无机非金属工艺学ppt课件.ppt

无机非金属材料工艺学 1 1 王琦 无机非金属材料工艺学 中国建材工业出版社2 刘康时 陶瓷工艺原理 华南理工大学出版社3 沈威 水泥工艺学 武汉工业大学出版社4 玻璃工艺学 西北轻工业学院 参考书目 2 一 课程基本信息 课程名称 无机非金属材料工艺学学分 2学时 32适用专业 无机非金属材料先修课程 材料科学基础等 3 二 课程的性质与任务 性质 无机非金属材料专业主干课 必修 是固体废弃物再生 利用过程不可或缺的一门课程 任务 课程旨在让学生掌握无机非金属材料的制备原理 生产工艺过程中的共性及特点 生产过程中的物理化学变化 并使学生对无机非金属材料的性能 生产过程和应用有较全面的了解 4 三 课程教学基本要求 1 掌握无机非金属材料的生产过程 工艺原理和质量控制 2 了解各类无机非金属材料的生产控制 性能和应用领域 3 掌握无机非金属材料各种有关加工过程中的主要工艺参数 工艺性能的测试方法 具备处理实验资料 分析实验结果的能力 5 强调理论联系实际 强调知识间的相互联系 强调能力的培养及潜能的发掘 强调工程技术能力 科研能力和创新能力的培养 四 本课程教学重点 6 五 有关教学环节的要求 1 考核方式 闭卷考试2 成绩评定 考试 70 平时 30 含作业和讨论 7 0绪论 一 材料的定义与分类 1 材料 能够用以加工有用物质的物质 广义 2 材料的分类 8 1 按化学组成和特性 无机非金属材料 水泥 陶瓷 玻璃等 金属材料 金属 合金等 有机高分子材料 塑料 合成橡胶 合成纤维等 2 按用途 结构材料 利用其强度 硬度 韧性等机械性能制成的各种材料 功能材料 利用材料的热 光 电 磁等性能用于电子 激光 通讯 能源和生物工程等许多高新技术领域 如光导纤维 复合材料 无机 有机 无机 金属等 9 二 无机非金属材料的定义与分类 1 定义 无机非金属材料 inorganicnonmetalmaterials 是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称 包括氧化物 碳化物 氮化物 卤素化合物 硼化物以及硅酸盐 铝酸盐 磷酸盐 硼酸盐等物质组成的材料 2 分类 1 传统无机非金属材料 2 新型无机非金属材料 10 11 水泥 石灰 平板玻璃 光学玻璃 12 日用陶瓷 卫生陶瓷 密封环 蜂窝陶瓷 13 灯具系列绝缘瓷件 高压电瓷 14 氧化锆 氧化铝 碳化硅 15 碳素材料 石棉 云母 非金属矿 16 上述传统的陶瓷 耐火材料 玻璃 水泥等的主要成分均为硅酸盐 因此统称为硅酸盐材料 20世纪中期以后 性能更为优良以及有特殊功能的新型陶瓷 玻璃 耐火材料 水泥 涂层 磨料等制品的飞速发展 它们在化学组成上远远超出了硅酸盐化合物的范围 而是扩展到了其他氧化物 氮化物 硼化物 碳化物 硫系化合物和钛酸盐 铝酸盐 磷酸盐等 以至几乎一切无机化合物 这些称为新型无机非金属材料 17 18 19 YAG 玻璃纤维 20 高压钠灯 人造关节 21 三 无机非金属材料的特性 高熔点 高硬度 耐腐蚀 耐磨损 高强度 良好的抗氧化性 宽广的导电性 隔热性 透光性及良好的铁电性 铁磁性和压电性 化学键 离子键 共价键或离子 共价混合键为主 缺点 抗拉强度低 韧性差等 