無機(jī)材料物理化學(xué)第一章(已修改)
2025-01-27 15:21 本頁面
【正文】 緒論 INTRODUCTION 何謂材料？材料的分類？ 材料是人類社會(huì)所能夠接受的、可 經(jīng)濟(jì)地 用于制成生活和生產(chǎn)中的那些 有用的 物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器和其它產(chǎn)品的物質(zhì)。 關(guān)鍵點(diǎn)： 材料是物質(zhì)，但是不是所有的物質(zhì)都是可以被稱為材料的；材料的含有必須考慮社會(huì)和經(jīng)濟(jì)因素 ? 何謂無機(jī)材料？ 無機(jī)材料通常主要是指無機(jī)非金屬材料。 主要是指由無機(jī)物單獨(dú)或混合其他物質(zhì)制成的材料。通常指由硅酸鹽、鋁酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽等原料和 /或氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、鹵化物等原料經(jīng)一定的工藝制備而成的材料 。 硅物化 工藝 指導(dǎo) 補(bǔ)充完善 理論角度 制造角度 奠定工藝基礎(chǔ) 提供理論依據(jù) 專業(yè)理論訓(xùn)練 奠定工業(yè)基礎(chǔ) 工程實(shí)際訓(xùn)練 （一）、問題的引出： 研究制造無機(jī)材料產(chǎn)品 （如 玻璃、陶瓷、新材料） 目 標(biāo) 000 （二）、無機(jī)材料工藝的回顧： 擴(kuò)散、相變、固相反應(yīng)、燒結(jié)等 原料 產(chǎn)品 熱過程 晶體（缺陷） 熔體 玻璃 條件 相圖 熱力學(xué) 動(dòng)力學(xué) 晶體結(jié)構(gòu)與晶體中的缺陷 熔體 內(nèi)容 （三）硅物化內(nèi)容的引出： 固體表面與界面 相平衡 擴(kuò)散 固相反應(yīng) 相變 燒結(jié) 玻璃體 （四）、無機(jī)材料物理化學(xué)的科學(xué)內(nèi)涵 － 材料科學(xué)與工程的基礎(chǔ) 性能 使用效能 合成與制備 組成與結(jié)構(gòu) 無機(jī)非金屬材料科學(xué)與工程 無機(jī)非金屬材料科學(xué)與工程 是一門研究無機(jī)非金屬材料 合成與制備 、 組成與結(jié)構(gòu) 、 性能、 使用效能 四者之間的 關(guān)系與規(guī)律 的科學(xué)。 科學(xué)方面 —— 偏重于研究材料的 合成與制備 、 組成與結(jié)構(gòu) 、 性能與使用效能 各組員本身及其相互間關(guān)系的規(guī)律； 材料科學(xué)與工程的 工程研究中還應(yīng)包括 —— 材料制備與表征所需的儀器、設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造。 在材料科學(xué)與工程的發(fā)展中，科學(xué)與工程彼此 密切結(jié)合，構(gòu)成一個(gè)學(xué)科整體。 工程方面 —— 著重與研究如何利用這些規(guī)律性的研究成果 以新的或更有效的方式 開發(fā)并生產(chǎn)出材料 ， 提高材料的使用效能，以滿足社會(huì)的需要。 1. 合成與制備 合成 ——指促使原子、分子結(jié)合而構(gòu)成材料的化學(xué)與物理過程。合成的研究既包括有關(guān) 尋找新合成方法 的科學(xué)問題，也包括以適當(dāng)?shù)臄?shù)量和形態(tài) 合成材料的技術(shù)問題 ；既包括 新材料的合成 ，也應(yīng)包括 已 有材料的新合成方法 （如溶膠 凝膠法）及其 新形態(tài) （如纖維、薄膜）的合成。 制備 ——研究如何控制原子與分子使之構(gòu)成有用的材料。這一點(diǎn)是與合成相同的，但制備還包括在更為 宏觀的尺度 上或以更大的規(guī)?？刂撇牧系慕Y(jié)構(gòu)，使之具備所需的性能和適用效能， 即包括材料的加工、處理、裝配和制造 。 