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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