无机非金属材料.doc

玻璃玻璃是一种具有无规则结构的非晶态固体。 微晶玻璃微晶玻璃是通过基础玻璃在加热过程中进行控制晶化而制得的一种含有大量微晶体的多晶固体材料。 胶凝材料在物理化学作用下，能从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其它物料而有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。 水泥凡细磨材料与水混合后成为塑性浆体，经一系列物理化学作用凝结硬化变成坚硬的石状体，并能将砂石等散状材料胶结成为整体的水硬性胶凝材料，通称为水泥。 硅酸盐水泥由硅酸盐水泥熟料、05石灰石或粒化高炉矿渣，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥， Portland Cement）。 釉釉是附在陶瓷表面的一种玻璃或玻璃与晶体的连续粘着层。在陶瓷表面施釉可使其表面平滑、光泽、抗污染性强，降低吸水性，同时提高强度、表面硬度及耐化学腐蚀性，加强了陶瓷容器的装饰性。 铁电效应铁电材料的晶体结构在不加外电场时就具有自发极化现象，其自发极化的方向能够被外加电场反转或重新定向的特性被称为“铁电效应”或“铁电现象”。 耐火材料耐火材料是指耐火度不低于1580的无机非金属材料。一般的，凡具有抵抗高温以及在高温下所产生的物理化学作用的材料统称为耐火材料。 耐火度耐火材料抵抗高温而不变形的性能叫耐火度。加热时，耐火材料中各种矿物质组成之间会发生反应，并生成易熔的低熔点结合物而使之软化，故耐火度只是表明耐火材料软化一定程度时的温度。 抗热震性材料承受温度急剧变化而不失效的能力。 特种陶瓷特种陶瓷是采用纯度较高的人工合成化合物(如Al2O3 ZrO2、SiC、Si3N4、BN)，经配料、成型、烧结而制得。 电介质陶瓷从电学性能角度分类，可将固体材料分为超导体、导体、半导体和绝缘体。绝缘体（材料）亦称为电介质。电介质陶瓷即是指电阻率大于108的陶瓷材料，能承受较强的电场而不被击穿。 什么是无机非金属材料？大致有哪些种类？无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、膨化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。其分类有玻璃、陶瓷、耐火材料、水泥等。 硅酸盐结构特点是什么？按其结构可分为几种类型？硅酸盐结构中，硅氧四面体SiO4是基本结构单元。SiO4四面体联成各种形式的骨干，骨干与骨干之间再借助其它阳离子相互联接成许多类型的硅酸盐结构。按其结构分，可分为下面几类： 岛状硅氧四面体 环状硅氧四面体 链状硅氧四面体 层状硅氧四面体 架状硅氧四面体 孔隙对无机非金属材料性能的影响？ 若孔隙率大，则材料的表观密度降低，机械性能降低，系统自由能提高。若孔隙率小则相反。 玻璃的通性？通常有哪几大类玻璃（按组成）？玻璃的通性： 各 向 同 性：均质玻璃其各方向的性质如折射率、硬度、弹性模量、热膨胀系数、导热系数等都相同（均质玻璃中存在应力除外）。玻璃的各向同性是其内部质点无序排列而呈现统计均质 结构的外在表现。 介 稳 性：热力学高能状态，有析晶的趋势动力学高粘度，析晶不可能，长期保持介稳态。 凝固的渐变性和可逆性：由熔融态向玻璃态转变的过程是可逆的与渐变的，这与熔体的 结晶过程有明显区别 由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度变化的连续性：第一类性质：玻璃的电导、比容、粘度等第二类性质：玻璃的热容、膨胀系数、密度、折射率等第三类性质：玻璃的导热系数和弹性系数等根据组成可分为： 元素玻璃、氧化物玻璃、卤化物玻璃、硫属玻璃 玻璃的结构特点？玻璃结构两种学说的各自侧重点？玻璃结构特点：近程有序，远程无序。玻璃结构的两种学说： 晶子假说着重于玻璃结构的微不均匀和 有序性。 无规则网络学说着重于玻璃结构的无序、连续、均匀和统计性。 按无规网络学说，氧化物形成玻璃的四个条件？形成玻璃的氧化物分哪几类？氧化物要形成玻璃必须具备四个条件： A、每个O最多与两个网络形成离子相连。 B、多面体中阳离子的配位数 4。 C、多面体只能共角而不共棱或共面。 D、多面体至少有3个角与其它相邻多面体共用。形成玻璃的氧化物分成三类：（1）玻璃形成体氧化物 SiO2， B2O3等氧化物可以单独形成玻璃；（2）网络外体氧比物 碱金属和碱土金属氧化物本身不能单独形成玻璃，但可以改变玻璃的性质；（3）中间体氧化物 在一定条件下可以成为玻璃形成体的氧化物。 硼酸盐玻璃中的硼反常是什么？B2O3与碱金属或碱土金属氧化物R2O、RO等配合才能制成稳定的有实用价值的硼酸盐玻璃。