An Introduction to Ceramic Engineering Design pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Clark, David E. (EDT)/ Folz, Diane C. (EDT)/ McGee, Thomas D. (EDT)

出品人:

页数:456

译者:

出版时间:

价格:$ 102.27

装帧:HRD

isbn号码:9781574981315

丛书系列:

图书标签:

• 陶瓷工程
• 陶瓷材料
• 工程设计
• 材料科学
• 结构设计
• 陶瓷工艺
• 机械性能
• 热力学
• 材料选择
• 工程材料

好的，以下是一本关于材料科学领域，与“陶瓷工程设计导论”主题不同但内容详实的图书简介。 --- 结构陶瓷的先进制造与性能表征 （Advanced Manufacturing and Performance Characterization of Structural Ceramics） 概述 本书深入探讨了现代结构陶瓷在严苛服役环境下的关键制造技术、微观结构控制以及性能评估方法。结构陶瓷，因其卓越的高温强度、抗磨损性和化学稳定性，已成为航空航天、能源、生物医学和高端机械制造等领域不可或缺的先进材料。然而，要充分发挥这些材料的潜力，必须精准掌握其从原材料到最终产品的全流程控制。本书旨在为材料科学家、工程师以及相关领域的研发人员提供一个全面、深入的参考框架，重点关注如何通过先进的制造工艺实现特定的微观结构设计，并精确量化这些结构对宏观机械、热学和电学性能的影响。 本书的叙事结构遵循材料工程的基本逻辑：从粉体制备与成型，到烧结与致密化，再到后续的精密加工与表面改性，最后聚焦于多尺度表征技术在理解材料行为中的核心作用。我们避免了对基础陶瓷原理的泛泛而谈，而是直接切入当代研究热点和工程实践中的关键挑战，例如复杂形状制备中的残余应力控制、晶界工程在提高韧性方面的应用，以及如何利用先进的无损检测手段确保高可靠性。 第一部分：先进粉体制备与绿色成型技术 本部分详尽阐述了高性能结构陶瓷粉体的制备路径及其对最终产品性能的决定性影响。我们聚焦于精细化和功能化粉体的合成策略，摒弃了传统的高能球磨等粗放方法，转而详细分析了化学共沉淀法、溶胶-凝胶法（Sol-Gel）以及气相合成法在制备具有窄粒径分布和高纯度氧化物、氮化物和碳化物粉体方面的优势与局限。 1.1 高纯度粉体的化学合成控制： 深入剖析了反应物浓度、pH值和沉淀剂选择对初级颗粒形貌和团聚程度的调控机制。特别讨论了如何通过表面改性技术，如有机配体包覆，来提高粉体在非水系或高粘度浆料中的分散稳定性，这是实现高密度成型的先决条件。 1.2 浆料流变学与精密成型： 详细考察了陶瓷浆料的流变行为，包括剪切稀化、触变性及黏弹性参数对灌注成型（Slip Casting）和注塑成型（Ceramic Injection Molding, CIM）过程的影响。本书强调了CIM工艺中脱脂（Debinding）过程的热力学和动力学控制，指出不当的脱脂速率是导致微裂纹和孔隙形成的主要诱因，并提出了基于计算机模拟（CFD）的优化脱脂曲线设计方法。 1.3 增材制造中的粉体床层交互作用： 针对选择性激光烧结（SLS）和光固化（SLA/DLP）技术，本章探讨了陶瓷粉末铺展均匀性、激光吸收率以及熔池动力学对“绿色体”初始密度的影响。着重分析了陶瓷浆料（Slurry）在喷墨打印（Inkjet Printing）中的喷射稳定性与墨滴铺展模型，这对于实现复杂多孔结构和梯度材料制造至关重要。 