无机非金属材料与工艺

1、无机非金属材料工艺学的研究内容无机非金属材料工艺学的研究内容无机非金属材料科学与工艺无机非金属材料科学与工艺：是一门研究材料组成、结构、合成与制备、使用效能四者之间的关系与规律的科学。合成与制备合成与制备：是研究如何将原子、分子聚合起来并最终转变为有用产品的一系列连续过程，是提高材料质量、降低生产成本的关键，也是开发新材料、新器件的中心环节。组成组成：是指构成材料物质的原子、分子、添加剂及其分布。结构结构：是指组成原子、分子在不同层次上彼此结合的形式、状态和空间分布组成和结构是材料的基本表征。它们一方面是特定的合成与制备条件下的产物，另一方面又是决定材料性能与使用效能的内在因数。无机非金属材料

2、工艺学的研究内容无机非金属材料工艺学的研究内容：了解材料的组成与结构及它们同合成与制备之间、性能与使用效能之间的内在联系。）例1：SiO2玻璃与SiO2与晶体，成分完全一样但性质截然不同。SiO2玻璃：透明、各向同性，没有固定熔点，亚稳性，性质随温度变化连续性。SiO2与晶体：各向异性，有固定熔点，稳定，性质随温度变化不连续无机非金属材料无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)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。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是

3、20世纪40年代以后，随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。 除有机高分子材料和金属材料以外的几乎所有材料的统称。如陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、碳材料以及以此为基体的复合材料。无机非金属材料的特性1、与金属材料和有机高分子材料的区别（a）化学组成： （1）无机非金属材料：氧化物、碳化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐和非氧化物（如氮化物Si3N4、碳化物SiC、氮化硼BN）等。（2）金属材料：一般为固体单质材料（除水银外）。 （3）有机高分子材料：碳、氢、氧、氮、氯等元素组成的化合物（b）化学键组

4、成：（1）无机非金属材料：主要为离子键（如NaCl）或离子-共价键（如SiO2离子键和共价键各占50%）。碳材料是例外，如金刚石是共价键，石墨是共价键和金属键（2）金属材料：金属键（3）有机高分子材料：共价键2、无机非金属材料的特征（1）具有复杂的晶体结构（2）没有自由电子（石墨除外）（3）高硬度（4）较好的耐化学腐蚀能力（5）绝大多数是绝缘体（6）制成薄膜时大多是透明的（7）一般具有低导热性（8）大多数情况下变形微小3、无机非金属材料的基本属性（1）高熔点、高硬度、高抗压（2）耐腐蚀、耐磨损（3）良好的抗氧化性、隔热性（4）优良的介电、压电、光学、磁学性能及功能转换特性（5）抗拉强度低、韧性

5、差无机非金属材料生产过程的共性与个性1、原料共性：都是以铝硅酸盐（粘土、长石等）、硅质、石灰质、铝质原料为主。个性：化学组成不同2、原料的破碎共性：绝大多数原料都需要破碎3、粉体的制备陶瓷：一般采用湿法制备粉体水泥：湿法和干法制备玻璃：干法制备4、成型陶瓷成型：在高温热加工之前玻璃成型：在高温热加工之后水泥成型：在使用时5、烘干水泥：在粉体制备之前，粘土、混合材需要烘干陶瓷：成型后的坯体必须烘干6、高温热处理水泥：通过煅烧获得水泥熟料玻璃：熔融获得均匀、透明、无缺陷的熔体陶瓷：形成坚硬的烧结体典型无机非金属材料1.水泥的定义与分类通用水泥专用水泥特种水泥：快硬高强水泥膨胀水泥自应力水泥水工水泥

6、油井水泥装饰水泥耐高温水泥其它特种水泥2.水泥的基本性质水泥的基本性质水泥浆具有良好的可塑性、与其他材料混合后的混合物可拥有适当的和易性较强的适应性较好的耐侵蚀、防辐射性能硬化后的水泥浆具有较高的强度，且强度随龄期的延长而逐渐增长良好的耐久性通过改变水泥的组成，可适当调整水泥的性质可与纤维、聚合物等多种有机-无机材料配制的各种水泥基复合材料，充分发挥材料的潜能（1）玻璃的定义及基本特性传统玻璃的定义：熔融物冷却、硬化而得到的非晶态固体基本特性：（a）透明、坚硬，良好的耐蚀、耐热、电学和光学性质（b）适用不同使用条件的要求（c）易于制备各种形状制品或部件2、玻璃的通性1）各向同性2）介稳性3）无

7、固定熔点4）固态和熔融态间转化的渐变性和可逆性5）性质随成分变化的连续性和渐变性玻璃的分类玻璃的分类1）按组成分类元素玻璃：单一元素的原子构成的玻璃。有硫系玻璃、硒玻璃等。氧化物玻璃：借助桥氧形成聚合结构的玻璃氧化物和非氧化物的混合玻璃非氧化物玻璃如BaF2-Al2O3-P2O5玻璃等2）按用途分类建筑玻璃日用轻工玻璃仪器玻璃光学玻璃冕牌玻璃：阿贝数（色散系数）50的光学玻璃通常称为冕牌玻璃燧石玻璃：阿贝数（色散系数）50的光学玻璃称为燧石玻璃3）按性能分类光学特性分：光敏玻璃、声光玻璃、光色玻璃、高折射玻璃、低色散玻璃、反射玻璃热学特性分：热敏玻璃、隔热玻璃、耐高温玻璃、低膨胀玻璃等电学特性

8、分：高绝缘玻璃、导电玻璃、半导体玻璃、高介电玻璃、超导玻璃等力学特性分：高强玻璃、耐磨玻璃等化学稳定性分：耐碱玻璃、耐酸玻璃等4）按形态分类泡沫玻璃玻璃纤维薄膜玻璃5）按颜色分类无色玻璃颜色玻璃半透明玻璃乳白色玻璃隔热玻璃陶瓷陶瓷1、陶瓷的定义与分类传统陶瓷定义：以无机非金属天然矿物或化工产品为原料，经过原料处理、成型、干燥、烧结等工序制成的产品。是陶器和瓷器的总称。陶瓷的分类陶瓷的分类：（1）按组成分类：硅酸盐陶瓷氧化物陶瓷非氧化物陶瓷（2）按性能分类：1）普通陶瓷：包括日用陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷等2）特种陶瓷：包括结构陶瓷、功能陶瓷2、陶瓷的基本性能与特点、陶瓷的基本性能与特点（1）陶瓷的显微结构由结晶相、气孔和玻璃相组成（2）陶瓷的基本性能较高的弹性模量强度高，抗压强度远远大于抗拉强度耐磨性能良好好的耐久性，如抗氧化，耐高温、耐腐蚀硬度高优良的电绝缘性能脆性大，经不起外力撞击，也不能急冷急热。理论强度高，但实际强度远远低于理论强度陶瓷材料存在很多微裂纹微裂纹一旦形成，就会迅速的扩展对于金属，在外力的作用下可以产生塑性变形，塑性变形可以吸收扩展裂纹的能量，