷和抑制晶粒过度生长方面展现出巨大优势。 表面处理与改性技术： 为了进一步提升结构陶瓷的应用性能，本书还介绍了各种表面处理和改性技术，包括化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、等离子体处理、热氧化、氮化以及机械抛光等。这些技术能够改善陶瓷表面的硬度、耐磨性、抗氧化性、生物相容性或引入特定的功能层，从而满足不同应用场景的需求。 第二部分：结构陶瓷的性能与表征 本部分将聚焦于结构陶瓷的核心性能指标及其科学的表征方法。 力学性能： 详细介绍了结构陶瓷的弹性模量、抗拉强度、抗压强度、弯曲强度、断裂韧性、硬度以及疲劳性能等。书中不仅阐述了这些性能的测试标准和方法，如三点弯曲、四点弯曲、维氏硬度、洛氏硬度以及裂纹张开/闭合应力强度因子测试等，还深入分析了影响这些性能的微观结构因素，如晶粒尺寸、晶界相、第二相颗粒、孔隙率和微裂纹等。 热学性能： 涵盖了结构陶瓷的热导率、热膨胀系数、热容、热稳定性以及耐热冲击性能。这些参数对于陶瓷在高温环境下的应用至关重要。本书将介绍相关的测试方法，并探讨微观结构如何影响热学性能的传导机制。 电学与介电性能： 对于某些特殊应用的结构陶瓷，如电子陶瓷和绝缘陶瓷，本书将详细介绍它们的电导率、介电常数、介电损耗、击穿强度和压电性能等。 化学稳定性与耐腐蚀性： 详细阐述了结构陶瓷在酸、碱、氧化性介质和高温气体等极端环境下的腐蚀行为。通过实验数据和机理分析，揭示陶瓷材料的化学惰性来源以及影响其耐腐蚀性能的因素。 微观结构表征： 介绍了多种先进的表征技术，如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）和聚焦离子束（FIB）等。读者将了解如何利用这些技术解析陶瓷材料的微观形貌、晶体结构、相组成、元素分布以及表面化学状态，从而建立起微观结构与宏观性能之间的联系。 第三部分：结构陶瓷的应用领域 本部分将展示结构陶瓷在各个关键工业领域的实际应用案例，并展望其未来的发展趋势。 航空航天领域： 结构陶瓷在航空发动机热端部件（如涡轮叶片、燃烧室衬套）、飞机刹车盘、隔热瓦、雷达罩等方面的应用。重点分析陶瓷材料如何在高温、高压、高应力以及腐蚀性环境中保持其结构完整性和功能性。 汽车工业： 结构陶瓷在发动机零部件（如气门、活塞）、涡轮增压器、制动器、火花塞以及传感器等方面的应用。探讨其在提高燃油效率、降低排放、提升制动性能方面的贡献。 能源领域： 结构陶瓷在核能反应堆结构材料、燃料电池组件（如固体氧化物燃料电池的电解质和电极）、高温热交换器、燃气轮机部件以及耐磨损部件等方面的应用。 生物医学领域： 结构陶瓷作为生物惰性材料，在人工关节（如髋关节、膝关节）、牙科修复体、骨组织工程支架以及药物缓释载体等方面的应用。重点关注其生物相容性、耐磨损性和力学匹配性。 其他工业应用： 结构陶瓷在切削工具、耐磨零件、特种传感器、高温绝缘材料以及电子器件封装等方面的广泛应用。 本书旨在为材料科学家、工程师、研究生以及对结构陶瓷领域感兴趣的读者提供一本全面、深入且实用的参考书籍。通过对先进制造技术的详细阐述、性能的科学表征以及广泛的应用案例分析，本书将帮助读者深刻理解结构陶瓷的潜力，并为推动该领域的研究和工业应用做出贡献。

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从工程应用的角度来看，这本书的实战价值简直是无法估量。它不像某些纯理论著作那样，将材料性能的提升局限于理想化的实验室条件。相反，作者在后半部分详细剖析了CMC在实际苛刻工况下的失效模式和寿命预测。关于热循环疲劳和蠕变断裂的章节，简直是为航空航天和燃气轮机工程师量身定制的宝典。书中对载荷谱的选取、残余应力的累积效应，以及如何利用概率密度函数来评估结构的可靠性，都有非常详尽的阐述和可操作的建议。我尤其赞赏它对“缺陷容忍度设计”这一理念的推崇，它清晰地指出了在实际制造过程中，如何通过优化工艺参数（如纤维铺层角度、热处理曲线）来最大化材料的内在韧性，而不是单纯追求理论上的完美强度。这本书真正做到了连接实验室到车间的桥梁作用，提供了一套解决实际工程挑战的系统性思维工具包。

