《无机非金属材料工艺学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机非金属材料工艺学（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、合肥学院Hefei University无机非金属材料工艺学课程总结题目：无机非金属材料工艺学课程总结年级：XXXXXXXXXX学 号：XXXXXXXXXXXX姓名：XXXXXX指导老师：田长安2017 年 6月 4 日无机非非金属材料工艺学课程总结无机非金属材料科学与工艺：是一门研究材料组成、结构、合成与制备、使用效 能四者之间的关系与规律的科学。合成与制备：是研究如何将原子、分子聚合起来并最终转变为有用产品的一系列 连续过程，是提高材料质量、降低生产成本的关键，也是开发新材料、新器件的 中心环节。组成：是指构成材料物质的原子、分子、添加剂及其分布。 结构：是指组成原子、分子在不同层次上彼此
2、结合的形式、状态和空间分布。组成和结构是材料的基本表征。它们一方面是特定的合成与制备条件下的产 物，另一方面又是决定材料性能与使用效能的内在因数。无机非金属材料工艺学的研究内容：了解材料的组成与结构及它们同合成与 制备之间、性能与使用效能之间的内在联系。材料材料的定义：能够用以加工有用物质的物质。 无机非金属材料：是除金属材料和有机高分子材料之外的所有材料的总称。 无机非金属材料的特性1、与金属材料和有机高分子材料的区别化学组成：(1) 无机非金属材料：氧化物、碳化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐和非氧化物(如氮化物SiN、碳化物SiC、氮化硼BN)34等。( 2 )金
3、属材料：一般为固体单质材料(除水银外)。( 3)有机高分子材料：碳、氢、氧、氮、氯等元素组成的化合物。 化学键组成：(1) 无机非金属材料：主要为离子键(如NaCl)或离子-共价键(如SiO离子 键和共价键各占 50%)。碳材料是例外，如金刚石是共价键，石墨是共价键2和金 属键(2) 金属材料：金属键( 3)有机高分子材料：共价键2、无机非金属材料的特征( 1 )具有复杂的晶体结构( 2)没有自由电子(石墨除外)( 3 )高硬度( 4)较好的耐化学腐蚀能力( 5 )绝大多数是绝缘体( 6 )制成薄膜时大多是透明的( 7 )一般具有低导热性( 8 )大多数情况下变形微小3、无机非金属材料的基本属
4、性( 1 )高熔点、高硬度、高抗压（2）耐腐蚀、耐磨损（3）良好的抗氧化性、隔热性（4）优良的介电、压电、光学、磁学性能及功能转换特性（5）抗拉强度低、韧性差 无机非金属材料生产过程的共性与个性1、原料 共性：都是以铝硅酸盐（粘土、长石等）、硅质、石灰质、铝质原料为主。 个性：化学组成不同2、原料的破碎 共性：绝大多数原料都需要破碎 为什么绝大多数原料都需要破碎？ 破碎后的好处：（1）好均化、烘干、配料（2）利于成型（3）利于热处理，节能（4）产量高，产品性能好，且稳定3、粉体的制备 陶瓷：一般采用湿法制备粉体 水泥：湿法和干法制备 玻璃：干法制备4、成型 陶瓷成型：在高温热加工之前 玻璃成型
5、：在高温热加工之后 水泥成型：在使用时5、烘干 水泥：在粉体制备之前，粘土、混合材需要烘干 陶瓷：成型后的坯体必须烘干6、高温热处理 水泥：通过煅烧获得水泥熟料 玻璃：熔融获得均匀、透明、无缺陷的熔体 陶瓷：形成坚硬的烧结体水泥1. 水泥的基本性质 水泥浆具有良好的可塑性、与其他材料混合后的混合物可拥有适当的和易性 较强的适应性较好的耐侵蚀、防辐射性能 硬化后的水泥浆具有较高的强度，且强度随龄期的延长而逐渐增长 良好的耐久性通过改变水泥的组成，可适当调整水泥的性质可与纤维、聚合物等多种有机-无机材料配制的各种水泥基复合材料，充分发挥 材料的潜能2. 水泥的定义与分类通用水泥专用水泥 特种水泥：
