矿渣微晶玻璃材料设计与计算 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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页数:170

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出版时间:2010-5

价格:49.00元

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isbn号码:9787122079350

丛书系列:

图书标签:

• 矿渣
• 微晶玻璃
• 材料设计
• 计算
• 冶金
• 无机非金属材料
• 材料科学
• 绿色环保
• 资源利用
• 固废处理

新材料科学前沿探索：高熵合金结构、性能与计算模拟 图书简介 本书聚焦于当前材料科学领域最具活力和前沿性的研究方向之一——高熵合金（High-Entropy Alloys, HEAs）。 随着传统合金设计理论的局限性日益显现，基于多主元（至少四种或更多主元素等摩尔或接近等摩尔比例）的合金体系以其独特的晶体结构、卓越的力学性能以及在极端环境下的稳定性，正迅速成为下一代结构材料和功能材料的研究热点。本书旨在系统、深入地梳理高熵合金的设计理念、制备工艺、微观结构表征、性能分析以及前沿的计算模拟方法，为材料科学家、工程师及相关领域的研究人员提供一本全面、实用的参考著作。 第一部分：高熵合金的设计哲学与理论基础 本书的开篇部分将深入剖析高熵合金区别于传统合金的本质特征。我们首先追溯了合金设计思想的演变历程，从二元、三元合金体系过渡到复杂的多主元体系。核心章节详细阐述了高熵效应（High Entropy Effect）的物理本质，包括：熵增效应（显著提高合金的构型熵，促进单相固溶体的形成）、迟滞扩散效应（原子扩散速率显著降低，抑制第二相析出）、贫乏扩散效应（有效稳定高温结构）、以及局部畸变效应（晶格内原子尺寸差异造成的应力场和缺陷交互作用）。 理论基础部分将严谨地介绍高熵合金的稳定性判据。我们不仅会涵盖经典的易混相判据（如高熵值 $S_{mix}$、混合焓 $Delta H_{mix}$、混合价差 $Omega$ 等），还将引入更先进的粘滞性和团簇参数来预测晶体结构的演化，特别是FCC、BCC、HCP等单相固溶体的形成倾向，以及预测金属间化合物的析出行为。对于新兴的类高熵合金（如高/中/低熵合金的变体），本书也将提供适用的理论框架。 第二部分：制备工艺与微观结构控制 高熵合金的复杂成分使得其制备面临独特的挑战，尤其是在实现均匀组织和精确控制相组成方面。本部分将详尽介绍当前主流的制备技术及其对材料微观结构的影响。 1. 熔炼与凝固技术： 重点介绍真空电弧熔炼（VAR）、电子束熔炼（EBM）以及快凝技术（如快凝熔炼、离心铸造）。特别关注熔炼过程中的元素挥发问题、液相分离现象以及不同凝固速率对晶粒尺寸、缺陷分布的控制。 2. 固态粉末冶金： 深入探讨机械合金化（MA）、烧结（Sintering）以及热等静压（HIP）等方法。分析粉末颗粒的均匀混合、晶界扩散以及烧结过程中氧化物的去除与再分布。 3. 增材制造（3D打印）： 鉴于激光选区熔化（SLM）和电子束选区熔化（EBM）在制备复杂高熵合金构件方面的潜力，本章将专门分析增材制造过程中特有的快速凝固、高热梯度导致的宏观残余应力、组织柱状化以及孔隙率的形成机制，并探讨后续的热处理策略以优化其性能。 微观结构表征部分将侧重于先进表征手段的应用，如高分辨透射电子显微镜（HRTEM）对晶界结构和局部原子排序的解析，同步辐射X射线衍射（XRD）对晶格畸变和残余应力的精确测量，以及聚焦离子束（FIB）对特定区域的精细切割和分析。 第三部分：力学性能与本构关系研究 高熵合金最引人注目的特性是其在极端载荷下的优异表现。本书将结构与性能紧密结合，系统分析不同类型的多主元合金在不同温度和应变速率下的力学响应。 常温与高温力学性能： 详细分析FCC和BCC高熵合金的拉伸、压缩、蠕变和疲劳行为。着重探讨孪晶诱发塑性（TWIP）效应和应变诱发相变（TRIP）效应在高熵合金中的实现机制，以及其如何提升极限强度和延展性的协同作用。在高温方面，分析高熵合金在热软化、晶界扩散和蠕变断裂方面的独特抵抗能力。 极端环境下的性能： 探讨高熵合金在超高压、高低温冲击、辐照环境下的稳定性。对于辐照损伤，将从原子尺度的缺陷（空位、间隙原子团簇）动力学角度，解释高熵合金如何通过“迟滞扩散”效应有效钉扎或吸收辐射损伤。 本构模型： 介绍用于描述高熵合金非线性变形行为的先进本构模型，包括晶体塑性有限元（CPFEM）方法在模拟多主元合金中的应力分布和局部应变集中的应用。 第四部分：先进计算模拟与性能预测 计算模拟是加速高熵合金研发的关键工具。本书将全面介绍从原子尺度到介观尺度的计算方法，并强调其在指导实验设计中的作用。 1. 第一性原理计算（DFT）： 阐述如何利用密度泛函理论计算高熵合金的形成能、弹性常数、电子结构以及局部分子动力学模拟中原子排列的局部有序性。重点讨论计算模型中对随机性和局域无序性的有效处理。 2. 分子动力学模拟（MD）： 详细介绍如何构建准确的嵌入原子势（EAM/MEAM）来模拟高熵合金的扩散行为、相变过程和机械响应。应用案例包括位错运动、孪晶萌生以及裂纹扩展路径的模拟。 3. 相场法（Phase-Field）： 探讨利用相场方法模拟微观结构演化，如析出相的成核、生长动力学以及合金凝固过程中复杂界面（如液固界面）的演变。 4. 机器学习与高通量计算： 介绍如何结合高通量计算平台（如Materials Project）和机器学习算法，快速筛选具有特定性能潜力的新型高熵合金成分组合，显著降低试错成本。 总结与展望 全书最后对高熵合金领域的当前瓶颈（如性能可重复性差、复杂相的精确控制、高成本）进行了总结，并对未来研究方向，如功能性高熵合金（例如形状记忆、催化、磁性应用）、生物相容性高熵合金以及轻质高熵合金的设计与发展进行了展望。本书旨在成为高熵合金领域从理论到实践的桥梁，推动该领域的深度研究与工业化应用。

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