無機(jī)材料物理化學(xué)

前言

材料科學(xué)是一門新興的、綜合性的學(xué)科。隨著各種現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展正越來越受到人們的重視，已逐步形成了一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科體系。材料科學(xué)是一級學(xué)科，通常劃分為三個(gè)二級學(xué)科。它們是金屬材料、無機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分子材料。這三個(gè)二級學(xué)科之間，并沒有不可逾越的鴻溝，復(fù)合材料的出現(xiàn)就是一個(gè)證明。無機(jī)材料物理化學(xué)主要是從無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域內(nèi)的各種材料制品的工藝技術(shù)實(shí)踐中總結(jié)出來的共性規(guī)律而形成的一門課。這門課的前身是硅酸鹽物理化學(xué)，其研究領(lǐng)域局限于傳統(tǒng)硅酸鹽材料和制品。由于近二十年來，迅速發(fā)展的電子工業(yè)、空間科學(xué)、核技術(shù)、激光技術(shù)、高能電池、太陽能利用等領(lǐng)域?qū)Σ牧闲阅芴岢隽烁鞣N新的要求。因而在傳統(tǒng)硅酸鹽材料基礎(chǔ)上發(fā)展出高溫材料、高強(qiáng)材料、電子材料、光學(xué)材料以及激光、鐵電、壓電等材料，所涉及的化合物遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出硅酸鹽的范疇，而是整個(gè)無機(jī)非金屬。因此改名為無機(jī)材料物理化學(xué)。這門課是把基礎(chǔ)科學(xué)理論，特別是物理化學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、結(jié)晶化學(xué)、固體物理中的基本理論，具體應(yīng)用到無機(jī)非金屬材料的制備和性能研究上。成為介于基礎(chǔ)科學(xué)和專業(yè)技術(shù)之間的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。這門課有三大部分內(nèi)容：熱力學(xué)在無機(jī)材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用；無機(jī)材料的聚集狀態(tài)；過程動(dòng)力學(xué)。一般講授學(xué)時(shí)在70~80學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)為20學(xué)時(shí)左右。

內(nèi)容概要

　　《無機(jī)材料物理化學(xué)》主要由熱力學(xué)在無機(jī)材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用、無機(jī)材料的聚集狀態(tài)、過程動(dòng)力學(xué)三部分組成。介紹了用熱力學(xué)的基本原理（包括相平衡和化學(xué)平衡）判斷材料合成過程的方向和限度的方法。闡明了化學(xué)成分與晶體結(jié)構(gòu)之間相互關(guān)系與規(guī)律，晶體結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。介紹了熔融態(tài)的聚合物理論。闡明了擴(kuò)散的宏觀規(guī)律與微觀規(guī)律。全書結(jié)合無機(jī)非金屬材料及硅酸鹽工程給出了很多具體實(shí)例分析?！　　稛o機(jī)材料物理化學(xué)》可作為無機(jī)非金屬材料及硅酸鹽工程專業(yè)大學(xué)本科教材，也可供其他有關(guān)人員參考。

