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金屬界面理論與應用(李小武) 版權信息
- ISBN：9787122446367
- 條形碼：9787122446367 ; 978-7-122-44636-7
- 裝幀：平裝
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
金屬界面理論與應用(李小武) 內容簡介
金屬材料中的界面對其力學行為以及物理與化學特性具有重要的影響，系統學習并掌握金屬界面理論及應用的相關知識，是從事傳統材料性能提升以及新型高性能材料研發工作的重要基礎！督饘俳缑胬碚撆c應用》是材料科學與工程專業的基礎理論教材，全書共分6章，其中第1～3章著重介紹界面研究的物理基礎，包括界面熱力學、界面結構和界面電子狀態；第4、第5章介紹界面的一些基本過程，如界面擴散、界面形核與長大；第6章主要以案例的形式介紹金屬界面在實際工程研究中的應用。每章在介紹經典界面理論的基礎上，歸納和總結近些年在金屬界面研究中取得的近期新研究成果，進而對經典理論進行適時的完善和修正。 編寫本書的目的是拓寬材料科學與工程專業本科生、研究生以及工程技術領域專業技術人員對金屬界面基礎理論及其實際應用的全面認識。因此，本書可作為材料科學與工程專業或相關專業的教材，也可用作從事材料界面相關研究的科研人員或技術人員的參考書。
金屬界面理論與應用(李小武) 目錄
第1章界面熱力學 1
1.1界面能及其與體系熱力學參數的關系 1
1.2界面區的物質特性 4
1.2.1吉布斯界面熱力學方法 4
1.2.2吉布斯吸附方程及表面張力方程 4
1.2.3表面張力與溫度的關系 5
1.3界面曲率對兩相平衡體系物理參量的影響 6
1.3.1界面曲率對力學平衡條件的影響 6
1.3.2界面曲率對兩相平衡體系物理參量的影響 7
1.4合金在平衡條件下的界面及顯微組織 9
1.4.1單相合金的界面及組織 9
1.4.2復相合金的界面及組織 10
1.4.3三相界面交界處的界面張力平衡 13
1.5界面能各向異性對晶體形貌和顯微組織的影響 14
1.5.1γ 能極圖和Wulff 結構 14
1.5.2界面的刻面化和界面的轉動 15
1.5.3基體中第二相的平衡形貌 17
1.5.4Wulff 法則 18
1.5.5溫度對平衡形狀Wulff 結構的影響 19
1.6小尺度材料表面誘發的尺寸效應 20
1.6.1鏡像力 20
1.6.2金屬材料外在尺寸效應的微觀機理 21
1.6.3延緩或改善材料外在尺寸效應的方法 23
1.7界面熱力學模型及其應用 24
思考題 28
參考文獻 29 第2章界面結構 32
2.1晶界研究的歷史回顧 32
2.2任意晶界的宏觀幾何自由度 33
2.3小角晶界 33
2.3.1描述小角晶界位錯分布的Bilby-Frank公式 34
2.3.2描述小角晶界位錯分布的方程及其應用 35
2.3.3小角晶界能 44
2.3.4小角晶界對高溫單晶合金力學性能的影響 45
2.4大角晶界 45
2.4.1晶體學幾何模型 45
2.4.2O點陣方程的特例——Frank公式 50
2.4.3大角晶界結構的描述 51
2.4.4晶界位錯的模擬及實驗觀察結果 55
2.4.5溶質原子在晶界上的偏聚方式 58
2.4.6大角晶界能 59
2.4.7小尺度材料晶界結構的尺寸效應 60
2.4.8晶界對塑性變形的貢獻 61
2.5孿晶界面 62
2.5.1孿生的晶體學 63
2.5.2孿生時的原子移動 64
2.5.3多級孿晶的形成與演化 67
2.5.4孿生動力學與位錯——孿晶轉變的尺寸依賴性 69
2.5.5納米孿晶材料的強韌化 73
2.6堆垛層錯 74
2.6.1擴展位錯及影響擴展位錯寬度的因素 74
2.6.2堆垛層錯能對位錯滑移方式的影響 74
2.7反相疇界 76
2.7.1反相疇結構 76
2.7.2合金中的短程有序對位錯滑移方式的影響 77
