High-Purity Refractory and Rare Metals pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Burkhanov, G. S.

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页数:180

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价格:$ 79.10

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isbn号码:9781898326052

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图书标签:

• 难熔金属
• 稀有金属
• 高纯材料
• 材料科学
• 冶金学
• 金属材料
• 精炼技术
• 金属物理
• 材料工程
• 无机化学

《结构化学与材料设计：原子尺度下的性能预测与优化》 简介 本书深入探讨了物质在原子和分子尺度上的结构特征，并阐述了这些结构如何直接决定宏观材料的物理、化学和机械性能。全书以严谨的理论框架为基础，辅以丰富的实例分析，旨在为材料科学家、化学工程师以及从事先进功能材料研发的研究人员提供一套系统的、从微观到宏观的思维导图。 第一部分：晶体结构与键合理论 本部分首先回顾了晶体学的基本原理，包括布拉维点阵、晶体学符号（如欧拉角和密勒指数）的应用，以及晶体缺陷的分类与对材料性能的影响（如位错、空位和间隙原子）。重点内容在于电子结构理论在解释化学键形成中的核心作用。我们详细讨论了量子力学在描述金属键、离子键和共价键强度与方向性上的应用，特别是硬度概念的原子尺度起源。通过分子轨道理论（MO）和紧束缚模型（Tight-Binding Approximation），读者将能理解为什么某些晶体结构（如金刚石立方结构和六方紧密堆积结构）具有极高的稳定性，并预测特定键合环境下的电荷密度分布和能带结构。 第二部分：晶体场理论与磁性材料基础 本章聚焦于过渡金属和稀土元素化合物中，配位环境对电子能级的影响。详细阐述了晶体场理论（CFT）和更精确的配位场理论（LFT），解释了d轨道和f轨道的能级分裂（$Delta_o$和$10Dq$）。这些理论不仅是理解配位化合物颜色的基础，更是设计高性能磁性材料的关键。 我们深入分析了磁性起源，包括顺磁性、抗磁性和铁磁性。重点讨论了交换相互作用（Exchange Interaction），这是理解居里温度和磁畴形成机制的核心。通过分析不同晶格结构中的磁耦合路径，本书为设计室温铁磁材料提供了理论指导。此外，还引入了磁有序结构（如反铁磁、亚铁磁）的基态描述，并探讨了磁各向异性对磁记录介质性能的制约。 第三部分：扩散、相变与材料动力学 材料的实用性往往取决于其在高温或特定应力下的动态行为。本部分着重于原子扩散机制，区分了晶格内扩散（空位机制、间隙机制）和晶界扩散的速率差异。利用阿伦尼乌斯方程，本书指导读者如何通过实验数据计算扩散激活能，并讨论了压力和杂质对扩散系数的非线性影响。 核心内容转向热力学驱动的相变。详细阐述了吉布斯自由能最小化原理在相图构建中的应用，并深入剖析了一阶相变（如共晶、共析反应）和二阶相变（如顺磁到铁磁的转变）。特别关注了形核与长大理论，解释了非均匀形核的随机性，并讨论了冷却速率对微观结构（如晶粒尺寸、析出物形貌）的决定性影响。书中还引入了扩散耦合的相变（如固溶体分解），为热处理工艺的设计提供了理论依据。 第四部分：电子结构与光电性能 本部分将结构与电子性质紧密联系起来，重点介绍能带理论在解释半导体、导体和绝缘体中的应用。我们从布洛格定理出发，推导了有效质量的概念，并解释了费米能级在不同掺杂状态下的移动。对于半导体材料，本书详细分析了本征激发、掺杂对载流子浓度的影响，以及施主/受主能级的具体位置。 在光电材料方面，本书着重于光吸收、光发射和载流子输运的微观机制。解释了直接带隙和间带隙半导体的区别，并分析了激子（Exciton）的形成与解离。此外，还探讨了电荷迁移率，包括晶格散射和杂质散射对载流子运动的限制作用，这对于设计高效的光伏器件和晶体管至关重要。 第五部分：表面化学与界面工程 现代材料性能越来越依赖于其表面和界面的性质。本部分深入研究表面能、表面重构以及吸附现象。讨论了不同晶面的表面张力差异，以及它们如何影响材料的润湿性、催化活性和腐蚀倾向。 关键内容在于异质结的形成与界面效应。通过分析不同材料界面的电子结构失配，本书解释了肖特基势垒的形成机理，以及如何通过界面工程来控制载流子的注入和传输。书中还涉及了薄膜沉积过程中的应力积累与弛豫，这些机制直接决定了多层膜的稳定性和功能性，是微电子器件和传感器设计中不可回避的挑战。 结论 《结构化学与材料设计》旨在提供一个连贯的视角，将原子层面的相互作用转化为宏观可测量的性能指标。它强调理论预测在材料研发中的指导作用，鼓励读者运用多尺度、多物理场的耦合思维来解决复杂的材料科学问题。全书内容紧凑且专业，是深入理解材料内在规律的必备参考书。

