无机材料工艺原理 1绪论

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1、无机非金属材料制备工艺原理,本课程教学重点,强调理论联系实际 强调知识间的相互联系 强调能力的培养及潜能的发掘 强调工程技术训练,与其它课程不一致的地方,要求尽快地学会使用学校的图书资源 上课内容不局限于一本教材。 采用案例教学法，从实例中学会归纳出有关知识要点 强调教学互动，鼓励大家参与教学改革。,引 言,材料是人在生活和生产活动的必需品，同人类文明密切相关。石器时代、铜器时代、铁器时代等人类文明发展阶段，就是以相应的材料来命名的。,引 言,20世纪60年代，人们就将材料与信息、能源作为构成当代文明的三大支柱； 20世纪70年代，新材料、信息技术、生物技术作为技术革命的主要标志； 21世纪，

2、很多国家仍然把材料当成优先发展的关键领域之一。,引 言,在人类文明的发展过程中，每一种新材料的发现、开发与应用，都把人类支配自然的能力提高到了一个新的水平。同其它材料一样，在人类文明进程中，无机非金属材料始终发挥着其重要的作用。,引言,要获得这些材料，最关键的是制备材料。 如何制备材料？原理、过程及设备？如何将它们组合起来？ 本课程，就是同大家一道，学习研究无机非金属材料的制备原理及方法。,本课程讲授的主要内容,本课程主要参考书目,无机非金属材料工学 林宗寿，武汉工业大学出版社 陶瓷材料学,周玉，哈尔滨工业大学出版社 工程陶瓷材料 金志浩 西安交通大学出版社 陶瓷导论 , W D 金格瑞中国建

3、筑工业出版社 工程结构陶瓷 郭瑞松 天津大学出版社 新型陶瓷材料手册 钦征骑 江苏科学技术出版社 现代工程陶瓷 戴维 W 里彻辛 建筑出版社 陶瓷工艺学 上、下册 李家驹 新型无机材料 郑昌琼等 科学出版社 2003年 材料科学与工程国际前沿 山东科学技术技术出版社 2003年 有关的期刊资料,教学重点,强调理论联系实际的学习方法，通过寻找有关案例，助于对原理的掌握； 强调各知识点的相互联系，加深对各知识点的综合理解； 强调无机非金属材料的研发思路的体会，建议参与有关工艺过程； 强调学以致用，通过课程的学习，得到工程师的训练； 努力使自己成为材料研发的“老板”。,成绩评定,成绩评定方式： 平时

4、成绩(30%) 考试成绩(70%)； 考试采用闭卷的形式，坚持公平、公正。 考试前不安排集体复习，有关知识点内容，体现在每次课堂、作业及课后的讨论上。,保证措施,要求（总分占30%） 课堂：到课、参与、配合（占10%） 作业：按要求完成（占10%） 交流：课后讨论，主要是教学方法及对本课程的教改意见反馈（占10%） 回报 上课全勤、作业、外文翻译能完成，且能够积极参与课后讨论交流者，平时成绩满分。 督促 上课缺勤3次以上、或作业缺交3次以上，或课后讨论少于2次者，或没有完成翻译者，平时成绩清零。,第一章 绪 论,本部分讲授如下内容： 一、无机非金属材料在材料学中的地位 无机非金属材料的定义及分

5、类 无机非金属材料的发展及现状 无机非金属材料工业的进展 材料与可持续发展 二、无机非金属生产过程简介 生产过程的共性与个性 典型生产工艺流程,材料的分类 金属材料 无机非全属材料 高分子材料 复合材料,材料的分类及特点,材料的分类及特点,无机非金属材料： Inorganic nonmetallic materials 无机非金属材料是除金属材料、高分子材料外的其它所有材料。,材料的分类及特点,陶瓷科学与技术是研究无机非金属材料合成与制备、组成与结构、性能与使用效果四者关系的科学。,材料科学与工程研究对象间的关系,材料的分类及特点,陶瓷科学偏重于研究材料的合成与制备、组成与结构、性能及使用效能

6、各组元本身及其相互关系， 陶瓷工程则着重于研究如何利用这些规律性的研究成果去研制、开发、生产新材料、新产品。 无机材料制备工艺原理，研究材料合成与制备、组成与结构、性能与使用效能诸方面关系与规律的科学体系。,材料的分类及特点,无机材料制备原理与其它课程的关系 基础理论：矿物学、冶金学、物理学、化学； 测试技术：电子显微镜、X-ray衍射、各种谱仪； 新技术：电子技术、空间技术、激光技术、计算机技术、材料工程 结构与性能：控制化学成分和微观结构（组织），研制具有不同性能的陶瓷材料。,材料的分类及特点,陶瓷材料的特点： 塑性差、硬度高、加工性能差 制备特点： 不是生产大量不同品种与规格的原料材料，

