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作者:Kaplan, Howard I. (EDT)/ International Magnesium Association (COR)/ Minerals, Metals and Materials S

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页数:0

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价格:158

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isbn号码:9780873395243

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图书标签:

• 镁技术
• 镁合金
• 材料科学
• 金属材料
• 工程技术
• 2002年出版
• 学术著作
• 工业应用
• 轻金属
• 金属工程

稀土元素在先进材料科学中的应用 本书聚焦于稀土元素在现代材料科学领域日益重要的角色，深入探讨了从基础理论到尖端应用的广泛议题。 本书并非涵盖镁合金技术的特定专著，而是致力于揭示元素周期表中镧系元素（稀土元素）如何驱动下一代功能材料的创新与发展。 第一部分：稀土元素的基础化学、物理特性与冶金学 本部分首先为读者构建了一个坚实的理论基础，阐述了稀土元素（Sc, Y, La至Lu）独特的电子结构如何赋予它们在光学、磁学和催化方面卓越的性能。 1. 稀土元素的电子结构与光谱特性： 详细分析了 $4f$ 轨道电子的屏蔽效应，解释了稀土离子如何产生尖锐且特征鲜明的发射和吸收光谱。讨论了晶体场效应对 $4f$ 能级的精细调控，并介绍了如何利用这些特性设计高效的发光材料（如LED、激光介质）。重点关注了铕（Eu）和铒（Er）在光通信和显示技术中的关键作用。 2. 稀土合金的相图与热力学： 深入研究了稀土元素与其他金属（如铁、钴、镍、铝）形成的复杂金属间化合物的相图。利用热力学计算模型，分析了稀土元素在固溶体形成、析出相稳定性和界面反应中的行为。这对于开发高温结构材料和磁性合金至关重要。 3. 稀土在先进冶金工艺中的影响： 阐述了稀土元素作为微量添加剂在改善传统金属材料性能方面的作用。探讨了稀土元素对晶粒细化、消除有害杂质（如硫、氧）的“净化”效应，以及它们在改善高温蠕变性能和抗氧化性方面的机制。重点讨论了稀土在钢铁、铝合金和钛合金中的处理技术，包括合金化、快速凝固和粉末冶金方法。 第二部分：功能性稀土材料的开发与应用 本部分将理论知识转化为实际应用，详细介绍了基于稀土的几类关键功能材料及其在能源、信息技术和环境科学中的突破性进展。 4. 磁性稀土材料：驱动下一代电机与存储技术 本书对永磁材料给予了高度关注。详细介绍了钕铁硼（NdFeB）磁体的结构、制备工艺及其性能极限。分析了重稀土元素（如镝Dy、铽Tb）在提高高温矫顽力方面的作用，以及烧结和粘结工艺的优化策略。同时，探讨了铁氧体磁体的发展方向以及新兴的斯格明子（Skyrmion）等拓扑磁性结构在未来数据存储中的潜力。 5. 稀土基荧光粉与发光器件： 全面覆盖了从阴极射线管到现代固态照明（SSL）的演变。系统介绍了氧化物、硫化物和氮化物基质中的稀土掺杂发光机制，特别是用于白光LED的关键绿色（Tm, Ho）、红色（Eu）和蓝色（Eu, Tb）荧光粉的合成与性能表征。讨论了量子点技术与稀土发射体在显示技术中的交叉融合。 6. 稀土在催化与环保领域的应用： 分析了氧化铈（CeO2）作为优异的氧气存储材料在汽车尾气净化催化剂中的核心地位。阐述了其氧空位形成机制及其对贵金属催化剂的协同作用。此外，探讨了稀土在石油化工裂化催化剂（如FCC催化剂）中提高酸性和稳定性的作用，以及其在燃料电池电解质中的应用前景。 7. 光学与电子材料：激光、传感器与超导 深入探讨了稀土掺杂晶体（如YAG、钛酸锶钡BST）在激光增益介质中的应用。讨论了稀土离子如何作为探针用于高灵敏度化学传感器和生物成像。在超导领域，本书也简要提及了铜氧化物高温超导体中稀土替代（如钇钡铜氧YBCO）对超导转变温度的影响。 第三部分：稀土资源的挑战与可持续发展 认识到稀土元素在地缘政治和环境影响上的特殊性，本书的最后一部分着眼于资源的获取、回收与替代研究。 8. 稀土的开采、分离与加工： 概述了当前主要的稀土矿物来源（如氟碳铈矿、离子型粘土）的选矿和湿法冶金过程。详细描述了复杂的溶剂萃取分离技术，解释了如何利用配体化学实现高纯度单一稀土氧化物的工业化分离。讨论了这些过程带来的环境挑战，包括酸性废水和放射性伴生元素的处理。 9. 稀土回收与循环经济： 鉴于资源稀缺性，本书强调了从报废产品（如永磁体、荧光灯、催化剂）中回收稀土的重要性。介绍了湿法浸出、选择性沉淀和生物冶金等前沿回收技术，旨在建立可持续的供应链。 10. 稀土替代材料的探索： 在寻求降低对某些稀土元素（如镝、铽）依赖的背景下，本部分探讨了非稀土元素或轻稀土元素替代方案的研究进展。这包括使用锰基或铁基合金替代重稀土永磁体，以及开发新型无稀土发光材料，旨在平衡性能需求与资源风险。 --- 本书面向对象： 材料科学家、冶金工程师、化学研究人员、以及对先进功能材料领域感兴趣的博士生和高年级本科生。本书旨在提供一个全面、深入且结构严谨的学术参考，聚焦于稀土元素在驱动现代高科技产业中的核心地位。

