SiAIONs and Non-oxides pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:

作者:Katsutoshi, Kimeya (EDT)/ Cheng, Yi-Bing (EDT)/ Tatami, Junichi (EDT)/ Mitomo, Mamoru (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:166

装帧:

isbn号码:9780878493456

丛书系列:

图书标签:

• 无机化学
• 材料科学
• 氧化物
• 非氧化物
• 固态化学
• 晶体结构
• 材料性能
• 合成方法
• SiAIONs
• 高温材料

硅氮化物与非氧化物：材料科学的革新之路 在人类文明漫长的发展历程中，材料的发现与革新始终是推动社会进步的基石。从青铜时代的辉煌，到铁器时代的效率，再到近代工业革命对金属和聚合物的驾驭，人类对物质世界的理解和改造能力不断跃升。然而，随着科技的飞速发展，我们对材料性能的要求也日益苛刻，传统材料在极端环境下的耐受性、在微观层面的精确控制能力，以及在能量转化和储存方面的效率，都面临着巨大的挑战。正是在这样的背景下，硅氮化物（SiAIONs）和更广泛的非氧化物材料，以其独特的结构、卓越的性能和广阔的应用前景，逐渐崭露头角，引领着材料科学的新浪潮。 “硅氮化物与非氧化物”一书，深入剖析了这一新兴材料家族的奥秘，为读者呈现了一幅全面而精细的材料科学革新画卷。本书并非简单地罗列已有的材料，而是致力于揭示其背后的科学原理，探索其潜在的应用价值，并展望其未来的发展方向。 硅氮化物：超越传统的陶瓷新星 硅氮化物，顾名思义，是一类以硅（Si）和氮（N）为主要元素的无机非氧化物陶瓷。其结构单元通常包含 Si-N 键，这是一种强共价键，赋予了硅氮化物极高的化学稳定性和机械强度。与传统的氧化物陶瓷（如氧化铝、氧化锆）相比，硅氮化物在许多性能上都展现出显著的优势。 本书首先详细介绍了硅氮化物的基本类别和结构。其中，β-硅氮化物 (β-Si₃N₄) 是研究最为广泛、应用最为成熟的代表。其六方晶体结构使得氮原子可以占据硅的四面体空隙，形成致密的网络。除了纯β-硅氮化物，书中还重点阐述了如何通过引入第三、第四种甚至更多元素（如铝、镁、钇、钙等）来形成合金化硅氮化物，即SiAIONs。这些合金化过程能够显著改变硅氮化物的微观结构，例如形成固溶体、析出第二相，从而精细调控其力学性能、热学性能和抗氧化性能。书中深入剖析了不同合金元素对SiAIONs相平衡、晶粒生长、晶界相形成的影响，并结合先进的显微学和光谱学技术，直观展示了这些微观结构的变化如何映射到宏观性能的提升。 在性能方面，硅氮化物的突出之处在于其优异的力学表现。其断裂韧性远高于许多传统陶瓷，这使得其在承受冲击载荷和应力集中时不易发生脆性断裂。书中通过详细的力学测试数据和断裂力学分析，解释了硅氮化物高韧性的来源，例如晶粒尺寸效应、晶界相的韧化作用以及位错滑移等机制。同时，硅氮化物还拥有极高的硬度、强度和耐磨性，这使其成为理想的结构材料，能够承受严苛的工作环境。 热学性能也是硅氮化物的一大亮点。它们具有极低的导热系数，能够在高温下保持优异的隔热性能。而其优异的抗热震性，即在快速温度变化下不易开裂的性能，则源于其良好的导热性和较低的热膨胀系数。这些特性使得硅氮化物在高温热交换器、发动机部件、涡轮叶片等领域具有不可替代的优势。 化学稳定性方面，硅氮化物对大多数酸、碱和熔融金属都表现出极强的抵抗力。其表面形成的致密氧化膜（尽管其本身是非氧化物）能够有效阻止腐蚀性介质的侵蚀。书中通过大量的实验数据，对比了不同硅氮化物在各种腐蚀环境下的失重率和表面形貌变化，为选择合适的材料应对特定腐蚀挑战提供了科学依据。 本书还对硅氮化物的制备技术进行了详尽的介绍。从传统的粉体制备、成型到烧结，再到先进的放电等离子烧结（SPS）、热压烧结（HP）等技术，书中详细阐述了每种工艺的原理、优缺点以及对材料性能的影响。特别是对于SiAIONs的固相反应、液相烧结等复杂过程，书中提供了深入的微观机理分析，揭示了如何通过精确控制烧结温度、时间和气氛来优化材料的微观结构和性能。 非氧化物材料：探索材料世界的广阔疆域 除了硅氮化物，本书还将视野拓展到更广泛的非氧化物材料领域。这些材料种类繁多，包括碳化物、氮化物、硼化物、硫化物、磷化物等，它们往往具有比氧化物材料更强的共价键特性，因此表现出更优异的硬度、强度、耐高温性和化学稳定性。 书中选取了若干具有代表性的非氧化物材料进行深入探讨。例如： 碳化物： 如碳化硅（SiC）、碳化硼（B₄C）、碳化钨（WC）等。