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出版者:Springer

作者:Horst Brendel

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1979

价格:EUR 19.94

装帧:Paperback

isbn号码:9783211814857

丛书系列:

图书标签:

• Maschinenbau
• 摩擦学
• 润滑
• 材料科学
• 工程
• 表面工程
• 磨损
• 密封
• 轴承
• 振动
• 可靠性

《材料科学基础：结构、性能与应用》 这本书旨在为材料科学领域的初学者和进阶者提供一个全面而深入的导论。我们认识到，材料是现代科技发展的基石，从微小的电子元件到宏伟的建筑结构，无不依赖于材料的创新与应用。因此，本书将系统地阐述材料科学的核心概念，帮助读者理解不同材料的微观结构如何决定其宏观性能，以及这些性能如何支撑广泛的工程应用。 第一部分：材料的微观世界——结构与晶体学 本书的第一部分将带领读者走进材料的微观世界，探究其构成基础。 原子结构与化学键合： 我们将从原子和分子的基本构成开始，详细介绍电子的排布、原子轨道以及不同类型的化学键（离子键、共价键、金属键、范德华力）是如何形成的。理解这些基本键合类型，是理解材料性质差异的根源。我们将深入探讨键的强度、方向性以及它们如何影响材料的稳定性和反应性。例如，共价键的高度方向性使得一些材料具有极高的硬度和脆性，而金属键的离域电子则赋予了金属良好的导电性和延展性。 晶体结构： 大多数固态材料都以晶体形式存在，即原子或分子按照特定的、周期性的三维排列。本章将详细介绍常见的晶体结构，如体心立方（BCC）、面心立方（FCC）、六方密排（HCP）等。我们将学习如何描述这些晶体结构，包括晶胞、晶格常数、原子堆积密度（APF）等参数。此外，我们还将探讨非晶态材料（如玻璃）的结构特点，以及无序结构对材料性能的影响。理解晶体结构对于预测和解释材料的力学、电学和热学性质至关重要。 晶体缺陷： 现实中的晶体并非完美无缺，晶体缺陷的存在对材料的性能有着至关重要的影响。我们将系统地介绍各类晶体缺陷，包括点缺陷（空位、置换原子、间隙原子）、线缺陷（位错，如刃型位错和螺型位错）以及面缺陷（晶界、孪晶界）。重点将放在位错理论上，解释位错的产生、运动机制，以及它们如何直接关联到材料的塑性变形能力。我们将通过实例说明，控制缺陷的类型和浓度是调控材料强度的关键手段。 多晶材料的结构： 绝大多数工程材料都是多晶体，即由无数个取向各异的微小晶粒组成。本章将深入探讨多晶材料的微观组织，包括晶粒尺寸、晶粒形状、晶粒取向以及晶界特征。我们将解释晶粒尺寸对材料性能（如强度、韧性）的影响，以及晶界在材料变形、扩散和相变过程中的作用。 第二部分：材料的性能——宏观表现与影响因素 本部分将聚焦于材料的宏观性能，并深入分析影响这些性能的关键因素。 力学性能： 这是材料科学中最核心的性能之一。我们将详细介绍各种力学性能的测试方法和表征手段，包括抗拉强度、屈服强度、断裂韧性、硬度、疲劳强度、蠕变等。我们将解释材料的弹性变形和塑性变形机制，以及它们如何与微观结构（如晶体结构、位错密度、晶界）相关联。例如，我们将在“强化机制”中探讨加工硬化、固溶强化、沉淀强化和晶粒细化等如何有效提高材料的强度。 热学性能： 材料的热学性能决定了它们在热环境下的行为。本章将涵盖热导率、热膨胀系数、比热容以及热稳定性等。我们将探讨晶格振动（声子）和自由电子在材料热传导中的作用，以及不同材料（金属、陶瓷、聚合物）在热学性能上的差异。同时，我们将讨论热应力以及如何通过选择具有合适热膨胀系数的材料来避免因热胀冷缩引起的结构失效。 