普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材：非平衡凝固理論與技術 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王自東 著

圖書標籤:

• 凝固理論
• 非平衡凝固
• 材料科學
• 冶金工程
• 鑄造
• 相變
• 熱力學
• 擴散
• 金屬材料
• 高等教育教材

齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111332572

版次：1

商品編碼：10668085

品牌：機工齣版

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2011-05-01

頁數：211

正文語種：中文

內容簡介

《非平衡凝固理論與技術》主要包括非平衡凝固過程的基本理論，如非平衡凝固過程與凝固組織、過冷熔體凝固的基本理論、定嚮凝固的基本理論以及過冷熔體中自由枝晶生長理論；快速凝固理論與技術；非晶形成的物理基礎；非平衡凝固組織的模擬及相場理論；非平衡凝固技術與新型材料，如連續鑄造技術、定嚮凝固技術、半固態鑄造技術、準晶材料、微晶材料、金屬納米材料製備技術等。《非平衡凝固理論與技術》可作為高等院校材料科學等專業本科生和研究生的教材，也可供從事金屬凝固方麵研究的科研人員參考。

內頁插圖

目錄

前言
第1章 非平衡凝固過程與凝固組織
1.1 非平衡凝固過程
1.1.1 凝固的基本概念
1.1.2 平衡態和非平衡態
1.2 非平衡凝固組織形成條件
1.3 典型的非平衡凝固組織
1.3.1 連續鑄錠組織
1.3.2 定嚮凝固組織
1.3.3 對流對凝固組織的影響
思考題

第2章 過冷熔體凝固的基本理論
2.1 凝固過程中數學物理模型的建立
2.1.1 在相體積內的控製方程
2.1.2 界麵條件
2.2 在過冷熔體中的晶核成長
2.2.1 問題的漸近解
2.2.2 關於時間的內解
2.3 過冷熔體中球晶生長的界麵穩定性
2.3.1 基態解
2.3.2 球晶界麵的形態穩定性
2.4 對流對於過冷熔體球晶生長的影響
思考題

第3章 定嚮凝固的基本理論
3.1 一維凝固過程的相似性解
3.1.1 物理模型的建立
3.1.2 模型的相似性解
3.2 一維凝固過程的非相似性解
3.2.1 時間意義上的內解
3.2.2 時間意義上的外解
3.3 平界麵穩定性理論：M-s理論
3.3.1 純熔體凝固的穩定性分析
3.3.2 二元閤金定嚮凝固的穩定性分析
3.4 非穩態情形下平界麵的穩定性分析
思考題

第4章 過冷熔體中自由枝晶生長理論
4.1 枝晶生長的Ivantsov解
4.1.1 物理模型
4.1.2 模型求解
4.1.3 枝晶尖端半徑與生長速度的不確定性
4.2 臨界穩定性理論
4.2.1 物理模型及二維界麵運動方程
4.2.2 穩定性分析及穩定性標準
4.3 微觀可解性理論
4.3.1 物理模型
4.3.2 模型求解與分析
4.4 界麵波理論
4.4.1 枝晶生長的基態解和擾動態
4.4.2 擾動態解在外部區域的漸近展開式
4.4.3 零級近似解
4.4.4 一級近似解
4.4.5 外解中的奇點εc的特性與stokes現象
4.4.6 解在奇點ε=εc附近內部區域的漸近展開式
思考題

第5章 快速凝固理論與技術
5.1 快速凝固熱力學
5.1.1 凝固熱力學模式
5.1.2 亞穩平衡相圖
5.1.3 T0綫
5.1.4 非平衡溶質分配係數
5.2 快速凝固動力學
5.2.1 形核動力學
5.2.2 相選擇動力學
5.2.3 界麵穩定性
5.2.4 快速生長時的帶狀組織
5.3 快速凝固技術
5.3.1 快速凝固技術的原理及分類
5.3.2 急冷凝固技術
5.3.3 大過冷凝固技術
思考題

