固态相变原理 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

《固态相变原理》在经典相变理论基础上，引入相变的统计理论，尽量反映本领域内的新学术研究成果及与相关领域的交叉、融合情况。《固态相变原理》共分5章，第1章简要回顾了固态相变研究发展历程与意义；第2章扼要讨论了固态相变特征与分类以及经典的非匀相固态相变基础理论；第3章着眼于固溶体的分解，总结了各类典型的重构型相变特征及机理；第4章重点讨论了位移型相变特征与典型的调位型和点阵畸变型相变过程和机理；第5章简要介绍了相变的统计理论。

《固态相变原理》不仅可以用作材料科学与工程学科本科生高年级和研究生教材，也可供从事材料科学与技术工作的科技人员及其他相近专业师生参考。

前言

第1章 绪论

1．1 课程内涵及研究意义

1．1．1 引言

1．1．2 相变研究的意义

1．2 相变研究发展简况

1．3 课程主要内容

第2章 固态相变概论

2．1 相及相转变

2．1．1 相的描述

2．1．2 相变的定义

2．2 相变热力学基础

2．2．1 基本概念

2．2．2 热力学定律

2．2．3 热力学第二定律

2．2．4 几个重要的热力学函数

2．2．5 热力学的基本公式

2．3 固态相变特征

2．3．1 相界面

2．3．2 应变能

2．3．3 位向关系

2．3．4 惯习面

2．3．5 晶体缺陷的作用

2．3．6 过渡相

2．4 固态相变的分类

2．4．1 按热力学分类

2．4．2 按结构变化分类

2．4．3 按动力学机制分类

2．4．4 其他分类方法

2．5 非匀相固态相变的形核

2．5．1 相变驱动力

2．5．2 均匀形核

2．5．3 形核率

2．5．4 非均匀形核

2．6 非匀相固态相变的长大

2．6．1 固态相变的长大类型

2．6．2 固态相变长大机制

2．7 非匀相转变动力学

2．7．1 等温转变量一时间关系曲线

2．7．2 J-MHA方程

2．7．3 等温转变曲线图

2．8 固态相变产物的粗化

2．8．1 吉布斯-汤姆孙效应

2．8．2 弥散沉淀相的粗化

2．8．3 晶粒的粗化

第3章 重构型固态相变

3．1 脱溶沉淀

3．1．1 沉淀条件

3．1．2 沉淀驱动力

3．1．3 普通沉淀

3．2 胞状沉淀

3．3 相间沉淀

3．3．1 沉淀产物形态

3．3．2 相间沉淀条件

3．3．3 沉淀机制

3．3．4 应用

3．4 调幅分解

3．4．1 热力学条件

3．4．2 动力学机制

3．4．3 调幅分解特点及应用

3．5 共析分解

3．5．1 热力学特点

3．5．2 转变动力学

3．6 贝氏体相变

3．6．1 贝氏体形态与晶体特征

3．6．2 转变机制

3．6．3 争议问题

3．7 块状转变

3．8 固溶体有序化

3．8．1 概论

3．8．2 有序度参量

3．8．3 转变类型

3．8．4 有序化机制及动力学

3．8．5 有序化对材料性质的影响

3．8．6 经典固溶体理论的不足与修正

第4章 位移型固态相变

4．1 概念与分类

4．2 位移型相变概论

4．2．1 结构关系

4．2．2 不变平面应变

4．2．3 点阵不变应变

4．2．4 位移型相变的预转变态

4．2．5 位移型相变的显微结构特征

4．3 调位型转变

4．3．1 铁性转变

4．3．2 ω转变

4．4 马氏体型转变

4．4．1 概述

4．4．2 马氏体型转变的晶体学特征

4．4．3 马氏体转变热力学及动力学

4．5 赝马氏体转变

第5章 相变的统计理论简介

5．1 统计物理学的建立和发展

5．2 基本概念

5．2．1 系统的微观运动状态及其描述

5．2．2 等概率假设

5．2．3 三类系统的分布和微观态数

5．3 临界现象与平均场近似

5．3．1 临界点与临界现象

5．3．2 范德瓦耳斯方程与平均场近似

5．4 朗道理论

5．4．1 序参量

5．4．2 朗道理论

5．4．3 连续相变的特点以及其物理图像

5．5 标度律与普适性

5．6 重正化群理论

参考文献

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书摘插图

《固态相变原理》：

　　2.1.1相的描述

　　相是指合金中结构相同、成分和性能均一并以界面相互分开的组成部分。由一种固相组成的材料称为单相材料，由几种不同相组成的材料称为多相材料。固态材料中常见的相，有单质、纯净相、固溶体、化合物等，在系统经受温度或压力变化时可以发生溶解、析出或相互转变。

　　从微观角度（分子运动论）上，通常可以通过结构对称性（如分子和原子的空间位置）以及它们的运动和相互作用来描述一个相。

　　所谓空间结构对称性，从数学上讲，是指物体在空间运动（变换操作）时其对称群（对称操作）的高低。数学上定义，一组能够任意地平动、旋转和反演的操作（空间群）被定义为欧几里得群。如果一个物体在经历各种空间变换操作后仍保持不变，它的对称群即为欧几里得群，它具有很高的对称度、很低的空间有序性。流体（液体和气体）的特点就是如此，流体在经历所有上述空间变换操作后都不发生变化（即无变度），因而流体的对称群为欧几里得群。换句话说，流体具有的对称操作多，它的对称性在所有的相态中也，而它的有序性。或者说，流体只具有短范围有序，而非长范围有序，人们不能靠对称性来区分液体和气体，而只能通过连续改变体系的热力学函数，在经过临界点时实现从液相到气相的变化。

