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出版者:ASM International

作者:Edited by T.S. Sudarshan and J.J. Stiglich

出品人:

页数:154

译者:

出版时间:2007-7-17

价格:USD 138.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780871708564

丛书系列:

图书标签:

• 表面改性
• 表面处理
• 材料科学
• 材料工程
• 纳米技术
• 薄膜技术
• 涂层技术
• 腐蚀防护
• 生物材料
• 工程材料

现代材料科学的基石：先进连接技术与功能化表面研究 作者： [此处可填写真实作者姓名或留空] 出版社： [此处可填写真实出版社名称或留空] 出版年份： [此处可填写真实年份或留空] --- 导言：迈向智能材料与界面工程的新纪元 本书深入探讨了在当代工程和材料科学领域中至关重要的一个交叉学科：先进连接技术与功能化表面的精准调控。在工业生产、生物医学植入、能源存储以及微电子封装等高新技术领域，材料的性能不再仅仅取决于其本体结构，而更多地取决于其界面特性和连接方式。本书旨在系统梳理和阐述那些决定材料最终服役性能和可靠性的关键技术，特别侧重于如何通过设计和实施创新的连接策略，以及如何对材料表面赋予特定的、可预测的功能。 我们明确地将焦点置于非表面改性的前沿技术路径上，即那些不直接涉及改变材料固有化学或物理表面层结构的技术，而是专注于宏观或亚宏观尺度的连接机制、界面物理化学过程、以及面向特定应用的整体结构设计。 第一部分：先进连接技术——结构完整性与界面控制 本部分聚焦于如何实现不同材料之间或同一材料内部的可靠、持久和功能化的连接，这些技术往往在材料的组装、封装和结构集成阶段发挥决定性作用。 第一章：反应性粘合剂与结构灌封技术 本章详细解析了热固性树脂（如环氧树脂、聚氨酯、聚酰亚胺）在结构粘接中的应用机理。内容涵盖了从单体配方设计到固化动力学控制的全过程。重点讨论了界面润湿性、内应力管理和疲劳寿命预测，这些是确保粘接界面长期稳定性的核心要素。我们深入研究了不同固化温度和压力条件下，粘接层内部残余应力的演变规律，并介绍了如何通过添加增韧剂或使用多孔垫片来有效吸收热膨胀失配带来的剪切和拉伸载荷。 第二章：固态扩散连接与扩散焊 本章转向冶金学范畴，探讨了在真空或惰性气氛下，通过原子级的相互扩散实现两种或多种金属（或陶瓷/金属异质连接）的结合。我们将讨论扩散焊的相图依赖性、晶界迁移行为，以及在连接过程中如何避免脆性金属间化合物的生成。关键内容包括：超高真空环境的建立与维持、预处理步骤（如表面氧化层的去除）、以及在特定载荷和温度循环下的界面稳定性评估方法（如原位拉伸测试）。 第三章：高可靠性封装与封装材料选择 在微电子和光电器件领域，封装是保护敏感元件并提供电气互连的关键步骤。本章侧重于倒装芯片（Flip Chip）、引线键合（Wire Bonding）的机械可靠性。我们不涉及表面涂层的应用，而是专注于焊料合金的选择——特别是无铅焊料体系（如SAC合金）在热循环老化后的蠕变行为和空洞形成机制。此外，对塑封材料（EMC）的热膨胀系数（CTE）匹配及其对内部芯片应力的影响进行了详尽的计算模型分析。 第四章：机械紧固与预紧力管理 本章关注传统但至关重要的机械连接方法，如螺栓连接、铆接和卡扣设计。核心在于静力学与疲劳载荷下的预紧力损失研究。我们分析了螺纹配合中的摩擦系数变化、螺母松动的机理（如随机振动和热循环），并介绍了如何利用锁定垫片、化学锁固剂（非表面涂层型）以及扭矩控制策略来维持长期连接强度。涉及的材料包括高强度钢、钛合金及其在极端温度下的蠕变行为。 第二部分：界面物理化学与整体结构设计 本部分将视角从连接本身扩展到连接所处的环境，以及如何通过结构设计而非表面化学反应来优化材料系统的整体性能。 第五章：复合材料的层间力学与分层预防 对于层合复合材料（如碳纤维增强塑料，CFRP），连接问题表现为层与层之间的界面强度。本章着重于层间剪切应力的分布和累积效应。我们不讨论纤维表面处理，而是分析铺层角度、厚度优化、以及在冲击载荷下分层启动的临界应力阈值。内容涵盖了基于有限元分析（FEA）的应力集中点识别，以及通过改变基体树脂的韧性（而非表面活性）来提高层间韧性的方法。 第六章：异质材料的界面兼容性与应力释放设计 在多材料系统（如航空航天结构件）中，不同材料的弹性模量和泊松比差异巨大，这在连接处会引发显著的界面应力。本章探讨了“过渡层设计”的理念，即通过引入不同性能的中间材料（例如梯度材料或具有特定粘滞性的弹性体层）来平滑应力梯度。重点关注如何通过几何形状优化（如斜角连接、圆角过渡）来重新分配应力，从而避免应力集中导致的早期失效。 第七章：热管理与界面热阻的控制 良好的连接不仅要保证机械强度，还必须有效传递热量或隔离热源。本章深入研究了界面热阻（Thermal Interface Resistance, TIR）的物理来源，如微观空隙、接触压力不足等。分析重点在于如何通过高导热率的本体填充材料（如高密度金属或陶瓷填料的灌封胶）以及均匀的接触压力分布来最大化导热路径，而不是通过涂覆高导热界面材料来实现。内容包括热流密度与界面温升的耦合分析。 第八章：面向极端环境的连接可靠性评估 本章探讨在深海、太空或高辐射环境下，连接结构所面临的挑战。我们侧重于材料的长期老化效应（如焊点在太空真空中的升华、高能粒子对粘接剂的辐射交联或降解），以及如何通过选择具有固有稳定性的本体材料和冗余连接设计来确保系统在任务周期内的完整性。评估方法包括加速老化测试的有效性与外推模型。 --- 结语：整合工程与未来展望 本书的结论强调，先进的连接和结构集成技术是实现下一代高性能系统的核心驱动力。未来的研究方向将更加侧重于多尺度建模，精确预测界面行为，以及开发能够自适应环境变化的连接系统，确保材料在服役过程中保持其设计的功能和完整性。本书为工程师和研究人员提供了一个全面而深入的框架，用以理解和掌握那些超越简单表面修饰的、决定材料最终性能的工程化连接艺术与科学。

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