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《无机非金属材料》2复习3考试有关事宜安排：4时间：第十七周周四（11月29日）9:50—11:405地点：S-15316考试题型：7一、填空题(每空1分，共30分)8二、判断改错题（对的打“√”，错的打“×”，9每小题1分，共10分）10三、名词解释（共12分）11四、简答题（共48分）12《无机非金属材料》13014绪论15第1章无机非金属材料的结构基础16第2章无机非金属材料的性能17第3章陶瓷18第4章玻璃19第5章水泥20第6章耐火材料21第7章无机非金属基复合材料22第8章功能无机非金属材料23绪论241材料的重要性252材料的分类263无机非金属材料274新型无机非金属材料282.材料的分类29无机材料30有机材料31金属材料32无机非金属材料33无机材料34或硅酸盐材料35或陶瓷材料36陶瓷37玻璃38水泥39耐火材料40复合材料、功能材料等413.无机非金属材料42（1）定义43无机非金属材料是指非金属单质以及由金属和非金属44元素组成的化合物中，能使人们生活更加富裕、丰富45而可以利用的物质。46（铝矾土，把其粉末作成单晶→宝石或激光材料；47质地细密的多晶体→高温电炉用的炉管和切削用的工具材料；48多孔的多晶体→可用作催化剂载体或敏感材料；49纤维状→可用作具有高强度性能的优质绝热材料。）50（2）无机非金属材料的特点51在晶体结构上，无机非金属材料的结合力主要为：52离子键、共价键或离子-共价混合键。53高熔点、高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、54导电性、导热性、透光性、铁电性、压电性、铁磁性等。554新型无机非金属材料56（1）定义57新型无机非金属材料（简称新型无机材料，或称先进无机58非金属材料或无机新材料）是指那些正在发展的或将要发59展的，具有优异性能或特殊功能，在不久的将来可能达到60实用化阶段的无机非金属材料。61（2）新型无机材料的特点62品种多、式样多、更新换代快；对其性能的要求越来63越趋向功能化、复合化和精细化。64（3）新型无机材料与传统无机材料的区别65①材料的组成已远超出了硅酸盐的范围；66②在用途上，由主要利用材料的静态物理性状67→利用各种物理效应和微观现象的功能性；68电光效应→全固态电致变色窗；69磁致伸缩效应→换能器、传感器、驱动器、精密控制器等。70③制备的工艺方法、制品的形态。71成型工艺：可塑成型、注浆成型、压制成型→等静压成型、注射成型等;72烧结工艺：室温下加压成型后再烧结→热压烧结、热等静压烧结等；73形态：块状→复合材料、薄膜、纤维，单晶和非晶材料。74第1章无机非金属材料的结构基础751.1结合键761.2晶体结构771.3非晶体结构781.4表面结构791.5准晶体801.1结合键81依靠电子相互作用的结合键。82化学键结合键中相互作用力强，为主价键，如：离子键、83共价键和金属键等。84物理键键合较弱，为次价键，如氢键、范德华键等。85在无机非金属材料结构中，主要含有离子键、共价键86和离子-共价混合键。87无机非金属材料也就包括了离子晶体、共价晶体、88离子共价混合晶体以及非晶体几种类型。891.3非晶体结构90非晶态物质由无机玻璃(传统氧化物、重金属氧化物及氯化物玻璃等)、凝胶、91非晶态半导体(硫系化合物及元素)、无定形炭以及金属玻璃等组成。921.3.1非晶态材料的种类93表1-5非晶态材料的种类94又称非晶态合金,它既有95金属和玻璃的优点,又克96服了它们各自的弊病。97金属玻璃强度高，硬度98大，且具有一定的韧性和99刚性。所以,人们赞扬金100属玻璃为“敲不碎、砸不101烂”的“玻璃之王”。102金属玻璃水果盘1031.3.2非晶态的X射线散射特征104非晶态物质呈现出非常宽的散射峰1051.3.3非晶态结构106非晶态结构的特征是原子排列是不规则的，107即近程有序而长程无序，表现为各向同性，108又称玻璃态，109属于亚稳相。1101.5准晶体111准晶的发现，是一个划时代的发现112准晶体对称性113准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。