无机材料物理化学

1、无机材料科学根底?绪论1、材料的开展动向及本课程的重要地位； 2、本课程的特色及根本要求。3、无机材料物理化学的科学内涵4、无机材料物理化学的研究方法5、参考文献第一章 结晶学根底 §1-1 § 1-6 内容在结晶学课程中讲授 §1-7 晶体化学根本原理一、结晶化学定律 Goldschmidt 哥希密特定律1、数量关系2、大小关系3、极化性能二、决定晶体结构的根本因素一原子半径和离子半径二球体紧密堆积原理1、等径球的最紧密堆积及其空隙1六方最紧密堆积 1六方最紧密堆积方式 2六方最紧密堆积特点2面心立方最紧密堆积1立方最紧密堆积方法 2立方最紧密堆积特点 a 最紧

2、密堆积的堆积系数 b 紧密堆积中的空隙类型与数目2、不等径球的堆积一、配位数与配位多面体1、配位数 CN 2、配位多面体二、离子极化三、电负性 X 四、鲍林规那么 L.Pauling 一第一规那么配位多面体规那么1、第一规那么的意义2、配位数与临界半径比极限半径比二第二规那么电价规那么最重要的规那么1、 电价规那么的意义可确定负离子的CN 或电价2、可分析晶体结构是否稳定并分析结构中配位多面体的连接方式三第三规那么共顶、共面、共棱规那么四第四规那么岛式规那么五第五规那么节约规那么作业：P371-10 四面体键角109.28;思考题： P371-7;1-9;第二章晶体结构与结构缺陷§2

3、-1典型结构类型一、金刚石结构与石墨结构一描述晶体结构的方法1 点坐标法一描述结构基元的位置2. 投影法一也叫标高法。3、球体紧密堆积法一反映质点的堆积特点和充填情况；4 多面体的连接方式一一对复杂的晶体结构，其质点数目多，用其他方法表示不易找出特 点，而用此法那么简单明了地描述其结构特点。二金刚石结构三石墨结构金刚石是目前硬度最大的材料，石墨那么是最软的材料。性质差异的原因是结构上的差异。二、NaCI型结构NaCI从化学式上说是属于 AX型化合物：一NaCI型结构分析NaC晶体的空间群：Fm3mF表示布拉格点阵类型面心立方m表示对称面在001 面上有一对称面;3对称轴在111面上有一个三次轴

4、；m表示倒转轴在垂直于110方向有对称面【2=m1、从堆积方式上分析2、Na +> C在晶体中的位置分布规律二具有NaCI型结构的物质有32种氧化物：MgO、CaO、SrO、BaO、MnO、FeO、CoO、NiO氮化物：TiN、LaN、TiC、ScN、CrN、ZrN这些物质其晶系、堆积方式、正负离子配位数、点阵类型均相同，仅晶格常数不同。三、闪锌矿型结构一一1 - ZnS 1、立方型ZnS结构分析2、 具有闪锌矿结构的晶体一一有27种四、纤锌矿型结构一一-ZnS 1、六方ZnS结构分析2、具有六方 ZnS结构的晶体有 23种如： BeO、ZnO、AlN五、萤石型CaF2结构一萤石结构1、

5、萤石结构分析2、结构特点1内部空隙较大一一1/2有立方体空隙是空的3、晶体的特性1该结构的晶体可作离子导电体即此结构有利于负离子扩散；因为内部存在较大的空隙立方体空隙2沿111面有解理；在111面上Ca-Ca之间距最小，有斥力，易沿此面解理4、具有萤石结构的晶体二反萤石结构1、反萤石结构保持萤石结构中的晶型和点阵类型不变，只是将正负离子的位置互换而构成的结构称之2、具有反萤石结构的晶体这类化合物的共同特性是：熔点低一一常作为助熔剂使用六、金红石TiO2型结构1、金红石结构分析2、晶体的特性七、碘化镉Cdl2型结构八、刚玉型结构:-Al 2O31、结构分析2、晶体特性3、类似结构的晶体：九、钙钛

