第七章無機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境材料課件

第七章無機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境材料第七章無機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境材料1內(nèi)容7.1概述7.2無機(jī)非金屬材料的生態(tài)化改造7.3無機(jī)非金屬材料零排放與零廢棄制備科學(xué)技術(shù)7.4生態(tài)建材內(nèi)容7.1概述27.1概論一、無機(jī)非金屬材料的分類、特點(diǎn)及其生態(tài)化改造的重點(diǎn)及難點(diǎn)無機(jī)非金屬材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料，是除高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱。7.1概論一、無機(jī)非金屬材料的分類、特點(diǎn)及其生態(tài)化改造的3材

料品種示例傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料水泥和其他膠凝材料硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、石灰、石膏等陶

瓷粘土質(zhì)、長石質(zhì)、滑石質(zhì)和骨灰質(zhì)陶瓷等耐火材料硅質(zhì)、硅酸鹽質(zhì)、高鋁質(zhì)、鎂質(zhì)、鉻鎂質(zhì)等玻

璃硅酸鹽、硼酸鹽、氧化物、硫化物和鹵素化合物玻璃等搪

瓷鋼片、鑄鐵、鋁和銅胎等鑄

石輝綠石、玄武巖、鑄石等研磨材料氧化硅、氧化鋁、碳化硅等多孔材料硅藻土、沸石、多孔硅酸鹽和硅酸鋁等碳素材料石墨、焦炭和各種碳素制品等非金屬礦粘土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金剛石等新型無機(jī)非金屬材料高頻絕緣材料氧化鋁、氧化鈹、滑石、鎂橄欖石質(zhì)陶瓷、石英玻璃和微晶玻璃等鐵電和壓電材料鈦酸鋇系、鋯鈦酸鉛系材料等磁性材料錳-鋅、鎳-鋅、錳-鎂、鋰-錳等鐵氧體、磁記錄和磁泡材料等導(dǎo)體陶瓷鈉、鋰、氧離子的快離子導(dǎo)體和碳化硅等半導(dǎo)體陶瓷鈦酸鋇、氧化鋅、氧化錫、氧化釩、氧化鋯等過渡金屬元素氧化物系材料等光學(xué)材料釔鋁石榴石激光材料，氧化鋁、氧化釔透明材料和石英系或多組分玻璃的光導(dǎo)纖維等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等難熔化合物超硬材料碳化鈦、人造金剛石和立方氮化硼等人工晶體鈮酸鋰、鉭酸鋰、砷化鎵、氟金云母等生物陶瓷長石質(zhì)齒材、氧化鋁、磷酸鹽骨材和酶的載體等無機(jī)復(fù)合材料陶瓷基、金屬基、碳素基的復(fù)合材料無機(jī)非金屬材料的分類材

料品種示例傳水泥和其他膠凝材料硅酸鹽水泥、鋁4二、制備無機(jī)非金屬材料的原料及其生態(tài)化改造對策地殼中硅酸鹽和鋁硅酸鹽占明顯優(yōu)勢，它們和其他一些氧化物礦物是制備無機(jī)非金屬材料的最主要原料。傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料原料大多直接取自天然礦物，就原料而言環(huán)境負(fù)荷低。采用地殼中含量最為豐富的氧化鋁、氧化硅和生物圈、大氣圈中含量豐富并能夠再循環(huán)的碳、氮為主要原料，應(yīng)是無機(jī)非金屬材料原料生態(tài)化的首選。二、制備無機(jī)非金屬材料的原料及其生態(tài)化改造對策5三、無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)工藝及其生態(tài)化改造對策普通無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)工藝通常都要經(jīng)過以下工序：粉料制備、成型、高溫?zé)珊秃筇幚怼?/p>

