1、關(guān)于陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)第一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月2什么是陶？什么是瓷？陶器是用粘土（陶土）成型晾干后，用火燒出來的，是泥與火的結(jié)晶。早期陶器的燒制溫度較低，一般在600800左右。 彩陶魚紋盆 （馬家窯文化）彩陶旋渦紋甕第二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月3瓷器是用瓷土燒制的器皿，是中國(guó)古代的一項(xiàng)偉大發(fā)明，燒結(jié)溫度提高到1200以上。什么是陶？什么是瓷？第三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月4 “陶瓷”是指所有以粘土為主要原料與其它天然礦物原料經(jīng)過粉碎、混煉、成形、燒結(jié)等過程而制成的各種制品。 1. 陶瓷的概述日用陶瓷餐具建筑陶瓷地磚電瓷性能：耐高溫、耐磨、耐腐蝕、

2、高硬度、高強(qiáng)度及其它特殊性能(壓電性、磁性和光學(xué)性能)，但脆性大第四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月5絕緣子氧化鋁陶瓷坩堝第五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月62. 陶瓷的分類 結(jié)構(gòu)陶瓷主要是用于耐磨損、高強(qiáng)度、耐熱、耐熱沖擊、硬質(zhì)、高剛性、低熱膨脹性和隔熱等結(jié)構(gòu)陶瓷材料不同形狀的特種結(jié)構(gòu)陶瓷件Si3N4軸承第六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月7 氧化鋁陶瓷 氧化鋁陶瓷以Al2O3為主要成分, 含有少量SiO2的陶瓷，又稱高鋁陶瓷。Al2O3化工、耐磨陶瓷配件Al2O3密封、氣動(dòng)陶瓷配件單相Al2O3陶瓷組織3.3 先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷第七張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6

3、月8碳化硅陶瓷用于制造火箭噴嘴、澆注金屬的喉管、熱電偶套管、爐管、燃?xì)廨啓C(jī)葉片及軸承，泵的密封圈、拉絲成型模具等。 SiC陶瓷件SiC軸承SiC陶瓷件3.3 先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷第八張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月9 功能陶瓷中包括電磁功能、光學(xué)功能和生物-化學(xué)功能等陶瓷制品和材料，此外還有核能陶瓷和其它功能材料等。電子絕緣件氧化鋯陶瓷光學(xué)導(dǎo)管第九張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月10陶瓷的組成1.結(jié)晶相：主要組成相，由離子鍵或共價(jià)鍵結(jié)合而成，決定陶瓷的性能：高熔點(diǎn)、高耐熱性、高化學(xué)穩(wěn)定性、高絕緣性、高脆性。2 玻璃相：非晶態(tài)固體，將晶相粘結(jié)在一起，降低燒結(jié)溫度，抑制晶相晶粒長(zhǎng)大和填充氣

4、孔。氣相：氣孔（510）。 對(duì)性能的不利影響：增加脆性、降低強(qiáng)度、電擊穿強(qiáng)度降低，絕緣性能降低。 對(duì)性能的有利影響：提高吸振性，使陶瓷密度減小第十張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月11玻璃相的主要作用玻璃相是一種非晶態(tài)低熔物 在瓷坯體中起粘結(jié)作用，即把分散的結(jié)晶相粘結(jié)在一起降低燒成溫度，抑制晶體長(zhǎng)大，阻止多晶轉(zhuǎn)變填充氣孔空隙，促使坯體致密化。第十一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月12氣相（氣孔） 氣孔分為開口氣孔和閉口氣孔，在坯料燒成前大部分是開口氣孔，在燒成過程中開口氣孔消失或轉(zhuǎn)變?yōu)殚]口氣孔，氣孔率下降。還使陶瓷材料導(dǎo)熱率下降、介電損耗增大、抗電擊穿強(qiáng)度降低 是應(yīng)力集中的地方，

