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1 无机材料的化学键与电子结构1

1.1 离子键与离子晶体的结合能1

1.1.1 元素电离能与亲和能2

1.1.2 离子键的特征4

1.1.3 离子晶体结合能4

1.2 共价键与分子轨道理论6

1.2.1 共价键的基本性质6

1.2.2 共价键的极性8

1.2.3 共价键分子与分子晶体9

1.3 金属键与固体中电子的能带结构10

1.3.1 金属键的基本特性10

1.3.2 固体中电子的能带结构11

思考题与习题13

2 晶体的结构与常见晶体结构类型14

2.1 晶体的周期性结构与点阵14

2.1.1 周期性结构与点阵14

2.1.2 三维空间点阵中直线点阵与平面点阵的表达17

2.2 点阵宏观对称性与类型19

2.2.1 对称性的基本概念19

2.2.2 点阵结构的点对称性与点群20

2.2.3 晶体结构对称性与物性的关系23

2.3 点阵结构的微观对称性——空间群24

2.3.1 点阵微观对称要素25

2.3.2 空间群与空间群符号26

2.4 元素晶体的常见晶体结构28

2.4.1 典型金属单质的晶体结构28

2.4.2 典型非金属单质的晶体结构32

2.5 合金与金属间化合物常见晶体结构34

2.5.1 金属固溶体的晶体结构34

2.5.2 金属间化合物的晶体结构39

2.6 无机非金属化合物常见晶体结构45

2.6.1 二元化合物的典型晶体结构45

2.6.2 ABO3型化合物的晶体结构49

2.6.3 AB2O4尖晶石型化合物的晶体结构50

2.6.4 氧化物晶体结构的一般规律51

2.6.5 键参数函数与无机化合物晶体结构的关系52

2.6.6 常见硅酸盐矿物的晶体结构53

思考题与习题62

3 熔体与非晶态固体64

3.1 固体的熔融与玻璃化转变64

3.1.1 熔融与熔体的特性64

3.1.2 玻璃的形成73

3.1.3 非晶态固体——玻璃的通性79

3.2 无序结构的特点与统计描述81

3.2.1 无序结构的基本特点81

3.2.2 位置无序的统计描述82

3.3 非晶态金属的无规密堆积结构83

3.3.1 非晶态合金的结构模型83

3.3.2 非晶态合金的特性85

3.4 无机非金属玻璃的结构86

3.4.1 晶子学说86

3.4.2 无规则网络学说88

3.5 常见金属与无机非金属玻璃材料90

3.5.1 玻璃态物质的形成方法90

3.5.2 金属合金玻璃92

3.5.3 无机非金属玻璃93

思考题与习题99

4 晶体中的点缺陷与线缺陷101

4.1 热力学平衡态点缺陷101

4.1.1 热缺陷的基本类型101

4.1.2 平衡态热缺陷浓度103

4.1.3 点缺陷的运动与输运104

4.2 非热力学平衡态点缺陷106

4.3 点缺陷符号与化学方程式108

4.3.1 点缺陷符号108

4.3.2 点缺陷化学方程式108

4.4 离子晶体中的点缺陷与色心111

4.5 掺杂与非化学计量化合物113

4.5.1 固溶体的分类113

4.5.2 置换型固溶体114

4.5.3 填隙型固溶体116

4.5.4 固溶体的研究方法117

4.5.5 非化学计量化合物118

4.6 晶体中的线缺陷——位错120

4.6.1 位错的基本类型120

4.6.2 伯格斯矢量（Burgers vector）121

4.6.3 位错的运动122

4.7 位错的核心结构124

4.8 位错的形成和增殖126

4.8.1 位错的形成126

4.8.2 位错的增殖128

思考题与习题129

5 表面与界面131

5.1 晶体表面的形貌与结构131

5.1.1 晶体表面的形貌131

5.1.2 晶体表面的结构132

5.1.3 晶体表面的缺陷134

5.1.4 实际晶体表面135

5.1.5 陶瓷材料中气孔表面的空位浓度137

5.2 晶体中的平移界面与孪晶界面138

5.2.1 平移界面138

5.2.2 孪晶界面141

5.3 无机材料中的晶界与相界142

5.3.1 晶界结构与分类143

5.3.2 相界结构与分类144

5.3.3 多晶体的晶界构型146

5.3.4 无机材料相界面的润湿与黏附149

5.3.5 吸附与表面改性152

5.4 胶体分散体系与纳米材料中的界面153

5.4.1 黏土-水系统的胶体特性154

5.4.2 黏土泥浆流动性和稳定性及泥料的可塑性159

5.4.3 纳米材料中的界面165

思考题与习题168

6 相平衡与相图169

6.1 凝聚态系统相平衡特点169

6.1.1 组分170

6.1.2 相170

6.1.3 凝聚态系统的相律171

6.2 一元系统171

6.2.1 水型物质与硫型物质171

6.2.2 可逆和不可逆多晶转变的单元相图172

6.2.3 SiO2系统173

6.2.4 ZrO2系统175

6.3 二元系统176

6.3.1 具有一个低共熔点的简单二元系统相图176

6.3.2 生成一种一致熔融化合物的二元系统相图178

6.3.3 生成一种不一致熔融化合物的二元系统相图178

6.3.4 生成一种固相分解的化合物的二元系统相图179

6.3.5 具有多晶转变的二元系统相图180

6.3.6 形成连续固溶体的二元系统相图180

6.3.7 形成有限固溶体的二元系统相图181

6.3.8 具有液相分层的二元系统相图181

6.3.9 二元系统相图应用举例182