對所有的原料，作為共同的特點(diǎn)，高溫?zé)赡耸亲钪匾墓ば?。無機(jī)非金屬材料環(huán)境負(fù)荷最大的工藝環(huán)節(jié)是高溫過程和粉碎過程，總體而言，采用以電為熱源的連續(xù)式加熱工藝和閉路粉碎工藝具有較小的能耗和污染。三、無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)工藝及其生態(tài)化改造對策61．水泥2．耐火材料1）原料煅燒2）原料加工3）燒成玻璃硅酸鹽玻璃是以石英砂、石灰石、純堿等為主要原料，經(jīng)高溫熔制、成型、熱處理、冷加工等工序制成。1．水泥74．陶瓷（傳統(tǒng)陶瓷與先進(jìn)陶瓷）1）粉體制備2）陶瓷成型3）陶瓷燒結(jié)4）陶瓷加工5．碳素材料1）碳／碳復(fù)合材料的浸漬碳化法2）碳／碳復(fù)合材料的氣相滲積法6．無機(jī)涂層通過特定工藝將無機(jī)非金屬材料附著于基體材料表面制成膜狀材料，起到保護(hù)、裝飾和特殊功能的作用，可以充分發(fā)揮膜與基體材料各自的優(yōu)勢。涂層工藝按涂層組元被涂到基體表面以前的形態(tài)分為氣相法、液相法和固相法三種。4．陶瓷（傳統(tǒng)陶瓷與先進(jìn)陶瓷）8四、無機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境材料設(shè)計思想對于無機(jī)非金屬材料，由于加工的困難性，通常材料和產(chǎn)品是同時完成的，材料即是產(chǎn)品，產(chǎn)品即是材料，二者不可分割。四、無機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境材料設(shè)計思想9由于無機(jī)非金屬材料的固有特點(diǎn)，MLCA和PLCA是統(tǒng)一的，并貫穿于材料（產(chǎn)品）的設(shè)計、制造、使用等整個壽命周期中。由于無機(jī)非金屬材料的固有特點(diǎn)，MLCA和PLCA是統(tǒng)一的，并107.2無機(jī)非金屬材料的生態(tài)化改造一、傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料面臨的主要生態(tài)環(huán)境問題1）使用性能與環(huán)境協(xié)調(diào)性的矛盾突出2）制備過程中能耗高3）很難再循環(huán)利用4）固體廢棄物難處理5）有毒有害添加劑和排放物問題6）土地資源占用和消耗量大、破壞嚴(yán)重7.2無機(jī)非金屬材料的生態(tài)化改造一、傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材11二、無機(jī)非金屬材料原料的生態(tài)化設(shè)計1）高純化與復(fù)合化2）天然原料與合成原料三、無機(jī)非金屬材料的結(jié)構(gòu)、性能設(shè)計和長壽命化改造1．性能設(shè)計1）長壽命化性能設(shè)計的原則（1）以服役條件、失效分析為依據(jù)。（2）將成分設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合。二、無機(jī)非金屬材料原料的生態(tài)化設(shè)計122）高溫性能設(shè)計（1）高溫強(qiáng)度、抗蠕變性能設(shè)計（2）熱震抗力設(shè)計（3）抗氧化設(shè)計2）高溫性能設(shè)計133）強(qiáng)度、韌性、抗疲勞性能設(shè)計外加應(yīng)力

材料斷裂強(qiáng)度

外加應(yīng)力強(qiáng)度因子

材料斷裂韌性

應(yīng)力腐蝕指數(shù)（疲勞指數(shù)）4）耐腐蝕、磨損性能設(shè)計3）強(qiáng)度、韌性、抗疲勞性能設(shè)計外加應(yīng)力材料斷裂強(qiáng)度外加應(yīng)142．結(jié)構(gòu)設(shè)計

