金属材料热力学(徐祖耀著)思维导图

材料热力学Thermodynamics of Materials课程编号：07310160学分：2学时：30 （其中：讲课学时：30 实验学时：0 ; 上机学时：0 ）先修课程：物理化学、材料科学与工程适用专业:材料物理与化学，无机非金属材料，金属材料，高分子材料与工程，复合材料与工程教材：《材料热力学》，郝士明主编，化学工业出版社，2004年1月第1版开课学院：材料科学与工程学院一、课程的性质与任务:《材料热力学》课程是材料类相关专业教学计划中重要的专业课，以热力学和统计热力学的原理和方法研究材料问题，它与动力学、晶体学以及固体物理和固体化学组成材料科学的基础。

材料科学与工程已成为一个整体。

热力学对发展材料的品种、提高材料的质量、日益显示其积极的作用，应用材料热力学原理可以阐明和预测相图，相变以及材料的其他物理现象。

要求学生在完成学习《物理化学》、《材料科学与工程》等课程，以及进行了认识实习，有一定的生产实际知识的基础上再安排学习本课程。

学好本课程对进一步学好材料专业的专业课具有奠定基础的重要作用。

材料热力学课程的任务是：1、掌握热力学的基本知识，理解相图的构成规则和诠释相图，深入理解材料热力学的基本理论和研究方法；2、能应用材料热力学的原理和方法来分析和解决实际的材料问题。

二、课程的基本内容及要求第一章绪论1、教学内容（1）热力学发展史及分类；（2）热力学定律回顾。

2、基本要求了解材料热力学发展史及分类，掌握材料热力学的基本概念，熟悉各种热力学关系式的推导、适用条件和在材料中的应用。

3、重难点（1）重点是热力学关系式的推导、适用条件和在材料中的应用；（2）难点是热力学关系式的推导。

第二章单组元材料的热力学1、教学内容（1）金属相变的体积效应的热力学解释；（2）纯金属中的平衡空位浓度；（3）晶体的热容及由热容计算自由能；（4）单组元材料两相平衡。

2、基本要求掌握单组元材料的相变体积效应、热容的概念；掌握热容计算自由能的计算；掌握单组元材料的两相平衡的计算；了解Gibbs-Helmholtz方程的推导和应用。

