Advanced Materials for 21st Century Turbines and Power Plant pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Maney Materials Science

作者:Staff

出品人:

页数:1180

译者:

出版时间:2000-10-1

价格:USD 300.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781861251138

丛书系列:

图书标签:

• Advanced Materials
• Turbines
• Power Plants
• Materials Science
• Engineering
• Energy
• High-Temperature Materials
• Coatings
• Corrosion
• Performance

面向二十一世纪涡轮机与发电厂的先进材料 本书深入探讨了支撑现代及未来能源生产技术的关键材料科学前沿。随着全球对高效、可靠且可持续能源解决方案的需求日益增长，涡轮机和发电厂的性能和寿命已成为重中之重。而这一切的实现，都离不开材料的创新与突破。本书将带领读者穿越材料科学的广阔领域，聚焦于那些能够应对极端温度、高压、腐蚀性环境以及严苛机械载荷的新型材料，并深入分析它们在涡轮机和发电厂设计、制造、运行和维护等各个环节中的关键作用。 第一章：材料科学在能源领域的基石地位 本章将为读者勾勒出材料科学在涡轮机和发电厂发展历程中的核心地位。从早期蒸汽机时代简单的铸铁和钢材，到现代高性能合金的出现，材料的进步直接驱动了能源转化效率和设备可靠性的飞跃。我们将回顾这一发展脉络，强调材料性能（如强度、韧性、耐高温性、耐腐蚀性）与涡轮机和发电厂设计参数之间的紧密联系。同时，本章也将预告本书后续章节将重点介绍的各种先进材料类别，并阐述它们为何成为解决当前及未来能源挑战的关键。此外，还会探讨材料选择对整个发电厂生命周期成本、环境影响以及安全性所产生的深远影响，为读者建立一个宏观的视角。 第二章：高温合金在燃气轮机中的前沿应用 燃气轮机作为现代发电和航空推进的核心动力装置，其工作环境温度极高，对材料性能提出了极其严苛的要求。本章将聚焦于高性能高温合金，特别是镍基、钴基以及铁基高温合金。我们将详细介绍这些合金的成分设计、微观结构演变（如强化相析出、晶界行为）及其对高温强度、蠕变抗力、热疲劳以及氧化/腐蚀行为的影响。读者将了解到定向凝固技术、单晶生长技术以及粉末冶金等先进制造工艺如何能够进一步提升高温合金的性能，从而实现更高的涡轮进口温度，进而提高燃气轮机的效率和功率输出。此外，本章还将探讨先进涂层技术（如等离子喷涂、电子束物理气相沉积）在保护高温合金免受高温氧化和热腐蚀方面的最新进展，并分析其在延长涡轮叶片、燃烧室部件等关键高温部件寿命方面的关键作用。 第三章：陶瓷基复合材料（CMCs）的颠覆性潜力 陶瓷基复合材料（CMCs）以其卓越的耐高温性、低密度和优异的抗氧化/腐蚀性能，正成为燃气轮机等高温部件的下一代候选材料。本章将深入剖析CMCs的结构组成，重点介绍碳纤维增强碳化硅（C/SiC）、碳化硅纤维增强碳化硅（SiC/SiC）等典型体系。我们将详细阐述CMCs独特的断裂韧性机制，如裂纹偏转、纤维拔出和基体断裂，这与传统陶瓷的脆性截然不同。同时，本章还将探讨CMCs的制造工艺，包括化学气相渗透（CVI）、熔融浸渍（MI）和反应烧结（RS）等，以及这些工艺如何影响材料的宏观性能。CMCs在燃气轮机热端部件，如涡轮叶片、静子叶片甚至燃烧室中的应用前景将被详细讨论，并分析其相较于传统高温合金所带来的显著优势，如更高的设计自由度、更低的部件重量以及更长的使用寿命。 第四章：先进涂层技术及其在极端环境下的保护作用 除了材料本身性能的提升，先进的表面工程技术在保护涡轮机和发电厂的关键部件免受极端环境的侵蚀方面起着至关重要的作用。本章将重点介绍用于高温合金和CMCs的先进涂层技术。我们将详细探讨热障涂层（TBCs）的最新发展，包括氧化钇稳定氧化锆（YSZ）的替代材料，如镨基氧化锆（ScSZ）、铪基氧化锆（HfSZ）等，以及这些新型材料如何提供更优异的高温稳定性和抗热震性能。此外，还将介绍等离子喷涂（APS）、电子束物理气相沉积（EB-PVD）等不同的涂层制备方法，以及它们对涂层微观结构、界面结合强度和最终性能的影响。同时，本章还将深入讨论用于防止高温合金表面发生氧化、渗碳、硫化和腐蚀的抗氧化涂层（AOCs）和抗腐蚀涂层（ACCs）的最新研究成果，以及它们在提高部件可靠性和延长使用寿命方面的实际应用。 第五章：先进复合材料在结构部件中的应用 除了高温应用，先进复合材料也在涡轮机和发电厂的结构部件中扮演着越来越重要的角色。