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一、什么是无机非金属材料？金属材料和有机高分子材料以外的固体材料通称为无机非金属材料。由硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等和氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物等原料经一定的工艺制备而成的材料。涉及元素周期表上所有元素。第一节、无机非金属材料概述二、主要特性：熔点高、硬度高、强度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐氧化、脆性大、弹性模量大、绝缘性好、化学稳定性好。三、主要结构晶体结构玻璃结构硅氧四面体是硅酸盐材料中最基本的结构单元•硅酸盐结构层状岛状组群状链状普通陶瓷四、无机非金属材料的种类陶瓷水泥玻璃特种陶瓷结构陶瓷磨损、高强度、耐高温、耐热冲击、硬质、高刚性、低膨胀、隔热陶瓷。功能陶瓷电磁、光学、生物功能陶瓷耐火材料日用瓷、建卫瓷第二节、陶瓷1、陶瓷的定义以黏土、长石、石英为主要原料，经过粉碎、混炼、成型、锻烧等制作的产品。广义陶瓷用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料陶瓷是我国古代劳动人民的伟大发明之一，英语china（昌南镇）即为陶瓷。秦代：兵马俑唐代：唐三彩宋代：定、钧、汝、官、哥窑瓷都－景德镇青花、玲珑瓷、薄胎瓷陶都－宜兴紫砂我国是陶瓷大国，日用陶瓷、建卫陶瓷产量均为世界第一，占世界产量的2/3。我国又是陶瓷出口大国。除中国外，世界陶瓷器的生产主要集中在欧洲。英国－骨瓷、类碧玉陶器法国－各种雕像、花卉瓷德国－高白度硬质瓷荷兰－白釉蓝彩陶器日本－陶瓷2、陶瓷的主要化学组成（质量％）SiO2Al2O3R2O+RO65－757－304－333、陶瓷材料的结构离子晶体－以离子键结合的晶体。金属氧化物晶体。MgO、Al2O3共价晶体－共价键结合的晶体。金刚石、SiC、BN特点－强度高、硬度高、熔点高、绝缘、结构稳定、膨胀系数小、脆性大、无延展性。陶瓷结构（1）晶体相晶体相－陶瓷材料最主要的组成相。其结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料的特性。陶瓷主晶相－氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐）、氧化物MgO、Al2O3）、非氧化物（SiC，Si3N4）陶瓷材料的结构（2）玻璃相玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列的组成部分，其结构类似于玻璃。玻璃相的作用：填充晶体之间的空隙，提高材料的致密度；降低烧成温度；阻止晶体转变、抑止晶粒长大。玻璃相对陶瓷强度、介电常数、耐热性能不利。陶瓷材料的结构陶瓷材料的结构（3）气相陶瓷气孔主要是坯体各成分在加热过程中发生物理、化学作用所生成的空隙。气孔对陶瓷的性能是不利的。它降低材料的强度，是造成裂纹的根源。二、普通陶瓷普通陶瓷日用陶瓷工业陶瓷建筑陶瓷卫生陶瓷电绝缘陶瓷化工陶瓷餐具、茶具瓷艺术瓷园林瓷1、日用陶瓷一般应具有良好的白度、光泽度、透光性、热稳定性和强度。日用陶瓷主要应用于茶具、餐具和工艺品陈设瓷艺术瓷园林瓷琉璃瓦景泰蓝搪瓷精陶瓷粗陶瓷2、工业瓷（1）、建筑陶瓷用于建筑物的陶瓷以难熔黏土为主要原料，包括砖、瓦、盆罐等以瓷土和高岭土为主要原料，包括釉面砖、建卫瓷等炻瓷以陶土和黏土为主要原料，包括地砖、外墙砖、耐酸陶瓷（2）、卫生陶瓷以高岭土为主要原料，用于卫生设施，带釉，有陶质、炻瓷质和瓷质等。（3）、电绝缘瓷又称电瓷，是作为隔电、机械支撑及连接用的瓷质绝缘器件。分为低压电瓷、高压电瓷和超高压电瓷。（4）、化工用瓷要求耐酸、耐高温、具有一定强度。主要用于化学、化工、制药、食品等工业。三、特种陶瓷采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照结构设计及控制制造的方法进行制造、加工的，具有特殊性能的陶瓷。定义与普通陶瓷的区别原料：纯度高,成分由人工配比决定制备：突破了炉窑的界限，采用真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等手段性质：特殊力学、物理和化学性能。