冶金和材料计算物理化学PDF电子书下载

1相图和热力学的计算机耦合 1

1.1计算热力学和相图计算的发展历程 1

1.2相图计算的过程和特点 2

1.2.1CALPHAD方法的主要步骤 2

1.2.2CALPHAD方法的主要优点 3

1.3参考态和纯元素的热力学性质 4

1.3.1稳定元素参考态 4

1.3.2晶格稳定性参数 4

1.3.3纯组元参考态 4

1.4.1正规溶液模型 5

1.4溶液相的热力学模型 5

1.4.2亚正规溶液模型和似正规溶液模型 7

1.4.3似化学平衡处理——似化学理论 8

1.4.4扩展的似化学理论 8

1.4.5亚晶格模型或亚晶格——化合物能模型 11

1.5描述体系热力学性质的解析表达式 15

1.5.1以摩尔分数为浓度单位的幂级数表达式 15

1.5.2以摩尔质量为浓度单位的幂级数表达式 16

1.5.3Red1ich-Kister展开式 17

1.5.4勒让德多项式 17

1.5.5解析表达式的改进形式 18

1.6.1对称模型 19

1.6由二元系性质预示多元系性质的几何模型 19

1.6.2非对称模型 21

1.6.3判断对称性的热力学准则 23

1.6.4通用几何模型 26

1.7相图和热力学性质的优化分析 27

1.7.1线性最小二乘法 27

1.7.2高斯最小二乘法 28

1.7.3强化最小二乘法 30

1.7.4贝耶斯最小二乘法 30

1.8.1等化学位法：体系平衡状态的强度判据 31

1.8相图计算原理和方法 31

1.8.2自由能最小法：体系平衡状态的广度判据 36

1.9冶金和材料热力学数据资源和计算软件 37

1.9.1热力学数据和相图资源 37

1.9.2数据库和计算软件 39

1.10相图计算实例 43

1.11CALPHAD方法和物理性质的计算机耦合 43

1.11.1CALPHAD方法和动力学参数的计算机耦合 43

1.11.2CALPHAD方法和熔体表面张力预测的计算机耦合 44

附录 47

参考文献 48

2.1概述 53

2无机物物性估算系统及网络资源 53

2.2无机化合物热力学性质估算 54

2.2.1生成焓 54

2.2.2标准熵 60

2.2.3热容 68

2.2.4吉布斯生成自由能 71

2.2.5无机化合物的其他物性 73

2.3建立网络化的估算系统及网上资源 73

2.3.1如何建立网络化的估算系统 73

2.3.2网络估算系统的发展 74

2.3.3网络估算系统的展望 75

参考文献 84

3模式识别在冶金中的应用 86

3.1模式识别方法简介 86

3.2人工神经网络及遗传算法简介 89

3.3KDPAG型信息处理专家系统 90

3.4模式识别优化软件在钢铁生产中的应用 91

3.4.1合金钢研制、中间试验和生产优化问题 91

3.4.2炼钢过程的数据分析和优化问题 92

3.4.3模式识别用于炼焦配比的优化 93

3.4.4模式识别在降低焦比中的应用 93

3.5模式识别优化软件在有色冶金中的应用 94

3.6.1模式识别数据分析软件在相图计算中的应用 95

3.6模式识别数据分析软件在冶金研究中的应用 95

3.6.2模式识别数据分析软件在新产品开发中的应用 100

参考文献 104

4材料微观结构的原子簇模型计算 105

4.1基本近似原理 106

4.1.1电子运动与核运动分别处理 106

4.1.2原子簇体系电子态表示 107

4.1.3原子轨道线性组合（LCAO）近似 108

4.2Hartree-Fock方法 108

4.2.1Hartree-Fock方程 109

4.2.2基组 110

4.2.3微观信息 111

4.2.4半经验计算方法 113

4.3密度函数理论DFT方法 113

4.3.1Kohn-Sham方程 114

4.3.2交换相关势的物理意义 114

4.3.3局域密度函数近似的交换相关能 115

4.3.4密度函数方法的计算过程 116

4.3.5密度函数方程性质 117

4.4原子簇模型设计 118