7、而是直接生产成产品走向市场。 要求更高： 具备材料的知识，还要具备机械设计与机械加工的知识。要强调跨学科。综合性的科学与工程方面的研究。,无机材料的性能及特点,陶瓷材料在工程应用中应注意的问题： 脆性大、塑韧性低：要注意低应力下的失效，注意安全性与可靠性。 成本与应用：仅数千元的铁质柴油机，若用全陶瓷，其价格要提高23个数量级。 强度设计与材料的合理使用：抗拉强度差，但抗压强度却很高。要尽可能地用其长处。,无机材料的性能及特点,无机材料的性能及特点,所制备长棒型悬式绝缘子的特点： 主要承受拉力 而陶瓷的抗拉性能却十分脆弱，一般情况下，相当于抗压的1/10，抗折也不是其强项。长度越长、直径越粗，

8、其强度的分散性越大。 从使用陶瓷材料材料来看，犯了忌。 解决办法： 从工艺入手，制备出结构更好的陶瓷；从陶瓷结构入手，尽可能地不让瓷件承受拉力，绝缘子结构设计。,无机材料的性能及特点,问题： 夏天骑自行车旅游，人多了易出问题，还是人少了易出问题？ 小件陶瓷易出问题还是大件陶瓷易出问题？ 玻璃纤维的强度高还是玻璃的强度高？ 枪毙一次与枪毙若干次有何区别？,无机非金属材料的定义及分类,无机非金属材料的定义及分类 organic materials：以共价键为代表 metallic materials：以金属键为代表 Inorganic nonmetallic materials：离子键、共价键或离

9、子共价混合键 （可否举出相应的例子？） 特点：高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度及良好的抗氧化性,无机非金属材料的概念及其延伸,普通陶瓷（ceramic、 pottery、 porcelain）是人类最早制备出来的无机非金属材料。它是一尖以可塑性粘土为主要原料，加入瘠性的石英和助熔剂长石，经烧制而成的制品，故有三组分陶瓷之称（triaxialpottery 或 triaxial ceramics）。 历史博物馆就是一个陶瓷的博物馆！,制备这类陶瓷的三个不可缺少的部分： 成型：可塑性粘土 骨架：瘠性的石英 制品：助熔的长石 上述三个部分，现在在不断地延伸。本课程在相应的章节中会再行讨论。,无

10、机非金属材料的概念及其延伸,“硅酸盐” 由SiO2和金属氧化物所形成的盐类。 以硅酸盐类矿物为主要原料，经高温处理制成的材料称为硅酸盐制品（silicate products）或材料（silicate materials）。 工艺过程称为硅酸盐工艺(ceramic process）。 工业称为硅酸盐工业（silicate industry）。,无机非金属材料的概念及其延伸,涌现了大量的不含硅酸盐化合物的陶瓷，如氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硅化物和其它无机非金属材料制成的陶瓷。此外还有金属陶瓷和纤维增强陶瓷等。由于它们在组成、结构及性能不同于普通陶瓷，故称特种陶瓷。 广义的陶瓷包括普通陶瓷和

11、特种陶瓷。,无机非金属材料的概念及其延伸,我国自50年代后期起，曾把非硅酸盐类材料都纳入硅酸盐材料范畴之内（40至50年代初期曾使用“陶业”一词），与国际上广义的“陶瓷”（Ceramics）及日本的“窑业”涵义相同。 广义的硅酸盐材料几乎包括了所有的无机非金属材料。 80年代以来，此概念已较少使用。,无机非金属材料的概念及其延伸,无机非金属材料的分类,分类的困难性： 复杂：材料种类多，历史渊源长 多样性：没有共同的标准 用途广泛：找不到不应用无机非金属 材料的领域,无机非金属材料品种繁多，用途广泛，分类方法也多种多样，至今尚无公认的、系统的分类方法和分类体系。但材料的化学成分、矿物组成、物理性