本章将关注纤维增强聚合物（FRPs）和金属基复合材料（MMCs）在这些领域的应用。我们将深入研究玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强体与环氧树脂、聚酯树脂等基体材料的结合，以及它们如何实现轻质高强的结构设计。读者将了解到纤维缠绕、模压成型、真空辅助树脂传递成型（VARTM）等先进复合材料成型工艺。此外，本章还将探讨金属基复合材料，特别是铝基、镁基和钛基复合材料，它们通过将陶瓷颗粒或纤维嵌入金属基体中，获得了比纯金属更高的比强度、比刚度和耐磨性，因此在某些需要高强度和耐磨性的结构件中具有潜在的应用价值。我们将分析这些复合材料在叶片、外壳、支撑结构等部件中的应用，以及它们带来的重量减轻、效率提升和设计灵活性增强等优势。 第六章：增材制造（3D打印）在涡轮机部件制造中的革命性影响 增材制造，或称3D打印，正以前所未有的方式改变着涡轮机和发电厂部件的制造格局。本章将聚焦于增材制造技术在先进材料加工中的应用。我们将详细介绍激光熔化沉积（LMD）、选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）等金属增材制造工艺，以及它们如何实现复杂几何形状、内部冷却通道以及异种材料的直接制造。读者将了解到如何利用增材制造技术生产高难度的燃气轮机叶片、燃烧室部件等，从而实现前所未有的设计优化和性能提升。此外，本章还将探讨增材制造在陶瓷材料加工中的进展，以及它在快速原型制造、小批量生产以及修复旧部件方面的潜力。我们将分析增材制造所带来的设计自由度、材料利用率提升、缩短生产周期以及降低制造成本等革命性影响。 第七章：极端环境下的腐蚀与防护策略 涡轮机和发电厂经常运行在高温、高压、含有腐蚀性介质的环境中，这极大地考验着材料的耐腐蚀性能。本章将深入探讨在不同类型发电厂（如火电厂、核电厂、地热电厂）中常见的腐蚀类型，包括高温氧化、硫化、渗碳、氢脆、应力腐蚀开裂等。我们将详细分析这些腐蚀机理，并介绍各种先进的防护策略。这包括但不限于：高性能耐腐蚀合金的开发与应用，如双相不锈钢、超级奥氏体不锈钢、镍基合金等；先进的表面处理技术，如钝化、电镀、化学气相沉积（CVD）等；以及新型防腐蚀涂层，如陶瓷涂层、金属陶瓷涂层、以及能够自愈合的智能涂层。本章还将重点关注材料在核电站特殊环境（如高辐射、高pH值）下的行为，以及为应对这些挑战而开发的特种材料和防护措施。 第八章：可持续材料与循环经济在能源设备中的未来展望 随着全球对可持续发展的日益重视，材料的选择和生命周期管理在能源设备领域变得尤为关键。本章将探讨可持续材料的应用，包括低碳足迹材料、可再生材料以及易于回收的材料。我们将分析如何通过优化合金成分、采用更高效的生产工艺来减少材料的碳排放。此外，本章还将深入研究材料的循环利用和回收利用技术，包括废旧涡轮机叶片、管道等部件的拆解、分离和再利用。我们将讨论如何设计更易于回收的材料和部件，以及如何建立有效的回收体系，以减少对原生资源的需求，并最大限度地降低能源设备对环境的影响。最终，本章将展望未来，强调材料科学在构建绿色、低碳、循环的能源体系中不可或缺的地位。 第九章：材料性能的表征、测试与评估 为了充分发挥先进材料的潜力，准确的性能表征、测试和评估至关重要。本章将概述用于涡轮机和发电厂先进材料的关键测试方法和设备。我们将介绍高温拉伸试验、蠕变试验、疲劳试验、热疲劳试验等力学性能测试技术，以及如何模拟实际运行条件下的载荷和温度。此外，还将详细阐述用于评估材料耐腐蚀性能的各种测试方法，如高温氧化试验、盐雾试验、电化学腐蚀试验等。对于先进涂层，还将介绍其结合强度、硬度、抗热冲击等性能的测试手段。微观结构表征技术，如扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）等，将被重点介绍，用于理解材料的微观结构与宏观性能之间的关系。本章的目的是为读者提供一个全面的视角，了解如何科学、准确地评估和验证先进材料在涡轮机和发电厂应用中的可靠性。 第十章：案例研究与未来发展趋势 本章将通过具体的案例研究，将前面章节所介绍的先进材料和技术落到实处。我们将分析在实际涡轮机和发电厂设计、制造和运行过程中，先进材料如何解决关键技术难题，并带来性能的提升。例如，将探讨新型高温合金在下一代航空发动机和燃气轮机中的应用，以及CMCs在提高燃气轮机效率和降低排放方面的潜力。此外，本章还将展望材料科学在涡轮机和发电厂领域未来的发展趋势。这包括但不限于：智能材料在状态监测和自修复方面的应用；纳米材料在提升材料性能和开发新型功能方面的潜力；以及生物启发材料在设计优化和仿生结构方面的启示。我们将探讨如何通过跨学科的合作，将基础研究的突破转化为实际的工程应用，以应对未来能源生产所面临的日益严峻的挑战。

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