無(wú)機(jī)非金屬材料科學(xué)基礎(chǔ)

前言

材料是人類社會(huì)賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)和科學(xué)發(fā)展的技術(shù)先導(dǎo)。人類使用材料的歷史，從遠(yuǎn)古的石器時(shí)代到公元前的鐵器時(shí)代再到現(xiàn)在的新材料時(shí)代，共經(jīng)歷了七個(gè)時(shí)期，材料是衡量社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的重要標(biāo)志，材料科學(xué)、能源科學(xué)與信息科學(xué)一并被列為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的三大支柱，而現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，都是以材料的發(fā)展為基礎(chǔ)的?？v觀世界科技發(fā)展史，重大的技術(shù)革新往往起始于材料的革新，而近代新技術(shù)的發(fā)展又促進(jìn)了新材料的研制。材料的制造經(jīng)歷了由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由以經(jīng)驗(yàn)為主到以科學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)的發(fā)展過(guò)程，逐漸形成了一門新興的邊緣學(xué)科——材料科學(xué)。目前，國(guó)內(nèi)材料科學(xué)基礎(chǔ)課程的內(nèi)容由于金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分子材料等專業(yè)的不同，材料科學(xué)基礎(chǔ)的內(nèi)容也有很大區(qū)別。本書的內(nèi)容則偏重于無(wú)機(jī)非金屬材料方面的基礎(chǔ)理論，具體包括以下幾個(gè)部分：晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、晶體缺陷理論、無(wú)機(jī)材料的相平衡理論、無(wú)機(jī)材料的動(dòng)力學(xué)理論、無(wú)機(jī)材料的固相反應(yīng)理論、無(wú)機(jī)材料的燒結(jié)理論等。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以掌握無(wú)機(jī)非金屬材料的組成、結(jié)構(gòu)與性能之間的相互關(guān)系及其變化規(guī)律的基本理論，奠定學(xué)生從事材料科學(xué)研究的專業(yè)基礎(chǔ)，培養(yǎng)和提高學(xué)生的科研能力，這對(duì)于他們?nèi)蘸髲氖聫?fù)雜的技術(shù)工作和研發(fā)新材料十分有益。本書從材料的共性出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)代無(wú)機(jī)材料科學(xué)的發(fā)展，在編寫過(guò)程中堅(jiān)持加強(qiáng)基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)面、更新教材內(nèi)容的基本原則；內(nèi)容取材上既保留了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)材料的特色，又充分考慮本學(xué)科與其他學(xué)科相互融合滲透的新特點(diǎn)；在內(nèi)容統(tǒng)籌上力求條理清晰，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，充分體現(xiàn)材料科學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、性能及工藝四要素之間相互依存的關(guān)系；堅(jiān)持體現(xiàn)教材內(nèi)容深度、廣度適中，增強(qiáng)適用性；文字?jǐn)⑹錾狭η蟾拍顪?zhǔn)確嚴(yán)謹(jǐn)，深入淺出，數(shù)據(jù)正確可靠，圖、表、實(shí)例與內(nèi)容敘述相吻合，使讀者便于理解和自學(xué)。為加深學(xué)生對(duì)基本概念的理解和提高解決實(shí)際問題的能力，各章后附有習(xí)題與思考題。

內(nèi)容概要

《無(wú)機(jī)非金屬材料科學(xué)基礎(chǔ)》主要介紹了無(wú)機(jī)非金屬材料的組成、結(jié)構(gòu)、性能和工藝之間的相互關(guān)系及其變化規(guī)律的基本理論，是無(wú)機(jī)非金屬材料專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。全書內(nèi)容共分10章，包括：結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)、晶體結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)缺陷、非晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、固體的表面與界面、材料系統(tǒng)中的相平衡與相圖、固體材料中的擴(kuò)散、材料中的固相反應(yīng)、材料中的相變、材料的燒結(jié)等。
《無(wú)機(jī)非金屬材料科學(xué)基礎(chǔ)》可作為高等院校無(wú)機(jī)非金屬材料本科專業(yè)教材，亦可作為?？萍案呗毟邔Ｏ嚓P(guān)專業(yè)的教材，還可供無(wú)機(jī)非金屬材料類研究生、教師及相關(guān)專業(yè)的工程技術(shù)人員參考。

