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传统无机非金属材料简介 目录 材料分类常见的硅酸盐材料的原料传统无机非金属材料简介玻璃陶瓷 材料 无机非金属材料 金属材料 高分子材料 传统无机非金属材料 新型无机非金属材料 硅酸盐材料 半导体材料 超硬耐高温材料 发光材料等 金属 合金 塑料 合成橡胶 合成纤维 一 材料的分类 二 常见硅酸盐材料的原料 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 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 硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一 无机非金属材料的主角 硅 日加常见含硅产品 陶粒砂莫来石漂珠云母石英沸石 常见硅酸盐材料原料 传统硅酸盐材料通常以黏土 钾长石 钠长石 石英为原料 黏土矿物高岭石 Al2O3 2SiO2 2H2O 钾长石K2O Al2O3 6SiO2钠长石Na2O Al2O3 6SiO2石英SiO2 1 黏土 黏土是一类层状硅酸盐 层片由硅氧四面体和铝氧八面体组成 黏土分类 按其构成黏土的主要矿物分类 高岭石类 属于这一类的有高岭石 珍珠陶土 地开石和多水高岭石 蒙脱石 微晶高岭石 类 属于这一类的有蒙脱石 拜来石等 伊利石 水云母 类 属于这一类的有水云母 绢云母等 叶腊石类 它并不属于粘土矿物 因其某些性质近于黏土 而划归黏土之列 如福建寿山石 浙江青田等 水铝英石类 它不是常见的粘土矿物 而包含在其他黏土中 呈无定形状态存在 2 钾长石 钾长石 K2O Al2O3 6SiO2 通常也称正长石 它具有熔点低 1150 20 熔融间隔时间长 熔融粘度高等特点 广泛应用于陶瓷坯料 陶瓷釉料 玻璃 电瓷 研磨材料等工业部门及制钾肥用 莫氏硬度 3 钠长石 钠长石主要用于制造陶瓷 肥皂 瓷砖 地板砖 玻璃 磨料磨具等 在陶瓷上主要用于釉料 钠长石特点 与钾长石比较 1 在高温时对石英 粘土 莫来石的熔解快 溶解度大 2 熔融温度低 透明度好 3 熔融温度范围较钾长石窄 熔体高温粘度较小 随温度的变化较快 4 石英 由二氧化硅组成的矿物 化学式SiO2 纯净的石英无色透明 因含各种杂质 颜色各异 有以下异种 水晶 rockcrystal 无色透明紫水晶 amethyst 紫色透明或半透明 加热可脱色 蔷薇石英 rosequartz 浅玫瑰色 致密半透明 烟水晶 smokyquartz 颜色或褐色透明异种 成色原因是在辐射线作用下 Si被Al代替 是四面体产生顺磁中心缺失引起 颜色进一步加深就成为墨晶 blackquartz 黄水晶 citrine 黄金色或柠檬黄色 石英相变 石英是天然界最常见的低温石英 其晶体结构为正六面体 正六面体结构 石英 quartz 石英为斜六面体结构 在花岗岩中的石英颗粒为 石英 石英斜六面体结构 石英 quartz 方石英 Cristobalite 三 传统无机非金属材料 水泥玻璃陶瓷搪瓷研磨材料铸石辉绿岩 玄武岩 铸石等 多孔材料 硅藻土 蛭石 沸石 多孔硅酸盐和硅酸铝等 碳素材料 石墨 焦炭和各种碳素制品等 非金属矿 石膏 云母 大理石 金刚石等 玻璃 玻璃由二氧化硅和其他化学物质熔融在一起形成的 主要生产原料为 纯碱 石灰石 石英 有石英玻璃 硅酸盐玻璃 钠钙玻璃 氟化物玻璃 高温玻璃 耐高压玻璃 防紫外线玻璃 防爆玻璃等 通常指硅酸盐玻璃 普通玻璃的化学组成是Na2O CaO 6SiO2 玻璃特性 玻璃是一种无规则结构的非晶态固体 具有 各向同性无固定熔点介稳性玻璃是一种亚稳态固体材料 渐变性可逆性熔融状态固体状态 没有新相产生 浮法玻璃的制造过程示意图 玻璃中各成分的作用 玻璃的组成是指其化学成分组成 反映了构成玻璃的各种氧化物的含量 通常用质量分数表示 SiO2 硅砂 硅石粉降低玻璃热膨胀系数 提高热稳定性 化学稳定性 