無機材料科學基礎

第1章 晶體幾何基礎 1
1.1 晶體的定義 1
1.1.1 晶體內部結構的周期性 1
1.1.2 晶體結構與空間點陣 2
1.1.3 晶體的特性 4
1.2 晶體的宏觀對稱性 5
1.2.1 對稱概念 5
1.2.2 晶體的對稱性 5
1.2.3 宏觀對稱要素和對稱操作 6
1.3 晶體的 32 種點群及分類 9
1.3.1 對稱要素組合定理 9
1.3.2 點群 10
1.3.3 國際符號的書寫法則 11
1.4 晶體的定向和點陣元素表示方法 12
1.4.1 晶體定向 12
1.4.2 結點表示方法 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)的關系 16
1.5 晶體構造的幾何規(guī)律 16
1.5.1 14 種布拉維格子 17
1.5.2 晶胞 20
1.6 晶體內部構造的對稱要素 20
1.6.1 微觀對稱要素 20
1.6.2 空間群 21
1.6.3 空間群的國際符號 24
本章小結 24
思考題與習題 25

第2章 晶體化學基礎及理想晶體結構 26
2.1 晶體化學基本原理 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（負離子配位多面體規(guī)則） 33
2.2.2 第二規(guī)則（電價規(guī)則、靜電鍵規(guī)則） 34
2.2.3 第三規(guī)則（負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 常見離子晶體 36
2.3.1 AB 型結構 36
2.3.2 AB2 型結構 39
2.3.3 A2B3 型結構 41
2.3.4 ABO3 型結構 41
2.3.5 AB2O4 型結構 43
2.4 硅酸鹽晶體 45
2.4.1 硅酸鹽晶體的一般特點及分類 45
2.4.2 島狀結構硅酸鹽 46
2.4.3 組群狀結構硅酸鹽 49
2.4.4 鏈狀結構硅酸鹽 50
2.4.5 層狀結構硅酸鹽 52
2.4.6 架狀結構硅酸鹽 56
2.5 其他常見非氧化物晶體 60
2.6 常見鋁酸鹽晶體 60
本章小結 62
思考題與習題 63

第3章 晶體結構缺陷 65
3.1 點缺陷 65
3.2 固溶體 68
3.2.1 固溶體的概念和分類 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 缺陷符號及缺陷反應方程式寫法 71
3.2.6 固溶體類型的實驗判別 74
3.3 非化學計量化合物 76
3.3.1 負離子空位型（n 型） 76
3.3.2 正離子間隙型（n 型） 77
3.3.3 負離子間隙型（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 79
3.4.2 螺型位錯 80
3.4.3 混合位錯 81
3.4.4 伯格斯矢量 81
3.4.5 位錯的運動 82
3.4.6 位錯的連續(xù)性及位錯密度 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 86
思考題與習題 87

第4章 熔體和非晶態(tài)固體 88
4.1 熔體的結構 88
4.1.1 對熔體的一般認識 88
4.1.2 熔體聚合物結構理論 89
4.2 熔體的性質 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 玻璃形成的熱力學條件 100
4.3.4 玻璃形成的動力學條件 100
4.3.5 玻璃形成的結晶化學條件 103
4.4 玻璃的結構 106
4.4.1 無規(guī)則網(wǎng)絡模型 107
4.4.2 晶子結構模型 108
4.4.3 無規(guī)密堆積模型 110
4.4.4 拓撲無序模型 110
4.5 典型的玻璃類型 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 115
思考題與習題 115

第5章 固體表面與界面 117
5.1 固體表面特征及其結構 117
5.1.1 固體的表面特征 117
5.1.2 表面力場 118
5.1.3 表面自由能和表面張力 119
5.1.4 固體表面結構 121
5.2 晶態(tài)固體界面及其結構 125
5.2.1 陶瓷晶界的結構特征 125
5.2.2 多晶組織 126
5.2.3 晶界應力 128
5.3 界面行為 129
5.3.1 彎曲表面效應 130
5.3.2 潤濕與黏附 133
5.3.3 吸附與表面改性 136
5.4 黏土-水系統(tǒng)膠體化學 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 黏土膠體的電動性質 142
5.4.4 黏土-水系的膠體性質 145
5.4.5 瘠性料的懸浮與塑化 153
本章小結 155
思考題與習題 156

第6章 熱力學應用 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 水型物質與硫型物質 164
7.2.2 具有同質多晶轉變的單元系統(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 濃度三角形的幾個基本規(guī)則 182
7.4.3 三元相圖的基本類型和基本規(guī)律 187
7.4.4 實際三元相圖及其應用 205
7.5 三元交互系統(tǒng) 219
本章小結 219
思考題與習題 219

