Ⅰ 高温冶金物理化学研究的基本技术 1
1 实验室的高温获得 1
1.1 获得高温的方法 1
1.2 电阻丝炉的结构与热平衡分析 2
1.2.1 电阻丝炉结构 2
1.2.2 热平衡分析 3
1.3 电热体 4
1.3.1 金属电热体 4
1.3.2 非金属电热体 9
1.4 耐火材料与保温材料 12
1.4.1 耐火材料 12
1.4.2 保温材料 14
1.4.3 常用高温黏结剂与涂料 16
1.5 电阻丝炉设计 17
1.5.1 电炉功率的确定 17
1.5.2 电热体的选择 17
1.5.3 电热体的计算 18
1.6 电阻炉制作 21
1.7 电阻炉的恒温带 22
1.8 电阻炉温度的自动控制 24
1.9 微波加热原理 26
参考文献 27
2 温度测量方法 28
2.1 温标及温度的测量方法 28
2.1.1 温标 28
2.1.2 各种温标间温度值换算 29
2.1.3 温度测量方法与测温仪器的分类 29
2.2 热电偶 31
2.2.1 热电偶工作原理 31
2.2.2 热电偶材料 33
2.2.3 热电偶的绝缘管与保护管材料 39
2.2.4 铠装热电偶 43
2.2.5 补偿导线 44
2.2.6 热电偶的检定 46
2.2.7 热电偶的使用及其测量误差 49
2.3 辐射温度计 54
2.3.1 热辐射定律 54
2.3.2 光谱辐射温度计 55
2.3.3 辐射高温计的使用及测量误差 56
参考文献 59
3 实验室用耐火材料 60
3.1 耐火氧化物材料 60
3.1.1 实验室中常用的耐火氧化物材料 60
3.1.2 耐火氧化物材料在不同条件下的稳定性 61
3.1.3 复合氧化物耐火材料 67
3.2 碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和硫化物 67
3.2.1 碳化物 67
3.2.2 氮化物、硼化物、硫化物、硅化物耐火材料 67
3.3 炭素材料 70
3.4 耐火材料制造工艺的一些问题 71
3.5 陶瓷与金属的组合材料 72
参考文献 73
4 气体净化及气氛控制 74
4.1 气体的制备、贮存和安全使用 74
4.2 气体净化的方法 76
4.2.1 吸收 76
4.2.2 吸附 77
4.2.3 化学催化 78
4.2.4 冷凝 78
4.3 常用气体净化剂 78
4.3.1 干燥剂 78
4.3.2 脱氧剂和催化剂 80
4.3.3 吸附剂 81
4.4 气体流量的测定 83
4.4.1 转子流量计 84
4.4.2 毛细管流量计 84
4.5 定组成混合气体的配制 85
4.5.1 静态混合法 85
4.5.2 动态混合法 85
4.5.3 平衡法 86
4.6 气体使用时应注意的一些技术问题 86
4.6.1 气体连接管道 86
4.6.2 装置中气体的切换 86
4.6.3 净化系统 88
参考文献 89
5 真空技术 91
5.1 概述 91
5.2 真空的获得 91
5.2.1 真空泵概述 91
5.2.2 真空泵的选择 92
5.2.3 粗低真空泵 92
5.2.4 中真空泵 94
5.2.5 高（超高）真空泵 95
5.2.6 无油清洁真空泵 96
5.3 真空的测量 97
5.3.1 热传导真空计 97
5.3.2 热阴极电离真空计 98
5.4 真空系统 98
5.4.1 真空系统组成形式 98
5.4.2 真空机组 98
5.4.3 真空材料 99
5.4.4 真空系统常用元件 101
5.4.5 真空密封连接 102
5.4.6 真空清洗 102
5.4.7 真空材料的放气 103
5.5 真空检漏 104
参考文献 105
6 放射性同位素应用技术 106
6.1 放射性同位素的基础知识 106
6.1.1 放射性同位素 106
6.1.2 射线与物质的相互作用 110
6.2 放射性的测量 114
6.2.1 放射性的探测原理 114
6.2.2 射线能谱仪 114
6.2.3 自射线照相 114
6.2.4 放射性测量 115
6.2.5 放射性强度测量的误差 116
6.3 放射性同位素的使用安全技术 117
6.3.1 辐射对人体的作用 117
6.3.2 照射量、吸收剂量和剂量当量 117
6.3.3 射线的防护 118
6.4 放射性同位素在冶金物理化学研究中的应用 119
6.4.1 射线应用 119
6.4.2 示踪剂应用 119
6.4.3 活化分析 127
参考文献 127
Ⅱ 高温冶金物理化学的实验研究方法 129
7 量热 129
7.1 基本概念和量热方法的基本原理 129
7.1.1 热量的单位 129