当B2O3中加入R2O、RO时会出现“硼反常”。 碱金属或碱土金属氧化物加入B2O3，使BO3变成BO4，多面体之间的连结点由 3变4，导致玻璃结构部分转变为三维的架状结构，从而加强了网络，并使玻璃的各种物理性质变好，这与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，其性质随R2O或RO加入量的变化规律相反，所以称为“硼反常”。 硅酸盐水泥生产原料及其作用？熟料的主要成分是什么？ 硅酸盐水泥生产原材料原料： ）石灰质原料 主要提供CaO，如石灰石）粘土质原料 主要提供SiO2、 Al2O3以及Fe2O3。如粘土3）校正原料 补充两种原料中所缺少的铁、硅、铝。 铁质校正料，主要提供Fe2O3，如铁矿粉 硅质校正料，主要提供SiO2，如砂岩 铝质校正料，主要提供Al2O3，如电厂粉煤灰 硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成硅酸三钙 3CaO SiO2， 简式为C3S， 37%60; 硅酸二钙 2CaO SiO2， 简式为C2S， 15%37; 铝酸三钙 3CaO Al2O3， 简式为C3A， 7%15; 铁铝酸四钙4CaO Al2O3 Fe2O3， 简式为C4AF，10%18。 除四种主要成分外，水泥中尚含有少量游离CaO、MgO、SO3、及碱（K2O、Na2O）这些均为有害成分，国家标准中有严格限止。 生产硅酸盐水泥的工艺？硅酸盐水泥生产工艺概述：1)把几种原材料按适当比例配合，在磨机中磨成生料；2)将制备好的生料入窑进行煅烧，烧至1450左右生成以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥“熟料”；3)为调节水泥的凝结速度，在烧成的熟料中加入适量的石膏共同磨细，即为硅酸盐水泥。因此，硅酸盐水泥生产工艺概括起来为“两磨一烧”。 普通陶瓷和特种陶瓷的主要区别是什么？按其原料的来源不同可分为普通陶瓷（传统陶瓷）和特种陶瓷(先进陶瓷)。普通陶瓷是以天然硅酸盐矿物为原料（粘土、长石、石英），经过原料加工、成型、烧结而成，因此又叫硅酸盐陶瓷。特种陶瓷是采用纯度较高的人工合成化合物(如Al2O3 ZrO2、SiC、Si3N4、BN)，经配料、成型、烧结而制得。 什么是普通陶瓷？按坯体性能分为哪几类？其制造工艺流程？普通陶瓷是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程而制成的各种制品。按坯体的物理性能分类：按陶瓷制品的坯体结构及其相应的基本物理性能的不同来分类，是较为科学的一种分类方法。 陶器( Pottery)以陶土为原料，所含杂质较多，烧成温度较低，断面粗糙无光，不透明，吸水率较高。 瓷器( porcelain)以纯的高岭土为原料，焙烧温度较高，坯体致密，几乎不吸水，有一定的半透明性。 介于陶器和瓷器二者之间的产品为炻器( Stoneware)，也称为石胎瓷、半瓷。炻器坯体比陶器致密，吸水率较低，但与瓷器相比，断面多数带有颜色而无半透明性，吸水率也高于瓷器。制造工艺流程：制备混合料制备陶瓷坯料坯体成型干燥修坯、粘接烧结釉浆、釉料制备施釉 陶瓷材料的显微结构中通常有哪三相？它们对材料的性能有何作用？1晶相3070%，对陶瓷器的物化性能起决定性作用（钢筋），晶体可形成晶架。2玻璃相非晶低熔点的固体，2060%（混凝土），填充与粘结作用。可把气体排出，光泽性好。3.气相 气孔，5 10%（微气孔）。 什么是烧结？为什么细粉的烧结活性优于粗粉？烧结是指高温条件下，坯体表面积减小，孔隙率降低、机械性能提高的致密化过程。细粉烧结温度低。（比表面积大，表面能高） 烧结过程物质通常哪些方式传递？ 普通陶瓷的原料组成有哪些？其各自作用是什么？简述其加工过程。普通陶瓷的原料有粘土类原料、石英类原料、长石类原料、其他矿物原料。粘土在陶瓷生产中的作用1粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成型的基础。2粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。3粘土一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。4粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。5粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源。石英在陶瓷生产中的作用1石英是瘠性原料，可对泥料的可塑性起调节作用。2在陶瓷烧成时，石英影响陶瓷坏体的体积收缩。