Powder Metallurgy and Related High Temperature Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Trans Tech Pubn

作者:P. Ramakrishnan

出品人:

页数:862

译者:

出版时间:1988-9

价格:USD 440.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780878495771

丛书系列:

图书标签:

• 粉末冶金
• 高温材料
• 材料科学
• 材料工程
• 金属材料
• 陶瓷材料
• 烧结
• 粉末成型
• 材料性能
• 高温合金

材料科学的前沿：探索高性能金属与陶瓷的奥秘 在这部著作中，我们将深入材料科学的广阔天地，聚焦于那些在极端高温环境下展现出卓越性能的关键材料。本书并非仅仅是一本关于特定材料加工工艺的教科书，而是致力于揭示这些先进材料的设计原理、微观结构调控、宏观性能表现及其在尖端科技应用中的核心价值。我们将穿越材料的微观晶格，理解原子间的相互作用如何塑造材料的宏观特性，并最终展望它们如何驱动人类社会的科技进步。 第一部分：高性能金属材料的演进之路 在现代工业的脉搏中，高性能金属材料扮演着至关重要的角色。从航空航天发动机的涡轮叶片到深海潜水器的耐压结构，再到核反应堆的核心部件，它们必须承受严酷的高温、高压、腐蚀等挑战。本书的第一部分将系统地探讨几类代表性的高性能金属材料，解析其独特的性能来源。 高温合金的精密设计与应用： 我们将重点剖析镍基高温合金、钴基高温合金以及铁基高温合金。这不仅仅是罗列它们的化学成分，而是深入探讨这些合金中关键元素的“魔法”。例如，在镍基高温合金中，铬（Cr）提供氧化抗性，铝（Al）和钛（Ti）形成强化相γ'（Ni₃(Al,Ti)），钼（Mo）和钨（W）则提高固溶强化。本书将详细阐述这些相的形成机制、晶体结构以及它们如何有效阻碍位错运动，从而在高温下维持材料的强度。我们将追溯合金元素配比对晶界敏感性、蠕变行为和断裂韧性的影响，并结合实际应用案例，如航空发动机涡轮叶片在1200°C以上工作温度下的性能表现，以及它们如何通过精密铸造、定向凝固等工艺来优化。 难熔金属的超凡耐热性： 钨（W）、钼（Mo）、钽（Ta）、铌（Nb）等难熔金属以其极高的熔点和优异的高温强度而闻名。本书将分析它们的原子结构特征，特别是其体心立方（BCC）晶体结构如何决定了它们在高温下比面心立方（FCC）金属更易发生塑性变形的特点，以及如何通过合金化、退火处理等手段来改善其高温脆性。我们将探讨它们在真空炉、电子显微镜灯丝、火箭喷嘴等领域的重要应用，并分析如何克服其在高温空气中易氧化的问题，例如通过表面涂层技术。 金属间化合物的性能优势： 诸如TiAl（钛铝）和Ni₃Al（γ-Ni₃Al）等金属间化合物，因其高比强度、高刚度、优异的高温性能以及良好的抗氧化性，正逐渐成为航空航天和汽车工业的明日之星。本书将深入研究它们的有序晶体结构，以及这种结构如何赋予其独特的机械性能。我们将剖析它们的强化机制，如位错在有序结构中的运动特性，以及如何通过控制合金成分和热处理来优化其高温蠕变性能和断裂韧性。 第二部分：高温陶瓷的无畏挑战 与金属材料的高温强度不同，许多陶瓷材料在高温下的强度甚至会随着温度升高而增加，这使得它们在极端苛刻的环境下成为不可或缺的选择。本书的第二部分将聚焦于一系列高性能高温陶瓷，探究其独特的结构、化学稳定性和工程应用。 氧化物陶瓷的多样性与稳定： 氧化铝（Al₂O₃）、氧化锆（ZrO₂）及其稳定化衍生物（如Y₂ZrO₂，YSZ）、氧化镁（MgO）等氧化物陶瓷，因其出色的化学惰性、高硬度和良好的绝缘性，被广泛应用于耐火材料、绝缘件、热障涂层等领域。我们将分析它们的晶体结构（如刚玉结构、萤石结构），理解化学键的特性如何赋予它们极高的熔点和抗腐蚀能力。特别地，我们将深入探讨氧化锆陶瓷的相变增韧机制（tetragonal-to-monoclinic transformation），这是其能够抵抗裂纹扩展的关键。 碳化物与氮化物的硬度和耐磨性： 碳化硅（SiC）、氮化硅（Si₃N₄）、碳化硼（B₄C）等陶瓷材料，以其惊人的硬度、高强度、优异的耐磨性和良好的热震稳定性而著称。本书将解析这些材料的共价键和离子键混合的化学键合特征，理解其为何能抵抗极高的温度和强烈的磨损。