第一章
1. 粘土的定义：是一种颜色多样，细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体。
粘土是自然界中硅酸盐岩石（主要是长石）经过长期风化作用而形成的一种疏松的或呈胶状致密的土状或致密块状矿物，是多种微细矿物和杂质的混合体。
2. 粘土的成因：各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化，水解，热液蚀变等作用可变为粘土。一次粘土（原生粘土）风化残积型：母岩风化后残留在原地所形成的粘土。（深层的岩浆岩（花岗岩、伟晶岩、长石岩）在原产地风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的矿床，一般称为一次粘土）。
二次粘土（次生粘土）沉积型：风化了的粘土矿物借雨水或风力的迁移作用搬离母岩后，在低洼地方沉积而成的矿床，成为二次粘土。
一次粘土与二次粘土的区别：
分类化学组成耐火度成型性
一次粘土较纯较高塑性低
二次粘土杂质含量高较低塑性高
3. 高岭土、蒙脱土的结构特点：
高岭土晶体结构式：Al4[Si4O10](OH)8，1:1型层状结构硅酸盐，Si-O四面体层和Al-(O,OH)八面体层通过共用氧原子联系成双层结构，构成结构单元层。层间以氢键相连，结合力较小，所以晶体解理完全并缺乏膨胀性。
蒙脱土（叶蜡石）是2:1型层状结构，两端[SiO4]四面体，中间夹一个[AlO6]八面体，构成单元层。单元层间靠氧相连，结合力较小，水分子及其它极性分子易进入晶层中间形成层间水，层间水的数量是可变的。
4. 粘土的工艺特性：可塑性、结合性、离子交换性、触变性、收缩、烧结性。
1)可塑性：粘土—水系统形成泥团，在外力作用下泥团发生变形，形变过程中坯泥不开裂，
外力解除后，能维持形变，不因自重和振动再发生形变，这种现象称为可塑性。
表示方法：可塑性指数、可塑性指标
可塑性指数（w）：W=W2-W1W降低——泥浆触变厚化度大，渗水性强，便于压滤榨泥。
W1塑限：粘土或（坯料）由粉末状态进入塑性状态时的含水量。
W2液限：粘土或（坯料）由粉末状态进入流动状态时的含水量。
塑限反映粘土被水润湿后，形成水化膜，使粘土颗粒能相对滑动而出现可塑性的含水量。
塑限高，表明粘土颗粒的水化膜厚，工作水分高，但干燥收缩也大。
液限反映粘土颗粒与水分子亲和力的大小。W2上升表明颗粒很细，在水中分散度大，不易干燥，湿坯强度低。
可塑性指标：在工作水分下，粘土（或坯料）受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积，也可以以这时的相应含水率表示。
反应粘土的成型性能：应力大，应变小——挤坯成型；应力小，应变大——旋坯成型根据粘土可塑指数或可塑指标分类：
i.强塑性粘土：指数＞15或指标＞3.6
ii.中塑性粘土：指数7～15，指标2.5～3.6
iii.弱塑性粘土：指数l～7，指标<2.5
iv.非塑性粘土：指数<1。
2)结合性：粘土的结合性是指粘土能够结合非塑性原料而形成良好的可塑泥团，并且有一
定干燥强度的能力。
粘土的结合性由其结合瘠性料的结合力的大小来衡量，可塑性强的粘土其结合力也大。
实验室中粘土的结合力通常以能够形成可塑泥团时所加入标准石英砂的数量及干后抗折强度来反映。
3)离子交换性：粘土颗粒带电荷，能吸附其他异号离子，在水溶液中这种离子又可被其他
相同电荷的离子置换。交换发生在粘土粒子表面，不影响硅铝酸盐晶体结构。
原因：粘土颗粒带电荷，来源于Si4+被Al３+，Fe２+等置换以及边缘断键，而出现负电荷。
表示方法：离子交换能力用交换容量来表示，100g粘土所吸附能够交换的阳离子或阴离子的量，单位：mol×10／g。
交换容量排序：H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+
阴离子的取代能力：OH->CO32->P2O74->CNS->I->Br->Cl->NO3->F->SO42-
交换能力的影响因素：离子性质；粘土矿物的种类和有序度及分散度，有序度高则交换能力差；有机物质的含量和粘土矿物结晶程度，一些活性基因-OH，-COOH具有吸附阳离子的能力，结晶程度差，交换能力强。
*pH对离子交换的影响：
4)触变性：粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加静置后能恢
复原来状态。反之，相同泥浆放置一段时间后，在维持原有水分的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象，上述现象可重复无数次，统称为触变性。
产生原因：由于粘土片状颗粒的活性边面上尚残留少量电荷未被完全中和，以致形成局部边－边或边－面结合，使粘土颗粒之间常组成封闭的网络状结构。这时，泥料中的大量的自由水被分隔和封闭在网络的空隙中，使整个粘土－水系统好像水分减少，粘度增加，变稠及固化现象，但这样的网络状结构是疏松和不稳定的，当稍有剪切力的作用或振动时，网络即被破坏，又呈流动状态。
泥浆的厚化系数：触变厚化现象可以用泥浆粘度变化之比或剪切应力变化的百分数来表示。
例：厚化系数＝τ30min／τ30s
τ30min——100ml泥浆静置30分钟后由恩式粘度计中流出的时间
τ30s——100ml泥浆静置30秒钟后由恩式粘度计中流出的时间
可塑泥团的厚化系数：静置一段时间后，球体或锥体压入泥团达一定深度时剪切强度增加的百分数。
例：厚化系数＝（P n -P0）／P0×100％
P0——泥团开始承受的负荷g
P n——泥团静置一定时间后，球体或圆锥体压力相同深度时，泥团承受的负荷g
泥料触变性随时间变化不均匀，开始粘度增加快，以后慢慢减小。
5)收缩：
干燥收缩：粘土泥料在干燥时颗粒间的水分排出，颗粒互相靠拢，引起体积收缩。
烧成收缩：当粘土泥料煅烧时，由于发生一系列物理化学变化，粘土泥料再度收缩。
总收缩：成型试样经干燥、煅烧后的尺寸总变化。
体收缩近似等于线收缩的三倍（误差6%～9%）。
一道计算题：已知某瓷料的干燥收缩为2％，烧成收缩为15％，假设其径向和轴向收缩一致，则烧制直径为12，厚度为5的圆柱型瓷柱，模腔尺寸为多少？控制厚度为多高？ 答：注意：此处没有标记单位，即默认为mm ，计算题注意有效数字的保留
首先干燥收缩为粘土泥料在干燥时颗粒间的水分排出，颗粒互相靠拢，引起体积收缩，分为线收缩和体收缩。烧成收缩在干燥收缩之后，是当粘土泥料煅烧时，由于发生一系列物理化学变化，粘土泥料再度收缩，同样分为体收缩和线收缩。这里我们要计算线收缩。 S
干为干燥线收缩，S 烧为烧成线收缩，式中 L 0为试样原始长度； L 干为试样干后长度；L 干为试样干后长度；L 烧为试样烧后长度。
题中给出的是体收缩，我们要转化为线收缩，然后再依次计算。
