陶瓷材料科學與工程

第1章陶瓷概論 001
1.1陶瓷的概念與分類 001
1.1.1陶瓷的概念 001
1.1.2陶瓷的分類 001
1.2陶瓷的制備工藝概述 003
1.2.1原料與坯料制備 003
1.2.2陶瓷成型 005
1.2.3陶瓷燒結(jié) 007
第2章陶瓷結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 009
2.1原子結(jié)構(gòu) 009
2.1.1原子的電子結(jié)構(gòu) 009
2.1.2原子半徑 010
2.1.3電負性 011
2.2化學鍵 011
2.2.1離子鍵 011
2.2.2共價鍵 012
2.2.3混合鍵 012
2.3離子晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 015
2.3.1晶格能 015
2.3.2配位數(shù)與配位多面體 017
2.3.3離子的極化 017
2.3.4鮑林規(guī)則 019
第3章陶瓷晶體結(jié)構(gòu) 021
3.1二元化合物結(jié)構(gòu) 021
3.1.1MX結(jié)構(gòu) 021
3.1.2MX2與M2X結(jié)構(gòu) 024
3.1.3M2X3結(jié)構(gòu) 026
3.2典型多元化合物結(jié)構(gòu) 027
3.2.1鈣鈦礦型結(jié)構(gòu) 027
3.2.2尖晶石型結(jié)構(gòu) 028
3.2.3橄欖石型結(jié)構(gòu) 029
3.3硅酸鹽結(jié)構(gòu) 030
3.3.1島狀 031
3.3.2組群狀 031
3.3.3鏈狀 032
3.3.4層狀 033
3.3.5架狀 037
第4章熔體與玻璃體 040
4.1非晶體 040
4.2熔體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 041
4.2.1熔體的結(jié)構(gòu) 041
4.2.2熔體的性質(zhì) 042
4.3玻璃的通性與結(jié)構(gòu) 046
4.3.1玻璃的通性 046
4.3.2玻璃的結(jié)構(gòu) 047
4.4玻璃的性質(zhì) 048
4.4.1光學性質(zhì) 048
4.4.2力學性質(zhì) 049
4.4.3熱學性質(zhì) 049
4.4.4電學性質(zhì) 049
第5章陶瓷晶體缺陷 050
5.1點缺陷 050
5.1.1點缺陷的分類 050
5.1.2點缺陷符號 051
5.1.3點缺陷反應(yīng)式 052
5.2固溶體 054
5.2.1固溶體的分類 055
5.2.2置換固溶體 055
5.2.3間隙固溶體 056
5.2.4固溶體的性質(zhì) 057
5.2.5固溶體的研究方法 060
5.3非化學計量化合物 063
5.3.1非化學計量化合物的形成 063
5.3.2非化學計量化合物的分類 063
第6章陶瓷粉體的懸浮系統(tǒng) 066
6.1黏土-水系統(tǒng)膠體化學 066
6.1.1黏土的帶電性 067
6.1.2黏土的離子吸附和交換 068
6.1.3黏土膠體的電動性質(zhì) 069
6.1.4黏土-水系統(tǒng)的膠體性質(zhì) 071
6.2非黏土分散系統(tǒng) 076
6.2.1非黏土泥漿體的懸浮 076
6.2.2瘠性料的塑化 078
第7章陶瓷相圖 080
7.1相平衡與相圖 080
7.1.1基本概念 080
7.1.2相平衡 084
7.2單元系統(tǒng)相圖 085
7.2.1水的相圖 085
7.2.2具有同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變的單元系統(tǒng)相圖 086
7.2.3單元系統(tǒng)相圖的應(yīng)用 087
7.3二元系統(tǒng)相圖 090
7.3.1二元系統(tǒng)相圖的基本類型 091
7.3.2二元系統(tǒng)相圖應(yīng)用 097
7.4三元系統(tǒng)相圖 100
7.4.1三元系統(tǒng)組成表示法 100
7.4.2判斷三元系統(tǒng)相圖的幾條重要規(guī)則 100
7.4.3三元系統(tǒng)相圖的基本類型 102
7.4.4三元系統(tǒng)相圖應(yīng)用 109
第8章固體擴散 114
8.1固體中質(zhì)點擴散的特點與唯象理論 114
8.1.1固體中質(zhì)點擴散的特點 114
8.1.2菲克定律 115
8.2擴散機制和擴散系數(shù) 116
8.2.1擴散的微觀機制 116
8.2.2擴散系數(shù) 117
8.3固體中的擴散 118
8.3.1離子型晶體中的擴散 118
8.3.2共價晶體中的擴散 119
8.3.3非化學計量化合物中的擴散 119
8.4影響擴散的因素 122
8.4.1晶體組成的復(fù)雜性 122
8.4.2化學鍵的影響 122
8.4.3結(jié)構(gòu)缺陷的影響 123