第一章金属与合金的晶体结构⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧越多，结合能越低密排列的原因：原子数固态金属中原子趋于紧衡距离使得能量最低则排列的原因：保持平固态金属中原子趋于规双原子作用模型的解释结合力与结合能延展性不透明具有金属光泽正的电阻温度系数导热性导电性解释固态金属的特性定义金属键金属原子的结构特点金属原子间的结合3.1.12.1.11.1.11.1⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧各向异性熔点晶体与非晶体的区别金属玻璃的定义晶体的定义晶体与非晶体1.2.1⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧年名词解释晶胞（晶粒年名词解释）晶格（空间点阵定义晶体结构定义晶体结构与空间点阵04012.2.1⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧密排六方面心体心间隙密排六方面心体心晶体中的原子堆垛和间隙晶体中的原子堆垛方式配位数：、、、、、密排六方：典型代表：配位数：、、、、面心立方：典型代表配位数：、、、、、体心立方：典型代表：构三种典型的金属晶体结12Cd Co Ti Be Mg Zn 12Ag Al Ni Cu Fe -8W Mo Nb V Cr -3.2.1γαFe ⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧相互结合而成的综合体大小数量及分布的相，同，形成具有不同形状组织：由于形成条件不相互分开的组成部分成分性能均一并以界面相：合金中结构相同，组元的定义合金的定义合金相结构3.1⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧电阻温度系数下降电阻率升高物理性能韧性塑性机械性能固溶强化固溶体的性能有序固溶体力）合力大于同种原子结合短程有序（异种原子结大于异种原子结合力）偏聚（同种原子结合力偏聚与有序晶格畸变固溶体结构特点有序固溶体无序固溶体的相对分布分类按溶质原子与溶剂原子无限共熔体有限固溶体按固溶度分溶剂晶格类型溶质原子大小的因素影响间隙固溶体溶解度过渡族元素为溶剂溶质氢、氧、碳、氮、硼为定义名词解释）间隙固溶体（晶体结构电子浓度电负性原子尺寸的因素影响置换固溶体溶解度定义置换固溶体占位置分按溶质原子在晶格中所分类名词解释）、定义（固溶体9506041.3.1⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧）时具有体心立方结构（电子浓度为相，称为）时具有体心立方结构（电子浓度为决定于电子浓度电子化合物部分具有半导体性质高脆性高硬度成分不变服从原子价规律正常价化合物定义金属化合物142123142123.2.12.3.1 第二章：纯金属的结晶⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧过程的描述规律：形核长大金属结晶的围观过程结晶潜热）过冷现象（过冷度定义结晶过程的宏观现象金属结晶的现象2.1.2.2.11.1.21.2⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧关系最大相起伏与过冷度的相起伏的定义义近程有序远程有序的定结构条件与过冷度的推导热力学条件：自由能差金属结晶的条件3.22.2⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧过热度的影响固体杂质形貌的影响固体杂质结构的影响过冷度的影响形核率的推导临界晶核半径和形核功非均匀形核原子扩散形核功形核率与均匀形核进行比较的推导形核功与过冷度关系式能量起伏的概念推导定义形核功推导临界晶核半径变化的关系图分析晶核半径与自由能形核时的能量变化均匀形核晶核的形成.2.12.4.2.3.2.11.4.24.2⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧方式进行凝固总是以非均匀形核工业生产中液体金属的在一定的温度下进行的扩散迁移过程，需要晶核的形成过程是原子然现象皆是液体本身存在的自也需要能量起伏，二者形核既需要结构起伏，比成正比，与过冷度成反临界形核半径与表面能过冷的液体中进行液态金属的结晶必须在金属的结晶形核要点.5.4.3.2.1⎩⎨⎧≤≥）粗糙界面（）光滑界面（固液界面的微观结构2.25.11.5.2αα⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧制粗糙界面：垂直长大机螺型位错长大机制二位晶核长大机制光滑界面晶体长大机制2.5.2⎩⎨⎧负温度梯度正温度梯度温度梯度固液界面前沿液体中的3.5.2⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧粗糙界面为树枝状生长能长成规则形状的晶体值大时负温度梯度下仍晶大温度梯度下形成树枝的几何外形小温度梯度下长成规则值小时光滑界面在负的温度梯度下粗糙界面：平面长大形表面具有规则的几何外光滑界面：以密排面为在正的温度梯度下晶体生长的界面形状αα.2.14.5.2⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧度快粗糙界面：垂直长大速螺位错长大二位晶核长大光滑界面（速度慢）长大速度5.5.2⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧⎩⎨⎧界面状态值较高的金属保持光滑枝状金属亚金属的界面呈树负的温度梯度平面长大等温面的平直界面，呈于粗糙界面的形态为平行互成一定角度呈锯齿状光滑界面的一些小晶面正温度梯度界面的微观结构有关界面前沿的温度梯度和晶体生长的界面形态与所需过冷度很大。

