无机材料物理化学 1 绪论

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1、《无机材料物理化学》主讲：专业基础教研室朱振峰教授zhuzf@sust-edu.net陕西科技大学材料科学与工程学院MATERIALSCIENCE&ENGINEERINGCOLLEGE课件制作：朱振峰秦本正胡秀兰绪论INTRODUCTION硅物化工艺指导补充完善理论角度制造角度奠定工艺基础提供理论依据专业理论训练奠定工业基础工程实际训练（一）、问题的引出：研究制造无机材料产品（如玻璃、陶瓷、新材料）目标000（二）、无机材料工艺的回顾：扩散、相变、固相反应、烧结等原料产品热过程晶体（缺陷）熔体玻璃条件相图热力学动力学晶体结构与晶体中的缺陷熔体内容（三）硅物化内容的引出：固

2、体表面与界面相平衡扩散固相反应相变烧结玻璃体（四）、无机材料物理化学的科学内涵－材料科学与工程的基础性能使用效能合成与制备组成与结构无机非金属材料科学与工程无机非金属材料科学与工程是一门研究无机非金属材料合成与制备、组成与结构、性能、使用效能四者之间的关系与规律的科学。科学方面——偏重于研究材料的合成与制备、组成与结构、性能与使用效能各组员本身及其相互间关系的规律；材料科学与工程的工程研究中还应包括——材料制备与表征所需的仪器、设备的设计与制造。在材料科学与工程的发展中，科学与工程彼此密切结合，构成一个学科整体。工程方面——着重与研究如何利用这些规律性的研究成果以新的或更

3、有效的方式开发并生产出材料，提高材料的使用效能，以满足社会的需要。1.合成与制备合成——指促使原子、分子结合而构成材料的化学与物理过程。合成的研究既包括有关寻找新合成方法的科学问题，也包括以适当的数量和形态合成材料的技术问题；既包括新材料的合成，也应包括已有材料的新合成方法（如溶胶-凝胶法）及其新形态（如纤维、薄膜）的合成。制备——研究如何控制原子与分子使之构成有用的材料。这一点是与合成相同的，但制备还包括在更为宏观的尺度上或以更大的规模控制材料的结构，使之具备所需的性能和适用效能，即包括材料的加工、处理、装配和制造。简而言之，合成与制备就是将原子、分子聚合起来并最终转变

4、为有用产品的一系列连续过程。把合成制备简单的与工艺等同起来而忽略其基础研究的科学内涵，是不恰当的！在合成与制备中工程性的研究固然重要，基础研究也不应忽视。对材料合成与制备的动力学过程的研究可以揭示过程的本质，为改进制备方法建立新的制备技术提供科学基础。以晶体材料为例——在晶体生产中如果不了解原料合成与生产各阶段发生的物理化学过程、热量与质量的传输、固液界面的变化和缺陷的生成以及环境参数对这些过程的影响，就不可能建立并掌握生长参数优化的制备方法，生长出具有所需组成、完整性、均匀性和物理性的晶体材料。以陶瓷材料为例——陶瓷材料的最严重的问题是可靠性差，原因是制备过程落后以致材

5、料的微结构和特性缺少均匀性和重复性。研究结果已表明，若粉料在材料制备中发生团聚，则材料难免出现分布不均匀的气孔从而导致性能不均一。为提高材料的可靠性，必须对制备过程中的每阶段所发生的化学、物理变化认真加以研究并做出必要的表征。陶瓷材料中颗粒间界的强度远远低于颗粒或晶粒本身的强度。为了提高材料强度，对颗粒间晶界结构、本质和在制备中的变化过程以及这些过程如何受制备条件的影响，进行基础性的研究，是极其重要的。2.组成与结构组成——指构成材料物质的原子、分子及其分布；除主要组成以外，杂质及对无机非金属材料结构与性能有重要影响的微量添加物亦不能忽略。结构——则指组成原子、分子在不同

6、层次上彼此结合的形式、状态和空间分布，包括原子与电子结构、分子结构、晶体结构、相结构、晶粒结构、表面与晶界结构、缺陷结构等；在尺度上则包括纳米以下、纳米、微米、毫米及更宏观的结构层次。了解材料的组成与结构及它们同合成与制备之间、性能与使用效能之间的内在联系，一直是无机非金属材料科学与工程的基本研究内容。（五）、无机材料物理化学的研究方法：1、无机材料物理化学的性质：研究无机材料科学与工程涉及的各种物质聚集状态的结构和结构变化，以及结构对性能的决定作用。材料结构性能化学反应（组成）2、基本思路：化学组成结构性能决定决定《无机材料科学基础》陆佩文主编武汉工业大学出版社《硅酸盐

7、物理化学》陆佩文主编东南大学出版社《硅酸盐物理化学》丁子上等主编中国建筑工业出版社《无机材料物理化学》叶瑞伦主编天津大学《怎样看硅酸盐相图》沈鹤年《玻璃物理化学导论》P.贝尔塔等著中国建筑工业出版社《陶瓷导论》W.D.Kingery中国建筑工业出社（四）、参考教材：第一章晶体结构缺陷第三节晶体的结构缺陷总述——1、缺陷产生的原因——热震动杂质2、缺陷定义——实际晶体与理想晶体相比有一定程度的偏离或不完美性，把两种结构发生偏离的区域叫缺陷。3、研究缺陷的意义——导电、半导体、发色（色心）、发光、扩散、烧结、固相反应………。（材料