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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