書籍目錄

1 結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)1.1 晶體的基本概念與性質(zhì)1.1.1 晶體的基本概念1.1.2 晶體的基本性質(zhì)1.2 晶體的宏觀對(duì)稱性1.2.1 對(duì)稱的概念1.2.2 晶體的宏觀對(duì)稱操作與對(duì)稱要素1.2.3 對(duì)稱型與點(diǎn)群1.2.4 晶體的對(duì)稱分類1.3 布拉維點(diǎn)陣與晶胞1.3.1 單位平行六面體的選取1.3.2 十四種布拉維點(diǎn)陣（Bravais Lanice）1.3.3 晶胞1.4 點(diǎn)陣幾何元素的表示法1.4.1 空間點(diǎn)陣中坐標(biāo)系的選取1.4.2 結(jié)點(diǎn)位置的表示1.4.3 晶面指數(shù)（晶面的表示法）1.4.4 晶向符號(hào)1.4.5 晶面與晶向的關(guān)系、晶帶軸定理習(xí)題與思考題2 晶體結(jié)構(gòu)2.1 晶體化學(xué)基本原理2.1.1 晶體中的化學(xué)鍵2.1.2 原子半徑與離子半徑2.1.3 球體緊密堆積原理2.1.4 配位數(shù)與配位多面體2.1.5 離子的極化2.1.6 鮑林規(guī)則2.2 單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)2.2.1 典型金屬的晶體結(jié)構(gòu)2.2.2 多晶型性2.2.3 非金屬元素單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)2.3 典型無(wú)機(jī)化合物的晶體結(jié)構(gòu)類型2.3.1 AX型無(wú)機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)2.3.2 AX，型無(wú)機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)2.3.3 A2X3型無(wú)機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)2.3.4 ABO3型無(wú)機(jī)化合物的晶體結(jié)構(gòu)2.3.5 AB2O4型無(wú)機(jī)化合物（尖晶石）的晶體結(jié)構(gòu)2.4 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)2.4.1 硅酸鹽晶體的共同特點(diǎn)2.4.2 島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體2.4.3 組群狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體2.4.4 鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體2.4.5 層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體2.4.6 架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體習(xí)題與思考題3 晶體結(jié)構(gòu)缺陷3.1 點(diǎn)缺陷3.1.1 點(diǎn)缺陷的分類3.1.2 點(diǎn)缺陷的符號(hào)表示方法3.1.3 熱缺陷濃度的計(jì)算3.1.4 點(diǎn)缺陷的化學(xué)平衡3.2 固溶體3.2.1 概述3.2.2 固溶體的分類3.2.3 置換型固溶體3.2.4 組分缺陷3.2.5 填隙型固溶體3.2.6 形成固溶體后對(duì)晶體性質(zhì)的影響3.3 非化學(xué)計(jì)量化合物3.3.1 陰離子缺位型3.3.2 陽(yáng)離子填隙型3.3.3 陰離子填隙型3.3.4 陽(yáng)離子缺位型3.3.5 非化學(xué)計(jì)量化合物的性質(zhì)3.4 位錯(cuò)3.4.1 位錯(cuò)的概念3.4.2 完整晶體的塑性變形方式3.4.3 位錯(cuò)的基本類型3.4.4.