熔融金屬物理初步

內(nèi)容概要

熔融金屬物理和冶金物理化學(xué)都是信息論冶金學(xué)的基礎(chǔ)部分，但兩者是有明確區(qū)別的。冶金和材料制備技術(shù)的進(jìn)一步創(chuàng)新，有賴于新的知識(shí)源頭——熔融金屬物理的知識(shí)。
蔣國(guó)昌和吳永全編寫的《熔融金屬物理初步》闡述了熔融金屬物理學(xué)的基本概念、方法和問(wèn)題。其著眼于由微觀到介觀的金屬液電子云結(jié)構(gòu)及其影響下的離子構(gòu)型，概括結(jié)構(gòu)因子；然后分析靜態(tài)結(jié)構(gòu)因子和物性的關(guān)系，再由相關(guān)函數(shù)的理念引出各種傳輸參數(shù)，并用動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)因子歸納；說(shuō)明它們之間不是相互獨(dú)立的，且在不同時(shí)空尺度中的分布規(guī)律有重要意義。同時(shí)介紹了熔融金屬氣液界面層微觀結(jié)構(gòu)的新近研究成果；討論了外場(chǎng)在熔融金屬中可能導(dǎo)致的變化以及熔融金屬由淺過(guò)冷到深過(guò)冷時(shí)自發(fā)形核的試驗(yàn)方法、模擬結(jié)果和理論進(jìn)展，最后討論了應(yīng)用激光一布里淵散射譜及相關(guān)技術(shù)研究金屬液和冶金過(guò)程可行性。
《熔融金屬物理初步》對(duì)冶金及金屬材料等領(lǐng)域中的讀者，特別是研究人員，系統(tǒng)拓展熔融金屬物理方面的知識(shí)有啟蒙作用。

書籍目錄

1 金屬的電子云結(jié)構(gòu)
 1．1 Brillouin區(qū)和Fermi面的概念
 1．2 自由電子模型和準(zhǔn)自由電子模型
 1．2．1 Drude—Lorentz經(jīng)典理論
 1．2．2 Sommerfeld模型
 1．2．3 NFE模型概要
 1．3 固態(tài)金屬中電子的能帶理論
 1．3．1 三個(gè)基本假設(shè)
 1．3．2 Bloch定理 
 1．3．3 能帶結(jié)構(gòu)概念
 1．3．4 能帶特點(diǎn)的分析——微擾法
 1．3．5 有效勢(shì)場(chǎng)
 1．3．6 密度泛函理論(DFT)基礎(chǔ)上的能帶計(jì)算
 1．4 金屬熔體中電子態(tài)密度計(jì)算
 1．4．1 Green函數(shù)法
 1．4．2 由散射勢(shì)計(jì)算電子態(tài)密度
 1．4．3 電子態(tài)密度的一些計(jì)算結(jié)果
 1．5 靜態(tài)屏蔽效應(yīng)和介電函數(shù)
 1．5．1 Hartree近似
 1．5．2 Thomas—Fermi近似
 1．5．3 引入交換能與相關(guān)能后Thomas—Fermi近似的修正
 1．5．4 Singwi／Tosi／Ichimaru的方法
 1．6 交換勢(shì)與相關(guān)勢(shì)
 附錄1．1 Green函數(shù)概論
 附錄1．2 贗勢(shì)
 附錄1．3 本征值和本征矢量
 附錄1．4 電子束被散射的行為
 參考文獻(xiàn)
2 金屬的離子構(gòu)型
 2．1 金屬鍵
 2．2 離子構(gòu)型的表征——靜態(tài)結(jié)構(gòu)因子S(q)
 2．2．1 靜態(tài)結(jié)構(gòu)因子和偶相關(guān)系數(shù)
 2．2．2 S(g)的另一種解釋
 2．2．3 總相關(guān)函數(shù)和直接相關(guān)函數(shù)
 2．2．4 s(g)的模型計(jì)算
 2．3 金屬的狀態(tài)方程及離子間勢(shì)能
 2．3．1 單原子熔體的狀態(tài)方程
 2．3．2 離子間勢(shì)能
