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第1章 冶金与材料制备的热力学基础1

1.1 化学势定义及物理意义1

1.2 化学势计算5

1.2.1 理想气体的化学势5

1.2.2 溶液组分的化学势6

1.2.3 固相的化学势17

1.2.4 活度相互作用系数的测定与计算17

1.2.5 活度的测定24

1.3 冶金与材料制备的热力学计算29

1.3.1 冶金与材料制备过程化学反应△G计算30

1.3.2 冶金与材料制备过程化学反应△GΘ的计算31

1.3.3 标准溶解吉布斯自由能计算35

1.3.4 △GΘ的实验测定37

1.3.5 化学反应吉布斯自由能变计算40

1.4 冶金与材料制备的热力学分析45

1.4.1 判断化学反应的方向45

1.4.2 工艺条件的选择46

1.4.3 多个反应同时平衡的热力学分析54

1.5 冶金熔体的热力学69

1.5.1 冶金熔体的组成及作用69

1.5.2 冶金熔体的碱度和氧化能力71

1.5.3 熔渣中氧化物活度的测定76

1.5.4 冶金熔体模型的计算与分析86

第2章 热力学状态图102

2.1 氧势图102

2.1.1 氧化物的稳定性102

2.1.2 氧势图的绘制原理104

2.1.3 氧势图的应用106

2.2 优势区图117

2.2.1 逐级转变原则117

2.2.2 优势区图的绘制原理120

2.2.3 优势区图的物理意义123

2.2.4 其他优势区图125

2.2.5 复合优势区图128

2.3 相图131

2.3.1 二元相图131

2.3.2 三元相图的表示方法及有关规则140

2.3.3 简单的三元共晶相图144

2.3.4 生成异分熔点二元化合物的三元相图148

2.3.5 其他三元相图152

2.3.6 相图分析159

2.3.7 由相图计算活度178

2.4 电势－pH图186

2.4.1 电势－pH图的绘制原理186

2.4.2 金属M-H2O系ψ-pH图188

2.4.3 非金属－水系电势－pH图192

2.4.4 络合物－水系的电势－pH图197

2.4.5 电势－pH图的应用203

第3章 冶金与材料制备的电化学211

3.1 基础理论211

3.1.1 电解原理211

3.1.2 法拉第定律212

3.1.3 电流效率213

3.1.4 电化学当量214

3.1.5 电极电势214

3.1.6 阴极极化和超电势215

3.1.7 分解电压和槽电压219

3.1.8 阴极过程220

3.1.9 阳极过程222

3.1.10 活度与活度系数227

3.2 熔盐电化学227

3.2.1 熔盐基本概念227

3.2.2 电解铝的热力学过程231

3.2.3 电解铝基合金的热力学分析238

3.2.4 阳极过电压和阳极效应245

3.3 水溶液电化学251

3.3.1 金属离子阴极还原的可能性251

3.3.2 金属离子在电解液中的存在形式252

3.3.3 金属离子还原时的极化255

3.3.4 金属共沉积的基本条件262

3.3.5 形成合金时金属自由能的变化265

3.3.6 金属沉积的阴极过程266

3.3.7 金属电结晶的基本机理272

3.3.8 阳极反应的机理278

第4章 冶金与材料制备的动力学289

4.1 引言289

4.2 反应动力学基础290

4.2.1 反应速率的定义290

4.2.2 浓度对反应速率的影响292

4.2.3 温度对反应速率的影响293

4.2.4 多相反应动力学296

4.2.5 反应过程动力学方程的建立299

4.3 气－固反应动力学302

4.3.1 未反应核模型302

4.3.2 多孔体积反应模型313

4.4 液－固反应动力学314

4.4.1 扩散理论314

4.4.2 扩散过程与化学反应过程动力学的关系318

4.4.3 产生固体反应产物的固－液反应动力学320

4.5 液－液反应动力学326

4.5.1 液－液相反应的基本规律——双膜理论326

4.5.2 熔渣与金属液间的界面反应动力学329

4.5.3 脱硫反应动力学333

4.6 气－液反应动力学334

4.6.1 气－液反应动力学的基本规律334

4.6.2 脱碳反应动力学337

4.6.3 气泡冶金动力学341

4.6.4 真空冶金动力学343

4.7 材料制备过程中的成核动力学345

4.7.1 均相形核346

4.7.2 异相形核349

4.7.3 结晶动力学352

4.8 材料制备过程中的热分解动力学352

4.8.1 热分析动力学方程352

4.8.2 热分析曲线的动力学分析356

4.8.3 固相法制备锂离子电池正极材料的动力学分析359

第5章 冶金与材料制备的实例分析373

5.1 氧化铌碳热还原制备金属铌的热力学分析373

5.2 铁液中碳－氧反应377

5.2.1 氧的来源及其传递方式377

5.2.2 碳－氧反应类型377

5.2.3 CO-CO2混合气体与铁液中［O］的平衡379

5.2.4 CO-CO2混合气体与铁液中［C］的平衡379

5.2.5 铁液中［C］、［O］平衡380

5.3 熔渣脱硫反应的热力学分析381

5.3.1 脱硫的原因381

5.3.2 脱硫方式的探讨382

5.3.3 有利于熔渣脱硫的热力学条件385

5.4 熔渣脱磷反应的热力学分析388

5.4.1 碱性渣氧化脱磷388

5.4.2 还原脱磷390

5.4.3 磷酸盐容量和磷化合物容量390

5.4.4 脱磷平衡和光学碱度392

5.5 钢液脱氧反应热力学393

5.5.1 气相真空脱氧的可能性393

5.5.2 沉淀脱氧394

5.5.3 扩散脱氧405

5.5.4 真空脱氧405

5.6 奥氏体不锈钢去碳保铬的热力学分析406

5.7 火法炼铜的热力学410

5.7.1 Cu-S-O系等温反应平衡图410

5.7.2 造硫的热力学413

5.7.3 铜锍吹炼过程的热力学415

5.8 单质砷制备的物理化学419

5.8.1 电势－pH图分析419

5.8.2 As5＋的净化极限422

5.8.3 As3＋的净化极限424

5.8.4 砷铁分离425

5.8.5 单质砷制备的热力学分析432

参考文献434