High-Performance Ceramics V pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Pan, Wei (EDT)/ Gong, Jianghong (EDT)

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:537

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isbn号码:9780878494736

丛书系列:

图书标签:

• Ceramics
• High-Performance Materials
• Materials Science
• Engineering
• Advanced Materials
• Solid State Physics
• Nanomaterials
• Composite Materials
• Mechanical Properties
• Thermal Properties

陶瓷材料科学与工程：跨越传统与未来的前沿探索 本书聚焦于现代陶瓷材料的合成、结构、性能及其在尖端技术领域的应用，旨在为研究人员、工程师和高级学生提供一个全面且深入的视角。我们避开对特定“高性能陶瓷”类别的直接综述，转而深入探讨驱动整个领域发展的基本科学原理和新兴技术趋势。 第一部分：陶瓷基础科学与微观结构调控 本部分深入剖析了陶瓷材料的晶体化学基础、键合特性以及缺陷工程。我们首先回顾了离子晶体与共价晶体的能带结构，并详细讨论了点缺陷（如空位、间隙原子）和线缺陷（位错）的形成能与迁移机制，这些是理解陶瓷宏观机械性能和电学性质的关键。 1.1 晶体生长动力学与形貌控制： 我们将重点放在如何通过精确控制热力学参数和生长环境来调控晶体的粒径、晶界结构及整体微观形貌。讨论了从溶液相（溶胶-凝胶法、水热法）到固相烧结过程中的成核与长大机制。特别强调了在非平衡态条件下实现纳米级晶粒尺寸均匀分散的技术挑战与解决方案，包括表面能对烧结驱动力的影响。 1.2 界面科学与晶界工程： 陶瓷的宏观性能往往受制于其固有的多晶结构，特别是晶界。本章详细探讨了晶界扩散、晶界能以及晶界相的化学计量学。我们分析了如何通过添加少量助烧剂或改变烧结气氛来“净化”晶界，减少有害相的析出，并优化晶界扩散路径，这对于提高致密化效率和高温蠕变抗性至关重要。 1.3 表面与薄膜沉积技术： 除了块体材料的制备，本部分还系统性地介绍了用于功能涂层和微电子器件的关键薄膜沉积技术。详细对比了物理气相沉积（PVD，如溅射、蒸发）和化学气相沉积（CVD）的反应机理、薄膜应力演化路径以及界面兼容性问题。对原子层沉积（ALD）在实现亚纳米级厚度和维度控制方面的优势进行了深入阐述。 第二部分：结构陶瓷的力学行为与断裂韧性提升 本部分着眼于陶瓷材料抵抗机械载荷的能力，深入探究了脆性断裂的本质，并系统性地介绍了提高其可靠性的先进增韧策略。 2.1 弹塑性行为与本征强度： 阐释了陶瓷材料的应力-应变响应，重点分析了在高温或高应变率下的非线性行为。讨论了在接近理论强度下实现韧性/塑性变形的机制，例如位错运动、孪晶形成以及受限的晶界滑移。同时，对 Griffith 理论和 Weibull 统计在预测陶瓷失效率中的应用进行了细致的推导和实例分析。 2.2 增韧机制的拓扑学分析： 我们超越了传统的“弥散强化”概念，深入研究了多种宏观和微观尺度的增韧机制。详述了纤维增韧（如 SiC 纤维增强复合材料）中载荷传递、裂纹偏转和纤维拔出的定量模型。对于陶瓷基复合材料（CMC），我们建立了从基体-界面-增强体耦合效应到整体韧性提升的跨尺度模型。 2.3 裂纹扩展的动态过程： 本章关注于裂纹尖端的能量耗散过程。探讨了动态加载条件下的材料响应，如冲击波的传播与反射如何影响材料的动态断裂韧性。引入了基于相场方法的数值工具，用于模拟复杂裂纹路径（如锯齿状裂纹、桥接裂纹）的演化，并预测其对疲劳寿命的影响。 第三部分：功能陶瓷的电、热与磁学特性调控 本部分聚焦于陶瓷材料如何通过其精确的晶体结构和电子组态来实现特定的电学、热学和电磁学功能。 3.1 介电响应与铁电畴动力学： 系统梳理了陶瓷的介电常数、损耗角与频率、温度的关系。重点分析了钙钛矿结构（如 $ ext{BaTiO}_3$）中铁电畴壁的运动机制，以及电场驱动下的畴翻转对材料电滞回线的影响。讨论了高频应用中弛豫铁电体相对于硬铁电体的性能优势。 3.2 离子传导与固态电解质设计： 针对能源存储和转换设备的需求，本章深入探讨了陶瓷中离子的传输机理。详细分析了石榴石型、NASICON 型和氟化物型固态电解质中晶格缺陷对离子迁移率的贡献。通过密度泛函理论（DFT）计算，预测了不同取代元素对过渡态势垒高度的影响，指导新型高导电性材料的理性设计。 3.3 热力学与热电转换： 介绍了陶瓷材料的晶格热导率与电子热导率的解耦策略。在热电陶瓷（如 $ ext{Skutterudites}$ 或氧化物体系）中，重点讨论了“晶格玻璃化”（Lattice Glassiness）的概念，即通过引入复杂晶体结构或纳米第二相（如纳米孔隙）来有效散射声子，从而显著降低晶格热导率，同时保持良好的载流子迁移率，以提高塞贝克系数（Seebeck Coefficient）和功率因子。 第四部分：先进陶瓷的制备与过程表征 本部分关注从实验室概念到实际工程应用所需的关键制造工艺，并强调了先进表征技术在质量控制中的核心作用。 4.1 快速烧结技术与低能耗致密化： 传统的固相烧结耗时长、能耗高。本章探讨了通过引入外部场来加速烧结动力学的方法，包括放电等离子烧结（SPS）和微波辅助烧结。详细分析了这些方法中电场、压力或微波耦合作用如何改变晶界原子扩散速率和晶粒边界迁移的驱动力，从而实现超细晶粒结构和高致密度的一体化制备。 4.2 原位（In-situ）与实时（Operando）表征： 为准确理解材料的动态行为，本部分强调了原位表征技术的重要性。阐述了如何结合同步辐射 X 射线衍射、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）以及原位拉伸/加热技术，实时观测陶瓷材料在应力、温度或电场作用下的结构演变、相变动力学及缺陷反应。这对于建立更可靠的材料性能模型至关重要。 4.3 增材制造（AM）中的陶瓷体系： 讨论了增材制造技术（如光固化、喷墨打印、定向能量沉积）在陶瓷领域的应用潜力与当前限制。分析了粉末-树脂复合材料的流变学特性、绿色体（Green Body）的脱脂与烧结过程中的收缩率控制，以及 AM 制造的陶瓷部件中层间粘结质量和各向异性问题的解决途径。 本书的宗旨在于提供一个扎实的、多尺度的材料科学框架，用以理解和创新未来的陶瓷体系，无论其应用领域是结构增强、能量转换还是信息存储。

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