8.4.4溫度的影響 123
8.4.5雜質(zhì)的影響 124
8.4.6過飽和空位及位錯的影響 125
第9章陶瓷相變 126
9.1相變的分類 126
9.1.1按熱力學分類的陶瓷相變 126
9.1.2按結(jié)構(gòu)變化分類的陶瓷相變 128
9.1.3按質(zhì)點遷移特征分類的陶瓷相變 129
9.1.4按動力學分類的陶瓷相變 129
9.2固態(tài)相變 129
9.2.1固態(tài)相變的特點 129
9.2.2陶瓷的馬氏體轉(zhuǎn)變 130
9.2.3擴散型固態(tài)相變 131
9.3相變過程熱力學 132
9.3.1相變過程的不平衡狀態(tài)及亞穩(wěn)區(qū) 132
9.3.2相變過程推動力 133
9.4相變過程動力學 135
9.4.1晶核形成過程動力學 135
9.4.2晶體生長動力學 137
9.4.3總結(jié)晶率 138
9.4.4析晶過程 140
9.4.5影響析晶能力的因素 141
第10章固相反應(yīng) 142
10.1固相反應(yīng)的類型 142
10.2固相反應(yīng)的特點 143
10.3固相反應(yīng)的機理 143
10.4固相反應(yīng)動力學 144
10.4.1一般動力學關(guān)系 144
10.4.2化學反應(yīng)控制的反應(yīng)動力學 146
10.4.3擴散控制的反應(yīng)動力學 147
10.5影響固相反應(yīng)的因素 151
10.5.1反應(yīng)物化學組成與結(jié)構(gòu) 151
10.5.2反應(yīng)物顆粒尺寸及分布 152
10.5.3反應(yīng)溫度、壓力與氣氛 153
10.5.4礦化劑及其他影響因素 153
第11章陶瓷燒結(jié) 154
11.1燒結(jié)推動力及燒結(jié)模型 154
11.1.1燒結(jié)過程 154
11.1.2燒結(jié)推動力 155
11.1.3燒結(jié)模型 155
11.2燒結(jié)機制 157
11.2.1蒸發(fā)-凝聚傳質(zhì) 157
11.2.2溶解-沉淀傳質(zhì) 157
11.2.3流動傳質(zhì) 158
11.2.4擴散傳質(zhì) 159
11.3晶粒生長與二次再結(jié)晶 160
11.3.1晶粒生長 160
11.3.2初次再結(jié)晶 164
11.3.3二次再結(jié)晶 165
11.4影響燒結(jié)的因素 167
11.4.1原始粉料的粒度 167
11.4.2物料活性 167
11.4.3外加劑 167
11.4.4其他因素 168
第12章陶瓷的力學性能 171
12.1陶瓷的彈性 171
12.1.1陶瓷的彈性變形與彈性模量 171
12.1.2顯微結(jié)構(gòu)對彈性模量的影響 172
12.2陶瓷材料的硬度 173
12.2.1陶瓷的硬度 174
12.2.2高溫硬度 174
12.2.3硬度與其他性能之間的關(guān)系 175
12.3陶瓷材料的強度 175
12.3.1陶瓷的強度理論 176
12.3.2影響強度的因素 177
12.3.3溫度對強度的影響 179
12.4陶瓷材料的塑性變形和蠕變 180
12.4.1陶瓷材料的塑性變形行為 181
12.4.2陶瓷材料的蠕變 183
12.5陶瓷材料的脆性 185
12.6陶瓷材料的疲勞特性 188
12.7陶瓷材料的強韌化 190
12.7.1相變增韌 190
12.7.2微裂紋增韌 191
12.7.3裂紋偏轉(zhuǎn)和橋聯(lián)增韌 192
12.7.4晶須 纖維增韌 192
12.7.5疇轉(zhuǎn)和孿晶增韌 193
12.7.6自增韌 193
第13章陶瓷的熱學性能 194
13.1陶瓷熱學性能的一般表征 194
13.1.1比熱容 194
13.1.2熱膨脹系數(shù) 195
13.1.3熱導率 198
13.2熱應(yīng)力 201
13.3抗熱震性 202
13.3.1熱震斷裂 202
13.3.2抗熱震損傷 203
13.3.3影響陶瓷抗熱震性的主要因素 204
13.4耐火陶瓷 205
13.4.1耐熱陶瓷 205
13.4.2熱交換器和陶瓷發(fā)熱體 205
13.4.3低熱膨脹陶瓷 207
第14章典型結(jié)構(gòu)陶瓷 208
14.1氧化物陶瓷 208
14.1.1氧化鋁陶瓷 208
14.1.2氧化鋯陶瓷 211
14.1.3氧化鎂陶瓷 213
14.2氮化物陶瓷 214
14.2.1氮化硅陶瓷 214
14.2.2氮化鋁陶瓷 218
14.2.3氮化硼陶瓷 219
14.3碳化物陶瓷 220
14.3.1碳化硅陶瓷 220
14.3.2碳化硼陶瓷 222
第15章陶瓷的導電性能 224
15.1陶瓷導電概述 224
15.1.1陶瓷導電特點 224
15.1.2陶瓷導電的影響因素 224
15.2離子導電 225
15.2.1離子導電的特點 225
15.2.2離子導體 226
15.3電子導電 226