6、矿型CaTiO3结构结构通式：ABO 3A低价离子二价或一价B 高价离子四价或五价1、钙钛矿型结构分析2、晶体的特性3、类似结构的晶体十、尖晶石型结构MgAI 2O4通式：AB 2O4 正尖晶石其中：A 低价2+B 高价3+总价=+8一MgAI 2O4尖晶石结构分析1、结构分析2、正尖晶石结构的规律3、晶体的特性二反尖晶石结构典型结构分析方法归纳：A、负离子的堆积方法一一由晶胞图可点阵类型来分析B、正负离子的配位数一一分别由第一、第二规那么来分析C、正离子充填情况一一由化学式和第一规那么直接判断D、多面体之间的连接方式由第二规那么来分析§2-2硅酸盐晶体结构一、硅酸盐晶体的组成、结构

7、特点与分类一化学组成表示法1、化学式一一氧化物表示法2、结构式无机络盐的表示法3、结构式的意义二结构的共性规律三结构分类二、岛状结构一硅酸盐晶体结构的分析方法1、按 O/Si 比判断结构类型2、分析附加阳离子的作用并由鲍林第一规那么确定其配位数；3、分析各多面体之间的连接方式应用第二规那么4、结合晶胞图或投影图，分析了解硅氧骨干在晶胞中的分布规律或特点；二Mg2SiO4 结构分析三、组群状结构一组群状结构的特点1由n个SiO 4构成结构单元其 n=2,3,4,6 ; 0/S=33.5 ;2、硅氧骨干之间不直接连接，由附加阳离子将其连成整体。二绿宝石绿柱石结构1、结构特点2、具有类似结构的材料及

8、其特性四、链状结构一特点与类型1、特点2、类型A、 单链一一通式Si n03n 0/Si=3 ;透辉石 CaMgSi 2O6B、 双链一一由2条单链平行连结而成；通式一一 Si nO3n-i O/Si=2.52.75二透辉石晶体结构1、O/Si=3 n=2 单式 2 元链2、链之间由CaMg相连接3、Ca.Mg可由其他离子取代，三晶体特性A、 附加正离子的电价环状有二、三价；链状只有2价低价；B、 外加正离子大小与CN及空隙大小有关，环状中空隙大。五、层状结构一层状结构的形成与特点1、所有桥氧都在同一平面上，所有活性氧都指向相同方向。2、结构通式3、晶体是由SiO4与八面体层附加阳离子充填层沿

9、C轴重叠堆积而成。二高岭石结构1、结构分析1Si 2O5 是单网形 2 层矿 2附加阳离子 Al 的 CN=6，3属于二八面体矿物2、矿物特性3、类似结构的矿物三蒙脱石结构1、结构分析2、矿物特性3、类似矿物四伊利石与白云母结构1、伊利石结构2、 白云母结构KAl 2 AlSi 3OoOH2五分析层状结构归纳1、矿物的层型单网或复网2、八面体形式二八面体、三八面体3、层中离子的取代位置和程度是发生在四面体内还是八面体内4、层间结合力范氏力、氢键、离子键5、层间水的有无六、架状结构一形成与特点二石英晶体结构1、石英的主要晶型2、-石英、-鳞石英、-方石英结构上的主要差异1-石英晶体结构2?-鳞石

10、英3?-方石英三长石晶体结构1、特点2、长石晶体的特性3、透长石的结构分析§2-3晶体结构缺陷一、点缺陷一点缺陷的类型1、点缺陷的存在形式2、热缺陷1弗仑克尔Frenker缺陷2肖特基Schttky缺陷3、杂质缺陷组分缺陷4、非化学计量结构缺陷二缺陷化学反响表示法1、克罗格一明克符号2、缺陷反响方程式的规那么3、缺陷反响式的写法举例三缺陷浓度的计算四点缺陷的化学平衡1、弗仑克尔缺陷2、肖特基缺陷3、缺陷平衡浓度计算举例二、固溶体一固溶体的根本概念二固溶体的分类 分类方法有二种：1、按溶质原子在溶剂晶格中的位置分类 1置换式取代式 2间隙式2、按溶质的溶解度分类1连续固溶体2 有限固溶

