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第一篇 硅酸盐物理化学基础 2

第一章 热力学基础 2

第一节 热力学基本概念 2

一、体系和环境 2

二、状态和状态函数 2

三、过程和途径 3

四、功和热 3

第二节 热力学函数的性质及其关系式 3

一、热力学函数的定义 3

二、热力学函数关系式 6

三、吉布斯-亥姆霍兹方程式 8

第三节 化学反应热效应 8

一、反应热效应 9

二、热化学方程式 9

三、盖斯定律 10

四、标准生成焓 10

五、标准燃烧焓 11

六、热效应与温度的关系 11

七、相变过程和相变焓 12

第四节 标准摩尔熵及熵变的计算 13

一、标准摩尔熵 13

二、熵变的计算 14

三、化学反应的熵变计算 15

第五节 标准摩尔吉布斯自由能及其改变量的计算 15

一、标准摩尔吉布斯生成自由能 15

二、吉布斯自由能变的计算 15

三、化学反应吉布斯自由能变的计算 16

第六节 偏摩尔量与化学势 16

一、偏摩尔量 16

二、化学势 17

第二章 典型氧化物及硅酸盐的晶体结构 19

第一节 典型氧化物晶体结构 19

一、AB型化合物结构 19

二、AB2型化合物结构 21

三、AB3型结构 23

四、ABO3型结构 24

五、尖晶石型结构 25

六、氧化物结构的一般规律 27

第二节 硅酸盐晶体结构 27

一、硅酸盐化学组成的表示法 27

二、硅酸盐晶体结构的特点 28

三、硅酸盐晶体结构的类型 28

第三章 晶体结构缺陷 37

第一节 点缺陷 37

一、点缺陷的类型 37

二、点缺陷的表示方法 38

三、点缺陷的化学反应表示法 39

四、热缺陷浓度 40

第二节 固溶体 42

一、固溶体的概念 42

二、固溶体的分类 42

三、置换型固溶体 44

四、间隙型固溶体 45

第三节 非化学计量化合物 46

一、非化学计量化合物的概念 46

二、非化学计量化合物的类型 46

第四节 线缺陷 48

一、位错的概念 49

二、位错的基本类型和特征 49

第五节 面缺陷 51

一、表面缺陷 51

二、晶界缺陷 51

三、相界缺陷 52

第四章 相平衡 53

第一节 相平衡的基本概念与相律 53

一、体系 53

二、相 53

三、组分 54

四、自由度和自由度数 54

五、外界影响因素 54

六、相律 54

第二节 一元体系 55

一、一元体系的相律 55

二、具有同质多晶转变的一元体系相图 55

三、可逆多晶转变与不可逆多晶转变的一元体系相图 56

第三节 二元体系 57

一、二元体系相图的相律及相图表示方法 57

二、二元相图中的组成表示法 57

三、二元体系相图的基本类型 58

第四节 三元体系 69

一、三元体系的相律及相图表示方法 69

二、三元体系组成的表示方法 69

三、浓度三角形中的几个规则 70

四、三元体系相图的基本类型 73

五、分析复杂相图的主要步骤 86

第二篇 硅酸盐体系反应热力学 88

第五章 一元体系 88

第一节 SiO2体系 88

一、SiO2的主要存在状态及特征 88

二、SiO2的主要变体 88

三、SiO2变体的体积变化 89

四、SiO2的高压变体 91

五、射线辐射对SiO2变体的影响 91

六、SiO2原料及其材料 92

第二节 Al2O3体系 92

一、Al2O3的主要变体 93

二、Al2O3·nH2O的加热脱水变化 94

三、不同介质环境中Al2O3及其水化物的相关系 94

四、Al2O3原料及其材料 96

第三节 FeO（Fe2 O3）体系 98

一、氧化铁系的相变化 99

二、铁的价态与氧逸度的关系 99

三、高温-高压下Fe-FeO相图 100

四、FeO的结晶变体及其磁性特征 101

五、氧化铁系矿物原料及其材料 101

第四节 CaO和MgO体系 102

一、MgCO3与CaCO3的分解反应 102

二、Mg（OH）2与Ca（OH）2的分解反应 103

三、以Mg与Ca为主要组分的矿物原料与材料 105

第五节 TiO2体系 106

一、TiO2的变体 106

二、高压下TiO2的变体 107

三、纳米TiO2的变体 108

四、Ti-TiO2体系 108

五、氧化钛系矿物原料及其材料 109

第六节 MnO n体系 110

一、MnO2的变体 110

二、低价氧化锰及其变体 110

三、氧化锰系矿物原料及其材料 112

第七节 ZrO2体系 113

一、ZrO2的变体 113

二、锆石的性质及其变化 115

三、氧化锆矿物原料及其材料 116

第八节 P2O5体系 116

一、P2O5的变体 116

二、P2O5矿物原料 117

第六章 二元体系 118

第一节 SiO2-Al2O3体系 118

一、以红柱石族矿物为主晶相的SiO2-Al2O3体系 118

二、以莫来石为主晶相的SiO2-Al2O3体系 119

三、含羟基矿物的SiO2-Al2O3体系 120

四、SiO2-Al2O3体系反应热力学 121

五、SiO2-Al2O3体系矿物原料及其材料 122