1）晶粒設(shè)計（1）晶粒尺寸（2）晶粒形狀2）晶界設(shè)計3）多相復(fù)合設(shè)計（1）原位自生復(fù)相結(jié)構(gòu)（2）納米復(fù)合結(jié)構(gòu)（3）纖維、晶須復(fù)合結(jié)構(gòu)（4）智能自修復(fù)結(jié)構(gòu)2．結(jié)構(gòu)設(shè)計153．無機(jī)非金屬材料長壽命化的典型設(shè)計—陶瓷涂層在一種材料表面形成另一種材料的涂層1）鍋爐傳熱管陶瓷涂層2）飛機(jī)發(fā)動機(jī)的陶瓷絕熱涂層3．無機(jī)非金屬材料長壽命化的典型設(shè)計—陶瓷涂層16四、與應(yīng)用有關(guān)的無機(jī)非金屬材料生態(tài)化改造和宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計陶瓷的切斷抗力

陶瓷的正斷抗力金屬的正斷抗力

金屬的切斷抗力軟性系數(shù)

四、與應(yīng)用有關(guān)的無機(jī)非金屬材料生態(tài)化改造和宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計陶瓷17對陶瓷材料進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計時應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）陶瓷材料應(yīng)當(dāng)盡可能避免用于較硬的應(yīng)力狀態(tài)（單向拉伸、多向拉伸或缺口拉伸等）。（2）采用組合式結(jié)構(gòu)，將拉應(yīng)力狀態(tài)盡可能地轉(zhuǎn)化為較軟的應(yīng)力狀態(tài)。對陶瓷材料進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計時應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：18第七章無機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境材料課件19五、無機(jī)非金屬材料生態(tài)化改造實(shí)例1．成分設(shè)計實(shí)例—新型粘土質(zhì)復(fù)相陶瓷粘土的主要成分是SiO2和Al2O3，假定的化學(xué)通式為Al2O3·2SiO2·2H2O，此外還含有Fe、Ti、Mg、Ca等氧化物。

3C＋SiO2SiC＋2CO煅燒在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，則最終制成Si3N4和Al2O3。作為碳源，也可以在粘土中直接混入廢木屑、廢紙漿、植物秸稈等，這樣制成的材料則具有類似晶須的強(qiáng)韌化作用，并能夠?qū)崿F(xiàn)廢物利用。

五、無機(jī)非金屬材料生態(tài)化改造實(shí)例202．結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例—功能型多孔過濾器（材料）

將連續(xù)的多孔管道設(shè)計、連續(xù)的導(dǎo)電相設(shè)計、不連續(xù)增強(qiáng)相設(shè)計等三個互相矛盾的因素結(jié)合于一體。2．結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例—功能型多孔過濾器（材料）213．性能設(shè)計實(shí)例—高性能碳化硅材料1）增韌碳化硅窯具

熱應(yīng)力作用下的損壞主要分兩類：熱震破壞和熱震損傷。

2）1600C級碳化硅發(fā)熱體（1）氧化膜改性。（2）復(fù)合涂層（3）顯微結(jié)構(gòu)設(shè)計3．性能設(shè)計實(shí)例—高性能碳化硅材料227.3無機(jī)非金屬材料零排放與零廢棄制備科學(xué)技術(shù)

對無機(jī)非金屬材料排放和廢棄的控制以及以此為目的的零排放與零廢棄制備科學(xué)技術(shù)，是無機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境材料研究的重要內(nèi)容。7.3無機(jī)非金屬材料零排放與零廢棄制備科學(xué)技術(shù)對無機(jī)非金23一、無機(jī)非金屬材料的低能耗、少污染制備技術(shù)1．免燒和低溫固結(jié)技術(shù)1）水熱熱壓2）反應(yīng)硬化型免燒陶瓷和電沉積陶瓷膜（1）反應(yīng)硬化型陶瓷——磷灰石水泥（2）電沉積陶瓷膜2．快速燒結(jié)技術(shù)1）微波燒結(jié)2）爆炸燒結(jié)一、無機(jī)非金屬材料的低能耗、少污染制備技術(shù)1．免燒和低溫固結(jié)243．反應(yīng)燒結(jié)技術(shù)1）反應(yīng)燒結(jié)2）自蔓延燒結(jié)3）LanxideTM方法3．反應(yīng)燒結(jié)技術(shù)1）反應(yīng)燒結(jié)2）自蔓延燒結(jié)3）Lanxi254．近凈尺寸成型和可切削技術(shù)1）近凈尺寸成型技術(shù)directcoagulationcasting，DCC