5、并且有可能直接成為裂紋，這將使材料強(qiáng)度大大降低 氣相還可使光線散射而降低陶瓷透明度 第十二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月13主要原料： 黏土礦物高嶺石鉀長(zhǎng)石石英粘土（它是以高嶺土結(jié)構(gòu)Al2O32SiO22H2O為基礎(chǔ)的礦物，是多種含水的鋁硅酸鹽的混合體）、石英（無水SiO2或硅酸鹽）、長(zhǎng)石（助熔劑原料，是堿金屬或堿土金屬的無水鋁硅酸鹽礦物，如鉀長(zhǎng)石K2OAl2O36SiO2、鈉長(zhǎng)石Na2OAl2O36SiO2） 第十三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月14陶瓷材料的制備工藝原料配置 坯料成型 燒結(jié) 成品 成型的目的是將坯料加工成一定形狀和尺寸的半成品，使坯料具有必要的強(qiáng)度和致密

6、度，具體成型方法有可塑成型、注漿成型和壓制成型三種； 干燥后的坯料進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)的目的是通過一系列的物理化學(xué)變化，使坯件瓷化并獲得所要求的性能。 第十四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月15涂彩釉第十五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月162.3.2 離子的晶體結(jié)構(gòu)離子晶體有關(guān)概念 1.離子晶體：由正、負(fù)離子通過離子鍵按一定方式堆積起來而形成的。陶瓷大多數(shù)屬于離子晶體。 2.離子半徑：從原子核中心到其最外層電子的平衡距離。對(duì)離子晶體，通常認(rèn)為晶體中相鄰的正負(fù)離子中心之間的距離作為正負(fù)離子半徑之和，即R0=R+R 。 離子半徑大小的一般規(guī)律P70。 第十六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于20

7、22年6月173.配位數(shù)：最鄰近的異號(hào)離子數(shù)配位多面體：晶體中最鄰近的配位原子所組成的多面體。硅氧四面體和鋁氧八面體氧離子硅離子鋁離子第十七張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月184.離子堆積 離子晶體通常由負(fù)離子堆積成骨架，正離子按其自身大小居于相應(yīng)負(fù)離子空隙（負(fù)離子配位多面體）。其堆積方式主要有立方最密堆積、六方最密堆積、立方體心密堆積和四面體堆積等第十八張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月194.離子堆積負(fù)離子配位多面體：離子晶體中與某一正離子成配位關(guān)系而鄰接的各負(fù)離子中心線所構(gòu)成的多面體第十九張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月202.3.2.2 離子晶體的結(jié)構(gòu)規(guī)則鮑林規(guī)則

8、 負(fù)離子配位多面體規(guī)則 符合最小內(nèi)能原理電價(jià)規(guī)則負(fù)離子多面體共用頂、棱、面的規(guī)則 共用點(diǎn)、棱、面,會(huì)降低結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不同種類正離子多面體間連接規(guī)則節(jié)約規(guī)則 同種正離子和同種負(fù)離子的結(jié)合方式應(yīng)最大限度地趨于一致.第二十張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月211、鮑林第一規(guī)則 配位多面體規(guī)則在離子晶體中，圍繞每一陽離子，形成一個(gè)陰離子配位多面體，陰陽離子的間距決定于它們的半徑之和，陽離子的配位數(shù)則取決于它們的半徑之比。如：NaCl6，氯八面體第二十一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月222、鮑林第二規(guī)則 靜電價(jià)規(guī)則在一個(gè)穩(wěn)定的離子晶體結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)負(fù)離子的電價(jià)等于或近似等于相鄰正離子分配給

9、他的靜電鍵強(qiáng)度的總和。第二十二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月233、鮑林第三規(guī)則 多面體共頂、共棱、共面規(guī)則在配位結(jié)構(gòu)中，兩個(gè)陰離子多面體以共棱，特別是共面方式存在時(shí)，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性便降低。第二十三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月24第二十四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月25例：島狀鎂橄欖石（Mg2SiO4）4、鮑林第四規(guī)則 不同配位多面體連接規(guī)則在一個(gè)含有不同陽離子的晶體中，電價(jià)高而配位數(shù)小的那些陽離子特別傾向于共角連接。第二十五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月265、鮑林第五規(guī)則 節(jié)約規(guī)則在一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)中，本質(zhì)不同的結(jié)構(gòu)組元的種類傾向于最少數(shù)目。不同尺寸的

