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无机非金属材料

第一篇：无机非金属材料绪论1.在晶体结构上，某结合力主要包括离子键，共价键或离子共价键混合离子。由于这些化学键的特点，例如高的键能和强大的键极性等，赋予了这一大类材料以高熔点，高强度，耐磨损，高硬度，耐腐蚀及抗氧化的基本属性和宽广的导电性，导热性，透光性以及良好的铁电性，铁磁性和压电性等特殊性能，高温超导性也是新近在这类材料上发现的。2.在化学组成上，随着无机新材料的发展，无机非金属材料已不局限于硅酸盐还包括其他含氧酸盐，氧化物，氮化物，碳与碳化物，硼化物，氟化物，硫系化合物，硅，锗，Ⅲ-V族及Ⅱ-VI族化合物等，其形态和形状也趋于多样化，复合材料，薄膜，纤维，单晶和非晶材料占有越来越重要的地位。第一章玻璃的结构和性质玻璃的结构晶态：周期性，对称性，几何形态，质点排列，自限性，均一性，异向性，稳定性，远程有序。非晶态：进程有序，远程无序。玻璃的通性1）各向同性2）介稳性：玻璃是由熔体急剧冷却而得，由于在冷却过程中粘度急剧增大，质点来不及形成晶体的有规则排列，系统的内能尚未处于最低值，从而处于介稳态，在一定的外界条件下，它们仍具有自发转化为内能较低的晶体的趋势。3）无固定熔点4）性质变化的连续性和可逆性无规则网络学说1）玻璃结构与晶体一样，具有三位方向发展的连续无序网架形式，硅氧四面体为最小结构单位，但不象晶体那样，对称均匀地联结成空间网络（有序），而是相互不规则地联结在一起（无序），配位数小的结构团构成无限伸展的无序空间网络。）玻璃中的质点虽然不具有规则的格子排列，但在大致固定的平衡位置上震动的玻璃网络中的正常离子数与晶体中的配位数也应该近似。）网络外体的离子填充在网络结构空隙中，对于整体来说是统计分布的，为了使网络结构具有一定的稳定性，这些阳离子必须是半径大而电荷小的。4）形成氧化物玻璃必须满足的四条规则:A每个氧离子应该与不超过两个阳离子相联。B在中心阳离子周围的氧离子配位数必须小于或等于4；C氧多面体相互共角而不共棱或共面。D每个多面体至少有三个顶角是共用的。形成的氧多面体为三角体或四面体RO2,R2O2,R2O5类型氧化物能满足这一条件，并以玻璃形式出现简答题：石英玻璃-碱硅玻璃-钠钙硅玻璃结构性能发生很大的变化，分析碱金属，碱土金属氧化物在其中的作用：1）熔融石英玻璃其硅氧比值1：2与SiO2分子式相同，可以把它近似的看成是由硅氧网络形成的独立‘大分子’2）如果在熔融石英玻璃中形成加入碱金属氧化物(如Na2O).就使原来的大分子发生解聚作用，由于氧的比值增大，玻璃中每个氧已不可能都为两个硅原子所共用，开始出现非桥氧，使硅氧网络产生断裂，非桥氧的存在，使【SiO4】四面体失去原有完整性和对称性，结果使玻璃结构减弱，疏松，并导致一系列物理化学性质的变坏，而且碱金属含量越高，性能变差越严重，因此，二元碱硅玻璃一般无使用价值3）当在碱性二元玻璃中加入CaO时，性能变差情况大为改观，使玻璃结构和性能发生明显变化，主要表现为使结构加强，从而表现为一系列物化性质的加强，从而使钠钙硅玻璃性能优良，CaO的这种作用，是由钙离子和钠离子半径相似，但电荷比钠离子大一倍，因此场强比钠离子大得多，具有强化玻璃结构和限制钠离子活动的作用补网作用：使中间体氧化物全部或部分由6配位变成4配位的作用，主要是铝离子取代硅离子。硼氧反常性：碱金属或碱土金属氧化物加入B203玻璃中，将产生硼氧四面体[B04],而形成硼酸盐玻璃。在一定范围内，碱金属氧化物提供的氧使硼氧三角体[B03]转变为完全由桥氧组成的硅氧四面体，导致B203玻璃从原来的两度空间的层状结构部分转变为三度空间的架状结构，从而加强了网络，使玻璃的各种物理性质与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，相应地向着相反的方向变化。玻璃结构中的阳离子的分类1）按元素与氧结合的单键能（即化合物分解能与配位数之商）的大小和能否生成玻璃，将氧化物分成：网络生成体氧化物，网络外体氧化物和中间体氧化物。2）网络生成体氧化物应满足以下的条件：A每个氧化物应与不超过两个阳离子相连；B在中心阳离子周围的氧离子配位数必须小于或等于4；C氧多面体相互共角而不共棱或共面；D每个多面体至少有三个顶角共用。3）这类氧化物主要有SiO2,B2O3,BO5,GeO2,As2O5等。网络外体或网络修饰体：某些氧化物不能单独生成玻璃，不参加网络而使其阳离子分布在四面体之间的空隙中，以保持网络中局部地区的电中性，因为他们的主要作用是提供额外的氧离子，从而改变网络，故称为网络外体或网络修饰体。如Li2O,Na2O,K2O,CaO,SrO,BaO等。1）中间体氧化物:比碱金属和碱土金属化合价高而配位数小的阳离子，可以部分地参加网络结构，如BeO,MgO,ZnO,Al2O3等。各种氧化物在玻璃中的作用：1）碱金属氧化物A碱金属氧化物加