Principles of Laser Materials Processing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Kannatey-Asibu Jr., Elijah

出品人:

页数:819

译者:

出版时间:2009-4

价格:1204.00 元

装帧:

isbn号码:9780470177983

丛书系列:

图书标签:

• Engineering
• 激光材料加工
• 材料科学
• 激光技术
• 表面工程
• 精密制造
• 工业应用
• 材料处理
• 光物理
• 工程技术
• 加工工艺

激光材料加工原理 《激光材料加工原理》是一部深入探讨激光在材料加工领域应用的权威性著作。本书系统地阐述了激光与材料相互作用的物理机制，从微观层面的能量耦合、热传递、相变，到宏观层面的熔化、汽化、烧蚀、焊接、切割、表面改性等一系列加工过程，都进行了详尽的分析和理论阐释。 核心内容概述： 本书的结构围绕着激光与材料作用的核心科学原理展开，并逐步深入到具体的加工应用。 激光与材料相互作用的基础物理： 激光的产生与特性： 在详细介绍激光器类型（如CO2激光器、Nd:YAG激光器、光纤激光器、皮秒/飞秒激光器等）及其基本工作原理的同时，重点阐述了激光器输出的几个关键参数，如波长、功率、光斑尺寸、脉冲宽度、重复频率、光束质量（M²因子）等，并深入分析这些参数如何影响与材料的相互作用。例如，不同波长的激光在材料中的吸收率差异，以及高斯光束与平顶光束在能量分布上的区别对加工效果的影响。 激光与物质的相互作用机制： 这是本书的基石。作者从电磁波与物质相互作用的理论出发，详细介绍了光子吸收、电子激发、自由载流子吸收等微观过程。特别地，对于高功率密度激光辐照下的非线性吸收效应，如多光子吸收、雪崩电离等，也进行了深入的探讨，这对于理解超快激光与材料相互作用至关重要。 能量耦合与热传递： 详细分析了激光能量如何有效地传递到材料内部，以及由此产生的温度场分布。本书深入讨论了热传导、热对流（在熔化材料中）以及热辐射等热传递过程，并结合傅里叶定律、牛顿冷却定律等经典热力学理论，建立了不同几何形状和材料属性下的温度场模型。特别强调了热影响区（HAZ）的形成机制及其对材料性能的影响。 相变与材料响应： 激光引发的快速加热和冷却过程会导致材料发生一系列相变，如熔化、固化、蒸发、凝固、相分离、晶粒细化甚至非晶化等。本书细致地研究了这些相变动力学，以及它们如何受到激光参数、材料成分和冷却速率的影响，并探讨了这些相变对加工表面形貌、显微组织和力学性能的决定性作用。 等离子体形成与演化： 对于高功率激光与材料相互作用，等离子体的形成是不可避免的。本书详细阐述了等离子体的产生机理，包括热电离、电子碰撞电离等，并分析了等离子体的密度、温度、光谱特性及其对激光吸收率和加工过程的影响。动态的等离子体行为，如等离子体屏蔽效应，也得到了重点讨论。 激光材料加工的核心工艺： 激光焊接： 焊接机理： 详细介绍了激光焊接中深熔焊和键合焊的机理。深熔焊涉及激光能量聚焦形成高功率密度，导致材料熔化并形成“键”或“钥匙孔”结构，实现深而窄的焊缝。键合焊则是在较低功率密度下，材料表面熔化并形成冶金结合。 工艺参数与影响： 深入分析了激光功率、扫描速度、光斑尺寸、焦点位置、辅助气体等参数对焊缝质量（如焊缝宽度、深度、熔透度、气孔、裂纹、变形等）的影响。 材料特性与焊接： 探讨了不同材料（如金属、合金、聚合物、陶瓷）的焊接特性，以及材料的导热系数、熔点、热膨胀系数、光学吸收率等因素对焊接过程的影响。 先进焊接技术： 介绍了脉冲激光焊接、摆动焊接、多光束焊接等先进技术，以及它们在解决特定焊接难题（如减少热输入、提高接头强度、焊接异种材料）方面的优势。 激光切割： 切割机理： 详细解释了激光切割过程中材料的熔化、汽化和吹除过程。根据材料的不同，可能涉及熔化切割（用惰性气体吹除熔融金属）、汽化切割（直接将材料汽化）或刻划切割（仅在材料表面形成浅槽）。 