除此之外，还有公式：
体积收缩率：S V ＝（ V 0－ V 1）／
V 0×100%
V 0——试样成型后的原始体积
V 1——试样干燥后或烧成后的体积 干燥线收缩与烧成线收缩之间的关系：
6)
烧结性：
烧结状态：体积密度最高、气孔率最低的状态
烧成状态：材料达到预期理化性能的状态
T1：开始烧结温度。开始出现液相，气孔率明显下降，收缩急剧增加。
T2：烧结温度，液相达到一定的数量，收缩达最大，气孔率降到最低。
T3：软化温度，随温度升高，液相继续增加，开始变形，气孔率、收缩率反常。
T2-T3为烧结范围
耐火度：表征粘土原料抵抗高温作用不致融化的性能指标。
表示方法：三角锥法——将一定细度的粘土原料（< 0.2mm ）制成一个等边截头三角锥（上底2mm ，下底8mm ，高30mm ，截面正三角形）干燥后，在一定升温制度下，测出三角锥的顶端软化下弯至锥底平面时的温度）。
5. 石英的多晶转变及特点：
％干
烧干－烧100?=
L L L S
常压下有七种结晶态和一种玻璃态，在一定条件下相互转化
多晶转变的特点：
高温型的迟缓转化（横向转化或一级转化）：由表面向内部逐步进行，结构变化。因为形成新的稳定晶型，所以需较高的活化能；转变速度慢；体积变化较大，所以需较高温度及较长时间。
低温型的迅速转变（纵向转变或二级转变）：由表及里瞬间同时转化，体积变化小，结构不特殊变化，位移型转变（键之间的角度稍做变动为位移型转变），易进行，且转化可逆。
体积效应：一级转变的体积变化大，但由于其转化速度慢，体积效应小，且在高温下有液相存在，对坯体影响不大。二级转变的体积变化小，但转化速度快，瞬间完成，体积效应大，无液相，对坯体影响大，必须严格控制。
陶瓷生产实际转化情况：升温快（快速烧成），无论是否有矿化剂，都经过半安定方石英这一过渡状态。
（有矿化剂存在时，最终有鳞石英形成；无矿化剂时，最终形成方石英。矿化剂：RO，R2O；矿化剂来源：熔剂性原料。在普通陶瓷生产过程中，石英的转化主要是二级转化，而不是一级转化。实际生产中，由于烧成温度的限制（一般在1300 ℃），最终石英以半安定方石英存在，即所说的方石英。）自然界中石英大部分以b—石英存在，很少以鳞石英或方石英的介稳状态存在。
α-方石英中两个硅氧四面体之间有一对称中心；
α-鳞石英中两个硅氧四面体之间有一对称面，两者之间的硅氧键夹角180o；
β-石英的键角是150o,键拉直时，与α-方石英结构相同。
6. 长石的混熔特性：几种基本类型的长石，由于其结构关系，彼此可混合形成共熔体。1)钾长石和钠长石常以固熔体存在。钾长石和钠长石高温互溶，低温分离；据含量不同，
晶体折射不同；钾钠长石的固熔体，钠长石含量少时形成晶斑；含量多时，形成条纹。
2)钠长石和钙长石高温下任意比互溶，低温下也不分离。
3)钾长石和钙长石的固溶性差，小于10%，在任何温度下几乎不互溶。调整配方时，钾长
石中加入少量钙长石，利于降低烧成温度。
4)钾长石和钡长石可形成不同比例的固溶体。
7. 粘土、长石和石英在陶瓷生产中的作用：
一句话总结：粘土起可塑调节的作用；长石在烧成中起助熔作用；石英构成坯体骨架。
具体：
粘土：赋予泥坯的可塑性；使注浆料与釉料具有悬浮性和稳定性；在坯料中结合其它瘠性原料，使具有一定干坯强度及最大堆积密度；是瓷坯中Al2O3的主要来源，也是烧成时生成莫来石晶体的主要来源。
石英：烧成前，石英为瘠性料，可调节泥料的可塑性，是生坯水分排出的通道，降低坯体的干燥收缩，增加生坯的渗水性，缩短干燥时间，防止坯体变形；利于施釉。烧成时，石英的加热膨胀可部分抵消坯体的收缩；高温时石英部分溶解于液相，增加熔体的粘度，未溶解的石英颗粒构成坯体的骨架，防止坯体软化变形。可提高坯体的机械强度，透光度，白度。釉料中，SiO2是玻璃质的主要成分，提高釉料的机械强度，硬度，耐磨性，耐化学侵蚀性；提高釉料的熔融温度与粘度。
长石：在高温下熔融，形成粘稠的玻璃体，是坯料中碱金属氧化物的主要来源，能降低陶瓷坯体组分的熔化温度，利于成瓷和降低烧成温度。熔融后的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒；液相中Al2O3和SiO2互相作用，促进莫来石的形成和长大，提高瓷体的机械强度和化学稳定性。长石熔体能填充坯体孔隙，减少气孔率，增大致密度，提高坯体机械强度，改善透光性能及电学性能。作为瘠性原料，提高坯体渗水性，提高干燥速度，减少坯体的干燥收缩和变形。在釉料中做熔剂，形成玻璃相。
8. 关于是否需要预烧：石英需要预烧，有利于粉碎。粘土，长石不需预烧。氧化钛，氧化铝要预烧。氧化镁当以菱镁矿作原料时不用预烧，以碱式碳酸镁作原料时要预烧。
9. 简述粘土的化学组成和矿物组成？评价粘土工艺性能的指标有哪些？
答：化学组成——粘土是一种含水铝硅酸盐的混合物，组成为平均值，一般粘土的化学组成指九项全分析数据：SiO2，Al2O3，Fe2O3，TiO2，CaO，MgO，K2O，Na2O，I.L.（烧失）。
矿物组成——高岭石（多水高岭石）；蒙脱石（叶腊石）；伊利石（水云母）。
评价粘土工艺性能的指标：可塑性指数与可塑性指标，结合力（上面有详细的指标），交换
容量，厚化系数，线收缩率，体积收缩率，气孔率，吸水率，体积密度，耐火度。
10. 长石在陶瓷工业生产中有何作用？钾长石和钠长石的熔融特性有何不同？
答：作用上面有。
钾长石和钠长石熔融特性的区别：钾长石的熔化温度范围为1130-1450℃，钠长石的熔化温度范围是1120-1250℃，钾长石的较宽。高温下钾长石熔液的粘度较大，而且随温度增大熔液粘度缓慢降低。天然的钠长石熔化温度较低，熔化时没有新的晶相产生，液相组成与未熔长石的组成相同，形成的液相粘度较低。
11. 常压下二氧化硅有哪些结晶态？石英在陶瓷生产中的作用是什么？
答：有7种结晶态，一种玻璃态，分别是α-石英、β-石英、α-磷石英、β-磷石英、γ-磷石英、α-方石英、β-方石英以及石英玻璃。石英的作用是构成坯体的骨架。
12. 氧化铝有哪些结晶型态？简述氧化铝原料的制备工艺。
答：α-Al2O3、β-Al2O3、γ-Al2O3。氧化铝原料的制备工艺：高压溶出；溶出矿浆稀释和赤泥分离洗涤；晶种分解；氢氧化铝分离、洗涤、焙烧；分解母液的蒸发与碳酸钠的苛化。
第二章1.按化学计算式计算配料比：
2.按瓷料的预期化学组成计算配料比：
44
.0
048
.0
14
.0
7.4
)
465
.0
635
.0
(
0.1
56
.0
3.1
317
.0
93
)
395
.0
(
3
4
3
2
2
2
2
4
3
3
4
3
2
2
?
+
?
+
?
=
=
?
+
?
=
?
?
=
?
?
=
?
?
+
CaCO
H
S
M
H
AS
X
H
AS
H
S
M
n
CaCO
n
H
S
M
n
H
AS
A
%
6.
