Introduction to Dislocations, Fifth Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Butterworth-Heinemann

作者:Derek Hull Emeritus Goldsmith's Professor University of Cambridge

出品人:

页数:272

译者:

出版时间:2011-4-18

价格:USD 69.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780080966724

丛书系列:

图书标签:

• 英文教材
• 材料学
• 入门
• 位错
• O77
• O7
• O
• 材料科学
• 晶体缺陷
• 位错
• 材料力学
• 固态物理
• 金属材料
• 材料工程
• 塑性变形
• 材料表征
• 第五版

探索材料世界的无形雕塑：位错的奥秘与应用 材料的性能，从坚固的钢材到柔韧的塑料，再到高效的半导体，无不源于其微观结构。而在这微观世界的深处，隐藏着一群被我们肉眼无法捕捉的“雕塑家”——位错。它们并非实体，却是决定材料宏观力学行为的关键。一本深入剖析这些无形结构的书籍，将为我们揭示材料科学与工程领域一个至关重要的维度。 这本书并非一本浅尝辄止的入门读物，而是一次对位错理论及其广泛应用的深度探索。它旨在为那些渴望理解材料为何如此表现，以及如何通过调控其内部结构来设计和制造更优越材料的读者，提供一套系统、全面且富有洞察力的知识体系。从理论基础的构建，到实际应用的展现，这本书将带领我们一步步揭开位错的神秘面纱。 一、 位错的起源与本质：从理想晶体到真实世界的裂痕 任何材料科学的探索，都始于对理想模型的构建。然而，现实世界的材料远非如此完美。书中将从理想晶体模型出发，引出真实晶体中必然存在的缺陷，而位错，正是其中最核心、最活跃的一类。 晶体结构的基石： 首先，书籍会回顾晶体学的基本概念，如晶格、晶面、晶向等，为理解位错的形成和运动打下坚实基础。我们会认识到，晶体并非无限延伸的完美重复单元，而是由原子按照特定的几何规律排列而成。 缺陷的必然性： 接着，书籍会探讨为何真实晶体中必然存在缺陷。点缺陷、线缺陷、面缺陷……这些微观的“不完美”是如何产生的？本书将着重解析线缺陷——位错的形成机制，它们可能是材料形成过程中遗留下来的，也可能是在外力作用下新产生的。 两种基本类型： 书中会详细介绍两种最基本的位错类型：刃位错和螺位错。读者将深入理解它们各自的几何结构，即原子排列的畸变情况。通过清晰的示意图和严谨的数学描述，读者将能够直观地想象出这些原子层面的“断裂”和“滑移”。 伯格斯矢量： 伯格斯矢量是描述位错几何性质的关键概念。本书将详细解释伯格斯矢量的定义、计算方法以及它如何表征位错的类型和大小。读者将学会如何利用伯格斯矢量来分析位错的滑移方向和滑移面。 应力场与能量： 位错并非孤立存在，它们会对周围的原子产生应力场，并携带一定的能量。本书将深入剖析位错所产生的应力场分布，以及这些应力如何影响周围原子的行为。同时，也会探讨位错的形成能和线能量，这对于理解位错的稳定性至关重要。 二、 位错的运动与交互：材料变形的驱动力 晶体材料的宏观变形，尤其是在塑性变形过程中，很大程度上是由位错的运动所驱动的。理解位错如何在晶体中滑移、攀移以及它们之间的相互作用，是理解材料力学性能的关键。 滑移：塑性变形的根本机制： 滑移是位错最基本的运动方式，也是材料塑性变形的主要原因。本书将深入探讨位错在特定晶面（滑移面）和特定方向（滑移方向）上的运动过程。读者将学习到施加在材料上的外力如何转化为驱动位错滑移的剪切应力。 滑移系统： 并非所有晶面和晶向都容易发生滑移。本书将介绍滑移系统的概念，即在特定晶体结构中，哪些晶面和晶向构成了最容易发生位错滑移的组合。这对于理解不同晶体材料塑性变形能力的差异至关重要。 临界分切应力（CRSS）： 驱动位错滑移需要克服一定的阻力，而临界分切应力是表征这种阻力的关键参数。本书将详细解释CRSS的概念，以及它如何与材料的屈服强度直接相关。 位错的产生与湮灭： 在变形过程中，位错不仅会运动，还会不断产生和湮灭。本书将探讨位错产生的新机制，例如Frank-Read源等，以及位错如何相互作用并最终消失。 攀移：三维运动的拓展： 除了在滑移面上滑移，位错还可以通过“攀移”的方式在垂直于滑移面的方向上移动。本书将详细阐述攀移的机制，以及它在高温变形和扩散过程中的重要作用。 