 2．3．3 純金屬中背景勢(shì)與有效偶勢(shì)的分離
 2．3．4 溝通微結(jié)構(gòu)和熱力學(xué)的橋——配分函數(shù)
 2．4 靜態(tài)結(jié)構(gòu)和物性的關(guān)系
 2．4．1 熱容
 2．4．2 恒溫壓縮率及聲速
 2．4．3 金屬的內(nèi)聚能和晶格自由能
 2．5 二元合金中的偏結(jié)構(gòu)因子
 2．5．1 原子-原子偏結(jié)構(gòu)因子
 2．5．2 粒數(shù)-粒數(shù)、粒數(shù)-濃度、濃度-濃度偏結(jié)構(gòu)因子
 2．5．3 離子-離子、離子-電子、電子-電子偏相關(guān)函數(shù)
 2．6 偶分布函數(shù)和偶相關(guān)函數(shù)
 2．6．1 基本概念
 2．6．2 三體相關(guān)關(guān)系
 2．6．3 四體相關(guān)關(guān)系
 2．7 用結(jié)構(gòu)因子和偶相關(guān)函數(shù)討論金屬熔體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
 2．8 用MD／MC模擬研究結(jié)構(gòu)因子
 參考文獻(xiàn)
3 金屬熔體中的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)因子
 3．1 空間、時(shí)間的幾個(gè)尺度
 3．2 相關(guān)函數(shù)
 3．2．1 概述
 3．2．2 密度自相關(guān)函數(shù)
 3．2．3 速度自相關(guān)函數(shù)
 3．2．4 粒子流自相關(guān)函數(shù)
 3．2．5 頻率因子加合規(guī)則
 3．2．6 Green-Kubo關(guān)系
 3．3 起伏-耗散理論
 3．3．1 耗散系數(shù)
 3．3．2 記憶函數(shù)
 3．3．3 線性響應(yīng)
 3．4 流體力學(xué)極限下的集約行為
 3．4．1 由流體力學(xué)基本方程導(dǎo)出的s(q，□)
 3．4．2 Hubbard／Beeby理論
 3．5 由流體力學(xué)極限向分子動(dòng)力學(xué)區(qū)擴(kuò)展時(shí)的集約行為
 3．5．1 基于擴(kuò)展Langevin方程的分析
 3．5．2 黏彈性理論
 3．5．3 過(guò)渡金屬液中集約行為的模擬研究
 3．6 單粒子動(dòng)力學(xué)
 3．7 純金屬的雙組元理論
 3．7．1 運(yùn)動(dòng)方程
 3．7．2 縱向流體力學(xué) 
 3．7．3 質(zhì)量一電荷密度響應(yīng)函數(shù)
 3．7．4 熱力學(xué)平衡時(shí)的規(guī)律
 3．8 二元合金中的流體力學(xué)
 3．8．1 二元合金中的流體力學(xué)基本方程
 3．8．2 質(zhì)量-濃度動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)因子
 3．9 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)因子的測(cè)定
 參考文獻(xiàn)
4 離子遷移
 4．1 擴(kuò)散和自擴(kuò)散
 4．1．1 擴(kuò)散系數(shù)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)因子的關(guān)系
 4．1．2 二元合金中兩組元間的互擴(kuò)散
 4．1．3 合金中無(wú)相互作用的兩種溶質(zhì)間的互擴(kuò)散
 4．1．4 擴(kuò)散的微觀機(jī)制
 4．2 黏度
 4．2．1 黏度的物理意義
 4．2．2 黏彈性模型
 4．2．3 過(guò)渡金屬液中黏度的模擬研究