11、体也叫不连续固溶体或局部互溶固溶体三连续置换型固溶体的形成条件1、离子尺寸因素2、晶体的结构类型3、离子电价或总电价4、电负性四不等价置换固溶体中的缺陷形式1、不等价取代固溶体中缺陷类型2、固溶分子式的写法A以基质溶剂的分子式为基准形式B基质原子写在前，取代原子写在其后C根据缺陷式的位置数取代情况，将取代后的原子分数或小数写在相应原子的右下 角五间隙型固溶体的影响因素1、杂质原子半径大小2、基质晶格间隙大小3、不等价取代时，电价的平衡可由形成空位或复合阳离子置换来满足三、非化学计量化合物一非化学计量化合物特点 1由外界条件变化而引起的，缺陷浓度随氧分压而变化 2产生在变价元素的氧化物晶体中；

12、是同一元素不同价氧化物构成的固溶体3材料中往往存在自由电子和电子空穴，故材料有半导性二非化学计量化合物类型 有正负离子空位、正负离了填隙共四类：1、阴离子缺位型 TiO2-x、 ZrO2-x2、阳离子填隙型 Zn 1+xO3、阴离子填隙型 UO 2+x4、阳离子缺位型 FeO1-x 、CuO2-x三非化学计量化合物意义四、固溶体的研究方法及意义一研究内容二固溶体类型判别三研究固溶体的意义五、线缺陷位错 P73一刃位错及其特点1、刃位错的形成2、刃位错的符号3、刃位错的特点二螺位错及其特点 作业 P75 2-1 、 6、7、8、9、11、12第三章 熔体与玻璃体本章主要讨论硅酸盐熔体和玻璃体的结

13、构、 性质、产生原因与形成条件及其影响因素等。 熔体物质在高温时以液体存在的一种状态； 玻璃体由熔体过冷却而形成的非晶态固体。§3-1熔体结构的聚合物理论一、关于熔体结构的聚合物理论要点 随着研究手段和测试技术的进步， 对熔体结构的认识已逐渐形成。 由许多实验结果说明， 熔体的结构与玻璃结构十分相近，其共同特点是： 近程有序从局长小范围看质点排列有规那么； 远程无序从整体结构上看内部质点排列是无序的；二、聚合程度与温度、组成的关系 熔体的聚合程度取决于温度和组成。一温度的影响组成不变时二组成的影响温度不变时§3-2熔体的性质一、粘度一粘度的定义及表达式1、粘度的定义2、粘度

14、的理论解释略讲 1绝对速度理论 2自由体积理论 3过剩熵理论二影响粘度的因素1、温度2、组成1 R2 O 的作用2 RO 的作用3RO 的作用二、外表张力 - 外表能 一外表张力与比外表能 二影响因素1、组成的影响2、温度的影响§3-3 玻璃的通性通性一一指无论其化学组成如何，只要是玻璃都具有的宏观共性。一、各向同性二、介稳性三、熔融态向玻璃转化的可逆性与渐变性四、熔融态向玻璃态转化时理化性质随温度变化的连续性§3-4玻璃的形成主要介绍玻璃形成时的动力学条件和结晶化学条件。教学主要围绕以下内容： 玻璃是怎样形成的？一一形成方法什么样的条件才能形成玻璃？一一动力学条件什么样的

15、物质易形成玻璃？一一结晶化学条件主要是探讨玻璃形成的内在规律与外部条件；一、 形成方法略讲玻璃的形成方法较多，大体上可从传统玻璃、与特种玻璃两方法来介绍1、传统玻璃2、特种玻璃二、玻璃形成的热力学条件三、玻璃形成的动力学条件略讲，在相变一章中详细讲解一临界冷却速率1、临界冷却速率2、转变的体积分数与时间、温度的关系3、三T图的意义二影响临界冷却速率的因素临界冷却速率是随熔体组成而变化的，组成对临界冷却速率的决定作用可具体表现为:1、高温粘度2、比值TT四、玻璃形成的结晶化学条件主要是从物质内部的化学键特性、质点的排列状况等本质原因上来寻求解释一键强单键能键强P也叫单键能由化合物的分解能除以正离