書籍目錄

第一篇 熱力學(xué)在無機(jī)材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用第一章 熱力學(xué)的回顧第一節(jié) 熵的統(tǒng)計(jì)解釋一、判斷一個(gè)過程是否自動(dòng)進(jìn)行的科學(xué)方法及重要性二、為什么熵能成為一切過程是否自動(dòng)進(jìn)行的判據(jù)第二節(jié) 吉布斯自由焓和化學(xué)勢一、吉布斯自由焓二、化學(xué)勢第三節(jié) 吉布斯相律的推導(dǎo)第二章 相平衡與相圖第一節(jié) 一元系統(tǒng)相圖一、在一元系統(tǒng)相圖中應(yīng)掌握的幾個(gè)基本內(nèi)容二、Si02系統(tǒng)相圖三、C2S(2CaO?Si02)系統(tǒng)相圖四、ZrOz系統(tǒng)相圖第二節(jié) 二元系統(tǒng)相圖一、二元系統(tǒng)相圖組成表示法、杠桿規(guī)則和相律二、二元相圖基本類型三、二元相圖應(yīng)用實(shí)例四、相圖的實(shí)驗(yàn)研究方法五、二元相圖的熱力學(xué)推導(dǎo)參考文獻(xiàn)習(xí)題第三節(jié) 三元系統(tǒng)相圖一、相律及組成表示法二、在固相中完全不互溶的三元相圖基本類型三、在固相中形成固溶體的三元相圖基本類型四、三元相圖應(yīng)用實(shí)例第四節(jié) 三元交互系統(tǒng)相圖一、基本概念和物質(zhì)的量表示法二、相圖的構(gòu)成及析晶過程分析三、在鐵電、壓電材料上的應(yīng)用四、在si—Al—O—N系統(tǒng)中的應(yīng)用參考文獻(xiàn)習(xí)題第三章 化學(xué)平衡與熱力學(xué)勢函數(shù)第一節(jié) 導(dǎo)言一、概念和意義二、化學(xué)平衡的條件第二節(jié) 平衡常數(shù)一、多相反應(yīng)的平衡常數(shù)二、化學(xué)反應(yīng)等溫方程式與4G三、溫度對平衡常數(shù)的影響第三節(jié) 熱力學(xué)勢函數(shù)法參考文獻(xiàn)習(xí)題第二篇 無機(jī)材料的聚集狀態(tài)第一章 結(jié)晶狀態(tài)第一節(jié) 電子構(gòu)型與原子鍵合一、電子構(gòu)型與量子力學(xué)二、電子構(gòu)型對材料性質(zhì)的影響三、共價(jià)鍵的本質(zhì)第二節(jié) 分子軌道與能帶第三節(jié) 單質(zhì)晶體．一、由金屬元素組成的單質(zhì)晶體二、非金屬元素單質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)三、單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)的過渡第四節(jié) 離子晶體通論一、離子晶體的結(jié)構(gòu)特征二、離子半徑三、配位多面體與離子半徑比四、品格能(或稱點(diǎn)陣能)五、離子極化六、哥希米德結(jié)晶化學(xué)定律第五節(jié) 二元化合物一、總的輪廓二、AB型離子化合物三、AB2型離子化合物四、A2Bs型化合物第六節(jié) 多元化合物一、總的輪廓二、絡(luò)合離子及其結(jié)構(gòu)三、CaCO2結(jié)構(gòu)及雙折射現(xiàn)象四、BaTiO3結(jié)構(gòu)與鐵電性能五、IANbO3結(jié)構(gòu)與電光效應(yīng)六、PbMoO4結(jié)構(gòu)與聲光效應(yīng)七、尖晶石和反尖晶石結(jié)構(gòu)與亞鐵磁性第七節(jié) 硅酸鹽結(jié)構(gòu)一、硅酸鹽結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和分類二、島狀結(jié)構(gòu)及鮑林五規(guī)則三、組群狀結(jié)構(gòu)四、鏈狀結(jié)構(gòu)五、層狀結(jié)構(gòu)六、架狀結(jié)構(gòu)七、硅酸鹽結(jié)構(gòu)小結(jié)第八節(jié) 硼酸鹽結(jié)構(gòu)第九節(jié) 晶體場理論一、概述二、在不同配位多面體晶體場中d軌道的能級分裂三、高自旋態(tài)和低自旋態(tài)四、晶體場穩(wěn)定能和姜一泰勒效應(yīng)五、八面體擇位能參考文獻(xiàn)習(xí)題第二章 晶體缺陷第一節(jié) 點(diǎn)缺陷一、分類、記號和缺陷反應(yīng)式二、本征缺陷三、非本征缺陷第二節(jié) 