無(wú)機(jī)非金屬課件

第4章無(wú)機(jī)非金屬材料傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷水泥玻璃耐火材料材料概論傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷材料概論4.1無(wú)機(jī)非金屬材料概述什么是無(wú)機(jī)非金屬材料？金屬材料和有機(jī)高分子材料以外的固體材料通稱為無(wú)機(jī)非金屬材料。硅酸鹽材料：陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料等以天然硅酸鹽為原料的制品。新型無(wú)機(jī)材料：用人工合成方法制成的不含硅或很少含SiO2的材料，如一些氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、鹵化物、硫化物和碳素材料等?？煞譃椋?.1無(wú)機(jī)非金屬材料概述什么是無(wú)機(jī)非金屬材料？金屬材料和有機(jī)熔點(diǎn)高耐高溫硬度高強(qiáng)度高彈性模量大無(wú)機(jī)非金屬材料主要特征絕緣性好耐磨損耐氧化耐腐蝕化學(xué)穩(wěn)定性好脆性大，韌性差熔點(diǎn)高無(wú)機(jī)非金屬材料主要特征絕緣性好脆性大，韌性差正長(zhǎng)石

K2O.Al2O3.6SiO2

K2Al2Si6O16白云母K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2OK2H4Al6(SiO4)6高嶺土Al2O3.2SiO2.2H2OAl2H4Si2O9石棉CaO.3MgO.4SiO2

Mg3Ca(SiO3)4滑石3MgO.4SiO2.H2OMg3H2(SiO3)4泡沸石Na2O.Al2O3.2SiO2.nH2ONa2Al2(SiO4)2.nH2O天然硅酸鹽在自然界中分布很廣,是構(gòu)成地殼的主要組分。其化學(xué)式很復(fù)雜，可看成是二氧化硅和金屬氧化物的復(fù)合氧化物。天然硅酸鹽(silicate)礦物正長(zhǎng)石K2O.Al2O3.6SiO2石棉片黃玉正長(zhǎng)石高嶺石石棉片黃玉正長(zhǎng)石高嶺石水晶水晶白云母滑石粘土白云母滑石粘土天然硅酸鹽不論組成多么復(fù)雜，在其晶體內(nèi)部，基本結(jié)構(gòu)單元都是SiO4四面體。硅占據(jù)四面體的中心，4個(gè)氧則占據(jù)4個(gè)頂角。OSi天然硅酸鹽不論組成多么復(fù)雜，在其晶體內(nèi)部，基本結(jié)構(gòu)單元都是SSiO44-Si2O76-Si3O96-Si6O1812-SiO44-Si2O76-Si3O96-Si6O1812-4.2陶瓷材料陶瓷與中國(guó)？第一階段：火與土的文明，陶器誕生4.2陶瓷材料陶瓷與中國(guó)？第一階段：火與土的文明，陶器誕第二階段：瓷器誕生，從此瓷器與中國(guó)結(jié)緣；西晉青瓷羊！China的來(lái)源？第二階段：瓷器誕生，從此瓷器與中國(guó)結(jié)緣；西晉青瓷羊！Chin白瓷誕生，精純?cè)螷aolin的使用；法門寺五瓣花口瓷碗！瓷器在中國(guó)的演變？白瓷誕生，精純?cè)螷aolin的使用；法門寺五瓣花口瓷碗！瓷中國(guó)瓷器的頂峰，青花及五彩彩色瓷器的誕生！中國(guó)瓷器的頂峰，青花及五彩彩色瓷器的誕生！第三階段，傳統(tǒng)工業(yè)陶瓷，陶瓷技術(shù)+工業(yè)革命；瓷器文明中心的轉(zhuǎn)移？第三階段，傳統(tǒng)工業(yè)陶瓷，陶瓷技術(shù)+工業(yè)革命；瓷器文明中心的轉(zhuǎn)瓷器技術(shù)的飛躍？第四階段：特種陶瓷的誕生，陶瓷理論的推動(dòng)！瓷器技術(shù)的飛躍？第四階段：特種陶瓷的誕生，陶瓷理論的推動(dòng)！“陶瓷”是指所有以粉狀粘土為主要原料與其它天然礦物原料經(jīng)過(guò)粉碎、混煉、成形、燒結(jié)等過(guò)程而形成的多晶、多相的聚集體。性能：耐高溫、耐磨、耐腐蝕、高硬度、高強(qiáng)度及其它特殊性能(壓電性、磁性和光學(xué)性能)，但脆性大4.2陶瓷材料4.2.1概述“陶瓷”是指所有以粉狀粘土為主要原料與其它天然礦物4.2陶瓷材料4.2.2陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能陶瓷材料的結(jié)合鍵離子鍵、共價(jià)鍵以及離子鍵與共價(jià)鍵的混合鍵離子晶體－以離子鍵結(jié)合的晶體。金屬氧化物晶體：MgO、Al2O3共價(jià)晶體－共價(jià)鍵結(jié)合的晶體。金剛石、SiC、Si3N4、BNAl2O3