4．近凈尺寸成型和可切削技術(shù)1）近凈尺寸成型技術(shù)dire262）可切削技術(shù)2）可切削技術(shù)27二、無機(jī)非金屬固體廢棄物的再循環(huán)與再利用

無機(jī)非金屬固體廢棄物的高附加值利用方法有：①分離法，可提取其他元素或化合物；②合成法，再添加其他原料，可制備新材料；③完全利用法，即完全利用廢料制成新材料。1．粉煤灰、煤矸石1）粉煤灰制取沸石2）粉煤灰、煤矸石制備高性能陶瓷2．建筑廢料、廢混凝土、廢陶瓷3．高爐渣、鋼渣二、無機(jī)非金屬固體廢棄物的再循環(huán)與再利用無機(jī)非金屬固體廢棄287.4生態(tài)建材

水泥、混凝土、建筑玻璃、建筑裝飾裝修材料等

一、建筑材料與環(huán)境1）建筑材料對地球環(huán)境的影響2）地球環(huán)境對建筑材料的影響3）建筑材料對人類居住環(huán)境的影響7.4生態(tài)建材水泥、混凝土、建筑玻璃、建筑裝飾裝修材料29二、生態(tài)建材基本概念

生態(tài)建材就是賦予優(yōu)異環(huán)境協(xié)調(diào)性的建筑材料，故又稱環(huán)境協(xié)調(diào)建材，這一類材料環(huán)境協(xié)調(diào)性好，既具有優(yōu)異性能，又有益于人體健康。二、生態(tài)建材基本概念生態(tài)建材就是賦予優(yōu)異環(huán)境協(xié)調(diào)性的30（1）具有優(yōu)異的使用性能：（2）生產(chǎn)時少用或不用天然資源，大量使用廢棄物作為再生資源；（3）采用清潔的生產(chǎn)技術(shù)，廢氣、廢渣和廢水的排放量相對較少；（4）使用過程中有益于人體健康、有利于生態(tài)環(huán)境改善及與環(huán)境相和諧；（5）廢棄后使之作為再生資源或能源加以利用，或能作凈化處理。生態(tài)建材有如下主要特點(diǎn)：（1）具有優(yōu)異的使用性能：生態(tài)建材有如下主要特點(diǎn)：31三、生態(tài)建材的研究內(nèi)容目的是通過對材料環(huán)境問題的研究，尋找在生產(chǎn)、使用和再生過程中具有最低環(huán)境負(fù)荷的性能優(yōu)異的建筑材料，以滿足人類社會發(fā)展的需要。傳統(tǒng)建材的生態(tài)化改造

開展新型生態(tài)建材的研究將環(huán)境意識引入建筑材料

三、生態(tài)建材的研究內(nèi)容目的是通過對材料環(huán)境問題的研究，尋找在32四、生態(tài)建材的研究開發(fā)現(xiàn)狀1．水泥1）低環(huán)境負(fù)荷水泥添加料2）生態(tài)水泥3）降低能耗的新工藝4）廢棄物再生利用技術(shù)四、生態(tài)建材的研究開發(fā)現(xiàn)狀1．水泥1）低環(huán)境負(fù)荷水泥添加332．混凝土1）環(huán)境負(fù)荷降低型生態(tài)混凝土（1）降低制造時的環(huán)境負(fù)荷

