本书主要介绍了无机非金属材料领域内的各种材料及其制品的基础共性规律，阐述无机非金属材料的组分、结构和性能之间相互关系和内在机理，主要内容有晶体几何基础、晶体化学基础、晶体结构、晶体结构缺陷、固溶体、熔体和非晶态固体、固体的表面与界面、浆体的胶体化学原理、相平衡和相图、扩散与固相反应以及烧结等。
本书可作为高等院校无机非金属材料专业本科生的专业基础课程教材，也可作为材料科学与工程和材料学相关专业本科生的教学用书和参考书，同时也可作为无机非金属材料领域科技人员的参考用书。

第一章晶体几何基础1
第一节晶体的概述2
一、晶体的定义2
二、空间格子3
三、晶体的基本性质4
第二节晶体的对称与分类5
一、对称的概念5
二、对称操作及对称要素6
三、对称要素的组合定理8
四、对称型9
五、晶体的对称分类10
六、对称型的国际符号12
第三节晶体的理想形态13
一、单形13
二、聚形15
第四节晶体定向与结晶符号16
一、晶体的定向16
二、晶面指数和晶向指数17
三、晶向符号和晶面符号的关系19
四、晶带定律19
五、晶面间距与晶面指数的关系19
第五节晶体内部结构的基本特征20
一、空间格子的选择20
二、平行六面体中结点的分布及格子类型20
三、14种空间格子20
第六节晶体内部结构的微观对称要素22
一、平移轴23
二、螺旋轴23
三、滑移面23
第七节空间群24
一、空间群的概念24
二、空间群的国际符号25
习题25

第二章晶体化学基础26
第一节晶体中的化学键及结构概述27
一、离子键27
二、共价键27
三、金属键28
四、范德瓦耳斯键28
五、氢键29
六、极性共价键29
七、半金属共价键29
第二节球体的紧密堆积原理29
一、等径球体紧密堆积30
二、不等径球体紧密堆积32
第三节影响离子晶体结构的因素33
一、原子半径和离子半径33
二、配位数和配位多面体34
三、离子的极化35
四、电负性36
第四节同质多晶与类质同晶37
一、同质多晶与类质同晶概念37
二、同质多晶转变38
第五节鲍林规则39
一、第一规则39
二、第二规则39
三、第三规则40
四、第四规则41
五、第五规则41
习题42

第三章晶体结构43
第一节典型无机化合物晶体结构44
一、立方紧密堆积系列44
二、六方紧密堆积系列50
三、其他晶体结构54
第二节硅酸盐晶体结构55
一、岛状结构56
二、组群状结构57
三、链状结构58
四、层状结构60
五、架状结构64
习题69

第四章晶体结构缺陷70
第一节晶体结构缺陷的类型71
一、按点缺陷对理想晶格偏离的几何位置及成分分类71
二、按产生缺陷的原因分类72
第二节缺陷化学反应表示法74
一、克罗格-文克缺陷符号74
二、缺陷反应方程式书写规则77
第三节热缺陷浓度的计算79
第四节非化学计量化合物81
习题85

第五章固溶体86
第一节固溶体的分类88
一、按杂质原子在固溶体中的位置分类88
二、按杂质原子在晶体中的溶解度分类89
第二节置换型固溶体89
一、影响置换型固溶体中溶质离子溶解度的因素90
二、置换型固溶体中的“组分缺陷”93
第三节间隙型固溶体93
第四节固溶体的性质94
一、活化晶格，促进烧结94
二、稳定晶型95
三、催化剂95
四、固溶体的电性能95
五、透明陶瓷及人造宝石96
第五节固溶体的研究方法98
一、固溶体生成类型的粗略估计98
二、固溶体类型的实验判别98
习题100

第六章熔体和非晶态固体101
第一节熔体的结构102
一、熔体的结构特点102
二、熔体组成与结构103
三、熔体温度与结构105
第二节熔体的性质105
一、黏度105
二、导电性能108
三、表面张力109
第三节玻璃的通性111
一、各向同性111
二、介稳性111
三、熔融态向玻璃态转化的可逆与渐变性111
四、物理化学性质变化的连续性112
第四节非晶态固体形成113
一、非晶态固体的形成113
二、玻璃形成条件116
第五节玻璃的结构122
一、晶子学说122
二、无规则网络学说123
三、晶子学说与无规则网络学说对比126
第六节玻璃实例126
一、硅酸盐玻璃126
二、硼酸盐玻璃129
三、磷酸盐玻璃131
四、锗酸盐玻璃132
习题132

第七章固体的表面与界面133
第一节固体的表面135
一、固体表面的定义与分类135
二、固体的表面特征136
三、固体的表面结构138
四、固体的表面能140
第二节固体的界面142
一、固-液界面142
二、固-固界面152
第三节陶瓷基复合材料中的界面159
一、复合材料界面的作用159
二、陶瓷基复合材料的界面160
习题161

第八章浆体的胶体化学原理162
第一节黏土-水系统的泥浆体163
一、黏土的带电性163
二、黏土的离子交换165
三、黏土-水系统的电动性质167
四、黏土-水系统的胶体性质170
第二节非黏土的泥浆体177
一、非黏土的泥浆体悬浮178
二、非黏土瘠性物料的塑化180
习题182