软化温度 硬性机械强度Al2O3 硅砂 白云石降低玻璃的结晶倾向 提高玻璃的化学稳定性和热稳定性 机械强度 硬度和折射率Fe2O3 硅砂 石灰石属于杂质 少量可以引起玻璃着色 CaO 石灰石 白云石能增加的化学稳定性 在高温时能够降低玻璃的粘度 有利于玻璃的澄清和融化 在温度降低时 玻璃的粘度增加 成型后必须立刻进行退火 否则易炸裂MgO 白云石可以改善玻璃的成型性能 降低结晶倾向和结晶速度 增加玻璃的高温粘度 提高玻璃的化学稳定性和机械强度Na2O 纯碱 芒硝可以降低玻璃的粘度 使玻璃易于融化 有利于降低溶质温度 节约能源的作用 是最好的助熔剂 碎玻璃可以节约原料 加速玻璃熔制过程 节约能耗 提高融化率 有利于澄清和均化 改善成型性能 而且保管简便 引入SiO2的原料主要有石英砂和砂岩 约占配合料总量的70 72 左右 浮法玻璃生产中原料粒度对质量影响 1 SiO2 粒度要求 最合适的颗粒直径为0 106 0 5mm 最合适的沙粒形状为棱角形 因为棱角形的面积大 与助熔剂的接触机会多 在混合 运输过程中不易分层 硅质原料颗粒度的下降有利于玻璃的熔制 但过细 除了飞料 易分层外 细粉会过早与配合料中含钠 钙 镁的物质反应 生成密度大 黏度小的初生熔体 颗粒表面积增大 产生颗粒间的静电吸附效应 造成配合料的团聚 熔化过程中 反应速度快 发泡激烈 产生的微小气泡部易排除 难于澄清 引入CaO和MgO的原料引入的CaO原料主要有白云石 CaCO3 MgCO3 石灰石和方解石 白垩 CaCO3 等 由于需要引入MgO 所以 又以用白云石为主 CaO不足部分用石灰石或方解石补充 2 CaO和MgO 粒度的要求 过细的白云石颗粒会吸附在较大的硅质颗粒周围 阻碍砂粒参与反应 较粗的石灰石颗粒在硅酸盐反应初期不被初生相所润湿 在1200 以上则急速分解 CaO和MgO能很快参加反应 使生成物的黏度迅速下降 加之分解气体的搅拌作用 有利于玻璃的澄清和均化 少量白云石细粉不影响玻璃澄清质量 15 左右的0 15 0 08mm白云石细粉 能提高玻璃的熔化和澄清质量 引入Al2O3的原料常用的长石分为钾长石 K2O Al2O3 6SiO2 和钠长石 Na2O Al2O3 6SiO2 由于混碱效应和钾能改善玻璃的光泽 现在玻璃企业一般侧重于使用钾长石 3 Al2O3 随着长石颗粒尺寸的下降 玻璃的熔制和澄清质量会变好 但0 08mm以下会使玻璃的澄清质量变差 引入Na2O的原料纯碱 芒硝A 纯碱 Na2CO3 分为结晶纯碱 Na2CO3 10H2O 和煅烧纯碱 Na2CO3 玻璃工业采用煅烧纯碱 煅烧纯碱分为轻质碱和重质碱轻质碱的假密度为0 1 1g cm3 颗粒细小 50 0 125 0 42mm粒级0 1mm粒级占90 以上 飞扬和分层倾向较小 有利于混合均匀 Na2O 陶瓷 陶瓷 陶瓷包括陶器和瓷器 是指用可塑性制瓷粘土和瓷石矿做胎体 用长石和石英等原料制釉 并且通过成型 干燥 烧制而成的制品 陶瓷的基本化学成分都是硅酸盐 大致分为陶器 炻器和瓷器 1 陶器 10 吸水率 3 坯体未被玻化或玻化程度差 结构不致密 断面粗糙 敲击声沉浊 内墙砖属于这类 2 炻 sh 器 3 吸水率 0 5 玻化程度及其他物理性能介于陶质和瓷质之间 外墙砖 紫砂等属于这类 3 瓷器 吸水率 0 5 玻化程度高 结构致密 细腻 断面呈石状 敲击声清脆 元青花鬼谷子下山2005年拍卖2 3亿 陶土 陶土是陶器原料 矿物成分复杂 主要由高岭石 水白云母 蒙脱石 石英和长石组成 颗粒大小不一致 常含砂粒 粉砂和粘土等 具吸水性和吸附性 加水后有可塑性 颜色不纯 往往带有黄 灰等色 因而仅用于陶器制造 含二氧化硅65 18 71 86 三氧化二铝15 02 17 99 三氧化二铁3 27 6 61 氧化钙0 75 1 68 氧化镁0 89 2 07 烧失量4 19 6 20 陶土主要用作烧制外墙 地砖 陶器具等 瓷土 瓷土又称高岭土 白陶土 阳土 主要成分是硅酸铝水合 A12O3 2SIO2 2H2O 高岭土是