Chemical Thermodynamics for Metals and Materials pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Publishing Company

作者:Hae-Geon Lee

出品人:

页数:309

译者:

出版时间:1999-10

价格:USD 37.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781860941771

丛书系列:

图书标签:

• 化学热力学
• 金属材料
• 相平衡
• 热力学性质
• 材料科学
• 冶金学
• 热处理
• 材料热力学
• 固态化学
• 热力学计算

深入理解材料科学中的热力学原理与应用：一本面向工程实践的指南 导言：材料热力学在现代工程中的核心地位 材料科学与工程的进步，在很大程度上依赖于对物质在不同温度、压力和成分条件下行为的精确预测和控制。热力学作为研究能量、功、热量以及物质状态之间关系的科学，构成了理解材料性能、稳定性和相变过程的基石。尤其在涉及金属、陶瓷、聚合物和复合材料的设计、制备和服役过程中，对热力学基础的深刻掌握是不可或缺的。 本书旨在为材料工程师、冶金学家、化学工程师以及相关领域的研究人员，提供一个全面、深入且高度侧重于工程应用的材料热力学框架。我们摒弃过于抽象的理论推导，而是聚焦于如何利用热力学原理来解决实际工程问题，预测材料在极端环境下的行为，并指导新材料的开发。全书的结构设计，力求在严谨的科学基础上，展现热力学在材料科学各个分支中的实用价值。 第一部分：热力学基础与基本概念的重新审视 本部分旨在为读者建立一个坚实的基础，但这并非简单的概念重复，而是侧重于从材料科学的视角对基本热力学定律进行重新诠释。 第一章：热力学体系与基本函数 我们将从定义清晰的系统边界和环境开始，强调在处理多相、多组分材料体系时，如何准确界定热力学系统。重点阐述吉布斯自由能 ($G$) 作为驱动相变和反应的中心函数的重要性。我们详细讨论了各种热力学势（内能 $U$、焓 $H$、亥姆霍兹自由能 $A$）在等温、等压或等容过程中的适用性。特殊关注在材料处理过程中常见的“非平衡态”与“准平衡态”的辨识，并说明如何利用有限时间内的热力学驱动力来指导工艺选择。 第二章：相律与组分热力学 相律是理解多相材料稳定性的核心工具。本章深入探讨了吉布斯相律在含有固溶体、化合物和气相的复杂体系中的应用。我们将详细分析相图的构建原理，特别是在高压或非化学计量体系中的扩展。此外，对组分热力学进行深入剖析，包括化学势 ($mu$) 的概念，以及它如何作为组分在不同相之间分配的驱动力。我们引入了活度 ($a$) 的概念，并阐述了其在描述溶液非理想行为中的关键作用，这对于理解合金中杂质的溶解和偏析至关重要。 第三章：热化学与反应平衡 本章聚焦于化学反应和热力学平衡。我们系统地讨论了反应的焓变 ($Delta H$)、熵变 ($Delta S$) 和吉布斯自由能变 ($Delta G$) 如何决定反应的自发性。重点在于如何利用标准生成焓和熵来计算复杂材料反应的平衡常数 ($K$)，并探讨温度和压力对平衡位置的定量影响。对氧化还原反应、碳化反应以及分解反应的实例分析，将帮助读者掌握如何利用热力学数据（如 Ellingham 图的现代扩展）来筛选潜在的制备或回收工艺。 第二部分：固态物质的热力学：缺陷、溶解与混合 材料的热力学特性往往由其内部结构决定，尤其是点缺陷和固溶体的形成。本部分将热力学的视角转向固态物质的微观结构。 第四章：晶体缺陷的热力学 本章是理解材料性能与结构关系的关键。我们详细分析了晶体中点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）的热力学形成能。通过统计力学方法，我们推导出缺陷浓度的温度依赖性，并阐明了缺陷热力学对材料宏观性质（如扩散、电导率）的间接影响。特别讨论了缺陷与外加场（如电场、应力场）相互作用时的热力学处理方法。 第五章：固溶体与混合物的热力学 固溶体是合金和陶瓷的基础。本章深入探讨了理想溶液、规整溶液和随机溶液的热力学模型。我们将重点放在如何使用亚拉图模型 (Sublattice Models) 和正则解模型 (Regular Solution Model) 来描述组分间的相互作用参数，从而精确预测固溶体的溶解度极限和偏离理想混合行为的程度。对过饱和固溶体的热力学稳定性分析，为热处理过程中的析出动力学预测奠定了基础。 第六章：表面与界面热力学 在纳米材料和薄膜技术中，界面现象起着决定性作用。本章引入了表面能 ($gamma$) 和界面能的概念，并阐述了其对材料形貌演变（如烧结、润湿）的驱动力。我们探讨了曲率对化学势的影响（如开氏效应），这对于理解纳米颗粒的溶解和生长至关重要。界面能的计算方法和实验测定，特别是对晶界结构的各向异性分析，将作为本章的重点。 第三部分：相变的热力学与动力学耦合 相变是材料科学的核心议题，本书将从热力学驱动力出发，探讨相变过程的驱动和阻碍因素。 第七章：一阶与二阶相变的热力学 本章系统分析了一阶相变（如熔化、固态晶格转变）和二阶相变（如顺磁到反磁转变）的热力学特征。对于一阶相变，我们着重分析了潜热和过冷/过热现象的热力学解释。二阶相变则通过 Ehrenfest 分类法，联系到比热容等热学性质的突变。对亚稳态（如马氏体相变中的剪切机制）的热力学描述将提供对这些重要转变的更深层次理解。 第八章：相图的构建与解释（高级应用） 本章扩展了基础相图的概念，聚焦于更复杂的工程体系。我们将详细讨论多元相图（三元和四元体系）的绘制方法，包括截面法、投影法和利用热力学计算来辅助相图预测。特别关注在非标准条件（如高压、惰性气氛或含氧化性气氛）下相图的偏移和稳定性分析，这对高温材料的加工和反应堆材料的选择至关重要。 第九章：热力学与扩散的关联 虽然扩散是动力学过程，但其热力学驱动力是理解扩散路径和速率的关键。本章建立了扩散流动与化学势梯度之间的定量关系（菲克定律与热力学驱动力的结合）。我们讨论了扩散的激活能，并将其与形成和迁移缺陷的热力学能联系起来，为理解固态反应和蠕变过程提供了热力学基础。 结语：热力学在材料设计中的未来展望 本书的最终目标是使读者能够将复杂的热力学工具应用于材料的理性设计中。通过整合计算热力学（如 CALPHAD 方法的应用概述）与实验数据，工程师可以更有效地筛选候选材料、优化热处理工艺，并预测材料在极端服役环境下的长期稳定性。本书强调的不是记忆公式，而是培养一种“热力学思维”，即任何材料的稳定性和转变都受到能量最小化原则的支配。这种思维方式将是应对未来高性能材料挑战的必备工具。

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书用最浅显最准确的英语描述，看完这本书你会发现英语有很多进步，专业基础词汇也记住了。 内容方面很人性化，每个小节分为text，examples和exercises三部分，text中讲解基本概念和理论，examples通过问答的形式延伸和拓展知识，exercises不言而喻就是训练把理论应用于计算。 ...

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