High-Temperature Borides pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Ingram Pub Services

作者:Serebryakova, T.

出品人:

页数:320

译者:

出版时间:

价格:110

装帧:HRD

isbn号码:9781898326250

丛书系列:

图书标签:

• Borides
• High-Temperature Materials
• Ceramic Materials
• Materials Science
• Inorganic Chemistry
• Refractory Materials
• High-Temperature Chemistry
• Solid State Chemistry
• Materials Properties
• Crystals

新世纪材料科学的基石：超硬耐火陶瓷的理论与应用前沿 聚焦：高熵氧化物、热障涂层及先进复合材料的设计、制备与服役性能 第一章：导论——极端环境下的材料需求与挑战 本卷聚焦于当前先进制造业和能源领域对极端服役性能材料的迫切需求。随着航空航天发动机推力需求的不断提升、核聚变反应堆的工程化探索，以及高超声速飞行器对热防护系统的严苛要求，传统的金属和常规陶瓷材料已达到其性能极限。本书旨在深入剖析下一代超硬耐火陶瓷、复合材料体系，特别是近年来受到广泛关注的高熵氧化物（High-Entropy Oxides, HEOs）和新型功能梯度材料（Functionally Graded Materials, FGMs）在解决极端温度、高腐蚀和高机械载荷耦合问题上的理论突破与实验进展。 我们将系统回顾材料科学在应对“热、力、化”三位一体挑战时的基本原理，阐述从微观结构设计到宏观性能调控的关键科学问题。本章将奠定全书的理论基础，强调材料的结构-性能关系在高温应用中的决定性作用。 第二章：高熵氧化物的相稳定性与热力学建模 高熵氧化物（HEOs）作为一类新兴的多主元体系，因其固有的高熵效应、显著的构型无序性以及由此带来的优异热稳定性、抗辐照能力和机械性能，正迅速成为研究热点。本章将详细探讨构建稳定HEOs的关键热力学驱动力。 2.1 随机固溶体理论的扩展： 阐述高熵对混合焓的修正作用，以及它如何抑制传统单一主元氧化物中常见的析相或相变。重点分析基于维氏参数（如电负性差异、离子半径差异、价态差异）的相稳定性判据在复杂氧化物体系中的适用性与局限性。 2.2 计算热力学与第一性原理模拟： 介绍如何运用密度泛函理论（DFT）结合蒙特卡洛（Monte Carlo）模拟来预测复杂高熵体系的相图、晶格畸变能以及局部短程有序（Short-Range Order, SRO）结构。重点解析计算结果如何指导实验制备出具有单一岩盐结构或其他特定晶体结构的稳定HEOs。 2.3 电子结构与氧化还原行为： 深入探讨多主元环境下，不同阳离子电子云重叠对氧化物电子带结构的影响，这直接关系到材料的导电性、催化活性及抗氧化/抗还原性能。 第三章：热障涂层（TBCs）的微结构控制与寿命预测 热障涂层是保障先进燃气轮机叶片、火箭发动机内衬等关键部件免受高温燃气侵蚀的核心技术。本章将侧重于下一代TBCs的设计理念，超越传统的氧化锆基体系。 3.1 钙钛矿与尖晶石体系的抗热震性： 研究新型钙钛矿（如复杂ABO3结构）和尖晶石（如MgAl2O4及其固溶体）作为新型热障涂层材料的潜力。重点分析其低热导率的来源（声子散射机制）以及如何通过精确控制微裂纹网络和晶界特性来提升其抗热循环寿命。 3.2 梯度结构与界面工程： 详细讨论梯度功能材料（FGMs）在TBCs中的应用，特别是过渡层（Bond Coat）的设计。研究如何通过等离子喷涂、电子束物理气相沉积（EB-PVD）等技术，实现涂层与基体之间热膨胀系数的平滑过渡，有效抑制剥落和分层失效。 3.3 腐蚀与沉积物的相互作用： 探讨在实际服役环境中，钒、硫等腐蚀性元素沉积物对TBCs结构完整性的破坏机制，以及如何通过表面致密化或引入牺牲氧化物层来提高涂层的化学稳定性。 第四章：超高温陶瓷基复合材料（UHTCs）的增韧与界面强化 超高温陶瓷（UHTCs），如碳化物和硅化物，虽然具有极高的熔点和硬度，但其固有的脆性是限制其大规模应用的主要障碍。本章致力于探索有效的增韧策略。 4.1 纤维增强与纳米结构调控： 深入分析碳化硅（SiC）、碳化钨（WC）等陶瓷纤维在高温基体（如HfC, ZrB2）中的有效载荷传递机制。探讨引入纳米级增强相（如纳米碳管、石墨烯）对材料断裂韧性的贡献。 4.2 反应烧结与原位复合： 聚焦于利用自蔓延高温合成（SHS）或反应熔渗技术，在基体内部原位生成韧性相（如SiC晶须或金属相）的“内部增韧”策略。分析反应过程中温度梯度和反应速率对手相分布的影响。 4.3 界面本征与性能耦合： 界面是UHTCs复合材料中裂纹偏转和能量耗散的关键区域。研究界面化学键合强度、界面层厚度对复合材料宏观断裂韧性（KIC）和抗氧化性能的协同影响。 第五章：先进陶瓷的加工技术与先进表征手段 高性能陶瓷材料的性能往往与其制备工艺的精度息息相关。本章介绍用于制备高密度、低缺陷结构材料的关键加工技术，并强调先进的同步辐射与电子显微学在揭示微观机制中的不可替代性。 5.1 增材制造（3D打印）在陶瓷领域的挑战与机遇： 探讨选择性激光烧结（SLS）、光固化（SLA）等技术在制备复杂几何形状UHTCs和梯度材料时的局限性（如粉末流动性、烧结致密化不足）。重点介绍如何通过浆料工程和优化激光参数来控制最终部件的微观组织。 5.2 电子显微分析的最新进展： 介绍球差校正透射电镜（STEM）在分析晶界、析出物和晶格畸变方面的应用，特别是如何结合能量分散谱（EDS）和电子能量损失谱（EELS）对高熵体系的元素局域排序和化学态进行精细量化。 5.3 原位（In-situ）高温测试： 阐述在同步辐射X射线衍射（XRD）或高分辨率电子显微镜下进行原位力学测试和热处理的实验方法，实时捕捉材料在临界服役条件下的结构演变和失效前兆。 第六章：应用前景与可持续性考量 本章将本书所讨论的理论和技术成果落地到具体的工程应用场景，并探讨材料研究的可持续发展方向。 6.1 高温结构件的寿命管理： 讨论如何基于第四章和第五章的材料本构关系与失效机制分析，建立更可靠的寿命预测模型，指导核反应堆、火箭发动机等关键部件的在役检查与维护策略。 6.2 能源转化与储存中的潜在应用： 探讨高熵氧化物在固态氧化物燃料电池（SOFCs）电解质或电极材料中的应用潜力，利用其高离子电导率和热稳定性来提高电池效率和寿命。 6.3 稀有元素替代与绿色制备： 针对当前UHTCs高度依赖铪（Hf）、铪（Zr）等稀有元素的问题，提出利用地球储量更丰富的元素（如稀土、过渡金属）设计具有等效性能的新型材料体系的策略，推动材料科学的可持续发展。 本书旨在为材料科学家、工程师以及相关领域的研究人员提供一个全面、深入且前沿的参考框架，推动超硬耐火陶瓷及其复合材料在极端环境下的工程化应用迈向新的高度。

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