第6章 非晶形成的物理基礎
6.1 非晶形成的熱力學基礎
6.2 非晶形成的動力學基礎
6.3 非晶的形成能力
6.4 非晶的晶化動力學
6.5 非晶金屬材料製備技術及其應用
6.5.1 非晶金屬材料的製備技術
6.5.2 非晶態閤金的性能
6.5.3 非晶金屬材料在工程中的應用
思考題

第7章 非平衡凝固組織的模擬及相場理論
7.1 非平衡凝固組織模擬的數學物理模型
7.1.1 凝固過程中的過冷現象
7.1.2 形核模型
7.1.3 生長模型
7.2 非平衡凝固組織模擬的方法
7.2.1 確定性模擬方法（Deterministic Modeling）
7.2.2 MonteCarlo方法
7.2.3 CellularAutomata方法
7.3 相場理論簡介
7.3.1 相場變量
7.3.2 純物質的相場方程
7.3.3 閤金的三維相場模型
7.4 相場理論在組織模擬中的應用
7.4.1 溶質陷落
7.4.2 枝晶生長
7.4.3 等軸枝晶結構的形成與枝晶側臂的搭橋
7.4.4 柱狀晶的競爭生長與枝晶破斷
7.4.5 共晶集群結構的形成
7.4.6 微觀組織的粗化
思考題

第8章 非平衡凝固技術與新型材料
8.1 連續鑄造技術
8.1.1 連續鑄造技術概述
8.1.2 連續鑄鋼
8.1.3 薄闆坯連鑄技術
8.1.4 0CC技術
8.2 定嚮凝固技術
8.2.1 發熱劑法（EP法）
8.2.2 功率降低法（PD法）
8.2.3 高速凝固法（HRS法）
8.2.4 液態金屬冷卻法（LMC法）
8.2.5 區域熔化液態金屬冷卻法（ZMLMC法）
8.2.6 深過冷定嚮凝固（DUDS）
8.2.7 電磁約束成形定嚮凝固技術DSEMS）
8.2.8 激光超高溫度梯度快速定嚮凝固
8.2.9 單晶製備技術
8.3 半固態鑄造技術
8.3.1 半固態鑄造的工藝原理和適用範圍
8.3.2 半固態鑄造的特點
8.3.3 半固態閤金組織
8.3.4 半固態閤金的流變性能
8.3.5 半固態閤金漿料的製備
8.3.6 半固態鑄造方法
8.3.7 半固態加工技術的應用
8.4 準晶材料
8.4.1 準晶概述
8.4.2 準晶材料製備技術
8.4.3 準晶材料的性能
8.4.4 準晶材料的應用
8.5 微晶材料
8.5.1 微晶閤金的製備技術
8.5.2 微晶閤金的特點
8.6 金屬納米材料製備技術
8.6.1 高壓淬火法
8.6.2 深過冷熔體結晶法
8.6.3 非晶晶化法製備金屬納米結構材料
8.6.4 納米材料的特性
8.6.5 金屬納米材料的應用
思考題
參考文獻

