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第1篇 基于液—固转变的材料加工 3

1 液态金属与凝固结晶 3

1.1 液态金属的结构和性质 3

1.1.1 金属从固态熔化为液态时的变化 3

1.1.2 液态金属的结构 6

1.1.3 液态金属的性质 9

1.2 凝固结晶热力学和动力学 16

1.2.1 金属液—固转变的热力学条件 16

1.2.2 均质形核 18

1.2.3 异质形核 20

1.2.4 晶体长大 22

习题 26

参考文献 27

2 液态金属的流动与凝固传热 28

2.1 液态金属的流动性和充型能力 28

2.1.1 液态金属流动性与充型能力的基本概念 28

2.1.2 液态金属的停止流动机理 29

2.1.3 液态金属充型能力的计算 30

2.2 液态金属的流动 31

2.2.1 凝固过程中液体流动的分类 31

2.2.2 凝固过程中液相区的液体流动 32

2.2.3 液态金属在枝晶间的流动 34

2.3 凝固传热 35

2.3.1 铸造过程中的传热 35

2.3.2 焊接过程中的传热 41

习题 45

参考文献 45

3 凝固过程与组织控制 47

3.1 凝固过程概述 47

3.1.1 凝固过程简介 47

3.1.2 凝固过程中的溶质分配与传质 48

3.2 单相合金的凝固 52

3.2.1 平衡凝固 53

3.2.2 近平衡凝固 54

3.2.3 界面稳定性与晶体形态 61

3.3 多相合金的凝固 68

3.3.1 共晶合金的凝固 68

3.3.2 偏晶合金的凝固 74

3.3.3 包晶合金的凝固 76

3.4 凝固组织控制 78

3.4.1 普通铸件的凝固组织与控制 78

3.4.2 定向凝固组织控制 84

3.4.3 焊缝凝固组织控制 88

3.4.4 快速凝固 93

习题 99

参考文献 100

4 熔体质量控制 101

4.1 气体与液态金属的相互作用 101

4.1.1 氢与液态金属的相互作用 101

4.1.2 氮与液态金属的相互作用 105

4.1.3 氧与液态金属的相互作用 107

4.2 熔渣与液态金属的相互作用 111

4.2.1 熔渣及其特性 111

4.2.2 活性熔渣对金属的氧化 117

4.2.3 脱氧处理 119

4.2.4 渗金属反应 124

4.2.5 脱硫与脱磷 125

4.3 液态金属的处理与保护 129

4.3.1 液态金属的净化处理 129

4.3.2 液态金属的细化处理 131

4.3.3 液态金属的变质处理 136

4.3.4 液态金属的保护 140

习题 143

参考文献 144

5 凝固缺陷 145

5.1 偏析 145

5.1.1 微观偏析 145

5.1.2 宏观偏析 151

5.2 气孔 155

5.2.1 析出性气孔 155

5.2.2 侵入性气孔 158

5.2.3 反应性气孔 158

5.2.4 气孔的有害作用及防止措施 159

5.3 非金属夹杂物 159

5.3.1 非金属夹杂物的来源和类型 159

5.3.2 非金属夹杂物的影响 159

5.3.3 控制非金属夹杂物的措施 160

5.4 缩孔与缩松 161

5.4.1 金属的收缩 161

5.4.2 缩孔与缩松的形成 162

5.4.3 影响因素和防止措施 163

5.5 应力与裂纹 164

5.5.1 金属凝固过程中的内应力 164

5.5.2 凝固裂纹 166

习题 170

参考文献 170

第2篇 基于气—固转变的材料加工 173

6 气—固转变基础 173

6.1 气体与固体 173

6.1.1 气体分子运动论 173

6.1.2 固体表面的特点 177

6.1.3 物理吸附和化学吸附 178

6.1.4 吸附几率、吸附（弛豫）时间和吸附等温线 181

6.2 薄膜的生长模式 183

6.2.1 核形成与生长 184

6.2.2 连续薄膜的生长 187

6.3 薄膜的外延生长 188

6.3.1 晶格匹配与外延缺陷 188

6.3.2 外延薄膜的成分控制 189

6.3.3 外延生长的特点 190

6.4 非晶薄膜 192

6.5 薄膜的内部应力与附着强度 193

6.5.1 热应力和生长应力 194

6.5.2 附着力 195

6.6 台阶覆盖率 196

习题 196

参考文献 197

7 物理气相沉积Ⅰ——真空蒸发镀膜 198

7.1 真空蒸发原理 198

7.1.1 真空蒸发物理过程 199

7.1.2 蒸发热力学 199

7.1.3 残余气体对蒸发过程的影响 202

7.1.4 蒸发粒子在衬底的沉积 204

7.2 物质的蒸发特性及膜厚分布 204

7.2.1 点蒸发源 204

7.2.2 小平面蒸发源 205

7.2.3 细长平面蒸发源 206

7.2.4 环状蒸发源 207

7.2.5 蒸发源与衬底的相对位置 208

7.3 蒸发源的类型 210

7.3.1 电阻蒸发源 210

7.3.2 电子束蒸发源 213

7.3.3 高频感应蒸发源 215

