无机材料化学doc.docx

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无机材料化学（材料化学专业）

目的和要求

一、无机材料化学课的作用和地位

无机材料化学是研究无机材料的制备、组成、结构、表征、性质和应用的一门学科，是无机非金属材料科学的核心。

一般说来，无机材料化学与固体化学密切相关。

这两者的研究对象、内容和范畴十分相近。

但后者是基础学科，前者则属于应用科学,它们的历史渊源也不大一样。

固体化学是一个典型的化学学科，是无机化学的一个重要分支。

它是建立在无机化学、物理化学、结构化学等基础学科的基础上，适应科学技术对材料科学的需要而重新发展起来和一门新学科。

无机材料化学则基本上属于材料科学，是材料化学的一个重要分支（高分子化学是其又一个分支）。

它是材料化学家从材料科学、材料的工艺和技术的角度出发，把固体物理、固体化学和相关理论（固体力学等）以及工程方面有关材料研究中的化学内容集中起来，加以分析、综合才提高，形成的一门独立学科。

已经证明，纯粹的固体物理和纯粹的固体化学家常常无法单独地解决材料研究涉及的理论问题，需要材料物理和材料化学家继续研究。

正如理论学家尚未能解决高温超导电性的机理问题，材料学家已经在大量地研究和制作高温超导体；其结果必然会推动固体物理和固体化学的进一步发展，最终创立较为完善的高温超导理论。