2.7.3合金中的短程有序對力學性能的影響 77
2.8相界面 81
2.8.1相界面結構 81
2.8.2相界面的結合模型 82
2.8.3相界面位錯觀察 87
思考題 88
參考文獻 89 第3章界面的電子狀態 91
3.1表面電子態 91
3.1.1表面電子態的產生及其特征 91
3.1.2表面電子態的經典模型及理論計算 92
3.1.3固體表面的結構 95
3.1.4局域態密度 96
3.1.5清潔表面的電子結構 97
3.1.6表面空間電荷層的形成及表面能帶的彎曲 98
3.2金屬-半導體界面態 99
3.2.1導體、絕緣體和半導體能帶結構的區別 100
3.2.2肖特基勢壘 100
3.2.3Bardeen 模型 102
3.2.4金屬誘生能隙態 102
3.2.5金屬覆蓋率對肖特基勢壘的影響 104
3.2.6外加電壓對肖特基勢壘的影響 104
3.2.7金屬-半導體接觸的電流輸運機制 105
3.2.8金屬-半導體接觸的電學特性表征與測量 106
3.2.9Si 的肖特基勢壘 107
3.2.10金屬-半導體界面的原子結構 107
3.3金屬-絕緣體-半導體界面態 108
3.3.1SiO2-Si 結構中的電荷和陷阱 109
3.3.2空間電荷層及表面勢 110
3.3.3表面電荷隨表面勢的變化 111
思考題 114
參考文獻 115 第4章界面擴散 116
4.1擴散的基本方程和機理 116
4.1.1擴散的基本方程 116
4.1.2擴散機理 117
4.2表面擴散 119
4.2.1表面擴散的主要特征和種類 119
4.2.2表面擴散系數方程 120
4.3晶界擴散 123
4.3.1晶界擴散的板片模型 123
4.3.2晶界擴散的管道模型 127
4.4晶界的運動 128
4.4.1晶界的滑動 128
4.4.2晶界的移動 130
4.4.3溶質對晶界運動的影響 133
4.5界面擴散的測量技術 136
4.6界面擴散的應用實例 138
思考題 143
參考文獻 144 第5章界面形核與長大 145
5.1相變驅動力與形核驅動力 145
5.1.1相變驅動力 145
5.1.2形核驅動力 146
5.2界面的擴散形核 147
5.2.1均勻形核 147
5.2.2非均勻形核 149
5.3新相長大 156
5.3.1界面過程控制的新相長大 156
5.3.2長程擴散控制的新相長大 160
5.3.3析出相的聚集（粗化） 161
5.4界面形核與長大的應用實例 163
思考題 168
參考文獻 168 第6章金屬界面工程及應用 169
6.1晶界工程 169
6.1.1晶界工程的定義 170
6.1.2晶界工程的分類 170
6.1.3基于退火孿晶的晶界工程及應用 171
6.1.4基于織構的晶界工程及應用 192
6.1.5基于原位自協調的晶界工程及應用 192
6.1.6基于合金化改善晶界特性的晶界工程及應用 193
6.1.7其它類型的晶界工程及應用 195
6.2相界面及應用 199
6.2.1相界面分類 199
6.2.2鎂合金相界面應用 199
6.2.3鎳基高溫合金相界面應用 202
6.3金屬基復合材料界面及應用 203
6.3.1金屬基復合材料界面類型 204
6.3.2金屬基復合材料界面結合形式 204
6.3.3金屬基復合材料界面反應 205
6.3.4金屬基復合材料界面工程應用 206
6.4納米層狀金屬材料界面及應用 209
6.4.1納米層狀金屬材料強化能力 210
6.4.2層狀金屬材料塑性變形能力 213
思考題 216
參考文獻 217 附錄Ⅰ 蒸汽相飽和蒸汽壓與界面曲率半徑的關系 224 附錄Ⅱ 溶質飽和濃度與界面曲率半徑的關系 226 附錄Ⅲ 立方晶系一些不同Σ 值的CSL轉換矩陣 228
1.1界面能及其與體系熱力學參數的關系 1
1.2界面區的物質特性 4
1.2.1吉布斯界面熱力學方法 4
1.2.2吉布斯吸附方程及表面張力方程 4