（2）降低使用時的環(huán)境負(fù)荷（3）利用混凝土降低環(huán)境負(fù)荷2）生物對應(yīng)型生態(tài)混凝土2．混凝土1）環(huán)境負(fù)荷降低型生態(tài)混凝土（1）降低制造時的環(huán)境343．平板玻璃

1）熱反射玻璃2）高性能隔熱玻璃3）自動調(diào)光玻璃4）隔音隔熱玻璃5）電磁屏蔽玻璃6）抗菌自潔玻璃

3．平板玻璃1）熱反射玻璃2）高性能隔熱玻璃3）自動調(diào)光玻354．建筑裝飾裝修材料1）建筑涂料2）壁紙墻布3）建筑膠粘劑4）建筑衛(wèi)生陶瓷4．建筑裝飾裝修材料1）建筑涂料2）壁紙墻布3）建筑膠粘劑436鈦白的粘附力強(qiáng)，不易起化學(xué)變化，永遠(yuǎn)是雪白的。特別可貴的是鈦白無毒。它的熔點(diǎn)很高，被用來制造耐火玻璃，釉料，琺瑯、陶土、耐高溫的實(shí)驗器皿等。二氧化鈦是世界上最白的東西，1克二氧化鈦可以把450多平方厘米的面積涂得雪白。它比常用的白顏料—鋅鋇白還要白5倍，因此是調(diào)制白油漆的最好顏料。世界上用作顏料的二氧化鈦，一年多到幾十萬噸。二氧化鈦可以加在紙里，使紙變白并且不透明，效果比其他物質(zhì)大10倍，因此，鈔票紙和美術(shù)品用紙就要加二氧化鈦。此外，為了使塑料的顏色變淺，使人造絲光澤柔和，有時也要添加二氧化鈦。在橡膠工業(yè)上，二氧化鈦還被用作為白色橡膠的填料。鈦白的粘附力強(qiáng)，不易起化學(xué)變化，永遠(yuǎn)是雪白的37第七章無機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境材料第七章無機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境材料38內(nèi)容7.1概述7.2無機(jī)非金屬材料的生態(tài)化改造7.3無機(jī)非金屬材料零排放與零廢棄制備科學(xué)技術(shù)7.4生態(tài)建材內(nèi)容7.1概述397.1概論一、無機(jī)非金屬材料的分類、特點(diǎn)及其生態(tài)化改造的重點(diǎn)及難點(diǎn)無機(jī)非金屬材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料，是除高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱。7.1概論一、無機(jī)非金屬材料的分類、特點(diǎn)及其生態(tài)化改造的40材

料品種示例傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料水泥和其他膠凝材料硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、石灰、石膏等陶

瓷粘土質(zhì)、長石質(zhì)、滑石質(zhì)和骨灰質(zhì)陶瓷等耐火材料硅質(zhì)、硅酸鹽質(zhì)、高鋁質(zhì)、鎂質(zhì)、鉻鎂質(zhì)等玻

璃硅酸鹽、硼酸鹽、氧化物、硫化物和鹵素化合物玻璃等搪

瓷鋼片、鑄鐵、鋁和銅胎等鑄

石輝綠石、玄武巖、鑄石等研磨材料氧化硅、氧化鋁、碳化硅等多孔材料硅藻土、沸石、多孔硅酸鹽和硅酸鋁等碳素材料石墨、焦炭和各種碳素制品等非金屬礦粘土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金剛石等新型無機(jī)非金屬材料高頻絕緣材料氧化鋁、氧化鈹、滑石、鎂橄欖石質(zhì)陶瓷、石英玻璃和微晶玻璃等鐵電和壓電材料鈦酸鋇系、鋯鈦酸鉛系材料等磁性材料錳-鋅、鎳-鋅、錳-鎂、鋰-錳等鐵氧體、磁記錄和磁泡材料等導(dǎo)體陶瓷鈉、鋰、氧離子的快離子導(dǎo)體和碳化硅等半導(dǎo)體陶瓷鈦酸鋇、氧化鋅、氧化錫、氧化釩、氧化鋯等過渡金屬元素氧化物系材料等光學(xué)材料釔鋁石榴石激光材料，氧化鋁、氧化釔透明材料和石英系或多組分玻璃的光導(dǎo)纖維等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷高溫氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等難熔化合物超硬材料碳化鈦、人造金剛石和立方氮化硼等人工晶體鈮酸鋰、鉭酸鋰、砷化鎵、氟金云母等生物陶瓷長石質(zhì)齒材、氧化鋁、磷酸鹽骨材和酶的載體等無機(jī)復(fù)合材料陶瓷基、金屬基、碳素基的復(fù)合材料無機(jī)非金屬材料的分類材

