无机非金属材料概论总结

1、第一章玻璃的结构和性质1、传统上的无机非金属材料主要有:陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料2、玻璃态的通性:各向同性、介稳态、无固定熔点、性质变化的连续性和可逆性3、根据各种氧化物在形成玻璃结构网络中所起作用的不同,进一步区分为玻璃网络形成体、网络外体(或成为网络修饰体和中间体氧化物。4、网络生成体氧化物应满足以下条件:(1、每个氧离子应与不超过两个阳离子相联。(2在中心阳离子周围的氧离子配位数必须小于或等于4。(3氧多面体相互共角而不共棱或共面。(4每个多面体至少有三个顶角是共用的。5、粘度:是指面积为S的二平行液层,以一定速度梯度dv/dx移动时需克服的内摩擦力f。6、各种常见氧化物对玻璃粘度的作

2、用大致归纳如下:(1sio2、Al2O3、ZrO等提高玻璃粘度。(2碱金属氧化物R2O降低玻璃粘度。(3碱金属氧化物对玻璃粘度的作用较为复杂。一方面类似于碱金属氧化物,能使大型的四面体群解聚,引起粘度减少;另一方面这些阳离子电价较高,离子半径又不大,故键力较碱金属离子大,有可能夺取小型四面体群的氧离子于自己的周围,是粘度增大。(4PbO,CdO,Bi2O3,SnO等降低玻璃粘度。7、热历史影响到固体玻璃结构以及与结构有关的许多性质。其对玻璃密度影响为:(1玻璃从高温状态冷却时,淬冷玻璃密度比退火玻璃的小。(2在一定退火温度下保温一定时间后,玻璃密度趋向平衡。(3冷却速度越快,偏离平衡密度越高,

3、其Tg值也越高。所以,在生产上退火质量好坏可在密度上明显地反应出来。第二章玻璃原料及配合料制备1、主要原料:(1引入SiO2的原料主要有硅砂和砂岩。(2引入Al2O3的原料主要有长石和高岭土。2、澄清剂(辅助原料:凡在玻璃熔制过程中能分解产生气体,或能降低玻璃粘度促使玻璃液中气泡排除的原料称为澄清剂。第三章玻璃的熔制及成型1、从加热配合料直到熔成玻璃液,常可根据熔制过程中的不同变化而为五个阶段:硅酸盐形成阶段,玻璃形成阶段,玻璃液的澄清阶段,玻璃液的均匀化阶段,玻璃液的冷却阶段。2、硅酸盐形成阶段:这一阶段结束时配合料变成了由硅酸盐和剩余SiO2组成的烧结物。这一阶段在800-900终结。3、

4、玻璃的形成:1200-1250范围内完成玻璃形成过程,玻璃性质也是不均匀的。4、玻璃液的澄清:此阶段的温度为1400-1500,澄清过程是指排除可见气泡的过程。5、玻璃液的均化:在玻璃形成阶段结束后,在玻璃液中仍带有与主体玻璃化学成分不同的不均体,消除这种不均体的过程称玻璃的均化。6、玻璃液的冷却:为了达到成型所需粘度就必须降温,这就是熔制玻璃过程冷却阶段的目的。7、玻璃的熔制制度:主要的是温度制度、压力制度、气氛制度。第四章玻璃的退火与淬火1、玻璃中的应力一般可分为三类:热应力、结构应力及机械应力。2、玻璃的退火温度:为了消除玻璃中的永久应力,必须将玻璃加热到低于玻璃转变温度Tg附近的某一温

