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1、传统无机非金属材料简介,1,目录,材料分类 常见的硅酸盐材料的原料 传统无机非金属材料简介 玻璃 陶瓷,2,材料,无机非金属材料,金属材料,高分子材料,传统无机非金属材料,新型无机非金属材料, 硅酸盐材料, 半导体材料、超硬 耐高温材料 、 发光材料等, 金属、合金, 塑料、合成橡胶、合成纤维,一、 材料的分类,3,二、常见硅酸盐材料的原料,无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。 硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一。,4,无机非金属材料的主角硅,5,日加常见含硅产品,陶粒砂 莫来石 漂珠 云母 石英 沸石
2、,6,常见硅酸盐材料 原料,传统硅酸盐材料通常以黏土、钾长石、钠长石、石英为原料。 黏土矿物 高岭石：Al2O3.2SiO2.2H2O 钾长石 K2OAl2O36SiO2 钠长石 Na2OAl2O36SiO2 石英 SiO2,7,1、黏土,黏土是一类层状硅酸盐，层片由硅氧四面体和铝氧八面体组成。,8,黏土分类,按其构成黏土的主要矿物分类高岭石类。属于这一类的有高岭石、珍珠陶土、地开石和多水高岭石。蒙脱石（微晶高岭石）类。属于这一类的有蒙脱石、拜来石等。伊利石（水云母）类。属于这一类的有水云母、绢云母等。叶腊石类。它并不属于粘土矿物，因其某些性质近于黏土，而划归黏土之列。如福建寿山石、浙江青田等
3、。水铝英石类。它不是常见的粘土矿物，而包含在其他黏土中，呈无定形状态存在。,9,2、钾长石,钾长石（K2OAl2O36SiO2）通常也称正长石。它具有熔点低（115020），熔融间隔时间长，熔融粘度高等特点，广泛应用于陶瓷坯料、陶瓷釉料、玻璃、电瓷、研磨材料等工业部门及制钾肥用。,莫氏硬度,10,3、钠长石,钠长石主要用于制造陶瓷、肥皂、瓷砖、地板砖、玻璃、磨料磨具等，在陶瓷上主要用于釉料。 钠长石特点（与钾长石比较） 1、在高温时对石英、粘土、莫来石的熔解快，溶解度大。 2、熔融温度低，透明度好。 3、熔融温度范围较钾长石窄，熔体高温粘度较小，随温度的变化较快。,11,4、石英,由二氧化硅组
4、成的矿物，化学式SiO2。纯净的石英无色透明，因含各种杂质，颜色各异，有以下异种： 水晶（rock crystal):无色透明 紫水晶（amethyst):紫色透明或半透明，加热可脱色。 蔷薇石英（rose quartz):浅玫瑰色，致密半透明。 烟水晶（smoky quartz）：颜色或褐色透明异种。成色原因是在辐射线作用下，Si被Al代替，是四面体产生顺磁中心缺失引起。颜色进一步加深就成为墨晶（black quartz） 黄水晶（citrine）：黄金色或柠檬黄色,12,石英相变,13,石英是天然界最常见的低温石英，其晶体结构为正六面体,正六面体结构,石英(quartz)- ,14,石英为
5、斜六面体结构，在花岗岩中的石英颗粒为石英 石英斜六面体结构,石英(quartz)- ,15,方石英(Cristobalite),16,17,三、传统无机非金属材料,水泥 玻璃 陶瓷 搪瓷 研磨材料 铸石 辉绿岩、玄武岩、铸石等； 多孔材料：硅藻土、蛭石、沸石、多孔硅酸盐和硅酸铝等 ； 碳素材料：石墨、焦炭和各种碳素制品等； 非金属矿：石膏、云母、大理石、金刚石等,18,玻璃,玻璃由二氧化硅和其他化学物质熔融在一起形成的（主要生产原料为：纯碱、石灰石、石英）。有石英玻璃、硅酸盐玻璃、钠钙玻璃、氟化物玻璃、高温玻璃、耐高压玻璃、防紫外线玻璃、防爆玻璃等。通常指硅酸盐玻璃。 普通玻璃的化学组成是Na
6、2OCaO6SiO2。,19,玻璃特性,玻璃是一种无规则结构的非晶态固体，具有： 各向同性 无固定熔点 介稳性 玻璃是一种亚稳态固体材料。 渐变性可逆性 熔融状态 固体状态，没有新相产生。,20,浮法玻璃的制造过程示意图,21,玻璃中各成分的作用,玻璃的组成是指其化学成分组成，反映了构成玻璃的各种氧化物的含量，通常用质量分数表示。 SiO2 ：硅砂，硅石粉 降低玻璃热膨胀系数，提高热稳定性、化学稳定性、软化温度、硬性机械强度 Al2O3： 硅砂，白云石 降低玻璃的结晶倾向，提高玻璃的化学稳定性和热稳定性、机械强度、硬度和折射率 Fe2O3： 硅砂，石灰石 属于杂质，少量可以引起玻璃着色,22,
