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第一章 绪论1

1 合金1

1.1 性能1

1.2 结构6

1.3 过程8

1.4 能量12

2 合金能量学14

参考文献16

1.1 温度和热平衡17

1 温度和压力17

第二章 热力学17

1.2 压力和气体状态方程19

1.2.1 气体状态方程19

1.2.2 气体的压强方程和能量22

(一)长方体的容器23

(二)任意形状的容器26

2 热力学第一定律--能量关系28

2.1 功31

2.2 热35

2.3 内能39

2.4 焓41

2.5 热效应和热化学43

3 热力学第二定律--过程方向48

3.1 过程方向和过程限度50

3.2 熵--热力学定义53

3.3 熵变的计算及熵的特点58

3.4 熵--统计意义65

4 关闭体系的能量和过程68

4.1 自由能和自由焓68

4.2 热力学关系式72

4.2.1 热弹效应76

4.2.2 两个TdS方程78

4.3 广义的焓和自由焓79

4.3.1 热磁效应80

4.3.2 可逆电池--电化热效应81

5 化学热力学83

5.1 化学位84

5.2 反应方向和平衡条件89

5.2.1 相平衡89

5.2.2 相律91

5.2.3 化学反应平衡92

5.3 逸度和活度93

5.3.1 单元系94

5.3.2 混合气体96

5.3.3 溶液和固溶体97

5.3.4 偏摩尔函数99

5.3.5 溶体的类型102

(一)理想溶体102

(二)稀溶体104

(三)规则溶体106

5.3.6 二元系中的活度108

5.3.7 标准状态的转换112

5.3.8 多元系中的活度114

5.4 平衡常数120

5.5 化学稳定性和稳定性图127

5.5.1 化学反应的标准自由焓变化图128

5.5.2 溶体的稳定性--气体和夹杂134

(一)气体溶解度和白点135

(二)夹杂物的形成139

(三)选择性氧化141

(一)金属腐蚀的基本概念143

5.5.3 腐蚀产物稳定性图143

(二)电位-pH图147

(三)混合氧化图150

6 热力学第三定律--熵值计算151

6.1 第三定律152

6.2 实验验证153

6.3 应用157

参考文献167

1 引言169

第三章 熵与结构169

2 组态熵171

2.1 置换固溶体及空位固溶体171

2.2 间隙固溶体--αFe-C系173

2.3 有序固溶体177

3 运动熵179

3.1 麦-玻能量分配律及配分函数180

3.2 固体的振动熵184

3.2.1 爱因斯坦模型185

3.2.2 德拜模型188

3.2.3 应用192

3.3 单原子气体的平移运动熵195

3.3.1 相空间195

3.3.2 玻-爱统计法196

3.3.3 能量表达式199

3.3.4 平移运动熵203

3.4 金属中自由电子比热204

3.4.1 自由电子气204

3.4.2 费-狄统计法205

3.4.3 电子热容209

3.5 黑体辐照的能量211

3.6 磁熵216

3.7 顺磁体的电子自旋219

附录 εm与T的关系--电子热容的推导223

参考文献227

第四章 焓与结构228

1 引言228

2.1 自由原子的电子结构229

2 结合能229

2.2 结合键和晶体类型233

2.2.1 离子键晶体234

2.2.2 共价键晶体236

2.2.3 金属键晶体238

2.2.4 分子键晶体244

2.2.5 晶体结构244

2.3 结合力与结合能247

2.4 离子键晶体的内能250

3 合金的能量256

3.1 元素的电负性及准化学处理257

3.1.1 电负性257

3.1.2 准化学处理--二元置换固溶体的固溶度262

(一)内能(U)随成分的变化262

(二)组态熵(S)随成分的变化263

(三)自由能(F)随成分的变化264

(四)固溶度方程265

(五)讨论268

(六)经验规律270

(七)基本参量273

(一)溶体类型279

3.1.3 准化学处理--其它应用279

(二)长程有序--AB型合金281

(三)铁磁-顺磁转变286

(四)短程有序287

3.2 原子尺寸因素及应变能291

3.2.1 原子尺寸因素292

3.2.2 可变性294

(一)内因295

(二)外因299

3.2.3 应变能304

3.3 电子浓度因素及费米能305

3.3.1 电子浓度因素306

3.3.2 电子逸出功310

3.3.3 三元合金中氢的溶解度313

3.3.4 电子化学位及费米能315

4 缺陷晶体的能量317

4.1 原子型晶体缺陷319

4.1.1 纯金属中的空位320

4.1.2 空位相322

4.2.1 元素半导体323

4.2 电子型晶体缺陷323

4.2.2 化合物半导体327

(一)氧化膜的结构及扩散机理327

(二)氧化的半导体理论330

参考文献332

第五章 应力、应变和应变能334

1 应力335

1.1 应力分量335

1.1.1 四面体面应力之间关系336

1.1.2 六面体的应力分量339

1.2 主应力341

1.3 主应力的性质和应力状态343

1.4 平衡方程350

2 应变353

2.1 应变分量353

2.2 主应变360

2.3 表面应变的测定及二维应力态分析364

2.4 连续条件方程371

3 应力与应变的关系374

3.1 应变能374

3.2 广义虎克定律378

3.3 实际物体的柔性系数和坚韧系数380

3.3.1 晶体的柔性系数和坚韧系数380