可以预计，固体化学和无机材料化学不论从学科的发展方向、科研成果、或专著和教材建设上，都将会互相补充，互相促进和共同提高。

教材采用曾人杰编著的《无机材料化学》（厦门大学出版社出版）。

该书经过两次权威性的审稿；而重写后的第三次书稿，又经我国著名的固体化学家和材料学专家亲自审核。

在内容和形式上把固体化学和材料科学中有关化学的问题如此有机地结合在一起，应是该书的一大特色。

二、教学方法

本课程通过课堂讲授、自习与讨论课、习题演算及解答、复习与考试等教学环节来达到本课程的目。

基本内容

第一章绪论：

无机材料化学学科探讨

§1.1无机材料化学与材料科学、固体化学的关系

§1.2无机材料化学的定义和研究范围

§1.3无机材料化学在材料科学中的地位

§1.4与无机材料化学渊源有关的三个方面

§1.5无机材料化学在我国的发展

§1.6概述与展望

参考文献

第二章相变

（一）：

晶型转变

§2.1可逆与不可逆晶型转变

§2.2重构式与位移式晶型转变

§2.3BaTiO3的晶型转变和烧结温度的控制

§2.4SiO2的晶型转变和应用

§2.5ZrO2的晶型转变和陶瓷增韧

§2.6C2S和C3S的晶型转变和水泥工艺控制

§2.7其他晶型转变控制方法

习题

参考文献

第三章多元凝聚系统相图及其应用

§3.1二元系统相图

3.1.1KF-BaTiO3系统

3.1.2CaO-Al2O3系统和不一致熔融化合物

3.1.3CaO-SiO2和InP-In系统

3.1.4Na2SiO3-SiO2系统及BaB2O4低温相的制备

3.1.5MgO-NiO和CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8系统

3.1.6Al2O3-Cr2O3和Li2O-Nb2O5系统

3.1.7SiO2-Al2O3系统

3.1.8MgO-CaO系统

3.1.9MgO-SiO2系统

3.1.10CaO-ZrO2系统

§3.2三元系统相图

3.2.1基本原理和基本类型

3.2.2CaO-Al2O3-SiO2系统

3.2.3Na2O-CaO-SiO2系统

3.2.4K2O-Al2O3-SiO2系统

3.2.5MgO-Al2O3-SiO2系统

§3.3四元系统相图

3.3.1基本原理

3.3.2CaO-C2S-C12A7-C4AF系统

习题

参考文献

第四章缺陷化学

§4.1引言

4.1.1理想晶体和实际晶体

4.1.2缺陷的分类、缺陷化学的研究对象和方法

§4.2点缺陷的类型

§4.3弗仑克尔（Frenkel）缺陷

§4.4肖特基（Schottky）缺陷

§4.5杂质缺陷

§4.6电子缺陷

§4.7缺陷、缺陷反应及表示方法

4.7.1克罗格-明克（Kro¨ger－Vink）符号

4.7.2色心

4.7.3缺陷反应及其书写原则

§4.8材料的新型高效两亲表面的研制

§4.9热缺陷的平衡和浓度

4.9.1热缺陷

浓度的计算

4.9.2影响热缺陷浓度的因素

§4.10缺陷的缔合、缺陷簇或聚集体

习题

参考文献

第五章固溶体和非化学计量化合物

§5.1固溶体的概念、分类和固溶反应的书写原则

§5.2置换型固溶体的形成条件，压电陶瓷

§5.3填隙型固溶体

§5.4置换型固溶体生成机制

5.4.1等价等数置换固溶体

5.4.2异价不等数置换固溶体：

空位机构

5.4.3异价不等数置换固溶体：

填隙机构

5.4.4异价等数置换固溶体：

变价机构

5.4.5异价等数置换固溶体：

补偿机构

5.4.6组分缺陷对晶格活性的影响

§5.5非化学计量化合物

5.5.1晶体的点缺陷和化学计量的关系

5.5.2处理非化学计量化合物的两种途径

5.5.3阴离子空位（MaXb-y）型非化学计量化合物

5.5.4阳离子填隙（Ma+yXb）型非化学计量化合物

5.5.5氧化锌气敏材料的研制

5.5.6阴离子填隙（MaXb+y）型非化学计量化合物

5.5.7阳离子空位（Ma-yXb）型非化学计量化合物

5.5.8小结：

非学计量化合物的形成条件和机理

5.5.9非化学计量化合物中缺陷浓度的控制

§5.6固溶体的性质

5.6.1固溶体的电性能

5.6.2固溶体的光学性能

（一），透明电光陶瓷

5.6.3固溶体的光学性能

（二），人造宝石

§5.7固溶体和非化学计量化合物的研究方法

5.7.1微重量法

5.7.2化学分析法

5.7.3差热分析法判断固溶体的生成

5.7.4X射线粉末衍射法

5.7.5密度法

5.7.6由相均匀性判断塞龙（sialon）陶瓷的结构

习题

参考文献

第六章位错（Dislocation）和面缺陷

§6.1位错模型的提出

§6.2位错的和守恒

§6.3柏格斯矢量

§6.4位错的能量

§6.5位错的运动和增殖

§6.6位错间及其与空位的相互

§6.7小角度晶界

§6.8大角度晶界

习题

参考文献

第七章固体中的扩散过程

§7.1扩散的概念

§7.2扩散动力学方程

7.2.1菲克（Fick）第一定律

7.2.2菲克第二定律