我们将考察它们在切削刀具、轴承、结构件以及核反应堆燃料包壳材料等方面的应用，并讨论如何通过烧结工艺（如固相烧结、液相烧结、反应烧结）来控制其致密度和微观结构，从而最大化其性能。 先进陶瓷复合材料的协同效应： 为了克服单一陶瓷材料的固有缺陷，如脆性，陶瓷基复合材料（CMC）应运而生。本书将详细介绍纤维增强陶瓷（如SiC/SiC）和颗粒增强陶瓷。我们将探讨如何通过选择合适的增强体（如碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维）和基体材料，并采用先进的制备技术（如化学气相渗透CVI、熔渗法、纤维缠绕法）来构建具有优异断裂韧性、耐高温和抗热震性能的复合材料。这些材料在航空发动机燃烧室、排气系统等部件上的应用，将显著提升其性能和使用寿命。 第三部分：制备工艺与性能调控的精密艺术 任何先进材料的实现，都离不开精密的制备工艺。本书的第三部分将聚焦于与高性能金属和高温陶瓷相关的关键制造技术，揭示如何通过工艺控制来优化材料的微观结构，进而实现宏观性能的飞跃。 粉末冶金法的精细化： 粉末冶金法在制备难熔金属、高温合金以及许多陶瓷材料方面具有独特优势。本书将详细阐述金属粉末的制备（如雾化法、羰基法）、成型（如压制、等静压）、烧结（如固相烧结、液相烧结、真空烧结）等关键步骤。我们将深入探讨烧结过程中晶粒生长、致密化以及第二相析出的机理，并分析如何通过优化烧结温度、时间和气氛来控制材料的孔隙率、晶粒尺寸和相分布，从而达到理想的力学性能和高温稳定性。 定向凝固与单晶生长技术： 对于高温合金涡轮叶片等关键部件，定向凝固（DS）和单晶生长技术是实现卓越高温性能的基石。本书将解释这些技术如何通过精确控制凝固方向，消除晶界，从而显著提高材料的抗蠕变能力和抗热疲劳性能。我们将深入探讨其背后的热力学和动力学原理，以及工业上常用的定向凝固炉和晶体生长设备。 先进陶瓷的制备技术： 除了常规的烧结技术，本书还将介绍用于制备高性能陶瓷的先进工艺，如热压成型（HP）、放电等离子烧结（SPS）、化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）等。我们将分析这些工艺如何在更短的时间内实现更高程度的致密化，或在基体材料表面形成致密、均匀的陶瓷涂层，从而赋予基体材料优异的高温抗氧化、抗腐蚀和耐磨损性能。 第四部分：性能表征与失效分析的科学洞察 理解材料的性能及其失效机制，是实现材料优化设计和可靠应用的关键。本书的第四部分将侧重于高性能金属与高温陶瓷的性能测试方法和失效分析技术。 高温力学性能测试： 我们将介绍各种高温力学性能测试方法，包括高温拉伸试验、高温压缩试验、高温蠕变试验、高温疲劳试验以及高温硬度试验。我们将讨论这些试验如何模拟材料在实际工作条件下的受力情况，并解释如何从试验数据中提取关键参数，如屈服强度、抗拉强度、蠕变速率、疲劳寿命等。 微观结构表征技术： 为了深入理解材料的性能来源，本书将介绍多种微观结构表征技术，如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）和电子探针微区分析（EPMA）。我们将阐述这些技术如何帮助我们观察和分析材料的晶粒形态、相分布、晶界结构、析出相以及元素偏聚情况，从而将微观结构与宏观性能联系起来。 失效分析方法与案例研究： 材料在高温环境下的失效形式多种多样，包括高温氧化、热腐蚀、蠕变断裂、热疲劳、应力腐蚀开裂等。本书将详细介绍如何运用宏观观察、微观分析（SEM/EDX）、断口形貌分析等手段，系统地诊断材料的失效原因。我们将通过具体的案例研究，如航空发动机涡轮叶片的失效分析，来展示如何将理论知识与实际应用相结合，为材料的改进和工程设计的优化提供指导。 结论：展望未来材料的无限可能 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，理解高性能金属和高温陶瓷材料的本质，掌握其制备的关键技术，并学会如何评估和分析它们的性能。从基础理论到前沿应用，我们都力求展现材料科学的科学严谨性和工程实践的创新活力。随着科技的不断进步，对材料性能的要求也日益提高。本书所探讨的材料及其相关技术，不仅是当前工业发展的基石，更是未来科技突破的引擎。通过不断探索材料的微观世界，优化其结构和性能，我们将能够创造出更多突破想象的材料，解决更严峻的工程挑战，推动人类文明迈向新的高度。

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