电学性能： 从导电体到绝缘体，材料的电学性能千差万别。我们将系统地介绍材料的电导率、电阻率、介电常数、半导体特性以及超导现象。本书将从能带理论的角度出发，解释金属、绝缘体和半导体之间的根本区别，以及掺杂、温度等因素如何影响半导体的导电性。我们还将触及一些特殊电学现象，如压电效应、铁电效应和磁电效应。 光学性能： 光与材料的相互作用是许多现代技术的基础，如显示器、传感器和光伏器件。本章将探讨材料的反射、吸收、透射以及折射特性。我们将解释不同材料（金属、透明陶瓷、高分子）的光学行为，以及颜色、透明度、光泽等视觉属性的微观根源。此外，我们还将介绍一些光学现象，如光致发光、荧光和磷光。 化学性能： 材料的化学稳定性，即抵抗环境侵蚀的能力，对于其在各种苛刻条件下的应用至关重要。本章将详细讨论腐蚀（电化学腐蚀、高温氧化）、磨损以及化学反应性。我们将分析不同材料（金属合金、陶瓷、聚合物）的抗腐蚀机制，以及环境因素（如温度、湿度、介质成分）如何影响材料的寿命。 第三部分：材料的分类与应用——工程实践中的选择 在理解了材料的结构与性能后，本书的第三部分将把焦点放在材料的实际分类和广泛应用上。 金属材料： 包括纯金属和合金。我们将重点介绍黑色金属（如钢铁）和有色金属（如铝、铜、钛、镍及其合金）的特性、强化方法以及在结构、航空航天、电子等领域的典型应用。我们将深入探讨合金设计的基本原则，以及相图在理解合金性能中的作用。 陶瓷材料： 强调其高硬度、高熔点、优异的耐高温性、耐腐蚀性和绝缘性。我们将介绍氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化锆）、非氧化物陶瓷（如碳化物、氮化物）以及玻璃陶瓷。我们将讨论它们的制备工艺（如烧结）以及在高温工程、电子器件、生物医学等领域的应用。 聚合物材料： 涵盖热塑性塑料、热固性塑料和弹性体。我们将分析聚合物的长链结构、结晶度、玻璃化转变温度等对其力学、热学性能的影响。我们将探讨聚合物的改性方法，以及它们在包装、汽车、建筑、医疗等行业的广泛应用。 复合材料： 结合了两种或多种不同材料的优点，以获得优于单一材料的性能。我们将介绍纤维增强复合材料（如碳纤维增强聚合物）、颗粒增强复合材料和层状复合材料。我们将分析增强相与基体之间的界面作用，以及复合材料在航空航天、汽车、体育用品等领域的巨大潜力。 功能材料： 这是一个快速发展的领域，专注于具有特殊电、磁、光、声、热等功能的材料。我们将介绍智能材料（如形状记忆合金、压电材料）、生物材料、纳米材料以及能源材料（如电池材料、光伏材料）等前沿领域，并展望它们在未来科技中的重要作用。 第四部分：材料的制备与加工——从原材料到成品 本书的最后一部分将关注材料的制备与加工过程，这直接决定了材料的最终性能和成本。 金属的制备与加工： 包括冶炼、铸造、锻造、轧制、焊接、热处理等基本工艺。我们将解释这些工艺如何影响材料的微观结构和性能。 陶瓷的制备与加工： 介绍粉末冶金、成型（如压制、挤出）、烧结、研磨等关键步骤，并讨论如何控制烧结过程以获得所需的密度和微观结构。 聚合物的加工： 涵盖注塑成型、挤出成型、吹塑成型、压延成型等常用方法，以及它们如何影响聚合物的形态和最终性能。 先进制造技术： 简要介绍增材制造（3D打印）等新兴技术，以及它们如何为材料的设计和加工带来革命性的变化。 通过本书的学习，读者将能够建立起一个系统性的材料科学知识框架，理解材料的内在联系，并能够基于工程需求，对不同材料的性能进行评估和选择。本书不仅提供了扎实的理论基础，还结合了大量的实例，旨在培养读者解决实际工程问题的能力。无论您是工程专业的学生，还是对材料世界充满好奇的探索者，本书都将是您宝贵的参考。