7.1.2 量热计与量热体系 129
7.1.3 量热计的热当量及反应温度的规定 130
7.1.4 量热方法的基本原理 130
7.2 量热计和量热计热当量的标定 131
7.2.1 量热计的分类 132
7.2.2 等温量热计 132
7.2.3 绝热量热计 132
7.2.4 热流量热计 133
7.2.5 环境等温量热计 133
7.2.6 量热计热当量的标定 133
7.3 外套等温法量热实验及热交换校正值的确定 134
7.3.1 外套等温法量热实验 134
7.3.2 外套等温法量热体系的温度变化曲线 135
7.3.3 热交换校正值的计算 135
7.3.4 计算举例 136
7.4 绝热量热法 137
7.5 量热误差来源 139
7.5.1 由热交换作用的复杂性而产生的测量误差 139
7.5.2 液体的蒸发作用带来的误差 140
7.5.3 温度测量产生的误差 140
7.5.4 化学反应所带入的误差 140
7.5.5 测量仪器仪表的误差 140
7.6 溶解热的测定 140
7.6.1 测定溶解热的意义 140
7.6.2 溶解热的测定方法 141
7.7 燃烧热的测定 141
7.7.1 测定原理 142
7.7.2 样品的助燃和引燃 142
7.7.3 含硫、卤素等化合物及金属有机化合物的燃烧热 143
7.8 比热容的测定 143
7.8.1 用直接加热法测定固体及液体的比热容 144
7.8.2 高温投下法测比热容 145
7.9 混合热的测定 146
7.10 量热举例 147
参考文献 148
8 固体电解质电池的原理及应用 149
8.1 固体电解质 149
8.2 氧化物固体电解质的制备 155
8.2.1 氧化锆固体电解质的制备 155
8.2.2 β氧化铝固体电解质的制备 157
8.3 氧化物固体电解质电池的工作原理 158
8.4 氧化物固体电解质的电子导电 160
8.4.1 电子导电产生的原因 160
8.4.2 存在电子（或电子空穴）导电时，对电池电动势的影响及修正公式 162
8.4.3 修正公式的使用条件 165
8.4.4 固体电解质电子导电性的实验测定 166
8.5 固体电解质传感器的设计与使用要求 169
8.6 固体电解质总电导率的测定 174
8.7 固体电解质分电导率的测定 176
8.8 固体电解质的应用 178
8.8.1 在电化学传感器中的应用 179
8.8.2 在化学电源中的应用 210
8.8.3 在物质提取中的应用 212
8.8.4 其他应用 212
8.8.5 固体电解质电池在冶金物理化学研究中的应用 212
8.8.6 动力学研究 219
8.9 质子导电固体电解质的研究 222
8.9.1 高温质子导体的制备、结构及性质的研究 222
8.9.2 钙钛矿型材料产生质子导电的原因 223
8.9.3 几种研究较多的质子导体 224
8.9.4 钙钛矿型质子导体的应用 225
8.9.5 新一代高温质子导体的研究略述 225
8.10 固体电解质电池组装和测量有关问题 225
参考文献 226
9 化学平衡的研究 228
9.1 主要研究方法概述 229
9.1.1 气相-凝聚相反应 229
9.1.2 凝聚相-凝聚相反应 233
9.2 化学平衡法有关实验技术讨论 233
9.2.1 炉子和温度 233
9.2.2 建立所需要的化学位 234
9.2.3 常用的几种化学位的建立和控制方法 236
9.2.4 热扩散现象及其消除 253
9.2.5 气体循环和循环装置 256
9.2.6 平衡时间的确定 257
9.2.7 凝聚相的有关问题 258
9.3 化合物和熔体组元热力学数据的测定 260
9.3.1 化合物标准生成自由能的测定 260
9.3.2 炉渣体系组元活度的测定 261
9.3.3 金属溶液中溶质活度、元素之间相互作用系数等的测定 266
9.4 高阶相互作用系数、焓、熵相互作用系数 275
9.5 化学平衡法的测定误差 279
参考文献 280
10 相平衡的研究 282
10.1 一般原理 282
10.1.1 相律 282
10.1.2 连续原理 283
10.1.3 对应原理 283
10.1.4 化学变化的统一性原理 283
10.2 用动态法（热分析和示差热分析法）研究相平衡 284
10.3 用静态法（淬冷法）研究相平衡 284
10.3.1 淬火炉、淬火剂和淬火样品的处理 285
10.3.2 相平衡的判断 287
10.3.3 淬火样品的微结构分析和性质研究 287
10.3.4 相平衡研究举例 289
10.4 扩散偶法 291