辅助气体的作用： 重点分析了氧气（作为反应气体，提高切割速度和质量）和惰性气体（如氮气、氩气，用于吹除熔渣，防止氧化）在激光切割中的作用机理和选择依据。 工艺参数优化： 深入探讨了激光功率、切割速度、焦距、喷嘴设计、辅助气体压力等参数对切割缝宽度、切割质量（如表面粗糙度、垂直度、挂渣情况）以及切割效率的影响。 切割不同材料： 涵盖了金属（钢、铝、铜等）、非金属（塑料、木材、纸张、织物、玻璃、陶瓷）的激光切割特点、挑战及相应的工艺策略。 激光打孔： 打孔机理： 介绍了基于熔化-喷射或汽化-爆炸原理的激光打孔过程。强调了短脉冲和超快脉冲激光在提高孔的精度、减少热影响区和避免材料损伤方面的优势。 微孔加工： 重点关注微米级甚至纳米级微孔的激光制造技术，以及其在航空航天、微电子、医疗器械等领域的应用。 参数与质量控制： 分析了激光能量密度、脉冲数目、重复频率、辅助气体等参数对孔的直径、深度、形状、锥度、表面质量以及是否存在熔瘤（recast layer）的影响。 激光表面处理： 表面淬火： 详细阐述了激光快速加热和自激冷却导致的材料表面硬化机理，分析了影响淬火深度和硬度的关键因素（如激光功率、扫描速度、光斑尺寸、材料成分）。 表面熔覆（Cladding）： 介绍了激光在基材表面熔覆合金粉末，形成具有特殊性能（如耐磨、耐腐蚀、耐高温）的涂层。深入讨论了粉末输送方式（同轴、偏轴）、粉末粒径、激光功率、扫描速度等参数对涂层质量（如结合强度、涂层成分、微观组织）的影响。 表面合金化（Alloying）： 阐述了激光将不同元素注入基材表面，形成具有特定功能的表面合金层。 激光冲击强化（Laser Peening）： 解释了利用激光诱导的冲击波在材料表面产生压缩残余应力，提高材料的疲劳寿命和抗裂纹扩展能力。 激光清洗： 介绍了激光通过烧蚀、汽化或光声效应去除表面污染物、涂层或氧化层，实现高精度、无接触的清洗。 先进的激光材料加工技术与应用： 增材制造（3D打印）： 选择性激光烧结（SLS）、选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）等： 详细介绍了这些基于激光（或电子束）逐层熔化/烧结粉末材料，构建三维复杂零件的工艺原理。 材料与工艺参数： 讨论了金属粉末（如不锈钢、钛合金、铝合金、高温合金）、陶瓷粉末、聚合物粉末在增材制造中的应用，以及激光功率、扫描策略、层厚、预热温度等工艺参数对成型精度、致密度、力学性能和表面质量的影响。 设计与制造的协同： 强调了增材制造对传统设计理念的颠覆，以及如何利用激光加工的自由度实现轻量化、功能集成化等复杂结构的设计。 激光精密加工： 涵盖了微纳加工、精密焊接、微孔加工、表面纹理化等技术，重点介绍了超快激光（皮秒、飞秒）在实现高精度、低损伤加工中的关键作用。 激光诱导击穿光谱（LIBS）： 简要介绍其作为一种快速、原位化学成分分析工具，在材料成分检测、质量控制等方面的应用。 本书的特色与价值： 《激光材料加工原理》不仅仅是技术操作手册，更侧重于理论的深度和系统性。 科学性与严谨性： 基于扎实的物理学和材料科学原理，对各种现象进行深入剖析，确保内容的科学性和准确性。 理论与实践结合： 在阐述基本原理的同时，紧密结合实际的工业应用，通过大量的案例分析，帮助读者理解理论如何指导实践。 全面的技术覆盖： 涵盖了当前激光材料加工领域主要的工艺方法和技术，为读者提供了一个全面的技术视野。 前沿技术的展望： 关注并探讨了激光材料加工领域的新兴技术和发展趋势，为研究人员和工程师提供前瞻性的指导。 丰富的图表与数据： 运用大量的示意图、照片、数据图表，清晰直观地展示复杂的概念和加工结果，增强了本书的可读性和实用性。 本书适合于从事激光加工、材料科学、机械工程、制造工程等领域的研究人员、工程师、技术人员，以及对激光材料加工技术感兴趣的在校学生。通过阅读本书，读者将能够深刻理解激光材料加工背后的科学原理，掌握各种加工技术的核心要素，从而有效地解决实际生产中的问题，并推动相关技术的发展和创新。