　　对于其他的相态（固态），内部有序结构的存在会引起空间对称性的下降，比如结构中存在某些特定位置和旋转的长程有序，使对称性的操作度减少。它们仅在某些欧几里得子群下，对称群是不变的，与流体相比，具有较低的对称性和较高的有序性。例如，结晶的固体，仅对某些独立的晶格平动和点群操作而言平均结构是不变的。对于介晶相，则引入某些位置和旋转长范围有序以定义一类材料，其有序和对称性介于均相的各相同性液体和结晶的固体之间。

　　描写处于一定凝聚态形式的物质的状态有特定的方法。传统上，一个体系的微观描述与其结构对称性相关，如原子或分子在三维空间的位置，同时与其组分的运动和相互作用有关。描述少数粒子运动规律和相互作用的科学称为力学（包括经典力学和量子力学等），它适用于描述微观现象，通过求解一系列微分方程来实现。然而对于包含大量粒子的体系（如1L水含有l027个分子），对于描述宏观大体系（相态）的状态，经典力学方法得不到解析结果。而另一套行之有效的描述宏观现象的方法是使用温度（T）、压力（p）、体积（V）、能量（E）和熵（S）等宏观变量，以及物质参数，如比热容、压缩率和磁化率等，这种方法称热力学方法。热力学以几个经验定律为基础（如经典的热力学三定律：能量守恒定律、熵定律、热不能从低温物体传给高温物体），通过测量、计算、比较物质在不同状态的热力学参数（如温度、压力、内能、焓、熵等）来区分，描写不同的物质状态，了解物质运动的规律。热力学对体系宏观性质的描写和力学对体系微观运动的描写实际上是相辅相成的，热力学所描述的体系的宏观性质实际是微观的大量原子和分子运动性质的平均结果。连接宏观相态性质与微观结构运动的桥梁则是统计力学，主要方法为平均场方法。

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评论

前言

固态相变原理是材料科学与工程学科的重要基础课程。传统的固态相变课程及教材主要以金属材料尤其是钢铁材料中一级相变为主，从热力学和微观结构变化的观点，讲述金属材料中所涉及的扩散与无扩散相变，内容较为陈旧、视角略显狭窄，且与本科相应课程内容有较多重叠。另外，近几十年来理论物理学在相变研究，尤其是连续相变理论研究方面取得了重大突破，传统的固态相变课程与教材较少涉及这方面内容，不利于开阔学生视野、培养学科交叉的创新能力。国外大学已逐渐将相变的统计理论与传统的金属相变理论融合交叉确定课程内容，反映了相变理论研究的新进展，而国内各高校材料科学与工程学科固态相变课程大部分仍然以经典相变理论为主。

　　为此，作者从2004年开始进行固态相变课程教学改革，在经典相变理论基础上，引入相变的统计理论，拓宽教学内容，尽量反映本领域内的新学术研究成果及与相关领域的交叉、融合情况。课程主要包括固态相变概论、重构型固态相变、位移型固态相变、相变的统计理论简介以及相变研究应用实例等部分，并于2006年被批准列入哈尔滨工业大学研究生主干课程建设，已完成建设内容，待验收。

　　目前关于固态相变原理的专著与教科书较多，大致分为两类：一类是材料学者结合自己科研方向和领域所撰写的、主要涉及金属材料的固态相变教材，其层次较浅不适合研究生固态相变原理课程教学；另一类是由物理学家所撰写的相变理论专著或者翻译出版的国外专著，其涉及相变统计理论较多，内容艰涩难懂，也不适合本课程教学所需。因此，目前尚没有适合材料学研究生教学的、体系合理的、难易程度适中的关于固态相变的教材。

　　为了提高材料科学与工程学科研究生的质量，总结主讲教师近年来对固态相变原理课程改革的教学经验和体会，根据改革后的课程教学内容和教案，编写适合本课程教学的“固态相变原理”教材十分必要，学生呼声也非常迫切，为此撰写了本书以供教学亟须。本书在原有课程讲义基础上，根据试用情况进一步增补修订，不仅可供材料学高年级本科生和研究生教学所需，还可供材料科学领域科技工作者参考。

书籍介绍

《固态相变原理》介绍：

固态相变原理是材料科学与工程学科的重要基础课程。传统的固态相变课程及教材主要以金属材料尤其是钢铁材料中一级相变为主，从热力学和微观结构变化的观点，讲述金属材料中所涉及的扩散与无扩散相变，内容较为陈旧、视角略显狭窄，且与本科相应课程内容有较多重叠。另一方面，近几十年来理论物理学在相变研究尤其是连续相变理论研究方面取得了重大突破，传统的固态相变课程与教材较少涉及这方面内容，不利于开阔学生视野、培养学科交叉的创新能力。国外大学已逐渐将相变的统计理论与传统的金属相变理论融合交叉确定课程内容，反映了相变理论研究的新进展。而国内各高校材料科学与工程学科固态相变课程大部分仍然以经典相变理论为主。主要包括固态相变概论、重构型固态相变、位移型固态相变、相变的统计理论简介以及相变研究应用实例等部分。并于2006年批准列入哈尔滨工业大学研究生主干课程建设，已完成建设内容待验收。