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第1章 自由能与热力学平衡1

1.1 热力学基础1

1.1.1 热力学函数1

1.1.2 热力学定律3

1.1.3 吉布斯自由能6

1.2 平衡的概念7

1.2.1 晶体中的平衡空位浓度8

1.2.2 相界面处的平衡成分9

1.2.3 相变过程的平衡10

1.3 二元体系概述11

1.3.1 溶液模型11

1.3.2 活度与化学位14

1.4 自由能与成分关系曲线（G图）15

1.5 思考题19

第2章 相图热力学21

2.1 相图与自由能曲线图21

2.1.1 完全互溶体系21

2.1.2 固态下存在互溶间隙的二元体系22

2.1.3 共晶与包晶体系24

2.1.4 包含中间相的二元体系26

2.1.5 相图的阅读与理解28

2.2 相图与热力学参数31

2.2.1 固溶度线（solvus）31

2.2.2 固相线（solidus）与液相线（liquidus）33

2.3 思考题34

第3章 晶体的界面36

3.1 表面及其热力学特性36

3.1.1 表面自由能与表面张力36

3.1.2 拉普拉斯方程38

3.2 晶界类型与晶界模型39

3.2.1 晶界的基本特征39

3.2.2 晶界类型及其自由能41

3.2.3 多晶体材料中的晶界局部平衡44

3.2.4 多相固体中的相界面46

3.3 第二相颗粒的纳米尺寸效应47

3.4 界面自由能取向关系图50

3.5 思考题52

第4章 固体中的扩散53

4.1 扩散现象与扩散机制53

4.1.1 扩散与自由能53

4.1.2 原子随机跳跃与菲克第一定律55

4.1.3 扩散激活能56

4.1.4 菲克第一定律在稳态扩散过程中的应用58

4.2 扩散问题中的量纲与相似分析61

4.3 菲克第二定律63

4.3.1 菲克第二定律的数学特征分析63

4.3.2 高斯解64

4.3.3 误差函数解67

4.3.4 正弦函数解74

4.3.5 指数函数解77

4.4 多相系统中的扩散78

4.5 思考题80

第5章 凝固81

5.1 形核过程81

5.1.1 形核功与形核半径82

5.1.2 二元合金中的形核驱动力84

5.1.3 非均匀形核88

5.1.4 形核速率89

5.2 凝固时的固相生长91

5.2.1 金属的连续生长91

5.2.2 化合物的侧向生长92

5.2.3 凝固过程中界面处的热传输95

5.3 合金的凝固过程97

5.3.1 凝固过程与相图97

5.3.2 合金凝固时的成分过冷104

5.4 思考题107

第6章 扩散控制固态相变108

6.1 固相中的形核108

6.1.1 固相形核过程中的自由能变化108

6.1.2 临界晶核半径与形核势垒111

6.1.3 形核速率112

6.2 界面平衡成分与新相长大动力学113

6.2.1 平面增厚型长大114

6.2.2 具有弯曲侧面或端部的析出颗粒的长大117

6.3 界面能驱动的动力学过程119

6.3.1 颗粒粗化119

6.3.2 晶粒长大122

6.4 固态相变实例讨论127

6.4.1 时效硬化127

6.4.2 调幅分解130

6.5 三元系中的扩散与固态相变133

6.5.1 三元系的自由能和相图特征133

6.5.2 三元固溶体的活度与均匀化过程134

6.5.3 三元系中的扩散控制沉淀析出过程137

6.6 思考题140

参考文献141