无机非金属材料科学基础

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1、无机非金属材料科学基础教师：赵宇龙学院：材料学院课程大纲绪论1晶体结构基础2缺陷化学基础3非晶态基础4固相反应5烧结6第四章非晶态基础熔体的结构1玻璃的定义与通性2玻璃的形成4玻璃的组成与结构34.1熔体的结构一般认识：三态之一；较大凝聚能力和很小压缩性（类固）；流动性和各向同性（类气）；长期认为类似气体，质点无序，只是质点间距较短，你认为呢？玻璃、陶瓷、水泥、釉、搪瓷、耐火材料等许多材料都存在熔体，理解熔体的结构对上述材料的理解有很重要的作用？也是理解非晶态结构的基础？熔体是什么样的呢？研究证明：液体与晶体密度相近，一般不超过10%，而水变气大1240倍；晶体熔化热

2、不大，比液体汽化热小很多，如冰溶解热6.03kJ/mol，汽化热40.46kJ/mol，说明内能变化不大（动能势能）；熔体和玻璃体非完全有序，也非完全无序气体熔体晶体玻璃强度Isinθλ红外光谱：这些局部有序，还非常顽强，2000度不消失。①存在硅氧四面体：在硅酸盐熔体中，温度升高，原子间距增大，但硅氧四面体可保持超过2000℃。②非单硅氧四面体形式存在，硅酸盐熔体中产生多种负离子集团，通过共顶、共线降低氧的量，如Na2O-SiO2熔体中有：[Si2O7]-6（单体）、[Si3O10]-8（二聚体）等；③平衡过程：根据核磁共振光谱证实硅酸盐熔体由许多聚合程度不等的负离

3、子团平衡共存，负离子团受组成和温度的影响。所以对熔体结构理解：非有序-流动性，存在基本结构单元！对硅酸盐熔体如何理解呢！并不一定这么有规律硅酸盐熔化过程不同聚合度单元，小分布大周围，起润滑作用，冷却固定4.2玻璃的定义与通性狭义的玻璃指熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机物质，保持着近似于熔体的结构。非晶固体指内部质点无序排列的固体。不包括真空蒸发、放射线照射、凝胶加热等方法非晶态固体以及高分子材料作为材料科学与工程材料的毕业生，你如何给玻璃下定义呢？（1）各向同性各向同性：均质玻璃其各方向的性质如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数、导热系数等都相同。各向同性的本质：内

4、部质点无序排列而呈现统计均质结构的外在表现。不包括内应力造成的各向异性玻璃通性：玻璃态物质有许多共同的性质，例如各向同性、介稳性、无固定熔点、固体和熔体转变的渐变性和可逆性、性质的连续和渐变性！什么是各向同性？（2）介稳性热力学：温度下降，质点无规则排列而固定下来，处于高能量状态，有析晶的趋势。动力学：高粘度，析晶不可能，长期保持介稳态。什么是介稳性呢？从两个方面理解！（3）无固定熔点无固定熔点：固体向液体转变在一定温度区间内发生。凝固：熔体变成固体的温度与成分和冷却速度有关。（4）固体和熔融态之间转化的渐变性和可逆性渐变与可逆：由熔融态向玻璃态转变的过程是可逆的与渐

5、变的，在一定区域内完成，这与熔体的结晶过程有明显区别。TgTMDCBAKFMEVQ液体过冷液体晶体玻璃态（5）性质变化的连续性和渐变性Ⅰ.玻璃的电导、比容、粘度等;Ⅱ.玻璃的热容、膨胀系数、密度、折射率等;Ⅲ.玻璃的导热系数和弹性系数等性质温度TgTf4.3玻璃的组成与结构2.玻璃的结构1.玻璃的组成1.玻璃的组成原子的堆积固体材料玻璃材料结构组成什么原子如何堆积构成玻璃呢？元素玻璃、氧化物玻璃、非氧化物玻璃玻璃的组成是什么呢？网络形成体氧化物网络外体氧化物中间体氧化物玻璃组成这些氧化物在三维空间的堆积构成玻璃材料！如何描述玻璃的组成呢？什么晶粒的连接吗？不同原子形成

6、三维的网络？如何区分这些原子呢？不同原子作用不同？网络形成体能单独形成玻璃，形成自己独有网络的氧化物，如SiO2，B2O3，P2O5网络形成体的条件：配位数为3-4；一个氧不能与多于2个阳离子相连；多面体只能共角顶、不能共线和面；每个多面体至少有三个角共用。什么是网络形成体呢？能形成网络氧化物的规律？网络外体不能单独形成玻璃，不能进入网络，游离网络之外。网络外体：离子键，无方向性；单键能较小，容易变动；多为碱金属或碱土金属；破坏网络作用。可以把网络理解为构成网络的原子不可以随意改变位置！什么是网络外体？中间体不能单独形成玻璃，但起一种调和作用！中间体：可以参与网络，也

7、可以破坏网络；一般电场强度大的阳离子，夺氧能力强，比较容易参与网络！什么是中间体？2.玻璃的结构玻璃结构层次原子尺度：0.2-1nm纳米级尺度：3-几百纳米微米级尺度：显微结构配位多面体在三维空间中的无序连接！毫米级尺度：宏观结构玻璃结构研究什么？下面我们看一下玻璃结构的模型！（1）晶子学说实验现象：1921年列别捷夫在研究硅酸盐玻璃时发现，玻璃加热到573℃时其折射率发生急剧变化，而石英正好在573℃发生αβ型的转变。在此基础上他提出玻璃是高分散的晶子的集合体，后经瓦连柯夫等人逐步完善。上述现象对不同玻璃，有一定普遍性。最常见的模型有晶子模型和无