本书的内容在化学基本理论和基本知识方面主要包括热化学，化学反应的方向、程度和速率，水化学，电化学，物质结构基础以及金属元素化学，非金属元素化学，有机高分子化合物等；在联系工程实际方面主要包括能源、大气污染、水污染、金属腐蚀及防止、金属材料及表面处理、非金属材料、有机高分子材料及改性等。在内容安排上，全书在基本理论和基本知识方面主要贯穿两条主线。前一条是从宏观的热化学开始，引入一些化学热力学和化学动力学基础，并在水化学和电化学中予以应用。后一条是从微观的物质结构基础开始，联系周期系，重点阐述一些与工科有关的典型物质的性质及应用。这两条主线，既各有其侧重面，又互有关联。同时各章均有侧重联系工程实际的专题，主要是有关能源、环境化学和材料化学方面的内容

回转窑结圈一直以来是制约煤基回转窑直接还原工艺发展的重要因素,以某低品位铁矿回转窑还原结圈物为研究对象,深入研究回转窑结圈物的特性及其形成机制.从结圈物的宏观形貌、物化性能、软熔特性和微观结构入手对某低品位铁矿球团回转窑结圈物的特性进行分析,并结合热力学相图、化学物相及能谱分析研究了结圈物的形成机制.结果表明:结圈物由熔融物包裹球团形成,接近窑壁,其熔融包裹物增多,结圈物中MFe、CaO含量明显增大,软熔温度越低;由球团粉末中FeO与SiO2形成的铁橄榄石及煤灰带入的CaO而形成的钙铁辉石低熔点相是造成结圈的主要原因;低熔点相的存在同时也促进了金属化球团间铁晶粒的相互扩散与迁移,从而加剧了结圈现象

使用高功率光纤激光器的快速成形系统和电磁感应加热设备,分别在未预热和预热的情况下成形12CrNi2合金钢.通过扫描电镜观察成形件微观组织、维氏硬度计测试不同部位硬度、万能材料试验机测试不同方向的拉伸性能,研究预热对激光熔化沉积12CrNi2合金钢不同方向的组织、硬度、拉伸性能的影响.结果表明:未预热条件下,单道熔池组织为板条马氏体,块状成形件熔池为回火马氏体与贝氏体混合组织,XOZ截面与YOZ截面组织没有明显的组织差别,但YOZ截面整体硬度大于XOZ截面,同时两个截面均出现了大尺寸宏观裂纹缺陷,力学性能差.在预热条件下,熔池由于温度梯度降低发生贝氏体转变,单道熔池呈现性能优异的下贝氏体组织;块状成形件熔池没有发生回火马氏体转变,主要为粒状贝氏体.截面硬度分布较未预热下更为均匀.在拉伸方向及搭接方向均呈现高强度、低塑性特征,抗拉强度可达1189 MPa,屈服强度为951 MPa,伸长率仅为2.8%,性能没有明显的各向异性.预热能够降低熔池中温度梯度,减小热应力,有效控制裂纹缺陷,促进组织均匀化,降低组织、性能的各向异性,提高合金钢成型件力学性能

由于矿石粒径配比、表面粗糙度、密度等性质差异，筑堆过程中堆内极易出现矿石颗粒偏析现象.细粒层是导致矿石表面受侵蚀程度不均的关键因素，其严重制约了铜矿资源的高效浸取.为探究细粒层对矿石浸出效果、表面形貌及钝化现象的影响，选取粗颗粒矿石（4 mm < d < 6 mm）与细颗粒矿石（2 mm < d < 4 mm），开展不同细粒层位置下次生硫化铜矿微生物浸出实验.结合CT扫描与冷场电镜扫描技术等分析手段，从宏、细、微观多层面，探究不同细粒层位置下矿石宏观浸出规律，细观矿石团聚结块，微观表面形貌特征与钝化.结果表明：细粒层导致铜浸出率普遍降低，均低于无细粒层、均匀粗颗粒介质的实验组；不同矿堆位置处细粒层对浸出效果影响不同，细粒层位于顶部的实验组铜浸出效果最优，浸矿60 d铜浸出率达71.3%；同一细粒层不同位置处矿石表面孔裂结构演化程度不一；浸矿60 d后，铜浸出率趋于峰值，矿石团聚结块与钝化现象显著，矿石表面形成以黄钾铁矾、多硫化物、胞外多聚物、硫膜为主的钝化物质层

超重力显著增大两相间的重力差，可用于加速固?液、液?液、液?气高温黏稠混和体的相分离速度；超重力具有定向性，避免搅拌等技术产生的熔体湍流返混，可用于深度脱除金属液中细小夹杂物；超重力条件下固?液界面张力微不足道，可容易实现微孔渗流；超重力条件下进行结晶凝固，按结晶顺序实现固?液分离，可用于制备梯度材料；超重力加速固?液分离，可细化凝固组织晶粒，但对非共晶熔体也易产生宏观偏析。将超重力技术应用于冶金及材料生产过程中，有望解决高温冶金和材料制备的一些难题，如复杂矿冶金渣有价组分的分离提取、冶炼渣中金属液的分离回收、多金属的熔析结晶分离、复杂矿直接还原铁的渣?金分离；在高端金属材料方面，应用超重力技术，有望解决近零夹物金属材料的精炼除杂难题，提高梯度功能材料、金属?陶瓷复合材料、多孔金属材料、器件材料表面电沉积修饰的制造水平。此外，在材料科学研究方面，超重力凝固可作为一种材料基因组高通量制备方法