前言/序言

好的，這是一份關於《非平衡凝固理論與技術》（普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材）的詳細介紹，內容將側重於該領域的核心概念、技術應用及其在現代材料科學中的重要地位，同時避免提及您指定的書名本身。 --- 凝固過程的微觀動力學與宏觀控製：現代材料科學的基石 凝固，是物質從液態嚮固態轉變的物理過程，是材料科學與工程領域最基礎也是最關鍵的單元操作之一。 它不僅決定瞭最終材料的宏觀性能，如強度、韌性、導電性或光學特性，更深刻地內嵌於從微觀晶體學到大規模工業生産的全鏈條之中。在追求更高性能、更復雜結構和更精細控製的今天，對凝固過程的深入理解與精準調控已成為推動先進製造業發展的核心驅動力。 本領域的探討核心在於處理非平衡態下的物理化學現象。當冷卻速率、溫度梯度、閤金成分或外部場強（如磁場、電場）偏離理想的平衡條件時，材料的組織結構將呈現齣復雜的非周期性或非均勻性，這正是“非平衡凝固”所涵蓋的範疇。 一、 凝固過程的驅動力與界麵演化 凝固的本質是能量的重新分配和物質的重新排列。在非平衡條件下，這一過程的驅動力（過冷度）和界麵動力學變得尤為重要。 1. 熱力學與過冷現象： 晶體形成的首要條件是液相溫度低於平衡下的熔點，即存在熱力學過冷。然而，在實際快速凝固中，僅有熱力學驅動不足以解釋形核的發生。必須考慮形核過冷——剋服形核勢壘所需的額外能量。對異質形核（如雜質顆粒錶麵）和均質形核的機製進行精確量化，是控製材料初始微觀結構的關鍵。過冷度的劇烈變化直接影響到固液界麵的生長速率和形態。 2. 界麵動力學與生長形態： 固液界麵的形態決定瞭最終晶粒的結構。在低速或平衡條件下，界麵傾嚮於平坦或凸齣液相；而在快速凝固或高過冷度下，界麵會變得不穩定，發展齣枝晶（Dendrite）、胞狀（Cell）或網狀結構。 枝晶生長： 這是研究的重點。枝晶的生長速率、主乾直徑、二次/三次分支的密度和間距，均是閤金宏觀性能的直接體現。其生長受限於擴散控製（成分過冷）和傳熱控製。對枝晶間液相成分的富集分析（局部成分過冷）是預測宏觀偏析程度的基礎。 界麵能與錶麵張力： 固液界麵處的能量（界麵能）是決定界麵穩定性的關鍵參數。在微納米尺度下，界麵能的各嚮異性（取決於晶體取嚮）將主導界麵偏摺和生長方嚮的選擇。 二、 宏觀偏析與組織控製 非平衡凝固往往伴隨著成分偏析（Segregation），即不同元素在固相和液相中的分配係數（$k$）因生長速度的改變而偏離平衡態的預測值，導緻鑄件內部齣現化學成分的梯度。 1. 偏析的數學描述： 從基礎的反偏析（Microsegregation）到宏觀的宏觀偏析（Macrosegregation），都需要基於溶質的對流、擴散和界麵捕獲機製進行建模。例如，在高速度凝固的定嚮凝固中，富集在液相的溶質會隨界麵推進而被帶到鑄件末端，形成宏觀的成分梯度。 2. 組織細化與晶粒控製： 現代材料追求更細小、更均勻的晶粒結構。通過以下方式可以實現對晶粒尺寸的調控： 增加形核密度： 利用形核劑或快速冷卻來增加有效形核的頻率。 抑製粗大枝晶的形成： 通過提高冷卻速率或引入外部場強（如超聲波振動、鏇轉磁場），強製性地打斷粗大枝晶的生長，促進液相的充分攪拌，從而提高均勻性並細化初晶結構。 三、 非平衡凝固過程的現代技術手段 對非平衡態的精確控製催生瞭一係列先進的凝固技術，它們旨在突破傳統鑄造工藝的局限。 1. 快速凝固技術（RS）： 當冷卻速率達到 $10^4 ext{K/s}$ 甚至更高時，材料可以被“凍結”在遠非平衡的狀態。這使得穩定亞穩相、形成非晶態結構（金屬玻璃）或獲得極細的亞微米組織成為可能。噴射、霧化、快速鏇轉等方法是實現高冷卻速率的關鍵。 2. 選區凝固與定嚮凝固（DS）： 在渦輪葉片等高性能部件製造中，要求材料具有極高的蠕變抗性和抗疲勞性。通過精確控製熱場，實現單晶（無晶界）或定嚮凝固（晶界沿應力方嚮排列），是消除晶界不利影響的有效途徑。這需要對傳熱模型和界麵穩定性進行高精度計算。 3. 外部場輔助凝固： 引入外部能量場可以對界麵運動施加額外的作用力，從而重塑凝固組織。 電磁攪拌（EMS）： 利用洛倫茲力驅動液相流動，有效消除宏觀偏析，細化晶粒，並抑製浮渣夾雜。 超聲波處理（US）： 産生的空化效應和微觀振蕩可以破碎初生的枝晶，增加形核點，並改善晶粒間的均勻性。 四、 模擬與計算方法的發展 由於凝固過程涉及相變、傳熱、溶質擴散、流體流動（對流）以及固液界麵的復雜耦閤，計算模擬已成為理解和優化工藝不可或缺的工具。 現代研究越來越依賴於多尺度、多物理場的耦閤模型： 元胞自動機（CA）/相場法（Phase-Field）： 這些方法特彆擅長描述固液界麵的演化、枝晶的成核與生長，以及復雜微觀結構的形成。相場法尤其在處理界麵能和界麵動力學方麵具有強大的理論優勢。 計算流體力學（CFD）： 用於模擬鑄型內的溫度場、速度場和溶質濃度場，特彆是湍流對凝固前沿的物質輸運影響。 通過這些先進的理論框架和計算工具，科研人員能夠預測在特定冷卻速度和成分配比下，材料的最終微觀結構，進而指導新閤金的設計和先進製造工藝的開發。掌握非平衡凝固的原理，即是掌握瞭從基礎熔煉到高性能零部件製造的整個技術鏈條的控製權。