16、子配位数1、 玻璃网络形成体P> 335 KJ/mol2、 网络改变性体Pv 250 KJ/mol3、 网络中间体P=250330 KJ/mol二键型§3-5玻璃的结构一、晶子假说一实验发现1、折射率在573 C有突变2、X-射线XRD 衍射分析说明钠硅玻璃的衍射峰与偏硅酸钠晶体的相一致3、红外光谱分析说明玻璃与晶体的吸收波的极大值相一致二理论要点三存在问题二、无规那么网络假说一理论要点二实验支持1、XRD小角度衍射结果说明：径向分布函数曲线进一步说明玻璃中的有序程度仅为1012?左右；与晶胞大小相近。2、径向分布函数图的意义3、玻璃的径向分布函数图分析：三对玻璃性质的解释四两

17、假说的异同§3-6常见玻璃类型一、硅酸盐玻璃一石英玻璃1、石英玻璃的结构2、特性二硅酸盐玻璃1、结构描述2、玻璃的性质三网络结构参数1、网络参数及意义2、Y值的计算例如3、Y值与玻璃性能的关系二、硼酸盐玻璃一硼酸盐玻璃的结构二硼反常现象作业：P104105:3 1、2、3、4、5、6、8、11、12第四章外表与界面§4-1固体的外表一、固体外表的特征一固体外表的不均一性二固体外表力场1、范德华力短程力1定向作用力2诱导作用力3色散力分散作用力2、长程力二、晶体外表结构一离子晶体的外表结构1、离子晶体外表双电层结构2、 外表双电层与离子极化性能及的关系二玻璃体外表结构三晶体外

18、表的几何结构三、固体的外表能1、外表能理论式的推导2、共价键晶体的外表能计算例如3、离子晶体的外表能计算例如§4-2界面行为一、弯曲外表效应一曲面压差二曲面上的蒸气压三微小晶粒的溶解度及熔点二、润湿与粘附一接触角与润湿作用二润湿的三种类型1、铺展润湿2、附着润湿也叫粘附润湿3、浸渍润湿三影响润湿的因素三、吸附与外表改性一吸附与外表改性定义 二外表改性在硅酸盐工业中应用的实例1、改善成型性能1Al 203 瓷 2 CaTiO 3 电容器陶瓷2、减水作用3、提高球磨效率三润湿与相分布1 、固 -固 -气接触系统2、固 -固 -液接触系统§4-3 晶 界 略讲§4-4

19、粘土 - 水系统胶体化学一、粘土的荷电性1 、负电荷主要来自两个方面2、两性电荷断键引起3、净电荷二、粘土的离子吸附与交换性 一粘土阳离子吸附与交换的特点1 、粘土阳离子吸附与交换现象2、粘土阳离子吸附与交换特点3、交换条件二粘土阳离子交换容量及影响因素1 、交换容量的意义2、影响交换容量的因素三粘土阳离子交换序三、粘土胶体的动电性质一粘土与水的作用1作用原因2、粘土胶团中水的存在形式3、结合水量及其影响因素二粘土胶体的电动电位一一Z电位1粘土胶团与Z电位2、影响Z电位的因素3、Z电位与泥浆性能的关系四、粘土 -水系统的胶体化学性质一流变学根底一一流变曲线的类型略讲下面根据流动曲线，介绍流动类

20、型、流动方程及其特点：流体的流动分为以下几类:1、牛顿型流动2、宾汉型流动3、塑流型4、假塑性流动一一也叫剪切稀释型5、胀流型一一也叫剪切稠化型二泥浆的流动性与稳定性1、流动性、稳定性2、稀释现象及机理3、稀释条件4、稀释效果与注浆性能三泥浆的触变性1、触变性2、触变结构3、影响触变性的因素1泥浆含水量2矿物的组成3 颗粒大小与形状4电解质种类与参加量5温度四粘土的可塑性1、应力-应变曲线2、可塑泥料中引力-斥力分析3、影响可塑性的因素4、调整改善可塑性的方法五、瘠性料的悬浮与塑化一瘠性料的悬浮1、控制料浆的PH值2、PH值与和'-电位的关系3、Al 2O3胶团结构及形成二有机添加剂对