7、CaO： 石灰石，白云石 能增加的化学稳定性，在高温时能够降低玻璃的粘度，有利于玻璃的澄清和融化，在温度降低时，玻璃的粘度增加，成型后必须立刻进行退火，否则易炸裂 MgO： 白云石 可以改善玻璃的成型性能，降低结晶倾向和结晶速度，增加玻璃的高温粘度，提高玻璃的化学稳定性和机械强度 Na2O：纯碱，芒硝 可以降低玻璃的粘度，使玻璃易于融化，有利于降低溶质温度，节约能源的作用，是最好的助熔剂。 碎玻璃 可以节约原料，加速玻璃熔制过程，节约能耗，提高融化率，有利于澄清和均化，改善成型性能，而且保管简便,23,引入SiO2的原料 主要有石英砂和砂岩，约占配合料总量的70%72%左右。,浮法玻璃生产中
8、原料粒度对质量影响,1、SiO2,24,粒度要求,最合适的颗粒直径为0.1060.5mm。 最合适的沙粒形状为棱角形，因为棱角形的面积大，与助熔剂的接触机会多，在混合、运输过程中不易分层。 硅质原料颗粒度的下降有利于玻璃的熔制； 但过细，除了飞料、易分层外，细粉会过早与配合料中含钠、钙、镁的物质反应，生成密度大、黏度小的初生熔体； 颗粒表面积增大，产生颗粒间的静电吸附效应，造成配合料的团聚； 熔化过程中，反应速度快，发泡激烈，产生的微小气泡部易排除，难于澄清。,25,引入CaO和MgO的原料 引入的CaO原料主要有白云石（CaCO3MgCO3）、石灰石和方解石、白垩(CaCO3)等； 由于需要
9、引入MgO，所以，又以用白云石为主，CaO不足部分用石灰石或方解石补充。,2、CaO和MgO,26,粒度的要求,过细的白云石颗粒会吸附在较大的硅质颗粒周围，阻碍砂粒参与反应； 较粗的石灰石颗粒在硅酸盐反应初期不被初生相所润湿，在1200以上则急速分解，CaO和MgO能很快参加反应，使生成物的黏度迅速下降，加之分解气体的搅拌作用，有利于玻璃的澄清和均化； 少量白云石细粉不影响玻璃澄清质量； 15%左右的0.150.08mm白云石细粉，能提高玻璃的熔化和澄清质量,27,引入Al2O3的原料 常用的长石分为钾长石（K2OAl2O36SiO2）和钠长石 (Na2OAl2O36SiO2)； 由于混碱效应
10、和钾能改善玻璃的光泽，现在玻璃企业一般侧重于使用钾长石；,3、Al2O3,随着长石颗粒尺寸的下降，玻璃的熔制和澄清质量会变好，但0.08mm以下会使玻璃的澄清质量变差。,28,引入Na2O的原料 纯碱、芒硝 A.纯碱 (Na2CO3) 分为结晶纯碱(Na2CO310H2O)和煅烧纯碱(Na2CO3)，玻璃工业采用煅烧纯碱。 煅烧纯碱分为轻质碱和重质碱 轻质碱的假密度为0.11g/cm3。颗粒细小（50%，0.1250.42mm粒级0.1mm粒级占90%以上，飞扬和分层倾向较小，有利于混合均匀。,Na2O,29,陶瓷,30,陶瓷,陶瓷包括陶器和瓷器，是指用可塑性制瓷粘土和瓷石矿做胎体，用长石和石
11、英等原料制釉，并且通过成型、干燥、烧制而成的制品。 陶瓷的基本化学成分都是硅酸盐，大致分为陶器，炻器和瓷器。 1)陶器：10%吸水率3%坯体未被玻化或玻化程度差，结构不致密，断面粗糙，敲击声沉 浊。 （内墙砖属于这类） 2)炻（ sh ）器：3%吸水率0.5%，玻化程度及其他物理性能介于陶质和瓷质之间。 （外墙砖、紫砂等属于这类） 3)瓷器：吸水率0.5%，玻化程度高，结构致密、细腻，断面呈石状，敲击声清脆。,31,元青花鬼谷子下山 2005年拍卖2.3亿,32,陶土,陶土是陶器原料。矿物成分复杂，主要由高岭石、水白云母、蒙脱石、石英和长石组成。颗粒大小不一致，常含砂粒、粉砂和粘土等。具吸水性
12、和吸附性，加水后有可塑性。颜色不纯，往往带有黄、灰等色，因而仅用于陶器制造。 含二 氧化硅65.18-71.86%，三氧化二铝15.02-17.99%，三氧化二铁3.27-6.61%，氧化钙 0.75-1.68%，氧化镁0.89-2.07%，烧失量4.19-6.20%。 陶土主要用作烧制外墙、地砖、陶器具等。,33,瓷土,瓷土又称高岭土、白陶土、阳土、主要成分是硅酸铝水合(A12O3.2SIO2.2H2O)。 高岭土是一 种重要的非金属矿产，与云母、石英、碳酸钙并称为四大非金属矿。 纯粹瓷土的成分是：SiO2 46.51%,Al2O3 39.54%,H2O 13.95%,34,陶瓷制造过程示意,35,Al2O3-SiO2相图,莫来石是Al2O3一SiO2系中唯一稳定的二元化合物。 在煅烧粘土、高铝质原料（如蓝晶石、红柱石、硅线石）和陶瓷时生成。是粘土砖、高铝砖和瓷器等的主要组分。,36,谢谢大家,37,