6、快硬高强水泥膨胀水泥自应力水泥水工水泥油井水泥：特别注意在不同温度和压力情况下水泥的稠化时间的变化 装饰水泥耐高温水泥 其它特种水泥：道路硅酸盐水泥、防辐射水泥、耐酸水泥、砌筑水泥、 高效无声破碎剂等注意：使用高效无声破碎剂一定要考虑温度的影响玻璃1、玻璃的特性（1）玻璃的定义及基本特性 传统玻璃的定义：熔融物冷却、硬化而得到的非晶态固体 基本特性：（a）透明、坚硬，良好的耐蚀、耐热、电学和光学性质（ b ）适用不同使用条件的要求（ c ）易于制备各种形状制品或部件2、玻璃的通性1）各向同性2）介稳性3）无固定熔点4）固态和熔融态间转化的渐变性和可逆性5）性质随成分变化的连续性和渐变性3、玻璃
7、的分类（ 1 ）按组成分类 元素玻璃：单一元素的原子构成的玻璃。有硫系玻璃、硒玻璃等。 氧化物玻璃：借助桥氧形成聚合结构的玻璃。非氧化物玻璃：（a）卤化物玻璃（氟化物玻璃如BeF2）和氯化物玻璃（如ZnCl2） 等。（b）硫族化合物玻璃2）按用途分类氧化物和非氧化物的混合玻璃：如BaF2-Al2O3-P2O5玻璃等。建筑玻璃 日用轻工玻璃 仪器玻璃3）按性能分类光学特性分：光敏玻璃、声光玻璃、光色玻璃、高折射玻璃、低色散玻璃、反射 玻璃、半透过玻璃、透红外玻璃等等。热学特性分：热敏玻璃、隔热玻璃、耐高温玻璃、低膨胀玻璃等 电学特性分：高绝缘玻璃、导电玻璃、半导体玻璃、高介电玻璃、超导玻璃等 力
8、学特性分：高强玻璃、耐磨玻璃等化学稳定性分：耐碱玻璃、耐酸玻璃等4）按形态分类泡沫玻璃玻璃纤维薄膜玻璃等5）按颜色分类无色玻璃颜色玻璃半透明玻璃乳白色玻璃等石英玻璃：其光学性能有独到之处，它既可以透过远紫外线，是所有紫外材料最 优者，又可透过可见光和近红外光谱，热膨胀系数极小，化学稳定性好，气泡、 条纹、均匀性、双折射有可与一般光学玻璃媲美，所以它是在各种恶劣场合下工 作具有高稳定度光学系数的必不可少的光学材料。产品应用 主要应用于军工、激光、冶金、光学仪器、舞台灯光等行业的高温窗口。陶瓷1、陶瓷的定义与分类 传统陶瓷定义：以无机非金属天然矿物或化工产品为原料，经过原料处理、 成型、干燥、烧结
9、等工序制成的产品。是陶器和瓷器的总称。陶瓷的分类：（1）按组成分类：硅酸盐陶瓷氧化物陶瓷非氧化物陶瓷（2）按性能分类： 普通陶瓷：包括日用陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷等 特种陶瓷：包括结构陶瓷、功能陶瓷2、陶瓷的基本性能与特点（1）陶瓷的显微结构 由结晶相、气孔和玻璃相组成。（2）陶瓷的基本性能 较高的弹性模量 强度高，抗压强度远远大于抗拉强度耐磨性能良好 好的耐久性，如抗氧化，耐高温、耐腐蚀 硬度高优良的电绝缘性能 脆性大，经不起外力撞击，也不能急冷急热。理论强度高，但实际强度远远 低于理论强度原因：陶瓷材料存在很多微裂纹微裂纹一旦形成，就会迅速的扩展 对于金属，在外力的作用下可以产生塑性变形，
10、塑性变形可以吸收扩展裂纹的能量，起到止裂纹的作用。对于陶瓷，缺乏塑性变形，裂纹一旦形成，材料内部的应力就会集中 在裂纹的尖端，推动裂纹的扩展，直至断裂。如果是在热冲击的情况下，由于陶 瓷材料导热性差，热应力因此增加，促进裂纹迅速扩展。无机非金属材料的组成及配料计算1.无机非金属材料的组成(l)CaO-Si02-Al203 系统在CaO-Si02-Al203系统中，随着各氧化物之间比例的不同，生成的矿物组成极 其复杂。其中主要有：硅酸三钙c3s硅酸二钙c2s钙铝黄长石c2as铝酸一钙CA铝酸三钙c3a七铝酸十二钙C12A7二铝酸一钙CA六铝酸一钙CA661)硅酸三钙(C3S)。 主要由硅酸二钙和
