材料熱力學

本書重點介紹了經典熱力學和統計熱力學理論在揭示材料中的相和組織形成規律方面的應用，注意通過具體的材料問題實例來使讀者理解和掌握熱力學的基本規律，吸引讀者對熱力學原理產生興趣。全書共分10章，第1至第7章是基本內容，由淺入深地介紹了單組元系、二組元系和三組元以上的多組元材料中相的形成規律和相平衡問題，以及相變熱力學和重要的溶體分析模型。第8到第10章的集團變分法，亞穩、局域等次級相平衡以及材料設計與熱力學等內容供讀者根據需要選學。本書知識自成體系而且特色鮮明，包含類型廣泛的材料學研究的實際問題和習題。書後列有英文和中文索引，可方便讀者檢索查閲。

本書可作高等院校材料科學與工程、材料加工與成型等專業高年級本科生和研究生的教學用書，也可供材料、冶金、機械等相關領域的科技人員閲讀與參考。

前言

版前言

第二版前言

緒論 1

1 單組元材料的熱力學 3

1.1 引論 3

1.2 Gibbs自由能 4

1.3 相變的體積效應 6

1.4 熱容 11

1.5 由熱容計算自由能 16

1.6 單元材料的兩相平衡 22

1.7 Gibbs-Helmholtz方程 28

1.8 磁性轉變的自由能 31

第1章推薦讀物 37

習題 37

2 二組元相 39

2.1 理想溶體近似 39

2.2 正規溶體近似 42

2.3 溶體的性質 45

2.4 混合物的自由能 46

2.5 亞正規溶體模型 50

2.6 化學勢與活度 52

2.6.1 化學勢 52

2.6.2 化學勢與自由能-成分圖（Gm-X圖） 54

2.6.3 活度 56

2.7 化合物相 62

習題 65

3 二組元材料的熱力學 67

3.1 兩相平衡 67

3.2 固-液兩相平衡 68

3.3 溶解度曲線 76

3.3.1 第二相為純組元時的溶解度 76

3.3.2 第二相為化合物時的溶解度 78

3.4 固溶體間的相平衡 81

3.5 相穩定化參數 83

第2、3章推薦讀物 89

習題 89

4 兩個重要的溶體模型 91

4.1 Bragg-Williams近似 91

4.1.1 固溶體的成分與有序度 92

4.1.2 混合熵與內能 94

4.1.3 自由能 97

4.1.4 合作現象 99

4.2 雙亞點陣模型 101

4.2.1 成分描述 102

4.2.2 混合熵 104

4.2.3 過剩自由能 105

4.2.4 摩爾自由能 106

4.2.5 化學勢及活度 106

第4章推薦讀物 110

習題 111

5 相變熱力學 112

5.1 無擴散相變 112

5.1.1 相變驅動力 112

5.1.2 T0線 114

5.1.3 馬氏體點 115

5.2 固溶體的分解 118

5.2.1 固溶體自由能曲線的分析 118

5.2.2 亞穩固溶體的分解 119

5.3 第二相析出 121

5.4 析出相的表面張力效應 123

5.4.1 表面張力與附加壓力 123

5.4.2 表面張力與溶解度 125

5.5 二級相變 128

5.5.1 相變的熱力學特徵 128

5.5.2 固溶體的磁性轉變自由能 132

5.5.3 有序-無序轉變的自由能 135

5.6 二級相變對相平衡的影響 138

5.6.1 對溶解度曲線的影響 138

5.6.2 對溶解度間隙的影響 140

5.7 晶間偏析 145

第5章推薦讀物 147

習題 148

6 多組元相 149

6.1 正規溶體近似 151

6.2 化合物相 156

6.2.1 線性化合物 (A,B)aCc 156

6.2.2 互易相（互易化合物、互易固溶體） 158

6.3 代位-間隙式固溶體 163

6.4 二級相變自由能 169

6.4.1 磁性轉變自由能 169

6.4.2 有序-無序轉變自由能 170

7 多元材料熱力學 174

7.1 三元系中的兩相平衡 174

7.2 固溶體與線性化合物的平衡 175

7.3 兩個線性化合物之間的平衡 178

7.4 固溶體與化學計量比化合物的平衡 180

7.5 固溶體之間的相平衡 189

7.5.1 稀溶體之間的相平衡 189

7.5.2 非稀溶體之間的相平衡 191

7.6 兩相平衡與第三元素 192

第6、7章推薦讀物 200

習題 200

8 集團變分法 203

8.1 集團概率變量 204

8.2 摩爾自由能描述 210

8.2.1 內能 210

8.2.2 配置熵 211

8.2.3 摩爾自由能 214

8.3 巨勢與相對化學勢 216

8.3.1 相對化學勢與巨勢的定義的導出 217

8.3.2 巨勢-相對化學勢曲線 219

8.4 變分與數值計算 223

8.5 自然迭代法 224

8.6 同結構相平衡計算 228

8.7 CVM的新發展 233

第8章參考文獻 235

第8章推薦讀物 235

9 次級相平衡 237

9.1 亞穩態相平衡 237

9.1.1 亞穩相與亞穩平衡態 237

9.1.2 步進規則 240

9.1.3 外插規律 242

9.1.4 單組元材料的亞穩平衡 245

9.1.5 溶體系統中的亞穩平衡 246

9.1.6 非晶態合金 251

9.2 局域平衡 253

9.2.1 局部平衡假設 254

9.2.2 局部平衡與相圖測定 258

9.3 仲平衡 262

第9章參考文獻 265

第9章推薦讀物 266

10 材料設計與熱力學 267

10.1 經驗材料設計的熱力學 268

10.1.1 相邊界成分的確定與電子空位濃度 268

10.1.2 相邊界成分的確定與電子能級 272

10.2 CALPHAD方法 276

10.2.1 CALPHAD方法及特點 277

10.2.2 CALPHAD數據庫和計算程序 280

10.2.3 CALPHAD與性原理計算 284

10.3 CALPHAD相圖計算數據庫實例 285

10.3.1 無鉛微焊材料 285

10.3.2 Ⅲ-Ⅴ族半導體相圖數據庫 288

10.4　材料基因組工程簡介 291

10.4.1　材料發明與設計簡史 291

10.4.2　材料發明的現實狀態 292

10.4.3　美國的率先舉措 292

10.4.4　高通量材料計算的價值 293

10.4.5　中國的研究現狀 294

第10章參考文獻 294

第10章推薦讀物 295

英文索引 296

中文索引 300

郝士明，東北大學，教授、博導，1962年畢業於東北工學院（今東北大學）金屬學及熱處理專業並留校，1980年赴日本東北大學金屬材料學科留學，1982年獲得該大學的工學博士學位後回國。

1983年起被東北大學聘為副教授、教授。1987～1996年任該大學材料科學與工程系主任。1993年起任博士生指導教師。1996～1998年任材料與冶金學院院長。 1983年起為東北大學的研究生講授《合金設計與合金熱力學》；並應邀為中科院金屬研究所、中科院腐蝕與防護研究所、冶金部鋼鐵研究總院的博士生和碩士生講授《合金熱力學》8年。 從1983年起，共完成國家科委、國防科工委、國家自然科學基金等科研項目12項，獲得國家自然科學基金支持7次。