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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