化学热力学与耐火材料 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:冶金出版社

作者:陈肇友

出品人:

页数:670

译者:

出版时间:2005-4

价格:66.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502436414

丛书系列:

图书标签:

• 化学热力学
• 耐火材料
• 材料科学
• 热力学
• 冶金
• 无机材料
• 高温材料
• 相平衡
• 热分析
• 材料性能

熔铸文明：材料科学的深度探索 本书聚焦于构成我们现代工业基石的特种功能材料，深入剖析了从基础理论到前沿应用的广阔领域。它不仅是一部面向高校高年级学生和研究人员的专业教材，更是一本旨在深化理解材料结构、性能与制备工艺之间复杂关系的参考指南。 --- 第一部分：先进结构材料的微观调控与宏观性能 本卷将视角投向那些在极端环境下展现出卓越机械、热学和化学稳定性的材料家族，重点探讨如何通过精确控制材料的微观结构来设计和优化其宏观性能。 第一章：晶体结构与缺陷工程 材料的性能根植于其原子排列的有序性。本章详述了晶体学基础理论，包括布拉维点阵、密堆积结构以及各种晶体学符号的应用。重点讨论了点缺陷（如空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）的形成机制、对材料塑性、蠕变和电学性质的决定性影响。书中将详细阐述如何利用热处理和应变诱导机制来调控这些缺陷的浓度与分布，实现性能的定向调控。例如，通过引入特定大小和电荷的杂质原子来钉扎位错，显著提高合金的屈服强度。 第二章：高熵合金的构筑原理与设计策略 高熵合金（HEAs）代表了材料科学的一个前沿分支，其核心在于通过等原子或近似等原子的五种或更多主元素混合，形成简单晶体结构（如面心立方或体心立方）的固溶体。本章深入解析了高熵合金的“高熵效应”、“迟滞效应”和“腐蚀/氧化抑制效应”的微观根源。我们不仅介绍了基于计算热力学（如 CALPHAD 方法）来预测稳定相的工具，更侧重于揭示高熵体系中复杂局域结构（如短程有序团簇）对机械性能的影响。讨论将涵盖高温强度、韧性转变温度（DBTT）的拓宽，以及在航空航天应用中面临的氧化和热稳定性挑战。 第三章：陶瓷基复合材料的界面科学 陶瓷材料以其优异的耐高温性和硬度而著称，但脆性是其应用的主要瓶颈。本部分聚焦于如何通过纤维增强或颗粒增强来突破这一限制。书中详尽阐述了纤维-基体界面的作用：一个理想的界面应能有效传递载荷，同时提供裂纹偏转或桥接机制，以吸收能量。我们将分析不同类型的界面涂层（如反应性涂层、惰性涂层）如何影响复合材料的断裂韧性、疲劳寿命和抗热震性能。对碳化硅（SiC）和氧化铝（Al₂O₃）增强体系的实例分析将贯穿始终。 --- 第二部分：功能材料的电化学与界面行为 本部分从物理化学角度切入，探讨材料在电荷传输和电化学反应中的行为，这对于能源存储和转换技术至关重要。 第四章：固体电解质与离子输运机制 固体电解质是下一代固态电池的核心。