4.4.1原子簇取法 118

4.4.2原子簇模型的边界条件 119

4.4.3点电荷自洽晶体场 120

4.4.4Ewald晶体场模型 121

4.5.1氟掺杂铋系高温超导体电子结构的变化 122

4.5.2YBa2Cu3O7及其掺杂电子结构变化的HF计算 122

4.5模拟凝聚态的原子簇模型计算例子 122

4.5.3金属玻璃磁矩与电荷迁移的关系 123

4.5.4铝中氢－空位复合体的电子结构与几何构型 124

4.5.5铝溶解在冰晶石－氧化铝熔液中形态 125

4.5.6铝酸钠溶液紫外吸收峰的指认 125

参考文献 127

5.1金刚石低压气相生长的历史与方法 129

5.1.1金刚石低压气相生长的历史 129

5金刚石低压气相生长的热力学计算 129

5.1.2激活低压金刚石气相生长方法 130

5.2金刚石低压气相生长的实验现象与热力学困惑 131

5.3非平衡热力学耦合模型 132

5.3.1非平衡热力学耦合模型理论 132

5.3.2非平衡热力学耦合机理 133

5.3.3非平衡定态相图及其计算 133

5.4人造金刚石生长中的反应势垒研究 138

5.4.1引言 138

5.4.2高温高压法（HPHT）的反应势垒 139

5.4.3高压（HP）催化法的反应势垒 140

5.4.4激活低压CVD法的反应势垒 141

5.5.1气相生长金刚石与石墨的驱动力 143

5.5低压气相生长金刚石和石墨的驱动力 143

5.5.2超平衡氢原子的作用 144

参考文献 146

6计算热力学 147

6.1引言 147

6.2自由能最小是稳定状态原理 147

6.2.1纯物质体系的平衡计算 147

6.3溶液数据库 150

6.3.1正规溶液和幂级数模型 150

6.2.2有溶液相参与的平衡计算 150

6.3.2熔锍相数据库——似化学模型 151

6.3.3熔融铜相数据库 153

6.3.4熔渣相数据库 154

6.4优化技术 156

6.5相图计算 156

6.6铜熔炼和吹炼过程的平衡计算 157

6.6.1铜在无硫渣中的溶解度 157

6.6.2渣中的硫含量 158

6.6.3渣中“磁铁矿”含量的计算 158

6.6.4熔锍－渣平衡计算 158

6.7结论 159

参考文献 160

7.1引言 162

7.2本征扩散系数的估算 162

7多元合金扩散系数的计算 162

7.3动力学因子的估算 163

7.4热力学因子的估算 164

7.5由本征扩散系数计算互扩散系数 165

7.6PROFILER程序的应用 166

7.7结论 167

参考文献 168

8Ni-Y拉维斯相金属间化合物中自扩散现象的分子动力学模拟 169

8.1导言 169

8.2.1原子间势能 170

8.2计算方法 170

8.2.2分子动力学计算 171

8.3结果和讨论 172

8.3.1空位形成和键序 172

8.3.2理想晶体计算 173

8.3.3空位结构计算 174

8.3.4晶粒边界结构计算 175

8.3.5无序结构计算 177

8.4结论 178

参考文献 179

9.1导言 180

9电化学过程的计算机模拟 180

9.2建立模型 181

9.2.1建立传质模型 182

9.2.2建立电极表面的电荷传递模型 183

9.3数字模拟——基本体系 184

9.3.1一步反应，一种扩散物质 184

9.3.2一步反应，两种扩散物质 188

9.3.3化学反应 188

9.4数字模拟—高级体系 189

9.4.1可逆多步反应 189

9.4.2电荷转移控制的多步反应 191

9.5.2金属镀层 195

9.5建立模型实例 195

9.5.1数据拟合 195

9.5.3金属电沉积 196

9.6金属内扩散的数值分析 198

9.6.1内扩散的电化学测量原理 198

9.6.2合金本体中的扩散 199

9.6.3在若干初始原子层的扩散 202

9.6.4暂态电化学方法和界面传输 205

9.7结论 205

参考文献 207