无机材料物理化学.ppt

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1、无机材料物理化学,无机材料物理化学无机材料物理化学目录 结晶状态晶体缺陷熔体和玻璃体表面和界面胶体相平衡扩散过程多相反应过程烧结,目录,结晶状态晶体缺陷熔体和玻璃体表面和界面胶体相平衡扩散过程多相反应过程烧结,第一章 结晶状态,电子构型与原子键合分子轨道与能带晶体化学基本原理二元化合物的构型多元化合物的构型硅酸盐结构,1-1 电子构型与原子键合,一、薛定锷方程，波粒二相性二、电子构型对材料性质的影响 1.外层电子构型与化学性质 2.光学性质（1）折射率（2）颜色（3）光谱性质 3.影响键的类型,1-2 分子轨道和能带,一、能带理论 理论的说明以及对导电作用的原理二、分子轨道的概念 采用单电子近

2、似方法，假定分子中的每个电子孤立地运动在各个原子核和其余电子组成的平均势场中，每个电子的运动状态可用单电子波函数描述，这种函数是电子坐标函数，分之中的单电子波函数称为分子轨道。,1-3 晶体化学基本原理,一、原子半径和离子半径二、球体紧密堆积原理 1.等径球体 1）面心立方晶格2）密排六方晶格3）体心立方晶格 2.不等径球体,1-4 二元化合物,一、概述二、AB型离子化合物 共有三种结构：CSCl型、NaCl型、ZnS型三、AB2型离子化合物 共有两种结构：CaF2型、TiO2型四、A2 B3型离子化合物 共有四种结构：立方C型、B型、刚玉型、三方A型,1-5 多元化合物,一、概述二、络合离子

3、及其结构三、CaCO3结构和双折射四、BaTiO3结构与铁电性能,1-6 硅酸盐结构,一、特点和分类二、鲍林五规则 1.负离子多面体规则；2.静电价规则；3.负离子多面体的共顶、共棱和共面规则；4.不同种类正离子配位多面体的联结规则；5.节约规则三、硅酸盐结构 1.岛状结构；2.组群状结构；3.链状结构；4.层状结构；5.架状结构四、晶体场理论,第二章 晶体缺陷,点缺陷固溶体非化学计量化合物线缺陷面缺陷,2-1 点缺陷,一、点缺陷的类型 1.按照偏离位置和成分划分：间隙缺陷；空位缺陷；杂质缺陷 2.按照产生缺陷的原因划分：热缺陷；杂质缺陷；非化学计量缺陷二、缺陷化学反应表示法 1.缺陷化学概念

4、 2.缺陷化学研究对象 3.缺陷化学反应方程的符号系统,2-2 固溶体,一、固溶体分类 1.按照溶质原子在溶剂晶格中的位置划分：置换型和间隙型 2.按照溶质原子在溶剂晶格中的溶解度划分：连续型和有限型二、置换型固溶体三、间隙型固溶体四、固溶体的作用 1.活化晶格作用；2.稳定晶格作用；3.改变晶体的性质,2-3 非化学计量化合物,一、产生原因二、与母体化合物的区别,2-4 线缺陷,一、分类：刃型位错和螺型位错二、两种位错的判断和符号,2-5 面缺陷,一、晶体的面缺陷定义二、面缺陷的分类,第三章 熔体和玻璃体,聚合物理论熔体的性质玻璃的通性玻璃的形成玻璃的结构,3-1 聚合物理论,一、聚合物的形

5、成 三个阶段：初期-石英颗粒的分化；中期-缩聚，变形 后期-聚合、解聚平衡二、聚合物结构模型,3-2 熔体的性质,一、粘度 1.粘度的概念 2.流体流动时，粘滞阻力产生的几种理论（1）绝对速度理论（2）自由体积理论（3）过剩熵理论 3.影响粘度的因素 二、熔体的表面张力-表面能 影响熔体的表面能的因素,3-3 玻璃的通性,一、各向同性 内部质点无序排列而呈现统计均质结构的外在表现二、介稳性 较长时间在低温下保留了高温时的结构而不变化。含有过剩的内能，有析晶可能。,3-4 玻璃的形成,一、玻璃态物质形成方法简介 传统冷却法；非熔融法二、玻璃形成的热力学观点 结晶化；玻璃化；分相三、玻璃形成的动力

6、学手段 Tamman的速率决定结晶理论；Uhlmann利用 3T图四、玻璃形成的结晶化学条件 键型；键强；电负性差值；SP杂化轨道的形成,3-5 玻璃的结构,关于玻璃的结构，目前尚无定论，只有假说。基本假说有两种：一、微晶子假说 二、无规则网络假说,第四章 表面和界面,固体的表面界面行为晶界,4-1 固体的表面,一、表面积和比表面积 分散度的概念二、固体表面的特征 1.固体表面的不均一性；2.固体的表面力场三、晶体表面的结构 1.离子晶体的表面；晶体表面的几何结构四、固体的表面能,4-2 界面行为,一、弯曲表面效应 1.附加压力与表面张力的关系；2.弯曲表面的蒸汽压；3.毛细现象二、润湿与粘附

