无机非金属材料.ppt

12无机非金属材料 回转窑 一 水泥 1 主要原料 粘土和石灰石 2 主要设备 水泥回转窑 3 生产过程 生料研磨 高温煅烧 加石膏后研成粉末得普通硅酸盐水泥 石膏作用 调节水泥硬化速度 4 反应原理 复杂的物理 化学变化 5 主要成分 硅酸三钙 3cao sio2 硅酸二钙 2cao sio2 铝酸三钙 3cao al2o3 等 6 主要性能 水硬性 陶瓷材料 陶瓷材料 指以天然矿物或人工合成的各种化合物为基本原料 经粉碎 配料 成型和高温烧结等工序而制成的无机非金属固体材料 陶瓷材料的性能 主要取决于材料的物质结构和显微结构 物质结构是指材料的化学结合键和晶体结构 显微结构是指在光学显微镜或电子显微镜下观察到的组织结构 陶瓷材料 物质结构 大多数陶瓷材料的物质结构是由离子键构成的离子晶体 如al2o3 mgo cao和zro等 和由共价键组成共价晶体 如金刚石 si3n4 sic等 为主要结合键 实际上陶瓷的结合键很少是单一的键合 一般都是两种或两种以上的混合形式 显微结构 陶瓷在室温下的组织 晶体相 玻璃相 气相 陶瓷的基本性能 力学性能 陶瓷材料弹性模量高 其值比金属的大 大多数陶瓷属于脆性材料 陶瓷材料的蠕变比金属小 陶瓷材料作为高温结构材料时 蠕变问题将非常突出 抗压高 抗拉与抗剪强度较低 陶瓷的基本性能 热性能 熔点高 大多陶瓷材料的熔点在2000 以上 大多数陶瓷材料低温下热容小 高温下热容大 达到一定温度后热容与温度无关 热容对气孔率敏感 气相越多 热容量越小 陶瓷材料的耐热冲击性能较差 陶瓷材料的导热系数比金属低 陶瓷的基本性能 化学稳定性能 陶瓷材料有良好的耐腐蚀性能它们在化工介质中的腐蚀属于纯化学作用或伴有物理机械作用的化学作用引起的破坏耐酸耐温砖 该产品主要用于化学工业中 对酸及其它腐蚀性介质进行干燥吸收 冷却 回收 贮存等设备的衬里 以及造纸工业的亚硫酸蒸煮锅 乙醛水解锅的衬里 化工陶瓷 化工陶瓷的主要化学成分为sio2和al2o3 除了氢氟酸 氟硅酸及热或浓的碱液外 几乎能耐包括硝酸 硫酸 盐酸 王水 盐溶液 有机溶剂等大多数介质的腐蚀 化工陶瓷最大的缺点 抗拉强度低 性脆 导热系数小 热膨胀系数大 不耐热冲击与机械碰撞 结构材料 高温结构陶瓷 特种陶瓷 氧化铝陶瓷 性能 用途 熔点高 坩埚 高温炉管 硬度大 刚玉球磨机 透明 耐高温 高压钠灯灯管 备注 钠蒸气放电发光问题早在1950年就得以解决 由于没有一种能抵御高温钠蒸气 1400 强烈腐蚀的特殊材料 所以 直到1965年才制取第一支高压钠灯 高温结构材料与金属材料的性能比较 陶瓷 耐高温 耐腐蚀 硬度大 耐磨损 不怕氧化 金属 易受腐蚀 不耐氧化 不适合高温时使用 高纯氧化铝透明陶瓷管 氧化铝陶瓷制品 特种陶瓷 氧化铝陶瓷 氧化铝热电偶套管 氧化铝陶瓷密封环 氧化铝陶瓷喷咀 人造宝石 红宝石和蓝宝石的主要成分都是al2o3 刚玉 红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物 而蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合物 1900年 