位错的相互作用： 位错之间并非“视而不见”，它们会相互作用，产生吸引、排斥等效应。本书将深入分析不同位错构型之间的相互作用，以及这些相互作用如何导致位错缠结、形成位错墙等结构，从而影响材料的强化。 交割线与位错网络： 当来自不同滑移面的位错相遇时，会形成交割线，进而发展成复杂的位错网络。本书将解析这些结构的形成过程和它们对材料力学性能的影响。 三、 位错的控制与强化：塑造材料性能的艺术 材料的强度、韧性、疲劳寿命等重要性能，都与位错的活动密切相关。通过控制位错的密度、分布和运动，我们可以有效地调控材料的性能，实现“量身定制”。 固溶强化： 将溶质原子引入晶格，它们会产生局部应力场，阻碍位错的滑移，从而提高材料强度。本书将深入探讨固溶强化机制，以及不同溶质原子对强化的影响。 沉淀强化： 在材料内部析出细小的第二相颗粒，这些颗粒可以有效地钉扎位错，阻止其运动。本书将详细解析沉淀强化机理，包括沉淀物的尺寸、分布以及它们与位错的相互作用。 晶界强化： 细小的晶粒意味着更多的晶界，晶界可以作为位错运动的屏障，提高材料的屈服强度。本书将探讨晶界强化效应，以及如何通过细化晶粒来提高材料的综合性能。 加工硬化： 塑性变形过程中，位错密度的增加和位错的相互缠结会导致材料强度的提高，这就是加工硬化。本书将深入分析加工硬化过程中的位错行为，以及它如何影响材料的应力-应变曲线。 形变强化（Hall-Petch效应）： 这一经典效应将得到详尽的阐述，说明晶粒尺寸与屈服强度之间的定量关系，以及其背后位错与晶界相互作用的物理机制。 位错的退火行为： 高温退火会引起位错的回复、重结晶和晶粒长大，从而软化材料。本书将分析退火过程中位错的动态变化，以及它对材料性能的影响。 形变热处理： 结合变形与热处理，可以实现更精细的微观结构调控，从而获得优异的材料性能。本书将探讨各种形变热处理工艺，以及它们背后的位错行为。 四、 位错在各领域中的应用：从工程实践到前沿科技 对位错的深刻理解，不仅仅是理论上的追求，更是解决实际工程问题，推动技术进步的基石。本书将展示位错理论在各个材料领域中的广泛应用。 金属材料的强度与韧性设计： 从航空航天用的高强度合金，到建筑用的结构钢，位错控制是实现所需强度和韧性指标的关键。本书将通过具体案例，展示如何利用位错理论来设计和优化金属材料。 半导体材料的性能调控： 半导体器件的性能，如载流子迁移率、击穿电压等，都与半导体晶体中的位错息息相关。本书将探讨位错在半导体材料中的产生、清除以及对器件性能的影响。 陶瓷与高分子材料的力学行为： 尽管陶瓷和高分子材料的变形机制与金属有所不同，但位错（或其类似物，如层错）同样在其中扮演着重要角色。本书将介绍这些材料中与位错相关的变形机制。 疲劳与断裂： 位错的运动和聚集是材料疲劳损伤和断裂的起始点。本书将深入探讨位错在疲劳裂纹萌生和扩展中的作用，以及如何通过控制位错来提高材料的抗疲劳性能。 高温合金与蠕变： 在高温环境下，位错的攀移和扩散变得尤为重要，它们是导致材料蠕变失效的主要原因。本书将分析高温下位错行为，以及如何设计抗蠕变材料。 纳米材料与微纳加工： 在纳米尺度下，位错的效应可能会发生变化，甚至出现新的现象。本书将探讨位错在纳米材料设计和微纳加工中的潜在作用。 形变模拟与计算材料科学： 结合先进的计算模拟技术，可以更精确地预测和理解位错的行为。本书将介绍相关的模拟方法，以及它们如何辅助材料设计。 五、 展望未来：位错研究的前沿与挑战 材料科学的发展永无止境，对位错的理解也将不断深化。本书的结尾部分将展望位错研究的未来方向，以及当前面临的挑战。 原位观察与表征技术： 随着显微成像和原位表征技术的发展，我们可以更直接地观察位错的运动和演化。本书将介绍这些先进技术，以及它们为位错研究带来的新机遇。 新型位错构型与行为： 是否存在我们尚未发现的位错类型？它们的行为模式又将如何？这是未来研究的一个重要方向。 智能材料与自修复材料： 位错的动态可调性，为设计具有智能响应或自修复功能的材料提供了新的思路。 多尺度模拟与理论框架： 发展能够连接原子尺度到宏观尺度的多尺度模拟方法，是理解复杂材料行为的关键。 这本书，将不仅仅是一本技术手册，更是一扇开启材料世界奥秘之门的钥匙。它将引导读者以全新的视角审视我们身边无处不在的材料，理解它们为何如此表现，以及我们如何通过对这些微观“雕塑家”的驾驭，创造出更美好的未来。它适合材料科学家、工程师、物理学家，以及所有对材料科学怀有濃厚兴趣的探索者。通过阅读这本书，你将获得一套深刻的洞察力，能够分析、预测甚至创造出具有卓越性能的材料。