 4．2．4 Kramer理論的引用。     4．3 表面張力
 4．3．1 熱力學(xué)概念
 4．3．2 基于局域自由能密度的方法
 4．3．3 基于各向異性偶勢(shì)和偶相關(guān)函數(shù)的討論
 4．3．4 基于直接相關(guān)函數(shù)的方法
 4．3．5 表面層的構(gòu)筑涉及離子的遷移
 4．3．6 基于非均勻電子云理論的模型
 4．3．7 純金屬表面層結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)研究
 4．3．8 二元合金的表面層
 4．4 空穴濃度及其形成能
 4．4．1 空穴的平衡濃度
 4．4．2 空穴形成能
 4．5 重要的命題
 4．5．1 空穴瞬間分布圖
 4．5．2 BS譜
 4．5．3 初生脫氧產(chǎn)物自發(fā)形核過(guò)程研究的思考
 參考文獻(xiàn)
5 外場(chǎng)作用下的物性
 5．1 電子的行為
 5．1．1 自由電子的遷移
 5．1．2 固態(tài)金屬中電子運(yùn)動(dòng)的半經(jīng)典模型
 5．1．3 靜電場(chǎng)中電子的運(yùn)動(dòng)
 5．1．4 恒磁場(chǎng)中電子的運(yùn)動(dòng)
 5．1．5 Landau能級(jí)和Zeeman分裂
 5．2 電導(dǎo)率
 5．2．1 自由電子的電導(dǎo)率
 5．2．2 電子被散射對(duì)電導(dǎo)率的影響
 5．2．3 交變電場(chǎng)下的電導(dǎo)率
 5．2．4 用結(jié)構(gòu)因子討論電導(dǎo)率和介電系數(shù) 
 5．2．5 電場(chǎng)一磁場(chǎng)耦合作用下的電阻率
 5．2．6 合金的電導(dǎo)率
 5．3 熱導(dǎo)率
 5．4 液態(tài)合金中離子的電遷移及熱致擴(kuò)散
 5．5 磁化率
 5．5．1 電子的軌道磁矩
 5．5．2 原子的磁性
 5．5．3 磁場(chǎng)中的原子
 5．5．4 固體磁性概述
 5．5．5 載流子的磁效應(yīng)
 5．5．6 電子-電子相互作用等對(duì)磁化率的影響
 5．5．7 Knight位移
 5．5．8 3d過(guò)渡金屬和合金的磁性
 5．5．9 討論：強(qiáng)靜磁場(chǎng)在冶金與材料制備中的應(yīng)用
 參考文獻(xiàn)
6 金屬凝固時(shí)自發(fā)形核的實(shí)驗(yàn)研究和模擬結(jié)果
 6．1 晶核萌發(fā)的四個(gè)尺度
 6．2 淺過(guò)冷時(shí)的自發(fā)形核
 6．2．1 淺過(guò)冷時(shí)小簇-核胚-晶核的轉(zhuǎn)化過(guò)程
 6．2．2 若干模擬研究結(jié)果
 6．3 由淺過(guò)冷到深過(guò)冷的變化
 6．4 由形核到相分離
 附錄6．1 局域中離子構(gòu)型的辨識(shí)
 附錄6．2 Wigner 3j symbol
 參考文獻(xiàn)
7 金屬凝固過(guò)程中自發(fā)形核的理論
 7．1 淺過(guò)冷條件下的自發(fā)形核問(wèn)題
 7．1．1 傳統(tǒng)形核理論的要點(diǎn)
 7．1．2 Vinet等的工作
 7．2 凝固過(guò)程自發(fā)形核的場(chǎng)論
 7．2．1 Ising模型／平均場(chǎng)理論／Landau自由能
 7．2．2 亞穩(wěn)態(tài)的場(chǎng)論
 7．2．3 失穩(wěn)區(qū)及其近傍的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)因子
 7．3 自發(fā)形核的密度泛函理論
 參考文獻(xiàn)
8 金屬凝固態(tài)顯微形貌的描述
 8．1 漸變界面的概念