科学家曾用氧化铝熔融后加入少量氧化铬的方法 制出了质量为2g 4g的红宝石 现在 已经能制造出大到10g的红宝石和蓝宝石 红宝石和蓝宝石及人造宝石 特种陶瓷 氧化铝陶瓷 在室温下 氧化铝陶瓷的抗拉 抗弯强度比金属的低 但温度在700 以上时抗拉 抗弯强度却比金属的高 密度大 硬度高 仅次于金刚石 碳化硼 立方氮化硼 碳化硅 具有良好的耐磨性 氧化铝陶瓷抗蠕变能力高 耐高温性能好 能在1600 下长期使用 氧化铝陶瓷在酸及酸类介质中具有优良的耐蚀性 对碱液亦耐蚀 对某些高温金属熔液也耐蚀 几种常见氧化物陶瓷的基本性能 特种陶瓷 氮化硅陶瓷 成分及分类 si3n4为主要成分 按制造工艺不同可分为热压烧结氮化硅 si3n4 陶瓷和反应烧结氮化硅 si3n4 陶瓷 热压烧结氮化硅陶瓷组织致密 气孔率接近于零 强度高 反应烧结氮化硅陶瓷有20 30 气孔 抗氧化能力强 能抵抗熔融金属的腐蚀 抗冲击性能优于硅酸盐材料应用 耐蚀 耐磨 耐高温零件 如 机械密封环 高温轴承 热电偶套管 燃气轮机的部件等 碳化硅陶瓷化学稳定性好 抗氢氟酸以外的各种无机酸和碱溶液的侵蚀 也能抵抗熔融非铁金属的侵蚀 同时具有优异的电绝缘性能 特点 最大特点是高温强度高 导热能力很强 在陶瓷中仅次于氧化铍陶瓷 热膨胀系数比其它陶瓷小 具有优良的耐热冲击性能 硬度高 摩擦因子小 只有0 1 0 2 具有自润滑性 蠕变抗力高 热膨胀系数小 抗热振性能在陶瓷中最佳 比al2o3瓷高2 3倍 应用 常用于制作加热组件 石墨表面保护层及砂轮和磨料等 反应烧结氮化硅陶瓷主要用于制作形状复杂 尺寸精度高 耐热 抗蚀 耐磨 绝缘制品 热压烧结氮化硅陶瓷只用于制作形状简单的耐磨 耐高温零件 特种陶瓷 碳化硅陶瓷 晶体相 硅酸盐结构 硅酸盐的结合键为离子键与共价键的混合键硅酸盐的基本结构单元是 sio4 四面体 构成硅酸盐的基本单元 硅氧四面体结构 硅氧四面体只能通过共用顶角而相互连结 si4 离子通过o2 结合 si o si的结合键在氧上的键角接近于145 稳定的硅酸盐结构中 硅氧四面体采取最高空间维数互相结合 硅氧四面体采取比较紧密的结构连结 同一结构中的硅氧四面体最多相差1个氧原子 晶体相 氧化物结构 氧化物主要由离子键结合 也有一定成分的共价键 氧化物中的氧离子 一般比阳离子大 进行紧密排列 作为陶瓷结构的骨架 较小的阳离子则处于骨架的间隙中 大多数氧化物结构是氧离子排列成简单立方 面心立方和密排立方三类晶体结构 金属离子位于其间隙中 晶体相 非氧化物结构 非氧化物如碳化物 氮化物是特种陶瓷的主要组成和晶体相 主要由强大的共价键结合 玻璃相是陶瓷组织中的一种非晶态的低熔点固体相 由陶瓷的某些组成物与杂质在烧成过程中形成硅氧四面体组成不规则的空间网 形成玻璃的骨架 玻璃相 玻璃相在陶瓷中主要起粘结分散的晶体相 抑制晶体相的晶粒长大 填充晶体相之间的空隙 提高材料的致密度 降低陶瓷烧成温度的作用 导致陶瓷在高温下发生蠕变 因此玻璃相对陶瓷的机械强度 耐热性性能不利 在玻璃相中常常还存在一些金属离子 降低了陶瓷的绝缘性能 玻璃相的作用 气相 气相指陶瓷在烧制过程中组织内部残留下的孔洞 提高陶瓷抗温度波动的能力 并能吸收振动 这是有利的 不利的