12、能、材料用途、制造工艺等等都常作为分类的依据,无机非金属材料的分类依据,按工业岩石学方法分类,熔融型材料原料经熔融、冷凝、固结而成的材料 烧结型材料原料按一定的成分、粒度配比后，经高温煅烧，使其化学成分和结构构造发生变化而形成的材料 水硬性材料通过水化作用胶结形成的材料 改性的材料只经化学或物理改性处理的材料 复合材料由无机物与有机物或金属复合制成的材料,按材料性能（功能）分类,机械性能 高强材料、超硬材料、耐磨材料、韧性材料、摩擦材料等 热学性能 耐火材料、绝热材料（保温材料）、传热材料、防火材料等 化学性能 耐腐蚀材料、防水材料、吸附材料、离子交换材料、催化剂载体、胶凝材料等 光学性能 电

13、光材料、导光材料、透光材料、荧光材料、发光材料、感光材料、分光材料等,按材料性能（功能）分类,电学性能 绝缘材料、开电材料、压电材料、铁电材料、超导材料、半导体材料等 磁学性能 磁性材料 声学性能 隔声材料、吸音材料等 核物理性能 放射性材料、反应材料等 生物性能 骨科材料、齿科材料、生物陶瓷等 复合性能 智能材料、梯度功能材料等,按材料的用途分类,各种材料间并非完全独立，而常常是重复性联接和部分性地相互包含的，这在学习与工作过程中特别要引起注意 。,其它常用分类,按材料的化学性质分类 按材料的矿物（晶体）组成分类 根据材料的内部结构特征分类 根据工业生产特点分类,思考与作业,查找有关文献资料

14、，了解无机非金属材料概念及分类。在此基础上，给出你认为较为合理的“无机非金属材料”的概念、分类方案。,无机非金属材料发展简况,陶瓷是最古老的一种材料，是人类征服自然中获得的第一种经化学变化而制成的产品，是人类文明的象征。 注意：我们要从陶瓷的发展史总结陶瓷工艺的特点，并为今所用。,无机非金属材料发展简况,人类最先使用的工具石头 约50万年前，人类学会了用火。 在原始社会末期，我们的祖先开始用火烧制陶器。 进入了新石器时代,无机非金属材料发展简况,陶瓷的发展情况： 石器远古时代 粗陶器原始部落 原始瓷器及上釉彩陶商代 青瓷东汉 经唐、宋、元、明、清的发展 现代日用陶瓷及具备各种独特性能的高技术陶

15、瓷,我国陶瓷的发展简况,仰韶文化和龙山文化时期，能在950的氧化性炉气的窑中烧制红陶，在温度达1050的还原性炉气中烧制薄胎黑陶与白陶。 7000多年前的浙江河姆渡，3000多年前的殷、周时期发明了釉陶，窑炉温度提高到了1200。 东汉时期出现了瓷器，并于9世纪传到了非洲东部和阿拉伯国家，13世纪传到日本，15世纪传至欧洲。瓷器成了中国文化的象征，对世界文明产生了极大的影响。,我国陶瓷发展简史陶的起源,通过对出土古陶器的研究及用放射性同位素C14测定，我国最早出现的陶器： 北方：裴李岗遗址陶器：已有8000年 磁山遗址陶片：有7300年， 浙江：余杭河姆渡：有7000多年 全国已发现的新石器时

16、代最早的陶器之一。,我国陶瓷发展简史彩陶和黑陶,河南省渑池仰韶村，发现新石器时代晚期人类遗址中有一批精美的彩色陶器，考古学家称之为“彩陶”，并称这一时代的文化为“仰韶文化”。此后，在陕西、山西、河北、河南、甘肃以及新疆、青海、内蒙古等地，也找到了类似的陶器。 早期的仰韶文化，距今约6400年。,我国陶瓷发展简史彩陶和黑陶,彩陶色彩大部分作灰红色，画有红、黑或紫色的几何图案和自然而豪放的其他图案。器壁厚薄相当均匀，造型端正简朴。 19581959年，在华县泉护村仰韶遗址，发现有全部轮制的小陶碟，证明陶器制作的重要工具陶轮，早在仰韶文化的晚期已经出现了。,我国陶瓷发展简史彩陶和黑陶,在山东历城龙山镇城子崖发现有许多黑色陶器。这是新石器时代的末期，继仰韶文化之后发展起来的、考古学家称之为“黑陶”，并称这一时代的文化为“龙山文化”，也称“黑陶文化”。先后在山东、河南、陕西、山西、河北和江苏等黄河中下游以及东部滨海地区发现了数百处龙山文化遗址。 龙山黑陶在烧制技术上有了显著进步，它广泛采用了轮制技术，器