無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)

第1章 晶體幾何基礎(chǔ) 1
1.1 晶體的定義 1
1.1.1 晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性 1
1.1.2 晶體結(jié)構(gòu)與空間點(diǎn)陣 2
1.1.3 晶體的特性 4
1.2 晶體的宏觀對(duì)稱(chēng)性 5
1.2.1 對(duì)稱(chēng)概念 5
1.2.2 晶體的對(duì)稱(chēng)性 5
1.2.3 宏觀對(duì)稱(chēng)要素和對(duì)稱(chēng)操作 6
1.3 晶體的 32 種點(diǎn)群及分類(lèi) 9
1.3.1 對(duì)稱(chēng)要素組合定理 9
1.3.2 點(diǎn)群 10
1.3.3 國(guó)際符號(hào)的書(shū)寫(xiě)法則 11
1.4 晶體的定向和點(diǎn)陣元素表示方法 12
1.4.1 晶體定向 12
1.4.2 結(jié)點(diǎn)表示方法 13
1.4.3 晶向（晶棱）表示方法 14
1.4.4 晶面表示方法 14
1.4.5 晶面指數(shù)和晶向指數(shù)的關(guān)系 16
1.5 晶體構(gòu)造的幾何規(guī)律 16
1.5.1 14 種布拉維格子 17
1.5.2 晶胞 20
1.6 晶體內(nèi)部構(gòu)造的對(duì)稱(chēng)要素 20
1.6.1 微觀對(duì)稱(chēng)要素 20
1.6.2 空間群 21
1.6.3 空間群的國(guó)際符號(hào) 24
本章小結(jié) 24
思考題與習(xí)題 25

第2章 晶體化學(xué)基礎(chǔ)及理想晶體結(jié)構(gòu) 26
2.1 晶體化學(xué)基本原理 26
2.1.1 緊密堆積原理 26
2.1.2 配位數(shù)和配位多面體 29
2.1.3 離子半徑 30
2.1.4 離子極化 32
2.2 鮑林規(guī)則 33
2.2.1 第一規(guī)則（負(fù)離子配位多面體規(guī)則） 33
2.2.2 第二規(guī)則（電價(jià)規(guī)則、靜電鍵規(guī)則） 34
2.2.3 第三規(guī)則（負(fù)離子配位多面體共頂、共棱和共面規(guī)則） 34
2.2.4 第四規(guī)則（不同種類(lèi)正離子配位多面體間連接規(guī)則） 35
2.2.5 第五規(guī)則（節(jié)約規(guī)則） 35
2.3 常見(jiàn)離子晶體 36
2.3.1 AB 型結(jié)構(gòu) 36
2.3.2 AB2 型結(jié)構(gòu) 39
2.3.3 A2B3 型結(jié)構(gòu) 41
2.3.4 ABO3 型結(jié)構(gòu) 41
2.3.5 AB2O4 型結(jié)構(gòu) 43
2.4 硅酸鹽晶體 45
2.4.1 硅酸鹽晶體的一般特點(diǎn)及分類(lèi) 45
2.4.2 島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽 46
2.4.3 組群狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽 49
2.4.4 鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽 50
2.4.5 層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽 52
2.4.6 架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽 56
2.5 其他常見(jiàn)非氧化物晶體 60
2.6 常見(jiàn)鋁酸鹽晶體 60
本章小結(jié) 62
思考題與習(xí)題 63