11、氧化钙反应生成。在水泥中其含量为50%左右，有时 高达60%以上。C3S在1250C2065C时稳定，在1250C以下分解为C2S和CaO。思考：为什么水泥在常温下有C3S存在？C3S又分属于三个晶系的七种变型：三方晶系的R型；单斜晶系的M、M、3hiIIMI型和三斜晶系的T、T、型。纯C3S在常温下，通常只能保留三斜晶系(T型)，如含有少量MgO、A12O3、 S03、ZnO、Cr2O3、Fe2O3和R2O等稳定剂形成固溶体，便可保留M型或R型。故硅酸三 钙通常为M型或R型。硅酸三钙固溶体的密度为31403250kg / m3。阿利特或A矿：在硅酸盐水泥熟料中，C3S并不是已纯的形式出现，总
12、含有 少量的MgO、Al2O3 、Fe2O3等形成固溶液，称为阿利特或A矿。硅酸三钙加水调和后，初凝时间大于或等于45min,终凝时间小于或等于12h。它水化较快。粒径为4045um的硅酸三钙颗粒加水28d后，有70%左右与水反应。所以硅酸三钙可产生较高的强度，且强度发展比较快，早期强度较高，且强度增进率较大，28d强度 可以达到它一年强度的70%80%。但硅酸三钙水化热较高，抗水性较差。C3S含少量其他氧化物形成的固溶体，将影响它的反应能力和晶型。另外, 硅酸三钙固溶体晶体尺寸和发育程度会影响其反应能力。当烧成温度高时，C3S固溶体晶形完整，晶体尺寸适中，几何轴比为晶体长 度与宽度之比L/B
13、=23)，矿物分布均匀，界面清晰，强度较高。当加矿化剂或用急剧升温等新的煅烧方法低温烧成时，虽然很多C3S固溶 体晶体比较细小，但发育完整、分布均匀，熟料强度也很高。2) 硅酸二钙(C2S)在水泥中C2S一般在20%左右。由氧化 钙与氧化硅反应生成纯硅酸二钙。贝利特或B矿：C2S与少量MgO、A12O3、Fe2O3、R2O等氧化物形成固溶体， 称为贝利特或B矿在1 450oC温度以下时，C2S进行下列 多晶转变 。当温度低于500oC时，硅酸二钙由P型转变为Y型，体积膨胀10%而导致 物料粉化。Y型几乎无水硬性。 硅酸二钙固溶体与水反应速度较慢，凝结固化较慢，早期强度低，但后 期强度增进率较高
14、。硅酸二钙固溶体的水化热较低，耐水性好。3) 中间体它填充在阿利特和贝利特之间可包括铝酸盐、铁酸盐、组成不定的玻璃 体和含碱化合物以及游离氧化钙和方镁石。但以包裹体形式存在于阿利特和贝利特中的游离 氧化钙和方镁石除外。中间体在熟料煅烧过程中，熔融成为液相，冷却时结晶，但有部分 来不及结晶而凝固成玻璃体。 无机非金属材料的组成设计及配料计算(1)硅酸盐水泥的组成设计1) 硅酸盐水泥对矿物组成的要求。2) 硅酸盐水泥组成矿物的选择。(2)配料计算1) 熟料的率值。 水泥熟料是一种多矿物集合体，而这些矿物又是由四种主要氧化物化合而 成。率值：控制各氧化物之间的比例即率值。率值作为生产控制的一种指标
15、石灰饱和系数(KH)。熟料中四个主要氧化物是：CaO、 Si02、 A1203、 Fe2O3 其中：CaO为碱性氧化物，其余三个为酸性氧化物，两者相互化合形成C2S、 C3S、 C3A、c4af四个主要熟料矿物。从理论上讲，酸性氧化物应形成碱性最高的熟料矿物一c3s、c3a、c4af、CaO。CaO含量一旦超过所有酸性氧化物的需求，必然以游离氧化钙形态存在， 含量高时将引起水泥安定性不良，造成危害。 硅率或硅酸率（P或SM） 硅率是表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比，也表示了熟 料中硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例。2）配料 熟料组成的选择及影响因素。熟料组成的选择，一般应该根据：a. 水泥品种b. 原料品质c. 燃料的品质d. 生料制备e. 生料的易烧性f. 熟料煅烧工艺 进行综合考虑，以达到保证水泥质量、提高产量、降低消耗和设备长期安全运转的