10、離子和多面體很難有效地堆積在一起第二十六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月272.3.2.3 幾種典型的晶體結(jié)構(gòu) (1) CsCl型 (2) NaCl型 1.AB型 (3) 立方ZNS(閃鋅礦)型： (4)六方ZNS(纖鋅礦)型： (1) CaF2(螢石型) 2. AB2型 (2) TiO2(金紅石)型 (3)SiO2(方晶石.方石英)型 3. A2B型 (1)赤銅礦結(jié)構(gòu) (2)反螢石結(jié)構(gòu)（K2O）第二十七張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月284. A2B3型 (1) Al2O3 (2)A、B、C型稀土化合物5. AB3型 WO36. A2B5型 V2O57. ABO3型(1) C

11、aTiO3(鈣鈦礦、灰鈦礦)型 (2) CaCO3(方解石)型、三方晶系 6. AB2O4型 尖晶石(MgAl2O4)第二十八張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月291）AB型結(jié)構(gòu)NaCl型結(jié)構(gòu)，其化學(xué)式為NaCl，晶體結(jié)構(gòu)為立方晶系。氯化鈉是一種立方面心格子。其中陰離子按立方最緊密方式堆積，陽離子填充于全部的八面體空隙中，陰、陽離子的配位數(shù)都為6。第二十九張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月30閃鋅礦型結(jié)構(gòu)，如立方ZnS，為立方晶系,ZnS是面心立方格子，陰離子位于立方面心格子的節(jié)點(diǎn)位置，而陽離子交錯(cuò)分布于立方體內(nèi)的1/8小立方體的中心。陽離子的配位數(shù)是4，陰離子的配位數(shù)也是4。立方

12、ZnS六方ZnS第三十張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月31（2）AB2型結(jié)構(gòu)螢石結(jié)構(gòu)，CaF2,結(jié)構(gòu)屬于立方晶系，陽離子位于立方面心的節(jié)點(diǎn)位置上，陰離子則位于立方體內(nèi)8個(gè)小立方體的中心。陽離子的配位數(shù)位8，而陰離子的的配位數(shù)為4。第三十一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月32（3）A2B3型結(jié)構(gòu) 剛玉型結(jié)構(gòu)，屬于三方晶系。陰離子按六方緊密堆積排列，而陽離子填充于2/3的八面體空隙，因此陽離子的分布必須有一定的規(guī)律，其原則就是在同一層和層與層之間，陽離子之間的距離應(yīng)保持最遠(yuǎn)，這是符合于鮑林規(guī)則的。 第三十二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月332.3.3 硅酸鹽的晶體結(jié)構(gòu) 硅

13、酸鹽的結(jié)構(gòu)組成：都是由硅氧四面體作為骨架組成。 硅酸鹽晶體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： (1)構(gòu)成的基本結(jié)構(gòu)單元是由Si和O組成的SiO44-四面體。(2)每個(gè)O最多只能為兩個(gè)SiO44-四面體所 (3)SiO4四面體可以獨(dú)立地在結(jié)構(gòu)中存在，也可以通過SiO44-共用四面體頂點(diǎn)連接(4)SiO44-中SiOSi結(jié)合鍵不是一條直線,呈145夾角。第三十三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月34硅酸鹽的分類（掌握） 1.孤島狀硅酸鹽： SiO44-以孤立狀存在。如鎂橄欖石Mg2SiO4，鋯英石ZrSiO4等2.組群狀硅酸鹽：由SiO44-通過共用氧(橋氧)相生成2、3、4或者6個(gè)硅氧組群。綠寶石 3.鏈狀硅酸