7.3.4 激光熔融蒸发源 215

7.4 特殊的真空蒸发 215

7.4.1 分子束外延法 215

7.4.2 电弧蒸发法 217

7.4.3 热壁法 218

7.4.4 离子镀 218

习题 219

参考文献 219

8 物理气相沉积Ⅱ——溅射镀膜 221

8.1 溅射原理 221

8.1.1 溅射过程 221

8.1.2 溅射机理 223

8.1.3 溅射特性 224

8.1.4 辉光放电 229

8.2 溅射技术 234

8.2.1 二极直流溅射 234

8.2.2 射频溅射 235

8.2.3 磁控溅射 236

习题 243

参考文献 243

9 化学气相沉积 244

9.1 概述 244

9.2 化学气相沉积基本原理 245

9.3 化学气相沉积热力学 247

9.4 化学气相沉积动力学 248

9.5 化学气相沉积成膜的影响因素 252

9.6 常用化学气相沉积工艺简介 253

9.6.1 常压和低压化学气相沉积 253

9.6.2 等离子体化学气相沉积 255

9.6.3 金属有机化合物气相沉积 257

9.6.4 激光（诱导）化学气相沉积 259

9.7 几种常用薄膜的制备 260

9.7.1 二氧化硅（SiO2）薄膜 260

9.7.2 氮化硅（Si3N4）薄膜 261

9.7.3 氮化钛（TiN）薄膜 262

9.7.4 硅化钨（WSix）薄膜 263

9.7.5 多晶硅薄膜 264

9.7.6 金属薄膜 265

习题 266

参考文献 266

第3篇 基于固态转变的材料加工 269

10 塑性成形的物理基础 269

10.1 冷塑性成形 269

10.1.1 单晶体的塑性变形机理 270

10.1.2 多晶体的塑性变形机理 272

10.1.3 合金的塑性变形 274

10.1.4 冷塑性变形对组织性能的影响 275

10.2 热塑性成形 277

10.2.1 软化 278

10.2.2 热塑性变形机理 282

10.2.3 合金的热塑性变形 283

10.2.4 热塑性变形对组织性能的影响 283

10.3 超塑性成形 285

10.3.1 超塑性变形的特点 285

10.3.2 超塑性变形的类型 286

10.3.3 超塑性变形对组织性能的影响 288

10.3.4 超塑性变形机理 289

10.4 塑性和变形抗力的影响因素 290

10.4.1 塑性指标和塑性图 290

10.4.2 塑性的影响因素 291

10.4.3 提高塑性的途径 300

10.4.4 变形抗力及其影响因素 300

习题 302

参考文献 303

11 塑性成形的力学基础 304

11.1 基本假设 304

11.2 应力分析 305

11.2.1 外力、内力、应力和点的应力状态 305

11.2.2 直角坐标系中一点的应力状态 306

11.2.3 张量 306

11.2.4 任意斜面上的应力 307

11.2.5 主应力及应力张量不变量 309

11.2.6 主切应力和最大切应力 312

11.2.7 应力球张量和应力偏张量 314

11.2.8 八面体应力和等效应力 316

11.2.9 应力莫尔圆 318

11.2.10 应力平衡微分方程 321

11.3 应变分析 323

11.3.1 应变的概念 323

11.3.2 应变与位移的关系 326

11.3.3 应变张量分析 328

11.3.4 应变协调方程 334

11.3.5 平面问题和轴对称问题 335

11.3.6 应变增量和应变速率 338

11.3.7 有限变形 340

11.4 屈服准则 342

11.4.1 Tresca屈服准则 342

11.4.2 Mises屈服准则 343

11.4.3 屈服准则的几何表示 345

11.4.4 两屈服准则的统一表达式 348

11.5 本构方程 350

11.5.1 塑性应力应变关系 350

11.5.2 弹性应力应变关系 351

11.5.3 塑性变形的增量理论 352

11.5.4 塑性变形的全量理论 355

11.6 塑性成形问题求解方法 356

11.6.1 主应力法 357

11.6.2 主应力法的应用——长矩形板镦粗时的变形力和平均压力 357

习题 359

参考文献 362

12 粉末冶金原理 363

12.1 概述 363

12.2 粉末的制备及表征 364

12.2.1 粉末的制备 364

12.2.2 粉末的表征 375

12.3 粉末的成形 378

12.3.1 成形前粉末的预处理 378

12.3.2 粉末压制成形原理 378

12.4 粉末的烧结 386

12.4.1 烧结的基本过程 386

12.4.2 烧结的热力学问题 387

12.4.3 烧结驱动力 388

12.4.4 物质迁移及烧结动力学 390

12.4.5 烧结过程的孔隙变化 396

12.5 粉末冶金材料的结构、特性及工程应用 397

12.5.1 粉末冶金材料的性能特点 397

12.5.2 粉末冶金材料的工程应用 399

习题 400

参考文献 401