簡(jiǎn)而言之，合成與制備就是將原子、分子聚合起來并最終轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏卯a(chǎn)品的一系列連續(xù)過程。 把合成制備簡(jiǎn)單的與工藝等同起來而忽略其基礎(chǔ)研究的科學(xué)內(nèi)涵 ， 是不恰當(dāng)?shù)?！ 在合成與制備中工程性的研究固然重要 ， 基礎(chǔ)研究也不應(yīng)忽視 。 對(duì)材料合成與制備的動(dòng)力學(xué)過程的研究可以 揭示過程的本質(zhì) ， 為改進(jìn)制備方法建立新的制備技術(shù)提供科學(xué)基礎(chǔ) 。 以晶體材料為例 —— 在晶體生產(chǎn)中如果不了解原料合成與生產(chǎn)各階段發(fā)生的物理化學(xué)過程 、 熱量與質(zhì)量的傳輸 、 固液界面的變化和缺陷的生成以及環(huán)境參數(shù)對(duì)這些過程的影響 ， 就不可能建立并掌握生長參數(shù)優(yōu)化的制備方法 ， 生長出具有所需組成 、 完整性 、 均勻性和物理性的晶體材料 。 以陶瓷材料為例 —— 陶瓷材料的最嚴(yán)重的問題是可靠性差 ， 原因是 制備過程落后以致材料的微結(jié)構(gòu)和特性缺少均勻性和重復(fù)性 。研究結(jié)果已表明 ， 若粉料在材料制備中發(fā)生團(tuán)聚 ， 則材料難免出現(xiàn)分布不均勻的氣孔從而導(dǎo)致性能不均一 。 為提高材料的可靠性 ， 必須對(duì)制備過程中的每階段所發(fā)生的化學(xué) 、 物理變化認(rèn)真加以研究并做出必要的表征 。 陶瓷材料中顆粒間界的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于顆?；蚓Я１旧淼膹?qiáng)度 。 為了提高材料強(qiáng)度 ， 對(duì)顆粒間晶界結(jié)構(gòu) 、 本質(zhì)和在制備中的變化過程以及這些過程如何受制備條件的影響 ，進(jìn)行基礎(chǔ)性的研究 ， 是極其重要的 。 2. 組成與結(jié)構(gòu) 組成 —— 指構(gòu)成材料物質(zhì)的原子 、 分子及其分布；除主要組成以外 ， 雜質(zhì) 及對(duì)無機(jī)非金屬材料結(jié)構(gòu)與性能有重要影響的微量添加物亦不能忽略 。 結(jié)構(gòu) —— 則指組成原子 、 分子在不同層次上彼此結(jié)合的形式 、 狀態(tài)和空間分布 ， 包括 原子與電子結(jié)構(gòu) 、 分子結(jié)構(gòu) 、 晶體結(jié)構(gòu) 、 相結(jié)構(gòu) 、晶粒結(jié)構(gòu) 、 表面與晶界結(jié)構(gòu) 、 缺陷結(jié)構(gòu)等 ；在尺度上則包括 納米以下 、 納米 、 微米 、 毫米及更宏觀的結(jié)構(gòu)層次 。 了解材料的 組成與結(jié)構(gòu) 及它們同 合成與制備 之間、 性能與使用效能 之間的內(nèi)在聯(lián)系，一直是 無機(jī)非金屬材料科學(xué)與工程 的基本研究?jī)?nèi)容 。 （五）、無機(jī)材料物理化學(xué)的研究方法： 無機(jī)材料物理化學(xué)的性質(zhì)： 研究無機(jī)材料科學(xué)與工程涉及的各種物質(zhì)聚集狀態(tài)的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)變化，以及結(jié)構(gòu)對(duì)性能的決定作用。 材料 結(jié)構(gòu) 性能 化學(xué)反應(yīng) （組成） 基本思路： 化學(xué)組成 結(jié)構(gòu) 性能 決定 決定 ?《 無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ) 》 陸佩文 主編 武漢工
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