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1、无机材料化学doc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

2、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

3、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

4、.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-Nb2

5、O5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

6、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(KrogerVink)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

7、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.

8、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

9、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(Mar

10、tensite)相变8.4有序-无序转变8.5斯宾那多分解(Spinodal decomposition)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IV9.2.3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U9.5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(Glass ceramics)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

11、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

12、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

13、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): 152Kingery W D, Bowen H K, Uhlmann D R. Introduction to Ceramics. 2nd Edition. New York: JohnWiley & Sons, 1976. 陶瓷导论. 清华大学材料

14、系(无机非金属材料教研组)译. 北京: 中国建筑工业出版社, 19823West A R. Solid State Chemistry and its Application. New York: John Wiley & 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. 1,253,289,502513 4Rao C N R, Gopalakrishnan J. New Directions in Solid State Chemistry-Structure, Synthesis, Properties, Reactivity and Materials Design. Cambridge: Cambridge Press, 1986. 固态化学的新方向. 刘新生译. 长春:吉林大学出版社, 1990. 3895Rao C N R. Chemistry of Advanced Materials, a“Chemistry for the 21st Century”Monograph. Oxford: Blackwell Scientific Publications, 19936苏勉曾. 固体化学导论. 北京: 北京大学出版社, 1986