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这本书的装帧设计简直是教科书级别的典范，从封面那深邃的靛蓝色调到内页纸张的选择，都透露着一种沉稳而专业的匠心。我尤其欣赏它排版上的疏朗有致，大段的文字阅读起来毫不费力，图表和公式的穿插布局也极具逻辑性，让人在处理那些复杂的材料学细节时，思维不易产生滞涩感。特别是那些剖面图和微观结构示意图，线条的精细度和色彩的区分度把握得恰到好处，即便是初次接触陶瓷基复合材料（CMC）领域的读者，也能迅速抓住其结构特征的核心要点。作者在图注的撰写上也显得格外用心，没有采用那种冷冰冰的纯粹技术描述，而是加入了对材料行为模式的引导性解读，这极大地降低了理解门槛。翻阅这本书的过程，本身就是一种愉悦的体验，它让原本可能枯燥的材料科学知识，通过视觉上的精心设计，变得触手可及，仿佛手中拿的不是一本专业书籍，而是一件精心制作的工艺品。这种对细节的执着，足见编者和出版社对学术严谨性的高度重视，也为后续深入研读打下了坚实而舒适的感官基础。

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这本书的叙事风格非常独特，它不像是传统教材那种直白的知识灌输，反而更像是两位资深研究者在一次高质量的学术研讨会上，就特定难题展开的深入对话。行文间流露出一种审慎的、带着批判性思维的学风。在介绍几种主要的增强体材料时，作者没有简单地罗列优缺点，而是巧妙地通过对比不同研究团队在特定环境载荷下的实验结果，引导读者去思考“为什么”以及“如何优化”。例如，关于碳化硅纤维的抗氧化性能讨论，它就清晰地划分了不同保护涂层在超高温氧化气氛中的衰减路径，并配以详实的动力学模型，这种层次分明的分析结构，极大地拓宽了我的研究视角。它强迫我跳出固有思维的舒适区，去审视那些隐藏在宏观性能曲线背后的微观物理化学本质。阅读过程中，我经常需要停下来，在草稿纸上重新绘制作者描述的相图或机制模型，才能完全消化其内在的精髓，这正是一本优秀专业书籍应有的魅力所在——它激发主动学习的欲望，而非被动接受。

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我必须承认，这本书的阅读体验是渐进式的，初读时，一些关于晶体结构和缺陷工程的描述确实需要反复揣摩，它毫不回避材料科学的复杂性，甚至可以说，它在某种程度上提升了读者的专业门槛。然而，一旦度过了最初的理论消化期，这本书的价值便如潮水般涌现。它在总结现有知识体系的同时，也毫不留情地指出了当前研究中存在的“知识空白”和“技术瓶颈”。例如，对于超高温下新型非氧化物基体的长效稳定机制的探讨，作者坦诚地表示这仍是前沿挑战，并提出了几种富有启发性的研究方向。这种对未知领域的坦诚，体现了作者极高的学术担当。它不是一本提供所有答案的书，而是一本激发你提出更深刻问题的“催化剂”。对于任何想要在陶瓷基复合材料领域深耕下去的研究者而言，这本书与其说是参考资料，不如说更像是一张通往下一阶段研究的“邀请函”，它告诉你：前方有很多值得探索的未知领域，而这本书为你铺设了最坚实的基础。

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我得说，这本书在理论深度上远超我预期的广度，它不仅仅是对现有CMC技术的一个概述，更像是一次对未来材料科学前沿的深度探索之旅。作者对于“界面”这一核心概念的探讨，简直是教科书级别的精妙分析。他们没有满足于泛泛而谈界面对性能的影响，而是深入剖析了热力学不稳定性、反应性扩散机制，以及如何通过纳米尺度上的表面改性来调控宏观力学响应。特别是关于不同纤维/基体系统的断裂韧性增强机制——从裂纹偏转、桥接作用到基体开裂模式的控制——论述得逻辑链条清晰，论证过程环环相扣。读到关于“原位反应合成法”的那几章时，我感觉自己像是在跟随一位经验丰富的材料学家进行实验室参观，那些关于烧结温度窗口的微妙控制、气氛纯净度的苛刻要求，都被描述得淋漓尽致。它真正做到了理论与实践的无缝对接，让人在惊叹于材料本身的复杂性的同时，也能对如何驾驭这些复杂性产生清晰的认知框架。

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