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特种陶瓷材料的化学键

特种陶瓷材料离子键(亦称电价键、异极键或极性键)是作用于带异性电荷离子间的静电吸引力。

  特种陶瓷材料的化学键原子间结合力有以下四种形式:

  1)特种陶瓷材料离子键(亦称电价键、异极键或极性键)是作用于带异性电荷离子间的静电吸引力。当两种电负性相差大的原子靠近时,电负性小的原子失去电子成为正离子,电负性大的原子获得电子成负离子。正、负离子问的的库仓引力和斥力平衡时,就形成稳定的离子键。由于正、负离子的电子云都具有球形对称性,故离子键没有方向性和饱和性。离子键化合物比较稳定,反映在物理性质上则硬度高、熔点高、热膨胀系数小。最典型的离子键化合物是NaCl。无机化合物中的很大一部分为这类化合物。特种陶瓷材料有相当多的一部分离子化合物同时也含有共价键,甚至范德华键和氢键。

特种陶瓷材料

  2)特种陶瓷材料共价键(亦称同极键)。原子之间以共用电子对的方式达到电子壳层的稳定。当化合前的原子含有自旋方向相反的未成对电子时,就可以俩俩偶合构成电子对,形成一个共价键。如果A、B原子各有一个未成对电子时,则形成共价单键化合物,最简单的例子是H2若A、B原子各有两个或三个未成对电子时,则形成共价双键或三键化合物,N2即是共价三键化合物。若A原子有两个未成对电子,而B原子只有一个时,则形成AB型化合物如H20、H2S等。因为一个电子和另一个电子配对后,就不能再和第三个电子配对,故共价键有饱和性。典型的共价键晶体有金刚石、闪锌矿(ZnS)和纤锌矿(ZnS)、高温方石英(β-Si02)。大部分金属间化合物和Si3N4、siC、B2c等典型特种陶瓷都是共价㈩化合物。一般共价晶体都具有很高的熔点和硬度、良好的光学特性和绝缘性。

  3)特种陶瓷材料金属键。在特种陶瓷中比较少见。

  4)特种陶瓷材料范德华键(亦称剩余键和分子键),是一种较弱的原子间力,没有方向性和饱和性,作用范围约为O.3~0.5nm。范德华键在特种陶瓷中有时也能遇到,例如石墨,在原子层内主要是共价键,也表现出部分金属键特征。以上四种键的结构特征和物理性。特种陶瓷材料常遇到的键是离子键和共价键,这就决定了特种陶瓷的一些基本物理、化学属性。

  各种键的结构特征和特性

键的类型 离子键 共价键 金属键 范德华键
结构特征 无方向性,正、负离子问作紧密堆积,配位数高  有方向性和饱和性,为低配位、低密度结构 无方向性、为很高配位和高密度结构 无方向性,分子按其几何形状许可作紧密堆积
键的强度 中强至强 中强至强 各种强度
晶体的力学性质 强度高,硬度大,无延展性 强度高,硬度大,无延展性 具有各种强度和硬度,延展性好 强度低,硬度小
晶体的热学性质 熔点高,膨胀系数小,熔体内为离子 熔点高,膨胀系数小,熔体内为原子 导热性好,熔点变化大 熔点低,膨胀系数小,熔体内为分子
晶体的电子性质 绝缘体,在熔体中离子导电 绝缘体,半导体,熔体不导电  导电性能好,熔体导电  绝缘体,熔体不导电
晶体的光学性质 折射率较高,完整晶体多为透明     高折射率 不透明,高反射率,和液态性质相似 各性质来源于独立的分子,与溶液或气态的性质相似

  但在实际陶瓷材料中,纯的离子键或纯的共价键几乎是没有的,常常介乎两者之间。为了判断离子键(尸AB)的比例,可用如

  下公式计算:

  PAB==1一exp[一(XA—XB)z/4]

  式中,PAB表示该化合物离子键的比例,XA、XB分别代表元素A和元素B的电负性。XA、XB相差越小,共价键比例越大。当XA=XB时,共价键为1OO%。
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本文“特种陶瓷材料的化学键”由科众陶瓷编辑整理,修订时间:2022-12-16 16:35:15
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