岩土工程和采矿工程涉及大量的颗粒物质科学和技术难题,定量识别和提取光弹试验颗粒体系的力链网络结构和分布特征,对于认识和掌握其内部细观力学机理和研究宏观力学行为至关重要.采用彩色梯度均方值(G2)算法,建立了不同粒径的圆形颗粒和方形颗粒的接触力(F)和G2的关系;基于数字图像处理技术,提出了识别和区分图像中不同粒径圆形颗粒和方形颗粒的方法,获得了光弹图片中力链网络结构和力链分布方位.以煤矿综放开采为实例,对所提出的力链定量提取方法进行了验证分析,清晰揭示了综放采面矿压形成机理和本质特征.研究表明:单颗粒的F值与G2呈单调递增关系,且粒径越大,F随G2值的增长速度越快;颗粒体系接触力集中分布在0.5F

对含端部双裂隙?50 mm×50 mm的圆柱体大理岩试样进行单轴压缩试验，并利用高速摄影仪实时记录试样破坏过程，研究了端部裂隙长度和倾角对大理岩力学特性及裂纹扩展规律的影响。研究表明，当裂隙长度达到门槛值前，试样的单轴抗压强度的弱化程度较低，弹性模量、峰值应变的变化较小。相对垂直裂隙，相同长度的倾斜裂隙对大理岩的影响更加显著。试验结果与理论分析均表明，裂纹一般不从端部垂直裂隙尖端起裂，试样的起裂裂纹大多发展为主裂纹，扩展过程中较少产生分支与分叉，试样表面会产生局部剥落，倾斜裂隙试样宏观上呈剪切或拉剪复合破坏，垂直裂隙试样呈劈裂拉伸破坏。试样能耗参数与单轴抗压强度的变化趋势一致，试样总应变能和其单轴抗压强度有较好的正相关关系。最后，比较了动、静载荷作用下含端部裂隙大理岩力学响应与裂纹扩展过程的差异

在直径为650 mm的铝合金热顶半连续铸造过程中施加双源超声振动系统, 研究3种超声辐射杆浸入深度对铸锭宏观凝固组织的影响.基于铝合金铸锭凝固组织形貌的检测结果以及ANSYS等有限元软件对铸造过程中声场的仿真结果, 深入探讨了超声辐射杆在不同的施振深度下对铝合金铸锭凝固组织细化机制的影响.结果表明: 随着超声辐射杆施振深度的增加, 铸锭截面组织整体进一步细化, 晶粒形状由发达的枝晶变为等轴枝晶; 由于超声辐射杆端面以及柱面存在几个固定位置处振动波峰, 在铝熔体中不同的超声施振深度下存在不同的超声空化范围, 进而导致凝固组织的细化机制也不同

由于岩石材料的不透明性和多孔隙特性, 通过传统的物理试验或数值模拟很难真实体现其内部三维细观结构. 本文基于CT扫描技术、边缘检测算法、滤波算法、三维点阵映射与重构算法, 构建了可以表征玄武岩试样内部孔隙结构的三维细观非均匀数值模型. 结合并行计算进行直接拉伸数值试验, 研究了内部孔隙结构特征对试样破坏机制及抗拉强度的影响. 研究结果表明: 加载初期在试样孔隙处产生初始裂纹, 随着荷载的增加初始裂纹逐渐沿横向扩展最终形成宏观拉伸破坏裂纹, 并且孔隙含量和分布位置对试样拉伸断裂的位置具有重要影响. 随着孔隙率增高, 试样破坏过程中的声发射数目和能量逐渐减小. 拉伸破坏模式呈现脆性破坏特征, 同时孔隙的存在削弱了试样的抗拉强度

采用激光电子散斑干涉技术、电化学阻抗技术和扫描电化学显微镜技术实时、动态和原位观测了涂覆丙烯酸聚氨酯涂层的碳钢在质量分数为3.5%的NaCl溶液中浸泡初期的界面腐蚀行为,并对比了纳米TiO2的添加对界面腐蚀行为的影响.在浸泡初期无宏观缺陷存在时,激光电子散斑干涉技术成功检测到涂层界面的微小变化,电化学阻抗技术显示不同涂层低频阻抗膜值的变化情况,均与扫描电化学显微镜技术获得的腐蚀电化学形貌结果一致,即在浸泡初期,未添加纳米TiO2的涂层其界面变化速度(即锈蚀萌生速度)较添加涂层明显得多,表明纳米TiO2可延缓涂层/碳钢的界面失效