熔融金属物理初步PDF电子书下载

1 金属的电子云结构 1

1.1 Brillouin区和Fermi面的概念 1

1.2 自由电子模型和准自由电子模型 2

1.2.1 Drude-Lorentz经典理论 2

1.2.2 Sommerfeld模型 3

1.2.3 NFE模型概要 5

1.3 固态金属中电子的能带理论 5

1.3.1 三个基本假设 5

1.3.2 Bloch定理 6

1.3.3 能带结构概念 7

1.3.4 能带特点的分析——微扰法 8

1.3.5 有效势场 12

1.3.6 密度泛函理论（DFT）基础上的能带计算 16

1.4 金属熔体中电子态密度计算 18

1.4.1 Green函数法 18

1.4.2 由散射势计算电子态密度 19

1.4.3 电子态密度的一些计算结果 20

1.5 静态屏蔽效应和介电函数 20

1.5.1 Hartree近似 21

1.5.2 Thomas-Fermi近似 22

1.5.3 引入交换能与相关能后Thomas-Fermi近似的修正 24

1.5.4 Singwi/Tosi/Ichimaru的方法 24

1.6 交换势与相关势 24

附录1.1 Green函数概论 26

附录1.2 赝势 26

附录1.3 本征值和本征矢量 29

附录1.4 电子束被散射的行为 30

参考文献 31

2 金属的离子构型 32

2.1 金属键 32

2.2 离子构型的表征——静态结构因子S（q） 32

2.2.1 静态结构因子和偶相关系数 32

2.2.2 S（q）的另一种解释 35

2.2.3 总相关函数和直接相关函数 35

2.2.4 S（q）的模型计算 35

2.3 金属的状态方程及离子间势能 36

2.3.1 单原子熔体的状态方程 36

2.3.2 离子间势能 37

2.3.3 纯金属中背景势与有效偶势的分离 38

2.3.4 沟通微结构和热力学的桥——配分函数 39

2.4 静态结构和物性的关系 39

2.4.1 热容 39

2.4.2 恒温压缩率及声速 39

2.4.3 金属的内聚能和晶格自由能 40

2.5 二元合金中的偏结构因子 40

2.5.1 原子-原子偏结构因子 40

2.5.2 粒数-粒数、粒数-浓度、浓度-浓度偏结构因子 44

2.5.3 离子-离子、离子-电子、电子-电子偏相关函数 47

2.6 偶分布函数和偶相关函数 49

2.6.1 基本概念 49

2.6.2 三体相关关系 49

2.6.3 四体相关关系 50

2.7 用结构因子和偶相关函数讨论金属熔体的结构特点 51

2.8 用MD/MC模拟研究结构因子 55

参考文献 55

3 金属熔体中的动态结构因子 57

3.1 空间、时间的几个尺度 57

3.2 相关函数 58

3.2.1 概述 59

3.2.2 密度自相关函数 61

3.2.3 速度自相关函数 62

3.2.4 粒子流自相关函数 62

3.2.5 频率因子加合规则 64

3.2.6 Green-Kubo关系 65

3.3 起伏-耗散理论 66

3.3.1 耗散系数 66

3.3.2 记忆函数 67

3.3.3 线性响应 70

3.4 流体力学极限下的集约行为 71

3.4.1 由流体力学基本方程导出的S（q，ω） 71

3.4.2 Hubbard/Beeby理论 73

3.5 由流体力学极限向分子动力学区扩展时的集约行为 74

3.5.1 基于扩展Langevin方程的分析 74

3.5.2 黏弹性理论 74

3.5.3 过渡金属液中集约行为的模拟研究 75

3.6 单粒子动力学 77

3.7 纯金属的双组元理论 77

3.7.1 运动方程 78

3.7.2 纵向流体力学 79

3.7.3 质量-电荷密度响应函数 82

3.7.4 热力学平衡时的规律 84

3.8 二元合金中的流体力学 84

3.8.1 二元合金中的流体力学基本方程 84

3.8.2 质量-浓度动态结构因子 87

3.9 动态结构因子的测定 87

参考文献 90

4 离子迁移 92

4.1 扩散和自扩散 92

4.1.1 扩散系数和动态结构因子的关系 92

4.1.2 二元合金中两组元间的互扩散 94