114准晶具有完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移115对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。116十分高的电阻值，磁性较强，在高温下比晶体更有弹性，117十分坚硬，抗变形能力也很强，低摩擦、耐腐蚀、耐热性和118非粘性，以及特殊的光学性能和足够的热稳定性。119第2章无机非金属材料的性能120使用性能121工艺性能122热学性能123力学性能124物理和化学性能125可塑性126成型性127干燥收缩性等1282.1热学性能129热容130蓄热材料要求比热大，而用于加热的材料要求比热小。131热膨胀132热传导133线膨胀系数134体积膨胀系数135热传导系数136热膨胀系数小的材137料能耐温度的剧变138与比热成正比139λ固体=λ晶格+λ电子140λ无机材料≈λ晶格141无机材料的热传导性比金属差142材料气孔的多少，原子排列的有序性等都影响其热导性。143热传导性好的材料耐温度的急变性强，适用于制造热交换器、蓄热器等；144而对需要保温的部位，则要用热传导性低的材料。1452.2力学性能146弹性变形147硬度148强度149弹性是指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，150材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质。151这种可恢复的变形称为弹性变形。152工程上常用刚度来表征材料弹性变形抵抗力的大小。153刚度愈大，材料在一定应力下产生的弹性变形愈小。154硬度是指材料抵抗硬物压入其表面的能力，即压入硬度。155一般无机非金属材料的硬度随温度升高而降低。156强度是指在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。157无机非金属材料强度主要是指抗拉、抗压和抗弯强度。158导电性159介电性能1602.3物理和化学性能1612.3.1导电性能导体：电阻率10-4Ω·cm162绝缘体：电阻率109Ω·cm163磁性164光学性能165化学性能1661.离子导电167半导体：10-4~109Ω·cm168当固体中存在离子扩散运动时，就有可能产生离子导电。1692.电子导电170导体中主要的载流子为电子的导电过程171导带172导体：禁带宽度0.5eV173半导体：0.5（0.1）~2.5eV174绝缘体：禁带宽度2.5(3或4)eV175禁176带177能隙178带隙179价带1802.3.2介电性能181介电性能是指在电场作用下，表现出对静电能的储蓄和损耗的性质。182相对介电常数：介电质引起电容量增加的比例，即183是表征绝缘能力特性的一个系数。184介质损耗：指电介质在交变电场中，由于消耗部分电能而使电解质185本身发热的现象。186介电损耗愈小，绝缘材料的质量愈好，绝缘性能也愈好。1872.3.3磁性188具有正磁化率的物质称为顺磁质，磁化率与温度成反比；189具有负磁化率的物质为抗磁质，磁化率不随温度变化；190磁化率超过一般物质许多倍的为铁磁质，T居里温度TC→顺磁性；191反铁磁性:磁畴是无磁性的，磁化率是正的，T尼尔温度TN→顺磁性；192铁氧体磁性：两种磁矩呈相反方向排列，有磁畴结构以及磁滞回线。1932.3.4光学性能194物质的光学性质来源于它与光线的相互作用，这种相互作195用可以在整个物体上或只在物体表面上发生，与光的波长196有紧密的联系。197光的吸收率A、透过率T和反射率R有如下关系：198A+T+R=1199物质吸收光时，外层电子从基态跃迁到激发态，只要基态与200激发态的能量差大于可见光的能量，物质就显示出颜色。201能量差愈小，颜色愈深。202呈现的颜色与物质吸收光的波长有关，利用这一原理可设计203制造不同颜色的材料。2042.3.5化学性能205耐蚀性或化学稳定性是指材料抵抗外部物质侵蚀的能力。