无机材料科学基础(陆佩文).doc

《无机材料科学基础(陆佩文).doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、无机材料科学基础概论一.研究对象及学习目的自古以来,材料的发展一直是人类文明的里程碑。材料、能源、信息被公认为是现代文明的三大支柱。新材料已成为各个高技术领域的突破口。材料主要包括：金属材料、有机材料、无机非金属材料。本课程研究的对象是无机非金属材料。无机非金属材料的最大特点是耐高温、耐腐蚀，这些特点是其它材料无法比拟的。　　无机非金属材料的发展在国民经济中的重要作用是显而易见。研究的对象是“无机非金属材料”，从化学组成上看：包含硅酸盐，和各种氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硅化物、氟化物等。从物质结构上看：可以包括单晶体、多晶体或无定形体。本专业主要研究多晶、多相无机非金属材料，也

2、可称为“陶瓷"。从材料形态上看：不仅包括块体材料，还包括粉体材料、纤维材料、晶须材料和薄膜材料。从所属的工业产品来看：可分为传统材料和现代陶瓷，所属的工业产品涉及各个领域。传统材料主要包括陶瓷、玻璃、耐火材料、水泥、磨料、砖瓦等。现代陶瓷按其功能又可分为两大部分：高温结构陶瓷：能在高温条件下承受各种机械作用的陶瓷材料。如：陶瓷发动机的部件、切削工具、耐磨轴承、火箭燃气喷嘴、各种密封环（石墨）、能承受超高温作用的结构部件。功能陶瓷：具有声、光、电、磁、热等功能的陶瓷制品。如:压电陶瓷（PbTiO3系)、热敏陶瓷、陶瓷基片、光电陶瓷、生物陶瓷、超导材料、核燃料、磁性材料、化学电池（β-A

3、l2O3)材料等。我们学习无机材料科学基础的目的是：从理论上定性的了解无机非金属材料的组成、结构与性能之间的关系和变化规律，了解控制材料性能的基本和共性规律。至于如何具体从技术上实现这些，则属于工艺课的范畴。二.学习的内容分为四大部分：材料的结构：晶体结构晶体缺陷玻璃体和熔体固体表面过程热力学和动力学：热力学应用相图相图的热力学推导扩散相变材料制备原理：硅酸盐晶体结构坯料制备与成型的理论基础固相反应烧结材料的制备实验：包括基础实验和选作实验两部分，独立设课三.学习要求材料科学基础对无机非金属材料的性能及生产过程中的一些共性问题从理论上做了系统的讨论。该课程是后续工艺课的理论基础课，同

4、样也是今后指导实际工作，进行理论研究的理论基础。其重要性显而易见。学习过程中实现思维方式的两个转变：--从微观结构的角度考虑问题如：扩散原高浓度—低浓度现为什么在不同的物质中扩散速度不同—结构决定--建立工程意识科学教育—是与非；工程教育—是否可行、是否有效、是否最优。谈到某一因素的影响时既有有利一面又有不利一面。应结合具体情况进行综合考虑。　　材料科学基础研究无机非金属材料的共性问题，是一门新兴学科，一些理论和学说仍在发展之中，这使我们更容易了解这些理论和学说建立的过程，从中可学习到材料科学的一些研究方法和研究思路。材料科学基础是以物理、化学、物化等学科的知识为基础。要求在学习过程

5、中及时复习所涉及到的有关内容。材料科学基础是一门新兴学科，有些理论尚不成熟。在某些问题上不同学派存在不同观点，为了广泛了解这些观点授课内容不只限于选用教材。所以要求同学们课上做好笔记，课下多看参考书。为了加强同学们独立分析解决问题的能力，习题的选择有一定的难度。某些习题是课堂授课内容的延伸。希望能独立、认真地完成，以收到良好的学习效果。第一章晶体无机非金属材料所用原料及其制品大多数是以结晶状态存在的物质。然而不同的晶体结构具有不同的性质。例如，TiO2光催化材料可以在太阳光的照射下降解污染物，TiO2有金红石、锐钛矿、板钛矿等几种晶体结构，锐钛矿型TiO2材料的光催化性能优于金红石型

6、；陶瓷行业中常用的粘土，由于晶体结构不同，工艺性能也表现出很大的差异；α－Al2O3是良好的绝缘材料，而β－Al2O3可作为电池中的电解质以离子导电的方式传递电荷。人们对晶体的研究首先是从研究晶体几何外形的特征开始的，1912年X射线晶体衍射实验的成功，使人们对晶体的研究从晶体的外部进入到了晶体的内部，使得对晶体的认识有了质的变化。晶体所具有的性质是由晶体中质点排列方式所决定，结构发生变化，性质随之发生变化。然而晶体结构又取决于晶体的化学组成，组成晶体的质点不同意味着质点间键的作用形式和排列方式发生改变。所以，本章主要研究晶体的组成、空间结构和性质之间的关系。　　本章主要介绍了几何结

7、晶学、晶体化学的基本概念和原理。从这些基本原理出发，介绍了描述晶体结构的方法，包括：i从几何结晶学角度——空间格子ii从球体堆积角度——负离子做堆积，正离子填充空隙iii用鲍林规则分析——多面体堆积iv取晶胞，晶胞中质点的具体位置以通过这些方法掌握NaCl型、CsCl型、闪锌矿型、萤石型、刚玉型的晶体结构，并了解纤锌矿型、金红石型、碘化镉CdI2型、钙钛矿型和尖晶石型结构。在此基础上，了解晶体的组成、空间结构和性质之间的关系。第一节几何结晶学基本概念一、晶