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这本书的语言风格，恕我直言，有点过于学术化了，读起来就像是在听一位年长的教授在进行冗长但信息量巨大的讲座。很多概念的引入，都是从一个历史背景或者一个基础理论的溯源开始，这虽然体现了作者的渊博，却大大拖慢了阅读节奏。比如，关于堆垛层错的形成和演变，作者花了整整一章来回顾上世纪中叶几位先驱学者的争论和实验证据，这在信息爆炸的今天，显得有些“古典”了。我更希望看到的是当代材料体系中这些机制的新表现，比如在纳米结构材料或者高熵合金中的奇异行为。当然，不得不承认，作者对基础理论的掌握是毋庸置疑的，他对史密斯关系、科斯特勒关系等经典模型的阐释到位，图表的绘制也精准地反映了实验数据。然而，整本书的阅读体验更像是“学习”而非“享受”，每一次翻页都需要我高度集中注意力，生怕遗漏了某个关键的脚注或者被省略的推导步骤。对于那些追求效率的读者，这本书的“慢热”特性可能会成为一个挑战，它更适合在安静的环境下，作为案头工具书而非快速参考指南来使用。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容编排实在是太像一部教科书了，每一个章节都结构清晰，像是数学公式推导一样严丝合缝。从最基本的位错几何到更复杂的位错动力学，作者的叙述逻辑链条几乎是无可挑剔的。尤其是在描述刃型和螺旋型位错的应力场解析时，那种对张量分析的娴熟运用，让人感觉这不是在阅读一本关于材料科学的书，而是在啃一本高阶的弹性力学著作。我记得有一段专门讲位错环的运动，它涉及到攀移和蠕变，作者用了大量的篇幅来展示如何通过热激活过程来解释宏观塑性形变，图示虽然直观，但要真正理解其背后的微观机制，读者的材料物理基础必须扎实。如果你只是想快速了解一下位错在晶体中的存在，这本书的深度可能会让你望而却步，它要求你投入大量时间去消化那些精确的数学表达和严密的物理假设。对于那些渴望深入研究塑性理论的工程师或研究生来说，这无疑是一本可以反复研读的经典，但对于初学者，我建议最好先找一本更侧重概念引入的入门读物。这本书的价值在于它的“硬核”程度，它不回避复杂性，而是选择直面它，这对提升专业能力是极有益处的。