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这本书最让我感到惊喜的地方，在于它对“纯度”二字的哲学化解读。它并没有将高纯度简单地等同于“杂质含量越低越好”，而是深入探讨了不同杂质在特定应用场景下的“有害性”和“有效性”。比如，在讨论铼（Rhenium）在高温合金中的作用时，书中清晰地划分了微量添加剂带来的固溶强化效果与过量添加导致的脆性增加之间的临界点。这种对平衡艺术的描绘，极大地拓宽了我对材料设计的认知。它不再是简单的“加A减B”，而是一种精妙的剂量控制。再者，书中关于真空技术在稀有金属处理中的应用描述，也极其到位。它详细对比了不同真空泵对残余气体分子的去除效率差异，以及这些残留气体如何影响金属在固化过程中的晶粒生长。这种细致入微的描述，让人仿佛能听到真空室内气分子被抽离的微弱声响。我甚至觉得，作者本身就是一位在高温真空环境下工作了数十年的老专家，他的文字中充满了对实验细节的尊重和对工艺窗口的敬畏，读起来让人心悦诚服。

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说实话，初次拿到这本厚重的典籍时，我内心是有些抗拒的，因为我对“难熔金属”的理解大多停留在高温炉衬和焊接电极的范畴。我原本期待的是一本可以快速查阅特定金属熔点和耐腐蚀性能的参考指南。然而，这本书的结构设计明显偏向于理论构建和历史回顾。例如，它花了好大篇幅去探讨钽（Tantalum）的电解精炼过程如何受到杂质离子迁移速率的影响，这对于一个只需要采购钽电容的企业采购人员来说，可能就显得过于“形而上”了。但如果你是一个材料研究的初学者，或者正试图开发新型高温合金，那么这种对工艺参数背后物理机制的深挖，简直就是一座宝库。书中对钨（Tungsten）的碳化物形成动力学的探讨，其深度和广度，足以让你在下一次实验设计中，避开许多已知的陷阱。我感觉作者的态度是：不给你答案，而是给你一套完整的、可以推导出所有答案的思维框架。这种“授人以渔”的教育哲学，虽然慢热，但一旦领悟，其带来的知识复利是巨大的。

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从排版和图表的角度来看，这本书更像是一本面向专业工程师的内部培训教材，而非面向大众读者的科普读物。它的图表往往是直接截取自复杂的计算模型输出，缺乏商业出版物中常见的精美渲染图或流程图简化版。很多关键公式被原封不动地保留在正文中，需要读者具备扎实的微积分和线性代数基础才能完全跟进作者的思路。例如，在讨论锆（Zirconium）的核级纯化时，涉及到了复杂的多相平衡方程组，我花了近两天时间才把其中的变量对应到实际的沉淀池操作上。然而，这种“硬核”的处理方式也保证了其内容的无可替代性。它没有使用任何模糊的语言来粉饰技术难点，而是直面挑战，展示了科学家和工程师们在征服这些“高傲”金属时所付出的巨大智力劳动。对于那些渴望真正掌握这些关键材料核心机理的人来说，这本书无疑是份量极重的基石，它要求你付出努力，但回报的绝对是顶级的专业知识体系。

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这本书的封面设计，乍一看，就给人一种沉甸甸的学术感，那种深沉的蓝色调，配上精细的金属光泽插图，仿佛能闻到实验室里那种特有的、混合着化学试剂和精密仪器的味道。我本来是抱着一种“希望它能帮我解决一些实际操作中的具体难题”的心态去翻阅的，毕竟“高纯度”和“难熔”这两个词汇本身就带着一种技术壁垒的意味。然而，当我深入阅读其中的一些章节时，我发现它更像是一部冶金学史诗，而非一本操作手册。它详尽地追溯了这些稀有金属从矿石提炼到最终成品之间的复杂路径，其中对区域熔炼（Zone Refining）技术的细致描述，简直可以写成一篇独立的博士论文。那种对纯度曲线变化的严谨推导，让我这个仅仅想知道“如何快速分离钽和铌”的工程师感到有些措手不及。当然，这种深度也正是其价值所在，它迫使我从更基础的物理化学原理上去理解材料的特性，而不是仅仅停留在应用层面。我记得其中有一部分专门讨论了铪（Hafnium）在核反应堆中的应用，那段文字的密度极高，涉及到了中子吸收截面和晶格缺陷的相互作用，读起来需要极高的专注力，仿佛一位老派的大学教授在给你讲解最前沿的理论，既让人敬畏，又略感吃力。

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这本书的叙述节奏，我个人觉得非常像是一部精心剪辑的纪录片，只不过它的主角是那些地球上最顽固的元素。它没有那种为吸引眼球而设置的戏剧性转折，一切都按照材料科学自身的逻辑缓慢而坚定地展开。我特别欣赏作者在处理“稀有金属”这个概念时所采取的全球化视角。例如，当讨论到锗（Germanium）的供应链时，书中不仅提到了其在半导体工业中的核心地位，还穿插了关于特定矿源地地质构造和开采环境影响的描述。这使得这本书不仅仅是技术文献，更像是一部关于人类如何与地球资源进行博弈的社会学文本。我印象最深的是关于钒（Vanadium）合金在航空航天领域应用的章节，作者用一种近乎诗意的语言描绘了钒原子如何在极端温度下稳定住钛基体的结构，那段描述，完全打破了我对传统教科书那种干瘪、公式化的印象。它似乎在告诉我，每一次成功的合金化，都是对自然规律的一次巧妙的“说服”，而不是简单的“利用”。这种融合了工程学严谨性和人文关怀的笔触，让阅读过程变得既充实又富有启发性，让人不禁思考，我们对“稀有”的定义，是否也受限于我们目前的提纯技术。

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