第3章 晶體結(jié)構(gòu)缺陷 65
3.1 點(diǎn)缺陷 65
3.2 固溶體 68
3.2.1 固溶體的概念和分類(lèi) 68
3.2.2 置換固溶體 69
3.2.3 間隙固溶體 70
3.2.4 固溶體的研究意義 70
3.2.5 缺陷符號(hào)及缺陷反應(yīng)方程式寫(xiě)法 71
3.2.6 固溶體類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)判別 74
3.3 非化學(xué)計(jì)量化合物 76
3.3.1 負(fù)離子空位型（n 型） 76
3.3.2 正離子間隙型（n 型） 77
3.3.3 負(fù)離子間隙型（p 型） 78
3.3.4 正離子空位型（p 型） 78
3.4 線缺陷 79
3.4.1 刃型位錯(cuò) 79
3.4.2 螺型位錯(cuò) 80
3.4.3 混合位錯(cuò) 81
3.4.4 伯格斯矢量 81
3.4.5 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng) 82
3.4.6 位錯(cuò)的連續(xù)性及位錯(cuò)密度 83
3.5 面缺陷 84
3.5.1 外表面 84
3.5.2 晶界和亞晶界 84
3.5.3 晶界的特性 85
本章小結(jié) 86
思考題與習(xí)題 87

第4章 熔體和非晶態(tài)固體 88
4.1 熔體的結(jié)構(gòu) 88
4.1.1 對(duì)熔體的一般認(rèn)識(shí) 88
4.1.2 熔體聚合物結(jié)構(gòu)理論 89
4.2 熔體的性質(zhì) 91
4.2.1 黏度 92
4.2.2 表面張力 96
4.3 玻璃的形成 97
4.3.1 玻璃的通性 98
4.3.2 玻璃形成的方法 99
4.3.3 玻璃形成的熱力學(xué)條件 100
4.3.4 玻璃形成的動(dòng)力學(xué)條件 100
4.3.5 玻璃形成的結(jié)晶化學(xué)條件 103
4.4 玻璃的結(jié)構(gòu) 106
4.4.1 無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)模型 107
4.4.2 晶子結(jié)構(gòu)模型 108
4.4.3 無(wú)規(guī)密堆積模型 110
4.4.4 拓?fù)錈o(wú)序模型 110
4.5 典型的玻璃類(lèi)型 110
4.5.1 硅酸鹽玻璃 110
4.5.2 硼酸鹽玻璃 113
4.5.3 其他非氧化物玻璃 114
本章小結(jié) 115
思考題與習(xí)題 115

第5章 固體表面與界面 117
5.1 固體表面特征及其結(jié)構(gòu) 117
5.1.1 固體的表面特征 117
5.1.2 表面力場(chǎng) 118
5.1.3 表面自由能和表面張力 119
5.1.4 固體表面結(jié)構(gòu) 121
5.2 晶態(tài)固體界面及其結(jié)構(gòu) 125
5.2.1 陶瓷晶界的結(jié)構(gòu)特征 125
5.2.2 多晶組織 126
5.2.3 晶界應(yīng)力 128
5.3 界面行為 129
5.3.1 彎曲表面效應(yīng) 130
5.3.2 潤(rùn)濕與黏附 133
5.3.3 吸附與表面改性 136
5.4 黏土-水系統(tǒng)膠體化學(xué) 137
5.4.1 黏土的荷電性 137
5.4.2 黏土的離子吸附與交換 139
5.4.3 黏土膠體的電動(dòng)性質(zhì) 142
5.4.4 黏土-水系的膠體性質(zhì) 145
5.4.5 瘠性料的懸浮與塑化 153
本章小結(jié) 155
思考題與習(xí)題 156

第6章 熱力學(xué)應(yīng)用 157

第7章 相平衡狀態(tài)圖 158
7.1 相平衡概述及其研究方法 158
7.1.1 熱力學(xué)平衡態(tài)與非平衡態(tài) 159
7.1.2 基本概念 159
7.1.3 相平衡的研究方法 161
7.2 單元系統(tǒng) 164
7.2.1 水型物質(zhì)與硫型物質(zhì) 164
7.2.2 具有同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變的單元系統(tǒng)相圖 165
7.2.3 SiO2 系統(tǒng) 165
7.2.4 ZrO2 系統(tǒng) 167
7.3 二元系統(tǒng) 168
7.3.1 二元凝聚系統(tǒng)相圖的基本類(lèi)型 168
7.3.2 二元系統(tǒng)相圖的舉例 176
7.4 三元系統(tǒng) 181
7.4.1 三元相圖一般原理 181
7.4.2 濃度三角形的幾個(gè)基本規(guī)則 182
7.4.3 三元相圖的基本類(lèi)型和基本規(guī)律 187
7.4.4 實(shí)際三元相圖及其應(yīng)用 205
7.5 三元交互系統(tǒng) 219
本章小結(jié) 219
思考題與習(xí)題 219