6.4 三元系统187

6.4.1 三元系统相图的组成表示方法187

6.4.2 杠杆规则及重心原理189

6.4.3 三元系统立体相图与平面投影图190

6.4.4 具有一个低共熔点的简单三元系统相图191

6.4.5 生成一种一致熔融二元化合物的三元系统相图192

6.4.6 生成一种不一致熔融二元化合物的三元系统相图193

6.4.7 生成一种固相分解的二元化合物的三元系统相图197

6.4.8 生成一种一致熔融三元化合物的三元系统相图198

6.4.9 生成一种不一致熔融三元化合物的三元系统相图198

6.4.10 具有多晶转变的三元系统相图198

6.4.11 生成一种二元连续固溶体的三元系统相图198

6.4.12 具有液相分层的三元系统相图199

6.4.13 分析复杂相图的主要步骤199

6.4.14 三元系统相图的应用举例199

6.5 四元系统209

6.5.1 四元系统组成表示方法209

6.5.2 简单四元系统相图210

6.5.3 生成化合物的四元系统相图211

6.5.4 CaO-C2S-C12A7-C4AF四元系统相图213

6.6 三元交互系统217

6.6.1 三元交互系统组成表示方法217

6.6.2 三元交互系统相图218

6.7 相图的热力学计算219

6.7.1 自由能—组成曲线219

6.7.2 自由能—组成曲线相互关系的确定221

6.7.3 从自由能—组成曲线推导相图举例222

思考题与习题224

7 固体中质点的扩散227

7.1 固体中质点扩散的特点与唯象理论227

7.1.1 固体中质点扩散的特点227

7.1.2 菲克定律227

7.1.3 菲克定律的应用229

7.2 质点迁移的微观机制与扩散系数233

7.2.1 质点迁移的微观机制233

7.2.2 原子跃迁和扩散系数233

7.3 扩散的热力学理论235

7.3.1 扩散系数的热力学解释235

7.3.2 扩散激活能236

7.3.3 杂质缺陷引起的扩散237

7.3.4 非化学计量化合物中的扩散238

7.3.5 温度对扩散的影响239

7.3.6 互扩散系数240

7.4 带电质点的扩散行为241

7.4.1 离子晶体中的扩散241

7.4.2 共价晶体中的扩散242

7.5 短路扩散与非平衡态点缺陷的扩散242

7.5.1 短路扩散242

7.5.2 非平衡态点缺陷的扩散243

7.6 金属中的电迁移和热迁移243

7.6.1 金属中的电迁移243

7.6.2 金属中的热迁移244

思考题与习题245

8 固态化学反应246

8.1 凝聚态体系化学反应的基本特征246

8.2 固相化学反应热力学248

8.2.1 固相化学反应热力学特征248

8.2.2 反应△G0 R的热力学计算249

8.2.3 固相反应的热力学分析251

8.3 固相化学反应动力学261

8.3.1 固相反应的一般动力学关系261

8.3.2 化学反应控制动力学262

8.3.3 扩散控制动力学263

8.4 影响固相化学反应的因素268

8.4.1 反应物化学组成与结构的影响268

8.4.2 反应物颗粒尺寸及分布的影响269

8.4.3 反应温度、压力与气氛的影响270

8.4.4 矿化剂及其他影响因素270

8.5 固相反应的研究实例271

思考题与习题274

9 固态相变276

9.1 相变的基本结构特征276

9.1.1 重构型相变和位移型相变276

9.1.2 马氏体相变278

9.1.3 有序-无序相变279

9.1.4 无公度相变280

9.2 相变热力学281

9.2.1 相变的热力学特征与相变级数281

9.2.2 二级相变朗道理论284

9.2.3 相变的热力学驱动力286

9.3 固态相变动力学286

9.3.1 均匀成核过程287

9.3.2 非均匀成核过程288

9.3.3 胚核生长和晶粒粗化290

9.3.4 相变动力学速率形式理论294

9.3.5 时间-温度-转变（3T）图296

9.3.6 成核-生长和失稳分相过程298

9.3.7 失稳分相的动力学方程300

9.4 结晶与晶体生长304

9.4.1 晶核形成的结构基础304

9.4.2 晶体生长的主要理论305

9.4.3 影响晶体生长的外部因素307

9.5 薄膜材料中晶体生长310

思考题与习题313

10 固态烧结315

10.1 烧结的基本特征315

10.1.1 烧结的特点315

10.1.2 烧结过程推动力316

10.1.3 烧结模型317

10.2 烧结机制与动力学方程318

10.2.1 蒸发-凝聚传质318

10.2.2 扩散传质320

10.2.3 流动传质326

10.2.4 溶解-沉淀传质328

10.3 烧结过程中晶粒生长与异常生长331

10.3.1 晶粒生长332

10.3.2 晶粒异常生长335

10.3.3 晶界在烧结中的作用337

10.4 影响烧结的因素337

10.4.1 原始粉料的粒度337

10.4.2 烧结助剂338

10.4.3 烧结温度与时间338

10.4.4 盐类的选择及煅烧条件339

10.4.5 气氛339

10.4.6 成型压力340

10.5 特种烧结技术340

10.5.1 无压烧结341

10.5.2 热压烧结341

10.5.3 高温等静压烧结344

10.5.4 等离子体烧结345

10.5.5 微波烧结345

10.5.6 爆炸烧结346

思考题与习题347

附录349

参考文献363