碳化硅以其极高的硬度和优异的耐高温性而闻名，广泛应用于磨料、半导体器件、耐火材料等领域。本书分析了不同晶型碳化硅的结构特点和性能差异，并介绍了其在高温半导体领域的最新进展。碳化硼作为一种极硬的材料，在防弹装甲、核工业和磨削工具方面有着重要应用。 氮化物（非硅氮化物）： 如氮化铝（AlN）、氮化硼（BN）、氮化钛（TiN）等。氮化铝因其极高的热导率和良好的电绝缘性，在电子封装和散热领域备受青睐。书中详细阐述了氮化铝晶体结构与热导率的关系，以及如何通过掺杂和微观结构控制来进一步提升其热学性能。立方氮化硼（c-BN）和金刚石一样硬，具有优异的耐高温性和化学惰性，是理想的超硬材料。氮化钛则因其金黄色的外观和优异的耐磨性，常被用作 PVD 涂层，提高工具的使用寿命。 其他非氧化物： 书中也触及了一些其他重要的非氧化物材料，例如金属硼化物、金属磷化物等，并介绍了它们在催化、储能、发光等领域的独特应用。 对于这些非氧化物材料，本书同样遵循了从基本结构、性能特点、制备工艺到应用前景的逻辑线索。书中强调了这些材料在极端条件下的行为，例如在超高温、强腐蚀或高压环境下的稳定性，并结合了第一性原理计算等先进的理论方法，深入揭示了其微观结构与宏观性能之间的内在联系。 应用领域：革新与突破 “硅氮化物与非氧化物”一书的核心价值在于其对这些先进材料在各个领域应用的深入剖析。 航空航天与汽车工业： 硅氮化物和高性能碳化物、氮化物的高强度、耐高温和轻质特性，使其成为制造航空发动机涡轮叶片、燃烧室部件、以及汽车发动机活塞、涡轮增压器叶轮等关键部件的理想选择。这些应用不仅能提高燃油效率，降低排放，还能显著提升发动机的性能和可靠性。书中详细列举了实际应用的案例，并对其性能提升进行了量化分析。 能源领域： 在核能、太阳能、燃料电池等能源技术中，这些非氧化物材料扮演着越来越重要的角色。例如，某些硅氮化物和碳化物在高温核反应堆中可以用作结构材料和包覆材料。高导热性的氮化铝在高效太阳能电池的散热方面发挥着关键作用。而某些氮化物和硼化物则在电催化和储能方面展现出巨大潜力，有望成为下一代电池和燃料电池的关键材料。 机械加工与耐磨部件： 硅氮化物、碳化硅、碳化硼和氮化钛等材料的超高硬度和耐磨性，使其成为制造刀具、磨料、轴承、密封件以及各种高精度、长寿命机械部件的理想材料。本书深入探讨了这些材料的切削性能、磨削性能，以及在极端磨损条件下的失效机制。 电子与光电器件： 氮化铝的高热导率使其成为半导体芯片封装散热的关键材料。碳化硅作为一种宽禁带半导体，在高温、高频电子器件领域具有广阔的应用前景。书中详细阐述了这些材料在电子器件中的作用，以及其制备工艺对器件性能的影响。 生物医学与防护： 某些非氧化物材料的生物相容性和独特的力学性能，使其在生物医学植入物、骨骼替代材料等方面展现出潜力。同时，超高硬度的非氧化物也为开发轻质高效的防弹装甲和防护装备提供了新的可能。 未来展望：挑战与机遇 尽管硅氮化物和非氧化物材料已经取得了令人瞩目的成就，但其发展之路并非坦途。本书也积极探讨了当前面临的挑战，例如： 制备成本： 高性能非氧化物材料的制备往往需要高温、高压等苛刻的工艺条件，导致生产成本较高，限制了其大规模应用。 加工难度： 这些材料通常具有极高的硬度，给加工和成型带来了巨大的挑战。 性能提升空间： 尽管性能优异，但在某些特定应用场景下，仍需要进一步提升材料的强度、韧性、抗氧化性或导热性等。 理论指导的不足： 对于一些复杂体系，目前的理论模型尚不能完全准确地预测其性能，需要更深入的理论研究来指导材料的设计和开发。 然而，挑战与机遇并存。本书认为，随着材料科学理论的不断深入，计算模拟技术的日益成熟，以及先进制备技术的不断突破，这些挑战都将逐步被克服。未来的研究方向将更加聚焦于： 多功能复合材料的设计： 通过将不同非氧化物材料进行复合，或与金属、聚合物等材料结合，实现单一材料无法达到的多功能集成。 智能化材料的开发： 探索具有自修复、形状记忆、传感等功能的智能型非氧化物材料。 纳米结构材料的构筑： 利用纳米技术精确控制材料的微观结构，进一步提升其性能上限。 绿色制备工艺的探索： 发展更加环保、节能的制备技术，降低生产成本，促进可持续发展。 “硅氮化物与非氧化物”一书，以其严谨的科学态度、丰富的研究内容和前瞻性的视角，为材料科学领域的研究者、工程师和学生提供了一部不可多得的参考。它不仅梳理了当前非氧化物材料领域的最新进展，更指明了未来的发展方向，激励着我们继续探索材料世界的无限可能，用创新的材料赋能更美好的未来。阅读本书，将是一场深入材料科学腹地的激动人心的旅程，一次洞悉科技前沿的深刻体验。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