4.1.3 合金中无相互作用的两种溶质间的互扩散 94

4.1.4 扩散的微观机制 96

4.2 黏度 98

4.2.1 黏度的物理意义 98

4.2.2 黏弹性模型 99

4.2.3 过渡金属液中黏度的模拟研究 101

4.2.4 Kramer理论的引用 102

4.3 表面张力 103

4.3.1 热力学概念 103

4.3.2 基于局域自由能密度的方法 103

4.3.3 基于各向异性偶势和偶相关函数的讨论 104

4.3.4 基于直接相关函数的方法 104

4.3.5 表面层的构筑涉及离子的迁移 105

4.3.6 基于非均匀电子云理论的模型 106

4.3.7 纯金属表面层结构的实验研究 107

4.3.8 二元合金的表面层 111

4.4 空穴浓度及其形成能 114

4.4.1 空穴的平衡浓度 114

4.4.2 空穴形成能 114

4.5 重要的命题 116

4.5.1 空穴瞬间分布图 116

4.5.2 BS谱 116

4.5.3 初生脱氧产物自发形核过程研究的思考 117

参考文献 118

5 外场作用下的物性 121

5.1 电子的行为 121

5.1.1 自由电子的迁移 121

5.1.2 固态金属中电子运动的半经典模型 123

5.1.3 静电场中电子的运动 124

5.1.4 恒磁场中电子的运动 126

5.1.5 Landau能级和Zeeman分裂 127

5.2 电导率 128

5.2.1 自由电子的电导率 128

5.2.2 电子被散射对电导率的影响 130

5.2.3 交变电场下的电导率 130

5.2.4 用结构因子讨论电导率和介电系数 131

5.2.5 电场-磁场耦合作用下的电阻率 132

5.2.6 合金的电导率 132

5.3 热导率 134

5.4 液态合金中离子的电迁移及热致扩散 135

5.5 磁化率 137

5.5.1 电子的轨道磁矩 137

5.5.2 原子的磁性 138

5.5.3 磁场中的原子 139

5.5.4 固体磁性概述 140

5.5.5 载流子的磁效应 142

5.5.6 电子-电子相互作用等对磁化率的影响 143

5.5.7 Knight位移 145

5.5.8 3d过渡金属和合金的磁性 147

5.5.9 讨论：强静磁场在冶金与材料制备中的应用 149

参考文献 153

6 金属凝固时自发形核的实验研究和模拟结果 155

6.1 晶核萌发的四个尺度 155

6.2 浅过冷时的自发形核 157

6.2.1 浅过冷时小簇-核胚-晶核的转化过程 157

6.2.2 若干模拟研究结果 159

6.3 由浅过冷到深过冷的变化 160

6.4 由形核到相分离 165

附录6.1 局域中离子构型的辨识 170

附录6.2 Wigner 3j symbol 183

参考文献 184

7 金属凝固过程中自发形核的理论 187

7.1 浅过冷条件下的自发形核问题 187

7.1.1 传统形核理论的要点 187

7.1.2 Vinet等的工作 188

7.2 凝固过程自发形核的场论 189

7.2.1 Ising模型／平均场理论／Landau自由能 190

7.2.2 亚稳态的场论 192

7.2.3 失稳区及其近傍的动态结构因子 199

7.3 自发形核的密度泛函理论 201

参考文献 202

8 金属凝固态显微形貌的描述 204

8.1 渐变界面的概念 204

8.2 相／场理论要点 206

8.3 渐变界面模型 209

参考文献 210

9 应用光散射研究熔融金属动力学的若干问题 212

9.1 常规的激光Brillouin谱 212

9.1.1 概论 212

9.1.2 谱仪 213

9.1.3 表面谱测定 215

9.1.4 动态光散射（DLS） 219

9.1.5 磁振子所致的BS谱 222

9.2 受激的LBS（S-LBS） 222

9.2.1 SBG 223

9.2.2 ISBS和ISTS 224

9.3 冶金传输研究中应用光散射及相关测试方法的可行性讨论 228

9.3.1 可望用于选矿等资源综合利用工程研究的测试方法 228

9.3.2 用于高温冶金传输研究的测试方法 228

参考文献 229