評分☆☆☆☆☆

這本《非平衡凝固理論與技術》實在是一本讓人驚喜的教材！雖然書名聽起來有些“硬核”，但實際翻閱下來，作者的講解方式非常接地氣，循序漸進，即使是初次接觸非平衡凝固的讀者，也能很快抓住核心概念。我特彆喜歡其中關於“過冷度”的闡述，它不僅僅是理論上的一個參數，通過豐富的圖示和生動的案例，將其在實際生産中的影響描繪得淋灕盡緻。比如，書中詳細分析瞭不同過冷度下，閤金凝固過程中晶粒形態、尺寸以及成分偏析的變化，這對於理解材料性能的差異至關重要。而且，我發現這本書的理論深度足夠，但又不會過於晦澀，很多地方都引用瞭最新的研究成果，並對其進行瞭通俗易懂的解讀。它並沒有停留在理論層麵，而是緊密結閤瞭工業生産中的實際應用，提供瞭大量關於非平衡凝固技術，例如快速凝固、定嚮凝固等的操作要點和注意事項。我個人在實際工作中遇到的一些凝固難題，在這本書裏都能找到相關的原理和解決方案的影子，這大大提升瞭我解決實際問題的信心。總的來說，這本書兼具瞭學術的嚴謹性和實踐的指導性，是一本不可多得的優質教材，對於我這樣的工程師來說，簡直是如獲至寶，讓我對非平衡凝固有瞭更深層次的理解和更開闊的視野。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，在閱讀《非平衡凝固理論與技術》之前，我對非平衡凝固的理解僅停留在比較淺顯的層麵。但是，這本書的齣現，徹底改變瞭我的認知。它最讓我感到驚艷的是，作者能夠將那些原本復雜抽象的理論，通過形象的比喻和精妙的圖示，變得生動而易於理解。比如，書中在講解“相變動力學”時，用瞭“賽跑”的比喻來形容不同相變途徑的競爭，一下子就讓我抓住瞭關鍵點。而且，作者並沒有迴避那些“難啃”的部分，而是將其分解成一個個小模塊，逐一攻破。我尤其欣賞書中對“凝固缺陷”的闡述，例如位錯、晶界、孔隙等，作者詳細分析瞭這些缺陷的形成機理，以及它們對材料性能産生的負麵影響，並且還提供瞭相應的控製和消除策略。這對於我們進行材料設計和工藝優化來說，具有極其重要的指導意義。這本書的知識體係非常完整，從基礎的熱力學原理，到復雜的動力學過程，再到具體的工程應用，邏輯鏈條清晰，前後呼應。閱讀過程中，我感覺自己就像在一位經驗豐富的導師的引導下，一步步深入探索非平衡凝固的奧秘，受益匪淺。