金剛石4.2陶瓷材料4.2.2陶瓷材料的結(jié)構(gòu)和性能陶瓷材1.結(jié)晶相：主要組成相，由離子鍵或共價(jià)鍵結(jié)合而成，決定陶瓷的性能：高熔點(diǎn)、高耐熱性、高化學(xué)穩(wěn)定性、高絕緣性、高脆性。2.玻璃相：非晶態(tài)固體，將晶相粘結(jié)在一起，降低燒結(jié)溫度，抑制晶相晶粒長(zhǎng)大和填充氣孔。3.氣相：氣孔（5％－10％）。對(duì)性能的不利影響：增加脆性、降低強(qiáng)度、是造成裂紋的根源。電擊穿強(qiáng)度降低，絕緣性能降低。對(duì)性能的有利影響：提高吸振性，使陶瓷密度減小陶瓷的組成1.結(jié)晶相：主要組成相，由離子鍵或共價(jià)鍵結(jié)合而成，決定陶瓷的陶瓷材料的性能—力學(xué)性能陶瓷材料的性能—力學(xué)性能理論強(qiáng)度高—離子鍵和共價(jià)鍵實(shí)際強(qiáng)度要較理論強(qiáng)度低—組織的不均勻性，內(nèi)部雜質(zhì)和各種缺陷晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高。高溫強(qiáng)度、高溫抗蠕變能力、抗氧化性優(yōu)于金屬材料—常用于高溫材料陶瓷材料的力學(xué)性能強(qiáng)度理論強(qiáng)度高—離子鍵和共價(jià)鍵陶瓷材料的力學(xué)性能強(qiáng)度陶瓷的塑性和韌性較低，無(wú)塑性變形，脆性斷裂——陶瓷最大的弱點(diǎn)。斷裂過(guò)程：裂紋形成和擴(kuò)展的過(guò)程斷裂的原因：陶瓷內(nèi)部和表面所產(chǎn)生的微裂紋，在受到外應(yīng)力時(shí)快速擴(kuò)展。陶瓷材料的力學(xué)性能塑性與韌性陶瓷的塑性和韌性較低，無(wú)塑性變形，脆性斷裂——陶瓷最大的弱點(diǎn)陶瓷材料的熱學(xué)性能陶瓷材料的熱學(xué)性能陶瓷材料的電學(xué)和光學(xué)性能陶瓷材料的電學(xué)和光學(xué)性能4.2.3陶瓷的分類結(jié)構(gòu)陶瓷功能陶瓷日用陶瓷建筑陶瓷電絕緣瓷化工陶瓷傳統(tǒng)陶瓷陶瓷特種陶瓷按性能劃分區(qū)別常見(jiàn)陶瓷分類方法？4.2.3陶瓷的分類結(jié)構(gòu)陶瓷日用陶瓷傳統(tǒng)陶瓷陶瓷特種陶瓷按區(qū)別傳統(tǒng)陶瓷特種陶瓷原料天然礦物材料人工精致合成原料成型注漿、可塑成型注射、軋膜、等靜壓、流延等燒成1350℃以下，煤、油、氣結(jié)構(gòu)陶瓷需1600℃，功能陶瓷需精確控制，電、油、氣性能外觀效果為主內(nèi)在質(zhì)量為主，高強(qiáng)、耐磨、耐高溫、耐腐蝕等加工一半不需要加工切割、打孔、研磨、拋光傳統(tǒng)陶瓷與特種陶瓷的區(qū)別區(qū)別傳統(tǒng)陶瓷特種陶瓷原料天然礦物材料人工精致合成原料成型注漿第四章無(wú)機(jī)非金屬課件第四章無(wú)機(jī)非金屬課件第四章無(wú)機(jī)非金屬課件第四章無(wú)機(jī)非金屬課件第四章無(wú)機(jī)非金屬課件第四章無(wú)機(jī)非金屬課件第四章無(wú)機(jī)非金屬課件第四章無(wú)機(jī)非金屬課件結(jié)構(gòu)陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷強(qiáng)度較高，絕緣電阻大，硬度大，耐磨、耐蝕介電損耗低透光性耐高溫用途最廣泛，原料最豐