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出版者:

作者:Lojkowski, Witold (EDT)/ Blizzard, John R. (EDT)/ Narkiewicz, Urszula (EDT)/ Fidelus, Janusz D. (EDT

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:218

装帧:

isbn号码:9783908451389

丛书系列:

图书标签:

• 纳米粉末
• 掺杂
• 材料科学
• 纳米技术
• 化学
• 物理
• 粉末冶金
• 固态化学
• 材料合成
• 表面改性

跨越材料科学前沿：新型陶瓷基复合材料的设计、制备与应用 内容简介： 本书深入探讨了新型陶瓷基复合材料（Ceramic Matrix Composites, CMCs）在极端环境应用中的前沿研究与工程实践。全书结构严谨，内容涵盖了从基础理论到先进制造工艺，再到具体应用案例的完整链条，旨在为航空航天、能源以及高端制造领域的科研人员、工程师和高年级本科生提供一本兼具深度与广度的参考手册。 第一部分：陶瓷基复合材料的基础理论与力学行为 本部分首先系统梳理了传统高性能陶瓷材料的固有缺陷，并阐述了引入增强相（如纤维、晶须或颗粒）对基体材料性能进行革新的基本原理。 第一章：高性能陶瓷的结构与性能调控 详细分析了氧化物（如SiC、Al2O3）和非氧化物（如Si3N4、ZrO2）陶瓷的晶体结构、微观缺陷及其对宏观力学性能的影响。重点讨论了如何通过晶界工程和晶粒尺寸的精确控制，来提升陶瓷的断裂韧性与抗热震性。 第二章：界面化学与复合效应 复合材料的性能核心在于基体与增强相之间的界面行为。本章深入剖析了界面结合强度的表征方法，如推拉测试（PULL-OUT TEST）和声发射技术。着重研究了反应性界面、惰性界面以及渗透型界面的形成机制，并探讨了界面缺陷（如孔隙、微裂纹）如何影响复合材料的疲劳寿命和蠕变性能。 第三章：复杂应力场下的断裂力学 构建了针对纤维增强陶瓷基复合材料（如C/SiC, SiC/SiC）的有效介质模型和细观力学模型。详细分析了拉伸、弯曲、剪切载荷下的裂纹扩展路径，特别是裂纹偏转（Crack Deflection）、裂纹桥接（Crack Bridging）和裂纹封闭（Crack Sifing）等增韧机制的定量描述。引入了概率性断裂理论，以应对陶瓷材料固有的随机性失效问题。 第二部分：先进制造工艺与微结构工程 本部分聚焦于如何将理论设计转化为可制造的高质量复合材料，特别强调了复杂几何结构和多尺度增强的实现技术。 第四章：陶瓷基复合材料的制备技术 全面介绍了当前主流的制备工艺。 渗透法（Infiltration Techniques）： 详细解析了化学气相渗透（CVI）、反应物渗透（RVI）和溶胶-凝胶（Sol-Gel）法的工艺参数控制及其对孔隙率和纤维浸润度的影响。 熔体浸渍/反应法（Melt Infiltration/Reaction）： 重点讨论了对熔融金属（如Si、Al）进行浸渍反应制备金属基陶瓷复合材料的温度梯度控制和二次反应抑制技术。 粉末冶金与热压/热等静压（HIP）： 阐述了高压烧结过程中的致密化机制和残余应力分布。 第五章：纤维增强复合材料的排布与编织技术 针对高强度纤维（如碳纤维、碳化硅纤维）在复合材料中的优化布局，本章详细介绍了二维（2D）和三维（3D）编织技术（如三轴编织、角向编织）的设计流程。分析了不同纤维体积分数、铺层角度对层合板各向异性力学性能的影响。特别关注了3D编织结构中，垂直于铺层方向的“桩”（Piles）对提高层间剪切强度和抗剥落能力的作用。 第六章：表面改性和涂层技术 为应对陶瓷基复合材料在高温氧化、热腐蚀环境中的服役挑战，本章着重探讨了保护性涂层体系。分析了热障涂层（TBCs）的设计原则，如高/低热膨胀系数层的匹配。深入研究了用于防止纤维与基体反应的中间层（Interlayer）的化学惰性要求，如BN涂层的制备及其在抑制反应性方面的效能评估。 第三部分：极端环境下的性能评估与工程应用 本部分将研究成果应用于实际工程场景，评估材料在真实服役条件下的可靠性。 第七章：高温下的蠕变与氧化行为 陶瓷基复合材料在超过1000°C的环境中服役时，蠕变是主要的失效模式。本章分析了不同增强相对蠕变率的抑制效应，并讨论了应力驱动的扩散和位错运动机制。此外，详细研究了氧化气氛下材料的长期稳定性和氧化层形成动力学，特别是SiC基材料的钝化膜（SiO2）的形成与维持。 第八章：疲劳寿命预测与无损检测 在高循环应力作用下，疲劳损伤是引发结构失效的关键。本章引入了基于损伤演化的疲劳寿命模型，并考虑了温度对疲劳阈值的影响。同时，系统介绍了用于检测CMC内部微裂纹、孔隙和界面脱粘的先进无损检测（NDT）技术，包括高频超声波成像（Phased Array UT）、X射线层析成像（X-ray Tomography）和声发射监测技术。 第九章：先进应用领域案例分析 本书以实际工程案例收尾，展示了CMCs的巨大潜力。 航空发动机热端部件： 分析了涡轮叶片、燃烧室衬套采用SiC/SiC或C/SiC复合材料后，相比镍基高温合金在温度上限和比推力方面的提升。 核能反应堆结构件： 讨论了在先进高温反应堆（HTR）中，陶瓷基材料对中子辐照损伤和氦脆效应的抵抗能力。 高超声速飞行器热防护系统： 探讨了CMCs在再入大气层时所承受的极端热冲击和气动载荷下的热结构一体化设计。 本书为读者构建了一个全面、深入的陶瓷基复合材料知识体系，强调了材料设计与制造工艺之间的紧密联系，是推动下一代高性能结构材料发展的关键参考读物。

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