Ceramics Science and Technology, Structures pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Riedel, Ralf (EDT)/ Chen, I-Wei (EDT)

出品人:

页数:612

译者:

出版时间:2008-4

价格:3480.00元

装帧:

isbn号码:9783527311552

丛书系列:

图书标签:

• 陶瓷
• 材料科学
• 结构
• 技术
• 工程
• 无机材料
• 固态物理
• 材料工程
• 纳米材料
• 陶瓷材料

陶瓷科学与技术：先进结构材料的深度探索 本书聚焦于描述和分析在当代材料科学、工程学以及工业应用中占据核心地位的结构陶瓷领域。本书旨在为研究人员、工程师、高年级本科生和研究生提供一个全面、深入且具有前瞻性的知识框架，覆盖从基础的晶体结构、相变动力学到先进的制备工艺和极端环境下的材料性能。 --- 第一部分：结构陶瓷的基石——结构、化学键与晶体学基础 本书的开篇部分建立起理解结构陶瓷复杂性的科学基础。我们首先深入探讨了构成高性能陶瓷的关键元素——无机非金属材料的原子排列、化学键合特性（如离子键、共价键）及其对宏观性能的决定性影响。 1.1 陶瓷晶体结构与微观缺陷： 详细分析了氧化物（如氧化铝、氧化锆）、非氧化物（如碳化硅、氮化硅）陶瓷体系中最常见的晶体结构类型，包括闪锌矿、岩盐结构、尖晶石结构以及钙钛矿结构。重点阐述了晶体缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）如何影响陶瓷的烧结行为、电学性质和机械韧性。特别引入了冯·布雷（Von Bré) 理论在理解缺陷平衡态中的应用。 1.2 相图与热力学基础： 陶瓷体系的复杂性很大程度上源于其多相平衡。本章详尽解析了二元和三元相图的解读方法，特别是对稳定相、亚稳相的识别至关重要。讨论了晶体生长与分解的热力学驱动力，以及相变（如马氏体相变、析出强化）在热处理过程中的动力学控制。引入了吉布斯自由能最小化原理在预测陶瓷合成路径中的应用。 1.3 界面与晶界工程： 在多晶结构陶瓷中，晶界是决定材料宏观性能的薄弱环节，也是实现特殊功能的界面。本书深入探讨了晶界能、晶界扩散机制以及界面对力学性能（如蠕变）和电学性能（如介电常数）的影响。探讨了通过添加第二相颗粒或稀土元素来“钉扎”或“润滑”晶界的技术策略。 --- 第二部分：先进结构陶瓷的制备技术与工艺控制 高性能陶瓷的最终性能在很大程度上取决于其制备过程的精确控制。本部分系统回顾了从粉体制备到最终成形和致密化的全流程技术。 2.1 高纯度粉体制备： 讨论了影响最终烧结性能的粉体形貌、粒径分布和化学均匀性的关键因素。详细介绍了湿化学法（溶胶-凝胶法、共沉淀法）、气相合成法（如化学气相沉积 CVI）以及机械合金化在高纯度、纳米级粉体制备中的应用和局限性。对比分析了不同制备方法对粉体活性和生长的影响。 2.2 成形技术与绿色密度： 涵盖了大规模生产和复杂形状制备所依赖的多种成形方法。对比了干压成形、等静压成形（CIP）的优缺点。重点介绍了流延法（Tape Casting）在制造多层结构件（如电容器、燃料电池隔膜）中的精确控制要求，以及注射成形（CIM）在复杂微观几何结构制造中的优势。讨论了如何通过优化成形压力和粘结剂体系来提高“绿色密度”。 2.3 烧结与致密化： 烧结是陶瓷获得其最终结构的关键步骤。本章深入分析了固相烧结、液相烧结和反应烧结的机理。详细阐述了扩散机制如何驱动孔隙率的减小和晶粒的生长。