料品種示例傳水泥和其他膠凝材料硅酸鹽水泥、鋁41二、制備無機(jī)非金屬材料的原料及其生態(tài)化改造對策地殼中硅酸鹽和鋁硅酸鹽占明顯優(yōu)勢，它們和其他一些氧化物礦物是制備無機(jī)非金屬材料的最主要原料。傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料原料大多直接取自天然礦物，就原料而言環(huán)境負(fù)荷低。采用地殼中含量最為豐富的氧化鋁、氧化硅和生物圈、大氣圈中含量豐富并能夠再循環(huán)的碳、氮為主要原料，應(yīng)是無機(jī)非金屬材料原料生態(tài)化的首選。二、制備無機(jī)非金屬材料的原料及其生態(tài)化改造對策42三、無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)工藝及其生態(tài)化改造對策普通無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)工藝通常都要經(jīng)過以下工序：粉料制備、成型、高溫?zé)珊秃筇幚怼?/p>

對所有的原料，作為共同的特點(diǎn)，高溫?zé)赡耸亲钪匾墓ば?。無機(jī)非金屬材料環(huán)境負(fù)荷最大的工藝環(huán)節(jié)是高溫過程和粉碎過程，總體而言，采用以電為熱源的連續(xù)式加熱工藝和閉路粉碎工藝具有較小的能耗和污染。三、無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)工藝及其生態(tài)化改造對策431．水泥2．耐火材料1）原料煅燒2）原料加工3）燒成玻璃硅酸鹽玻璃是以石英砂、石灰石、純堿等為主要原料，經(jīng)高溫熔制、成型、熱處理、冷加工等工序制成。1．水泥444．陶瓷（傳統(tǒng)陶瓷與先進(jìn)陶瓷）1）粉體制備2）陶瓷成型3）陶瓷燒結(jié)4）陶瓷加工5．碳素材料1）碳／碳復(fù)合材料的浸漬碳化法2）碳／碳復(fù)合材料的氣相滲積法6．無機(jī)涂層通過特定工藝將無機(jī)非金屬材料附著于基體材料表面制成膜狀材料，起到保護(hù)、裝飾和特殊功能的作用，可以充分發(fā)揮膜與基體材料各自的優(yōu)勢。涂層工藝按涂層組元被涂到基體表面以前的形態(tài)分為氣相法、液相法和固相法三種。4．陶瓷（傳統(tǒng)陶瓷與先進(jìn)陶瓷）45四、無機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境材料設(shè)計思想對于無機(jī)非金屬材料，由于加工的困難性，通常材料和產(chǎn)品是同時完成的，材料即是產(chǎn)品，產(chǎn)品即是材料，二者不可分割。四、無機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境材料設(shè)計思想46由于無機(jī)非金屬材料的固有特點(diǎn)，MLCA和PLCA是統(tǒng)一的，并貫穿于材料（產(chǎn)品）的設(shè)計、制造、使用等整個壽命周期中。由于無機(jī)非金屬材料的固有特點(diǎn)，MLCA和PLCA是統(tǒng)一的，并477.2無機(jī)非金屬材料的生態(tài)化改造一、傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料面臨的主要生態(tài)環(huán)境問題1）使用性能與環(huán)境協(xié)調(diào)性的矛盾突出2）制備過程中能耗高3）很難再循環(huán)利用4）固體廢棄物難處理5）有毒有害添加劑和排放物問題6）土地資源占用和消耗量大、破壞嚴(yán)重7.2無機(jī)非金屬材料的生態(tài)化改造一、傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材48二、無機(jī)非金屬材料原料的生態(tài)化設(shè)計1）高純化與復(fù)合化2）天然原料與合成原料三、無機(jī)非金屬材料的結(jié)構(gòu)、性能設(shè)計和長壽命化改造1．性能設(shè)計1）長壽命化性能設(shè)計的原則（1）以服役條件、失效分析為依據(jù)。（2）將成分設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合。二、無機(jī)非金屬材料原料的生態(tài)化設(shè)計492）高溫性能設(shè)計（1）高溫強(qiáng)度、抗蠕變性能設(shè)計（2）熱震抗力設(shè)計（3）抗氧化設(shè)計2）高溫性能設(shè)計503）強(qiáng)度、韌性、抗疲勞性能設(shè)計外加應(yīng)力