本章详细阐述了离子在晶格内和晶界处的输运机理。我们将深入分析法拉第弛豫、阿伦尼乌斯（Arrhenius）行为与激活能之间的关系，并介绍如何通过结构掺杂（如钙钛矿结构中的氧空位形成，或卤化物中的晶格畸变）来提高离子电导率。书中将比较不同晶体结构（如拉尼达相、贝塔氧化铝结构）固态电解质的优劣，并讨论界面阻抗的测量与表征技术。 第五章：催化材料的表面活性位点与反应动力学 催化剂的设计依赖于对反应界面的精准理解。本章聚焦于贵金属、过渡金属氧化物和碳基材料作为多相催化剂的表面化学。我们解析了电荷转移、吸附能（描述与反应物的结合强度）以及表面缺陷（如台阶、边缘）如何成为高活性的位点。书中将结合密度泛函理论（DFT）计算的结果，解释反应中间体的稳定化过程，并讨论如何通过调控纳米颗粒的尺寸和形貌来优化反应的选择性和转化频率。 第六章：先进电池电极材料的嵌脱机制 锂离子电池和下一代钠离子电池的性能直接受制于电极材料的结构稳定性。本章侧重于活性材料在充放电循环中发生的相变、体积膨胀和界面副反应。我们将分析层状氧化物、橄榄石结构和富锂锰基材料的结构演变，并探讨如何通过表面包覆或体相掺杂来抑制循环过程中的结构坍塌和电解液的分解，从而延长电池的循环寿命。重点讨论了“锁定”高容量结构的技术路径。 --- 第三部分：材料的制备、表征与工程应用 本部分将理论知识与实际工程操作相结合，介绍先进材料的合成技术和关键的诊断工具。 第七章：高温与真空合成技术 复杂材料的合成往往需要在极端条件下进行。本章系统回顾了高纯度粉体制备（如溶胶-凝胶法、气相沉积法）、高温烧结（如放电等离子烧结/SPS）以及真空熔炼技术。SPS 作为一种快速、低温的致密化手段，其独特的电场辅助烧结机制和对颗粒间界面的影响将被详尽阐述。此外，对于对氧气敏感的金属间化合物和硼化物，真空和惰性气氛控制的必要性和操作规程是本章的重点。 第八章：结构表征的先进手段 精确的材料表征是研发的基础。本章全面介绍了用于微观结构分析的关键技术： 1. 电子显微学：高分辨透射电镜（HRTEM）对晶格畸变和薄膜界面的成像，结合能量色散X射线谱（EDS）和电子能量损失谱（EELS）对元素分布和化学态的分析。 2. 衍射技术：X射线衍射（XRD）和中子衍射在确定晶相、晶格参数和残余应力方面的应用。 3. 光谱技术：拉曼光谱和红外光谱在识别分子振动模式和晶格振动模式上的敏感性，尤其在监测材料的早期退化方面的重要性。 第九章：面向极端环境的材料工程挑战 综合前述内容，本章探讨了材料在特定苛刻环境下的失效模式与防护策略。这包括：超音速飞行器中的热防护系统（TPS）材料的烧蚀机理、核反应堆中辐照损伤对材料脆性的影响，以及深海或强酸性环境下的应力腐蚀开裂（SCC）现象。书中将着重分析如何通过多层防护设计（如梯度功能材料 GFM）来平衡强度、韧性和环境稳定性，确保工程系统的长期可靠性。 --- 本书的价值在于，它不满足于对单一材料特性的罗列，而是构建了一个跨越材料科学、物理化学和工程学的统一框架，引导读者从原子尺度深入理解材料行为的根本原因，从而掌握设计和创造下一代高性能材料的能力。