第二节 SiO2-MgO（FeO）体系 123

一、不含水的SiO2-MgO（FeO）体系 123

二、含水的SiO2-MgO体系 128

三、SiO2-MgO体系矿物原料及其材料 128

第三节 SiO2-CaO体系 130

一、不含水的SiO2-CaO体系 130

二、含水的SiO2体系 133

三、SiO2-CaO体系矿物原料及其材料 133

第四节 SiO2（Al2O3）-K2O（Na2O，Li2O）体系 134

一、SiO2-K2O体系 135

二、SiO2-Na2O体系 135

三、Al2O3-K2O（Na2O）体系 135

四、SiO2-Li2O体系 135

五、SiO2（Al2O3）-K2O（Na2O，Li2O）体系的材料学意义 137

第五节 SiO2-B2O3体系 137

第七章 三元体系 139

第一节 SiO2-Al2 O3-MgO（FeO，MnO）体系 139

一、SiO2-Al2 O3-MgO体系 139

二、SiO2-Al2 O3-FeO（MnO）体系 141

三、SiO2-Al2 O3-MgO体系的材料学意义 142

第二节 SiO2-Al2 O3-CaO（BaO）体系 143

一、SiO2-Al2 O3-CaO体系 144

二、SiO2-Al2 O3-BaO体系 146

三、 SiO2-Al2 O3-CaO体系材料学意义 148

第三节 SiO2-Al2O3-K2 O（Na2 O）体系 148

一、SiO2-Al2 O3-K2 O体系 148

二、SiO2-Al2 O3 -Na2 O体系 150

三、SiO2-Al2O3-K2O（Na2 O）体系相图的应用 153

第四节 SiO2-Al2 O3-Li2 O体系 156

第五节 SiO2-B2 O3-Na2O体系 158

第六节 SiO2-B2 O3-CaO体系 161

第八章 四元体系 162

第一节 SiO2-Al2 O3-MgO-CaO体系 162

一、SiO2-Al2 O3-MgO-CaO体系的主要矿物 162

二、Fo-Di-An-SiO2体系 163

三、CMS2-CAS2-CS-C2 MS2体系 164

四、SiO2-Al2 O3-MgO-CaO体系岩石 165

第二节 SiO2-Al2 O3-MgO-Na2O体系 166

第三节 SiO2-FeO-Fe2O3-Al2O3（MgO）体系 166

一、SiO2-FeO-Fe2O3-Al2O3体系 166

二、SiO2-Fe2O3-FeO-MgO体系 168

第四节 SiO2-Fe3O4-Mg2SiO4-CaAl2Si2O8体系 168

第五节 SiO2-Al2O3-MgO-Li2O体系 169

第六节 SiO2-Al2O3-MgO（CaO）-K2O（Na2 O）体系 170

第九章 硅酸盐体系热力学计算 172

第一节 经典法 172

一、经典法计算化学反应的ΔrG？T 172

二、经典法的应用 173

第二节 热力学势函数法 174

一、热力学势函数法计算化学反应的ΔrG？T 174

二、热力学势函数法的应用 175

第三篇 硅酸盐体系反应动力学 180

第十章 固相反应动力学 180

第一节 固相反应概述 180

一、固相反应的含义 180

二、固相反应的特点 180

三、固相反应的分类 180

第二节 固相反应的过程及机理 180

一、固相反应的过程 180

二、相界面上反应和离子扩散的关系 182

三、固相反应的中间产物 183

第三节 固相反应动力学 183

一、固相反应的一般动力学关系式 183

二、化学反应动力学范围 185

三、扩散动力学范围 186

第四节 影响固相反应的因素 191

一、温度、压力与气氛的影响 191

二、反应物粒度及均匀性的影响 192

三、矿化剂的影响 193

四、反应物化学组成与结构的影响 193

第十一章 烧结反应动力学 195

第一节 烧结类型划分 195

第二节 固相烧结 195

一、烧结阶段划分及特征 196

二、固相烧结动力学 198

三、烧结过程中的晶粒长大 199

四、烧结体的不均匀性 201

第三节 液相烧结 201

一、液相烧结的动力学过程 202

二、液相烧结阶段划分 202

三、液相烧结过程中的液相浸润 204

四、液相烧结驱动力 204

五、液相烧结的致密化机理 205

六、液相烧结的晶界特征 206

七、液相烧结过程中的晶粒生长与粗化 207

八、液相烧结的典型相图 207

九、反应液相烧结 208

十、过渡液相烧结 208

十一、液相烧结的复杂性 208

第四节 玻璃化 209

一、传统陶瓷中的玻璃化 209

二、黏度和表面张力对玻璃化过程的影响 210

第五节 液相烧结动力学模型 214

第六节 影响陶瓷材料致密化的因素 217

第七节 烧结过程中的晶化与过冷结晶 217

附录 222

附录Ⅰ 矿物种英文名称、缩写符号、中文名称、化学式与理论组成 222

附录Ⅱ 298.15K下一些物质的热力学参数 225

附录Ⅲ 一些重要反应的热力学方程 232

附录Ⅳ 一些重要物质的多晶转变与熔融热力学参数 245

附录Ⅴ 氧化物的分子量、密度和熔点 249

参考文献 250