材料斷裂強(qiáng)度

外加應(yīng)力強(qiáng)度因子

材料斷裂韌性

應(yīng)力腐蝕指數(shù)（疲勞指數(shù)）4）耐腐蝕、磨損性能設(shè)計3）強(qiáng)度、韌性、抗疲勞性能設(shè)計外加應(yīng)力材料斷裂強(qiáng)度外加應(yīng)512．結(jié)構(gòu)設(shè)計

1）晶粒設(shè)計（1）晶粒尺寸（2）晶粒形狀2）晶界設(shè)計3）多相復(fù)合設(shè)計（1）原位自生復(fù)相結(jié)構(gòu)（2）納米復(fù)合結(jié)構(gòu)（3）纖維、晶須復(fù)合結(jié)構(gòu)（4）智能自修復(fù)結(jié)構(gòu)2．結(jié)構(gòu)設(shè)計523．無機(jī)非金屬材料長壽命化的典型設(shè)計—陶瓷涂層在一種材料表面形成另一種材料的涂層1）鍋爐傳熱管陶瓷涂層2）飛機(jī)發(fā)動機(jī)的陶瓷絕熱涂層3．無機(jī)非金屬材料長壽命化的典型設(shè)計—陶瓷涂層53四、與應(yīng)用有關(guān)的無機(jī)非金屬材料生態(tài)化改造和宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計陶瓷的切斷抗力

陶瓷的正斷抗力金屬的正斷抗力

金屬的切斷抗力軟性系數(shù)

四、與應(yīng)用有關(guān)的無機(jī)非金屬材料生態(tài)化改造和宏觀結(jié)構(gòu)設(shè)計陶瓷54對陶瓷材料進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計時應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：（1）陶瓷材料應(yīng)當(dāng)盡可能避免用于較硬的應(yīng)力狀態(tài)（單向拉伸、多向拉伸或缺口拉伸等）。（2）采用組合式結(jié)構(gòu)，將拉應(yīng)力狀態(tài)盡可能地轉(zhuǎn)化為較軟的應(yīng)力狀態(tài)。對陶瓷材料進(jìn)行強(qiáng)度設(shè)計時應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：55第七章無機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境材料課件56五、無機(jī)非金屬材料生態(tài)化改造實(shí)例1．成分設(shè)計實(shí)例—新型粘土質(zhì)復(fù)相陶瓷粘土的主要成分是SiO2和Al2O3，假定的化學(xué)通式為Al2O3·2SiO2·2H2O，此外還含有Fe、Ti、Mg、Ca等氧化物。