第8章 擴(kuò)散 222
8.1 固體中的擴(kuò)散特點(diǎn) 222
8.2 擴(kuò)散的宏觀動(dòng)力學(xué)方程 223
8.2.1 菲克第一定律 223
8.2.2 菲克第二定律 224
8.3 擴(kuò)散的熱力學(xué)理論（擴(kuò)散的推動(dòng)力）225
8.4 擴(kuò)散的布朗運(yùn)動(dòng)理論 227
8.5 擴(kuò)散機(jī)構(gòu)與擴(kuò)散系數(shù) 229
8.5.1 固體擴(kuò)散的機(jī)構(gòu) 229
8.5.2 擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散機(jī)構(gòu)的關(guān)系 230
8.5.3 擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)定 233
8.5.4 擴(kuò)散過(guò)程術(shù)語(yǔ)和概念 234
8.6 影響擴(kuò)散的因素 235
8.6.1 溫度 235
8.6.2 雜質(zhì) 236
8.6.3 氣氛 236
8.6.4 固溶體類(lèi)型 237
8.6.5 擴(kuò)散物質(zhì)性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的影響 237
8.6.6 結(jié)構(gòu)缺陷對(duì)擴(kuò)散的影響 238
本章小結(jié) 240
思考題與習(xí)題 240

第9章 固相反應(yīng) 242
9.1 固相反應(yīng)的定義、分類(lèi)與特點(diǎn) 242
9.1.1 固相反應(yīng)的定義及研究對(duì)象 242
9.1.2 固相反應(yīng)的分類(lèi) 243
9.1.3 固相反應(yīng)的特點(diǎn) 244
9.1.4 固相反應(yīng)的熱力學(xué) 246
9.2 固相反應(yīng)機(jī)理 247
9.2.1 界面上的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理 248
9.2.2 相界面上反應(yīng)和離子擴(kuò)散的關(guān)系 249
9.2.3 中間產(chǎn)物和連續(xù)反應(yīng) 250
9.3 固相反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 251
9.3.1 固相反應(yīng)一般動(dòng)力學(xué)關(guān)系 251
9.3.2 化學(xué)動(dòng)力學(xué)范圍 253
9.3.3 擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)范圍 256
9.3.4 通過(guò)流體相傳輸?shù)墓滔喾磻?yīng)和動(dòng)力學(xué)方程 262
9.3.5 過(guò)渡范圍 265
9.4 固相反應(yīng)應(yīng)用 267
9.4.1 高嶺土的莫來(lái)石化過(guò)程 267
9.4.2 高嶺土的脫水反應(yīng) 267
9.5 影響固相反應(yīng)的因素 269
9.5.1 反應(yīng)物化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)的影響 269
9.5.2 反應(yīng)物顆粒尺寸及分布的影響 269
9.5.3 反應(yīng)溫度、壓力與氣氛的影響 270
9.5.4 礦化劑及其他影響因素 271
本章小結(jié) 272
思考題與習(xí)題 272