 8．2 相／場(chǎng)理論要點(diǎn)
 8．3 漸變界面模型
 參考文獻(xiàn)
9 應(yīng)用光散射研究熔融金屬動(dòng)力學(xué)的若干問(wèn)題
 9．1 常規(guī)的激光Brillouin譜
 9．1．1 概論
 9．1．2 譜儀
 9．1．3 表面譜測(cè)定
 9．1．4 動(dòng)態(tài)光散射(DLS)
 9．1．5 磁振子所致的BS譜
 9．2 受激的LBs(S—LBS) 
 9．2．1 SBG
 9．2．2 ISBS和ISTS
 9．3 冶金傳輸研究中應(yīng)用光散射及相關(guān)測(cè)試方法的可行性討論
 9．3．1 可望用于選礦等資源綜合利用工程研究的測(cè)試方法
 9．3．2 用于高溫冶金傳輸研究的測(cè)試方法
 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   9.3冶金傳輸研究中應(yīng)用光散射及相關(guān)測(cè)試方法的可行性討論 冶金傳輸現(xiàn)象是冶金過(guò)程中的一個(gè)基本環(huán)節(jié)。冶金傳輸現(xiàn)象屬于廣義的傳質(zhì)、傳熱、動(dòng)量傳輸范疇，服從完全相同的數(shù)理公式。研究冶金傳輸現(xiàn)象的難處在于冶金過(guò)程中，特別是高溫冶金過(guò)程中，初始條件和邊界條件的精確測(cè)試十分棘手。作者多次指出，迄今冶金反應(yīng)工程學(xué)并沒(méi)有成為一個(gè)獨(dú)立的分支，其原因就在其研究中常引用的許多參數(shù)并非就地實(shí)時(shí)測(cè)得的結(jié)果。 利用光散射可以就地實(shí)時(shí)測(cè)定冶金傳輸現(xiàn)象中的初始條件和邊界條件。它們比許多讀者都熟知用于常溫水模擬中的激光Doppler測(cè)速儀（LDA）等有明顯的優(yōu)勢(shì)，以下是若干事例。 9.3.1可望用于選礦等資源綜合利用工程研究的測(cè)試方法 Herring等指出，激光所致熒光、相干Raman譜、Raman增益譜等都能用以測(cè)定1atm（約0.1MPa）以下流動(dòng)氣體（如N2）的局域速度；流動(dòng)氣體（如N2和Ar）的氣壓更高時(shí)，他們用SBG得到局域密度、速度、溫度和熱擴(kuò)散率的信息。這類方法對(duì)流化床過(guò)程的研究應(yīng)該說(shuō)大有裨益。 Antar用相干光散射法研究一個(gè)自由空氣束中的流動(dòng)，通過(guò)實(shí)測(cè)的Rayleigh和Brillouin譜成功地獲取了10～200μm尺度紊流的信息。層流的研究可用非相干光散射。 Schutz／Staude設(shè)計(jì)了一套光散射裝置，用以研究渠道中水的紊流。由逐點(diǎn)所測(cè)的速度梯度相關(guān)函數(shù)，得到紊流能耗散、旋度等數(shù)據(jù)。 現(xiàn)在各種LBS所測(cè)都是某點(diǎn)的信息，而Scarcelli等研制成功的共焦Brillouin顯微鏡能由點(diǎn)測(cè)信息繪成3D圖像。正如超聲由點(diǎn)測(cè)到成像的發(fā)展一樣，光散射成像技術(shù)也會(huì)得到廣泛的應(yīng)用。 9.3.2用于高溫冶金傳輸研究的測(cè)試方法 眾所周知，激光一超聲（LUS）已經(jīng)成為一種可靠的測(cè)試技術(shù)。不容置疑，這是和受激光散射相關(guān)的技術(shù)，因?yàn)樵赟BG和ISBS中的受激聲子正是激光導(dǎo)致的超聲。另外，Shan等和Monchalin等都報(bào)道了用CFP（SFP）干涉器提高激光—超聲檢測(cè)信噪比的研究。

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