无机非金属材料题解指南

本书由清华大学材料学院教授黄勇、杨金龙、汪长安编著，全面整合了无机非金属材料专业的习题，并以新颖的问答形式进行了解答，结构清晰易懂，涵盖了从古陶瓷到先进无机非金属材料各个方向，包含了无机非金属材料概述、晶体结晶学基础、晶体结构与晶体中的缺陷、熔体与玻璃体、表面与界面、相平衡、相变、扩散与固相反应、材料烧结、传统陶瓷材料与工艺、先进陶瓷、中国陶瓷发展史和古陶瓷等12个章节，全面细致地对在无机非金属材料学习的过程中，可能遇到的问题，进行了详细的解答，是一本有助于材料专业学生全面掌握课程知识的题解指南。本书很好地解决了一般教科书书后习题没有解答的问题，方便学生查阅，同时也可作为应试参考和教师用书，是难得的无机非金属材料专业的高质量、知识点全面的解题指导。 

本书采用问答和题解的方式来阐述无机非金属材料即陶瓷材料的基本理论和基本知识，主要内容包括：无机非金属材料概述，晶体结晶学基础，晶体结构与晶体中的缺陷，熔体与玻璃体，表面与界面，相平衡，相变，扩散与固相反应，材料烧结，传统陶瓷材料与工艺，先进陶瓷，中国陶瓷发展史和古陶瓷等。本书可作为无机非金属材料专业的大专、本科和研究生学习的教学辅助教材及任课教师参考用书，也可供研究生入学应试参考。

黄勇，清华大学材料学院教授，博士生导师。1962年清华大学毕业后留校工作，曾作为美国密歇根大学、麻省理工学院访问学者、瑞士联邦技术学院客座教授、并在澳大利亚Monash大学讲学。长期从事无机非金属材料的教学与科研工作，在先进陶瓷的组成、结构与性能以及高性能陶瓷的制备科学、陶瓷的强化与韧化机理等方面有精深的研究。主编、翻译多种专著、教材、手册18种，发表学术论文400多篇。
杨金龙，清华大学材料学院教授，博士生导师。1996年清华大学材料系博士毕业后留校工作，后在瑞士联邦理工大学从事博士后研究，曾任中北大学特聘教授，先进陶瓷工程技术中心主任，大连交通大学兼职教授，河北工程大学兼职教授。现任传统工艺与材料研究文化部重点实验室副主任、中国硅酸盐学会溶胶凝胶分会理事等等。主要研究结构陶瓷、陶瓷基复合材料、陶瓷胶态成型工艺、陶瓷粉体球形化及空心化、微/纳米空心球的制备及应用等等。
汪长安，清华大学材料学院教授，1997年清华大学材料系博士毕业后留校工作，后在美国佐治亚理工学院从事博士后研究。承担“材料科学基础”和“无机复合材料”两门专业课程的教学工作。 主要研究结构陶瓷和陶瓷基复合材料。在国内外学术期刊、会议上发表论文160多篇。