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我对这本书的结构安排感到有些意外，它似乎更侧重于镁的冶金学和热力学基础，而不是我原本期待的那些成熟的应用案例。开篇花了很大的篇幅来讨论镁的相图理论，各种二元和三元合金体系的稳定区域划分得清清楚楚，配图虽然是黑白的，但清晰度很高，能看出绘制的精度非常高。接着，深入探讨了凝固过程中的偏析现象，作者用一套精密的数学模型来描述溶质在枝晶上的重新分布，虽然推导过程有些繁琐，但对于理解宏观性能的起源至关重要。我花了两个下午才啃完这部分内容，感觉像是重新上了一遍大学高阶物理化学的课程。后半部分转向了高温蠕变和疲劳行为，这部分内容读起来相对轻松一些，因为它包含了大量的实验曲线和断口形貌照片。不过，对于寻求快速解决方案的工程师来说，可能需要耐心，因为它更偏向于“为什么会发生”而不是“如何立即解决”，它更像是为下一代材料设计者打地基的理论基石。总而言之，如果你想从根本上理解镁合金为什么是现在的样子，这本书提供了坚实的理论武器，但对于想知道最新的汽车零部件是怎么造出来的，它可能需要搭配其他更侧重工艺的书籍来阅读。

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这本书的排版风格透露出一种严谨的学术气息，文字密度非常高，几乎没有留白，每一页都塞满了信息，这对于想快速吸收知识的人来说可能有点挑战性。我注意到引文格式非常规范，似乎遵循了某个特定的国际标准，这表明作者对学术规范的尊重。印象最深的是其中对新型阻燃添加剂在镁合金基体中的分散性的分析。作者使用了高分辨率的透射电子显微镜（TEM）图像来展示纳米级颗粒的均匀分布，并结合能谱分析（EDS）来验证界面结合的化学特性。这些微观尺度的细节处理得非常到位，远非一般的综述文章所能比拟。不过，有一点小小的遗憾是，虽然理论和实验数据都很扎实，但在软件工具的应用方面介绍得比较少。例如，如何利用有限元分析（FEA）来预测复杂载荷下的结构响应，这方面的内容几乎没有涉及。这本书的受众定位显然是那些深入到实验室进行材料本身研究的科学家，对于需要快速进行结构仿真和性能预测的下游用户，可能需要从其他资源补充这部分知识。它是一本“硬核”的工具书，需要时间和精力去消化吸收。

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这本书的封皮设计得很有现代感，那种金属质感的字体在深蓝色的背景下显得格外醒目，我当时就是在书店里被它吸引的。我拿到手的时候，立刻翻开看了目录，发现它涵盖了材料科学的多个前沿领域。比如，它详细介绍了几种新型镁合金的微观结构分析方法，特别是关于晶界工程的部分，讲解得非常深入细致，引用了许多最新的实验数据和计算模拟结果。我特别关注了其中关于先进成型技术的那一章，作者没有停留在传统的铸造和锻造工艺上，而是用了大量的篇幅来讨论增材制造（3D打印）在镁合金部件生产中的潜力与挑战，包括打印过程中如何控制孔隙率和改善力学性能，这对我正在进行的一个航空航天轻量化项目提供了极大的启发。此外，对于表面处理和腐蚀防护的讨论也十分全面，从传统的化学转化膜到最新的等离子体沉积技术，都有详尽的对比分析，尤其是在耐温性和耐盐雾性测试的结果展示上，图表清晰，数据详实，让人一目了然。总的来说，这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一本面向高水平研究人员和资深工程师的深度研讨集，对推动镁合金应用领域的发展无疑具有重要的参考价值，它的内容广度和深度都远超我的预期，非常值得反复研读。

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初次接触这类专业书籍时，我常常担心术语的晦涩难懂，但这本似乎在努力平衡专业性和可读性。虽然主题是高精尖的材料科学，但在介绍新概念时，作者总是会首先给出清晰的物理图像或类比，这极大地降低了初学者的门槛。比如，在讲解位错运动与孪晶相互作用的机制时，作者用了一个非常生动的“障碍赛跑”的比喻来描述位错如何跨越或被孪晶界阻碍，这让我瞬间明白了复杂的晶体塑性理论。而且，书中的许多插图和图表，特别是关于电子束衍射花样的分析图，都配有详细的文字说明，告诉你如何解读这些复杂的晶体学信息。我个人非常欣赏它在“历史回顾”部分所做的努力，它不仅展示了当前的技术水平，还追溯了关键突破点的历史背景，让我对这项技术的发展脉络有了更清晰的认识。这使得阅读过程更像是一场有导游带领的探索之旅，而不是枯燥地啃硬骨头。对于那些希望系统性学习镁合金的本科高年级学生或研究生来说，这本书的教学设计是非常友好的，它既有深度又不失温度。

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这本书的装帧质量给我留下了非常深刻的印象，纸张的厚度和光泽度都达到了顶级水准，即便是高密度的彩色插图也显示出惊人的清晰度和色彩还原度，这对于观察合金的断裂表面或微观组织至关重要。我尤其对其中关于“绿色冶金”和可持续性的章节很感兴趣。作者没有回避镁回收和再利用过程中的能源消耗和潜在环境影响，而是客观地分析了生命周期评估（LCA）的结果，并提出了几项很有前景的低能耗提纯技术路线。这显示了作者超越传统工程范畴的广阔视野。与一些只关注性能指标的书籍不同，这本书在社会责任和未来趋势的探讨上投入了可观的篇幅，使得整本书的格局瞬间打开，不再局限于实验室一隅。这部分内容不仅具有学术价值，更对企业制定长远发展战略具有指导意义。总的来说，从内容深度到印刷质量，这本书都体现了对细节的极致追求，它无疑是该领域内近几年出版的重量级著作，是一份物有所值、值得长期收藏的专业参考资料。

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