206对于常温下使用的材料，其化学稳定性通常指的是抵抗周207围介质中水、酸、碱的各种化学作用的能力，这种能力与208材料化学组成、结构的稳定性等因素有关。209对于高温下使用的材料的化学稳定性来说，除了受材料组210成、结构、侵蚀介质影响外，还与温度关系密切。211第3章陶瓷2123.1陶瓷材料的分类和制备工艺2133.2陶瓷的组织结构与性能2143.3传统陶瓷材料2153.4新型陶瓷216众多学者认为我国陶瓷的发展历程，经历了三次217重大的飞跃：218第一次飞跃：陶器→瓷器（汉代以后）219第二次飞跃：传统陶瓷→特种陶瓷（20世纪50~70年代）220第三次飞跃：特种陶瓷→纳米陶瓷（20世纪80年代中期）221具有超塑性、高强度和高韧性的特点。222三、陶瓷的定义223陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品，224是多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的聚集体。225传统上，陶瓷是指所有以粘土为主要原料，与其他天然矿物226原料经过粉碎混炼、成型、煅烧等过程而制成的各种制品。227广义的陶瓷是用陶瓷生产方法（原料处理-成型-煅烧）228制造的无机非金属固体材料和制品的通称。2293.1陶瓷材料的分类和制备工艺2303.1.1陶瓷的分类2311、按陶瓷概念和用途来分类232日用陶瓷、建筑陶瓷233传统陶瓷（普通陶瓷、粘土陶瓷）234氧化物陶瓷235新型陶瓷（特种陶瓷、精密陶瓷）2362、按坯体的物理性能特征来分类237坯体结构较疏松，致密度较差，没有半透明性，238陶器239瓷器240有一定的吸水率，断面粗糙无光，敲之声音粗哑。241重度较小，很少变形，易于制造大件器物，脆性相对242较小，原料易得，烧成温度低，工艺技术要求不高。243坯体致密，有一定的半透明性，244基本上不吸水，断面呈石状或贝壳状。2453.1.2陶瓷的制备工艺246原料（坯料）的制备247坯料的成形248坯料的干燥249制品的烧成或烧结250（表面加工）251具有很好的可塑性和烧结性，252是成型能够进行的基础，253也是粘土质陶瓷成瓷的基础。254粘土255主要天然原料256石英257是减塑剂；是耐熔的骨架成分。258长石259是助熔剂，促使烧结时玻璃相的形成。2602.坯料的成型和干燥261Ⅰ.坯料的定义及其制备262定义：坯料是指将陶瓷原料经拣选、破碎等工序后，263进行配料，再经混合、细磨等工序后得到的具有成型264性能的多组分混合物。265注浆坯料（泥浆）：含水量约28％~35％。266可塑坯料（可塑泥料）：含水量约18％~25％。267粉料：含水量约3％~l5％。268原料处理269坯270料271制配料272备273帮助碎化原料274减少坯料收缩,提高纯度：尤其是可塑性强的粘土→熟料。275预烧改变结构形态：片状结构的滑石→偏硅酸镁。276稳定晶型：避免具有同质异构转变的多晶型原料在晶型转变277时的体积效应。278物理方法：有分级法、磁选、超声波选等。279化学方法：有溶解法和升华法（×）等。280电化学方法：分解含铁杂质。281表面电化学方法：浮选剂（捕集剂）。282增加颗粒比表面，有利于坯料的成型，降低283细粉碎烧结温度、提高致密度。湿磨干磨。284泥浆的脱水：机械脱水(20~25%)、热风脱水(喷雾干燥，8%)等。285混合制备286造粒:细碎后的粉料→具有一定粒度的坯料。287①水分分布更均匀；288陈腐（陈化、困料）②使非塑性矿物水解为粘土物质；289③提高泥坯的可塑性，降低坯件290在成型及干燥时的破损率。291使泥料中的各组分混合均匀。292通过真空练泥机捏练、排除空气→强度可提高15~20%。293Ⅱ.坯料的成型294成型的目的是将坯料加工成一定形状和尺寸的半成品，295使坯料具有必要的机械强度和一定的致密度。296生产中成型方法的选择可按下列几方面来考虑：297（1）产品的形状、大小、薄厚等；298（2）坯料的性能；299（3）产品的产量和质量要求。300可塑成型301注浆成型302陶瓷常用的成型工艺303压制成型304注射成型、爆炸成型305薄膜成型、反应成型306雕塑与拉坯3