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第一篇 硅酸盐聚集状态的结构 1

第一章 晶体化学 1

第一节 晶体化学基本原理 1

一、晶体中键的型式 1

二、离子晶体与晶格能 1

三、决定离子晶体结构的基本因素 5

四、同质多晶 10

五、典型无机化合物晶体的结构 12

六、鲍林规则 18

七、晶体结构参数和晶型的关系 20

第二节 硅酸盐晶体结构 22

一、概述 22

二、岛状结构 24

三、组群状结构 26

四、链状结构 28

五、层状结构 30

六、架状结构 34

八、模型物质 39

七、衍生结构 39

第三节 晶体场理论 40

一、概述 40

二、大不同配位多面体结晶场中d轨道能级的分裂 41

三、晶体场稳定能和过渡元素离子的电子构型 43

四、晶体结构中的亚恩-特勒(Jahn-Teller)效应 46

五、过渡元素化合物中的原子间距离 47

第四节 晶体的X射线衍射 48

一、X射线的发生和性质 48

六、尖晶石的晶体化学 48

二、晶体的X射线衍射基本原理 50

三、晶体的X射线衍射方法 52

第二章 晶体的结构缺陷 55

第一节 点缺陷 55

一、点缺陷的类型 55

二、点缺陷的平衡浓度 57

三、点缺陷的化学平衡 58

第二节 线缺陷(位错) 59

一、位错的类型 59

二、位错的基本理论 60

第三节 面缺陷 65

第四节 固溶体 66

一、置换型固溶体 67

二、间隙型固溶体 68

三、非化学计量化合物 69

第三章 熔融态和玻璃态 73

第一节 硅酸盐熔体的结构和性质 73

一、硅酸盐熔体的结构 73

二、熔体性质 77

一、玻璃的通性 85

第二节 玻璃态的通性和玻璃的转变 85

二、玻璃的转变 86

三、玻璃的稳定化(Stabilization) 89

第三节 玻璃的形成 91

一、形成玻璃的物质 92

二、形成玻璃的条件 94

第四节 玻璃结构理论 101

一、无规则网络学说 101

二、微晶学说 109

一、X射线衍射分析--径向分布函数法(Radial Distribution Function,RDF) 113

第五节 玻璃结构的衍射研究 113

三、玻璃的亚微观结构 113

二、X射线小角衍射(Small Angle X-ray Scattering,SAXS) 117

第四章 固体的表面现象 119

第一节 固体表面结构 119

一、表面力场 119

二、晶体表面结构 120

三、粉体表面结构 122

四、玻璃表面结构 124

五、固体表面的几何结构 125

一、弯曲表面的效应 126

第二节 界面行为 126

二、吸附和分子筛吸附剂 127

三、润湿与粘附 132

四、固体表面活性与表面活性剂 135

五、晶界 141

第三节 粘土-水系统性质 144

一、粘土胶体 144

二、粘土的离子交换 146

三、粘土-水系统的电动性质 147

四、粘土-水系统的流变性质 149

第二篇 热力学的应用及相平衡 157

第五章 热力学的应用 157

第一节 硅酸盐热化学 157

一、热力学第一定律 157

二、硅酸盐生成热、溶解热、熔化热、晶型转变热和水化热 158

第二节 硅酸盐热力学计算 162

一、熵和自由焓 162

二、耐高温金属氧化物的热力学稳定性 163

三、耐高温金属氧化物的气化 165

四、化学反应的热力学计算 167

第三节 相平衡图的热力学推导 172

一、自由焓-组成曲线 173

二、从自由焓曲线推导相图 177

三、旋节分解和介稳相图 179

第六章 相平衡 185

第一节 相律和相平衡的研究方法 185

一、相律 185

二、相平衡的研究方法 187

第二节 单元系统 189

一、单元系统相图 190

二、可逆的(双向的)与不可逆的(单向的)多晶转变 190

三、SiO2系统相图 192

四、C2S系统相图 196

五、ZrO2系统相图 198

第三节 二元系统 199