位錯(cuò)的伯格斯矢量3.4.5 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)3.4.6 位錯(cuò)的能量3.5 面缺陷3.5.1 晶界3.5.2 堆積層錯(cuò)3.5.3 反映孿晶面習(xí)題與思考題4 熔融體與玻璃體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)4.1 熔體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)4.1.1 對(duì)熔體結(jié)構(gòu)的一般認(rèn)識(shí)4.1.2 硅酸鹽熔體結(jié)構(gòu)4.2 熔體的性質(zhì)4.2.1 熔體的黏度4.2.2 熔體的表面張力與表面能4.3 玻璃的形成4.3.1 玻璃的通性4.3.2 玻璃形成的方法與物質(zhì)4.3.3 形成玻璃的條件4.4 玻璃結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)4.4.1 晶子學(xué)說(shuō)4.4.2 無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)4.4.3 兩大學(xué)說(shuō)的比較與發(fā)展4.5 常見玻璃類型4.5.1 硅酸鹽玻璃4.5.2 硼酸鹽玻璃4.5.3 磷酸鹽玻璃4.5.4 鍺酸鹽玻璃習(xí)題與思考題5 固體的表面與界面5.1 固體的表面及其結(jié)構(gòu)5.1.1 固體的表面特征5.1.2 固體的表面類型5.1.3 固體的表面結(jié)構(gòu)5.1.4 固體的表面能5.2 固體的界面行為5.2.1 彎曲表面效應(yīng)5.2.2 潤(rùn)濕與黏附5.2.3 吸附與表面改性5.3 固體的界面5.3.1 晶界5.3.2 多晶體的晶界構(gòu)形5.3.3 晶界應(yīng)力5.4 黏土-水系統(tǒng)膠體化學(xué)5.4.1 黏土的荷電性5.4.2 黏土的離子吸附與交換5.4.3 黏土膠體的電動(dòng)性質(zhì)5.4.4 黏土.水系統(tǒng)的膠體性質(zhì)5.4.5 瘠性料的懸浮與塑化習(xí)題與思考題6 材料系統(tǒng)中的相平衡與相圖6.1 相平衡及其研究方法6.1.1 相平衡的基本概念6.1.2 材料系統(tǒng)中的吉布斯相律（Gibbs Phase Rule）6.1.3 相平衡的研究方法6.2 單元系統(tǒng)相圖6.2.1 水的單元系統(tǒng)相圖6.2.2 具有同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變的單元系統(tǒng)相圖6.2.3 具有可逆（雙向的）與不可逆（單向的）的多晶轉(zhuǎn)變的相圖6.2.4 單元系統(tǒng)專業(yè)相圖6.3 二元系統(tǒng)相圖6.3.1 二元系統(tǒng)相圖的表示方法及杠桿規(guī)則6.3.2 二元系統(tǒng)相圖的基本類型6.3.3 二元系統(tǒng)專業(yè)相圖6.4 三元系統(tǒng)相圖6.4.1 三元系統(tǒng)組成表示方法6.4.2 濃度三角形的性質(zhì)6.4.3 三元系統(tǒng)相圖的構(gòu)成要素_6.4.4 判讀三元系統(tǒng)相圖的幾條重要規(guī)則6.4.5 三元系統(tǒng)相圖的基本類型6.4.6 三元系統(tǒng)專業(yè)相圖6.5 四元系統(tǒng)6.5.1 四元系統(tǒng)組成的表示方法6.5.2 濃度四面體的性質(zhì)6.5.3 具有一個(gè)低共熔點(diǎn)的四元系統(tǒng)相圖6.5.4 生成化合物的四元系統(tǒng)相圖……7 材料中的擴(kuò)散8 材料中的固相反應(yīng)9 材料中的相變10 材料的燒結(jié)附錄參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：（3）自限性。晶體能自發(fā)的形成封閉的凸幾何多面體外形的特征，稱為晶體的自限性或自范性。結(jié)晶多面體上的平面稱為晶面。晶面的交棱稱為晶棱。