21、瘠性料的作用1、悬浮作用2、聚沉作用3、塑化作用 作业： P13941、2、3、4、 5、7、9、10第六章 相 平 衡 §6-1硅酸盐系统相平衡特点一、热力学平衡态与非平衡态一平衡态的特征与条件二硅酸盐系统的特点三相图的指导意义二、硅酸盐系统中的组分、相及相律1、相律2、自由度数3、相4、凝聚系统的相律 §6-2单元系统一、水型物质与硫型物质一单元相图回忆二水型物质与硫型物质相图特征二、具有多晶转变的单元相图 相区、界线、点代表的意义1、相区2、界线3、点三、SiO2 系统一相图简介1、各点、线、面的含义2、晶型转变点二SiO2 多晶转变特点三多晶转变对生产的影响 1、各

22、种转变产生的体积效应2、体积效应对生产的影响四SiO2 相图应用四、ZrO2系统§6-3二元系统一、根本类型简介一最简单二元相图1、相图特征 2、各点线面的含义3、析晶路程分析4、杠杆规那么及应用二生成化合物的二元相图1、生成一个一致熔化合物的二元相图2、生成一个不一致熔化合物的二元相图3、生成一个固态分解化合物的二元相图三具有多晶转变的二元相图四生成固溶体的二元相图1、形成连续固溶体的二元相图2、形成有限固溶体的二元相图五形成二液分层的相图1、相图特征：2、析晶路程：二、实际二元相图举例一分析二元相图的一般方法二Al 2O3-SiO 2相图1、相图特征2、相图应用三MgO-SiO

23、2 相图1、相图介绍2、相图应用三、凝聚系统相图测定方法作业： P224 62、3、5、6、7、8、 9§6-4三元系统一、三元相图概述一组成表示法1、浓度三角形2、读取方法二浓度三角形中组成变化的规那么1、等含量规那么2、定比例规那么3、背向性规那么三杠杆规那么四重心原理1、重心位规那么2、交叉位规那么3、共轭位规那么五最简单三元系统立体图与投影图1、立体图2、平面投影图3、温度表示法4、析晶路程分析 1在初晶区内的析晶2在界线上的析晶3在三元无变点上的析晶4各相量的计算二、三元相图的根本类型一生 成一个一致熔二元化合物的三元相图1、相图特征2、相图分析二生 成一个不一致熔二元化合

24、物的三元相图1、相图特征2、分析三元相图的几个重要规那么 1连线规那么 2切线规那么 3重心原理 4三角形规那么 5划分副三角形的原那么与方法3、析晶路程分析4、熔融加热过程分析三生 成一个固态分解的二元化合物的三元相图1、相图特征2、过渡点R的特性 生成一个一致熔三元化合物三元相图1、相图特征2、相图分析四生成一个不一致熔三元化合物的三元相图1、具有双升点单转熔点的类型2 、具有双降点双转熔点的类型作业： P226 6 1、 10、 11、 12、 13五其 他类型简介1、具有多晶转变的相图2、形成一个二元连续固溶体的相图 1相图特点 2 析晶路程分析例如3、具有液相分层的相图 分析三元相图

25、方法与步骤归纳 1、怎样判读三元相图2、析晶路程的方法归纳3 、分析熔融路程的方法三、三元实际相图举例一K 2O-Al 2O3-SiO 2相图1、相图介绍 2、相图应用举例二MgO- Al 2O3-SiO2 相图1、相图介绍2、相图应用三N a2O-CaO-SiO 2 相图1、相图介绍2、相图应用举例作业： P226227 6 18、第七章 扩散与固相反响 §7-1晶体中扩散的根本特点与宏观动力学方程一、扩散的根本概念与特点1、何谓扩散2、固体中扩散的特点二、扩散动力学方程宏观规律一菲克第一定律 Fick 1、公式推导 2、各向异性体的扩散方程3、适用条件二菲 克第二定律三扩散的布朗