89
%
5.4
%
8.1
%
1.4
%
100
%
5.4
%
8.1
%
1.4
3
2
2
2
3
4
3
=
-
-
-
=
=
=
=
O
Al
H
AS
CaCO
H
S
M
第三章
1.坯料的种类与质量要求：
1)种类：按成型方法可分为可塑性泥料、泥浆和干压粉料。
碗盘——滚压成型——可塑性泥料
陶瓷砖——模压成型——干压粉料
卫生洁具——注浆成型——泥浆
2)质量要求：
A.坯料总体质量要求：配料准确组分均匀细度合理空气含量少。
B.对水分的要求：
可塑性泥料——滚压、旋坯：18～25%
注浆泥浆——卫生洁具，茶壶：28～35%
干压粉料——陶瓷砖：8 ～15%（半干压）3～7% （干压）
C.注浆料的基本要求：1、流动性好2、悬浮性好3、触变性恰当4、滤过性好5、泥浆含
水量少。
D.可塑泥料的基本要求：
a)良好的可塑性：可塑性指标大于2
b)具有一定的形状稳定性
c)含水量适当：强可塑性原料多则含水量提高
d)干燥强度高和收缩率小
E.压制粉料的基本要求：1、流动性好2、堆积密度大3、含水率及水分均匀性：水分均
匀4、颗粒形状、大小粒度分布。
2.何谓粉体的粒度和粒度分布？
答：粒度是指粉料的颗粒大小，通常以颗粒半径r或直径d表示。非球形颗粒的大小可用等效半径来表示。粒度分布指各种不同大小颗粒所占的百分比。
3.粒度测定分析的方法有哪些？
答：有筛分法、显微镜法、沉降分析法、光散射法。
4．粉体颗粒的表征方法有哪些？
答：
5.机械制粉的主要方法有哪些？
答：球磨粉碎、振动粉碎、气流粉碎、搅拌磨粉碎。
6.影响球磨机粉碎效率的主要因素有哪些？
答：球磨机的转速；研磨体的比重、大小和形状；球磨方式；料、球、水的比例；助磨剂（PPT 上有详细说明）
7.化学法合成粉体的主要方法有哪些？
答：固相法有高温固相反应法、还原-化合法、固相热分解法、自蔓延高温合成法。液相法有反应沉淀法和溶胶凝胶法。气相法有化学气相沉积、气相热分解法、蒸发-凝聚法。
8.氧化铝的预烧
氧化铝的预烧作用
1．在高温下使γ- Al2O3尽量转变为α- Al2O3 ，保证产品性能稳定。
2．预烧工业氧化铝时，所加入的添加物和Na 20生成挥发性化合机离开氧化铝，可提高原料纯度。
3．由γ- Al2O3转变α- Al2O3为引起的体积收缩在烧成时已经完成，可以使产品尺寸准确，减少开裂。
4．采用预烧过的工业氧化铝配制热压注浆料时，可以减少用蜡的数量。
方法
γ- Al2O3矿化剂——混合——压制——预烧——粉碎
影响氧化铝的预烧的因素：
矿化剂H3BO3, NH4F,AlF3 加入量 0.3-3％
预烧气氛
滑石的预烧
滑石预烧结晶水排出，原有结构破坏，形成偏硅酸镁MgO· SiO2，不再是鳞片状结构，因而可防止挤制泥料时，因颗粒定向排列而带来的缺陷。
液相法合成原料
反应沉淀法
在某种金属盐溶液中添加沉淀剂制成另一种盐或氢氧化物，然后经热分解而得到该金属的氧化物。
若使用两种金属的盐同时沉淀，可得到复合的金属氧化物粉末，这种方法称为共沉淀法。共沉淀法生产的复合氧化物粉末纯度高、组分均匀。
液相法（溶胶－凝胶法）
金属有机或无机化合物(称前驱物)经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理转化为氧化物或其它化合物固体材料的方法，是应用胶体化学原理制备无机材料的一种常见方法。
溶胶－凝胶法的工艺过程。
机械粉碎的方法和特点。
常用的机械粉碎方法
?球磨粉碎：常量大高，成本低
?振动粉碎
特点：粉碎时间短，细度大。效率比球磨粉碎要高得多，混入的杂质较少，坯料工艺性能好。
?气流粉碎
特点：不需固体研磨介质，混入的杂质较其他粉碎设备小些，粉碎过程中颗粒自动分级、粒度较均匀，不会使物料受热，但设备耗电量大，需要的附属设备也多
?搅拌磨粉碎：摩擦磨，砂磨，筒体垂直，磨球体之间、球壁之间产生剧烈的摩擦、滚碾作用。
喷雾干燥的原理
喷雾干燥是把要干燥的泥浆喷洒成雾状细油，并立即和热气流接触，雾滴中的水分在很短时间内(几秒至十几秒)蒸发，从而得到干燥粉末的方法。
压制、可塑、注浆成型坯料制备的工艺流程
第四章
1.可塑泥团的流变特性，可塑性指标。 以上为流变特性曲线，具体流变表现为：
1) 当受外力时，坯料首先表现为弹性变形。应力很小时，应力—应变之间表现为直线关系。力作用时间很短时，去掉外力泥料可恢复原来的状态。（这种弹性变形主要是由于泥团中含有少量空气和有机塑化剂，它们具有弹性；同时由于粘土粒于表面形成水化膜所致。）
2) 外力增大，达到屈服点后，泥料的弹性随应力的增大而减小，开始出现塑性变形。去掉外力，泥料不能恢复到原来的状态。会部分地回复原来状态(用εy 表示)，剩下的不可逆变形部分叫做假塑性变形（εn ）。（这是由于矿物颗粒产生相对位移所致）
3) 随外力的增大，变形量增加，直到破裂点。从屈服点到破裂点的塑性变形范围，为延伸变形量。
流变性产生的原因：从流变性的表现看：要有一定的外力才变形，说明颗粒间有结合力，即屈服值。（颗粒聚集为坯料时，疏松结合水成为毛细管水，依靠毛细管力扯紧相邻两颗粒，形成结合力。毛细管越细（粘土颗粒越细），结合力越大。）
从流变性的表现看：形变时不开裂，说明形变过程存在某种连系，称为延伸能力。出现裂纹前的最大变形量。（若给存在结合力的某一晶片一个滑移力，其位移量（不开裂时）取决于疏松结合水的厚度，厚度越大，位移量越大。延伸量越大，屈服值越小。） 可塑性指标：通常用屈服值与延伸量的乘积来表示可塑性，即可塑性指标。
含水率过大或过小，屈服值与延伸量乘积都小。含水率合适，乘积大，具有最好的可塑成型能力。
2.影响坯料可塑性的因素，塑化剂的作用和选择。
影响坯料可塑性的因素：矿物种类；固相颗粒大小和形状；吸附阳离子的种类；液相的数量和种类。
1) 矿物种类：高岭石的层状结构中，每层的边缘处为OH-与O2-，层与层之间有氢键的作用力，水不易进入二层之间，毛细管力也小，所以高岭土的塑性较低。蒙脱石晶层最边缘处为O2- ，层与层之间是通过范德华力来联接。这种键力较弱，吸附力强，水分子能进入晶层之间，形成水膜，产生大的毛细管力，因而膨润土的可塑性强。
2) 固相颗粒大小和形状：颗粒愈粗，呈现最大塑性时所需的水分愈少，最大可塑性也愈低。 颗粒愈细，比表面愈大，每个颗粒表面形成水膜所需的水分也就愈多。
另外，由细颗粒堆积而形成的毛细管半径越小，产生的毛细管力越大，可塑性也愈高。 可回复变形
塑性变形
假塑性变形
极限强度
流动极限应力
y p n p y εεεσσ
3)吸附阳离子的影响：从离子半径来考虑，离子半径越小，则其表面上电荷密度越大，水
化能力越强，水化后的离子半径也大，塑性降低。
4)液相的数量和种类：坯料中水分适当时才能呈现最大的可塑性。高粘度的液体介质提高
坯料的塑性；表面张力大的液体介质可提高坯料的塑性。
塑化剂的作用和选择：塑化剂的作用是使瘠性原料具有可塑成型能力。
选择原则：
A.具有极性，能良好地湿润和吸附在坯料颗粒表而上；
B.希望粘合性能和表面张力大些，以便成型和保证坯体强度；
C.和坯料颗粒不会发生化学反应；
D.挥发温度范围宽，灰分少些。
塑化剂的组成：
粘合剂：常温下能将坯料颗粒粘合在一起，使坯料具有成型性能，烧成时它们会氧化、分解和挥发。
增塑剂：用来溶解有机粘合剂和湿润坯料颗粒，在颗粒之间形成液态间层。
溶剂：能溶解粘合剂、粘结剂及增塑剂，分子结构和它们相似或有相同的官能团。
塑化剂作用和选择
塑化剂作用：使瘠性的原料具有可塑成型能力
选择有机塑化剂(主要是粘合剂)时应能满足以下要求：
(1)具有极性，能良好地湿润和吸附在坯料颗粒表而上；