一、二元系统相图的类型 199

二、Al2O3-SiO2系统相图 206

三、CaO-SiO2系统相图 207

四、CaO-Al2O3系统相图 209

五、Na2O-SiO2系统相图 210

六、MgO-SiO2系统相图 211

七、含O2系统 213

第四节 三元系统 214

一、基本原理 215

二、具有一个低共熔点的三元系统相图 217

三、具有一个一致熔融二元化合物的三元系统相图 221

四、具有一个一致熔融三元化合物的三元系统相图 222

五、具有一个不一致熔融二元化合物的三元系统相图 223

六、具有一个不一致熔融三元化合物的三元系统相图 226

七、形成一个高温分解、低温稳定存在的二元化合物的三元系统相图 227

八、固相具有多晶转变的三元系统相图 228

九、三组分生成连续固溶体的三元系统相图 229

十、只有一个二元系统生成连续固溶体的三元系统相图(其他两个均为最简单的二元系统) 230

十一、具有液相分层的三元系统相图 231

十二、CaO-Al2O3-SiO2系统相图 232

十三、Na2O-CaO-SiO2系统相图 236

十四、K2O-Al2O3-SiO2系统相图 241

十五、MgO-Al2O3-SiO2系统相图 243

第五节 四元系统 247

十六、CaO-SiO2-CaF2系统相图 247

一、四元系统的组成表示法及四面体的性质 248

二、最简单的四元系统相图 248

三、界面、界线及无变量点上的结晶过程 249

四、CaO-C2S-C12A7-C4AF系统相图 253

五、CaO-MgO-Al2O3-SiO2系统相图 258

第六节 盐水系统 259

一、CaO-Al2O3-H2O系统 260

二、CaO-SiO2-H2O系统 261

三、CaO-Al2O3-CaSO4-H2O系统 262

第三篇 过程动力学 266

第七章 扩散过程 266

第一节 固体扩散机构及其动力学方程 266

一、固体扩散机构 266

二、菲克定律 267

第二节 扩散系数 271

一、无序扩散系数和自扩散系数 271

二、扩散机构和扩散系数的关系 273

三、多元系统的扩散系数 274

四、离子晶体的自扩散系数和离子电导的关系 276

五、扩散系数的测定 278

六、影响扩散系数的因素 279

第三节 玻璃的离子交换 283

一、离子交换的平衡关系 283

二、离子交换速度 284

三、玻璃的化学增强 286

第八章 相变过程 289

第一节 一级相变和二级相变 289

一、晶核生成速率 290

第二节 液相--固相的转变 290

二、晶体生长速度 294

三、总的结晶速度 298

四、影响结晶速度的因素 299

五、微晶玻璃相变动力学过程 302

第三节 液相--液相的转变 303

一、液相的不混溶性 303

二、分相的成核和生长机理 304

三、旋节分解机理 304

四、熔体分相范围 307

第四节 固相--固相的转变 310

一、有序-无序转变 310

二、多晶转变动力学 313

第五节 气相--固相(液相)的转变 317

一、凝聚和蒸发平衡 317

二、蒸发 318

三、凝聚 319

第一节 固相反应机理 323

一、固相反应的特点 323

第九章 固相反应 323

二、固相反应机理 324

第二节 固相反应动力学 329

一、一般动力学关系 329

二、化学动力学范围 330

三、扩散动力学范围 332

四、过渡范围 337

五、影响固相反应的因素 339

一、高岭土的莫来石化过程 341

第三节 固相反应示例 341

二、高岭土的脱水反应 343

第十章 烧结过程 345

第一节 烧结过程和机理 345

一、烧结过程 345

二、烧结推动力 346

三、烧结机理 347

第二节 烧结动力学 350

一、烧结模型 350

二、固相烧结动力学 351

三、再结晶和晶粒长大 357

四、带有液相的烧结动力学 361

第三节 影响烧结的因素 366

一、物料活性的影响 366