15.3.1電子導電的特點 226
15.3.2氧分壓的影響 227
15.3.3電價控制半導體 227
15.4高溫超導氧化物 227
15.4.1超導電現(xiàn)象 227
15.4.2高溫超導氧化物的性質(zhì) 228
15.4.3超導材料的應(yīng)用 230
15.5表面荷正電氧化物 230
15.5.1氧化物表面荷電特性 230
15.5.2氧空位對表面電性能的影響 231
第16章陶瓷的介電性能 232
16.1電介質(zhì)陶瓷 232
16.1.1電介質(zhì)陶瓷的基本性質(zhì) 232
16.1.2電絕緣陶瓷和電容器陶瓷 233
16.2鐵電陶瓷 235
16.2.1鈦酸鋇晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 235
16.2.2鈦酸鋇基鐵電陶瓷的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用 236
16.2.3反鐵電陶瓷 238
16.3壓電陶瓷 239
16.3.1壓電效應(yīng) 239
16.3.2壓電陶瓷的性能參數(shù) 239
16.3.3壓電陶瓷的應(yīng)用 242
16.4熱釋電陶瓷 243
16.4.1熱釋電效應(yīng) 243
16.4.2熱釋電陶瓷材料 243
第17章陶瓷的磁性能 245
17.1順磁性和抗磁性 245
17.1.1順磁性 245
17.1.2抗磁性 247
17.2鐵磁性 247
17.2.1鐵磁性和磁疇 247
17.2.2磁滯回線 249
17.2.3磁泡疇 251
17.3反鐵磁性和亞鐵磁性與鐵氧體 252
17.3.1反鐵磁性 252
17.3.2亞鐵磁性 254
17.3.3鐵氧體 254
17.4其他磁性能 260
17.4.1磁各向異性 260
17.4.2磁致伸縮 261
17.4.3巨磁阻效應(yīng) 263
17.4.4磁光效應(yīng) 264
17.4.5熱磁效應(yīng) 265
17.5應(yīng)用磁性材料 265
17.5.1磁記錄材料 265
17.5.2稀土永磁材料 266
第18章陶瓷的光學性能 268
18.1光在介質(zhì)中的傳播 268
18.1.1折射 268
18.1.2反射和透射 269
18.2光學窗口材料和薄膜光學 270
18.2.1光學窗口材料 270
18.2.2薄膜光學 272
18.2.3透明導電膜 272
18.3陶瓷半導體的光學性質(zhì) 274
18.3.1本征光吸收 274
18.3.2光電導效應(yīng) 274
18.3.3光催化效應(yīng) 275
第19章陶瓷的敏感特性 277
19.1敏感陶瓷概述 277
19.1.1敏感陶瓷分類 277
19.1.2敏感陶瓷的結(jié)構(gòu)與性能 277
19.2熱敏陶瓷 279
19.2.1熱敏陶瓷的基本性能與參數(shù) 279
19.2.2PTC熱敏陶瓷 282
19.2.3NTC熱敏陶瓷 284
19.2.4CTR熱敏陶瓷 285
19.3氣敏陶瓷 286
19.3.1氣敏陶瓷的特性 286
19.3.2氣敏機理 289
19.3.3氣敏陶瓷分類 290
19.3.4典型的氣敏半導體陶瓷 291
19.4濕敏陶瓷 293
19.4.1濕敏陶瓷的主要特性 293
19.4.2濕敏機理 296
19.4.3濕敏陶瓷材料的應(yīng)用 297
19.5壓敏陶瓷 298
19.5.1壓敏陶瓷的電參數(shù) 298
19.5.2氧化鋅壓敏陶瓷 299
19.5.3壓敏陶瓷的應(yīng)用 301
19.6光敏陶瓷 302
19.6.1光敏陶瓷的主要特性 302
19.6.2光敏陶瓷的應(yīng)用 304
19.6.3太陽能電池 304
第20章傳統(tǒng)陶瓷 307
20.1陶器 308
20.1.1陶器的種類和性質(zhì) 308
20.1.2磚瓦 308
20.1.3精陶 309
20.2炻器 311
20.3瓷器 312
20.3.1瓷器的種類 312
20.3.2長石質(zhì)瓷 312
20.3.3鎂質(zhì)瓷 314
20.3.4骨質(zhì)瓷 314
20.4陶瓷釉 315
20.4.1釉的作用及特點 315
20.4.2釉的類型 316
20.4.3釉的性質(zhì) 317
20.4.4釉的化學性質(zhì) 322
20.4.5釉的光學性質(zhì) 322
第21章陶瓷的顯微結(jié)構(gòu) 324
21.1陶瓷材料顯微結(jié)構(gòu)的組成 324
21.1.1陶瓷材料中的晶體相 325
21.1.2陶瓷材料中的玻璃相 328
21.1.3陶瓷材料中的氣孔相 329
21.2陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)分析 330
21.2.1微觀結(jié)構(gòu)分析 330
21.2.2表面和界面分析 332
21.2.3氣孔率分析 333
參考文獻 336