(2)希望粘合性能和表面张力大些，以便成型和保证坯体强度；
(3)和坯料颗粒不会发生化学反应；
(4)挥发温度范围宽，灰分少些。
3.轧膜成型：轧膜成型是将准备好的陶瓷粉料，拌以一定量的有机粘合剂和溶剂，通过粗轧和精轧成膜片。
粗轧是将粉料，粘结剂和溶剂等成分置于两辊轴之间充分混合，混练均匀，伴随着吹风，使溶剂逐渐挥发，形成一层膜精轧是逐步调近轧辊间距，多次折叠，900转向反复轧练，以达到良好的均匀度、致密度，光洁度和厚度。
轧膜成型对粉料粒度的要求越细越圆润，含粘合剂量越多，轧辊的精度也越高。
轧膜成型的特点：工艺简单，生产效率高，膜片厚度均匀，生产设备简单，粉尘污染小，能成型厚度很薄的膜片等优点，但用该法成型的产品干燥收缩和烧成收缩较干压制品的大。该法适于生产批量较大的1mm以下的薄片状产品，在新型陶瓷生产中应用较为普遍。
轧膜成型的缺陷：气泡、厚薄不均、无法成膜。
4.注浆成型料浆流动特性，稀释剂种类和作用原理。
浆料流动特性：
注浆用的浆料属于宾汉流体。
稀释剂的种类：
无机电解质：如水玻璃、碳酸钠、磷酸钠、六偏磷酸钠等。
有机电解质：如腐植酸钠、单宁酸钠、柠檬酸钠、松香皂
聚合电解质：聚丙烯酸、羧甲基纤维素、木质素磺酸盐、阿拉伯树胶等
稀释剂的作用原理：
无机电解质-离子交换原理： 反应后能生成流动性较好的Na 粘土。
对于氢粘土，
有机电解质：在粘土－水系统中，腐植酸钠电离出来的钠离子吸附在胶土胶团上，增厚扩散层，加大δ电层；使胶团斥力增加，能长期悬浮。腐植酸RCOO-中的羰基同一方向排列，使泥浆粘度降低。
聚合电解质：低分子量聚合物在胶团表面接枝，链与链之间的相互作用（空间位阻产生斥力）使胶团间距离增大，变稀，能够长期悬浮。
5.瘠性物料的注浆成型：让瘠性物料料浆悬浮的方法一般有两种：控制料浆的pH 值；通过有机表面活性物质的吸附。
1) 控制料浆的pH 值：在不同的酸度下，氧化物表现出不同的粘度和δ电位。
生产中应用此原理来调节Al 2O 3料桨的pH 值，使之悬浮或聚凝：
如酸洗过程中加入Al 2(SO 4)3使之聚凝。
生产制品时一般控制pH ＝3~4，使料浆获得较好的流动性和悬浮能力。
3
32S i Na CaSiO Na O Ca 粘土＋粘土＋-→-3
232SiO H Na SiO Na H 粘土＋粘土＋-?-
2)有机胶体与表面活性物质的吸附：生产中常用阿拉伯树胶、明胶和羧甲基纤维素来改变
Al203料浆的悬浮性能。当阿拉伯树胶用量少时，由于粘附的Al203 胶粒较多，使质量变大而引起聚沉。但增加阿拉伯树胶时．它的线型分子在水溶液中形成网络结构，而胶粒表面形成一层有机亲水保护膜。
6.热压注成型、流延成型。
热压注成型：特殊的注浆成型方法，用于瘠性料的特种瓷，电子瓷，氧化物陶瓷和金属陶瓷。手段：以有机结合剂为分散介质，固体颗粒为分散相，在一定温度下（70~85℃）配成料浆，在金属模具中成型。
工艺过程：蜡浆制备→浇注成型→排蜡→烧成
流延成型：主要用来成型超薄瓷片<0.05mm。浆料：粉料+塑化剂、增塑剂、流化剂、抗聚剂。
流延成型机的工作原理：将细分散的陶瓷粉料悬浮在由溶剂、增塑剂、粘合剂和悬浮剂组成的无水溶液或水溶液中，成为可塑且能流动的料浆。料浆在刮刀下流过，便在流延机的运输带上形成两层的坯带，坯带缓慢向前移动。待溶剂逐渐挥发后，粉料的固体微粒便聚集在一起，形成较为致密的、柔韧的坯带。
7.列举陶瓷坯体的基本成型方法。
答：可塑成型、注浆成型、压制成型。
可塑成型包括挤压法、车坯法、温压法(包括旋坯法、滚压法、冷模湿压法和热模湿压法)、轧膜法。
注浆成型包括空心注浆、实心注浆、强制注浆、热压注成型、流延成型、注塑成型。
压制成型有等静压成型。
8.试分析浇注成型过程中影响泥浆流动性和稳定性因素有哪些？
答：①泥浆的浓度：浓度↑→流动性差
②固相颗粒的含量、大小和形状：颗粒细→流动性差；颗粒粗→稳定性差；球状颗粒→流动性好
③电解质的加入
④泥浆的温度：将泥浆加热时，分散介质的粘度下降泥浆粘度也因而降低。
⑤泥浆的pH值6.稀释剂的选择
9.简述半干压制成型过程中坯体易于出现层裂的原因。
答：为了提高坯体的致密度与均匀性而施加过大的压力，因为在压实的坯料中总有一部分残余空气。过大的压力将把这部分残余空气压缩，当压制完后除去压力时，被压缩的空气将膨胀，使坯体产生层裂。
10.可塑成型法具体包括哪些？
答：挤压法、车坯法、温压法(包括旋坯法、滚压法、冷模湿压法和热模湿压法)、轧膜法。
粉料堆积特性和配料的颗粒级配
粉料的堆积特性
由于粉料的形状不规则，表面粗糙使堆积起来的粉料颗粒间存在大量空隙。粉料颗粒的堆积密度和堆积形式有关。若采用不同大小的球体堆积，则可能小球填空在等径球体的空隙中。因此采用一定粒度分布的粉料可减少其孔隙，提高自由堆积的密度。若采用三级颗粒配合则
可得到更大的堆积密度。压制成型粉料的粒度是由许多小颗粒组成的粒团，比真实的固体颗粒大得多。因而，粉料要先经过“造粒”。
压制过程中的压力制度
加压制度对坯体质量的影响
1．成型压力的影响
克服粉料的阻力P1，称为净压力。
克服粉料颗粒对模壁摩擦所消耗的力P2，称为消耗压力。P= P1+p2
2．加压方式的影响
单面加压时，坯体中压力分布是不均匀的。不但有低压区，还有死角。为了使坯体的致密度均匀一致，宜采用双面加压。双面同时加压可消失底部的低压区和死角，但坯体中部的密度较低(。若两面先后加压，二次加压之间有间歇，利于空气排出，使整个坯体压力与密度都较均匀。如果在粉料四周都施加压力(等静压成型)，则坯体密度最均匀。
3．加压速度的影响
“一轻、二重、慢提起”
等静压成型
等静压成型是指粉料的各个方向同时均匀受压。传递压力的介质通常为液体。由于液体压缩性很小，而且能均匀传递压力。
等静压法的优点如下：
1．可以压制用一般成型方法不能成形的产品(如形状复杂、细而长和大件的产品)；
2．压制的生坯密度均匀(轴向断面密度无差别，径向断面密度相差1—2％)烷成收缩小，不易变形；
3．成型时压力大小容易控制；
4．模具制作方便，成本低；
5．粉料可以不用粘合剂或少用粘合剂。
等静压法的缺点：
1.高压容器及高压泵的质量要求高，投资费用大；
2.湿法等静压成型不能连续操作，干法等静压成型速度也较小；
3，成型足在高压下操作，容器及共它高压部件要特别防护(如安装在地下或用钢罩保护)。
成型的原理和料浆的制备
通过大分子的原位聚合，将粉体颗粒聚集在一起的一种成型技术。
注凝成型根据使用溶剂的不同分为水基和非水基注凝成型。
如果溶剂是水, 就称水基注凝成型; 若溶剂是有机溶剂,则称非水基注凝成型。非水基凝固成型中的有机溶剂在交联温度时的蒸汽压低且粘度相对较低。
直接凝固注模成型的原理和料浆的制备
基本原理
分散在液体介质中的微细陶瓷颗粒, 主要受双电层斥力和范德华力作用。
双电层斥力受pH的影响，范德华力受颗粒之间距离影响。
在适当的条件下，两种作用力之和最小，可形成高固相含量的浆料
离子交换和吸附对坯料成型性能的影响
吸附阳离子的影响
粘土胶团间的吸引力影响着粘土坯料的可塑性
吸引力的大小决定于阳离子交换的能力及交换阳离子的大小与电荷。
电解质中阳离子的水化能力：一价离子>二价离于和三价离子，
阳离子的吸附能力则一价离子<二价和三价离子。
注浆：当电解质加入泥浆,由于一价离子(除H＋外)吸附能力弱，进入胶团的吸附层离子数较少，整个胶粒呈现的电电荷较多。又因为一价离子的水化能力较强，使胶团的扩散层增大，水化膜加厚，促使系统δ电位增加，泥浆流动性增强。
可塑：从离子半径来考虑，离子半径越小，则其表面上电荷密度越大，水化能力越强，水化后的离子半径也大，塑性降低。
