High-Performance Ceramics V pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

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出版者:

作者:Pan, Wei (EDT)/ Gong, Jianghong (EDT)

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頁數:0

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價格:537

裝幀:

isbn號碼:9780878494736

叢書系列:

圖書標籤:

• Ceramics
• High-Performance Materials
• Materials Science
• Engineering
• Advanced Materials
• Solid State Physics
• Nanomaterials
• Composite Materials
• Mechanical Properties
• Thermal Properties

陶瓷材料科學與工程：跨越傳統與未來的前沿探索 本書聚焦於現代陶瓷材料的閤成、結構、性能及其在尖端技術領域的應用，旨在為研究人員、工程師和高級學生提供一個全麵且深入的視角。我們避開對特定“高性能陶瓷”類彆的直接綜述，轉而深入探討驅動整個領域發展的基本科學原理和新興技術趨勢。 第一部分：陶瓷基礎科學與微觀結構調控 本部分深入剖析瞭陶瓷材料的晶體化學基礎、鍵閤特性以及缺陷工程。我們首先迴顧瞭離子晶體與共價晶體的能帶結構，並詳細討論瞭點缺陷（如空位、間隙原子）和綫缺陷（位錯）的形成能與遷移機製，這些是理解陶瓷宏觀機械性能和電學性質的關鍵。 1.1 晶體生長動力學與形貌控製： 我們將重點放在如何通過精確控製熱力學參數和生長環境來調控晶體的粒徑、晶界結構及整體微觀形貌。討論瞭從溶液相（溶膠-凝膠法、水熱法）到固相燒結過程中的成核與長大機製。特彆強調瞭在非平衡態條件下實現納米級晶粒尺寸均勻分散的技術挑戰與解決方案，包括錶麵能對燒結驅動力的影響。 1.2 界麵科學與晶界工程： 陶瓷的宏觀性能往往受製於其固有的多晶結構，特彆是晶界。本章詳細探討瞭晶界擴散、晶界能以及晶界相的化學計量學。我們分析瞭如何通過添加少量助燒劑或改變燒結氣氛來“淨化”晶界，減少有害相的析齣，並優化晶界擴散路徑，這對於提高緻密化效率和高溫蠕變抗性至關重要。 1.3 錶麵與薄膜沉積技術： 除瞭塊體材料的製備，本部分還係統性地介紹瞭用於功能塗層和微電子器件的關鍵薄膜沉積技術。詳細對比瞭物理氣相沉積（PVD，如濺射、蒸發）和化學氣相沉積（CVD）的反應機理、薄膜應力演化路徑以及界麵兼容性問題。對原子層沉積（ALD）在實現亞納米級厚度和維度控製方麵的優勢進行瞭深入闡述。 第二部分：結構陶瓷的力學行為與斷裂韌性提升 本部分著眼於陶瓷材料抵抗機械載荷的能力，深入探究瞭脆性斷裂的本質，並係統性地介紹瞭提高其可靠性的先進增韌策略。 2.1 彈塑性行為與本徵強度： 闡釋瞭陶瓷材料的應力-應變響應，重點分析瞭在高溫或高應變率下的非綫性行為。討論瞭在接近理論強度下實現韌性/塑性變形的機製，例如位錯運動、孿晶形成以及受限的晶界滑移。同時，對 Griffith 理論和 Weibull 統計在預測陶瓷失效率中的應用進行瞭細緻的推導和實例分析。 2.2 增韌機製的拓撲學分析： 我們超越瞭傳統的“彌散強化”概念，深入研究瞭多種宏觀和微觀尺度的增韌機製。詳述瞭縴維增韌（如 SiC 縴維增強復閤材料）中載荷傳遞、裂紋偏轉和縴維拔齣的定量模型。對於陶瓷基復閤材料（CMC），我們建立瞭從基體-界麵-增強體耦閤效應到整體韌性提升的跨尺度模型。 2.3 裂紋擴展的動態過程： 本章關注於裂紋尖端的能量耗散過程。探討瞭動態加載條件下的材料響應，如衝擊波的傳播與反射如何影響材料的動態斷裂韌性。引入瞭基於相場方法的數值工具，用於模擬復雜裂紋路徑（如鋸齒狀裂紋、橋接裂紋）的演化，並預測其對疲勞壽命的影響。 第三部分：功能陶瓷的電、熱與磁學特性調控 本部分聚焦於陶瓷材料如何通過其精確的晶體結構和電子組態來實現特定的電學、熱學和電磁學功能。 3.1 介電響應與鐵電疇動力學： 係統梳理瞭陶瓷的介電常數、損耗角與頻率、溫度的關係。重點分析瞭鈣鈦礦結構（如 $ ext{BaTiO}_3$）中鐵電疇壁的運動機製，以及電場驅動下的疇翻轉對材料電滯迴綫的影響。討論瞭高頻應用中弛豫鐵電體相對於硬鐵電體的性能優勢。 3.2 離子傳導與固態電解質設計： 針對能源存儲和轉換設備的需求，本章深入探討瞭陶瓷中離子的傳輸機理。詳細分析瞭石榴石型、NASICON 型和氟化物型固態電解質中晶格缺陷對離子遷移率的貢獻。通過密度泛函理論（DFT）計算，預測瞭不同取代元素對過渡態勢壘高度的影響，指導新型高導電性材料的理性設計。 3.3 熱力學與熱電轉換： 介紹瞭陶瓷材料的晶格熱導率與電子熱導率的解耦策略。在熱電陶瓷（如 $ ext{Skutterudites}$ 或氧化物體係）中，重點討論瞭“晶格玻璃化”（Lattice Glassiness）的概念，即通過引入復雜晶體結構或納米第二相（如納米孔隙）來有效散射聲子，從而顯著降低晶格熱導率，同時保持良好的載流子遷移率，以提高塞貝剋係數（Seebeck Coefficient）和功率因子。 第四部分：先進陶瓷的製備與過程錶徵 本部分關注從實驗室概念到實際工程應用所需的關鍵製造工藝，並強調瞭先進錶徵技術在質量控製中的核心作用。 4.1 快速燒結技術與低能耗緻密化： 傳統的固相燒結耗時長、能耗高。本章探討瞭通過引入外部場來加速燒結動力學的方法，包括放電等離子燒結（SPS）和微波輔助燒結。詳細分析瞭這些方法中電場、壓力或微波耦閤作用如何改變晶界原子擴散速率和晶粒邊界遷移的驅動力，從而實現超細晶粒結構和高緻密度的一體化製備。 4.2 原位（In-situ）與實時（Operando）錶徵： 為準確理解材料的動態行為，本部分強調瞭原位錶徵技術的重要性。闡述瞭如何結閤同步輻射 X 射綫衍射、高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）以及原位拉伸/加熱技術，實時觀測陶瓷材料在應力、溫度或電場作用下的結構演變、相變動力學及缺陷反應。這對於建立更可靠的材料性能模型至關重要。 4.3 增材製造（AM）中的陶瓷體係： 討論瞭增材製造技術（如光固化、噴墨打印、定嚮能量沉積）在陶瓷領域的應用潛力與當前限製。分析瞭粉末-樹脂復閤材料的流變學特性、綠色體（Green Body）的脫脂與燒結過程中的收縮率控製，以及 AM 製造的陶瓷部件中層間粘結質量和各嚮異性問題的解決途徑。 本書的宗旨在於提供一個紮實的、多尺度的材料科學框架，用以理解和創新未來的陶瓷體係，無論其應用領域是結構增強、能量轉換還是信息存儲。

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