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出版者:机械工业出版社

作者:宋丽蓉 编

出品人:

页数:272

译者:

出版时间:2004-6-1

价格:24.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787111144175

丛书系列:

图书标签:

• 自动控制
• 控制理论
• 控制系统
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• 现代控制
• MATLAB控制
• 自动化
• 电气工程
• 机械工程
• 系统工程

《精密制造中的表面工程与材料科学》 内容简介 本书深入探讨了现代精密制造领域中至关重要的表面工程技术与材料科学基础。随着工业对产品性能、可靠性和使用寿命要求的不断提高，对材料表面特性的精准控制已成为决定最终产品质量的关键因素。本书旨在为工程师、研究人员及高年级本科生提供一个全面、系统且深入的知识框架，涵盖从基础理论到前沿应用的广泛内容。 全书分为五个核心部分，共计十六章，结构严谨，逻辑清晰。 第一部分：材料基础与表面性能 本部分奠定了理解表面工程的基础。首先，我们从晶体结构与缺陷入手，详细阐述了金属、陶瓷和聚合物材料的微观结构，特别是晶界、位错和点缺陷如何影响宏观力学性能和表面反应。随后，深入分析了材料的表面能与润湿性，解释了表面张力、界面热力学在涂层附着和材料选择中的核心作用。第三章聚焦于腐蚀与磨损的机理，区分了电化学腐蚀、应力腐蚀开裂（SCC）以及不同类型的磨损（如粘着磨损、磨粒磨损和表面疲劳），并强调了这些现象在实际应用中的多因素耦合特性。 第二部分：表面改性技术——热力学与动力学控制 本部分是全书的技术核心，详细阐述了改变材料表面属性的各种热处理和热物理过程。 热处理工艺部分，系统回顾了固态相变在材料表面层形成中的作用。重点剖析了渗碳、渗氮和碳氮共渗等热化学扩散过程的动力学模型，包括Fick扩散定律的应用、活性氮/碳浓度的控制，以及氮化层（如化合物层和扩散层）的微观结构演变和性能提升机制。此外，书中对感应淬火与激光淬火等局部热处理技术进行了深入的物理分析，特别是热影响区（HAZ）的温度场和相变速率控制对残余应力和硬度的影响。 薄膜沉积技术部分，聚焦于真空环境下的物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。在PVD方面，详细介绍了磁控溅射（Magnetron Sputtering）中等离子体产生、靶材溅射效率和薄膜生长模式（如岛状生长、层状生长）。特别关注了反应性溅射在制备氮化物和氧化物薄膜中的应用。在CVD方面，对比分析了低压化学气相沉积（LPCVD）和等离子体增强化学气相沉积（PECVD）的反应机理、气流动力学控制以及对薄膜应力和致密性的影响。 第三部分：先进涂层材料与功能化 本部分探讨了用于特定高性能应用的先进涂层材料体系。 高性能硬质涂层部分，重点分析了类金刚石（DLC）涂层、TiAlN、CrN等过渡金属氮化物涂层的结构-性能关系。书中不仅描述了这些涂层的硬度、韧性和摩擦学性能，还深入探讨了如何通过多层结构设计和梯度功能材料（FGM）来缓解薄膜与基体之间的应力失配，提高剥落抗性。 功能性涂层部分，则将视角转向了赋予材料特殊电学、光学或生物学特性的涂层。详细介绍了抗反射膜（AR）的设计原理，基于多层干涉理论的膜系优化；以及在生物医学领域中，用于提高植入物生物相容性的羟基磷灰石（HA）涂层的制备和表征技术。 第四部分：表面表征与性能评价 精确的表征是表面工程成功的基石。本部分系统介绍了评价材料表面形貌、成分和结构的关键分析技术。 微观形貌与粗糙度：详细阐述了扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）在表面形貌观察和晶体结构分析中的应用，并引入了原子力显微镜（AFM）在纳米尺度形貌和摩擦学研究中的优势。同时，给出了ISO和ASME标准中关于表面粗糙度参数（如Ra, Rz, Rq）的计算方法和实际意义。 成分与化学态分析：深入解析了X射线光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）的物理基础，说明了如何利用它们的谱峰位移和结合能来确定表面元素的价态和化学环境。此外，还探讨了X射线衍射（XRD）在分析薄膜的晶相、晶格常数和残余应力方面的应用。 力学性能测试：重点介绍了纳米压痕技术（Nanoindentation），包括Oliver-Pharr方法的原理、硬度和弹性模量的实时测量，以及如何通过加载-卸载曲线分析薄膜的粘附功和塑性行为。并对标准维氏硬度和洛氏硬度测试在表面层厚度影响下的校准问题进行了讨论。 第五部分：先进制造中的表面集成与挑战 最后一部分将目光投向了前沿制造技术与表面工程的交叉点。 增材制造（AM）的表面挑战：分析了选择性激光熔化（SLM）和电子束熔化（EBM）等增材制造工艺中，由于快速凝固和高热梯度导致的独特表面缺陷，如未熔合、气孔和粗大晶粒结构。讨论了如何通过后处理（如热等静压HIP和激光重塑）来优化增材制造件的表面质量。 智能表面与自修复：展望了未来表面工程的发展方向，包括利用形状记忆合金（SMA）或电活性聚合物实现表面应力自适应的构想。同时，探讨了微胶囊技术在自修复涂层中的应用潜力，旨在提高结构在微裂纹萌生阶段的长期耐久性。 本书的特点在于理论深度与工程实践的紧密结合，提供了大量的案例分析和计算示例，特别是关于扩散方程的解析解和数值模拟的初步介绍，确保读者不仅知其然，更能知其所以然。所有内容均基于成熟的材料科学原理和工业标准，致力于提供一个高价值的技术参考。