第10章 相變 273
10.1 相變的分類(lèi) 273
10.1.1 按熱力學(xué)分類(lèi) 274
10.1.2 按相變方式分類(lèi) 275
10.1.3 按質(zhì)點(diǎn)遷移特征分類(lèi) 275
10.2 液-固相變過(guò)程 276
10.2.1 液-固相變過(guò)程熱力學(xué) 276
10.2.2 液-固相變過(guò)程動(dòng)力學(xué) 279
10.3 液-液相變過(guò)程 287
10.3.1 液相的不混溶性（玻璃的分相） 288
10.3.2 分相本質(zhì) 290
10.3.3 分相范圍 291
10.3.4 分相機(jī)理 291
10.3.5 分相對(duì)玻璃性質(zhì)的影響 291
10.4 固-固相變過(guò)程 292
10.4.1 固-固相變的形核過(guò)程 292
10.4.2 同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變 294
10.4.3 有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變 294
10.4.4 馬氏體相變 295
10.4.5 鐵電相變 296
10.4.6 多晶轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)過(guò)程示例 297
10.5 氣-固（液）相變過(guò)程 299
10.5.1 凝聚和蒸發(fā)平衡 299
10.5.2 蒸發(fā) 300
10.5.3 凝聚 300
10.5.4 物理氣相沉積技術(shù) 301
10.5.5 化學(xué)氣相沉積技術(shù) 301
本章小結(jié) 301
思考題與習(xí)題 302

第11章 燒結(jié) 303
11.1 燒結(jié)概述 304
11.1.1 燒結(jié)的定義及研究對(duì)象 304
11.1.2 燒結(jié)理論的研究與發(fā)展 304
11.1.3 燒結(jié)分類(lèi) 305
11.1.4 與燒結(jié)相關(guān)的一些概念 306
11.1.5 燒結(jié)模型 307
11.2 燒結(jié)過(guò)程、燒結(jié)過(guò)程熱力學(xué)和燒結(jié)機(jī)理 308
11.2.1 燒結(jié)過(guò)程 308
11.2.2 燒結(jié)過(guò)程的熱力學(xué) 310
11.2.3 燒結(jié)傳質(zhì)過(guò)程 314
11.3 固相燒結(jié)機(jī)理 318
11.3.1 蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì) 318
11.3.2 擴(kuò)散傳質(zhì) 320
11.4 液相燒結(jié)機(jī)理 326
11.4.1 液相燒結(jié)特點(diǎn) 326
11.4.2 流動(dòng)傳質(zhì)機(jī)理 327
11.4.3 溶解-沉淀傳質(zhì)機(jī)理 329
11.4.4 各種傳質(zhì)機(jī)理分析比較 331
11.5 燒結(jié)過(guò)程中的晶粒長(zhǎng)大和二次再結(jié)晶 332
11.5.1 初次再結(jié)晶 332
11.5.2 晶粒長(zhǎng)大 333
11.5.3 二次再結(jié)晶 337
11.5.4 晶界在燒結(jié)中的作用 338
11.6 強(qiáng)化燒結(jié) 339
11.6.1 缺陷強(qiáng)化燒結(jié) 339
11.6.2 液相強(qiáng)化燒結(jié) 342
11.6.3 壓力強(qiáng)化燒結(jié) 343
11.6.4 特殊燒結(jié)技術(shù) 345
11.7 燒結(jié)過(guò)程中的計(jì)算機(jī)模擬理論與實(shí)踐 347
11.7.1 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù) 347
11.7.2 燒結(jié)過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬 348
11.8 影響燒結(jié)的因素 349
11.8.1 原始粉料的粒度 349
11.8.2 外加劑的作用 349
11.8.3 燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間 350
11.8.4 鹽類(lèi)的選擇和煅燒條件 351
11.8.5 氣氛的影響 351
11.8.6 壓力的影響 352
本章小結(jié) 353
思考題與習(xí)題 353

附 錄 355
附錄 1 基本物理常數(shù)和單位換算 355
附錄 2 熱容 355
附錄 3 一些物質(zhì)的熔點(diǎn)、熔化熱、沸點(diǎn)、蒸發(fā)熱 358
附錄 4 一些單質(zhì)和化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成焓、標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能與標(biāo)準(zhǔn)熵值（101.325kPa、298K） 361
附錄 5 一些化合物的標(biāo)準(zhǔn)生成吉布斯自由能與 T 的關(guān)系 365
附錄 6 由氧化物生成復(fù)合氧化物的標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能與 T 的關(guān)系 368

參考文獻(xiàn) 371