Process Control and Sensors for Manufacturing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Society of Photo Optical

作者:Bossi, Richard H. (EDT)/ Pepper, David M. (EDT)

出品人:

页数:250

译者:

出版时间:

价格:70

装帧:HRD

isbn号码:9780819428486

丛书系列:

图书标签:

• Process Control
• Manufacturing
• Sensors
• Automation
• Industrial Engineering
• Instrumentation
• Control Systems
• Data Acquisition
• Process Optimization
• Smart Manufacturing

《高级材料科学与工程：从原子到宏观性能》 本书简介 《高级材料科学与工程：从原子到宏观性能》是一本全面深入探讨现代材料科学与工程核心原理、前沿进展及其在工业应用中实践的权威性著作。本书旨在为材料学、化学工程、机械工程及相关学科的高年级本科生和研究生提供一个坚实的基础，同时为致力于材料创新与研发的专业人士提供一本富有洞察力的参考书。 第一部分：材料的微观结构与基础热力学 本书的开篇聚焦于材料科学的基石——原子结构和晶体学。我们将详尽阐述晶体结构、晶格缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）的类型及其对材料宏观性能的影响。不同类型的晶体结构，如面心立方（FCC）、体心立方（BCC）和六方最密堆积（HCP），如何在热力学势垒下形成和演变，将得到深入的数学和物理分析。 紧接着，我们将深入探讨材料的热力学基础。这包括相图的解读、相变动力学（成核与长大理论）、吉布斯自由能最小化原理在材料稳定性和反应性中的应用。特别关注在非平衡条件下（如快速冷却或高压处理）材料微观结构是如何被“冻结”或重塑的。我们运用统计力学方法，详细分析扩散过程在固态材料中的微观机理，如克努德森扩散、格林扩散和晶界扩散的速率方程和活化能。 第二部分：金属材料的塑性、断裂与疲劳 本部分是关于工程结构材料的核心。我们首先从位错理论入手，详细解析位错的运动、缠结和交滑移如何决定金属的加工硬化和屈服强度。通过引入晶体塑性学模型，本书解释了从单晶到多晶体尺度下应力应变关系的复杂性。 断裂力学部分，本书超越了传统的弹性理论，重点介绍线性弹性断裂力学（LEFM）和弹塑性断裂力学（EPFM）。我们详细推导和应用应力强度因子 ($K_I, K_{II}, K_{III}$)，裂纹尖端应力场解，以及韧致断裂准则（如 $J$ 积分和裂纹尖端张开位移 COD）。 疲劳是结构失效的常见原因，本书对此进行了详尽的论述。内容涵盖高周疲劳（HCF）和低周疲劳（LCF）的本构关系，如 Basquin、Coffin-Manson 定律及其适用范围。更重要的是，本书引入了损伤容限设计（Damage Tolerance）的现代理念，探讨了疲劳裂纹的萌生、扩展和最终断裂的微观机制，特别是环境对疲劳寿命的影响（如应力腐蚀开裂 SCC）。 第三部分：聚合物、陶瓷与复合材料的特性 这一部分扩展了材料的范畴，涵盖了非金属工程材料。 聚合物科学： 我们从高分子链的结构（构象、构型、分子量分布）开始，深入探讨聚合物的粘弹性行为。通过时间-温度等效原理（Williams-Landel-Ferry 转换），解释了聚合物在不同应变速率下的力学响应。热性能分析，如差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA），在确定玻璃化转变温度 ($T_g$) 和结晶度中的应用被详细阐述。 陶瓷材料： 陶瓷的强韧性瓶颈主要源于其固有的脆性。本书详细分析了离子键和共价键的本质，以及这些键合如何导致高杨氏模量和低韧性。书中特别关注氧化物（如 $ ext{Al}_2 ext{O}_3, ext{ZrO}_2$）和非氧化物（如 $ ext{SiC}, ext{Si}_3 ext{N}_4$）陶瓷的烧结过程、晶界工程及其对热震稳定性的影响。 复合材料： 复合材料的设计是实现特定性能组合的关键。本书系统地介绍了纤维增强（如碳纤维、玻璃纤维）和粒子增强复合材料的微力学模型。重点讲解了横观各向异性（Transverse Isotropy）的本构方程，以及如何利用逆向设计（Inverse Design）方法来优化基体与增强体的界面剪切强度，以最大化复合材料的比强度和比模量。 第四部分：先进功能材料与界面工程 本部分着眼于21世纪材料科学的前沿领域。 半导体与电子材料： 书中详细分析了能带理论在理解导电性、半导体的掺杂效应和 PN 结形成中的作用。重点讨论了光电材料，如有机发光二极管（OLED）和太阳能电池中活性层的电荷传输机制和缺陷抑制策略。 磁性材料： 深入探讨了铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的微观起源，包括朗道-里弗斯（Landau-Lifshitz-Gilbert）方程在磁化动力学中的应用。对于数据存储和传感器应用，本书重点分析了磁阻效应（GMR 和 TMR）的量子力学基础。 界面与薄膜技术： 现代材料性能往往由界面决定。本书介绍了原子层沉积（ALD）和分子束外延（MBE）等先进沉积技术，及其如何精确控制界面能和应变，以设计超晶格结构和梯度功能材料。 第五部分：材料的计算与表征方法 本书强调计算模拟在现代材料研发中的不可或缺性。我们将详细介绍从第一性原理（DFT）计算预测电子结构和相稳定性，到介观尺度的蒙特卡洛模拟和有限元分析（FEA）在预测宏观响应中的应用。 在实验表征方面，本书提供了对关键技术的深入理解，包括高分辨透射电子显微镜（HRTEM）对晶格缺陷的成像、X射线衍射（XRD）对晶体相和残余应力的定量分析，以及扫描隧道显微镜（STM）对表面原子结构的探查。理解这些表征数据的局限性和优势，是进行可靠材料研发的前提。 总结 《高级材料科学与工程》力求平衡理论的严谨性与工程实践的关联性。本书通过大量的案例分析和问题导引，培养读者将基础物理化学原理转化为解决复杂工程挑战的能力，是材料工程师和研究人员的必备工具书。

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