3.3.2 各向同性体工程弹性模量之间关系383

3.3.3 晶体弹性模量与工程弹性模量的关系391

4 弹性问题的解393

4.1 位移问题394

4.2 应力函数问题397

4.3.1 平面应变401

4.3 平面问题的弹性解401

4.3.2 平面应力405

4.3.3 反平面应变409

4.3.4 弹性问题的极坐标解410

5 塑性力学基础416

5.1 屈服判据和强度理论417

5.1.1 最大切应力判据418

5.1.2 应变能判据418

5.1.3 两种屈服判据的比较420

(一)扭转时纯剪420

(三)平面应力状态421

(二)薄壁管的轴向拉伸和扭转421

(四)平面应变状态423

5.1.4 其它两种强度理论424

5.2 塑性问题的解425

5.2.1 应力和应变关系425

(一)塑性流动理论427

(二)小塑性变形理论429

5.2.2 塑性应变能431

5.2.3 滑移场理论431

6.1.1 置换型固溶体的弹性应变能434

6.1 能量434

6 应用434

(一)刚性溶质模型435

(二)溶质和溶剂都是弹性介质437

(三)溶质原子的静压功443

6.1.2 位错的弹性应变能444

(一)螺型位错444

(二)刃型位错446

(三)混合位错447

6.2 性能448

(一)过程的推动力452

6.3 结构和过程452

(二)过程的阻力454

(三)过程的结果454

参考文献454

第六章 界面结构与界面能456

1 引言--界面的分类456

2 表面457

2.1 界面热力学457

2.1.1 平面457

(一)纯组元比表面能的测定458

(二)二元系的表面吸附459

2.1.2 曲面461

(一)液滴的蒸汽压及固粒的溶解度463

(二)沉淀相粒子的长大464

2.2 结构和能量467

2.2.1 准化学方法估算表面能--结合键467

2.2.2 从结合力及结合能曲线估算表面能469

(一)图解法469

(二)Morse函数法470

2.2.3 表面晶体缺陷471

2.2.4 表面电子结构474

2.2.5 影响表面能的因素476

3 晶界480

3.1 结构与能量480

3.1.1 晶界面的几何关系480

3.1.2 结构模型481

3.1.3 小角晶界的能量483

3.1.4 大角晶界的能量486

(一)测定486

(二)计算490

3.1.5 晶粒形状492

3.2 晶界化学496

3.2.1 晶界偏析496

(一)晶界偏析方程496

(二)影响因素498

(三)晶界区的最大溶解度499

(四)研究方法505

3.2.2 实际问题507

(一)沿晶界偏析区内的断裂507

(二)非平衡的晶界偏析508

(三)第三化学组元的影响509

(四)晶界沉淀511

(五)晶间腐蚀及晶界区强度512

4 相界513

4.1 液/固相界面513

4.1.1 纯物质的液/固相界面513

4.1.2 润湿性515

(一)二面角--液相形状515

(二)接触角--润湿性516

(三)接触角--非均匀形核518

4.2 固相之间的界面521

4.2.1 相界面能(γαβ)的测定521

4.2.2 相界面能(γαβ)的计算524

(一)化学项(γο)524

(二)结构项(γ？)526

5 其它界面528

5.1 层错及孪晶528

5.2 磁畴壁530

5.3.1 能量分析535

5.3 金属-电解液界面535

5.3.2 双电层结构536

附录(一) Kelvin公式的另一推导538

附录(二) 晶界区原子间距的高斯分布539

参考文献541

第七章 相图与热力学函数543

1 引言543

2.1 相图的分析与合成544

2.1.1 恒压条件544

2 单元系544

2.1.2 T-P 曲线545

2.2 气-液及气-固平衡548

2.3 液-固及固-固平衡552

2.4 热力学参量之间的经验关系555

2.4.1 热容555

2.4.2 蒸发熵及熔化熵556

2.4.3 蒸气压及沸点557

3 二元系558

3.1 几何热力学558

3.2.1 一般分析560

3.2 相图的分析560

3.2.2 液相型线及固相型线563

(一)液相线的热力学关系式563

(二)固相线及凝固范围566

(三)液相线及固相线组合的类型568

(四)铁基合金的γ相线及α相线570

3.2.3 溶解度线572

(一)热力学分析--固溶度572

(二)热力学分析--固相在液相中的溶解度574

(三)热力学分析--液相在固相中的溶解度577

(四)固溶度方程580

3.3 相图的合成583

3.3.1 相图的测定584

(一)熔点和凝固潜热584

(二)电动势法测定活度及相图计算587

3.3.2 相图的计算588

(一)物理模型及数学解590

(二)Fe-Mn相图的γ相线及α相线592

(三)难熔金属间的二元相图593

(四)计算机计算相图601

4.1 一般分析602

4 多元系602

4.2 Fe-M-C相图的富铁区604

4.3 溶解度积607

5 亚稳相611

5.1 亚稳相的形成611

5.1.1 亚稳相的成分612

5.1.2 亚稳相的形状和取向614

5.1.3 亚稳相的结构614

5.1.4 亚稳相的尺寸615

5.2.1 证明616

5.2 亚稳相的溶解度定律616

5.2.2 应用619

参考文献621

第八章 能量分析方法623

1 平衡结构623

2 失稳条件625

3 过程进度626

4 过程速度628

5 过程选择629

参考文献631