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1 绪论1

1.1　物质和材料1

1.2　物质科学小史3

1.2.1　德谟克利特的原子论3

1.2.2　近代化学的诞生3

1.3　微观组织学的形成4

1.3.1　微观组织的发现4

1.3.2　从观察到科学7

1.4　材料科学之花的绽放8

1.4.1　钢铁材料的进步8

1.4.2　合成聚合物和陶瓷材料的跃进9

1.4.3　材料科学的形成与发展10

参考文献10

演练习题10

备忘之页（1）魔法杖（玻璃纤维强化塑料GFRP）12

2　纯物质的自由能13

2.1　与微观组织有关的能量13

2.1.1　能量的单位13

2.1.2　原子·分子的能量和宏观能量15

2.1.3　热容与相变焓18

2.2　熵和自由能22

2.2.1　热平衡时的稳定条件23

2.2.2　波尔兹曼关系式26

2.2.3　麦克斯韦-波尔兹曼分布定律（M-B统计）27

2.3　晶体热振动的统计热力学31

2.3.1　热振动的能量31

2.3.2　热振动熵和自由能35

2.4　磁性转变的热力学（铁将二次固化！！）37

2.4.1　铁磁性材料的磁畴组织37

2.4.2　铁磁体的磁化和磁性转变38

2.4.3　伊辛模型的磁性转变解析39

2.4.4　纯铁的A3点相变的热力学42

2.5.1　非晶态是固相还是液相？45

2.5　非晶相的自由能（第2章的代结束语）45

2.5.2　非晶相是稳态相还是亚稳相46

参考文献48

演练习题49

备忘之页（2）通过超高压“合成”金刚石51

3　溶体的热力学52

3.1　溶体、混合体、化合物52

3.1.1　原子-分子的混合方式52

3.1.2　组元、系统、成分坐标53

3.1.3　溶体和混合体的熵54

3.2　正规溶体模型的自由能近似57

3.2.2　固溶体焓的B-W-G近似58

3.2.1　最近邻假设和随机分布假设（B-W-G模型的基本假设）58

3.2.3 固溶体熵的B-W-G近似61

3.2.4 固溶体自由能的B-W-G近似62

3.3　点阵模型的自由能近似63

3.3.1 Ⅲ-Ⅴ族化合物溶体的自由能64

3.3.2　间隙式溶体的自由能67

3.4　化学势70

3.4.1　偏摩尔量70

3.4.2　溶质原子的活度与活度系数73

3.5　溶质原子的非随机分布78

3.5.1 间隙式原子（I）和置换式原子（S）的I-S结合78

3.5.2　I-S结合能（△εI-S）的预测80

参考文献82

演练习题82

备忘之页（3）休姆-罗塞里的“15％定律”85

4　相图的热力学86

4.1　两相平衡的基本法则86

4.1.1　公切线法则86

4.1.2 向多元系的扩展89

4.1.3　吉布斯相律93

4.2　液相线和固相线95

4.2.1　连续互溶型相图95

4.2.2　低浓度区的液相线和固相线96

4.2.3　化合物的初晶线（液相线）98

4.3　溶解度线（固溶度线）100

4.3.1　相互溶解度线100

4.3.2　化合物的溶解度线101

4.3.3　化合物的溶解度积102

4.4　两相分离曲线105

4.4.1　溶解度间隙与失稳分解曲线105

4.4.2　岛状溶解度间隙（MGI）109

参考文献114

演练习题114

备忘之页（4）陶瓷的相图117

5　界面的热力学118

5.1　表面和界面的能量118

5.2　吉布斯-汤姆孙效应122

5.2.1　肥皂泡实验122

5.2.2　微粒子的相变温度和相变压力123

5.2.3　微粒子的溶解度126

5.3　晶界偏析的热力学127

5.3.1　单层吸附与多层吸附128

5.3.2　麦克林晶界偏析公式129

5.3.3　“晶界相模型”对晶界偏析的解析131

5.3.4　晶粒超细化与晶界偏析的关系135