瘠性物料的注浆成型
第六、七章烧结和烧成
烧结：成型后的粉状物料在低于熔点的高温作用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递，气孔排除，体积收缩，强度提高、逐渐变成具有一定的几何形状和坚固整个的过程。
通常烧结收缩（最大）、强度（最高）、容重（最大）、气孔率（最低）的状态
固相烧结
烧结温度下基本上无液相出现的烧结，如高纯氧化物之间的烧结过程。
液相烧结
有液相参与下的烧结，如多组分物系在烧结温度下常有液相出现。
烧结过程的三个阶段
烧结初期: 坯体中颗粒重排，接触处产生键合，空隙变形、缩小（即大气孔消失），固-气总表面积没有变化。
烧结中期: 传质开始，粒界增大，空隙进一步变形、缩小，但仍然连通，形如隧道。
烧结后期: 传质继续进行，粒子长大，气孔变成孤立闭气孔，密度达到95%以上，制品强度提高。
烧结的推动力
烧结是一个自发的不可逆过程，系统表面能降低是推动烧结进行的基本动力。
烧结的机理
(一) 颗粒的粘附作用
粘附是固体表面的普遍性质，它起因于固体表面力。当两个表面靠近到表面力场作用范围时．即发生键合而粘附。粘附力的大小直接取决于物质的表面能和接触面积，故粉状物料间的粘附作用特别显著。
(二) 物质的传递
在烧结过程中物质传递的途径是多样的，相应的机理也各不相同。它们都是以表面张力作为动力的。有流动传质、扩散传质、气相传质、溶解—沉淀传质。
1．流动传质
这是指在表面张力作用下通过变形、流动引起的物质迁移。属于这类机理的有粘性流动和塑性流动。
2、扩散传质
扩散传质是指质点(或空位)借助于浓度梯度推动而迁移的传质过程。烧结初期由于粘附作用使粒子间的接触界面逐渐扩大并形成具有负曲率的接触区。在颈部由于曲面特性所引起的毛细孔引力ΔP。
3、气相传质
由于颗粒表面各处的曲率不同，按开尔文公式可知，各处相应的蒸气压大小也不同。故质点容易从高能阶的凸处（如表面）蒸发，然后通过气相传递到低能阶的凹处(如颈部）凝结，使颗粒的接触面增大，颗粒和空隙形状改变而使成型体变成具有一定几何形状和性能的烧结体。这一过程也称蒸发-冷凝。
4、溶解—沉淀
在有液相参与的烧结中，若液相能润湿和溶解固相，由于小颗粒的表面能较大其溶解度也就比大颗粒的大。这种通过液相传质的机理称溶解—沉淀机理。
初次再结晶和二次再结晶及其推动力
初次再结晶是指从塑性变形的、具有应变的基质中，生长出新的无应变晶粒的成核和长大过程。
初次再结晶过程的推动力是基质塑性变形所增加的能量。
二次再结晶是坯体中少数大晶粒尺寸的异常增加，其结果是个别晶粒的尺寸增加，这是区别于正常的晶粒长大的。推动力仍然是晶界过剩界面能。
影响烧结的因素，添加剂对烧结的影响
影响烧结的因素:烧结温度烧结时间物料粒度
在实际烧结过程中，除了上述这些直接因素外，尚有许多间接的因素，例如通过控制物料的晶体结构、晶界、粒界、颗粒堆积状况和烧结气氛以及引入微量添加物等，以改变烧结条件和物料活性，同样可以有效地影响烧结速度。
实践证明，少量添加物常会明显地改变烧结速度，但对其作用机理的了解还是不充分的。许多试验表明，以下的作用是可能的。
(一)与烧结物形成固溶体
当添加物能与烧结物形成固溶体时，将使晶格畸变而得到活化。故可降低烧结温度，使扩散和烧结速度增大，这对于形成缺位型或间隙型固溶体尤为强烈。
(二)阻止晶型转变
有些氧化物在烧结时发生晶型转变并伴有较大体积效应，这就会使烧结致密化发生困难，并容易引起坯体开裂；若能选用适宜的添加物加以抑制，即可促进烧结。
(三)抑制晶粒长大
由于烧结后期晶粒长大，对烧结致密化有重要柞用；但若二次再结晶或间断性晶粒长大过快，又会因晶粒变粗、晶界变宽而出现反致密化现象并影响制品的显微结构。这时，可通过加入能抑制晶粒异常长为的添加物来促进致密化进程。
但应指出，由于晶粒成长与烧结的关系较为复杂，正常的晶粒长大是有益的，要抑制的只是二次再结晶引起的异常晶粒长大；因此并不是能抑制晶粒长大的添加物都会有助于烧结。(四)产生液相
烧结时若有适当的液相，往往会大大促进颗粒重排和传质过程。
添加物的另一作用机理，就在于能在较低温度下产生液相以促进烧结。
液相的出现，可能是添加物本身熔点较低；也可能与烧结物形成多元低共熔物。
基本热工知识
热电偶原理
热电偶是由两根成分不同的金属丝或合金丝焊接而成并装在铁管或瓷管内，如图所示。
两根金属丝焊接的一端放在窑炉里，称为热端；另一端放在窑的外面，称为冷端。由于冷热温度差，在热电偶中产生电动势，电动势的大小和两端温度差成正比。
分类
常用的热电偶
铂铑-铂铑热电偶（LB3）：1300OC以下长期使用，短期可测量1600OC。还原性和侵蚀性气氛下易被损坏。
镍铬-镍硅热电偶（FU-2）：1000OC以下长期使用，短期可测量1300OC。灵敏度高，价格便宜。
镍铬-考铜热电偶（EA-2）：600OC以下长期使用，短期可测量800OC。易氧化，加保护管。铂铑30-铂铑6热电偶（LL-2）：1600OC以下长期使用，短期可测量1800OC。灵敏度高，适于氧化和中性气氛中使用，价格贵。
烧成制度
(一)温度和气氛制度
1).低温阶段(室温-3000C)的升温速度与气氛，此阶段实为干燥的延续。
2).氧化分解阶段(300-9500C)的升温速度与气氛
此阶段的主要化学反应有，结晶水的排除；有机物、硫化物的氧化；碳酸盐分解;石英晶型转化等。
物理变化有重量减轻；气孔率不断增大至最大值；强度略增。
3)．高温阶段，约从9500C至最高烧成温度
对于还原烧制瓷器,此阶段又分为氧化保温期、强还原和弱还原三个不同气氛的温度阶段。在确定气氛制度的时,主要应抓住“两点一度”。
所谓两点就是指氧化转强还原以及强还原转弱还原这两个温度点，所谓“一度”就是指还原气氛的浓度。
氧化转强还原的温度，是烧成中极重要的温度点。
该临界温度点过低，则还原过早，坯釉中的分解氧化反应不能完全，沉碳烧不尽，易形成氧化泡。
该临界温度点过高，表明还原过迟，还原介质难以进入坯体，起不了还原氧化铁的作用，易形成高温沉碳，从而产生阴黄/花脸等高温缺陷。
一般气氛浓度中烟气中CO含量3~6%。
强还原转弱还原的温度点，标志着还原的结束，釉料已经成熟。
如再使用强还原气氛，不仅污染釉面，而且浪费燃料。
采用氧化气氛低价铁会从新氧化使制品发黄；中性焰难以达到，故采用弱还原焰。
一般气氛浓度中烟气中CO 含量1.5~2.5%。
此高温阶段温度制度的特点；
1.升温均匀平缓；保持收缩均匀；
2.在进入强还原气氛之前要有氧化保温阶段，使坯体烧结和釉层成熟前，氧化和分解反应能进行完全；
3.氧化保温一般选择950~1050OC附近。
4)．高火保温
为使坯内的物理化学变化进行更加完全，促使坯内组织结构趋于均一，制品内外和窑炉各处温差都尽可能缩小，不仅高温时升温速度应慢，而且还须进行高火保温和选择合理的止火温度。
5)冷却阶段
8500C以上坯内液相还处于塑性状态，故可进行快冷。
在8500C以下由于液相开始凝固，石英晶形转化，故应缓冷。
平衡矿物组成的计算
气氛对烧结的影响
气氛的影响
实际生产中常可以现，有些物料的烧结过程对气体介质十分敏感。气氛不仅影响物料本身的烧结,也会影响各添加物的效果。为此常需进行相应的气氛控制。
气氛对烧结的影响是复杂的。同一种气体介质对于不同物料的烧结，往往表现出不同的甚至相反的效果。但本质上都是物理作用或化学作用
(一)物理作用
在烧结后期，坯体中孤立闭气孔逐渐缩小，压力增大，逐步抵消了作为烧结推动力的表面张力作用，烧结趋于缓慢，使得在通常条件下难于达到完全烧结。这时除了由气孔表面过剩空位的扩散外，闭气孔中的气体在固体中的溶解和扩散等过程起着重要怍用。