22 四 无机非金属材料生产过程的共性与个性 1 无机非金属材料生产过程的共性原料天然非金属矿物 石英砂 SiO2 粘土 Al2O3 2SiO2 2H2O 长石 K2O Al2O3 6SiO2等 铝钒土 Al2O3 nH2O 石灰石 CaCO3 白云石 CaCO3 MgCO3 硅灰石 CaO SiO2 硅线石 Al2O3 SiO2 氧 硅 铝三者的总量 占地壳中元素总量的90 其中除天然砂和软质粘土外 都是比较坚硬的岩石 储量丰富 分布广泛 成分和结构上都存在很大的差别 23 粉料的制备与运输 因原料大多来自天然的硬质矿物 要使其重新化合 造型 必须进行矿物的破 粉 碎 再利用粉料配料 然后才能进行各种热处理或成形 粉体的制备和运输是无机非金属材料的生产过程中不可缺少的一环 粉尘和噪音污染高纯度和高细度 粉体的合成 24 成型 方法很多 原理也各不相同 但是它们的任务是相同的 都是将粉体制成某种形状 使其成为具有一定机械强度和准确尺寸的坯体 陶瓷 耐火材料生产 外形尺寸要求较高 干燥 1 原料 2 料浆 3 成型后的制品 目的都是要从物料和制品中将水分除去 遵循相同的基本原理 热量的传递 水分的蒸发 加热的方式 空气的温度和流速对水分蒸发的影响 干燥过程中坯体的体积变化等 25 高温加热 热处理 高度稳定的物质 或使其形成熔融体大部分无机非金属材料生产都有加热过程 而且是整个生产的核心过程 一般都在用耐火材料砌筑的窑炉中进行 一般在1000 以上 生产的核心过程 水泥生料的煅烧 玻璃工业中的加热 陶瓷的烧结 加热过程中所遵循相同的基本原理 热的传递 气体的流动 物质的传递 熔体 气体对炉体的侵蚀 气氛的影响等等 26 2 无机非金属材料生产过程的个性 将粉体的制备过程以P Powder 来表示 热处理过程用H Heating 来表示 成型以F Forming 来表示 则无机非金属材料的各种生产工艺过程可以有P H P H P F P H F等组合 胶凝材料类 bindingmaterial 水泥 P 原料粉磨 H 热处理 生成3CaO SiO2 2CaO SiO2等 P 熟料磨粉 F 浇筑成形 就水泥粉的制备而言 也可写成P H P 混凝土的制备 F 石灰 H 大块石灰石 P F 石膏 P 石膏 H 半水石膏CaSO4 1 2H2O P F 27 玻璃 玻璃纤维 铸石 人工晶体类 玻璃 glass P 配料 H 熔化 F 冷却固化成形 玻璃纤维 glassfiber P 配料 H 熔化 F 拉丝冷却成形 微晶玻璃 铸石 人工晶体类 P H F H 砖瓦 陶瓷 耐火材料类砖瓦 brickandtile 陶瓷 ceramic P F 制坯 H 烧成或烧结 耐火材料与陶瓷类似 28 五 典型无机非金属材料 胶凝材料定义 分类无机有机水泥的定义 分类水泥的基本特性 29 2 玻璃定义 分类无机有机金属玻璃通性硅酸盐玻璃的分类 30 3 陶瓷 1 狭义 2 广义 1 陶瓷的定义与分类 2 分类方法 化学组成 矿物组成 制造方法 功能 用途 材料的结构和基本物理性能 31 1 按坯体的物理性能特征来分类 表1我国日用陶瓷分类标准 1 GB5001 85 32 表2我国日用陶瓷分类标准 2 33 吸水率 陶 10 瓷 0 5 介于两者之间半瓷器 炻器2 