第二部分：烧结动力学与微观结构工程 本部分是全书的核心，关注于如何通过热处理过程，将“绿色体”转化为具有特定晶体结构和界面特征的致密陶瓷。我们超越了阿伦纽斯（Arrhenius）方程的简单应用，转而深入研究了多驱动力协同作用下的烧结机制。 2.1 活化能与扩散路径控制： 详细比较了晶界扩散、晶内扩散和表面扩散在不同温度区间对烧结速率的贡献。针对氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC）等共价键材料，我们阐述了液相辅助烧结（Liquid Phase Sintering, LPS）中助剂（如Y2O3, Al2O3）的激活机制，以及如何通过控制液相量和粘度来引导晶粒的定向生长，以实现各向异性增强。 2.2 晶界工程与韧性提升： 韧性是结构陶瓷应用的关键瓶颈。本章详细介绍了晶界工程的策略，包括： 晶界“钉扎”效应： 通过引入第二相析出物（如纳米氧化钇颗粒）来抑制晶粒过度长大。 晶界“弱化”与“桥接”： 研究了通过添加非晶态或特定的晶界相（如硼酸盐）来提高断裂韧性的机理，并利用高分辨透射电镜（HRTEM）分析了晶界结构与断裂模式（如裂纹偏转、桥接）的相关性。 孔隙设计与梯度结构： 讨论了通过控制烧结过程中的孔隙分布（如引入微孔阵列）来提高材料的断裂韧性和热震稳定性。 2.3 反应烧结与相变机制： 针对氧化铝（Al2O3）与氧化锆（ZrO2）体系，重点分析了固态反应烧结中的相变对体积收缩的影响。特别是对氧化锆的马氏体相变增韧（Transformation Toughening）机制进行了深入的力学分析，阐述了裂纹尖端应力场如何诱发局部相变从而吸收裂纹能量。 第三部分：先进性能表征与服役可靠性评估 本部分着重介绍现代材料科学中用于揭示微观结构与宏观性能之间联系的关键表征技术，并探讨了如何利用这些数据建立可靠的服役寿命预测模型。 3.1 多尺度无损检测（NDT）： 强调了在不破坏样品的前提下，获取内部缺陷信息的关键性。详细介绍了高频超声波衍射飞行时间（TOFD）技术在检测烧结体内部微裂纹和孔隙中的应用，以及X射线计算机断层扫描（X-CT）如何提供三维孔隙率分布图。重点分析了不同成像技术对不同尺寸缺陷的敏感度阈值。 3.2 动态力学与热力学耦合测试： 深入研究了陶瓷材料在极端条件下的本构关系。涵盖了高温蠕变测试（Creep Testing）中的稳态、瞬态蠕变速率分析，以及疲劳断裂行为。特别关注了“热机械疲劳”（Thermo-Mechanical Fatigue, TMF）现象，解释了热应力与机械载荷协同作用下，裂纹萌生和扩展的非线性过程，这对于燃气轮机叶片和反应堆部件的设计至关重要。 3.3 表面改性和耐磨损性能： 结构陶瓷的表面完整性往往决定了其整体寿命。本章分析了等离子喷涂（Plasma Spraying）和磁控溅射（Magnetron Sputtering）等技术在制备致密、强结合的陶瓷涂层中的应用。针对高载荷滑动磨损，详细介绍了洛氏压痕、球盘磨损试验（Ball-on-Disk）的数据解读方法，以及如何量化磨损系数与晶界微观结构参数之间的关系。 结论与展望 本书的最终目标是弥合理论材料科学与工程应用之间的鸿沟。通过对制造工艺的精细控制与性能表征的深入理解，读者将能够掌握设计和优化下一代高可靠性结构陶瓷部件所需的理论工具和实验技能。未来的研究方向将集中在原位（In-Situ）监测烧结过程的先进技术，以及利用机器学习加速新复合陶瓷体系的筛选与性能预测。 --- 适用读者对象： 材料工程、机械工程、航空航天工程、能源科学等专业的本科高年级学生、研究生、科研人员及工业界工程师。

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