
材料化学是一门研究材料的制备、组成、结合、性质及其应用的科学。它既是材料科学的一个重要分支,也是材料科学的核心内容,同时又是化学学科的一个组成部分。因此,材料化学具有明显的交叉学科、边缘学科的性质。材料化学的主要内容包括材料的化学组成及结构方面的基础知识、材料相变的化学热力学理论,以及金属材料、非金属材料、高分子材料、复合材料的制备过程、结构特性与使用性能之间的关系。材料化学对于从事材料研究与制备的学生和工程技术人员来说是一门重要的课程,对于培养该类人员从化学角度提出问题、分析问题、解决问题的能力具有重要的意义。因此,这本材料化学教材可供材料学相关专业的本科高年级学生、研究生作为教材使用,也可供从事材料研究与生产的工程技术人员参考。
材料是人类赖以生存的重要物质基础之一,材料的有效性总体上取决于三个层次的结构因素: 分子结构:属于原始基础结构,决定材料所具有潜在功能; 分子聚集态结构:决定材料所具有的可表现的实际功能; 构筑成材料的外形结构:决定材料具有某有特定的有效功能。 例如,贝壳的基本性质由构成它的碳酸钙和多糖基质的结构决定,但是二者通过有序组装构成的复合材料决定了它的基本材料性质。而且只有当这种材料构成一定形状的壳状结构时,[它才能起贝壳的作用。同样是碳酸钙和多糖基质构成的蛋壳,就因为有不同的组装方式和不同外形而有不同的功能。 在分子结构层次上研究材料的合成、制备、理论,以及分子结构和聚集态结构、材料性能之间关系的科学,属于材料化学的研究范畴。 在分子聚集态结构的基础上研究分子的聚集态结构和材料工艺、材料性能之间关系的规律性,以及材料宏观性能的结构物理学基础的科学,属于材料物理。 研究材料的外形结构与使用性能之间的关系的科学,属于材料工程的研究范畴。 这三个层次综合起来都属于材料科学的研究领域,并构成材料学的核心内容。材料学本身就是在物理、化学、数学、工程等学科的基础上发展和成长起来的一个交叉学科。材料化学也不例外,也是一个交叉性很强的边缘学科。近年来,许多院校为村子相关专业的学生开设了材料化学课程,但有关材料化学的定义及内容的设置分歧很大,我们认为其间有很多是不规范的,也不符合科学的规律,鉴于此并基于我们对材料化学的上述认识,编写这本《材料化学》。这本书的内容主要由两部分组成,第一部分主要讨论材料的制备、结构、性能方面所涉及的基础化学理论和方法,包括热力学基础、相图、表面现象、胶体等内容。这部分内容与《物理化学》的内容虽有所重复,但作为材料化学中指导材料制备和结构研究的基础知识,我们认为还是有几要的。当然,也不是简鄣的重复,而是从材料的角度出发,对有关的内容进行了新的编排和论述。第二部分主要讨论金属材料、非金属材料、高分子材料、复合材料在合成、制备、使用过程加所涉及的化学问题,并对分子结构、聚集态结构以及结构和性能之间的关系进行了适当的分析和介绍。 本书的第二、三、四章由秦华宇教授编写,前言,第一、五、六、七、八、九章由朱光明教授编写。西北工业大学张国鼎、高胜利教授予审阅了全书,并提出了许多中肯意见;西北工业大学教材科的李辉教授为本书的出版给予了大力的支持并付出了许多劳动,对此编者一并表示感谢。 由于成书时间紧张,书中错误之处在所难免,敬请读者批评指正。
前言
第一章 绪论
第一节 材料的发展历史及在现代社会中的重要地位
第二节 材料的分类及基本概况
第三节 材料化学的任务
第二章 化学热力学基础
第一节 热力学函数的性质及其重要关系式
第二节 化学反应热效应与标准热力学函数
第三节 敞开体系的热力学关系式
第四节 固体热力学理论简介
第三章 相图
第一节 相律
第二节 相变
第三节 相图分析
第四章 溶液与固溶体
第一节 拉乌尔定律和亨利定律
第二节 理想液体混合物和稀溶液
第三节 实际溶液
第四节 溶液中化学反应的平衡常数
第五节 固溶体
第五章 表面现象与胶体分散体系
第一节 表面现象热力学
第二节 分散度对体系物性的影响
第三节 介稳状态和新相的生成
第四节 润湿现象
第五节 液体界面的性质
第六节 固体表面的吸附
第七节 表面现象在材料科学中的应用
第八节 分散体系
第九节 溶胶的性质
第十节 胶体的制备和净化
第十一节 溶胶——凝胶技术
第十二节 溶胶——凝胶技术在纳米材料制备中的应用
第六章 金属与合金
第一节 金属材料概论
第二节 金属的结构与物性
第三节 金属的化学性质
第四节 金属的提炼
第五节 金属还原过程热力学
第六节 金属的精炼
第七节 合金
第八节 金属的腐蚀与防护
第九节 钢铁的冶炼原理
第七章 非金属材料
第一节 非金属材料的物质结构
第二节 陶瓷的化学组成
第三节 陶瓷制造(烧结)过程的化学变化
第四节 水泥
第五节 特种陶瓷的工艺过程
第六节 半导体材料
第八章 高分子材料
第一节 高分子材料概论
第二节 高分子材料的合成
第三节 高分子材料的结构与性能
第四节 高分子材料的化学转变及老化
第九章 复合材料界面的化学问题
第一节 概述
第二节 复合材料的界面
第三节 增强材料的表面处理
参考文献