第1章无机非金属材料概述

1.1材料——社会进步的重要标志

1.2陶瓷的由来与发展

1.3无机非金属材料基础知识问答

1.4无机非金属材料习题与答案汇集

第2章晶体结晶学基础

2.1结晶学基础知识

2.2几何结晶学及结晶化学基础

2.3晶体结晶学习题与答案汇集

第3章晶体结构与晶体中的缺陷

3.1晶体结构与缺陷基本概念

3.2晶体结构特征与性质

3.3晶体中缺陷的特征与性质

3.4晶体结构与晶体中的缺陷常见问题剖析

3.5晶体结构与缺陷习题与答案汇集

第4章熔体与玻璃体

4.1熔体与玻璃体的形成及其特征

4.2熔体结构（聚合物理论）与性质

4.3玻璃的结构与性质

4.4熔体与玻璃体习题与答案汇集

第5章表面与界面

5.1表面与界面基本知识概述

5.2固体表面与界面特性

5.3陶瓷原料的表面与界面性质及泥浆胶体特性

5.4表面与界面习题与答案汇集

第6章相平衡

6.1相平衡与相图的基本知识

6.2几种类型相图的特性

6.3热力学在相平衡中的应用

6.4多元系统相平衡——四角相图

6.5相平衡习题与答案汇集

第7章相变

7.1相变过程的若干问题

7.2相变热力学

7.3相变特征

7.4相变习题与答案汇集

第8章扩散与固相反应

8.1扩散与固相反应基本概念

8.2扩散的科学基础与特点

8.3固相反应的科学基础与特点

8.4扩散与固相反应习题与答案汇集

第9章材料烧结

9.1材料烧结过程的科学基础问题

9.2材料烧结的内涵与特性

9.3材料烧结过程对材料性能的影响

9.4无机材料烧结过程习题与答案汇集

第10章传统陶瓷材料与工艺

10.1传统陶瓷基础知识

10.2传统陶瓷原材料种类与性能

10.3传统陶瓷主要工艺过程及要求

10.4传统陶瓷工艺控制与制品性能的改善

10.5传统陶瓷习题与答案汇集

第11章先进陶瓷

11.1先进陶瓷基础知识及基本概念

11.2不同类型先进陶瓷的特性

11.3先进陶瓷组成、结构、制备工艺与性能

11.4先进陶瓷材料发展及应用

11.5先进陶瓷习题与答案汇集

第12章中国陶瓷发展史和古陶瓷

12.1中国陶瓷发展史回顾

12.2中国陶瓷产业和陶瓷文化发展史

12.3古陶瓷的定义和鉴别

12.4古陶瓷器型分类

12.5古陶瓷生产工艺简介

12.6古陶瓷基础知识习题与答案汇集

参考文献

后记

无机非金属材料题解指南前言前言任何一门学科或课程的习题练习都是学生学习活动的一个必不可少的组成部分，是学生掌握基础和专业知识，形成专业技能，培养分析和解决问题的能力，发展智力的重要措施，是深入掌握和巩固基础知识和专业知识的重要途径，同时，也是培养学生创新能力的重要手段，对习题或试题的解题训练也为应试获得好成绩打下坚实基础。本书取名为《无机非金属材料题解指南》，涉及的相关课程有《陶瓷学导论》《陶瓷材料学》《陶瓷工艺学》《材料科学基础》《无机非金属材料工艺》《硅酸盐物理化学》《无机材料物理化学》等，可帮助学生复习和深入掌握已学的课程内容，提高学生的应试能力。本书编写的特点是对材料科学的一些基本理论和主要内容，采用提问|回答或讨论来加深读者的理解，而不是用传统的传授方法，生硬地说明定理、介绍公式，或使用枯燥的文字说明，从而激发读者的学习激情和追求知识的主动性。同时，本书也对一些在国际上具有深远影响的内容，如古陶瓷等，做了深入的介绍，突出了它的特色和在国际上的地位及影响，让学生深入了解中国陶瓷发展史，陶冶爱国情操，培养民族自豪感。本书编写内容还收集了大量与无机非金属材料相关的习题、试题内容，可作为任课教师的参考用书。考试是评定应试者入学或在读期间知识结构与能力的重要环节，同时也是检查教师教学效果、进行课程评估的重要手段。习题练习对掌握专业知识非常重要，也是备战考试的必要环节。在无机非金属材料即陶瓷学课程的学习过程中，有必要编写一本适应考试需要的教学参考书。本书的另一个特点是题型多样，知识点丰富，有利于培养学生分析问题和解决问题的能力。习题或试题包括客观题和主观题。客观题即选择题，其覆盖的知识面较宽，能检查应试者对知识的记忆、理解、分析以及综合应用等能力，并且评卷比较客观。主观题即名词解释、问答题和应用题等，有助于学生掌握基本理论、基本知识、基本技能，突出教材重点，考查学生应用能力。本书每章的习题或试题不仅是提出问题，而且都有供参考的解题过程及终答案，这有助于学生全面掌握课程知识和技能。读者可利用本书的启示，系统地复习教材内容，记住重点，弄懂难点，更深刻地理解教材内容，进一步提高分析问题和解决问题的能力。全书共分12章，主要内容如下:第1章《无机非金属材料概述》，主要介绍陶瓷的由来与发展，以及无机非金属材料的基本知识；第2章《晶体结晶学基础》，论述陶瓷材料结晶学基础及晶体材料科学基础问题；第3章《晶体结构与晶体中的缺陷》，讨论晶体结构与晶体中缺陷的特征和性质，缺陷的表征方法，固溶体的类型和特性等；第4章《熔体与玻璃体》，介绍熔体与玻璃体的形成及其特征、熔体结构与性质、玻璃体的结构与性质；第5章《表面与界面》，介绍表面与界面基本知识、固体表面与界面特性、陶瓷原料的表面与界面性质等；第6章《相平衡》，介绍相平衡与相图的基本知识、热力学在相平衡中的应用、多元系统相平衡；第7章《相变》，讨论相变过程的若干问题、相变热力学、相变特征
；第8章《扩散与固相反应》，介绍扩散与固相反应基本概念、扩散的科学基础与特点、固相反应的科学基础与特点；第9章《材料烧结》，讨论材料烧结过程的科学基础问题、材料的烧结内涵与特性、材料烧结过程对材料性能的影响；第10章《传统陶瓷材料与工艺》，论述传统陶瓷材料与工艺、传统陶瓷基础知识、传统陶瓷的原材料种类与性能、传统陶瓷主要工艺过程及要求、传统陶瓷工艺控制和制品性能的改善；第11章
《先进陶瓷》，介绍先进陶瓷材料与工艺的内涵、特种陶瓷基本知识、先进陶瓷材料与工艺的主要内容、功能陶瓷类型与特性和现代陶瓷材料发展及应用；第12章
《中国陶瓷发展史和古陶瓷》，回顾中国陶瓷产业和文化形成与发展过程，介绍古陶瓷定义与鉴别和古陶瓷生产工艺等。本书由清华大学黄勇、杨金龙和汪长安共同编写。南京工业大学陆佩文教授和曾燕伟教授支持、关心并参与指导了本书的编写工作，对书稿提出了重要的修改意见。王亚利老师和部分研究生参与了资料整理、稿件起草及绘图和校对等工作。本书主要内容根据《清华大学材料科学基础》《无机材料物理化学》《陶瓷材料工艺学》等教材及多年教学资料积累，并参考南京工业大学、武汉理工大学、浙江大学、华南理工大学、哈尔滨工业大学、大连理工大学、中南大学等相关专业教材以及相应的习题、考题等资料。在此对这些单位和相关教授表示衷心感谢。对参加编写工作的研究生表示诚挚的谢意。本书编写格式、方法尚无同类书籍借鉴，限于编者水平，书中错误和不当之处在所难免。殷切希望使用本书的教师、学生、读者给予批评指正。特别感谢北京艾斯迪尔热工设备有限公司孙阳博士资助本书的出版。作者[]2017年5月

