Introduction to Dislocations, Fourth 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 ProfessorUniversity of Cambridge

出品人:

页数:242

译者:

出版时间:2001-08-01

价格:USD 70.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780750646819

丛书系列:

图书标签:

• 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
• 第四版
• 教科书
• 学术著作

固体材料中的缺陷、形变与微观结构演化 一部探索材料本征结构与宏观性能之间深刻联系的权威著作 本书深入剖析了固体材料，特别是晶体材料中原子尺度的缺陷结构，及其如何支配材料的力学行为、相变过程与长期演化。我们聚焦于原子排列的局域性扰动——即晶体缺陷——如何成为驱动材料塑性、断裂、蠕变以及退火重构等关键性能的基础机制。 第一部分：缺陷的几何与热力学基础 本部分奠定理解晶体缺陷所需的基本理论框架。我们从晶体学的基本原理出发，详细阐述了点缺陷、线缺陷和面缺陷的精确几何描述与分类。 点缺陷的精细剖析： 我们详尽考察了空位和间隙原子在不同晶体结构（面心立方、体心立方、密排六方）中的形成能、迁移能和平衡浓度。着重分析了合金体系中固溶体中原子替换和间隙占据的热力学驱动力，并引入了非化学计量化合物中格位占据的复杂性。关于体积缺陷，如团簇和析出相的形成，本书不仅提供了热力学平衡模型，更结合了扩散动力学，解释了它们在有限时间内的实际成核与生长路径。 线缺陷：位错理论的深入探究： 作为塑性形变的核心媒介，位错的理论分析占据了重要篇幅。我们精确定义了位错的伯格斯矢量、线方向和滑移面，并对刃位错、螺位错及其混合态的应力场和缠绕势进行了严格的数学推导。不同于侧重于基本几何描述的教材，本书深入探讨了位错的核心结构——即位错的非弹性区域，并运用周期性完美晶体模型与非周期性结构（如分层模型）来计算核心的能量和宽度，特别关注了在复杂晶体结构中（如具有复杂基矢的层状材料）位错核心的非保守性移动。 面缺陷与应变梯度： 晶界是控制材料晶粒尺寸效应和高角散射现象的关键。我们详细考察了小角度晶界（通过位错环的排列）和大角度晶界（通过“随机”结构模型）的结构特征。对于晶界能的计算，我们结合了原子尺度模拟的结果，解释了晶界在不同温度下的结构弛豫机制。此外，本书对堆垛层错的能量及其在层错能敏感材料（如铁镍奥氏体钢）中的重要性进行了专门讨论，并引入了孪晶界作为一种特殊的、具有特定取向关系的界面。 热力学驱动力： 缺陷的演化最终受自由能的驱动。我们应用统计力学方法，推导了缺陷的平衡浓度方程，并讨论了温度、应力和应变场如何共同影响系统的化学势，从而决定了缺陷在材料内部的稳态分布。 第二部分：缺陷动力学与材料塑性 本部分的核心在于建立缺陷的运动与宏观力学响应之间的桥梁。