26、运动理论1、无序扩散即无规那么行走布朗运动 2、无序扩散系数三、扩散动力学方程的应用举例一稳定扩散举例二不稳定扩散举例1、短时解2、长时解§7-2扩散过程的推动力、微观机构与扩散系数一、扩散的热力学解释一扩散的推动力 二自扩散系数与互扩散系数1、自扩散系数2、互扩散系数二、微观机构与扩散系数 一固体中扩散的方式1、空位扩散2、间隙扩散 3、推填式扩散亚间隙式4、易位扩散5、环形换位扩散 二扩散系数的理论公式三本征扩散与非本征扩散1、本征扩散与非本征扩散2、各自的特点三、非化学计量化合物中的扩散1、正离子空位扩散型2、氧离子空位扩散型§7-3 影响扩散的因素一、扩散介质的组成

27、、键性与结构一晶体组成的影响二键强与键性三晶体结构1、扩散介质的结构紧密程度2、外表及晶界的影响二、扩散物的本性1、半径的影响电价相同时2、电价的影响三、温度与杂质的影响1、温度的作用2、杂质的影响作业： P254255：71、2、3、 5、6§7-4固相反响及其动力学特征一、固相反响及其特点一固 相反响的定义二固 相反响的特点二、固相反响的分类一按反响物的聚集状态分类二按反响的性质分类三按反响控制机理分类§7-5固相反响动力学方程一、一般动力学关系 一 固相反响速率表达式 二 固相反响控制过程确实定二、化学反响控制的动力学方程三、扩散控制的动力学方程 一杨德尔方程1、平板

28、模型抛物线方程2、杨德尔方程 Jander 二金斯特林格方程1、推导条件：2、金氏方程与杨氏方程的比拟三卡特方程 1960 年提出略讲 §7-6 影响固相反响的因素一、反响物的化学组成与结构1、活性与热处理条件2、晶型转变点附近晶格活化反响能力大3、新分解产物的反响活性大二、颗粒尺寸及分布三、温度、气氛、压力1、温度T K D2、气氛3、成型压力四、矿化剂的作用1、影响晶核形成速率2、活化晶格3、降低熔点，形成低共熔物作业： P254255 77、& 9、10、11、12、13第八章相 变一、研究相变过程的意义二、本章目的与要求§8-1相变的分类一、相变的热力学分类

29、一一级相变二二级相变二、按相变机理分类一成核-生长相变二连续型相变Spi no dal分解三马氏体相变三有序无序转变三、按质点迁移特征分类一扩散型相变二无扩散型相变§8-2液-固相变热力学一、相变过程的不平衡态及亚稳区1、不平衡与亚稳区2、亚稳区的性质二、相变过程的推动力1、相变过程的温度条件2、压力条件和浓度条件三、晶核形成条件一成核过程的能量变化二临界晶核半径及其意义三临界晶核形成能§8-3液-固相变动力学一、成核过程动力学一均匀成核本征成核1、成核速率I v2、I v T关系分析二非均匀成核1、非均匀成核的特点2、非均匀成核势垒与润湿角的关系3、非均匀成核速率 I S二、晶体生长过程动力学一晶体生长过程分析二晶体生长的线速度三u -T关系分析三、总结晶速率一相变总速率方程X二阿伏拉米方程四、析晶过程及控制一过冷度-T对析晶的影响二析晶过程的控制1、有析晶区存在的系统2、无析晶区的系统五、影响析晶能力的因素一熔体组成二熔体的结构三界面状况四外加剂五温度§8-4液-液相变过程一、液相的不混溶现象一分相的机理及特征1、亚稳分相成核-生长机理2、 不稳分相连续型相变也称 Spinodale分解3、成核一生长分相与