無機材料科學基礎(chǔ)簡明教程

內(nèi)容概要

　　《無機材料科學基礎(chǔ)簡明教程》簡要介紹了與材料組成、制備、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用相關(guān)的基礎(chǔ)理論，主要內(nèi)容由材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、材料宏觀性能的微觀解析、材料制備科學基礎(chǔ)三大模塊構(gòu)成。第一模塊包括材料的基本結(jié)構(gòu)單元及特征、基本結(jié)構(gòu)單元的結(jié)合及相關(guān)理論、材料結(jié)構(gòu)中質(zhì)點的有序排列、材料結(jié)構(gòu)中質(zhì)點的無序排列、材料的表面與界面等內(nèi)容；第二模塊包括結(jié)合鍵與力學性能、晶格掁動與熱學性能、載流子與電磁學性能、電子與光學性能、表面與化學穩(wěn)定性等內(nèi)容；第三模塊包括與材料制備相關(guān)的熱力學基礎(chǔ)、擴散、相變、固相反應(yīng)、燒結(jié)等內(nèi)容。本書可用作高等學校材料類專業(yè)本科生和研究生的教科書，也可以用作相關(guān)專業(yè)師生、科技工作者和管理工作者的參考書。

書籍目錄

第1章基本結(jié)構(gòu)單元11.1原子的概念11.2原子結(jié)構(gòu)11.3原子中電子的運動和分布21.3.1原子中電子的運動21.3.2原子中電子的分布41.3.3原子中電子運動狀態(tài)的描述51.3.4原子中核外電子填入軌道順序5習題6第2章結(jié)合鍵及其相關(guān)理論72.1離子晶體與靜電吸引理論72.1.1基本概念72.1.2影響離子鍵形成的結(jié)構(gòu)因素82.1.3離子鍵強度與材料性能102.2配合物與晶體場理論112.2.1基本概念112.2.2d軌道能級分裂112.2.3晶體場理論的應(yīng)用132.3共價晶體與價鍵理論142.3.1價鍵理論142.3.2改性共價鍵理論152.3.3分子軌道理論152.3.4分子間結(jié)合鍵18習題19第3章質(zhì)點的有序排列203.1有序排列結(jié)構(gòu)及類型203.1.1晶胞203.1.2晶系203.1.3多晶型233.2無機晶體結(jié)構(gòu)243.2.1AX型晶體243.2.2AX2型晶體253.2.3A2X3型晶體263.2.4ABO3型晶體273.2.5AB2O4型晶體283.3硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)283.3.1硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)的共同特點293.3.2硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)的類型293.3.3硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)的組成依從性31習題32第4章質(zhì)點的無序排列344.1固體中的雜質(zhì)344.1.1金屬中的固溶體344.1.2化合物中的固溶體354.2晶體的結(jié)構(gòu)缺陷374.2.1點缺陷374.2.2線缺陷（位錯）384.2.3面缺陷404.3非晶態(tài)結(jié)構(gòu)414.3.1非晶態(tài)的類型414.3.2非晶態(tài)的X射線散射特征424.3.3非晶態(tài)結(jié)構(gòu)42習題45第5章固體的表面與界面475.1固體的表面475.1.1固體的表面現(xiàn)象475.1.2固體的表面力場和表面能485.1.3固體表面的超細結(jié)構(gòu)495.1.4固體表面的幾何結(jié)構(gòu)515.2界面行為515.2.1彎曲表面效應(yīng)515.2.2吸附525.2.3潤濕535.3固.固界面及晶界構(gòu)形545.3.1晶界和亞晶界545.3.2孿晶界565.3.3相界565.3.4多晶體中的晶界構(gòu)形57習題58第6章結(jié)合鍵與力學性能596.1彈性變形596.1.1材料的力學行為596.1.2虎克定律596.1.3彈性變形機理606.1.4滯彈性616.2塑性變形626.2.1塑性流動機理626.2.2單晶的滑移636.2.3多晶體的塑性變形和非晶體的黏性流動646.3材料的斷裂646.3.1材料的斷裂形式和特征646.3.2材料的斷裂機理656.3.3微裂紋與材料斷裂66習題66第7章晶格振動與熱學性能687.1晶格振動687.1.1晶格振動的概念687.1.2簡諧振動687.1.3聲子激發(fā)697.2晶格振動與比熱容697.2.1比熱容的積分表達式707.2.2比熱容的求解717.2.3比熱容的物理意義與應(yīng)用737.3晶格振動與熱膨脹737.3.1熱膨脹的概念737.3.2熱膨脹原理747.4晶格振動與熱傳導757.4.1熱導率757.4.2熱傳導機