Sintering of Ceramics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Taylor & Francis

作者:Rahaman, Mohamed N.

出品人:

页数:388

译者:

出版时间:2007-7

价格:$ 105.03

装帧:HRD

isbn号码:9780849372865

丛书系列:

图书标签:

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• 陶瓷
• 烧结
• 材料科学
• 材料工程
• 粉末冶金
• 固态反应
• 微结构
• 性能
• 高温材料
• 陶瓷材料

精密铸造与凝固行为研究：金属材料的高性能化之路 本书聚焦于先进金属材料的精密铸造过程、凝固动力学以及由此决定的最终宏微观组织与性能，深入探讨了如何通过精确控制铸造过程中的热力学和传输现象，实现高性能、高可靠性金属构件的制备。 第一部分：铸造过程的热物理基础与模拟 本书首先奠定了理解现代金属铸造过程所需的热物理学基础。不同于传统材料的固相烧结过程，金属铸造涉及复杂的液态到固态的相变，对温度梯度、冷却速率以及对流传热有着极高的敏感性。 1.1 熔体流动与传热的耦合分析 本部分详细阐述了熔融金属在型腔内填充、流动以及冷却过程中的热量传递机制。我们探讨了自然对流、强迫对流（如电磁搅拌）对温度场分布的影响。重点分析了边界层流动、湍流现象在填充末端的特殊行为，以及如何利用计算流体力学（CFD）工具精确模拟这些瞬态过程。内容涵盖了高导热性合金（如铜基和铝基合金）与低导热性合金（如镍基高温合金）在不同冷却条件下，型腔内温度场的差异演变。 1.2 界面现象与润湿行为 铸造过程的关键瓶颈之一在于液态金属与型壳（或模具内壁）之间的界面行为。本章深入分析了润湿角、表面张力梯度（马兰戈尼效应）在型腔填充和晶核形成中的作用。我们研究了活性合金与非活性合金在不同涂层材料上的润湿特性，并解释了如何通过表面工程技术优化界面行为，以防止铸造缺陷如冷隔、粘模的产生。 1.3 凝固理论的深化：从经典到现代 凝固是决定铸件性能的决定性环节。本书系统回顾了经典凝固理论，如布雷迪斯特尔模型（Bridgman Model）和沙夫模型（Scherrer Model），并将其扩展至更复杂的工程应用。着重探讨了非平衡凝固现象，包括溶质的偏析（Macrosegregation and Microsegregation），以及如何通过精确控制冷却速率（Cooling Rate，$R$）和温度梯度（Thermal Gradient，$G$）来调控初晶结构的尺寸和形态。对于定向凝固（Directional Solidification, DS）和单晶（Single Crystal, SC）生长，本书提供了详尽的理论模型和实验验证数据，特别是针对涡轮叶片等关键部件的晶体取向控制技术。 第二部分：铸造缺陷的形成机理与控制 高质量铸件的实现依赖于对缺陷的深刻理解和有效控制。本书将常见的铸造缺陷按其物理成因系统分类，并提出先进的控制策略。 2.1 宏观缺陷：孔隙率与应力 针对铸件中的气孔、缩松和氧化夹渣，我们分析了它们在凝固末期的形成位置和机制。对于缩孔和缩松，详细阐述了补缩过程中液相线的移动与通路中断如何导致孔隙的产生，并介绍了利用有限元分析（FEA）预测孔隙敏感区域（Hot Spots）的方法。此外，凝固收缩导致的残余应力是造成铸件开裂和尺寸精度下降的主要原因。本书探讨了残余应力的热-机械耦合模型，并提出了通过优化冷却曲线和模具设计来减轻应力的实践方案。 2.2 微观缺陷：枝晶生长与晶界控制 本部分关注晶体生长过程中的微观不均匀性。我们深入研究了溶质扩散在枝晶间隙中的积累效应，这直接导致了微观偏析（如树枝状晶间富集）。书中详细分析了晶界结构对材料机械性能（特别是疲劳和蠕变性能）的影响，并介绍了通过快速凝固技术（如熔模铸造中的高冷却速率诱导）来细化晶粒尺寸，抑制有害相析出的策略。 2.3 铸造过程中的相变动力学 金属在冷却过程中会经历多重固态相变（如奥氏体向铁素体/渗碳体的转变，或高温相向低温相的转变）。本书将相变动力学与凝固过程相结合，分析了先期微观组织（Prior Microstructure）对后续相变的影响。例如，在某些钢系铸件中，过快的冷却速率可能导致贝氏体或马氏体的非预期形成，从而影响韧性和强度。 第三部分：先进铸造技术与高性能合金应用 本书的最后一部分面向前沿应用，探讨了如何将基础理论应用于先进的精密铸造技术，以满足航空航天、能源等领域对材料性能的苛刻要求。 3.1 真空熔炼与定向凝固技术 真空感应熔炼（VIM）和真空自耗熔炼（VAR）是制备高性能镍基和钛合金的关键。我们详细介绍了真空度对气体（如氢、氮）和高蒸汽压元素（如镁、铝）的脱除效率的影响，并阐明了这如何影响铸件内部的洁净度和延展性。在定向凝固（DS）和单晶（SC）制造方面，本书提供了关于热电偶布置、感应加热线圈设计以及籽晶（re-entrant burner tip）控制的工程指南，用以实现晶体轴线与应力轴线的精确对齐。 3.2 增材制造与铸造的交叉对比 尽管本书主体是传统铸造，但我们引入了对增材制造（Additive Manufacturing, AM）中“定向凝固”过程的对比分析。通过比较激光熔池的快速凝固与模具铸造的受限凝固，突显了传统铸造在控制宏观结构一致性和减少残余应力方面的优势，以及如何利用先进的有限元模型来弥补AM在晶粒尺寸和晶界控制上的不足。 3.3 复杂构件的模具设计与热管理 高性能铸件的成功依赖于精确的模具设计。本章侧重于型腔设计，包括浇注系统（内浇口、流槽）的设计，以确保层流填充和避免卷气。更重要的是，我们讨论了模具温度控制策略，例如在模具特定区域使用导热块或嵌入式加热元件，以动态调节凝固前端的温度梯度，从而主动塑造内部晶体结构和缺陷分布。 总结而言，本书是面向材料科学家、铸造工程师以及从事高性能金属部件研发人员的综合性技术参考书，它将凝固理论、传热传质、计算模拟和先进制造工艺有机结合，旨在为实现下一代结构件的可靠性与性能提供坚实的理论与技术支撑。

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