富，價(jià)格最低廉金屬熔煉的坩堝、爐管、爐芯、熱電偶保護(hù)管等各種耐熱部件化工領(lǐng)域輸送酸的管道內(nèi)襯、閥門以及各種耐酸泵的泵體、葉輪電工電子：火花塞絕緣瓷、裝置瓷，大功率電子管支架、窗口、管殼，大規(guī)模集成電路的基片及原件等各種刀具、模具、磨料及耐磨件透光材料：鈉蒸汽燈管紅外窗口等Al2O3陶瓷強(qiáng)度較高，絕緣電阻大，硬度大，耐磨、耐蝕用途最廣泛，原料最僅次于氧化鋁陶瓷的另外一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷硬度高、強(qiáng)度高、韌性好、耐腐蝕、敏感所有陶瓷中最高的冷成型工具切削工具耐磨材料發(fā)動(dòng)機(jī)活塞帽、汽缸內(nèi)襯、軸承、連桿惰性生物陶瓷氣敏元件熔點(diǎn)很高（2667℃），高溫抗腐蝕能力非常強(qiáng)，用作特種耐火材料、澆注口，熔煉鉑、鈀、銠等金屬的坩堝等。ZrO2陶瓷僅次于氧化鋁陶瓷的另外一種重要的結(jié)構(gòu)陶瓷硬度高、強(qiáng)度高、韌第四章無(wú)機(jī)非金屬課件第四章無(wú)機(jī)非金屬課件第四章無(wú)機(jī)非金屬課件功能陶瓷功能陶瓷:利用電、磁、聲、光、熱等直接效應(yīng)及其耦合效應(yīng)所提供的一種或多種性質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)某種使用功能的陶瓷材料一般利用其非力學(xué)性能特點(diǎn)：品種多、產(chǎn)量大、價(jià)格低、應(yīng)用廣、功能全、技術(shù)高、更新快，在材料領(lǐng)域中占有重要的地位。應(yīng)用：能源開發(fā)、空間技術(shù)、電子技術(shù)、傳感技術(shù)、激光技術(shù)、光電子技術(shù)、紅外技術(shù)、生物技術(shù)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用功能陶瓷功能陶瓷:利用電、磁、聲、光、熱等直接效應(yīng)及其耦材料科學(xué)與工程學(xué)院4.2陶瓷材料絕緣陶瓷電介質(zhì)陶瓷壓電和熱釋電陶瓷敏感陶瓷磁性陶瓷導(dǎo)電和超導(dǎo)陶瓷生物陶瓷抗菌陶瓷多孔陶瓷透明和光學(xué)陶瓷功能陶瓷材料科學(xué)與工程學(xué)院4.2陶瓷材料絕緣陶瓷電介質(zhì)陶透明陶瓷：可以透過(guò)可見(jiàn)光的陶瓷透明氧化鋁：工業(yè)最可行透明陶瓷既具有像玻璃一樣的透光性又具有陶瓷本身的耐高溫耐腐蝕高強(qiáng)度等優(yōu)異性能陶瓷光學(xué)透鏡高壓鈉燈燈管透明陶瓷：可以透過(guò)可見(jiàn)光的陶瓷透明氧化鋁：工業(yè)最可行壓電陶瓷：一種具有壓電效應(yīng)、能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料。壓電陶瓷如：鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛（PZT）等壓電陶瓷：一種具有壓電效應(yīng)、能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能骨、牙、心臟瓣膜、整形外科、藥物傳遞等生物陶瓷骨、牙、心臟瓣膜、整形外科、藥物傳遞等生物陶瓷第四章無(wú)機(jī)非金屬課件黏土礦物－高嶺石鉀長(zhǎng)石石英陶瓷材料的制備工藝