3在瓷器中，石英对坯体的力学强度有着很大的影响。4石英对陶瓷釉料的性能有很大影响。长石在陶瓷生产中的作用 长石在高温下熔融，形成粘稠的玻璃熔体，是坯料中碱金属氧化物( K20，Na2O)的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，有利于成瓷和降低烧成温度。熔融后的长石熔体能熔解部分高岭土分解产物和石英颗粒长石熔体能填充于各结晶颗粒之间，有助于坯体致密和减少空隙。在釉料中长石是主要熔剂。长石作为瘠性原料，在生坯中还可以缩短坯体干燥时间、减少坯体的干燥收缩利变形等。 其它矿物原料1瓷石瓷石是一种由石英，绢云母组成，并含有若干高岭石，长石等的岩石状矿物集合体。瓷石的可塑性不高，结合强度不大，但干燥速度快。2叶腊石叶蜡石属单斜晶系，化学通式为：A12034Si02nH20,晶体结构式为：A12 (Si4010) (OH)2，理论化学组成为：A12O3 28.30%，Si02 66.70%，H20 5.00%。叶蜡石通常呈白色、浅黄或浅灰色，结构和蒙脱石相似，都属于2：1型层状结构硅酸盐矿物。3高铝质矿物原料主要是高铝矾土及硅线石族矿物，可用于制造高铝陶瓷、窑具和砌筑窑炉的耐火材料。a高铝矾土（铝土矿）b硅线石族原料4碱土硅酸盐类原料如滑石由天然的含水层状硅酸镁矿物组成，其化学式为3Mg04Si02H20，晶体结构式是Mg3 Si4010 (OH)2，理论化学组成为：Mg0 31.88%,Si02 63.37%,H20 4.74%，常含有铁、铝、锰、钙等杂质。滑石属2：1型层状结构硅酸盐矿物，其晶体结构与叶蜡石十分相似。滑石在普通日用陶瓷生产中一般作为熔剂使用，在细陶瓷坯体中加入少量滑石，可降低烧成温度。滑石是生产镁质瓷的主要原料。5含碱硅酸铝类如霞石正长岩，主要矿物组成为长石类及霞石AISi04的固熔体，次要矿物为辉石、角闪石等，外观呈浅灰绿或浅红褐色，脂肪光泽。以霞石正长岩代替长石，可使坯体烧成时不易沉塌，制得的产品不易变形，热稳定性好，力学强度有所提高。6碳酸盐类如方解石方解石是石灰岩、大理岩的主要矿物。方解石属三方晶系，晶体呈菱面体，有时呈粒状或板状。方解石高温分解前起瘠化作用，分解后起熔剂作用。 普通陶瓷的矿物组成有哪些？它们是如何形成的？粘土矿物、钾长石和石英。粘土的形成：1.风化残积型：指深成的岩浆岩（如花岗岩、伟晶岩、长英岩等）在原地风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的主要矿床类型。风化型粘土矿床主要分布在我国南方（如景德镇高岭村、晋江白安、潮州飞天燕等地），一般称为一次粘土（也称为残留粘土或原生粘土）。2热液蚀变型：高温岩浆冷凝结晶后，残余岩浆中含有大量的挥发分及水，温度进一步降低时，水分则以液态存在，但其中溶有大量其它化合物。当这种热液（水）作用于母岩时，会形成粘土矿床，这就称为热液蚀变型粘土矿，如苏州阳山、衡阳界牌土。3沉积型粘土矿床：是指风化了的粘土矿物借雨水或风力的搬运作用搬离原母岩后，在低洼的地方沉积而成的矿床，称为二次粘土（也称沉积粘土或次生粘土），如南安康垅，清远源潭。粘土的种类不同，物理化学性能也各不相同。粘土可呈白、灰、黄、红、黑等各种颜色。有的粘土疏松柔软且可在水中自然分散，有的粘土则呈致密坚硬的块状。粘土的矿物组成：a高岭石类（Kaolinite） 高岭石族矿物包括高岭石、地开石、珍珠陶土和多水高岭石等。高岭石是粘土中常见的粘土矿物，主要由高岭石组成的粘土称为高岭土。b蒙脱石类 蒙脱石( Montmorillonite)也是一种常见的粘土矿物，以蒙脱石为主要组成矿物的粘土称为膨润土( bentonite)，一般呈白色、灰白色、粉红色或淡黄色，被杂质污染时呈现其它颜色。c-伊利石类伊利石是白云母经强烈的化学风化作用而转变为蒙脱石或高岭石过程中的中间产物。组成成分与白云母相似，但比正常的白云母多Si02和H20而少K20。与高岭石比较，伊利石含K20较多而含H20较少石英矿石的类型： 二氧化硅(Si02)在地壳中的丰度约为60%。含二氧化硅的矿物种类很多，部分以硅酸盐化合物的状态存在，构成各种矿物、岩石。另一部分则以独立状态存在，成为单独的矿物实体，其中结晶态二氧化硅统称为石英。由于经历的地质作用及成矿条件不同，石英呈现多种状态，并有不同的纯度。 a水晶b脉石英c砂岩d石英岩e石英砂长石的种类和性质： 长石是陶瓷生产中的主要熔剂性原料，一般用作坯料、釉料、色料熔剂等的基本成分，用量较大，是日用陶瓷的三大原料之一。自然界中长石的种类很多，归纳起来都是由以下四种长石组合而成： 钠长石(Ab) NaAlSi308或Na20A12036Si02 钾长石(Or) KAlSi308或K20A120