二、添加物的影响 367

三、气氛的影响 369

四、压力的影响 370

一、一维单原子晶格的线性振动 372

第一节 晶格振动的概念 372

第十一章 热学性质 372

第四篇 硅酸盐材料的性质 372

二、一维双原子晶格的线性振动 374

第二节 比热 376

第三节 热膨胀 379

一、固体热膨胀机理 379

二、晶体的热膨胀 380

三、玻璃的热膨胀 382

四、复合材料的热膨胀 383

一、硅酸盐材料的热传导机理 384

第四节 热传导性质 384

二、固体结构对热传导的影响 385

三、多相硅酸盐材料的热传导系数 387

四、低超声衰减材料 388

第十二章 力学性质 389

第一节 弹性变形 389

一、虎克定律通式 389

二、弹性变形机理 391

三、晶体结构和各种弹性常数的关系 393

四、弹性常数和温度的关系 394

五、温度补偿材料 395

六、弹性常数和气孔的关系 396

七、滞弹性 396

八、热应力 398

第二节 塑性变形 398

一、塑性变形机理 398

二、滑移系统和临界分解剪切应力 399

三、影响塑性变形的因素 401

四、多晶体的塑性变形和玻璃的高温变形 402

五、蠕变变形 402

一、断裂的形式和特征 404

第三节 材料的断裂 404

二、断裂机理 405

三、静态疲劳 410

第十三章 电磁性质 413

第一节 固体电子理论的概念 413

一、晶体中自由电子理论 413

二、布里渊区和能带概念 416

第二节 电导性质 418

一、电导现象 418

二、电子导电 420

三、离子导电 424

四、固体电解质材料 426

第三节 半导体材料 428

一、半导体化合物 428

二、半导体的杂质效应和位错影响 429

三、非计量化合物半导体 430

四、电价控制半导体 432

五、窄禁带半导体 432

六、玻璃半导体 433

七、半导体的热效应及电热材料 434

九、玻璃半导体的开关作用和记忆作用 435

八、磁场对半导体的影响--磁阻效应和磁性半导体材料 435

第四节 介电性质 436

一、介电常数 436

二、介电质的导电性 439

三、介电损失 439

四、介电强度 441

五、铁电陶瓷 441

六、压电性 444

八、热释电性 446

七、声电效应 446

第五节 磁性质 447

一、磁现象 447

二、晶体结构对磁性的影响 450

三、磁畴理论的概念 452

四、磁性陶瓷 453

五、矩形回线铁氧体 454

六、磁泡材料 455

七、磁性记录材料 455

一、折射率理论的概念 457

第十四章 光学性质 457

第一节 折射和色散 457

二、光窗材料 459

三、色散 460

四、材料的组成和结构对折射率的影响 461

五、光弹性材料 463

六、声光材料 464

七、电光材料和光的全息存储 465

一、反射、漫反射和表面光泽 466

第二节 光的反射和散射 466

二、散射 467

三、乳白性和半透明性 468

四、光学薄膜材料 469

第三节 光的吸收和颜色 470

一、光的吸收现象 470

二、光学玻璃的光吸收 471

三、颜色的起因 472

四、光学纤维材料 475

五、光敏玻璃 476

六、光致变色材料 477

七、光电导材料和光电池 479

第四节 固体的发光和激光材料 480

一、固体发光现象 480

二、磷光体的种类 481

三、激光材料 482

第五节 光学活性和非线性光学 485

一、光学活性 485

二、磁光材料 486

三、非线性光学材料 487

第一节 耐火材料的腐蚀 490

第十五章 材料的化学腐蚀和辐射损伤 490

第二节 玻璃的化学稳定性 492

第三节 混凝土的侵蚀 494

第四节 固体的辐射损伤 495

附录 500

一、元素的离子半径表 500

二、一些物质的热力学性质 502

三、氧化物标准自由焓与温度的函数关系 503

四、单位换算和物理常数 504