第九章相平衡和相图183
第一节相平衡的基本概念184
一、系统185
二、相185
三、组分、独立组分186
四、自由度187
五、相律187
第二节单元系统相图187
一、水型物质与硫型物质188
二、具有同质多晶转变的单元系统相图189
三、可逆（双向）多晶转变与不可逆（单向）多晶转变189
第三节单元系统相图应用191
一、SiO2系统相图的应用191
二、ZrO2系统相图的应用194
第四节二元系统相图类型和重要规则195
一、具有一个低共熔点的简单二元系统相图197
二、生成一个一致熔融化合物的二元系统相图199
三、生成一个不一致熔融化合物的二元系统相图199
四、生成在固相分解的化合物的二元系统相图201
五、具有多晶转变的二元系统相图201
六、形成连续固溶体的二元系统相图201
七、形成有限固溶体的二元系统相图202
八、具有液相分层的二元系统相图203
第五节二元相图及应用203
一、CaO-SiO2系统相图203
二、Al2O3-SiO2系统相图206
三、MgO-SiO2系统相图207
四、Na2O-SiO2系统相图208
第六节三元系统相律及组成表示210
一、三元系统相律210
二、三元系统组成表示方法210
第七节三元系统相图规则211
一、等含量规则和定比例规则211
二、杠杆规则212
三、重心规则212
第八节三元相图类型213
一、具有一个低共熔点的三元立体相图及平面投影图213
二、三元凝聚系统相图基本类型216
第九节三元系统相图应用225
一、CaO-Al2O3-SiO2系统225
二、K2O-Al2O3-SiO2系统230
三、MgO-Al2O3-SiO2系统233
四、Na2O-CaO-SiO2系统236
第十节四元系统相图简介*238
一、系统的组成表示法及四面体的性质238
二、最简单的四元系统相图239
三、界面、界线及无量变点上的结晶过程240
习题244

第十章扩散与固相反应246
第一节扩散动力学方程247
一、扩散的基本特点247
二、扩散动力学方程248
三、扩散动力学方程的应用250
第二节扩散的推动力252
一、扩散的一般推动力252
二、逆扩散实例252
第三节扩散机制和扩散系数253
一、扩散的布朗运动理论253
二、质点迁移的微观机构254
三、扩散系数254
四、非化学计量氧化物中的扩散256
第四节扩散的影响因素258
一、晶体的组成258
二、化学键的影响259
三、结构缺陷的影响259
四、温度与杂质对扩散的影响260
第五节固相反应类型与机理261
一、固相反应类型261
二、固相反应机理262
第六节固相反应动力学263
一、固相反应一般动力学关系263
二、化学控制反应动力学265
三、扩散控制反应动力学266
第七节影响固相反应的因素271
一、反应物化学组成与结构的影响271
二、反应物颗粒尺寸及分布的影响271
三、反应温度、压力与气氛的影响273
四、矿化剂及其他影响因素274
习题274

第十一章烧结276
第一节烧结的概述277
一、烧结的定义277
二、烧结的过程277
三、相关概念278
四、烧结推动力279
五、烧结模型280
第二节固态烧结281
一、蒸发-凝聚传质281
二、扩散传质282
第三节液态烧结287
一、液态烧结特点287
二、流动传质机理288
三、溶解-沉淀传质机理290
四、各种传质机理分析比较292
第四节晶粒生长与二次再结晶293
一、晶粒生长293
二、二次再结晶298
三、晶界在烧结中的应用299
第五节烧结的影响因素300
一、原始粉料的粒度300
二、外加剂的作用301
三、烧结温度和保温时间302
四、盐类的选择及其煅烧条件302
五、气氛的影响303
六、成型压力的影响303
习题303

参考文献305

材料是人类社会发展的物质基础，随着科学技术的飞速发展，材料学领域已取得丰硕的研究成果。然而，现代材料科学和技术的高速发展给新时期材料工程技术人才的培养提出了更高的要求。立德树人是高等教育的根本任务，高校课程教学应秉承“学生中心、产出导向、持续改进”的教育教学理念，实现复合型人才的培养目标。
无机非金属材料、金属材料和高分子材料是材料领域中三大主体体系，由于各种材料体系中化学键性质不同，其展现出不同的结构和性质。无机非金属材料主要由离子键和化学剂键构成，在现代材料科学技术中占有举足轻重的地位，广泛应用于航空航天、电子信息、半导体、能源储存与转换和生物医药等领域。
本教材由教学团队在多年实践教学的基础上编写而成，以满足新时期新工科人才培养的需求。内容主要包括晶体几何基础、晶体化学基础、晶体结构、晶体结构缺陷、固溶体、熔体和非晶态固体、固体的表面与界面、浆体的胶体化学原理、相平衡和相图、扩散与固相反应以及烧结等。通过学习，学生可以掌握无机非金属材料中的基本概念、微观结构和影响规律，熟悉无机非金属材料的成分和组织结构等与性质之间的关系，深入了解无机非金属材料的扩散、固相反应和烧结等过程的特点和规律，为无机非金属材料的设计制备奠定理论基础，培养运用专业基础理论知识解决实际复杂工程问题的能力。为了更好地提高教学效果，本教材在每章内容之前绘制了思维导图，对本章的内容进行概括，突出章节的重点和难点，方便学生把握整体章节内容、建立整体的知识框架结构和后续的课后复习。另外，考虑到在学习该课程之前，学生已经学习了一些基础类课程，因此删减了与物理化学和大学化学等基础课程内容重复的部分，以更好地体现无机非金属材料的特色内容。
本书共11章，由山东大学材料科学与工程学院的无机非金属材料研究所张伟彬教授和钱磊教授主编，龚红宇教授主审。教材具体编写分工如下：
龚红宇教授编写第一、三章；孙晓宁高级实验师编写第二章；韩桂芳教授编写第四、五章；王素梅副教授编写第六章；张子栋教授编写第七、八章；张伟彬教授编写第九章；钱磊教授编写第十、十一章。
感谢一些同行在本书编写过程中给予的支持和帮助， 感谢化学工业出版社对本书编写工作的指导。由于作者水平和经验有限，书中难免有疏漏和不妥之处，敬请广大读者批评指正。

编著者
2025年2月