特别关注了无压烧结（Sintering without Pressure）的控制变量，以及如何利用快速升温速率或高压（如热等静压 HIP）来抑制晶粒过度长大，实现近理论密度的致密化。 2.4 先进复合材料的制造： 结构陶瓷的韧性提升往往依赖于引入增强相。本书详述了纤维增强（如碳化硅纤维增强碳化硅基体 CMCs）和颗粒增强（如氧化铝基体中的氧化锆增韧 ZTA）陶瓷的制造技术。侧重于界面兼容性、增强相的分散均匀性以及纤维的排列控制对整体力学性能的增强效应。 --- 第三部分：结构陶瓷的力学性能、失效分析与可靠性 本部分是本书的核心，专注于评估和预测结构陶瓷在服役条件下的性能，并探讨其特有的失效模式。 3.1 弹性、塑性与断裂力学： 结构陶瓷的特点是高弹性模量和低延展性。系统回顾了杨氏模量、泊松比的测定方法，并深入分析了在张应力下，陶瓷如何通过裂纹萌生、扩展和偏转来实现其破坏。详细介绍了Griffith 理论的现代修正，以及基于 Weibull 统计模型的宏观强度预测。 3.2 增韧机制的精细化研究： 探讨了提高传统脆性陶瓷韧性的主要物理机制。重点分析了氧化锆的应力诱发相变增韧（Transformation Toughening）的机理，包括应力场、裂纹尖端应力作用下四方晶系向单斜晶系的转变及其引起的体积膨胀效应。此外，还分析了裂纹偏转、桥接和纤维拔出的贡献。 3.3 蠕变、疲劳与超高温服役： 在航空航天和能源领域，结构陶瓷面临高温蠕变和交变载荷。本章分析了扩散蠕变（Nabarro-Herring 和 Coble 蠕变）在高温下的主导地位。疲劳分析部分，探讨了陶瓷中的“裂纹成核”过程和疲劳寿命预测模型，尤其是在腐蚀性介质（热腐蚀）存在下的性能退化。 3.4 失效分析与可靠性评估： 提供了结构陶瓷部件失效分析的系统方法论。通过扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对断口形貌进行分析，区分是脆性断裂、疲劳断裂还是蠕变断裂。强调了结构完整性保证（Structural Integrity Assurance）在关键应用中的重要性。 --- 第四部分：特定高性能结构陶瓷的应用与前沿进展 最后一部分将理论知识与实际应用相结合，关注当前研究热点和未来发展方向。 4.1 先进耐火材料与热障涂层（TBCs）： 讨论了用于极端温度环境的氧化物陶瓷（如 Yttria Stabilized Zirconia - YSZ）在燃气轮机叶片保护中的关键作用。探讨了热障涂层（TBCs）的结构设计，包括多孔层和气密层，以及如何通过优化热膨胀系数失配来减少分层失效。 4.2 结构生物陶瓷： 简要介绍了医用陶瓷如羟基磷灰石（HAp）和生物活性玻璃在骨科修复中的应用。侧重于它们的生物相容性、可降解性以及与活体组织的骨整合机制。 4.3 增材制造与陶瓷： 探讨了利用陶瓷浆料或粉末进行三维打印（如光固化、粘结剂喷射成形）对复杂结构件制造的颠覆性影响。讨论了如何克服陶瓷打印过程中的内应力积累和后续烧结过程中的收缩率控制问题。 4.4 陶瓷基复合材料（CMCs）的未来： 展望了 SiC/SiC 复合材料在下一代核反应堆和超燃冲压发动机中的潜力，重点关注纤维与基体界面改性对提高抗氧化性和抗热震性能的突破性进展。 --- 本书的结构设计旨在引导读者从微观的原子排列规律，逐步过渡到宏观的工程应用挑战。它不仅仅是对现有知识的总结，更是对陶瓷材料如何通过精密的结构设计和先进的工艺控制，成为支撑现代工程技术发展的关键力量的深度剖析。

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