特种陶瓷功能陶瓷结构陶瓷结构陶瓷的种类氮化物结构陶瓷炭化物结构陶瓷氧化物结构陶瓷Al2O3ZrO2MgOSiCSi3N41、结构陶瓷BeO具有高强度、高硬度、耐高温、耐摩擦、耐腐蚀等力学和热学方面的优异性能的陶瓷材料。结构陶瓷特点：熔点高、硬度高、强度高耐高温、耐腐蚀、耐磨损结构陶瓷改善陶瓷材料强、韧性的措施1.微晶、高密度与高纯度2．提高抗裂能力与预加应力3．相变增韧4．弥散增韧5．纤维增韧7．纳米陶瓷6．层状化结构结构陶瓷氧化物结构陶瓷特点：化学稳定性好、抗氧化性强、熔融温度高、高温强度高。Al2O3陶瓷ZrO2陶瓷BeO陶瓷MgO陶瓷韧性Al2O3结构陶瓷－熔点高2050℃，强度高达150MPa，耐冲击性强。应用－机械加工磨料、磨具、切削工具、坩埚、人体关节、人工骨骼等。MgO结构陶瓷－熔点2850℃，有突出的高温绝缘性能、耐腐蚀强（耐碱）、不与Fe、Ni、V、Zn、Al、Mo、Cu、Pt等金属溶体作用。应用－典型的碱性耐火材料、高温绝缘材料（炉管、热电偶绝缘套管）、冶炼金属的坩锅。ZrO2结构陶瓷－熔点2680℃。是高强、高韧的结构材料。还具有良好的高温导电性。应用－最理想的高温电极材料陶瓷弹簧特殊用途的坩锅（溶炼Pt、Pd等）BeO结构陶瓷－熔点2530℃。热导率很高（与金属AU、Ag、Cu相近）、很强的耐腐蚀性（耐碱）。应用－高温组件的外壳、散热片、核应用中作为快速中子减速剂、反射器材料。注意！BeO有毒，0.2µg/M³就能使人中毒。高温非氧化物陶瓷－SiC、Si3N4、B4C、TiB2特点：超耐高温、低热膨胀系数、高导热系数、强冲击韧性。2、功能陶瓷功能陶瓷-具有电、光、磁以及部分化学功能的多晶无机固体材料.功能陶瓷的种类压电陶瓷超导陶瓷磁性陶瓷光学陶瓷生物陶瓷敏感陶瓷功能电子陶瓷压电陶瓷压电效应：外力作用于晶体介质极化压电效应材料的压电效应取决于晶体结构的不对称性，晶体有极轴，才有压电效应。压电陶瓷是具有压电效应的陶瓷材料压电陶瓷－钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅（PZT）等。压电陶瓷的应用－超声换能器、滤波器、声转换器、谐振器、点火器等。功能电子陶瓷光电陶瓷光电导现象－陶瓷受到光照射时，能带间、能带与能级间的电子迁移引起光吸收，能带内产生自由载流子，使电导率增加。光电陶瓷是具有光电导效应的陶瓷光敏元件－利用光电导效应检测光强度。主要是GdS多晶材料。功能电子陶瓷超导陶瓷1986年超导陶瓷出现。超导陶瓷主要有：镧系－La2CuO3钇系－YBa2Cu2O铋系－Bi-Sr-Cu-O铊系－Ta-Ba-Ca-Cu-O超导磁体发电、超导输电、超导储能、核磁共振断层摄像仪、磁悬浮列车等。超导陶瓷的应用磁性陶瓷铁氧体－金属氧化物-Fe2O3。磁性陶瓷主要指铁氧体铁氧体软磁铁氧体硬磁铁氧体尖晶石型磁铅石型CoFe2O4-Fe2O3BaO-xFe2O3磁性铁氧体的应用软磁体电感线圈、天线、变压器和滤波器的磁芯以及录音和录像的磁头等。硬磁体永磁体，用于高频磁场领域。功能光学陶瓷光学陶瓷要求：具有优良的透光性、耐热性、耐风化性、耐膨胀性；经光的照射，其性质发生可逆或不可逆变化。光学陶瓷的种类透明陶瓷红外光学陶瓷激光陶瓷氧化物透明陶瓷Al2O3、Gd2O3、CaO、LiAl5O8、MgO、HfO、BeO非氧化物透明陶瓷GaAs、ZnS、ZnSe、MgF2、CaF2氧化钇基质晶体+掺杂离子α-Al2O3Cr³﹢功能陶瓷材料生物陶瓷用于人体器官替换、修补以及外科矫形的陶瓷材料。生物惰性陶瓷生物活性陶瓷Al2O3瓷ZrO2瓷C类瓷磷酸钙陶瓷Na2O-K2O-MgO-CaO-SiO2-P2O5陶瓷敏感陶瓷敏感陶瓷热敏陶瓷性能随外界条件（温度、湿度、气氛）的变化而发生改变的陶瓷。压敏陶瓷磁敏陶瓷气敏陶瓷湿敏陶瓷钛酸钡尖晶石型ZnO、SiC、GeFe2O3ZnOSnO钕铁硼铝镍钴尖晶石型钙态矿四、陶瓷的生产工艺1、普通陶瓷的生产（1）天然原料可塑性粘土类原料（如高岭土）：细颗粒含水铝硅酸盐，层状晶体结构。作用：提供室温下的可塑性和成型能力；提供组成中的氧化铝，调节烧结性能。非可塑性石英类原料（如石英砂等）：二氧化硅，质硬难熔，在瓷坯中起骨架作用；1.