線缺陷——位錯(cuò)一、晶體的范性形變與位錯(cuò)模型的提出二、柏格斯矢量三、位錯(cuò)線的能量與線張力四、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)五、位錯(cuò)與晶體缺陷的交互作用第三節(jié) 面缺陷一、平移界面二、孿晶界面三、位錯(cuò)界面參考文獻(xiàn)習(xí)題第三章 熔體和玻璃體第一節(jié) 熔體一、熔體結(jié)構(gòu)二、熔體的性質(zhì)第二節(jié) 熔體的冷卻過程一、均勻成核和非均勻成核二、晶體長大速率三、分相與旋節(jié)分解(或稱不穩(wěn)分解)第三節(jié) 玻璃體一、玻璃的通性二、玻璃的形成三、玻璃結(jié)構(gòu)參考文獻(xiàn)習(xí)題第四章 膠體第一節(jié) 粘土質(zhì)點(diǎn)的帶電理論及電位一、帶電理論二、粘土-水系統(tǒng)的動(dòng)電性質(zhì)第二節(jié) 離子交換和膠團(tuán)中的結(jié)合水一、離子交換二、結(jié)構(gòu)水與粘土膠團(tuán)第三節(jié) 泥漿流動(dòng)性和穩(wěn)定性及泥料的可塑性一、泥漿流動(dòng)性和穩(wěn)定性二、泥料可塑性理論參考文獻(xiàn)習(xí)題第五章 表面、相界和晶界第一節(jié) 表面現(xiàn)象一、表面張力和表面自由焓二、彎曲表面的內(nèi)外壓差與彎曲表面上的蒸氣壓三、毛細(xì)現(xiàn)象與二板間的液膜第二節(jié) 固體表面的特性一、表面力二、固體的表面結(jié)構(gòu)和表面自由焓三、表面改性和表面活性劑第三節(jié) 晶界和相界一、晶界二、相界第四節(jié) 界面行為一、組合系統(tǒng)中界面自由焓的平衡二、界面電勢與界面偏析三、界面能帶彎曲參考文獻(xiàn)習(xí)題第三篇 過程動(dòng)力學(xué)第一章 擴(kuò)散過程第一節(jié) 擴(kuò)散的宏觀規(guī)律一、擴(kuò)散方程的建立二、在無限物體情況下擴(kuò)散方程的通解三、限定源擴(kuò)散四、恒定源擴(kuò)散五、擴(kuò)散系數(shù)的測定第二節(jié) 擴(kuò)散的微觀規(guī)律一、擴(kuò)散和布朗運(yùn)動(dòng)二、擴(kuò)散機(jī)制三、三維空間的無序-走動(dòng)擴(kuò)散實(shí)例四、品格原子的擴(kuò)散五、在濃度梯度下的擴(kuò)散——克肯達(dá)爾效直第三節(jié) 多元系統(tǒng)中擴(kuò)散的熱力學(xué)描述第四節(jié) 影響擴(kuò)散的因素參考文獻(xiàn)習(xí)題第二章 多相反應(yīng)過程第一節(jié) 引言第二節(jié) 多相反應(yīng)機(jī)理一、相界面上化學(xué)反應(yīng)的六個(gè)階段二、相界面上反應(yīng)和離子擴(kuò)散的關(guān)系三、中間產(chǎn)物和連續(xù)反應(yīng)第三節(jié) 多相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)一、如何抓住主要矛盾，使問題簡化二、幾個(gè)基本環(huán)節(jié)的動(dòng)力學(xué)關(guān)系式第四節(jié) 影響多相反應(yīng)的因素一、溫度二、顆粒度三、礦化劑四、反應(yīng)物的化學(xué)組成與結(jié)構(gòu)參考文獻(xiàn)習(xí)題第三章 燒結(jié)過程第一節(jié) 引言第二節(jié) 燒結(jié)機(jī)理一、氣相傳質(zhì)(蒸發(fā)一凝聚)二、擴(kuò)散傳質(zhì)三、流動(dòng)傳質(zhì)四、溶解和沉淀第三節(jié) 燒結(jié)過程的動(dòng)力學(xué)一、燒結(jié)初期的動(dòng)力學(xué)研究二、燒結(jié)中、后期的動(dòng)力學(xué)研究第四節(jié) 燒結(jié)與陶瓷顯微結(jié)構(gòu)的形成一、晶粒大小二、氣孔三、晶界參考文獻(xiàn)習(xí)題附錄一 物理化學(xué)數(shù)據(jù)表附錄二 熱力學(xué)勢函數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)生成熱附錄三 一些重要的二元、三元實(shí)際相圖附錄四 元素的原子和離子半徑

章節(jié)摘錄

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