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第一篇 热力学在无机材料科学与工程中的应用 1

第一章 热力学的回顾 1

第一节 熵的统计解释 1

一、判断一个过程是否自动进行的科学方法及重要性 1

二、为什么熵能成为一切过程是否自动进行的判据 1

第二节 吉布斯自由焓和化学势 4

一、吉布斯自由焓 4

二、化学势 5

第三节 吉布斯相律的推导 6

第二章 相平衡与相图 8

第一节 一元系统相图 8

一、在一元系统相图中应掌握的几个基本内容 8

二、SiO2系统相图 11

三、C2S(2CαO·SiO2)系统相图 14

四、ZrO2系统相图 15

第二节 二元系统相图 15

一、二元系统相图组成表示法、杠杆规则和相律 15

二、二元相图基本类型 18

三、二元相图应用实例 36

四、相图的实验研究方法 48

五、二元相图的热力学推导 51

参考文献 61

习题 61

第三节 三元系统相图 64

一、相律及组成表示法 64

二、在固相中完全不互溶的三元相图基本类型 66

三、在固相中形成固溶体的三元相图基本类型 83

四、三元相图应用实例 97

第四节 三元交互系统相图 109

一、基本概念和物质的量表示法 109

二、相图的构成及析晶过程分析 109

三、在铁电、压电材料上的应用 111

四、在Si-Al-O-N系统中的应用 111

参考文献 117

习题 117

一、概念和意义 120

二、化学平衡的条件 120

第一节 导言 120

第三章 化学平衡与热力学势函数 120

第二节 平衡常数 121

一、多相反应的平衡常数 121

二、化学反应等温方程式与△Go 123

三、温度对平衡常数的影响 126

第三节 热力学势函数法 129

参考文献 130

习题 130

第二篇 无机材料的聚集状态 132

第一章 结晶状态 132

第一节 电子构型与原子键合 132

一、电子构型与量子力学 132

二、电子构型对材料性质的影响 137

三、共价键的本质 138

第二节 分子轨道与能带 139

第三节 单质晶体 142

一、由金属元素组成的单质晶体 142

二、非金属元素单质的晶体结构 144

三、单质晶体结构的过渡 146

第四节 离子晶体通论 147

一、离子晶体的结构特征 147

二、离子半径 147

三、配位多面体与离子半径比 149

四、晶格能(或称点阵能) 150

五、离子极化 151

六、哥希米德结晶化学定律 152

二、AB型离子化合物 153

第五节 二元化合物 153

一、总的轮廓 153

三、AB2型离子化合物 157

四、A2B3型化合物 159

第六节 多元化合物 161

一、总的轮廓 161

二、络合离子及其结构 161

三、CaCO3结构及双折射现象 162

四、BaTiO3结构与铁电性能 162

五、LiNbO3结构与电光效应 165

六、PbMoO4结构与声光效应 166

七、尖晶石和反尖晶石结构与亚铁磁性 167

一、硅酸盐结构的特点和分类 168

第七节 硅酸盐结构 168

二、岛状结构及鲍林五规则 169

三、组群状结构 173

四、链状结构 175

五、层状结构 176

六、架状结构 177

七、硅酸盐结构小结 181

第八节 硼酸盐结构 182

第九节 晶体场理论 184

一、概述 184

二、在不同配位多面体晶体场中d轨道的能级分裂 184

三、高自旋态和低自旋态 187

四、晶体场稳定能和姜-泰勒效应 188

五、八面体择位能 190

参考文献 191

习题 191

第二章 晶体缺陷 192

第一节 点缺陷 192

一、分类、记号和缺陷反应式 192

二、本征缺陷 193

三、非本征缺陷 195

第二节 线缺陷——位错 201

一、晶体的范性形变与位错模型的提出 202

二、柏格斯矢量 203

三、位错线的能量与线张力 205

四、位错运动 207

五、位错与晶体缺陷的交互作用 210

第三节 面缺陷 211

一、平移界面 211

二、孪晶界面 214

三、位错界面 216

参考文献 218

习题 218

第三章 熔体和玻璃体 219

第一节 熔体 219

一、熔体结构 219

二、熔体的性质 220

第二节 熔体的冷却过程 222

一、均匀成核和非均匀成核 223

二、晶体长大速率 225

三、分相与旋节分解(或称不稳分解) 226

第三节 玻璃体 230

一、玻璃的通性 230

二、玻璃的形成 231

三、玻璃结构 233

参考文献 236

习题 236

第四章 胶体 237

第一节 粘土质点的带电理论及ζ-电位 237

一、带电理论 237

二、粘土-水系统的动电性质 238

一、离子交换 239

第二节 离子交换和胶团中的结合水 239

二、结构水与粘土胶团 240

第三节 泥浆流动性和稳定性及泥料的可塑性 241

一、泥浆流动性和稳定性 241

二、泥料可塑性理论 242

参考文献 243

习题 243

第五章 表面、相界和晶界 244

第一节 表面现象 244

一、表面张力和表面自由焓 244

二、弯曲表面的内外压差与弯曲表面上的蒸气压 246

三、毛细现象与二板间的液膜 247

二、固体的表面结构和表面自由焓 248

一、表面力 248

第二节 固体表面的特性 248

三、表面改性和表面活性剂 251

第三节 晶界和相界 251

一、晶界 251

二、相界 253

第四节 界面行为 254

一、组合系统中界面自由焓的平衡 254

二、界面电势与界面偏析 256

三、界面能带弯曲 258

参考文献 259

习题 259

一、扩散方程的建立 261

第一节 扩散的宏观规律 261

第一章 扩散过程 261

第三篇 过程动力学 261

二、在无限物体情况下扩散方程的通解 262

三、限定源扩散 264

四、恒定源扩散 265

五、扩散系数的测定 268

第二节 扩散的微观规律 270

一、扩散和布朗运动 270

二、扩散机制 271

三、三维空间的无序-走动扩散实例 272

四、晶格原子的扩散 273

五、在浓度梯度下的扩散——克肯达尔效应 275

第三节 多元系统中扩散的热力学描述 276

第四节 影响扩散的因素 278

参考文献 279

习题 279

第二章 多相反应过程 280

第一节 引言 280

第二节 多相反应机理 280

一、相界面上化学反应的六个阶段 281

二、相界面上反应和离子扩散的关系 282

三、中间产物和连续反应 282

第三节 多相反应动力学 283

一、如何抓住主要矛盾，使问题简化 283

二、几个基本环节的动力学关系式 284

二、颗粒度 298

一、温度 298

第四节 影响多相反应的因素 298

三、矿化剂 299

四、反应物的化学组成与结构 299

参考文献 299

习题 299

第三章 烧结过程 301

第一节 引言 301

第二节 烧结机理 302

一、气相传质(蒸发-凝聚) 303

二、扩散传质 303

三、流动传质 305

四、溶解和沉淀 305

一、烧结初期的动力学研究 306

第三节 烧结过程的动力学 306

二、烧结中、后期的动力学研究 313

第四节 烧结与陶瓷显微结构的形成 317

一、晶粒大小 317

二、气孔 320

三、晶界 321

参考文献 322

习题 322

附录一 物理化学数据表 324

附录二 热力学势函数及标准生成热 329

附录三 一些重要的二元、三元实际相图 343

附录四 元素的原子和离子半径 351