八年级上物理思维导图完整版一、力学1. 质点和物体质点的概念质点的特点物体的概念物体的特点2. 力的概念力的定义力的单位力的分类3. 力的作用效果力的平衡力的合成与分解力的平行四边形法则4. 重力重力的概念重力的方向重力的大小重力的计算5. 弹力弹力的概念弹力的方向弹力的大小弹力的计算6. 摩擦力摩擦力的概念摩擦力的方向摩擦力的大小摩擦力的计算7. 牛顿第一定律牛顿第一定律的内容牛顿第一定律的应用8. 牛顿第二定律牛顿第二定律的内容牛顿第二定律的应用9. 牛顿第三定律牛顿第三定律的内容牛顿第三定律的应用10. 动能动能的概念动能的计算动能的影响因素11. 势能势能的概念势能的计算势能的影响因素12. 机械能机械能的概念机械能的计算机械能的守恒二、热学1. 温度温度的概念温度的单位温度的测量2. 热量热量的概念热量的单位热量的传递方式3. 比热容比热容的概念比热容的计算比热容的影响因素4. 热力学第一定律热力学第一定律的内容热力学第一定律的应用5. 热力学第二定律热力学第二定律的内容热力学第二定律的应用6. 热机热机的概念热机的工作原理热机的效率7. 热传导热传导的概念热传导的方式热传导的影响因素8. 热辐射热辐射的概念热辐射的方式热辐射的影响因素9. 热对流热对流的概念热对流的方式热对流的影响因素10. 热膨胀热膨胀的概念热膨胀的方式热膨胀的影响因素三、光学1. 光的传播光的直线传播光的反射光的折射光的反射定律平面镜成像凸面镜成像3. 光的折射光的折射定律凸透镜成像凹透镜成像4. 光的色散光的色散现象光的色散原因光的色散应用5. 光的干涉光的干涉现象光的干涉条件光的干涉应用6. 光的衍射光的衍射现象光的衍射条件光的衍射应用7. 光的偏振光的偏振现象光的偏振条件光的偏振应用光的散射现象光的散射原因光的散射应用9. 光的吸收光的吸收现象光的吸收原因光的吸收应用10. 光的发射光的发射现象光的发射原因光的发射应用四、电磁学1. 电荷电荷的概念电荷的单位电荷的分类2. 电流电流的概念电流的单位电流的计算3. 电压电压的概念电压的单位电压的计算4. 电阻电阻的概念电阻的单位电阻的计算5. 欧姆定律欧姆定律的内容欧姆定律的应用6. 电路电路的概念电路的分类电路的计算7. 电功电功的概念电功的单位电功的计算8. 电能电能的概念电能的单位电能的计算9. 电热电热的概念电热的单位电热的计算10. 电磁感应电磁感应的概念电磁感应的条件电磁感应的应用五、现代物理1. 相对论相对论的概念相对论的基本原理相对论的应用2. 量子力学量子力学的基本概念量子力学的基本原理量子力学的基本应用3. 原子物理原子的概念原子的结构原子的性质4. 核物理核物理的概念核物理的基本原理核物理的基本应用5. 粒子物理粒子物理的概念粒子物理的基本原理粒子物理的基本应用6. 天体物理天体物理的概念天体物理的基本原理天体物理的基本应用7. 地球物理地球物理的概念地球物理的基本原理地球物理的基本应用8. 生物物理生物物理的概念生物物理的基本原理生物物理的基本应用9. 化学物理化学物理的概念化学物理的基本原理化学物理的基本应用10. 环境物理环境物理的概念环境物理的基本原理环境物理的基本应用八年级上物理思维导图完整版二、热学（续）11. 热力学第三定律热力学第三定律的内容热力学第三定律的应用12. 热平衡热平衡的概念热平衡的条件热平衡的应用13. 热容热容的概念热容的单位热容的计算14. 热导率热导率的概念热导率的单位热导率的计算15. 热辐射定律热辐射定律的内容热辐射定律的应用16. 热力学循环热力学循环的概念热力学循环的分类热力学循环的应用三、光学（续）17. 光的偏振光的偏振现象光的偏振条件光的偏振应用18. 光的散射光的散射现象光的散射原因光的散射应用19. 光的吸收光的吸收现象光的吸收原因光的吸收应用20. 光的发射光的发射现象光的发射原因光的发射应用21. 光的干涉光的干涉现象光的干涉条件光的干涉应用22. 光的衍射光的衍射现象光的衍射条件光的衍射应用23. 光的色散光的色散现象光的色散原因光的色散应用四、电磁学（续）24. 电容电容的概念电容的单位电容的计算25. 电感电感的概念电感的单位电感的计算26. 电感与电容的关系电感与电容的相互作用电感与电容的应用27. 电感与电阻的关系电感与电阻的相互作用电感与电阻的应用28. 电容与电阻的关系电容与电阻的相互作用电容与电阻的应用29. 电磁波电磁波的概念电磁波的传播电磁波的应用30. 电磁场电磁场的概念电磁场的性质电磁场的应用31. 电磁感应定律电磁感应定律的内容电磁感应定律的应用32. 电磁感应现象电磁感应现象的观察电磁感应现象的解释电磁感应现象的应用五、现代物理（续）33. 相对论（续）相对论的时间观念相对论的空间观念相对论的质量观念34. 量子力学（续）量子力学的波粒二象性量子力学的测不准原理量子力学的纠缠现象35. 原子物理（续）原子的能级结构原子的光谱原子的辐射与吸收核裂变与核聚变核能的应用核物理的实验方法37. 粒子物理（续）粒子的分类粒子的性质粒子的相互作用38. 天体物理（续）宇宙的起源与演化星系的结构与演化黑洞与暗物质39. 地球物理（续）地球的内部结构地球的外部环境地球物理的观测方法40. 生物物理（续）生物分子的结构生物系统的功能生物物理的实验方法41. 化学物理（续）化学反应的原理化学键的形成化学物理的实验方法环境污染的物理机制环境保护的物理方法环境物理的研究热点八年级上物理思维导图完整版六、波动学1. 波动的基本概念波动的定义波动的分类（横波、纵波）波动的传播方式（机械波、电磁波）2. 波动的基本性质波长、频率、波速的关系波动的能量与动量波动的干涉与衍射3. 机械波机械波的产生与传播机械波的反射、折射与衍射机械波的应用（声波、水波）4. 电磁波电磁波的产生与传播电磁波的性质（电场、磁场）电磁波的应用（无线电波、光波）七、量子物理1. 量子力学的基本概念量子态量子态的叠加量子态的坍缩2. 量子力学的实验验证双缝实验量子纠缠量子隧穿效应3. 量子计算与量子通信量子比特量子算法量子密钥分发4. 量子物理的应用量子传感器量子成像量子材料八、宇宙学1. 宇宙的起源大爆炸理论宇宙的膨胀宇宙的年龄2. 宇宙的结构星系、星系团、超星系团黑洞暗物质与暗能量3. 宇宙的演化宇宙的早期阶段宇宙的中期阶段宇宙的晚期阶段4. 宇宙学的观测方法光学望远镜射电望远镜红外望远镜九、环境物理1. 环境污染的物理机制大气污染水污染土壤污染2. 环境保护的物理方法净化技术治理技术预防技术3. 环境物理的研究热点全球气候变化生态系统的保护环境质量的监测十、物理与技术1. 物理与信息技术的结合量子计算光纤通信激光技术2. 物理与能源技术的结合太阳能风能核能3. 物理与材料科学的结合新型材料纳米技术磁性材料4. 物理与生物技术的结合生物传感器生物成像生物材料。

