无机非金属材料概论

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1、传统上的无机非金属材料: 陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料四种，主要化学组成均为硅酸盐类第一章 玻璃的结构与性质玻璃态的通性：各向同性、介稳性、无固定熔点、性质变化的连续性和可逆性玻璃态是非晶态固体的一种，习惯上称之为“过冷的液体”玻璃结构的假说：微晶学说 1）玻璃的微晶学说，认为玻璃由微晶与无定形物质两部分组成，微晶具有规则的原子排列并与无定形物质间有明显的界限，微晶尺寸为 1.01.5nm，含量为80%以下，微晶取向无序。2 ）无规则网络学说：他借助于离子结晶化学的一些原理，描述了离子 共价键的化合物，如熔石英、硅酸盐和硼酸盐玻璃，并指出玻璃的近程有序与晶体相似，即形成氧离子多面体（三角体和四面

2、体） ，多面体间顶角相连形成三度空间连续的网络，但其排列是拓扑无序的。根据无规则网络学说将氧化物分为：网络生成体氧化物，网络外体氧化物和中间体氧化物网络生成体氧化物应满足一下条件：1、每个阳离子应与不超过俩个阳离子相联 2、在中心阳离子周围的氧离子配位数必须小于或等于 4。3 、氧多面体相互共角而不共棱或共面 4、每个多面体至少有三个顶角是公用的玻璃的粘度：粘度是指面积为 S 的二平行液层，以一定速度阶梯 dv/dx 移动时需克服的内摩察力 f f=nSdvdx。111111111111 常见氧化物对玻璃粘度的作用归纳如下：1、SiO2 ，AL2O3,ZrO 等提高玻璃粘度，2、碱金属氧化物

3、R2O 降低玻璃粘度，3、碱土金属氧化物对玻璃粘度的作用较为复杂，稀土金属引起粘度增加的能力为：Mg2+Ca2+Sr2+Ba2+，4、PbO,CdO,Bi2O3,SnO 等降低玻璃粘度，此外，Li2O,ZnO,B2O3 等增加低温粘度，降低高温粘度。热历史对玻璃密度影响为：1、玻璃从高温状态冷却时，淬冷玻璃密度比退火玻璃小， 2、在一定退火温度下保温一段时间后，玻璃密度趋于平衡，3、冷却速度越快，偏离平衡密度越高，其 Tg 值也越高。玻璃组成对热膨胀系数的影响主要有以下几个方面：1.能形成网络的氧化物使 降低，能引起断网氧化物使 上升2.R2O 和 RO 主要起断网作用，积聚作用是次要的，而高

4、电荷离子主要起积聚作用3.在玻璃中 R2O 问题不变情况下，引入两种不同的 R+离子产生混合碱效应，同样能使 下降，出现极小值4.中间体氧化在有足够“游离氧”条件下，形成四面体参加网络， 降低第二章 玻璃原料及料制备玻璃主要原料及辅助原料：1）引入 SiO2 的原料 主要有硅砂和砂岩 2）引入 Al2O3 的原料主要有长石和高岭土 3）引入 Na2O 的原料主要有纯碱（Na 2CO3）和芒硝（Na 2SO4）4）引入CaO 的原料：石灰石和方解石。5 ）引入 MgO 的原料：白云石 6）引入 B2O3：硼酸、硼砂7）引入 BaO 原料：硫酸钡、碳酸钡SiO2 作用：提高玻璃化学稳定性，力学性能

5、，电学性能，热血性能等。澄清剂：在玻璃熔制过程中能分解产生气体，或能降低玻璃粘度促使玻璃液中气泡排除的原料。第三章 玻璃的熔制及成型1111111111111111 玻璃的熔制过程：1、硅酸盐的形成阶段：有机物的分解，排出结晶水和吸附水多晶转变生成低熔混合物形成复盐生成硅酸盐。2、玻璃的形成：生成硅酸钠、硅酸钙、硅酸铝、硅酸镁及反应后剩余的 SiO2 开始熔融，它们之间相互熔解和扩散。3、玻璃液的澄清：排除可见气泡：存在于玻璃液中的气体主要有三种状态，即可见气泡、物理溶解的气体、化学结合的气体。熔体中的“无泡”与“去气”是两个不同的概念， “去气”的概念应理解为全部排除前述三类气体，但在一般生