5、度进行保温均热,以消除玻璃各部分的温度梯度,使应力松弛。这个选定的温度,称为退火温度。3、玻璃的淬火:玻璃的淬火,就是将玻璃制品加热到转变温度Tg以上50-60,然后在冷却介质中(淬火介质急速均匀冷却,在这一过程中玻璃的内层和表面将产生很大的温度梯度,由此引起的应力由于玻璃的粘滞流动而被松弛,所以造成了有温度梯度而无应力的状态。第五章玻璃的缺陷1、玻璃的缺陷:气泡、结石、条纹、节瘤。第六章建筑玻璃及其深加工1、微晶玻璃:把加有晶核剂(或不加晶核剂的特定组成的玻璃在有控条件下进行晶化热处理,使原单一的玻璃相形成了有微晶和玻璃均匀分布的复合材料,称之为微晶玻璃。2、为了提高玻璃的强度,最有效的方法

6、是将玻璃钢化。玻璃的钢化方法通常有热钢化与化学钢化两种。3、玻璃的热钢化就是在一定的条件下使玻璃进行淬火而使表面产生一层均匀分布的压应力,从而使其强度提高的热处理工艺。4、玻璃的化学钢化:化学钢化就是基于玻璃表面离子的迁移为机理的。其过程是把加热的含碱玻璃浸于溶融盐中处理,通过玻璃与熔盐的离子交换改变玻璃表面的化学组成,使得玻璃表面形成压应力层。第七章陶瓷1、粘土:是自然界中硅酸盐岩石(如长石、云母经过长期风化作用而形成的一种土状矿物混合体;为细颗粒的含水铝硅酸盐,具有层状结构。2、粘土按其生产情况可分为:原生粘土(也称一次或残留粘土,可经化学风化生成,次生粘土(也称二次或沉凝粘土,是由原生粘

7、土在自然动力条件下转移到其它地方再次沉积而成。3、工艺性质:(1可塑性:指粘土与适量的水混练以后形成的泥团,可在外力的作用下产生变成但不开裂;并在外力去除后,仍然保持原有形状的性质。次是陶瓷塑性成形的基础。(2结合性:指粘土结合瘠性原料形成可塑泥料并具一定干坯强度的能力。一般可塑性好的粘土结合性也好。(3触变性:指粘土泥浆或泥团受到振动或搅拌时,粘度降低而流动性增加,静置后渐恢复原状,或泥料在放置一段时间后,在水分不变时泥料变稠和固化的性质。(4收缩性:指粘土经干燥后,自由水及吸附水相继排出,粘土颗粒间距离缩短而产生的干燥收缩,以及干燥后粘土经高温煅烧,因产生脱水分解作用和液相填充在空隙中并将

8、颗粒粘合起来,以及某些结晶物质生成使体积进一步收缩的烧成收缩。干燥收缩和烧成收缩构成了粘土制品的总收缩,此是研制模型及制作生坯尺寸放尺的依据。与粘土的结构和颗粒尺寸有关。(5烧结特性:粘土是多矿物的混合物,无固定熔点。在加热到一定温度后(>900开始出现液相并逐渐增加,在液相表面张力的作用下,未熔颗粒互相靠拢,气孔率下降,体积收缩,密度提高。对应于体积开始剧烈变化的温度是开始烧结温度。当粘土完全烧结,气孔率降至最低,收缩率最大的温度是烧结温度。如继续升温,坯体因液相太多而发生变形的最低温围。粘土的烧结特性与构成粘土的矿物组成、化学组成有关。4、以上所述的三种天然原料是构成传统陶瓷的三个基

9、本组成。它们的作用分别是:粘土提供了可塑性,以保证成型的工艺要求,石英是耐熔的骨架成分,长石则是助熔剂,促使烧结时玻璃相的形成。1坯料:将陶瓷原料经拣选,破碎等工序后,进行配料,再经混合、细磨等工序后得到的具有成形性能的多组分混合物。2造粒:将细碎后的陶瓷粉料制备成具有一定粒度(假颗粒的坯料,使其适于干压或半干压成形工艺。3可塑成形:对具有一定可塑能力的泥料,如可塑坯料,进行加工成形的工艺过程。4可塑泥团是由固相,液相,气相组成的弹-塑性系统。它受力变形时,既有弹性性质,又出现塑性变形阶段。当应力很小时,含水量一定的泥团受到应力的作用产生形变,两者呈现线性关系,且是可逆的。若应力增大超过极限值