1.2.3表面張力與溫度的關系 5
1.3界面曲率對兩相平衡體系物理參量的影響 6
1.3.1界面曲率對力學平衡條件的影響 6
1.3.2界面曲率對兩相平衡體系物理參量的影響 7
1.4合金在平衡條件下的界面及顯微組織 9
1.4.1單相合金的界面及組織 9
1.4.2復相合金的界面及組織 10
1.4.3三相界面交界處的界面張力平衡 13
1.5界面能各向異性對晶體形貌和顯微組織的影響 14
1.5.1γ 能極圖和Wulff 結構 14
1.5.2界面的刻面化和界面的轉動 15
1.5.3基體中第二相的平衡形貌 17
1.5.4Wulff 法則 18
1.5.5溫度對平衡形狀Wulff 結構的影響 19
1.6小尺度材料表面誘發的尺寸效應 20
1.6.1鏡像力 20
1.6.2金屬材料外在尺寸效應的微觀機理 21
1.6.3延緩或改善材料外在尺寸效應的方法 23
1.7界面熱力學模型及其應用 24
思考題 28
參考文獻 29 第2章界面結構 32
2.1晶界研究的歷史回顧 32
2.2任意晶界的宏觀幾何自由度 33
2.3小角晶界 33
2.3.1描述小角晶界位錯分布的Bilby-Frank公式 34
2.3.2描述小角晶界位錯分布的方程及其應用 35
2.3.3小角晶界能 44
2.3.4小角晶界對高溫單晶合金力學性能的影響 45
2.4大角晶界 45
2.4.1晶體學幾何模型 45
2.4.2O點陣方程的特例——Frank公式 50
2.4.3大角晶界結構的描述 51
2.4.4晶界位錯的模擬及實驗觀察結果 55
2.4.5溶質原子在晶界上的偏聚方式 58
2.4.6大角晶界能 59
2.4.7小尺度材料晶界結構的尺寸效應 60
2.4.8晶界對塑性變形的貢獻 61
2.5孿晶界面 62
2.5.1孿生的晶體學 63
2.5.2孿生時的原子移動 64
2.5.3多級孿晶的形成與演化 67
2.5.4孿生動力學與位錯——孿晶轉變的尺寸依賴性 69
2.5.5納米孿晶材料的強韌化 73
2.6堆垛層錯 74
2.6.1擴展位錯及影響擴展位錯寬度的因素 74
2.6.2堆垛層錯能對位錯滑移方式的影響 74
2.7反相疇界 76
2.7.1反相疇結構 76
2.7.2合金中的短程有序對位錯滑移方式的影響 77
2.7.3合金中的短程有序對力學性能的影響 77
2.8相界面 81
2.8.1相界面結構 81
2.8.2相界面的結合模型 82
2.8.3相界面位錯觀察 87
思考題 88
參考文獻 89 第3章界面的電子狀態 91
3.1表面電子態 91
3.1.1表面電子態的產生及其特征 91
3.1.2表面電子態的經典模型及理論計算 92
3.1.3固體表面的結構 95
3.1.4局域態密度 96
3.1.5清潔表面的電子結構 97
3.1.6表面空間電荷層的形成及表面能帶的彎曲 98
3.2金屬-半導體界面態 99
3.2.1導體、絕緣體和半導體能帶結構的區別 100
3.2.2肖特基勢壘 100
3.2.3Bardeen 模型 102
3.2.4金屬誘生能隙態 102
3.2.5金屬覆蓋率對肖特基勢壘的影響 104
3.2.6外加電壓對肖特基勢壘的影響 104
3.2.7金屬-半導體接觸的電流輸運機制 105
3.2.8金屬-半導體接觸的電學特性表征與測量 106
3.2.9Si 的肖特基勢壘 107
3.2.10金屬-半導體界面的原子結構 107
3.3金屬-絕緣體-半導體界面態 108
3.3.1SiO2-Si 結構中的電荷和陷阱 109
3.3.2空間電荷層及表面勢 110
3.3.3表面電荷隨表面勢的變化 111
思考題 114
參考文獻 115 第4章界面擴散 116
4.1擴散的基本方程和機理 116
4.1.1擴散的基本方程 116
4.1.2擴散機理 117
4.2表面擴散 119
4.2.1表面擴散的主要特征和種類 119
4.2.2表面擴散系數方程 120
4.3晶界擴散 123