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这本书的排版和插图质量，坦白说，有些地方需要改进。虽然内容深度毋庸置疑，但视觉体验上略显陈旧，很多图表如果能使用更现代的色彩和清晰的线条来重新绘制，效果会好得多。例如，在讨论特定氧化物体系的氧化还原电位时，那些黑白线条构成的示意图，虽然信息量足够，但在快速检索关键信息时，不如现代教科书中的彩色剖析图来得直观。我希望作者或出版社能够在后续的版本中考虑这一点。然而，支撑起这本书价值的是它在具体应用案例中的细节描述。比如，在介绍高温炉衬材料的腐蚀机理时，书中详细列举了不同气氛下碳化硅材料的热力学失稳路径，这对于实际操作中优化炉衬寿命提供了直接的指导。这种将抽象的热力学规律紧密耦合到具体工业实践中的能力，是这本书最闪光的地方。它不是停留在理论的象牙塔里，而是真真切切地告诉了你，在炼钢厂或者玻璃熔炉里，你的材料到底在和环境进行着怎样的看不见的化学战争。

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这本书的名字叫做《化学热力学与耐火材料》，读完之后，我感觉它更像是一本深入的工具书，而不是那种轻松入门的读物。作者在开篇就展现了扎实的理论功底，尤其是对吉布斯自由能、焓变和熵变在材料体系中的应用讲解得非常透彻。对于那些希望理解材料在高温下化学行为的工程师或研究人员来说，这本书无疑是一份宝藏。它没有过多地渲染宏观现象，而是专注于微观层面的驱动力和平衡态分析。我特别欣赏其中关于相图构建和解读的部分，作者将复杂的多元系热力学平衡条件转化为了清晰的图示，这对于预测特定温度和压力下材料的稳定性至关重要。不过，对于初学者来说，这本书的门槛确实有点高，需要读者对基础的物理化学有较好的掌握，否则在理解那些偏微分方程和统计热力学推导时会感到吃力。整体来看，这是一部严谨、专业，且极具参考价值的专著，它提供的理论框架能让人从根本上理解材料的“为什么会这样”，而非仅仅停留在“它是什么样子”的表面描述上。

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阅读过程中，我有一个非常深刻的体会：这本书极大地拓宽了我对“材料寿命”的理解维度。过去我可能只关注材料的机械强度或高温蠕变，但这本书让我意识到，材料的衰亡往往始于看不见的化学反应。书中详细分析了复杂氧化物体系在非化学计量比条件下的热力学稳定区间，这对于设计需要精确温度控制的环境至关重要。对于从事特种陶瓷烧结工艺的工程师来说，理解烧结过程中的组分蒸发和反应速率的平衡点，是避免烧制缺陷的关键。这本书的语言风格非常严谨，几乎每一个论断都有数据或公式支撑，很少有模棱两可的表达。这使得它成为了一本可以被反复查阅的参考书，而不是读完就束之高阁的读物。它的深度要求读者具备一定的耐心和专业背景，但作为回报，它提供的知识体系的框架性非常强，能让人构建起一个完整的耐火材料化学行为认知网络。

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这本书的叙事节奏感掌握得相当好，它遵循了从基础到前沿的逻辑递进。开篇详述了基础热力学定律在材料科学中的特殊应用，比如如何修正理想溶液模型以适应熔渣体系的复杂性。随后，笔锋一转，深入探讨了材料界面现象的热力学驱动力，例如润湿性、表面能的计算方法，这些内容对于开发先进的复合材料或进行涂层设计至关重要。我个人最喜欢的部分是关于反应动力学和热力学的交叉讨论。作者并没有将两者割裂开来，而是清晰地指出，尽管热力学决定了反应的最终趋势，但动力学往往决定了我们在实际中能观察到什么。这种辩证的视角，帮助读者避免了“热力学可行就一定能发生”的误区。唯一的遗憾是，对于计算化学方法（如第一性原理计算）在预测新型耐火材料热力学性质方面的最新进展，介绍得略显保守，似乎更侧重于实验数据拟合和经典热力学模型的应用。

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这本书在处理不同温度尺度下的热力学行为时展现出了极高的专业水准。特别是关于材料相变的熵驱动力分析，非常到位。作者不仅描述了相变发生，更解释了为什么在特定温度下，一种结构会取代另一种结构成为热力学上的最优解。书中对高熵合金体系中混合熵的计算方法进行了深入探讨，虽然耐火材料领域应用可能不如传统合金广泛，但其提供的理论模型具有很强的普适性。我发现书中对“缺陷热力学”的阐述尤其具有启发性，它将材料内部点缺陷的形成能与宏观的烧结收缩、导电性等性质联系起来。这使得对材料微结构演变的理解不再停留在定性描述层面。总而言之，这本书更像是一位资深研究员的笔记和总结，知识密度极高，需要读者带着问题去阅读，带着思考去消化，才能真正挖掘出其深层次的价值。它不适合休闲阅读，但绝对是材料科学家工具箱中不可或缺的一把精密刻度尺。

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