6、产条件下是不可能的，因而澄清过程是指排除可见气泡的过程。在澄清过程中气体间的转化与平衡；在澄清过程中气体与玻璃液的相互作用。4、玻璃的均化：使玻璃内液体成分相同，形成化学成分均匀的透明体。不均体的熔解与扩散的均化过程玻璃液的对流均化过程因气泡上升而引起的搅拌均化作用。5、玻璃的冷却：降低到某一温度，达到成型所需粘度，防止二次气泡的产生，保持合理的热均匀度。第四章 玻璃的退火与淬火玻璃中的应力分类：1.热应力 玻璃中由于存在温度差而产生的应力。又分为暂时应力和永久应力（同过退火可消除）2.结构应力；3.机械应力玻璃的退火：为了消除玻璃中的永久应力，必须将玻璃加热到低于玻璃转变温度 Tg 附近的某

7、一温度进行保温均热，以消除玻璃各部分的温度梯度，使应力松弛。这一选定温度成为玻璃的淬火：是将玻璃制品加热到转变温度 Tg 以上 5060，然后在冷却介质中急速均匀冷却，在这一过程中玻璃的内层和表面将产生很大的温度梯度，由此引起的应力由于玻璃的粘滞流动而被松弛，所以造成了有温度梯度而无应力的状态。玻璃的缺陷：气泡，结石，条纹和节瘤。微晶玻璃（玻璃陶瓷）：把加有晶核剂的特定组成的玻璃在有控条件下进行晶化热处理，使原单一的玻璃相形成了有微晶和玻璃相均匀分布的复合材料。玻璃钢化方法：热钢化，化学钢化玻璃热钢化：在一定的条件下使玻璃进行淬火而使表面产生一层均匀分布的压应力，从而使其强度提高的热处理工艺。

8、玻璃化学钢化：基于玻璃表面离子的迁移为机理，把加热的含碱玻璃浸与熔融盐中处理，通过玻璃与熔盐的离子交换改变玻璃表面的化学组成，使得玻璃表面形成压应力层。第七章 陶瓷原料陶瓷原料按其来源可分为：天然原料和化工原料两大类粘土：是自然界中硅酸盐岩石经过长期风化作用而形成的一种土状矿物混合物，为细颗粒的含水硅酸盐类，具有层状结构。11111111 粘土矿按其结构分类：高岭石类，叶腊石，蒙脱石，伊利石类11111111 粘土类原料工艺性质：1、可塑性，粘土与适量的水混练以后形成泥团，可在外力作用下产生变形但不开裂，外力去除后，仍能保持原有形状的性质。2、结合性：指粘土 1 结合瘠性原料形成可塑性并具有一

9、定干坯强度的能力。3、触变性：指粘土泥浆或泥团受到震动或搅拌，粘度降低而流动增加，静置后渐恢复原状，或泥料在放置一段时间后，在水分不变时泥料变稠和固化的性质。4、收缩性：粘土经干燥后，自由水及吸附水相序排除，粘土颗粒间距缩短而产生的干燥收缩，以及干燥后粘土经高温煅烧，应产生脱水分解作用和液相填充在空隙中并将颗粒合起来，以及某些结晶物质生成使体积进一步收缩的烧成收缩，5、烧结特性。陶瓷的组成成分及作用：1 粘土，提供了可塑性，以保证成形的工艺要求。2 石英是耐熔的骨架成分，3 长石则是助熔石，促使烧结时玻璃相的形成。第八章坯料组成的表示方法：实际配料比表示，矿物组成表示，化学组成表示，坯式表示。

10、11111111 坯式表示坯料：指将陶瓷原料经拣选，破碎等工序后，进行配料，再经混合，细磨等工序后得到的具有成形性能的多组分混合物。预烧作用：帮助碎化原料，减少怌料收缩，改变结构形态，稳定晶型。造粒：细碎后的陶瓷粉料制备成具有一定颗粒的怌料，使其适用于干压或半干压成形工艺。第九章 成型11111111144444 成形成形分类：可塑成型，注浆成型，压制成型。可塑成型 是指对具有一定可塑能力的泥料，如可塑坯料，进行加工成型的工艺过程。注浆成型 （触变性：指泥浆在外力作用下，流动性暂时增加，外力去除后具有缓慢可逆的性质） ；第十章 釉：覆盖在陶瓷怌体表面的一层玻璃态物质。1111111111111

11、 釉的熔融温度范围：熔融温度的下限指釉的软化变形点，称之为釉的始熔温度，上限指完全熔融是的温度，也称流动温度。第十一章 干燥干燥：用加热蒸发的方法除去物料中部分水分的过程称为干燥（除自由水和部分吸附水）按坯体含水的结合特性分为三类：自由水、吸附水和化学结合水第十二章 烧成烧成：将陶瓷坯体加热至高温，发生一系列物理化学反应，然后冷却至室温，坯体的矿物组成与显微结构发生显著变化，外形尺寸得以固定，强度得以提高，最终获得某种特定使用的陶瓷制品，这一工艺过程称为烧成144444111111111111 烧成过程中的物理化学变化 ：低温阶段（室温300C）：也称怌体水分蒸发期，中温阶段（300950C）