7、 1.润湿的热力学定义；2.分类 三、吸附与表面改性 1.吸附的定义 2.表面改性的定义 3.表面活性剂,4-3 晶界,定义：凡结构相同而取向不同的晶体相互接触，其接触界面称为晶界一、晶界结构与分类二、多晶体的组织三、晶界应力四、晶界电荷,第五章 胶体,胶体简介粘土的荷电性粘土胶体的动电性质粘土的离子吸附与交换粘土-水系统的胶体性质,5-1 胶体简介,一、分散体系 一种物质以或大或小的粒子分散在另一种物质中所构成的体系。二、胶核、胶体粒子和胶团 胶核：胶体溶液中，作为分散相的微小物质粒子是构成胶体的核心 胶体粒子：滑动面所包围的带电体 胶团：整个扩散层及其所包围的胶体粒子,5-2 粘土的荷电性

8、,粘土电荷分为：1.负电荷2.可变电荷3.净电荷,5-3 粘土胶体的动电性质,一、粘土与水的作用 1.粘土周围水的分类：吸附水膜；扩散水膜；自由水 2.影响粘土结合水的因素二、动电电位及其影响因素 1.胶体双电层 2.动电电位 3.影响因素,5-4 粘土的离子吸附与交换,一、交换具有的特点 1.同号离子相互交换；2.离子以等当量交换 3.交换和吸附可逆二、影响离子吸附与交换能力的因素 1.当环境条件相同时，离子价数越高，则与粘土吸引力越强 2.水化膜与离子半径有关 3.离子交换能力按照一定次序,5-5 粘土-水系统的胶体性质,一、流变学基础二、泥浆流动性和稳定性三、泥浆的触变性四、粘土的可塑性

9、,第六章 相平衡,一元系统相图二元系统相图三元系统相图,6-1 一元系统相图,一、相图中的点、线、区域 1.三相点；2.各条平衡曲线的斜率及其位置规律；3.亚稳区和亚稳相；4.同质多晶现象二、SiO2系统相图 1.SiO2晶型转变分类；2.SiO2相图；3.对材料制备的指导作用三、C2S系统相图四、ZrO2系统相图,6-2 二元系统相图,一、组成表示法、杠杆规则和相率 二、二元相图的基本类型 1.不生成化合物，具有一个低共熔点；2.生成化合物；3.生成固熔体；4.具有多晶转变组分；5.在液相不互溶三、二元相图的应用实例 1.铌酸锂单晶的制备；2.钛酸钡铁电材料制备；3.物质的提纯四、相图的实验

10、研究方法,6-3 三元系统相图,1.具有一个低共熔点不生成化合物2.生成一个同成分熔融的二元化合物3.生成一个异成分熔融的二元化合物4.生成一个同成分熔融的三元化合物5.生成一个异成分熔融的三元化合物,第七章 扩散过程,晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程扩散的微观规律影响扩散的因素扩散的类型,7-1晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程,一、基本特点 1.扩散的定义；2.气体、液体、固体传质的相异点 3.硅酸盐材料传质的特点二、宏观动力学方程 1.Fick第一定律；2.Fick第二定律三、扩散动力学方程的应用举例 1.稳定扩散 2.不稳定扩散,7-2扩散的微观规律,一、扩散的推动力二、扩散和布

11、朗运动三、扩散机制四、三维空间的无序-走动扩散五、晶格原子的扩散六、在浓度梯度下的扩散-克肯达尔效应,7-3影响扩散的因素,一、化学键二、缺陷的影响三、温度、杂质的影响四、扩散物质性质和扩散介质的结构,7-4扩散的类型,一、缺陷扩散 1.本征扩散 2.非本征扩散二、区域扩散 1.晶格扩散；2.晶界扩散；3.表面扩散；4.界面扩散；5.位错扩散三、其它扩散 1.自扩散 2.互扩散,第八章 多相反应过程,固相反应及其动力学方程固相反应动力学方程影响固相反应的因素,8-1固相反应及其动力学特征,一、固相反应定义二、固相反应的特点三、多相反应四、固相反应分类五、固相反应热力学基础,8-2 固相反应动力

12、学方程,一、固相反应一般动力学方程二、化学反应方程 1.均相反应；2.非均相反应三、扩散动力学方程 1.杨德尔方程；2.金斯特林格方程；3.两个方程的对比,8-3影响固相反应的因素,一、反应物化学组成与结构影响 1.化学组成；2.结构；3.反应物间的比例二、颗粒度的影响三、反应温度、压力、气氛的影响四、矿化剂的影响,第九章 烧结,概述烧结机理烧结与陶瓷显微结构的形成影响烧结的因素,9-1 概述,一、烧结示意图二、烧结的定义 1.宏观定义；2.微观定义三、烧结的特征 1.烧结温度与熔点关系；2.固相反应与烧结的区别；3.烧结与烧成四、烧结的推动力 1.能量差；2.压力差；3.空位差五、烧结模型,9-2 烧结机理,一、烧结传质机理二、蒸发-凝聚传质三、扩散传质四、流动传质五、溶解-沉淀传质六、各种传质机理分析比较,9-3 烧结与陶瓷显微结构的形成,一、晶体生长 晶粒生长；晶界移动速率与晶界曲率和温度的关系二、二次再结晶 晶粒生长与二次再结晶的区别 初次结晶与二次再结晶的区别三、晶界在烧结中的应用 晶界的定义 晶界的作用,9-4 影响烧结的因素,一、原始粉料的粒度二、外加剂的作用三、烧结温度、保温时间四、盐类的选择及其锻炼条件五、气氛影响六、成型压力的影响,谢谢大家！,