《固态相变动力学及晶体学》

“固态相变”或“相变原理”是材料学专业研究生的传统必修课。近十年来，教学体系改革使授课内容有了极大改变，从以往由经典热力学作为主要契人点的教学模式逐渐增强动力学元素，这在国外著名大学尤其显著，如麻省理工学院、乔治亚理工、加州伯克利和北卡罗莱纳州立大学等均在相关课程名称中直接引入“Kinetics”或“Dynamics”一词，在教学大纲和教案中对显微组织的演化规律着墨较多。但是，由于这一变革时间较短，各校间如何讲授课程没有形成大致统一的标准：首先是课程名称不统一，如Kinetics of Phase Transformations
（乔治亚理工），Phase Transformation and Kinetics（加州伯克利），Kinetic Processes in Ma-
terials（麻省理工）等，从中可以看出各校对动力学在材料学专业教学中的地位评判不一；其次是课程大纲不统一，如麻省理工起点较高，教学内容涵盖扩散、位错、界面和相变等四个领域，教案靠近固体物理专业，听课学生须有更扎实的数学基础。而乔治亚理工的教案则近于传统的固态相变理论。
自 21 世纪初，先师徐祖耀院士就敏锐地察觉到传统教学存在变革趋势，开始倡议国内教授材料动力学方面的内容。他认为固态相变本身就包含丰富的动力学信息，并涉及扩散、位错、界面等其他三个方面的知识，综合性较强，可先行先试，为构建材料动力学课程体系提供实践经验。同时，他提出晶体学通过相变时晶体结构的变化过程，揭示相变的物理本质，因此相变晶体学是相变机制的核心部分，不能有所忽略或偏废。作为他的学生，自八年前接手本学院“相变原理”一课以来，谨遵先生教诲，不断修改完善教案，尽量从庞杂的固态相变知识体系中整理一条主线，在强调物理概念的基础上，适当增加数学推导，着重探讨显微组织演化的共性规律。去年，承蒙学院列入资助研究生教材出版的对象，于是决定整理归纳，纂录成书，既为未来教学提供一本教材，也能系统化自身的知识体系。
本书的内容安排如下：首先对本科教材涉及的典型固态相变要点进行了总结，并述及新近出现的与结构稳定性和相变相关的非晶材料、纳米材料和准晶材料的研究进展（第 1章），然后在相变的分类一章（第2章）增加了不同相变类型的共性特征描述，以及与相变相关的界面现象论述（第3章）。在此基础上逐渐进入动力学范围，先通过不可逆过程热力学，利用唯象热力学理论推导动力学方程（第4章），然后用调幅分解和有序化作为例子，具体分析均匀相变动力学的特征及扩展到相场模型（第 5 章）。而对于非均匀相变，则按相变顺序对形核（第6章）、生长（第7章）和动力学形式理论（第8章）分章节详细归纳，不囿于具体相变的机制，而是抽取共同特征，重点强调驱动力作用下显微组织随时间和温度的变化过程，揭示相变机制普遍性的规律。同时，也有意识引入新成果，如形核的软模理论和动力学形式理论的时间锥理论等。在最后一章（第9章）关于晶体学的部分，从基础的晶体几何表述开始，不局限于马氏体相变晶体学，增加扩散相变的主要理论不变线应变和基于 O点阵模型提出的奇异性判据。这样的顺序，希望从总结本科阶段的知识开始，循序渐进进入固态相变动力学和晶体学的知识体系，并扩展到近代物理模型，使学生能对相变“动态进程”的理解更为扎实。为便于学习参考，附录对书中涉及的专业名词提供了中英文对照。

第1章 相变概述
1.1 母相的失稳与相变
1.1.1 母相失稳的热力学条件
1.1.2 过渡相与平衡相的形成
1.2 典型扩散相变的特征
1.2.1 脱溶沉淀
1.2.2 共析分解
1.2.3 块状相变
1.2.4 调幅分解
1.2.5 奥氏体化
1.3 马氏体相变的特征
1.3.1 马氏体相变的晶体学特征
1.3.2 马氏体相变能量学
1.3.3 形状记忆效应
1.4 新型材料的相变
1.4.1 非晶的晶化
1.4.2 纳米材料的相变
1.4.3 准晶的热稳定性
第2章 相变的分类与特征
2.1 相变按热力学分类
2.1.1 体系的热力学函数
2.1.2 一级相变与高级相变
2.1.3 相变的热力学关系式
2.2 一级相变按原子迁移方式分类
2.2.1 重构（扩散）型和位移型（无扩散型）相变
2.2.2 重构型相变的分类和特征
2.2.3 位移型相变的分类和特征
2.3 一级相变按动力学分类
2.3.1 稳定和不稳定的成分一自由能曲线
2.3.2 Gibbs 定义的两类相变
2.4 一级相变的简明分类
第3章 界面现象
3.1 两相界面结构

仅供学习

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