(二)化学作用
主要表现在气体介质与烧结物之间的化学反应。在氧气气氛中，由于氧被烧结物表面吸附或
重 点 突 破 锁定高考热点 探究规律方法 熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。 2．一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。 3．一般情况，较强氧化剂＋较强还原剂===较弱氧化剂＋较弱 还原剂，而碳却能还原出比它更强的还原剂：SiO 2＋2C===== 高温Si ＋2CO ↑，FeO ＋C===== 高温Fe ＋CO ↑。 4．硅为非金属，却可以和强碱溶液反应，放出氢气： Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑。 5．一般情况，较活泼金属＋酸===盐＋氢气，然而Si 是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑。 6．一般情况，碱性氧化物＋酸===盐＋水，SiO 2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O 。 7．一般情况，较强酸＋弱酸盐===较弱酸＋较强酸盐。虽然酸 性：H 2CO 3＞H 2SiO 3，却能发生如下反应：Na 2CO 3＋SiO 2===== 高温Na 2SiO 3＋CO 2↑。 8．一般情况，非常活泼金属(Na 、K 等)才能够置换出水中的氢， 但C ＋H 2O(g)=====高温CO ＋H 2 。 9．一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如SO 3＋H 2O===H 2SO 4，但SiO 2不溶于水，不与水反应。 题组训练
1．某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素() A．在自然界中只以化合态的形式存在 B．单质常用作半导体材料和光导纤维 C．最高价氧化物不与酸反应 D．气态氢化物比甲烷稳定 解析该短周期非金属元素为Si，硅在自然界中只以化合态形式存在，A项正确；单质硅可用作半导体材料，而光导纤维的主要成分是SiO2，B项错误；Si的最高价氧化物为SiO2，其可以与氢氟酸反应，C项错误；由于非金属性Si 高分子材料与无机非金属材料、金属材料的区别有机高分子化合物简称高分子化合物或高分子，又称高聚物，与无机非金属材料、高分子材料并称三大材料。高分子材料一般具有以下特点: （1）力学性能：比强度高,韧性高，耐疲劳性好，但易应力松弛和蠕变; （2）反应性:大多数是惰性的，耐腐蚀，但粘连时要表面处理，加聚合物共混时需要表面处理，另外，有的高分子材料容易吸收紫外线或红外线及可见光发生降解; （3）物理性能：密度小，很高的电阻率，熔点相比金属较低，限制了使用领域高分子化合物的一般具有特殊的结构，使它表现出了非同凡响的特性。例如，高分子主链有一定内旋自由度，可以弯曲，使高分子链具有柔性；高分子结构单元间的作用力及分子链间的交联结构，直接影响它的聚集态结构，从而决定高分子材料的主要性能。 此外高分子材料可用纤维增强（复合材料）制成高性能的新型材料，可设极性大，部分性能超过金属。当前，高分子材料正趋向功能化，合金化发展，比传统材料有更大的发展空间和更广阔使用的领域。 高分子化合物固、液、气三种存在状态的变化一般并不很明显。固体高分子化合物的存在状态主要有玻璃态、橡胶态和纤维态。固体状态的高分子化合物多是硬而有刚性的物体。无定形的透明固体高分子化合物很像玻璃，故称它为玻璃态。在橡胶态下，高分子链处于自然无规则和卷曲状态，在应力作用下被拉伸，去掉应力又恢复卷曲，表现出弹性。纤维是由高分子化合物构成的长度对直径比大很多倍的纤细材料。 通常使用的高分子材料，常是由高分子化合物加入各种添加剂所形成，其基本性能取决于所含高分子化合物的性质，各种不同添加剂的作用在于更好地发挥、保持、改进高分子化合物的性能，满足不同的要求，用在更多的方面。 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮 新型无机非金属材料有哪些 新材料全球交易网 新型无机非金属材料有哪些？“新材料全球交易网”收集整理最全新型无机非金属材料知识点。更多增值服务，请关注“新材料全球交易网”。 一、重要概念 1、新型无机非金属材料 （1）是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。 （2）包括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。 2、陶瓷 （1）从制备上开看，陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品。 （2）从组分上来看，陶瓷是多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的聚集体。 3、玻璃 （1）狭义：熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机非金属物质。 （2）一般：若某种材料显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质，则不管其组成如何都可称为玻璃（具有玻璃转变温度 Tg）。 玻璃转变温度：玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互转化的温度。 具有Tg的非晶态新型无机非金属材料都是玻璃。 4、水泥 凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，能在空气或水中硬化，并能将砂、石、钢筋等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。 5、耐火材料 耐火度不低于1580℃的新型无机非金属材料 6、复合材料 由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。 通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能。 二、陶瓷知识点 1、陶瓷制备的工艺步骤 原材料的制备→坯料的成型→坯料的干燥→制品的烧成或烧结 2、陶瓷的天然原料 （1）可塑性原料：黏土质陶瓷成瓷的基础（高岭石、伊利石、蒙脱石） （2）弱塑性原料：叶蜡石、滑石 （3）非塑性原料：减塑剂——石英；助熔剂——长石 3、坯料的成型的目的 第一节无机非金属材料的主角—硅（B） 一、选择题：（本小题共11小题，每小题5分，共55分） 1．下列说法正确的是（） A．SiO2溶于水显酸性 B．CO2通入水玻璃可得硅酸 C．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸 D．SiO2晶体中不存在单个SiO2分子 2．下列关于碳和硅的叙述中不正确的是（） A．金刚石和晶体硅都是原子晶体 B．地壳中硅元素比碳元素含量多 C．自然界里碳元素化合物比硅元素化合物种类多 D．碳和硅的氧化物都是分子晶体 3．下列说法正确的是（） A．SiO2溶于水显酸性 B．CO2通入水玻璃中可得到原硅酸 C．SiO2是酸性氧化物，它不溶于任何酸 D．因高温时SiO2与Na2CO3反应放出CO2，所以硅酸的酸性比碳酸强4．