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本書內容包括矽酸鹽物理化學基礎、矽酸鹽體系反應熱力學、矽酸鹽體系反應動力學三部分。第一部分對熱力學的基本概念、理論和方法進行了扼要回顧，對典型氧化物和矽酸鹽的晶體結構及其缺陷以及不同體系相圖的特點進行了總結。第二部分重點論述了矽酸鹽體系中8個一元體系、5個二元體系、6個三元體系和6個四元體系中主要物相的特點及其在不同物理化學條件下的相互關係並對相關的熱力學計算方法進行了介紹。第三部分在對固相反應特點及其影響因素總結的基礎上，重點分析了矽酸鹽體系的燒結動力學過程及其機制。
本教材適用於地質、礦業、建材類高等院校的材料學科研究生的教學，也可作為其他理工科高等院校材料學科研究生的參考教材，同時也可供材料科學與工程專業高年級本科生和科研人員作為參考書使用。
白志民，中國地質大學教授、博士生導師。
主要從事矽酸鹽體系陶瓷材料設計及製備工藝研究。1994年至今，每年都為中國地質大學（北京）材料學方向碩士研究生講授矽酸鹽物理化學課程，48-64學時。
第一篇矽酸鹽物理化學基礎
第一章熱力學基礎2
第一節熱力學基本概念2
一、體系和環境2
二、狀態和狀態函數2
三、過程和途徑3
四、功和熱3
第二節熱力學函數的性質及其關係式3
一、熱力學函數的定義3
二、熱力學函數關係式6
三、吉布斯-亥姆霍茲方程式8
第三節化學反應熱效應8
一、反應熱效應9
二、熱化學方程式9
三、蓋斯定律10
四、標準生成焓10
五、標準燃燒焓11
六、熱效應與溫度的關係11
七、相變過程和相變焓12
第四節標準摩爾熵及熵變的計算13
一、標準摩爾熵13
二、熵變的計算14
三、化學反應的熵變計算15
第五節標準摩爾吉布斯自由能及其改變量的計算15
一、標準摩爾吉布斯生成自由能15
二、吉布斯自由能變的計算15
三、化學反應吉布斯自由能變的計算16
第六節偏摩爾量與化學勢16
一、偏摩爾量16
二、化學勢17
第二章典型氧化物及矽酸鹽的晶體結構19
第一節典型氧化物晶體結構19
一、AB型化合物結構19
二、AB2型化合物結構21
三、A2B3型結構23
四、ABO3型結構24
五、尖晶石型結構25
六、氧化物結構的一般規律27
第二節矽酸鹽晶體結構27
一、矽酸鹽化學組成的標記法27
二、矽酸鹽晶體結構的特點28
三、矽酸鹽晶體結構的類型28
第三章晶體結構缺陷37
第一節點缺陷37
一、點缺陷的類型37
二、點缺陷的表示方法38
三、點缺陷的化學反應標記法39
四、熱缺陷濃度40
第二節固溶體42
一、固溶體的概念42
二、固溶體的分類42
三、置換型固溶體44
四、間隙型固溶體45
第三節非化學計量化合物46
一、非化學計量化合物的概念46
二、非化學計量化合物的類型46
第四節線缺陷48
一、位錯的概念49
二、位元錯的基本類型和特徵49
第五節面缺陷51
一、表面缺陷51
二、晶界缺陷51
三、相界缺陷52
第四章相平衡53
第一節相平衡的基本概念與相律53
一、體系53
二、相53
三、組分54
四、自由度和自由度數54
五、外界影響因素54
六、相律54
第二節一元體系55
一、一元體系的相律55
二、具有同質多晶轉變的一元體系相圖55
三、可逆多晶轉變與不可逆多晶轉變的一元體系相圖56
第三節二元體系57
一、二元體系相圖的相律及相圖表示方法57
二、二元相圖中的組成標記法57
三、二元體系相圖的基本類型58
第四節三元體系69
一、三元體系的相律及相圖表示方法69
二、三元體系組成的表示方法69
三、濃度三角形中的幾個規則70
四、三元體系相圖的基本類型73
五、分析複雜相圖的主要步驟86
第二篇矽酸鹽體系反應熱力學
第五章一元體系88
第一節SiO2體系88
一、SiO2的主要存在狀態及特徵88
二、SiO2的主要變體88
三、SiO2變體的體積變化89
四、SiO2的高壓變體91
五、射線輻射對SiO2變體的影響91
六、SiO2原料及其材料92
第二節Al2O3體系92
一、Al2O3的主要變體93
二、Al2O3•nH2O的加熱脫水變化94
三、不同介質環境中Al2O3及其水化物的相關係94
四、Al2O3原料及其材料96
第三節FeO(Fe2O3)體系98
一、氧化鐵系的相變化99
二、鐵的價態與氧逸度的關係99
三、高溫-高壓下Fe-FeO相圖100
四、FeO的結晶變體及其磁性特徵101
五、氧化鐵系礦物原料及其材料101
第四節CaO和MgO體系102
一、MgCO3與CaCO3的分解反應102
二、Mg(OH)2與Ca(OH)2的分解反應103
三、以Mg與Ca為主要組分的礦物原料與材料105
第五節TiO2體系106
一、TiO2的變體106
二、高壓下TiO2的變體107
三、納米TiO2的變體108
四、Ti-TiO2體系108
五、氧化鈦系礦物原料及其材料109
第六節MnOn體系110
一、MnO2的變體110
二、低價氧化錳及其變體110
三、氧化錳系礦物原料及其材料112
第七節ZrO2體系113
一、ZrO2的變體113
二、鋯石的性質及其變化115
三、氧化鋯礦物原料及其材料116
第八節P2O5體系116