10、,将出现不可逆的假塑性变形。由弹性变形过渡到假塑性变形的极限应力,称为流动极限(流限,屈服值。注浆成型压制成型5釉:指覆盖在陶瓷坯体表面上的一层玻璃态物质。6物料中水分类型:自由水,吸附水,化学结合水。7干燥过程:升速阶段(温度升高,水量下降等速干燥阶段(坯体吸收热量与蒸发热耗相等降速干燥阶段(干燥速度逐渐降低,蒸发强度和热能消耗大大减少,坯体表面温度逐渐升高平衡阶段(当坯体干燥到表面水分达到平衡水分时,干燥速度降为零。干燥速度取平衡内部扩散速度和表面气化速度8烧成:将陶瓷坯体加热至高温,发生一系列物理化学反应,然后冷却至室温,坯体的矿物组成与显微结构发生显著变化,外形尺寸得以固定,强度得以提

11、高,最终获得某种特定使用性能的陶瓷制品,这一过程称为烧成。9烧成过程中的物理化学变化:a低温阶段(室温300又称坯体水分蒸发期,主要排除吸附水、机械水气孔量增加,质量减少b中温阶段(300-950又称氧化分解及晶型转化期。质量急速减少。结构水的排除碳酸盐分解碳素硫化物及有机物的氧化石英的晶型转变和少量液相的形成c高温阶段(950-最高烧成温度发生一系列的氧化还原反应,包括水分的排除,氧化铁的还原莫来石的长大等,本阶段坯体开始烧结,釉层开始融化。氧化保温阶段。强还原阶段。弱还原阶段。D冷却阶段(烧成阶段-室温石英的晶型转化,体积的变化。高温烧成温度-850为急冷阶段,850-400为缓冷阶段,

12、400-室温为最终冷却阶段10特种陶瓷分为:结构陶瓷(或工程陶瓷和功能陶瓷11结构陶瓷:具有耐高温,高硬度,耐磨损,耐腐蚀,低膨胀系数,高导热性和质轻等优点,广泛用于能源,空间技术,石油化工等领域。功能陶瓷指具有电,光,磁及部分化学功能的多晶无机固体材料。铁电陶瓷压电陶瓷热释电陶瓷透明铁电陶瓷12气硬性胶凝材料a有机胶凝材料(沥青树脂b无机胶凝材料(水硬性,各种水泥;气硬性,石灰石膏水玻璃菱苦土15生产硅酸盐水泥的主要原料是石灰质原料,粘土原料,铁质校正原料;石灰质原料,常用的天然石灰质原料有石灰岩、泥灰岩、硅酸盐水泥熟料的矿物组成:硅酸三钙(3CaO·SiO2硅酸二钙(2CaO&#

13、183;SiO2、中间相(铝酸钙、铁相固溶体、玻璃体、游离氧化钙和方镁石;我国目前采用的石灰饱和系数KH、硅率SM和铝率IM等三个率值;熟料矿物的水化速率,测定熟料矿物的水化速率有直接法和间接法,直接法是用岩相分析、X射线分析或热分析等方法,定量的测定已水化和未水化的数量。间接测定有测定结合水、水化热或氢氧化钙生成量等方法;影响水泥水化速率:熟料的水化速率、细度和水灰比的影响、温度对水化速率的影响(温度升高会加速水化速率、外加剂作用;化学减缩:在水泥的水化过程中,无水的熟料矿物转变为水化物,固相体积逐渐增加,但水泥水体系的总体积,却在不断减小,由于这种体积减缩是由化学反应所致,称化学减缩;湿胀干缩,干燥使体积收缩,潮湿则会发生膨胀,干缩循环会导致反复胀缩,但还遗留有不可逆收缩;碳化收