10g含有杂质的CaCO3和足量的盐酸反应，产生CO20.1mol，则此样品中可能含有的杂质是（） A．KHCO3和MgCO3B．MgCO3和SiO2 C．K2CO3和SiO2D．无法确定 5．下列物质中不与二氧化硅反应的是（） A．烧碱B．氢氟酸C．硝酸D．生石灰6．石墨炸弹爆炸时，能在方圆几百米范围内撒下大量的石墨纤维，造成输电线、电厂设备损坏。这是由于石墨（） A．有剧毒B．易燃、易爆C．能导电D．有放射性7．下列关于二氧化硅的说法中，错误的是（） A．二氧化硅也叫硅酐 B．二氧化硅分子由一个硅原子和两个氧原子构成 C．不能用二氧化硅跟水直接作用制取硅酸 D．二氧化硅既能与氢氟酸反应，又能与烧碱反应，所以它是两性氧化物8．纯净的碳酸氢钙试样在高温下分解，当剩余的固体物质质量为原试样质量一半时，碳酸氢钙的分解率是（） A．50％B．75％C．92.7％D．100％ 9．二氧化硅是酸酐的原因是（） A．它溶于水得相应的酸 B．它对应的水化物是可溶性强酸 C．它与强碱溶液反应只生成盐和水 D．它是非金属氧化物 10．下面关于硅的叙述中，正确的是（） A．硅的非金属性比碳强，只有在高温下才能跟氢气起化合反应 B．硅是构成矿物和岩石的主要元素，硅在地壳中的含量在所有的元素中居第一位 C．硅的化学性质不活泼，在自然界中可以以游离态存在 D．硅在电子工业中，是重要的半导体材料 11．证明生石灰中既混有石英，又混有石灰石的正确方法是（） A．加入过量的盐酸，观察是否有气泡冒出 B．加入过量的烧碱溶液，观察是否有固体溶解 C．加热至高温，观察是否有气泡冒出，是否有硅酸钙生成 D．先加过量的盐酸搅拌，观察是否有不溶物剩余及气泡出现；若有不溶物则滤出，投入到氢氧化钠溶液中看其是否溶解 二、填空题：（40分） 12．实验室中盛放碱液的试剂瓶不能用玻璃塞，是因为（用化学方程式表示）___________________________。 13．物质A是一种高熔点化合物，不溶于H 2SO4、硝酸，却溶于氢氟酸； C是一种气体；D是白色胶状沉淀；E是白色固体。A、B、C、D、E之间的 转化如右图，试推断： A．________；B．_______；C．_______；D．________；E．________。 14．有A、B、C、D四种含硅元素的物质，它们能发生如下反应： （1）C与烧碱溶液反应生成A和水；（2）A溶液与钙盐溶液反应生成白色沉淀D； 首页 >> 网络课程 >> 第二章 >> 第四节 绪论 第一章第一章 工程材料的分工程材料的分类类及性能 第二章第二章 材料的材料的结结构 第三章第三章 材料制材料制备备的基本知的基本知识识 第四章第四章 二元相二元相图图及应用 第五章第五章 材料的材料的变变形 第六章第六章 钢的热处热处理理 第七章第七章 工业用钢 第八章第八章 铸铁 第九章第九章 有色金有色金属属及其合金 第十章第十章 常用非金常用非金属属材料 第十一章第十一章 工程材料的工程材料的选选用 第四节 无机非金属材料的结构 一、陶瓷材料的结构特点 对工程师来说，陶瓷包括种类繁多的物质，例如玻璃、砖、石头、混凝土、磨料、搪瓷、介 磁性材料、高温耐火材料和许多其它材料。所有这些材料的共同特征是：它们是金属和非金 合物由离子键和共价键结合在一起。陶瓷材料的显微组织由晶体相、玻璃相和气相组成，而且很大，分布也不够均匀。 与金属相比，陶瓷相的晶体结构比较复杂。由于这种复杂性以及其原子结合键强度较大，所以 例如，正常冷却速率的玻璃没有充分时间使其重排为复杂的晶体结构，所以它在室温下可长 二、陶瓷晶体 1． AX型陶瓷晶体 AX型陶瓷晶体是最简单的陶瓷化合物，它们具有数量相等的金属原子和非金属原子。它们可以 如MgO，其中两个电子从金属原子转移到非金属原子，而形成阳离子（Mg3+）和阴离子（O2－）是共价型，价电子在很大程度上是共用的。硫化锌（ZnS）是这类化合物的一个例子。 AX化合物的特征是：A原子只被作为直接邻居的X原子所配位，且X原子也只有A原子作为第一或离子是高度有序的，在形成AX 化合物时，有三种主要的方法能使两种原子数目相等，且有如 位。属于这类结构的有： （1）CsCl型 这种化合物的结构见图2-25。A原子（或离子）位于8个X原子的中心，X原子（或离子）也处但应该注意的是，这种结构并不是体心立方的。确切的说，它是简单立方的，它相当于把简单 子晶格相对平移a/2，到达彼此的中心位置而形成。 重庆大学精品课程－工程材料 《无机非金属材料的主角──硅》教学设 计 《无机非金属材料的主角──硅》教学设计 1．指导思想与理论依据 高中化学新课程着眼于学生发展、社会发展和学科发展的需要，强调密切联系社会生活实际，关注化学发展的前沿，注重化学与生活、社会、技术之间的相互影响和相互联系，高度重视实验与探究，倡导自主、探究、合作的学习方式。 因此，本节课在内容安排上突破传统的物质中心模式，不再追求元素化合物知识系统（存在、组成、结构、性质、制法、用途）的完整，而是注重STS教育，从学生已有的生活经验出发，引导学生学习身边的常见物质，将物质性质的学习融入有关的生活现象和社会问题的分析解决活动中，体现其社会应用价值。这样的学习顺序符合学生的认知规律，有利于学生的学习。 2．教学内容分析 （1）主要内容 本课时位于化学必修1的第四章第一节，主要内容是二氧化硅和硅酸。本节课的主线是： 本节课重点介绍了硅酸凝胶的制取方法、硅胶的用途以及二氧化硅的重要性质和用途。 （2）地位与作用 硅及其化合物作为非金属元素知识的开端，是在第三章“金属及其化合物”内容的基础上，继续进行关于元素化合物知识的学习和研究方法的训练，本节教学采用主线为“硅酸盐──硅酸──二氧化硅(硅的亲氧性)──硅单质(应用)”的纵向学习方法，有别于第三章的横向对比学习法，丰富了元素族概念及元素性质的递变规律的形成，为元素周期律、元素周期表的学习积累了丰富的感性材料，同时，也为以后学习选修模块2 “化学与技术”中的第三单元“化学与材料的发展”奠定了知识基础。 本节内容与生产生活、材料科学、信息技术等联系较为密切，知识面广，趣味性强，能使学生真正认识化学在促进社会发展，改善人类的生活条件方面所起的重要作用，全面地体现了化学学科的社会应用价值。通过本节的学习，有利于贯彻STS教育的观点，激发学生学习的兴趣，促进学生科学素养的提高。 （3）教材处理 本节课从生活中常见的干燥剂入手，创设问题情景，激发学生的学习兴趣和求知欲，进而主动接受学习任务；通过探究实验，体验硅酸的制取，进一步了解硅胶和变色硅胶；通过对比碳和硅原子结构的相同点和不同点，认识二氧化硅的结构，采用比较的方法学习SiO2的化学性质，并把硅及其化合物在信息技术、材料化学等领域的应用和发展融合在性质的介绍中，从而让生活在信息技术时代的学生体会到常见硅及其化合物知识的价值，深刻理解硅成为无机非金属材料的主角的原因，激发学生对材料科学的兴趣和求知欲望，全面体现化学课程的科学教育功能。 第一章 1. 粘土的定义：是一种颜色多样，细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体。 粘土是自然界中硅酸盐岩石（主要是长石）经过长期风化作用而形成的一种疏松的或呈胶状致密的土状或致密块状矿物，是多种微细矿物和杂质的混合体。 2. 粘土的成因：各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化，水解，热液蚀变等作用可变为粘土。一次粘土（原生粘土）风化残积型：母岩风化后残留在原地所形成的粘土。