評分☆☆☆☆☆

這本《非平衡凝固理論與技術》無疑是一部“思想的啓迪者”。它所展現的知識體係，讓我對材料科學領域有瞭全新的認識。書中關於“固液界麵動力學”的討論，我至今記憶猶新。作者用非常嚴謹的科學語言，結閤前沿的計算模擬方法，揭示瞭固液界麵在非平衡凝固過程中的復雜行為。我尤其欣賞書中對“梯度凝固”和“定嚮凝固”技術的詳盡闡述。作者不僅介紹瞭這些技術的原理和優點，更重要的是，他深入分析瞭這些技術在實際應用中可能遇到的挑戰，以及如何通過優化工藝參數來剋服這些挑戰。這對於我從事相關研究和開發工作來說，具有極其寶貴的藉鑒意義。而且，這本書並沒有將目光僅僅局限於理論和技術層麵，而是觸及到瞭材料性能與凝固過程之間深刻的聯係。作者通過大量的實例，說明瞭非平衡凝固如何影響材料的力學性能、電學性能、磁學性能等，並探討瞭如何通過調控凝固過程來獲得特定性能的材料。這讓我深刻體會到，非平衡凝固不僅是一門科學，更是一門藝術，是一門能夠創造齣高性能材料的“魔術”。這本書，讓我看到瞭非平衡凝固在推動材料科學發展和産業進步中的巨大潛力。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，《非平衡凝固理論與技術》是一本充滿“智慧”的書。它不僅僅是知識的堆砌，更重要的是，它教會瞭我如何“思考”非平衡凝固的問題。書中在探討“熱量傳遞”和“質量傳遞”在凝固過程中的相互作用時，作者展現瞭極其深厚的功力。他不僅僅是給齣公式，更是引導讀者去理解這些傳遞過程是如何相互影響、相互製約的，以及它們如何最終決定瞭凝固的最終組織和性能。我特彆喜歡書中對“微觀結構演化”的分析，作者通過大量的模擬和實驗結果，清晰地展示瞭不同參數下，微觀晶粒是如何從無到有，再到長大、相互影響，直至形成最終的宏觀組織。這種深入到微觀層麵的分析，讓我能夠真正理解“知其然，更知其所以然”。而且，這本書還非常注重培養讀者的“問題解決能力”。在每個章節的最後，都設置瞭相關的思考題和習題，這些題目並非簡單的記憶性題目，而是需要讀者運用書中知識進行分析和推理，這極大地鍛煉瞭我獨立思考和解決問題的能力。這本書，讓我不再是被動地接受知識，而是主動地去探索和運用。

評分☆☆☆☆☆

我必須說，這本《非平衡凝固理論與技術》給我的整體感受是“深度與廣度的完美結閤”。它不僅僅是簡單羅列公式和理論，而是深入剖析瞭非平衡凝固現象背後的微觀機製。書中關於“形核”和“長大”過程的討論，我印象尤為深刻。作者通過詳實的理論推導，結閤大量的實驗數據和顯微組織照片，清晰地展示瞭不同條件下，晶核如何産生，以及晶體如何沿著特定的方嚮生長。尤其是在討論“界麵能”和“擴散”對晶體生長速率的影響時，作者的論證邏輯嚴謹，推導過程清晰易懂，讓我能夠真正理解這些基本概念是如何影響宏觀凝固過程的。此外，這本書並沒有局限於單一的材料體係，而是廣泛涵蓋瞭金屬閤金、陶瓷、甚至半導體等多種材料的非平衡凝固特性，這極大地拓寬瞭我的知識麵。書中對不同材料體係的凝固機理差異進行瞭對比分析，這讓我能夠更全麵地認識非平衡凝固的普適性和特殊性。從理論的深度上，它為我提供瞭堅實的學術基礎；從內容的廣度上，它為我打開瞭全新的研究視角。這使得我在理解和解決不同材料的凝固問題時，都能遊刃有餘，找到更優化的解決方案。

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貝殼的書

評分☆☆☆☆☆

圖片清晰，是一本質量較好的教材

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評分☆☆☆☆☆

對於科研人員值得進一步學習的好書，看吧，很有用的

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