《材料热力学与动力学》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号:13103103 课程类别：专业核心课程适应专业：材料物理总学时：54学时总学分：3学分课程简介：本课程是我院材料专业的专业基础课程，本课程重点介绍了经典热力学和统计热力学理论在揭示材料中的相和组织形成规律方面的应用，注意通过材料问题实例来使读者理解和寧握热力学的基本规律。

本课程由浅入深地讨论单组元系、二组元系和三组元以上的多组元系材料的相形成规律和相平衡问题；相变的热力学问题；重要的溶体模型和集团变分模型；亚稳、局域等次级相平衡以及材料设计与热力学等问题。

授课教材：《材料热力学》第2版，徐祖耀，中国科学技术出版社，2001。

参考书目：[1]《材料热力学与动力学》，徐瑞，哈尔滨工业大学出版社，2003。

[2]《材料热力学》，徐祖耀，小国科学技术出版社，1982。

二、课程教育目标：通过该课程的学习，常握热力学四大定律的概念、实质、适用条件、意义，理解热力学定律是如何通过热力学函数应用到材料科学研究领域而形成材料热力学规律，掌握上述规律的概念、函数表达、适用条件，能用材料热力学规律解决材料研究中的具体问题，能解释材料科学研究中遇到的热力学现象，熟练棠握热焙、嫡、自由能、偏克分子量、活度等热力学参量在具体材料变化过程中的求解方法和对过程做出正确的判断，学握热力学函数小的重要函数关系尤其是麦克斯韦关系，学握相图热力学、相变热力学、曲面热力学、溶液热力学、缺陷热力学等规律和概念，了解动力学规律，并解决材料研究中的一些问题。

三、教学内容与要求第一章绪论与热力学第一定律教学重点：第一定律及应用。

教学难点：状态函数的理解及在热力学计算中的灵活运用。

教学时数：6教学内容：材料热力学的概念、课程的教学目的和学习方法，第一定律及相关函数，状态函数及全微分，热焙与比热，标准态等知识。

教学方式：课堂讲授教学要求：理解材料热力学的概念、课程的教学目的和学习方法，学握第一定律及相关函数, 状态函数及全微分，热恰与比热，标准态等知识。