我们将分析缺陷在载荷作用下的迁移和交互作用，这是理解材料加工硬化、蠕变和应变率敏感性的基础。 位错运动与形变机理： 我们详细分析了位错的六种基本运动模式：滑移、攀移（Climb）、交滑移（Cross-slip）、析出相钉扎、晶界钉扎以及位错-位错交互作用。对于攀移，本书结合了扩散方程，量化了高温下位错向外逃逸（或吸收空位/间隙原子）的速率，并将其与蠕变过程中的稳态应变率建立了联系。 加工硬化与位错源： 塑性形变的核心是位错密度的增加和位错网络的形成。我们回顾并发展了经典的奥罗旺（Orowan）方程，将其扩展以包含不同类型位错（如刃位错和螺位错）之间的交互硬化系数。对于位错源机制，本书不仅讨论了经典的分叉机制，还引入了在高应变率或极端温度下可能出现的新的位错成核机制，并结合了位错动力学模拟（Dislocation Dynamics, DD）的结果来验证宏观模型的有效性。 分层与层错相关的塑性： 在低堆垛层错能材料中，位错会分解成两个或更多的分层位错对。本书深入分析了分层位错对之间的库仑相互作用，以及它们如何影响材料的孪晶变形（Twinning）和应变诱导相变（TRIP效应）。我们定量比较了层错宽度对交滑移难易程度的影响，并解释了其对材料超塑性行为的支配作用。 蠕变与高温损伤： 蠕变机制的分析主要集中于高温下由位错攀移和晶界扩散（Nabarro-Herring和Coble蠕变）控制的流动。我们详细推导了在特定应力指数下的稳态蠕变率，并探讨了位错网络在蠕变过程中如何动态演化，以及空洞形核和长大对材料断裂寿命的贡献。 第三部分：缺陷与材料微观结构演化 本部分关注缺陷在热处理和辐照环境下的弛豫过程，即退火和相变。 恢复、再结晶与晶粒长大： 塑性形变后材料内部积累了大量的内部应变能，这些能量是驱动后续退火过程的热力学势。我们系统地分析了恢复（位错重排形成亚晶界）、再结晶（新无应变晶粒的成核和长大）和晶粒长大的动力学。对于再结晶的成核速率和生长速率，我们结合了界面迁移的驱动力模型和统计学分析，给出了不同几何约束下的定量描述。 辐照损伤与缺陷的复杂交互： 在核反应堆和粒子加速器环境中，高能粒子轰击会产生大量的初级轰击对（PKA），形成空位和间隙原子对。本书详细讨论了这些瞬态缺陷如何迁移、聚集形成间隙-空位簇（Voids 和 Loops），以及这些缺陷结构如何影响材料的辐照肿胀和脆化。我们重点分析了辐照条件下，位错环和晶界之间的耦合机制，这直接决定了材料的抗辐照性能。 缺陷与相变： 晶体缺陷在控制相变动力学中扮演关键角色。我们探讨了马氏体转变中的无扩散剪切机制，其中位错运动与晶格的协同运动共同决定了形变层的形成。此外，我们还分析了在非平衡条件下，析出相的形成过程中，位错如何通过“剪切”或“绕过”机制与第二相粒子发生作用，从而影响时效硬化效果。 本书旨在为材料科学家和工程师提供一个深入、统一的框架，用以理解并调控固体材料中的微观结构演化，从而设计出具有优异性能的新一代工程材料。内容严格基于深入的物理模型和严谨的数学分析，避免了对实验现象的简单罗列，强调了机制的内在联系。