14、鹽：由SiO44-通過橋氧的連接在一維方向伸長(zhǎng)成單鏈或雙鏈、鏈與鏈間為正離子鏈結(jié)。輝石 第三十四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月354.層狀硅酸鹽：由SiO44-四面體某個(gè)面在平面內(nèi)以共用頂點(diǎn)的方式連接成六角對(duì)稱的二維結(jié)構(gòu),多為二節(jié)單層。當(dāng)活性氧與其它負(fù)離子一起與金屬正離子組成八面體層,就與四面體構(gòu)成雙層結(jié)構(gòu)。 滑石，白云母5.骨架狀硅酸鹽：由SiO44-四面體連成無限六元環(huán)狀,層中未飽合和交替指向上或向下,把這樣的層疊置起來使兩個(gè)為一個(gè)公共氧所代替。石英第三十五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月36組群狀結(jié)構(gòu) 第三十六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月37第三十七張，PP

15、T共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月38第三十八張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月39第三十九張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月401、概念 同質(zhì)多晶：化學(xué)組成相同的物質(zhì)，在不同的熱力學(xué)條件下，結(jié)晶成為兩種以上結(jié)構(gòu)不同的晶體的現(xiàn)象。 由此而產(chǎn)生的化學(xué)組成相同、結(jié)構(gòu)不同的晶體稱為變體。 類質(zhì)同晶：化學(xué)組成相似的不同化合物，具有相同晶體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)象。2.3.4 同質(zhì)多晶現(xiàn)象（掌握）第四十張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月41例如：石墨金剛石第四十一張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月422、多晶轉(zhuǎn)變 根據(jù)多晶轉(zhuǎn)變前后晶體結(jié)構(gòu)變化和轉(zhuǎn)變速度的情況不同，分為：位移性轉(zhuǎn)變：質(zhì)點(diǎn)間位移、鍵

16、長(zhǎng)、鍵角的調(diào)整，轉(zhuǎn)變 速度快（高低溫型轉(zhuǎn)變）。在金屬材料中，位移型相變稱為馬氏體相變。這種相變是非擴(kuò)散型的，只要通過母相結(jié)構(gòu)的剪切就可以得到新相第四十二張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月43重建型轉(zhuǎn)變：舊鍵的破壞，新鍵的形成，轉(zhuǎn)變速度慢。在金屬材料中，位移型相變稱為馬氏體相變。這種相變是非擴(kuò)散型的，只要通過母相結(jié)構(gòu)的剪切就可以得到新相第四十三張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月44第四十四張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月452.3.5 晶態(tài)與玻璃結(jié)構(gòu) 與晶體在三維空間有序的排列不同，非晶是長(zhǎng)程無序的。即在較大距離上結(jié)構(gòu)無周期性，但近程(幾個(gè)內(nèi))結(jié)構(gòu)是有序的。 無機(jī)非晶態(tài)：無機(jī)玻璃、凝膠、非晶態(tài)半導(dǎo)體、無定形碳以及合金玻璃。玻璃：具有玻璃轉(zhuǎn)換點(diǎn)的非晶態(tài)固體。短程有序，長(zhǎng)程無序第四十五張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月46玻璃的結(jié)構(gòu)1.晶子學(xué)說 玻璃是由無數(shù)晶子組成，晶子是帶有晶格變形的有序排列小區(qū)域，他們分散在無定形中，并且從晶子到無定形的過渡是逐步完成的。 意義：玻璃結(jié)構(gòu)的微觀不均勻性和近程有序現(xiàn)象。第四十六張，PPT共五十頁，創(chuàng)作于2022年6月471.無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說 玻璃的結(jié)構(gòu)與相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)相似，同樣形成連續(xù)的三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但玻璃的網(wǎng)絡(luò)與晶體的網(wǎng)絡(luò)不同，玻璃的網(wǎng)絡(luò)是不規(guī)則的、非周期性。意義：解釋玻璃的各