這也是由晶體的本質(zhì)所決定的，只要有充分的條件，晶體就能生成一定的規(guī)則幾何外形。（4）對(duì)稱性。晶體中的相同部分（包括晶面、晶棱等）以及晶體的性質(zhì)能夠在不同的方向或位置上有規(guī)律的重復(fù)出現(xiàn)，稱為晶體的對(duì)稱性。這也是晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)按周期性重復(fù)排列的結(jié)果。晶體的對(duì)稱性質(zhì)說(shuō)明晶體的性質(zhì)隨方向變化并非雜亂無(wú)章。而是表現(xiàn)出某種規(guī)律性，即同樣的性質(zhì)又會(huì)在對(duì)稱性所指示的一定方向上重復(fù)出現(xiàn)，這就表現(xiàn)出品體的對(duì)稱性。（5）最小內(nèi)能性。在相同的熱力學(xué)條件下，晶體與同組成的氣體、液體及非晶質(zhì)固體相比其內(nèi)能最小。因此晶體是最穩(wěn)定的。1.2 晶體的宏觀對(duì)稱性1.2.1 對(duì)稱的概念對(duì)稱是指物體中相同部分之間的有規(guī)律重復(fù)。由對(duì)稱的定義可知，物體必須具有若干個(gè)相同的部分以及這些相同的部分能借助于某些特定的動(dòng)作發(fā)生有規(guī)律的重復(fù)。例如吊扇的葉片以轉(zhuǎn)子中心線對(duì)稱分布。又如人的左右手，可以設(shè)想在兩手之間有一面鏡子，通過(guò)鏡子的反映，左右手正好重復(fù)。因此，對(duì)稱的條件是物體必須具有若干相同的部分以及這些相同的部分能借助于某種特定的動(dòng)作發(fā)生有規(guī)律的重復(fù)。晶體的宏觀對(duì)稱性是指晶體外形所包圍的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。晶體的宏觀對(duì)稱性來(lái)源于點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，故對(duì)晶體宏觀對(duì)稱性的研究有助于了解晶體的對(duì)稱性。在討論晶體的宏觀對(duì)稱時(shí)需用到對(duì)稱變換和對(duì)稱要素的概念。（1）對(duì)稱變換又稱對(duì)稱操作，是指能使對(duì)稱物體中各相同部分作有規(guī)律重復(fù)的變換動(dòng)作。例如吊扇葉片旋轉(zhuǎn)一定角度的動(dòng)作，雙手之間的反映動(dòng)作等。在對(duì)稱變換中有的可以通過(guò)實(shí)際動(dòng)作具體進(jìn)行，如旋轉(zhuǎn)；有的則無(wú)法具體進(jìn)行，如反映。但是這種對(duì)稱變換仍然是存在的。物體經(jīng)過(guò)對(duì)稱變換后和變換前完全相同，如同沒有進(jìn)行過(guò)變換一樣。（2）對(duì)稱要素是指在進(jìn)行對(duì)稱變換時(shí)所憑借的幾何要素。如點(diǎn)、線、面等。例如吊扇葉片旋轉(zhuǎn)的對(duì)稱變換所憑借的是與轉(zhuǎn)子中心線重合的直線。一定的對(duì)稱變換與一定的對(duì)稱要素相對(duì)應(yīng)。1.2.2 晶體的宏觀對(duì)稱操作與對(duì)稱要素1.2.2.1 反演與對(duì)稱中心（C）幾何體所有的點(diǎn)沿著與某個(gè)點(diǎn)的連線等距離反向延伸到該點(diǎn)的另一端之后，該幾何體與原來(lái)的自身重合，這種對(duì)稱操作稱為反演。這個(gè)點(diǎn)為對(duì)稱要素，稱為對(duì)稱中心，國(guó)際符號(hào)用i表示，習(xí)慣上則用C表示。如圖1-4所示，立方體體心為對(duì)稱中心，經(jīng)對(duì)稱變換后對(duì)頂角上的兩點(diǎn)A1、A2互換位置，整個(gè)圖形在晶體中不變，如有對(duì)稱中心存在，必定位于晶體的幾何中心。

編輯推薦

《無(wú)機(jī)非金屬材料科學(xué)基礎(chǔ)》：高等學(xué)校規(guī)劃教材。

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