3C＋SiO2SiC＋2CO煅燒在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，則最終制成Si3N4和Al2O3。作為碳源，也可以在粘土中直接混入廢木屑、廢紙漿、植物秸稈等，這樣制成的材料則具有類似晶須的強(qiáng)韌化作用，并能夠?qū)崿F(xiàn)廢物利用。

五、無機(jī)非金屬材料生態(tài)化改造實(shí)例572．結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例—功能型多孔過濾器（材料）

將連續(xù)的多孔管道設(shè)計、連續(xù)的導(dǎo)電相設(shè)計、不連續(xù)增強(qiáng)相設(shè)計等三個互相矛盾的因素結(jié)合于一體。2．結(jié)構(gòu)設(shè)計實(shí)例—功能型多孔過濾器（材料）583．性能設(shè)計實(shí)例—高性能碳化硅材料1）增韌碳化硅窯具

熱應(yīng)力作用下的損壞主要分兩類：熱震破壞和熱震損傷。

2）1600C級碳化硅發(fā)熱體（1）氧化膜改性。（2）復(fù)合涂層（3）顯微結(jié)構(gòu)設(shè)計3．性能設(shè)計實(shí)例—高性能碳化硅材料597.3無機(jī)非金屬材料零排放與零廢棄制備科學(xué)技術(shù)

對無機(jī)非金屬材料排放和廢棄的控制以及以此為目的的零排放與零廢棄制備科學(xué)技術(shù)，是無機(jī)非金屬類生態(tài)環(huán)境材料研究的重要內(nèi)容。7.3無機(jī)非金屬材料零排放與零廢棄制備科學(xué)技術(shù)對無機(jī)非金60一、無機(jī)非金屬材料的低能耗、少污染制備技術(shù)1．免燒和低溫固結(jié)技術(shù)1）水熱熱壓2）反應(yīng)硬化型免燒陶瓷和電沉積陶瓷膜（1）反應(yīng)硬化型陶瓷——磷灰石水泥（2）電沉積陶瓷膜2．快速燒結(jié)技術(shù)1）微波燒結(jié)2）爆炸燒結(jié)一、無機(jī)非金屬材料的低能耗、少污染制備技術(shù)1．免燒和低溫固結(jié)613．反應(yīng)燒結(jié)技術(shù)1）反應(yīng)燒結(jié)2）自蔓延燒結(jié)3）LanxideTM方法3．反應(yīng)燒結(jié)技術(shù)1）反應(yīng)燒結(jié)2）自蔓延燒結(jié)3）Lanxi624．近凈尺寸成型和可切削技術(shù)1）近凈尺寸成型技術(shù)directcoagulationcasting，DCC

4．近凈尺寸成型和可切削技術(shù)1）近凈尺寸成型技術(shù)dire632）可切削技術(shù)2）可切削技術(shù)64二、無機(jī)非金屬固體廢棄物的再循環(huán)與再利用

無機(jī)非金屬固體廢棄物的高附加值利用方法有：①分離法，可提取其他元素或化合物；②合成法，再添加其他原料，可制備新材料；③完全利用法，即完全利用廢料制成新材料。1．粉煤灰、煤矸石1）粉煤灰制取沸石2）粉煤灰、煤矸石制備高性能陶瓷2．建筑廢料、廢混凝土、廢陶瓷3．高爐渣、鋼渣二、無機(jī)非金屬固體廢棄物的再循環(huán)與再利用無機(jī)非金屬固體廢棄657.4生態(tài)建材

水泥、混凝土、建筑玻璃、建筑裝飾裝修材料等

一、建筑材料與環(huán)境1）建筑材料對地球環(huán)境的影響2）地球環(huán)境對建筑材料的影響3）建筑材料對人類居住環(huán)境的影響7.4生態(tài)建材水泥、混凝土、建筑玻璃、建筑裝飾裝修材料66二、生態(tài)建材基本概念

生態(tài)建材就是賦予優(yōu)異環(huán)境協(xié)調(diào)性的建筑材料，故又稱環(huán)境