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这本书的引文和参考资料部分，简直是学术界的“寻宝图”。我通常喜欢检查一本技术书籍的可靠性，而《Wissensspeicher Tribotechnik》在这方面做得极其出色。每一次关键理论的提出，后面都紧跟着一串严谨的引用标识，而且这些引用来源横跨了德语区、英语系以及亚洲地区的重要期刊，显示出作者在全球范围内搜集资料的广度和深度。我特意去查阅了其中一处关于“滑动磨损中第三体形成机制”的引用，发现它指向了一篇我从未留意过的一九八零年代的苏联摩擦学研究论文。这表明，编纂者并没有仅仅停留在引用那些耳熟能详的经典文献，而是挖掘了许多被主流学术界遗忘的、但极具洞察力的早期研究成果。这不仅极大地丰富了我对历史演变的理解，也为我当前的研究提供了一个全新的理论视角——很多看似“新发现”的问题，其实在几十年前就已经被提出过，只是缺乏现代的验证工具。这份对学术历史的尊重和深度挖掘，让这本书的权威性提升了一个档次。

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最让我印象深刻的是其对“系统性”的强调。在许多摩擦学书籍中，润滑、磨损和摩擦往往被割裂开来单独讨论，读者需要自己在大脑中搭建联系。但《Wissensspeicher Tribotechnik》则坚守着一个核心的哲学：这三者是一个不可分割的系统工程。例如，在讨论特定材料组合的摩擦系数时，作者会立即将话题引向这种摩擦状态下可能产生的热量积累及其对润滑剂化学分解的影响，并进而分析这些分解产物如何反过来改变表面的微观形貌，最终影响磨损率。这种多维度、动态反馈的分析视角，彻底打破了我以往碎片化的认知模式。它不再是简单地告诉你“A导致B”，而是展示了一个复杂的、互相制约的反馈回路。这种将物理、化学、材料科学和热力学融为一体的综合性论述，迫使读者必须以一种更全局的眼光去看待机械系统的运行状态。读完相关的章节后，我感觉自己对设计一个长寿命、高效率的机械部件的理解，已经提升到了一个全新的、更为精密的层次。

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说实话，最初我对这本厚重的“知识库”感到有些畏惧，担心它会变成一本只有资深专家才能啃下来的“天书”。但阅读体验出乎我的意料——它在保持专业深度的同时，似乎也照顾到了初入此领域的新手。它的结构设计非常巧妙，前几章像是为“小白”准备的坚实地基，详细解释了摩擦、磨损和润滑这三者的基本定义和量化指标，语言平实，逻辑清晰，甚至连一些基础的微积分推导都给出了详尽的步骤，这对于那些需要快速补课的人来说，简直是福音。然而，当我翻阅到关于自适应润滑策略的那部分时，风格陡然一变，开始深入探讨人工智能算法在预测性维护中的集成问题。这种从宏观基础到尖端交叉学科的平滑过渡，体现了编纂者对整个学科脉络的深刻把握。它像一个多层次的迷宫，初学者可以沿着主干道前行，而经验丰富的读者则可以随时选择岔路深入探索那些晦涩的角落。这种包容性使得这本书的潜在读者群大大拓宽，绝对不是只局限于某个小圈子的内部读物。

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这本《Wissensspeicher Tribotechnik》的装帧设计着实让人眼前一亮，硬壳封面搭配精致的烫金字体，散发出一种沉稳而专业的学究气质。当我小心翼翼地翻开扉页时，首先映入眼帘的是一幅幅高质量的工业图解和微观结构照片，清晰度令人赞叹。我本来对接下来的内容抱持着谨慎的期待，毕竟“摩擦学知识库”这个名字听起来既宏大又有些枯燥。然而，初读之下，我发现作者在基础概念的阐述上极为深入却又不失条理。例如，关于润滑剂粘弹性和剪切速率之间复杂关系的探讨，不仅仅是简单的公式堆砌，而是结合了大量的实际工程案例进行剖析，使得那些原本晦涩难懂的理论知识变得触手可及。特别是关于边界润滑阶段的分子间作用力分析，作者似乎有一种化繁为简的魔力，用通俗易懂的语言描绘出纳米尺度上发生的物理化学过程，这对于那些希望从理论根基上理解摩擦学应用的工程师来说，无疑是一份宝贵的财富。那种知识密度带来的充实感，让我几乎忘记了时间的流逝，沉浸在对材料表面相互作用的奇妙世界中。这本书的排版也极佳，图表和文字的布局相得益彰，阅读体验非常流畅。

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我最近在攻克一个关于高载荷工况下轴承失效模式的课题，手头上翻阅了许多文献，但总觉得缺乏一个系统性的、能够整合不同理论框架的参考。拿到这本《Wissensspeicher Tribotechnik》后，我抱着试一试的心态翻到了专门讨论接触力学的那一章节。令我惊喜的是，作者没有停留在经典的赫兹接触理论，而是迅速将视角转向了更具现代意义的Kagome晶格模型在非均匀表面接触中的应用。这种前瞻性的视角让我眼前一亮，它不仅仅是对传统知识的复述，更像是一部活着的、不断进化的技术手册。我特别欣赏作者在论述不同接触模型时所采取的批判性思维，他清晰地指出了每种模型的适用边界和潜在的简化假设，这种严谨的态度在技术专著中是难能可贵的。更不用说，书的附录部分收录了一系列用于有限元分析（FEA）的材料本构模型参数集，这些都是实战中极其稀缺的资源。这让我感觉到，作者不仅仅是一位理论家，更是一位深谙工业痛点的实践者，他提供的知识是立即可迁移到实际工程问题的解决方案上的。

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