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第一篇 热力学在无机材料科学与工程中的应用1

第一章 热力学的回顾1

第一节 熵的统计解释1

一、判断一个过程是否自动进行的科学方法及重要性1

二、为什么熵能成为一切过程是否自动进行的判据1

第二节 吉布斯自由焓和化学势4

一、吉布斯自由焓4

二、化学势5

第三节 吉布斯相律的推导6

第二章 相平衡与相图8

第一节 一元系统相图8

一、在一元系统相图中应掌握的几个基本内容8

二、SiO2系统相图11

三、C2S(2CαO·SiO2)系统相图14

四、ZrO2系统相图15

第二节 二元系统相图15

一、二元系统相图组成表示法、杠杆规则和相律15

二、二元相图基本类型18

三、二元相图应用实例36

四、相图的实验研究方法48

五、二元相图的热力学推导51

参考文献61

习题61

第三节 三元系统相图64

一、相律及组成表示法64

二、在固相中完全不互溶的三元相图基本类型66

三、在固相中形成固溶体的三元相图基本类型83

四、三元相图应用实例97

第四节 三元交互系统相图109

一、基本概念和物质的量表示法109

二、相图的构成及析晶过程分析109

三、在铁电、压电材料上的应用111

四、在Si-Al-O-N系统中的应用111

参考文献117

习题117

一、概念和意义120

二、化学平衡的条件120

第一节 导言120

第三章 化学平衡与热力学势函数120

第二节 平衡常数121

一、多相反应的平衡常数121

二、化学反应等温方程式与△Go123

三、温度对平衡常数的影响126

第三节 热力学势函数法129

参考文献130

习题130

第二篇 无机材料的聚集状态132

第一章 结晶状态132

第一节 电子构型与原子键合132

一、电子构型与量子力学132

二、电子构型对材料性质的影响137

三、共价键的本质138

第二节 分子轨道与能带139

第三节 单质晶体142

一、由金属元素组成的单质晶体142

二、非金属元素单质的晶体结构144

三、单质晶体结构的过渡146

第四节 离子晶体通论147

一、离子晶体的结构特征147

二、离子半径147

三、配位多面体与离子半径比149

四、晶格能(或称点阵能)150

五、离子极化151

六、哥希米德结晶化学定律152

二、AB型离子化合物153

第五节 二元化合物153

一、总的轮廓153

三、AB2型离子化合物157

四、A2B3型化合物159

第六节 多元化合物161

一、总的轮廓161

二、络合离子及其结构161

三、CaCO3结构及双折射现象162

四、BaTiO3结构与铁电性能162

五、LiNbO3结构与电光效应165

六、PbMoO4结构与声光效应166

七、尖晶石和反尖晶石结构与亚铁磁性167

一、硅酸盐结构的特点和分类168

第七节 硅酸盐结构168

二、岛状结构及鲍林五规则169

三、组群状结构173

四、链状结构175

五、层状结构176

六、架状结构177

七、硅酸盐结构小结181

第八节 硼酸盐结构182

第九节 晶体场理论184

一、概述184

二、在不同配位多面体晶体场中d轨道的能级分裂184

三、高自旋态和低自旋态187

四、晶体场稳定能和姜-泰勒效应188

五、八面体择位能190

参考文献191

习题191

第二章 晶体缺陷192

第一节 点缺陷192

一、分类、记号和缺陷反应式192

二、本征缺陷193

三、非本征缺陷195

第二节 线缺陷——位错201

一、晶体的范性形变与位错模型的提出202

二、柏格斯矢量203

三、位错线的能量与线张力205

四、位错运动207

五、位错与晶体缺陷的交互作用210

第三节 面缺陷211

一、平移界面211

二、孪晶界面214

三、位错界面216

参考文献218

习题218

第三章 熔体和玻璃体219

第一节 熔体219

一、熔体结构219

二、熔体的性质220

第二节 熔体的冷却过程222

一、均匀成核和非均匀成核223

二、晶体长大速率225

三、分相与旋节分解(或称不稳分解)226

第三节 玻璃体230

一、玻璃的通性230

二、玻璃的形成231

三、玻璃结构233

参考文献236

习题236

第四章 胶体237

第一节 粘土质点的带电理论及ζ-电位237

一、带电理论237

二、粘土-水系统的动电性质238

一、离子交换239

第二节 离子交换和胶团中的结合水239

二、结构水与粘土胶团240

第三节 泥浆流动性和稳定性及泥料的可塑性241

一、泥浆流动性和稳定性241

二、泥料可塑性理论242

参考文献243

习题243

第五章 表面、相界和晶界244

第一节 表面现象244

一、表面张力和表面自由焓244

二、弯曲表面的内外压差与弯曲表面上的蒸气压246

三、毛细现象与二板间的液膜247

二、固体的表面结构和表面自由焓248

一、表面力248

第二节 固体表面的特性248

三、表面改性和表面活性剂251

第三节 晶界和相界251

一、晶界251

二、相界253

第四节 界面行为254

一、组合系统中界面自由焓的平衡254

二、界面电势与界面偏析256

三、界面能带弯曲258

参考文献259

习题259

一、扩散方程的建立261

第一节 扩散的宏观规律261

第一章 扩散过程261

第三篇 过程动力学261

二、在无限物体情况下扩散方程的通解262

三、限定源扩散264

四、恒定源扩散265

五、扩散系数的测定268

第二节 扩散的微观规律270

一、扩散和布朗运动270

二、扩散机制271

三、三维空间的无序-走动扩散实例272

四、晶格原子的扩散273

五、在浓度梯度下的扩散——克肯达尔效应275

第三节 多元系统中扩散的热力学描述276

第四节 影响扩散的因素278

参考文献279

习题279

第二章 多相反应过程280

第一节 引言280

第二节 多相反应机理280

一、相界面上化学反应的六个阶段281

二、相界面上反应和离子扩散的关系282

三、中间产物和连续反应282

第三节 多相反应动力学283

一、如何抓住主要矛盾，使问题简化283

二、几个基本环节的动力学关系式284

二、颗粒度298

一、温度298

第四节 影响多相反应的因素298

三、矿化剂299

四、反应物的化学组成与结构299

参考文献299

习题299

第三章 烧结过程301

第一节 引言301

第二节 烧结机理302

一、气相传质(蒸发-凝聚)303

二、扩散传质303

三、流动传质305

四、溶解和沉淀305

一、烧结初期的动力学研究306

第三节 烧结过程的动力学306

二、烧结中、后期的动力学研究313

第四节 烧结与陶瓷显微结构的形成317

一、晶粒大小317

二、气孔320

三、晶界321

参考文献322

习题322

附录一 物理化学数据表324

附录二 热力学势函数及标准生成热329

附录三 一些重要的二元、三元实际相图343

附录四 元素的原子和离子半径351