10.5 由热力学数据推测和校验相图 293
10.5.1 组成-自由能曲线的绘制 293
10.5.2 从自由能曲线推断相图 297
10.5.3 组成-活度曲线 302
10.6 三元系相图的研究方法概述 302
10.7 化学键参数——人工神经网络方法预报未知相图 303
参考文献 304
11 蒸气压 305
11.1 概述 305
11.1.1 蒸气压测定的意义 305
11.1.2 温度、组成和外压对蒸气压测定的影响 305
11.1.3 蒸气压测定方法 306
11.2 静态法测量蒸气压 306
11.2.1 直接法 307
11.2.2 补偿法 307
11.2.3 相变法 307
11.3 动态法测量蒸气压 309
11.3.1 气流携带法 309
11.3.2 自由蒸发法（朗格谬尔法） 310
11.3.3 喷射法（克努森法） 314
11.4 克努森喷射-高温质谱仪联合法 321
11.4.1 高温质谱仪的工作原理 322
11.4.2 K-M联合法数据分析原理 325
11.4.3 K-M联合法测试举例 326
11.5 气相色谱法测量蒸气压 331
11.5.1 气相色谱分析简介 331
11.5.2 保留值 331
11.5.3 气相色谱法测量蒸气压实例 333
参考文献 334
12 表面张力和密度及固体表面缺陷的测定 335
12.1 概述 335
12.2 气泡最大压力法 337
12.2.1 拉普拉斯方程和气泡最大压力法的原理 337
12.2.2 实验装置和方法 338
12.2.3 实验技术的讨论 339
12.3 静滴法 343
12.3.1 原理 344
12.3.2 实验装置和步骤 352
12.3.3 实验方法的探讨 353
12.4 阿基米德法 354
12.4.1 直接阿基米德法 354
12.4.2 间接阿基米德法 356
12.5 其他表面张力测定方法 357
12.5.1 毛细管上升法 357
12.5.2 滴重法 358
12.5.3 拉筒法 359
12.6 界面张力的测定方法 361
12.6.1 静滴法 361
12.6.2 测量铁液表面上“漂浮”渣滴的形状，计算界面张力的方法 361
12.7 其他密度测量方法 363
12.7.1 比重计法 363
12.7.2 膨胀计法 363
12.7.3 压力计法 364
12.8 固体表面点缺陷的测定 364
12.8.1 衍射法 364
12.8.2 显微术 365
参考文献 365
13 冶金熔体黏度的测定 367
13.1 概述 367
13.2 黏度与温度的关系 369
13.3 黏度的测定方法 371
13.3.1 细管法 371
13.3.2 旋转柱体法 374
13.3.3 扭摆振动法 377
13.3.4 垂直振动法 385
13.3.5 落球法与拉球法 386
13.3.6 工业生产中在线黏度测量 389
参考文献 391
14 电导率测定 392
14.1 基本概念 392
14.2 测量电导率方法的原理 392
14.2.1 交流单电桥 393
14.2.2 交流双电桥 395
14.2.3 旋转磁场法 397
14.3 电导池和电导池常数 398
14.4 测量方法的选择和电导池的设计 399
14.4.1 电解质水溶液电导率的测定 400
14.4.2 熔盐和炉渣电导率的测定 402
14.5 阻抗谱法 404
参考文献 406
15 扩散系数的测定 408
15.1 扩散系数 408
15.2 液态金属中扩散系数的实验测定方法 409
15.2.1 毛细管法 409
15.2.2 转盘法（溶解速度法） 425
15.2.3 固态电解质原电池法（测定氧在液态金属中的扩散系数） 427
15.3 熔盐与熔渣中组元扩散系数的测定 430
15.3.1 浸渍介质自持片法 430
15.3.2 转盘法 431
15.3.3 外插实验数据到细丝（或棒）零直径法 434
参考文献 435
16 热分析技术 437
16.1 概述 437
16.1.1 热分析定义和分类 437
16.1.2 热分析的应用及发展 437
16.2 差热分析 438
16.2.1 差热分析原理与DTA曲线 438
16.2.2 差热曲线方程与影响因素 439
16.2.3 研究技术与实验条件选择 440
16.2.4 相图测定 442
16.3 差示扫描量热法 444
16.3.1 差示扫描量热法的基本原理 444
16.3.2 热焓和比热容的测定 445
16.3.3 调制温度式差示扫描量热法 447
16.4 热重法 449
16.4.1 热重分析仪 449