原料配制→坯料成型→燒結(jié)→成品主要原料：黏土、石英、長(zhǎng)石4.2.4陶瓷的制備黏土礦物－高嶺石鉀長(zhǎng)石石英陶瓷材料的制備工藝主要原料：黏土、原料選取配方設(shè)計(jì)坯料制備坯體成型釉料制備施釉高溫處理？陶瓷制備的一般工藝過(guò)程原料選取配方設(shè)計(jì)坯料制備坯體成型釉料制備施釉高溫處理？陶瓷陶瓷工業(yè)發(fā)展迅速，各種新型陶瓷不斷問(wèn)世美國(guó)“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)的外殼鋪砌了3.2萬(wàn)塊金屬陶瓷耐熱片用新型陶瓷材料代替金屬材料制發(fā)動(dòng)機(jī)專家們預(yù)言：隨著新陶瓷技術(shù)的發(fā)展，人類將“重返”石器時(shí)代，不過(guò)是一個(gè)全新的石器時(shí)代。陶瓷材料的發(fā)展前景陶瓷工業(yè)發(fā)展迅速，各種新型陶瓷不斷問(wèn)世陶瓷材料的發(fā)展前景4.3玻璃材料什么是玻璃？凡熔融體通過(guò)一定方式冷卻，因黏度逐漸增加而具有固體性質(zhì)與一定結(jié)構(gòu)特征的非晶態(tài)物質(zhì)，都稱為玻璃。純堿、石灰石、石英設(shè)備：原料：玻璃窯或玻璃熔爐原理：Na2CO3＋SiO2===Na2SiO3＋CO2↑高溫CaCO3＋SiO2===CaSiO3＋CO2↑高溫成分：SiO2、Na2SiO3、CaSiO34.3玻璃材料什么是玻璃？凡熔融體通過(guò)一定方式冷卻，因黏戰(zhàn)國(guó)中晚期玻璃璧隋李靜訓(xùn)墓出土的玻璃圓盒清乾隆白地套紅玻璃雙合瓶古埃及玻璃制品古代玻璃制品戰(zhàn)國(guó)中晚期玻璃璧隋李靜訓(xùn)墓出土的玻璃圓盒清乾隆白地套紅玻璃雙第四章無(wú)機(jī)非金屬課件第四章無(wú)機(jī)非金屬課件在玻璃原料中加入某些金屬氧化物制成如加入CoO，玻璃呈藍(lán)色；加入Mn2O，呈紫色；加入Cu2O，呈紅色；加入Cr2O3，呈綠色。有色玻璃它的抗彎強(qiáng)度比普通玻璃大5-7倍，只有受到強(qiáng)烈沖擊時(shí)才會(huì)破壞，而且碎片棱角圓滑，不易飛濺，不易傷人，是很好的安全玻璃。將玻璃進(jìn)行淬火處理或用化學(xué)方法處理制成鋼化玻璃在玻璃原料中加入某些金屬氧化物制成如加入CoO，玻璃呈藍(lán)色；4.4膠凝材料凡能在物理、化學(xué)作用下，由漿體變?yōu)閳?jiān)固的石狀體，并能膠結(jié)其它物料而具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)，通稱為膠凝材料。膠凝材料無(wú)機(jī)有機(jī)瀝青和各種樹脂水硬性膠凝材料氣硬性膠凝材料水泥4.4膠凝材料凡能在物理、化學(xué)作用下，由又稱波特蘭(Portland)水泥，是由粘土和石灰石按比例在旋轉(zhuǎn)窯中于1450℃以上溫度煅燒成熟料，再混入少量石膏，磨粉后制成。硅酸鹽水泥產(chǎn)量最大，應(yīng)用最廣泛又稱波特蘭(Portland)水泥，是由粘土和石灰石按比例在第四章無(wú)機(jī)非金屬課件少量游離氧化鈣（f-CaO）、方鎂石、含堿礦物及玻璃體等少量游離氧化鈣（f-CaO）、方鎂石、含堿礦物及玻璃體等4.4膠凝材料硅酸鹽水泥的水化硬化水泥和適量的水拌和后，形成能膠結(jié)砂石的可塑性漿體，隨后凝結(jié)硬化變成具有一定強(qiáng)度的石狀體，這一過(guò)程即為水泥的凝結(jié)硬化。水化過(guò)程為前提以水泥為膠凝材料，與水和粗、細(xì)集料等材料按適當(dāng)比例配合拌制成拌合物，再經(jīng)澆筑成型硬化后得到的人造石材。水泥混凝土4.4膠凝材料硅酸鹽水泥的水化硬化第四章無(wú)機(jī)非金屬課件特種水泥特種水泥指具有某些特殊性能和特種功能的水泥?？煊哺邚?qiáng)水泥低水化熱水泥膨脹水泥油井水泥耐高溫水泥裝飾水泥其它水泥特種水泥

耐腐蝕水泥特種水泥特種水泥指具有某些特殊性能和特種功