制75習題76第8章載流子與電磁學性能788.1導電性能788.1.1電子導電788.1.2離子導電798.1.3半導體818.2介電性能828.2.1介電常數(shù)828.2.2介電損耗838.2.3介電強度848.3材料的磁學性能858.3.1磁性的來源858.3.2磁化率與磁性分類868.3.3磁效應(yīng)88習題90第9章電子與光學性能929.1基本光學現(xiàn)象929.1.1光吸收929.1.2光折射939.1.3光反射949.1.4光散射949.2非線性光學性質(zhì)959.2.1非線性光學現(xiàn)象959.2.2非線性光學原理959.2.3非線性效應(yīng)的應(yīng)用969.3其他光學性能979.3.1發(fā)光與受激發(fā)射979.3.2光彈性質(zhì)和熱光性質(zhì)999.3.3光學纖維的損耗1009.3.4光損傷102習題103第10章表面與化學穩(wěn)定性10410.1金屬材料的化學穩(wěn)定性10410.1.1化學腐蝕10410.1.2電化學腐蝕10510.2無機非金屬材料的化學穩(wěn)定性10610.2.1玻璃與陶瓷材料的化學穩(wěn)定性10710.2.2耐火材料的化學穩(wěn)定性10710.3高聚物的老化與改性10810.3.1高聚物結(jié)構(gòu)的改變10810.3.2組成復合10910.3.3結(jié)構(gòu)復合110習題111第11章材料熱力學11211.1材料體系的能量守恒11211.1.1材料熱力學體系狀態(tài)的確定11211.1.2材料熱力學體系中的熱效應(yīng)與功11311.1.3材料體系的能量守恒11411.2過程方向與限度11611.2.1過程方向的熱力學判據(jù)11611.2.2過程最大功與溫度的關(guān)系11611.2.3過程ΔG的計算方法11711.2.4過程限度11811.3熱力學應(yīng)用舉例12011.3.1間接熱效應(yīng)的計算12011.3.2燃料電池反應(yīng)最大功的計算12011.3.3相變熱效應(yīng)的計算12111.3.4相分離的熱力學解釋12211.3.5相圖推導125習題126第12章擴散12812.1擴散現(xiàn)象12812.1.1擴散的概念12812.1.2固體中的擴散機制12912.1.3擴散的宏觀規(guī)律13012.2擴散的微觀本質(zhì)13212.2.1無序擴散與自擴散系數(shù)13212.2.2空位擴散與擴散系數(shù)13412.2.3間隙擴散與擴散系數(shù)13512.3擴散方程應(yīng)用舉例13512.3.1離子晶體的擴散行為13512.3.2非化學計量化合物的擴散行為13612.3.3擴散有關(guān)計算138習題142第13章相變14313.1相變的概念14313.1.1相變的分類14313.1.2一級相變14313.1.3二級相變14413.2相變過程的熱力學條件14513.2.1相變過程的不平衡狀態(tài)及亞穩(wěn)態(tài)14513.2.2相變過程推動力14613.2.3外界條件對相變推動力的影響14613.3液.固相變14713.3.1晶核形成14713.3.2晶體生長15113.3.3總結(jié)晶速率15113.4液液相變15213.4.1液.液分相現(xiàn)象15213.4.2亞穩(wěn)定區(qū)與不穩(wěn)區(qū)的劃分15313.4.3亞穩(wěn)定區(qū)與不穩(wěn)區(qū)的分相機理15313.5固.固相變15413.5.1結(jié)構(gòu)型相變15413.5.2擴散型相變15513.5.3外力作用下的固.固轉(zhuǎn)變156習題156第14章固相反應(yīng)15814.1基本概念15814.1.1固相反應(yīng)的定義15814.1.2固相反應(yīng)的主要類型15814.1.3固相反應(yīng)的特點15914.2固相反應(yīng)的微觀機制16014.2.1相界面上固相反應(yīng)隨溫度的變化規(guī)律16014.2.2不同反應(yīng)類型的固相反應(yīng)機理16014.2.3固相反應(yīng)中質(zhì)點的擴散機理16114.2.4影響固相反應(yīng)的主要因素16114.3固相反應(yīng)動力學16314.3.1一般動力學關(guān)系16314.3.2化學反應(yīng)動力學16414.3.3擴散動力學166習題170第15章燒結(jié)17215.1燒結(jié)的基本概念17215.1.1燒結(jié)的定義17215.1.2燒結(jié)過程17215.1.3燒結(jié)推動力17315.2固相燒結(jié)的微觀機制17415.2.1顆粒間的黏附17415.2.2物質(zhì)的傳遞17415.2.3溶解沉淀17615.3燒結(jié)動力學17715.3.1燒結(jié)模型17715.3.2固相燒結(jié)動力學17815.3.3液相燒結(jié)動力學18015.3.4晶粒生長與二次再結(jié)晶182習題184參考文獻186