16.4.2 热重曲线及其表示方法 449
16.4.3 热重曲线的影响因素 450
16.4.4 反应动力学的研究 451
16.5 联用技术 454
16.5.1 热分析与质谱串接联用 455
16.5.2 连接方法 455
16.5.3 定量分析方法 456
16.6 热分析时温度和热量的标定 457
16.6.1 DTA曲线的特征温度与温度校准 457
16.6.2 DSC的温度和量热校准 459
16.6.3 TG的温度校准 459
参考文献 459
17 夹杂物及物相分析 461
17.1 概述 461
17.1.1 物相分析法及显微组织表征 461
17.1.2 物相分析在冶金物理化学研究中的应用 462
17.2 显微镜分析法 465
17.2.1 金相法 465
17.2.2 显微硬度及化学腐蚀法 465
17.2.3 岩相法 466
17.2.4 定量金相法 467
17.3 相提取及分离 469
17.3.1 化学提取法 469
17.3.2 电解法 470
17.3.3 恒电位电解法 473
17.3.4 物理分离法 476
17.4 近代仪器分析法 478
17.4.1 电子显微镜的应用 478
17.4.2 扫描电镜的应用 480
17.4.3 二次离子质谱分析 481
17.4.4 俄歇电子能谱分析 484
17.4.5 光电子能谱分析 486
17.4.6 电子能量损失谱分析 490
参考文献 491
18 冶金动力学研究 492
18.1 概述 492
18.2 淬冷法 493
18.2.1 熔体淬冷法 493
18.2.2 淬火-逐层分析法 494
18.3 热重分析法 495
18.3.1 基本原理和分析方法 495
18.3.2 反应机理的推断 499
18.3.3 应用热重力法研究动力学有关的几个问题 501
18.4 差热分析法 502
18.5 差示扫描量热法 504
18.6 静态法 507
18.6.1 体积变化测量 507
18.6.2 压力变化测量 507
18.7 动态法 508
18.7.1 产物气体累计量的测定 508
18.7.2 产物气体成分分析 508
18.8 电化学法 509
18.8.1 用固体电解质电池测定反应速率 509
18.8.2 用电化学迁移法测定传质系数 509
参考文献 510
19 冶金反应工程学研究 511
19.1 概述 511
19.1.1 冶金反应工程学的研究内容 511
19.1.2 冶金反应工程学的研究方法 511
19.2 停留时间分布（RTD）法 511
19.2.1 停留时间分布的表示方法 511
19.2.2 停留时间分布的实验测定 513
19.2.3 停留时间分布的数字特征 513
19.2.4 停留时间分布曲线的作用 514
19.3 物理模拟法 515
19.3.1 相似概念 516
19.3.2 因次分析法——一种确定无因次组合的方法 519
19.3.3 模拟实验 522
19.4 数学模型方法 523
19.5 数学模拟法 526
19.5.1 微分方程的建立 526
19.5.2 离散化的概念 526
19.5.3 推导离散化方程的方法 527
参考文献 528
20 熔体物理化学性质的计算 530
20.1 概述 530
20.2 基于二元系热力学数据计算三元系性质的各种模型 531
20.3 传统几何模型的小结 534
20.4 传统几何模型存在的问题 536
20.5 新一代溶液的几何模型 538
20.5.1 三元系新一代几何模型的假设和计算公式 539
20.5.2 新一代溶液几何模型的一些有用关系 540
20.5.3 新一代几何模型比传统几何模型优越 540
20.6 新一代溶液几何模型应用举例 541
20.6.1 用回归参数法代替积分计算法计算偏差平方和 541
20.6.2 丙酸丙酯-环乙烷-苯（propyl propanoate-cyclohexane-benzene）三元系超额焓的计算和几何计算模型的比较 543
20.6.3 Zn-Al-Ga三元系热力学性质的实验测定和理论计算 545
20.6.4 Chou模型在计算其他物理化学性质中的应用 547
20.6.5 Chou模型在发展熔体理论中的应用 551
20.7 多元系物理化学性质的计算 552
20.8 局部区域物理化学性质的计算 556
20.9 当已知数据为离散点时物理化学性质的计算 559
20.10 小结 562
参考文献 563
附录 有效数字及实验结果图示 565
附1 有效数字及其计算规则 565
附2 间接测量中的误差 566
附3 实验结果的图示 568