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这本书的价值远超我最初的想象，它不仅仅是一本工具书，更像是一部系统性的“工艺哲学”的阐述。它没有停留在描述“如何做”的层面，而是深入探讨了“为什么会这样”的本质原因。例如，在讨论激光焊接时的残余应力控制时，书中详细回顾了热循环曲线对晶粒结构和相变的影响，并且还引入了一些历史上的经典实验数据作为佐证，使得论述更加坚实可靠。我特别喜欢其中关于“缺陷控制”的章节，它没有仅仅罗列常见的缺陷类型，而是从能量耦合效率、等离子体效应以及烧蚀阈值波动等多个维度，构建了一个全面的风险评估框架。这种宏观与微观相结合的叙事方式，帮助我构建起了一个清晰、立体的知识体系。此外，书中所引用的参考文献质量非常高，涵盖了从上世纪经典文献到近几年顶尖期刊的研究成果，这表明作者的知识储备非常扎实，并且对该领域的发展脉络有着深刻的把握。阅读此书，我感觉自己不仅仅是在学习技术，更是在参与一场深层次的学术对话。

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这本书的整体风格非常沉稳、专业，它散发出一种经过时间检验的可靠感，绝非那种追逐短期热点、内容浮躁的快餐式读物可比。作者对于每一个加工参数的讨论都充满了敬畏感，他似乎深知材料加工的复杂性和对精度要求的苛刻。例如，在讨论激光表面改性技术时，书中对不同扫描策略下能量输入分布的均匀性进行了细致入微的探讨，这种对“细节决定成败”的强调，对于追求极致性能的研发人员来说，是极为宝贵的经验传承。我特别欣赏书中对于“工艺窗口”概念的深入剖析，它不仅仅是给出了一个操作范围，而是用多维度的图谱展示了参数组合对最终材料性能的综合影响，这体现了作者对整个加工系统的整体观。读完此书，我感觉自己看待激光加工问题的方式已经从一个“点”的关注，上升到了一个“面”的理解，对于理解复杂系统中的耦合效应有了更深刻的洞察力。这本著作，无疑将成为我工作台上随时可以翻阅的重要参考手册。

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说实话，当我翻开这本书的时候，我原本预期会看到的是那种晦涩难懂、充满高深数学推导的经典教材，但实际体验却让我大为惊喜。它的叙述风格简直可以称得上是“娓娓道来”，仿佛一位经验丰富的大师在茶余饭后，耐心地为你剖析那些常人难以企及的领域。作者在处理那些涉及到热力学、流体力学与材料科学交叉的前沿问题时，展现出了一种令人赞叹的平衡能力——既没有为了追求数学上的严谨性而牺牲读者的可读性，也没有因为过度简化而使得结论失真。特别是关于激光与不同材料（如金属、陶瓷、聚合物）在不同功率密度下的响应差异部分，简直写得入木三分。它没有简单地将所有材料一概而论，而是针对性地分析了不同微观结构对能量吸收和转换效率的影响。这种细致入微的分析，让我对“定制化”加工参数有了更深一层的理解。这本书的章节布局也体现出作者深厚的教学功底，它允许读者根据自己的背景知识选择性地深入阅读，而不是强迫所有人必须按部就班地从头读到尾，这种灵活性对于在职学习者来说简直是太友好了。

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这本书的装帧设计着实令人眼前一亮，封面采用了一种深邃的蓝色调，配以烫金的标题字体，散发出一种专业而又不失典雅的气质。初次翻阅时，那种厚实的纸张带来的触感，以及清晰的印刷质量，都让人觉得这是一本经过精心打磨的学术著作。内容组织上，它似乎遵循了一种非常严谨的逻辑框架，从最基础的物理原理深入到复杂的工程应用，每一个章节的过渡都显得自然而然。尤其让我印象深刻的是，书中对一些关键概念的阐述，不再是干巴巴的公式堆砌，而是穿插了大量的图表和示意图，这些可视化工具极大地降低了理解难度的门槛。我感觉作者在编写时，非常体恤读者可能在学习过程中遇到的困惑点，力求用最直观的方式将抽象的激光与材料相互作用的机理描绘出来。整体阅读下来，它更像是一份详尽的工艺指南，而不只是一本理论教科书，对于需要将理论知识快速转化为实际操作技能的工程师和高级技术人员来说，这无疑是一笔宝贵的财富。书中的配图不仅清晰，而且信息密度极高，每一张图都仿佛在无声地讲述一个复杂的技术故事，这对我深入理解某些特定加工过程中的微观现象起到了决定性的帮助。

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从排版和实用性的角度来看，这本书的编排堪称典范。很多专业书籍在涉及复杂的公式推导时，总是将推导步骤挤压在一小块区域，使得读者难以跟上思路。然而，这本书在这方面做得极为出色，它将重要的数学模型和物理方程清晰地独立展示出来，并通过注释详细解释了每个变量的物理意义和单位，这极大地减少了我在查阅和复印重点内容时的负担。更实用的是，书中穿插了大量的“案例分析”模块，这些案例往往选取了工业界中遇到的典型难题，然后系统地展示了如何运用书中的理论工具来诊断问题并提出有效的解决方案。这些案例的描述详略得当，既有操作层面的细节，又不失理论深度的支撑。阅读这些案例时，我常常会停下来，对照我手头正在进行的项目进行思考和类比，这种沉浸式的学习体验是纯粹的理论阅读无法比拟的。这本书的索引部分也做得非常详尽和人性化，需要快速查找某个特定术语时，几乎总能迅速定位，体现了出版方对最终用户体验的重视。

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Problems so unphysical

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