12、也称氧化分解及晶型转化期，高温阶段（950最高烧 3 成温度）玻化成瓷期，冷却阶段（烧成温度室温）可分为急冷、缓冷、最终冷三阶段。第十三章 特种陶瓷概述特种陶瓷：具有高强、耐温、耐腐特性或具有各种敏感特性的陶瓷材料，由于其制作工艺，化学组成，显微结构及特性不同于传统陶瓷。特种陶瓷分成两大类，即结构陶瓷（或工程陶瓷）和功能陶瓷。将具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷列为结构陶瓷，而将具有电、光、磁、化学和生物体特性，且具有相互转换功能的陶瓷列为功能陶瓷。特种陶瓷与传统陶瓷的主要区别区别点 传统陶瓷 特种陶瓷原料 天然矿物原料 人工精制合成原料（氧化物和非氧化物两大类）成型 注浆、可塑成型为主

13、 压制、热压制、注射、轧膜、流延、等静压成型为主烧成 温度一般在 1350以下，燃料以煤、油、气为主 结构陶瓷常需 1600左右高温烧结，功能陶瓷需精确控制烧成温度，燃料以电、气、油为主性能 以外观效果为主 以内在质量为主，常呈现耐磨、耐腐蚀、耐高温等各种敏感特性加工 一般不需加工 常需切割、打孔、研磨和抛光用途 炊、餐具、陈设品 主要用于宇航、能源、冶金、交通、电子、家电等行业第十四章 气硬性胶凝材料1111111 什么是胶凝材料石灰胶凝材料：有机胶凝材料、无机胶凝材料石灰消化：煅烧后的生石灰呈块状，使用时应将其变成粉末状，通常，可利用其与水发生反应时能自动松散的特性将其变成干的粉末 CaO

14、 + H2O = Ca(OH)2 + 64.9kJ：反应可逆、反应放热、反应伴随外观体积增大。第十五章 硅酸盐水泥硅酸盐水泥：凡由硅酸盐水泥孰料，0%5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为硅酸盐水泥硅酸盐水泥主要技术要求：1、细度,比表面积应大于 300m2/kg。2、凝结时间，初凝不早于45min，终凝不迟于 6.5h。3 、体积安定性:用沸腾法检验合格。4、强度等级生产硅酸盐水泥的原料：石灰质原料，粘土质原料，铁质校正原料硅酸盐水泥的生产三个阶段：生料制备、孰料煅烧与水泥粉磨孰料的矿物组成：硅酸三钙（3CaSiO2）简写 C3S、硅酸二钙(2CaSiO2)简写 C2

15、S、中间相(铝酸三钙 C3A，铁铝酸四钙 C4AF,玻璃体)、游离氧化钙和方镁石我国目前采用率值：石灰石饱和系数 KH，硅率 SM，铝率 IM水化速率：熟料矿物或水泥的水化速率常以单位时间内的水化程度会水化深度表示。水泥水化速率的影响因素：熟料矿物的组成与结构，水泥的细度，加水量，养护温度，混合材料以及外加剂的性质。水泥与水的化学反应是造成砂浆和混凝土凝结和感化的根本原因1111111 水化速率比较孰料矿物的水化：1.硅酸三钙（C 3S）的水化；2.硅酸二钙（ C2S）的水化；3. 铝酸三钙（C 3A）的水化 4.铁相固溶体的水化结构形成和发展期：放热速率很低，趋于稳定。随着各种水化产物的增多

16、，填入原先由水所占据的空间，再逐渐连接，相互交织，发展成硬化的浆体结构体积变化：化学缩解，湿胀干缩，碳化收缩化学缩解：在水泥的水化过程中，无水的熟料矿物转变为水化物，应相体积逐渐增加，但水泥-水体系的总体积却在不断缩小，应为是化学反应导致，所以称为湿胀干缩：干燥使体积收缩，潮湿时则会发生膨胀，干缩循环科导致反复胀缩，但还有遗留部分不可逆收缩碳化收缩：空气中通常含有 0.03%的二氧化碳，在有水气存在的条件下，会和水泥浆体内所含的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水，其他水合物也和二氧化碳发生反应，在反应同时，硬化浆体的体积减少，出现不可逆的碳化收缩。掺混合材料的硅酸盐水泥：主要品种有：矿渣硅酸盐水泥，火山灰质硅酸盐水泥，粉煤灰硅酸盐水泥。耐火材料：耐火度1580C 的无机非金属材料。耐火材料组成：多相体组成，其矿物相可分为结晶相和玻璃相，又可分为主晶相和基质。2.已知坯式，求化学组成（质量%）例 2：已知某压电瓷坯的坯式为：0.95PbO0.05SrO0.5Zr