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这本书的行文风格，说实话，有一种独特的“老派”学术气质，它不像一些当代教材那样过度依赖花哨的动画和碎片化的信息点，而是坚持用扎实的文字来构建理论的骨架。我特别欣赏作者在阐述复杂物理图像时所展现出的耐心和细致。举个例子，当讨论到位错的滑移和攀移机制时，作者并没有直接跳到应力场的计算，而是先用大量的篇幅去解释宏观尺度下材料塑性形变的历史背景，然后才缓慢地引入线缺陷的几何描述。这种对历史脉络和物理直觉的重视，使得读者在学习过程中不仅仅是记住公式，更重要的是理解了“为什么”会是这样。阅读过程中，我经常会停下来，对照着书中的例子反复思考，那种仿佛与一位经验丰富的老教授在进行一对一讨论的感觉油然而生。书中对于一些关键定理的推导过程，处理得非常干净利落，逻辑链条清晰可见，没有那种为了凑字数而堆砌的冗余内容。对于那些希望真正掌握材料内部微观机制的人来说，这种深度和严谨性是无可替代的宝贵财富。

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从文献引用的角度来看，这本书的深度和广度令人称赞。虽然它作为一本教科书，侧重于体系的构建，但书末的参考文献列表简直就是一本小型的高级研究资料库。它清晰地勾勒出了该领域的发展脉络，从早期的经典工作到近些年来的突破性进展，都有所涉猎。更重要的是，作者在正文的某些关键论点旁，会注明“参阅XX 1955年的经典论文”，这无形中为读者指明了深入探索的“源头活水”。我发现，很多我之前在其他地方看到但无法理解的简略引用，通过这本书的铺垫，一下子就清晰了。这不仅仅是一本知识的集合，更像是一张通往整个学术社群的地图。它鼓励读者不要满足于书本上的结论，而是要去追溯那些奠基性的科学发现。对于任何想要从事相关领域研究工作的人来说，这本书的这种“学术责任感”的体现，是极具价值的引导。它教会我们如何做研究，而不仅仅是学习知识。

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这本书的难度曲线处理得非常巧妙，它似乎有一种“张弛有度”的节奏感。前几章，你会感觉自己仿佛在阅读一本高级的普通物理导论，概念的引入和基础知识的复习，让你感到轻松愉快，信心倍增。但是，一旦进入到中后段关于晶体学和弹性理论相结合的部分，难度会陡然上升，这时候，书本的“真面目”才开始显露出来。作者在这里展现了极高的驾驭复杂数学工具的能力，那些关于应力张量、本构方程的讨论，需要读者具备扎实的数学功底才能完全领会。然而，即便是面对这些挑战性的内容，作者依然没有放弃引导读者，他总会在关键的数学推导后，用一段精炼的文字重新将数学结果翻译回物理意义，告诉我们这个复杂的积分或矩阵运算，在实际材料行为中到底意味着什么。这种“数学服务于物理”的编写思路，避免了让读者陷入纯粹的数学泥潭，保持了学习的最终目标感。这使得这本书既能满足研究生阶段对深度研究的要求，也为高年级本科生提供了一个可以挑战自我的平台。

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这本书的封面设计简直让人眼前一亮，那种深邃的蓝色调，配上简洁有力的字体排版，立刻就给人一种专业、严谨的感觉。我是在一个偶然的机会看到这本书的，当时正在为我的材料科学课程寻找一本深入的参考书，而这本书的标题——虽然没有直接点出具体内容——却有一种难以言喻的吸引力。我翻开目录，首先被吸引的是它对于基础概念的梳理，那种层层递进的结构安排，让人感觉作者对这个领域有着极其深刻的理解。每一章的引言都像是为你打开了一扇通往新世界的大门，它不会直接抛出复杂的公式，而是先从宏观的视角让你理解为什么需要研究这些“缺陷”，它们在材料的宏观性能中扮演了何种关键角色。这种循序渐进的教学方式，对于初学者来说简直是福音，它有效地降低了入门的门槛，让你在不知不觉中就被引导着进入了更深层次的理论探讨。书中的插图和图示也做得非常出色，那些精细的晶格结构图，即便是那些抽象的几何描述，也能通过视觉化的方式变得直观易懂，这在很多同类教材中是难以找到的优点。总而言之，这本书的“面子”做得足够吸引人，足够专业，让人立刻想一探究竟。

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这本书的实用性，或许不如一些专注于软件应用或实验技术的书籍那样直接，但它的“底层逻辑构建”能力却是无与伦比的。它教会你如何“思考”材料的缺陷问题，而不是仅仅“计算”它们。例如，书中对不同类型晶界能的讨论，非常细致地分析了不同原子排列方式对能量贡献的差异，这种对微观结构与宏观能量之间关系的深刻洞察，对于未来设计新型晶界工程策略至关重要。即便是不直接进行前沿研究，对于一个材料工程师而言，能够从第一性原理去分析材料失效模式，比只会套用经验公式要高明得多。这本书的价值在于它提供的思维框架，它把一个复杂的、多尺度的材料问题，拆解成了可以被理解和控制的基本单元。读完它，你会发现自己对金属的形变、陶瓷的断裂乃至半导体的性能波动，都有了一种更深刻、更具预见性的理解。它是一本能真正提升你“材料直觉”的典范之作。

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