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翻开这本厚重的著作，我的心头涌起的是一种对未知领域的敬畏与期待。书中的文字如同精妙的乐章，将那些原本晦涩难懂的数学模型和物理概念，以一种近乎艺术的优雅娓娓道来。它没有急于抛出那些令人望而生畏的公式，而是从最基础的系统思维入手，引导读者构建起一个宏观的、立体的认知框架。我尤其欣赏作者在阐述反馈机制时的那种细腻入微，仿佛能透过纸面感受到信号在回路中往复穿梭的脉动。那种将复杂的工程问题转化为简洁的数学语言的能力，着实令人叹服。阅读过程中，我时常需要停下来，合上书本，细细咀嚼那些关于稳定性和动态响应的描述。它不是那种快速消费式的读物，而更像是一坛需要时间去品味的陈酿，每一次重读，都能发现新的层次和更深的含义。书中大量的实例分析，更是如同精准的外科手术刀，剖开了现实世界中各种系统运行的奥秘，让我对“控制”二字的理解，从一个模糊的概念，蜕变为一套严谨而强大的思维工具。这本书，无疑是为那些真正渴望深入探究事物本质的求知者准备的。

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这本书散发着一种经久不衰的魅力，它更像是一部理论的“圣经”，而不是一本流行的“畅销书”。我深切感受到作者在构建理论体系时所下的苦功，那种对细节的极致追求和对概念清晰度的不懈努力，贯穿始终。书中对各种控制器的详细描述，比如PID的调整艺术，并非停留在教科书式的公式罗列，而是融入了大量的经验智慧和工程权衡。如何理解比例、积分、微分项在实际响应中所扮演的不同角色，如何通过实验数据反推系统参数，这些才是真正价值所在。我尤其喜欢其中关于设计方法的论述，它不是简单地给出“怎么做”，而是深入探讨了“为什么这么做”背后的哲学思考。阅读时，我常常感到自己仿佛站在一位经验丰富的导师身旁，他不仅传授知识，更在传递一种面对复杂问题时应有的冷静与洞察力。这本书的价值不在于其新颖程度，而在于其深厚的基础性和历久弥新的指导意义，它是任何想要在这个领域走得更远的人，书架上不可或缺的镇石。

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老实说，这本书的阅读体验像极了一场艰苦卓绝的登山之旅。开篇部分，理论的堆砌与概念的密集，险些让我这位自诩有些基础的读者打退堂鼓。那些关于传递函数、频率响应的讨论，如同密布的荆棘，每进一步都得小心翼翼。但正是这种挑战性，激发了我更深层次的钻研欲望。我不得不借助外部资源，时常在草稿纸上演算那些复杂的推导过程，试图在脑海中描绘出波特图和奈奎斯特图上每一条曲线背后的物理意义。它强迫我跳出舒适区，去直面数学分析的冷峻与严谨。然而，一旦跨越了前期的那道高坡，视野便豁然开朗。后半部分，当涉及到最优控制和非线性系统的处理时，那种拨云见日的畅快感是无与伦比的。作者没有提供廉价的捷径，而是硬生生地将逻辑的钢筋混凝土浇筑到了读者的思维结构之中。这本书不是用来“看”的，而是用来“做”的，它考验的不仅是智力，更是耐心和毅力。读完后，我感觉自己的逻辑思维能力被整体地“升级”了一档，那种通过自我努力攻克技术难关后的满足感，是其他任何轻松读物无法比拟的。

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对于初学者而言，这本书无疑是一座难以逾越的高山，但对于寻求突破的实践者来说，它是一部详尽的工具宝典。我特别欣赏作者在论述经典控制理论与现代控制理论交接处的处理方式。他没有简单地否定前者，而是清晰地展示了从时域分析向状态空间法演进的必然性与优势所在。现代控制那套简洁明快的矩阵运算，极大地简化了多变量系统的分析难度，这一点在实际工程应用中具有巨大的指导价值。书中关于“可控性”和“可观测性”的判定，如同侦探破案般精准，直接指明了系统优化的关键所在。不过，这本书的缺点也十分明显——它对读者的预备知识要求极高，如果缺乏扎实的线性代数和微分方程基础，阅读过程将充满挫败感。它更像是一本高级研讨班的教材，而非面向大众的科普读物。尽管如此，对于希望从“会用”上升到“精通”的工程师们，这本书无疑是提升理论深度的必经之路，其对系统分解和结构化思维的训练效果是其他任何书籍都无法替代的。

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这本书的装帧和排版，给我一种浓厚的古典学术气息。纸张的质感和字体的选择，都透露出一种对知识的尊重与沉淀。内容上，它最吸引我的地方在于其横跨不同技术领域的兼容性。它没有将自己局限在某一种特定的物理实现上，而是提炼出了控制理论的普适性原则。我看到作者将控制的理念巧妙地应用于机械、电子乃至于更抽象的经济模型中，这极大地拓宽了我对“工程”二字的理解边界。特别是关于鲁棒性设计的探讨，在当前这个充满不确定性的时代背景下，显得尤为珍贵。它告诉我们，真正的优秀设计，不仅要在理想条件下表现完美，更要在面对干扰和模型误差时依然保持其核心功能。这种对“容错性”的深入剖析，让我对未来系统设计有了更审慎的态度。全书的论述层层递进，如同严密的法律条文，每一步推理都无可指摘，让人在学习的过程中，不自觉地提升了自己对逻辑严密性的要求标准。

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