第8章 擴散 222
8.1 固體中的擴散特點 222
8.2 擴散的宏觀動力學方程 223
8.2.1 菲克第一定律 223
8.2.2 菲克第二定律 224
8.3 擴散的熱力學理論（擴散的推動力）225
8.4 擴散的布朗運動理論 227
8.5 擴散機構與擴散系數(shù) 229
8.5.1 固體擴散的機構 229
8.5.2 擴散系數(shù)與擴散機構的關系 230
8.5.3 擴散系數(shù)的測定 233
8.5.4 擴散過程術語和概念 234
8.6 影響擴散的因素 235
8.6.1 溫度 235
8.6.2 雜質 236
8.6.3 氣氛 236
8.6.4 固溶體類型 237
8.6.5 擴散物質性質與結構的影響 237
8.6.6 結構缺陷對擴散的影響 238
本章小結 240
思考題與習題 240

第9章 固相反應 242
9.1 固相反應的定義、分類與特點 242
9.1.1 固相反應的定義及研究對象 242
9.1.2 固相反應的分類 243
9.1.3 固相反應的特點 244
9.1.4 固相反應的熱力學 246
9.2 固相反應機理 247
9.2.1 界面上的化學反應機理 248
9.2.2 相界面上反應和離子擴散的關系 249
9.2.3 中間產物和連續(xù)反應 250
9.3 固相反應動力學 251
9.3.1 固相反應一般動力學關系 251
9.3.2 化學動力學范圍 253
9.3.3 擴散動力學范圍 256
9.3.4 通過流體相傳輸?shù)墓滔喾磻蛣恿W方程 262
9.3.5 過渡范圍 265
9.4 固相反應應用 267
9.4.1 高嶺土的莫來石化過程 267
9.4.2 高嶺土的脫水反應 267
9.5 影響固相反應的因素 269
9.5.1 反應物化學組成與結構的影響 269
9.5.2 反應物顆粒尺寸及分布的影響 269
9.5.3 反應溫度、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 272
思考題與習題 272

第10章 相變 273
10.1 相變的分類 273
10.1.1 按熱力學分類 274
10.1.2 按相變方式分類 275
10.1.3 按質點遷移特征分類 275
10.2 液-固相變過程 276
10.2.1 液-固相變過程熱力學 276
10.2.2 液-固相變過程動力學 279
10.3 液-液相變過程 287
10.3.1 液相的不混溶性（玻璃的分相） 288
10.3.2 分相本質 290
10.3.3 分相范圍 291
10.3.4 分相機理 291
10.3.5 分相對玻璃性質的影響 291
10.4 固-固相變過程 292
10.4.1 固-固相變的形核過程 292
10.4.2 同質多晶轉變 294
10.4.3 有序-無序轉變 294
10.4.4 馬氏體相變 295
10.4.5 鐵電相變 296
10.4.6 多晶轉變動力學過程示例 297
10.5 氣-固（液）相變過程 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 301
10.5.5 化學氣相沉積技術 301
本章小結 301
思考題與習題 302

第11章 燒結 303
11.1 燒結概述 304
11.1.1 燒結的定義及研究對象 304
11.1.2 燒結理論的研究與發(fā)展 304
11.1.3 燒結分類 305
11.1.4 與燒結相關的一些概念 306
11.1.5 燒結模型 307
11.2 燒結過程、燒結過程熱力學和燒結機理 308
11.2.1 燒結過程 308
11.2.2 燒結過程的熱力學 310
11.2.3 燒結傳質過程 314
11.3 固相燒結機理 318
11.3.1 蒸發(fā)-凝聚傳質 318
11.3.2 擴散傳質 320
11.4 液相燒結機理 326
11.4.1 液相燒結特點 326
11.4.2 流動傳質機理 327
11.4.3 溶解-沉淀傳質機理 329
11.4.4 各種傳質機理分析比較 331
11.5 燒結過程中的晶粒長大和二次再結晶 332
11.5.1 初次再結晶 332
11.5.2 晶粒長大 333
11.5.3 二次再結晶 337
11.5.4 晶界在燒結中的作用 338
11.6 強化燒結 339
11.6.1 缺陷強化燒結 339
11.6.2 液相強化燒結 342
11.6.3 壓力強化燒結 343
11.6.4 特殊燒結技術 345
11.7 燒結過程中的計算機模擬理論與實踐 347
11.7.1 計算機模擬技術 347
11.7.2 燒結過程的計算機模擬 348
11.8 影響燒結的因素 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 燒結溫度和保溫時間 350
11.8.4 鹽類的選擇和煅燒條件 351
11.8.5 氣氛的影響 351
11.8.6 壓力的影響 352
本章小結 353
思考題與習題 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 一些物質的熔點、熔化熱、沸點、蒸發(fā)熱 358
附錄 4 一些單質和化合物的標準生成焓、標準生成吉布斯自由能與標準熵值（101.325kPa、298K） 361
附錄 5 一些化合物的標準生成吉布斯自由能與 T 的關系 365
附錄 6 由氧化物生成復合氧化物的標準吉布斯自由能與 T 的關系 368

參考文獻 371