5.4.1　平滑界面和粗糙界面136

5.4　界面的“粗糙度”和迁移率136

5.4.2　吸附生长和沿晶面生长140

5.4.3　界面迁移率的动力学描述141

5.4.4　凝固速度的解析143

5.5　晶粒长大的热力学145

5.5.1　纯物质中的晶粒长大145

5.5.2　溶质原子的拖曳作用148

5.5.3　弥散粒子的晶界钉扎作用151

参考文献155

演练习题156

备忘之页（5）透明氧化铝的烧结159

6　扩散的热力学160

6.1　布朗运动与扩散160

6.1.1　无规行走模型160

6.1.2　关于布朗运动的爱因斯坦表达式162

6.2　菲克扩散定律163

6.2.1　第1定律和第2定律163

6.2.2　扩散定律的解析实例166

6.3　固相扩散的再研究169

6.3.1　克根道尔效应170

6.3.2　互扩散系数的浓度依存性171

6.3.3　上坡扩散现象173

6.3.4　菲克扩散定律的热力学修正175

6.4.1　扩散系数的振动频率因子及激活能178

6.4　扩散机制与扩散系数178

6.4.2　空位型扩散和间隙型扩散179

6.4.3　表面扩散和晶界扩散183

参考文献185

演练习题185

备忘之页（6）扩散通道188

7　有序化的热力学189

7.1　有序化现象189

7.1.1　微观组织的有序化189

7.1.2　短程有序化190

7.2.1　亚点阵与有序度194

7.2　B-W-G模型对CuZn型有序化的解析194

7.2.2　有序化引起的焓和熵的变化195

7.2.3　平衡有序度196

7.3　B-W-G模型对Cu3Au型有序化的解析200

7.3.1　有序度与原子对的数目201

7.3.2　有序化引起的自由能变化202

7.3.3　平衡有序度的不连续变化202

7.4　有序化引起的两相分离205

7.4.1　有序化与两相分离的共生205

7.4.2　考虑次近邻原子的B-W-G模型对有序化的解析205

7.4.3　考虑有序化的岛状溶解度间隙209

参考文献212

演练习题213

备忘之页（7）反转型两相分离的功效215

8　形核的热力学216

8.1　形核的基本问题216

8.1.1　小滴法实验216

8.1.2　均匀形核（自发形核）217

8.1.3　不均匀形核（界面形核）223

8.2　溶体中的均匀形核226

8.2.1　溶体中的浓度起伏226

8.2.2　溶体中的形核驱动力227

8.2.3　溶体中临界晶核的半径与形核率229

8.3　变质处理的形核231

8.3.1　通过变质控制初晶形态232

8.3.2　通过变质细化凝固组织234

8.4　固体中的形核237

8.4.1　析出核与析出团簇的生成238

8.4.2　GP区的生成240

参考文献243

演练习题244

备忘之页（8）GP区的真身248

9.1　组织变化概观249

9.1.1　组织变化的种类249

9　组织转变的热力学249

9.1.2　组织变化的进行度251

9.2　约翰逊-迈尔（JMAK）方程253

9.2.1　生成相的扩展体积253

9.2.2　析出转变的JMAK方程256

9.2.3　钢中γ→α相变的JMAK方程257

9.3　共晶凝固和共析转变的热力学260

9.3.1　共晶、共析相变的有效驱动力261

9.3.2　共晶凝固的速度公式（体扩散模型）263

9.3.3　共析转变的速度公式（界面扩散模型）266

9.3.4 珠光体转变的速度公式（界面扩散＋界面迁移模型）269

参考文献271

演练习题272

备忘之页（9）渗碳珠光体275

附录276

物理常数276

单位符号276

SI词头符号276

希腊字母276

单位换算表277

元素周期表278

索引279

著者著作要目286

译后记296