无机非金属材料题解指南第1章无机非金属材料概述第1章无机非金属材料概述1.1材料——社会进步的重要标志【1】  什么是材料？【答】 材料是人类用来制造有用的物品、器件、构件、机器或其他产品的物质，包括天然形成和人工合成的材料（如土、石、钢铁、铜、铝、陶瓷、半导体、超导体、煤炭、磁石、光导纤维、塑料、橡胶等），以及由它们组合而成的复合材料。【2】  材料与人类历史发展有何关系？【答】 人类社会的历史进步离不开材料的发展，人类发明利用材料，材料又推动了人类社会的进步。人类社会发展得越快，文明程度也越高，这与材料的发展息息相关。材料的发展与人类文明的进步有着千丝万缕的联系，可以说，人类文明的发展史就是材料的发展史。【3】  材料发展有哪些重要意义？【答】 自古以来，材料就是人类物质文明程度和社会进步的标志。人类的历史曾以当时使用的代表性材料命名，如“石器时代”“青铜器时代”“铁器时代”等。材料是人类生存和发展、征服自然和改造自然的物质基础，是人类社会现代化的重要支柱，也是科学技术发展的基础与先导。从现代科学技术发展史可以看到，每一项重大的新技术发明和应用，往往都依赖于新材料的发展。材料科学技术的每一次重大突破，都会引起生产技术的革命，进而加速社会发展的进程，并给社会生产和人们生活带来巨大的变化。可以说“材料发展的历史就是人类的历史，人类的历史也是材料发展的历史”。【4】  什么是无机非金属材料？【答】 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以金属元素或非金属元素的化合物或无机非金属元素单质为组元，原子与原子之间通过离子键或共价键键合而成的材料；也指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质为主要组成的材料，是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称，包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型无机材料等。【5】  广义的陶瓷包括哪些内容？【答】 随着与陶瓷制备工艺相近的无机材料不断出现，陶瓷概念的外延也不断扩大。广义的陶瓷概念几乎与无机非金属材料的含义相同。纵观材料科学与技术的发展，现在陶瓷材料的概念已经不是传统的陶器、瓷器，而是涵盖了传统陶器、瓷器以及先进陶瓷、玻璃、耐火材料、水泥及混凝土、半导体材料和各种无机非金属材料基复合材料等，人们已经认识到陶瓷材料的科学与技术和无机非金属材料科学与技术的内涵是一致的。1.2陶瓷的由来与发展【6】  什么是陶瓷？【答】 传统的概念中，“陶瓷”是指所有以黏土等无机非金属矿物为原料的人工或工业产品。它包括由黏土或含有黏土的混合物经混炼、成型（成形）、煅烧而制成的各种制品。陶瓷是从什么时候产生，由什么人发明的，至今无法查考。不过可以确定的一点是，陶瓷的发明必定是在人类知道用火之后。人类不经意地发现泥土经火烧后竟变成很坚硬，而且不再溶解的，具有一定形状的固体，于是懂得了制作陶器。从此，人类的生活便与陶瓷结下不解之缘。人类一开始只知烧制低温的“陶”，后来才慢慢学会烧制高温的“瓷”。