普通陶瓷的生产（2）化工原料釉料，釉的乳浊剂、助熔剂、着色剂长石类原料：含有钾、钠或钙离子的无水铝硅酸盐，属于助熔剂，高温下熔融后成为玻璃相，可以部分溶解石英，并起到粘结的作用。其它矿物原料:这些原料的配比不同，就形成了日常所见到的各种陶瓷制品，如建筑瓷、日用陶瓷、电工陶瓷等等。普通陶瓷的生产工艺（3）原料准备1.普通陶瓷的生产工艺（4）成型——使陶瓷原料成为具有一定形状大小的坯体a.可塑成型——将可塑性的泥料在外力作用下变形而制成一定形状的坯体。旋压法、滚压法、塑压法、注射法、轧膜成型法b.注浆成型——利用多孔模型吸收注入其中的泥浆中的水分，在模壁上形成薄的泥层并具有模型赋予的形状，如真空注浆、离心注浆。c.压制成型——将含少量水分或润滑剂和粘结剂的坯料填充在某一特制的模型中，施加压力将其压制成具有一定形状和强度的坯体。d.单轴向压制成型——刚性金属模具上、下两个方向加压e.等静压成型——坯料在各个方向同时均匀受压。1.普通陶瓷的生产工艺(5)烧成——将干燥好的坯体放到窑或炉内加热到高温进行煅烧，通过一系列物理化学变化，形成预期的矿物组成和显微结构，从而达到固定外形并获得所预期的性能的过程。a.烧成制度：升温、冷却速度；烧成温度；保温时间；气氛；压力等b.烧成窑炉：隧道窑、辊道窑、推板窑、倒焰窑等2.特种陶瓷的生产工艺特点原料高度精选组成精确调配生产控制更加严格特殊烧结方法——热压烧结气氛烧结热等静压烧结真空（气压）烧结微波烧结等离子烧结2.特种陶瓷的生产工艺过程(1)原料特点——纯度高、颗粒细小、少加或不加添加剂（2）原料粉体制备方法——液相法气相法固相法机械法溶剂蒸发法一种加入适量水后，能在空气中、水中硬化的，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料。水泥水泥混凝土材料是最大宗人造材料城乡建设、水利水电建设、交通建设理由：基本建设的持续发展我国是水泥大国水泥的应用建筑、修路配制水泥砂浆和混凝土机制－水化反应，使砂浆和混凝土凝结、硬化。水泥的分类按矿物组成分硅酸盐水泥铝酸盐水泥硫铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥少熟料和无熟料水泥水泥的分类按用途和性能快硬硅酸盐水泥、抗硫酸盐水泥、膨胀硫铝酸盐水泥、自应力铝酸盐水泥。通用水泥硅酸盐水泥：普通水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥，用于土木建筑工程等。特性水泥油井水泥砌筑水泥大坝水泥专用水泥水泥硅酸盐水泥石灰石粘土校正原料煤粉石膏混合材料CaOAl2O3SiO2Fe2O3SiO2Al2O3调节性能；增产；降低成本煅烧燃料调节水泥硬化速度硅酸盐水泥配料粉磨成球煅烧矿渣石膏生料熟料熟料粉煤灰火山灰普通水泥矿渣水泥粉煤灰水泥火山灰水泥1300－1450°C粉磨硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成矿物名称化学分子式简写含量(%)形成温度(℃)硅酸三钙3CaO·SiO2C3S50-601350-1450硅酸二钙2CaO·SiO2C2S15-251200-1300铝酸三钙3CaO·Al2O3C3A5-101100-1200铁铝酸四钙4CaO·Al2O3·Fe2O3C4AF10-151100-1300水泥主要矿物对水泥性能的影响C3S高强水泥C3A、C3S快硬水泥C3A、C3SC2S中低热水泥C4AFC3A道路水泥衡量水泥性质和质量的指标密度容重细度凝结速度：初凝时间≥45min、终凝时间≤12h体积安定性：f－CaO(MgO)含量强度：抗压强度(MPa)标号水化热×10抗渗性：渗透系数抗冻性抗侵蚀性玻璃熔融体过冷制得的具有固体性质和一定结构特征的非晶态物质。玻璃的分类根据网络形成的组分：硅酸盐玻璃SiO2硼酸盐玻璃B2O3磷酸盐玻璃P2O5根据玻璃的用途分：普通玻璃特种玻璃日用玻璃防辐射玻璃建筑玻璃激光玻璃光学玻璃光纤玻璃玻璃纤维非线性光学玻璃玻璃的性质力学性质抗压强度高，抗拉强度低。硬度高，脆性大。物理性质高度透明，具有很重要的光学性质。能透可见光和红外线。化学性质化学性质稳定。耐酸不耐碱。玻璃的生产方法原料（以钠钙硅玻璃为例）砂岩石灰石长石白云石纯碱芒硝辅料SiO2Al2O3R2OCaOMgONa2ONa2SO4CaO玻璃的生产方法硅酸盐形成玻璃液形成玻璃液澄清玻璃液均化熔制玻