5 土器 瓦器 25 34 2 按陶瓷概念和用途分类 1 原料普通陶瓷特种陶瓷 2 性能及用途结构陶瓷功能陶瓷 35 36 六 无机非金属材料发展简史 传统陶瓷 旧石器时代的石器工具 原始部落制作的粗陶器 商代的原始瓷器和上釉的彩陶 东汉青瓷 唐 宋 元 明 清各历史时期的不断展 已达到相当高的技术和艺术水平 并成为中华民族的瑰宝 传统的硅酸盐材料又叫窑业材料 37 从河北省阳原县泥河湾地区发现的旧石器时代晚期的陶片来看 在中国陶器的产生距今已有11700多年的悠久历史 灰陶 磁山文化的红陶 仰韶文化的彩陶 大汶口的 蛋壳黑陶 商代白陶 西周硬陶 秦代的兵马俑 汉代的釉陶 唐代的唐三彩等 到了宋代 瓷器的生产迅猛发展 制陶业趋于没落 但是有些特殊的陶器品种仍然具有独特的魅力 如宋 辽三彩器和明 清至今的紫砂壶 琉璃 法花器及广东石湾的陶塑等 38 陶器出现 裴李岗文化时期的陶器 距今约8000年 出土于河南省郑州市新郑市裴李岗村 出土的陶器主要以泥质红陶和夹砂红陶为主 红陶在中国出现最早 烧成温度900 左右 39 仰韶文化时期陶器1972年河南省郑州市大河村出土 彩陶双连壶 40 龙山文化时期出土的黑陶 距今约4600 4000年 41 商代早期陶器 河南荥阳出土 商代几何纹白陶瓿陶器向瓷器过渡 42 西汉 公元前206 公元24年 1975年河南省三门峡市出土 北齐武平六年 公元575年 1971年河南省安阳县范粹墓出土 彩绘陶甗 黄釉舞乐扁壶 43 早在3000多年前的商代 我国已出现了原始青瓷 再经过1000多年的发展 到东汉时期终于摆脱了原始瓷器状态 烧制出成熟的青瓷器 唐朝瓷器有很大发展 如北方邢窑白瓷 类银类雪 南方越窑青瓷 类玉类冰 形成 北白南青 的两大窑系 同时唐代还烧制出雪花釉 纹胎釉和釉下彩瓷及贴花装饰等品种 宋代是我国瓷器空前发展的时期 除青 白两大瓷系外 黑釉 青白釉和彩绘瓷纷纷兴起 举世闻名的汝 官 哥 定 钧五大名窑的产品为世所珍 还有耀州窑 湖田窑 龙泉窑 建窑 吉州窑 磁州窑 是我国陶瓷发展史上的第一个高峰 44 唐代 第三次飞跃 是瓷器由半透明釉发展到半透明胎 唐三彩 钧瓷 景德镇陶瓷 45 七 地位和作用 1 国家建设和人民生活中不可缺少的重要物质基础 2 科学技术的物质基础 是现代技术的发展支柱 3 建立与发展新技术产业 改造传统工业 节约资源 节约能源和发展新能源及提高我国国际竞争力所不可缺少的物质条件 4 在国民经济中占有重要的先行地位 具有超前特性 其发展速度通常高于国民经济总的发展速度 46 八 无机非金属材料工艺学研究内容 九 典型工艺 47 48 49 50 日用瓷 51 日用瓷 52 艺术瓷 园林瓷 53 建筑瓷 卫生瓷 54 电瓷 化工用瓷 55 结构陶瓷 结构陶瓷 陶瓷轴承 陶瓷餐刀 陶瓷螺丝刀 陶瓷锉刀 56 钢水过滤用SiC泡沫陶瓷 57 纳米陶瓷弹簧 陶瓷发动机 陶瓷火花塞 SiC发热体 58 功能陶瓷 压电陶瓷的种类 钛酸钡 钛酸铅 锆钛酸铅 PZT 等 压电陶瓷的应用 超声换能器 声转换器 滤波器 谐振器 点火器等 压电电机驱动电路 超声用压电陶瓷换能器 59 超高精度扫描仪 动态压电传感技术 最小间距达50微米 扫描实物 工业材质 粘土 玻璃 水晶 色彩丰富的物件 还包