4.3.1晶界擴散的板片模型 123
4.3.2晶界擴散的管道模型 127
4.4晶界的運動 128
4.4.1晶界的滑動 128
4.4.2晶界的移動 130
4.4.3溶質對晶界運動的影響 133
4.5界面擴散的測量技術 136
4.6界面擴散的應用實例 138
思考題 143
參考文獻 144 第5章界面形核與長大 145
5.1相變驅動力與形核驅動力 145
5.1.1相變驅動力 145
5.1.2形核驅動力 146
5.2界面的擴散形核 147
5.2.1均勻形核 147
5.2.2非均勻形核 149
5.3新相長大 156
5.3.1界面過程控制的新相長大 156
5.3.2長程擴散控制的新相長大 160
5.3.3析出相的聚集（粗化） 161
5.4界面形核與長大的應用實例 163
思考題 168
參考文獻 168 第6章金屬界面工程及應用 169
6.1晶界工程 169
6.1.1晶界工程的定義 170
6.1.2晶界工程的分類 170
6.1.3基于退火孿晶的晶界工程及應用 171
6.1.4基于織構的晶界工程及應用 192
6.1.5基于原位自協調的晶界工程及應用 192
6.1.6基于合金化改善晶界特性的晶界工程及應用 193
6.1.7其它類型的晶界工程及應用 195
6.2相界面及應用 199
6.2.1相界面分類 199
6.2.2鎂合金相界面應用 199
6.2.3鎳基高溫合金相界面應用 202
6.3金屬基復合材料界面及應用 203
6.3.1金屬基復合材料界面類型 204
6.3.2金屬基復合材料界面結合形式 204
6.3.3金屬基復合材料界面反應 205
6.3.4金屬基復合材料界面工程應用 206
6.4納米層狀金屬材料界面及應用 209
6.4.1納米層狀金屬材料強化能力 210
6.4.2層狀金屬材料塑性變形能力 213
思考題 216
參考文獻 217 附錄Ⅰ 蒸汽相飽和蒸汽壓與界面曲率半徑的關系 224 附錄Ⅱ 溶質飽和濃度與界面曲率半徑的關系 226 附錄Ⅲ 立方晶系一些不同Σ 值的CSL轉換矩陣 228
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金屬界面理論與應用(李小武) 作者簡介
李小武，現擔任東北大學材料物理本科專業負責人以及材料物理與化學系系主任及學科責任教授，主講《材料的力學性能》（雙語，本科生）、32學時；《材料的疲勞》（研究生）、32學時。主編研究生教材一部，并參與翻譯一部專著和一部百科全書。所指導的本、碩、博學生獲得各種學術獎勵60余人次，曾被評為東北大學本科生、碩士生和博士生畢業論文校優 秀指導教師，遼寧省及中國冶金教育學會碩士畢業論文優 秀指導教師等。 主要科研經歷 作者長期從事材料的性能與微觀結構分析研究工作。先后承擔過20余項科研項目（包括7項國家自然科學基金項目）的研究。在包括材料界知名的Acta Mater., ACS Appl. Mater. Interfaces, Nanoscale, PNAS, Scripta Mater., Corro. Sci.等在內的多種國內外刊物和學術會議上發表研究論文220余篇（其中SCI檢索170余篇、EI檢索近40篇），發表的論文共被SCI引用2000余次。曾入選“新世紀優 秀人才支持計劃”、遼寧省“百千萬人才工程”百人層次“沈陽十大杰出青年創新人才”。曾榮獲遼寧省自然科學二等獎、遼寧省自然科學學術成果一等獎等。先后在國內外重要學術會議上做特邀報告30余次，F擔任中國材料研究學會理事，中國材料研究學會疲勞分會理事，國際SCI期刊J. Mater. Sci. Technol.編委、中國材料研究學會出版工作委員會委員和40余種國際和國內刊物的審稿人，美國國家科學基金會（NSF）國際研究計劃項目和荷蘭材料基礎研究基金會（FOM）項目的評審人。
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