一、P2O5的變體116
二、P2O5礦物原料117
第六章二元體系118
第一節SiO2-Al2O3體系118
一、以紅柱石族礦物為主晶相的SiO2-Al2O3體系118
二、以莫來石為主晶相的SiO2-Al2O3體系119
三、含羥基礦物的SiO2-Al2O3體系120
四、SiO2-Al2O3體系反應熱力學121
五、SiO2-Al2O3體系礦物原料及其材料122
第二節SiO2-MgO（FeO）體系123
一、不含水的SiO2-MgO（FeO）體系123
二、含水的SiO2-MgO體系128
三、SiO2-MgO體系礦物原料及其材料128
第三節SiO2-CaO體系130
一、不含水的SiO2-CaO體系130
二、含水的SiO2-CaO體系133
三、SiO2-CaO體系礦物原料及其材料133
第四節SiO2（Al2O3）-K2O（Na2O，Li2O）體系134
一、SiO2-K2O體系135
二、SiO2-Na2O體系135
三、Al2O3-K2O（Na2O）體系135
四、SiO2-Li2O體系135
五、SiO2（Al2O3）-K2O（Na2O，Li2O）體系的材料學意義137
第五節SiO2-B2O3體系137
第七章三元體系139
第一節SiO2-Al2O3-MgO(FeO，MnO)體系139
一、SiO2-Al2O3-MgO體系139
二、SiO2-Al2O3-FeO（MnO）體系141
三、SiO2-Al2O3-MgO體系的材料學意義142
第二節SiO2-Al2O3-CaO(BaO)體系143
一、SiO2-Al2O3-CaO體系144
二、SiO2-Al2O3-BaO體系146
三、SiO2-Al2O3-CaO體系材料學意義148
第三節SiO2-Al2O3-K2O(Na2O)體系148
一、SiO2-Al2O3-K2O體系148
二、SiO2-Al2O3-Na2O體系150
三、SiO2-Al2O3-K2O(Na2O)體系相圖的應用153
第四節SiO2-Al2O3-Li2O體系156
第五節SiO2-B2O3-Na2O體系158
第六節SiO2-B2O3-CaO體系161
第八章四元體系162
第一節SiO2-Al2O3-MgO-CaO體系162
一、SiO2-Al2O3-MgO-CaO體系的主要礦物162
二、Fo-Di-An-SiO2體系163
三、CMS2-CAS2-CS-C2MS2體系164
四、SiO2-Al2O3-MgO-CaO體系岩石165
第二節SiO2-Al2O3-MgO-Na2O體系166
第三節SiO2-FeO-Fe2O3-Al2O3（MgO）體系166
一、SiO2-FeO-Fe2O3-Al2O3體系166
二、SiO2-Fe2O3-FeO-MgO體系168
第四節SiO2-Fe3O4-Mg2SiO4-CaAl2Si2O8體系168
第五節SiO2-Al2O3-MgO-Li2O體系169
第六節SiO2-Al2O3-MgO(CaO)-K2O(Na2O)體系170
第九章矽酸鹽體系熱力學計算172
第一節經典法172
一、經典法計算化學反應的ΔrGT172
二、經典法的應用173
第二節熱力學勢函數法174
一、熱力學勢函數法計算化學反應的ΔrGT174
二、熱力學勢函數法的應用175
第三篇矽酸鹽體系反應動力學
第十章固相反應動力學180
第一節固相反應概述180
一、固相反應的含義180
二、固相反應的特點180
三、固相反應的分類180
第二節固相反應的過程及機理180
一、固相反應的過程180
二、相介面上反應和離子擴散的關係182
三、固相反應的中間產物183
第三節固相反應動力學183
一、固相反應的一般動力學關係式183
二、化學反應動力學範圍185
三、擴散動力學範圍186
第四節影響固相反應的因素191
一、溫度、壓力與氣氛的影響191
二、反應物細微性及均勻性的影響192
三、礦化劑的影響193
四、反應物化學組成與結構的影響193
第十一章燒結反應動力學195
第一節燒結類型劃分195
第二節固相燒結195
一、燒結階段劃分及特徵196
二、固相燒結動力學198
三、燒結過程中的晶粒長大199
四、燒結體的不均勻性201
第三節液相燒結201
一、液相燒結的動力學過程202
二、液相燒結階段劃分202
三、液相燒結過程中的液相浸潤204
四、液相燒結驅動力204
五、液相燒結的緻密化機理205
六、液相燒結的晶界特徵206
七、液相燒結過程中的晶粒生長與粗化207
八、液相燒結的典型相圖207
九、反應液相燒結208
十、過渡液相燒結208
十一、液相燒結的複雜性208
第四節玻璃化209
一、傳統陶瓷中的玻璃化209
二、黏度和表面張力對玻璃化過程的影響210
第五節液相燒結動力學模型214
第六節影響陶瓷材料緻密化的因素217
第七節燒結過程中的晶化與過冷結晶217
附錄222
附錄Ⅰ礦物種英文名稱、縮寫符號、中文名稱、化學式與理論組成222
附錄Ⅱ29815K下一些物質的熱力學參數225
附錄Ⅲ一些重要反應的熱力學方程232
附錄Ⅳ一些重要物質的多晶轉變與熔融熱力學參數245
附錄Ⅴ氧化物的分子量、密度和熔點249
參考文獻250