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阅读体验上，这本书的“权威性”和“详尽性”是并存的，但这种详尽往往是以牺牲阅读流畅度为代价的。作者在引用文献时极其严谨，几乎每一个重要论点都会追溯到最早的实验或理论依据，这对于学术研究者来说是巨大的福音，方便追本溯源。然而，对于我这样的应用型读者来说，这种“历史回顾式”的叙述方式，使得关键信息的提取效率不高。全书的结构非常线性，从一维缺陷到二维、三维缺陷的演化，逻辑非常清晰，但缺乏那种能让人眼前一亮的“跨界连接”。比如，如何将位错理论与断裂力学中的裂纹尖端场进行更紧密的耦合分析，书中只是点到为止。我期望看到的是一个更具整合性的框架，而不是一个纯粹基于晶体缺陷本身的分类系统。总而言之，这本书像一个极其精确的工具，它能帮你解决特定范围内的严谨问题，但如果你期待的是一本能够启发你思考新材料形变模式的“思想之书”，它可能显得有些过于保守和教条化了。

评分☆☆☆☆☆

从排版和装帧上看，这本书给人的感觉就是一本经久耐用的工具书，厚重、扎实，封面设计非常朴素，没有过多花哨的装饰，完全是功能导向的设计哲学。纸张质量倒是很不错，印刷清晰，即便是那些极其复杂的晶格结构示意图和滑移系箭头，也能看得清楚。不过，这本书的“旧感”很强，也许是因为它已经出到第五版了，虽然内容有所更新，但整体的视觉语言还是带着一股浓厚的学院气息。我个人最欣赏的是它在章节末尾设置的“思考题”部分，这些问题往往不是简单的概念复述，而是需要读者进行综合应用和深入思考的开放式讨论，有些甚至涉及到未解的难题。这迫使我必须自己动手去模拟或者计算一些场景，极大地锻炼了分析能力。遗憾的是，随书附带的电子资源或交互式模拟工具似乎并没有得到足够的重视，在数字化阅读日益普及的今天，如果能加入一些可以动态观察位错运动的仿真链接，那这本书的实用价值会大大提升。当前的状态，更像是一本“只读”的经典，需要读者自己去创造互动。

评分☆☆☆☆☆

这本书在处理材料的“异质性”问题时，显得有些保守和传统。它的大部分篇幅，甚至可以说是核心内容，都聚焦于理想晶体结构中位错的本构行为，比如单晶体、规则晶格下的应力应变响应。这无可厚非，毕竟这是理解所有复杂塑性的基石。但是，当我尝试去寻找关于晶界处的位错吸收、晶界迁移对材料性能影响的深入讨论时，我发现这部分内容被压缩得比较有限，似乎只是作为位错理论的一个附属章节带过。在现代材料科学中，界面工程和纳米尺度效应的重要性日益凸显，一本第五版的著作理应更加全面地覆盖这些前沿领域。比如，对于具有复杂缺陷结构的非晶态材料或高熵合金中，位错概念如何进行类比和延伸，书中并没有给出足够的篇幅进行探讨。因此，这本书给我的印象是，它是一部关于“经典位错论”的百科全书，在拓宽到“先进材料的非晶/准晶形变机制”方面，显得略有不足，更像是为传统金属和陶瓷领域服务的权威指南，而不是面向未来的多尺度形变理论手册。

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和第四版差不多，不错的位错入门科普读物~ 不过第五版的印刷质量要比前一版差了

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