7.2.3扩散方程的应用

§7.3扩散活化能和扩散系数

§7.4扩散机制和扩散系数

7.4.1晶体中原子的迁移方式

7.4.2无序扩散机构和无序扩散系数

7.4.3空位扩散、间隙扩散及其扩散系数

7.4.4自扩散、杂质扩散及其扩散系数

7.4.5扩散和离子导电

7.4.6互扩散和互扩散系数

7.4.7各种扩散系数术语及含义

§7.5晶态氧化物中的扩散

7.5.1金属晶体中的原子体积扩散

7.5.2离子晶体和共价晶体中的体积扩散

7.5.3非化学计量氧化物中的扩散

§7.6位错、晶界和表面扩散

习题

参考文献

第八章相变

（二）：

各种类型相变概述

§8.1相变的分类

§8.2一级相变、二级相变和多级相变

§8.3马氏体（Martensite）相变

§8.4有序-无序转变

§8.5斯宾那多分解（Spinodaldecomposition）

§8.6玻璃态转变热力学

习题

参考文献

第九章相变（三）：

成核与生长

§9.1熔体生长系统相变驱动力

§9.2均态成核

9.2.1临界晶核形成自由能与临界半径

9.2.2成核速率IV

9.2.3温度对成核速率的影响

§9.3非均态成核

§9.4完整光滑界面的晶体生长速度U

§9.5螺位错机构的晶体生长

9.5.1螺位错生长机构的临界晶核半径

9.5.2螺位错机构的晶体生长速度

§9.6总的结晶速度

§9.7微晶玻璃（Glassceramics）

习题

参考文献

第十章玻璃态

§10.1从热力学观点分析玻璃的形成条件

§10.2形成玻璃的动力学条件

10.2.1结晶与玻璃化的关系

10.2.2温度—时间—转变曲线

10.2.3冷却速度对玻璃形成区的影响

10.2.4液体在稍高于熔点温度的粘度

§10.3形成玻璃的结晶化学条件

10.3.1键强（Sun和Rawson准则）

10.3.2电负性和键型

§10.4玻璃结构的模型

10.4.1微晶模型

10.4.2无规则网络模型

§10.5氧化物玻璃的结构

10.5.1硅酸盐玻璃

10.5.2三氧化二硼和硼酸盐玻璃

§10.6玻璃的通性

§10.7光学玻璃纤维

10.7.1玻璃光纤单丝的制作

10.7.2对光纤芯料和芯皮玻璃材料的要求

10.7.3光纤研究的历史

10.7.4光纤的应用和研究热点

习题

参考文献

第十一章固相反应

§11.1固相反应的概念和特点

§11.2固相反应的机理

11.2.1相界面上化学反应

11.2.2反应物通过产物层的扩散

11.2.3中间产物和连续反应

11.2.4气→固相变

§11.3固相反应的速度

11.3.1一般动力学关系

11.3.2界面化学动力学范围

11.3.3扩散动力学范围

11.3.4过渡范围

11.3.5气相传质动力学范围

习题

参考文献

第十二章烧结（Sintering）

§12.1烧结的概念

12.1.1压实粉料受热时的三种固态过程

12.1.2与烧结有关的一些术语

§12.2固态烧结

12.2.1烧结驱动力

12.2.2烧结初期物理模型及传质途径

12.2.3蒸发—冷凝传质机理及动力学方程

12.2.4扩散传质机理

12.2.5扩散传质烧结初期动力学方程

12.2.6扩散传质烧结中后期模型及动力学方程

§12.3液相烧结

12.3.1流动传质

12.3.2溶解—沉淀过程

§12.4各种传质机理比较

§12.5再结晶和晶粒长大

12.5.1初次再结晶

12.5.2晶粒长大

12.5.3二次再结晶

§12.6陶瓷显微结构的发展

习题

参考文献

教学参考文献

1曾人杰.无机材料化学学科探讨.大学化学,1998,13（4）:

1～5

2KingeryWD,BowenHK,UhlmannDR.IntroductiontoCeramics.2ndEdition.NewYork:

John　Wiley&Sons,1976.陶瓷导论.清华大学材料系（无机非金属材料教研组）译.北京:

中国建筑工业出版社,1982

3WestAR.SolidStateChemistryanditsApplication.NewYork:

JohnWiley&Sons,1984.固体化学及其应用.苏勉曾,谢高阳,申泮文译.上海:

复旦大学出版社,1989.1,253,289,502～513

4RaoCNR,GopalakrishnanJ.NewDirectionsinSolidStateChemistry-Structure,Synthesis,Properties,ReactivityandMaterialsDesign.Cambridge:

CambridgePress,1986.固态化学的新方向.刘新生译.长春:

吉林大学出版社,1990.389

5RaoCNR.ChemistryofAdvancedMaterials,a“Chemistryforthe21stCentury”Monograph.Oxford:

BlackwellScientificPublications,1993

6苏勉曾.固体化学导论.北京:

北京大学出版社,1986