第1章 冶金与材料制备的热力学基础 1
1.1 化学势定义及物理意义 1
1.2 化学势计算 5
1.2.1 理想气体的化学势 5
1.2.2 溶液组分的化学势 6
1.2.3 固相的化学势 17
1.2.4 活度相互作用系数的测定与计算 17
1.2.5 活度的测定 24
1.3 冶金与材料制备的热力学计算 29
1.3.1 冶金与材料制备过程化学反应△G计算 30
1.3.2 冶金与材料制备过程化学反应△GΘ的计算 31
1.3.3 标准溶解吉布斯自由能计算 35
1.3.4 △GΘ的实验测定 37
1.3.5 化学反应吉布斯自由能变计算 40
1.4 冶金与材料制备的热力学分析 45
1.4.1 判断化学反应的方向 45
1.4.2 工艺条件的选择 46
1.4.3 多个反应同时平衡的热力学分析 54
1.5 冶金熔体的热力学 69
1.5.1 冶金熔体的组成及作用 69
1.5.2 冶金熔体的碱度和氧化能力 71
1.5.3 熔渣中氧化物活度的测定 76
1.5.4 冶金熔体模型的计算与分析 86
第2章 热力学状态图 102
2.1 氧势图 102
2.1.1 氧化物的稳定性 102
2.1.2 氧势图的绘制原理 104
2.1.3 氧势图的应用 106
2.2 优势区图 117
2.2.1 逐级转变原则 117
2.2.2 优势区图的绘制原理 120
2.2.3 优势区图的物理意义 123
2.2.4 其他优势区图 125
2.2.5 复合优势区图 128
2.3 相图 131
2.3.1 二元相图 131
2.3.2 三元相图的表示方法及有关规则 140
2.3.3 简单的三元共晶相图 144
2.3.4 生成异分熔点二元化合物的三元相图 148
2.3.5 其他三元相图 152
2.3.6 相图分析 159
2.3.7 由相图计算活度 178
2.4 电势－pH图 186
2.4.1 电势－pH图的绘制原理 186
2.4.2 金属M-H2O系ψ-pH图 188
2.4.3 非金属－水系电势－pH图 192
2.4.4 络合物－水系的电势－pH图 197
2.4.5 电势－pH图的应用 203
第3章 冶金与材料制备的电化学 211
3.1 基础理论 211
3.1.1 电解原理 211
3.1.2 法拉第定律 212
3.1.3 电流效率 213
3.1.4 电化学当量 214
3.1.5 电极电势 214
3.1.6 阴极极化和超电势 215
3.1.7 分解电压和槽电压 219
3.1.8 阴极过程 220
3.1.9 阳极过程 222
3.1.10 活度与活度系数 227
3.2 熔盐电化学 227
3.2.1 熔盐基本概念 227
3.2.2 电解铝的热力学过程 231
3.2.3 电解铝基合金的热力学分析 238
3.2.4 阳极过电压和阳极效应 245
3.3 水溶液电化学 251
3.3.1 金属离子阴极还原的可能性 251
3.3.2 金属离子在电解液中的存在形式 252
3.3.3 金属离子还原时的极化 255
3.3.4 金属共沉积的基本条件 262
3.3.5 形成合金时金属自由能的变化 265
3.3.6 金属沉积的阴极过程 266
3.3.7 金属电结晶的基本机理 272
3.3.8 阳极反应的机理 278
第4章 冶金与材料制备的动力学 289
4.1 引言 289
4.2 反应动力学基础 290
4.2.1 反应速率的定义 290
4.2.2 浓度对反应速率的影响 292
4.2.3 温度对反应速率的影响 293
4.2.4 多相反应动力学 296
4.2.5 反应过程动力学方程的建立 299
4.3 气－固反应动力学 302
4.3.1 未反应核模型 302
4.3.2 多孔体积反应模型 313
4.4 液－固反应动力学 314
4.4.1 扩散理论 314
4.4.2 扩散过程与化学反应过程动力学的关系 318
4.4.3 产生固体反应产物的固－液反应动力学 320
4.5 液－液反应动力学 326
4.5.1 液－液相反应的基本规律——双膜理论 326
4.5.2 熔渣与金属液间的界面反应动力学 329
4.5.3 脱硫反应动力学 333
4.6 气－液反应动力学 334
4.6.1 气－液反应动力学的基本规律 334
4.6.2 脱碳反应动力学 337
4.6.3 气泡冶金动力学 341
4.6.4 真空冶金动力学 343
4.7 材料制备过程中的成核动力学 345
4.7.1 均相形核 346
4.7.2 异相形核 349
4.7.3 结晶动力学 352
4.8 材料制备过程中的热分解动力学 352
4.8.1 热分析动力学方程 352
4.8.2 热分析曲线的动力学分析 356
4.8.3 固相法制备锂离子电池正极材料的动力学分析 359
第5章 冶金与材料制备的实例分析 373
5.1 氧化铌碳热还原制备金属铌的热力学分析 373
5.2 铁液中碳－氧反应 377
5.2.1 氧的来源及其传递方式 377
5.2.2 碳－氧反应类型 377
5.2.3 CO-CO2混合气体与铁液中［O］的平衡 379
5.2.4 CO-CO2混合气体与铁液中［C］的平衡 379
5.2.5 铁液中［C］、［O］平衡 380
5.3 熔渣脱硫反应的热力学分析 381
5.3.1 脱硫的原因 381
5.3.2 脱硫方式的探讨 382
5.3.3 有利于熔渣脱硫的热力学条件 385
5.4 熔渣脱磷反应的热力学分析 388
5.4.1 碱性渣氧化脱磷 388
5.4.2 还原脱磷 390
5.4.3 磷酸盐容量和磷化合物容量 390
5.4.4 脱磷平衡和光学碱度 392
5.5 钢液脱氧反应热力学 393
5.5.1 气相真空脱氧的可能性 393
5.5.2 沉淀脱氧 394
5.5.3 扩散脱氧 405
5.5.4 真空脱氧 405
5.6 奥氏体不锈钢去碳保铬的热力学分析 406
5.7 火法炼铜的热力学 410
5.7.1 Cu-S-O系等温反应平衡图 410
5.7.2 造硫的热力学 413
5.7.3 铜锍吹炼过程的热力学 415
5.8 单质砷制备的物理化学 419
5.8.1 电势－pH图分析 419
5.8.2 As5＋的净化极限 422
5.8.3 As3＋的净化极限 424
5.8.4 砷铁分离 425
5.8.5 单质砷制备的热力学分析 432
参考文献 434