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   ③形成共價鍵時，一對自旋相反的電子的電子云之間應(yīng)盡可能達到最大程度的重疊，重疊程度愈大，形成的鍵愈牢固。但是，并不是電子云沿各個方向的重疊都能達到最大程度，因此，共價鍵是有方向性的。共價鍵的這一特性，導致了非緊密堆積結(jié)構(gòu)的形成。這對性能，特別是密度和熱膨脹系數(shù)有很大影響。 緊密堆積的材料如金屬和離子鍵陶瓷有較高的熱膨脹系數(shù)，每個原子的熱膨脹通過整個結(jié)構(gòu)中相鄰原子的積累而成為整個物質(zhì)的很大的熱膨脹。而共價鍵材料因單個原子熱振動而產(chǎn)生的能量有一部分被結(jié)構(gòu)中的空隙所吸收，因而其熱膨脹系數(shù)較低。 共價鍵物質(zhì)一般強度高且熔點也高。但這些不是共價鍵的固有特性。例如，許多有機材料結(jié)合鍵中都有共價鍵成分，然而，這些材料并沒有高硬度或高熔點。決定性的因素是鍵的強度和材料的結(jié)構(gòu)特征。 2.3.2 改性共價鍵理論 金屬鍵是化學鍵的一種，主要在金屬中存在。在金屬晶體中，自由電子作穿梭運動，它不專屬于某個金屬原子而為整個金屬晶體所共有。這些自由電子與全部金屬原子相互作用，從而形成某種結(jié)合，這種作用稱為金屬鍵。由于金屬只有少數(shù)價電子能用于成鍵，金屬在形成晶體時，傾向于構(gòu)成極為緊密的結(jié)構(gòu)，使每個原子都有盡可能多的相鄰原子，因此，金屬晶體一般都具有高配位數(shù)和緊密堆積結(jié)構(gòu)，只有這樣，電子能級才可以得到盡可能多的重疊。 上述假設(shè)模型叫做金屬的自由電子模型，稱為改性共價鍵理論。這一理論是1900年德魯?shù)碌热藶榻忉尳饘俚膶щ?、導熱性能所提出的一種假設(shè)。這一理論先后經(jīng)過洛倫茨等人的改進和發(fā)展，對金屬的許多重要性質(zhì)都給予了一定的解釋。 由于價電子在金屬中均勻地分布，又由于純金屬中的所有原子均是相同尺寸的，往往形成緊密堆積。這種緊密堆積的結(jié)構(gòu)均含有許多滑移面，在受機械負荷時能沿滑移面產(chǎn)生運動，因此金屬一般具有很高的延展性。電子通過金屬結(jié)構(gòu)的自由運動，能使金屬原子在電場的作用下具有很高的導電性并在熱源下具有很高的導熱性。 2.3.3 分子軌道理論 以上價鍵理論著眼于成鍵原子間最外層軌道中未成對電子在形成化學鍵時的貢獻，能成功地解釋共價分子的空間構(gòu)型，因而得到了廣泛的應(yīng)用。 但如能考慮成鍵原子的內(nèi)層電子在成鍵時的貢獻，則更符合成鍵的實際情況。1932年，美國和德國化學家提出了一種新的共價鍵理論——分子軌道理論，即MO法。該理論注意了分子的整體性，因此較好地說明了多原子分子的結(jié)構(gòu)。目前，該理論在現(xiàn)代共價鍵理論中占有很重要的地位。

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