（深层的岩浆岩（花岗岩、伟晶岩、长石岩）在原产地风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的矿床，一般称为一次粘土）。 二次粘土（次生粘土）沉积型：风化了的粘土矿物借雨水或风力的迁移作用搬离母岩后，在低洼地方沉积而成的矿床，成为二次粘土。 一次粘土与二次粘土的区别： 分类化学组成耐火度成型性 一次粘土较纯较高塑性低 二次粘土杂质含量高较低塑性高 3. 高岭土、蒙脱土的结构特点： 高岭土晶体结构式：Al4[Si4O10](OH)8，1:1型层状结构硅酸盐，Si-O四面体层和Al-(O,OH)八面体层通过共用氧原子联系成双层结构，构成结构单元层。层间以氢键相连，结合力较小，所以晶体解理完全并缺乏膨胀性。 蒙脱土（叶蜡石）是2:1型层状结构，两端[SiO4]四面体，中间夹一个[AlO6]八面体，构成单元层。单元层间靠氧相连，结合力较小，水分子及其它极性分子易进入晶层中间形成层间水，层间水的数量是可变的。 4. 粘土的工艺特性：可塑性、结合性、离子交换性、触变性、收缩、烧结性。 1)可塑性：粘土—水系统形成泥团，在外力作用下泥团发生变形，形变过程中坯泥不开裂， 外力解除后，能维持形变，不因自重和振动再发生形变，这种现象称为可塑性。 表示方法：可塑性指数、可塑性指标 可塑性指数（w）：W=W2-W1W降低——泥浆触变厚化度大，渗水性强，便于压滤榨泥。 W1塑限：粘土或（坯料）由粉末状态进入塑性状态时的含水量。 W2液限：粘土或（坯料）由粉末状态进入流动状态时的含水量。 塑限反映粘土被水润湿后，形成水化膜，使粘土颗粒能相对滑动而出现可塑性的含水量。 塑限高，表明粘土颗粒的水化膜厚，工作水分高，但干燥收缩也大。 液限反映粘土颗粒与水分子亲和力的大小。W2上升表明颗粒很细，在水中分散度大，不易干燥，湿坯强度低。 可塑性指标：在工作水分下，粘土（或坯料）受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积，也可以以这时的相应含水率表示。 反应粘土的成型性能：应力大，应变小——挤坯成型；应力小，应变大——旋坯成型根据粘土可塑指数或可塑指标分类： i.强塑性粘土：指数＞15或指标＞3.6 ii.中塑性粘土：指数7～15，指标2.5～3.6 iii.弱塑性粘土：指数l～7，指标<2.5 iv.非塑性粘土：指数<1。 2)结合性：粘土的结合性是指粘土能够结合非塑性原料而形成良好的可塑泥团，并且有一 无机非金属材料的现状与前景 【摘要】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。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。在材料学飞速发展的今天，无机非金属材料有这广阔的应用前景和良好的就业形势。 【关键字】无机非金属材料方向前景智能 1. 无机非金属材料的特点及应用 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。 在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。 无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。 普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上，陶瓷在耐蚀、介电性能上，耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。 材料工艺性能与实验期末复习重点 1.火山灰反应：材料木身不只备水硬性，但是在碱性条件下，其水硬性能够被激发，发生 水化反应产生强度。 2.当硅酸盐水泥混凝土建筑工程遇到硫酸盐侵蚀的条件，应如何调整？ 答：⑴减少熟料中的GA的含量； ⑵增加活性混合才掺量，减少水化产物中03（014）2的含量； ⑶增加水泥细度，提高水泥混凝土的致密度； ⑷使用抗硫酸盐水泥或硫铝酸盐水泥。 3.水泥的三个率值：石灰石饱和系数、硅率、铝率。 IM铝率乂称铁率，其数学表达式为：IM = Al2O3/Fe2O3铝率表示熟料中氧化铝与氧化铁含量的质量比，也表示熟料熔剂矿物中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例。 硅率表示熟料中氧化硅含量氧化铝、氧化铁之和的质量比。（表示熟料中硅酸盐矿物 与熔剂矿物的比例。）SM=———— ^2°3 + Fe2°3 K H =CaO-' 65Al:O r035Fe A石灰饱和系数KH是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙 2.8S Z O2 （C3S + C25 ）所需的氧化钙量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值。（即KH表熟料中二氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度. 4.碳酸钙滴定值的测定意义及测定原理： （1）测定原理：水泥生料中所有的碳酸盐（包括碳酸钙、碳酸镁）均能与标准盐酸溶液作用，生成相应的盐与碳酸（又分解为（：02与1420）,然后用NaOH标准溶液滴定过剩的盐酸， 根据消耗XaOH标准溶液的体积毫升数与浓度、计算生料中的碳酸钙的滴定值。 ⑵测定意义：①水泥生料的主耍成分是石灰石，提供所需的CaO量，以确保熟料中形成足够 的C3S;②控制生料中CaO含量，亦即控制KH;③控制生料成分的均匀性；④是对生料质量控 制的主要项目之一，可以很好地控制水泥的连续化生产。。 5.游离氧化钙：游离氧化钙是指熟料中没有以化合状态存在而是以游离状态存在的氧化钙，又称游离石灰（f-CaO）o 6.为什么过量的游离氧化钙会引起水泥安定性不良？ 答：游离氧化钙水化很慢，在水泥浆体硬化后体积继续膨胀，造成硬化水泥局部膨胀应力。因而若游离氧化钙过量，会使水泥的强度下降，造成水泥的安定性不良。 7.为什么过量的游离三氧化硫会引起水泥的安定性不良？ 答：水泥熟料在粉磨过程中，必须加入适量的石膏起到缓凝作用，石膏和C3A反应生成钙矶石，包裹在C3A表面，阻止了快速水化和闪凝，AFt （钙矾石）形成需要大量结晶水， 如果水泥中含有过量的S03,水化后会有该反应，在硬化后的水泥中产生针棒状的Aft 晶体， 造成水泥体积膨胀，从而造成水泥安定性不良。 无机非金属材料的主角——硅 硅元素简介 ?在元素周期表的位置：ⅣA族，在碳的下方 ?硅的化学性质：不易失也不易得电子，主要形成四价的化合物。亲氧元素 一、二氧化硅和硅酸 ?1、二氧化硅 （1）二氧化硅在自然界的多种存在形态水晶玛瑙 （2）二氧化硅晶体的结构flash动画 （2）物理性质熔点很高，质地坚硬，纯二氧化硅的透明度很高。 （3）化学性质很不活泼酸性氧化物 SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O（用HF刻蚀玻璃） SiO2+CaO ====（条件高温）CaSiO3SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O ?2、硅酸 （1）实验室制取硅酸Na2SiO3+2HCl=H2SiO3+2NaCl 思考：根据所观察的现象判断硅酸钠溶液有什么性质？ 硅酸具有什么物理、化学性质？ 为什么盐酸能与硅酸盐反应制取硅酸？ ?（2）硅酸的性质 物理性质不溶于水，浓度较小时形成硅酸溶胶， 浓度较大时形成软而透明、胶冻状的硅酸凝胶。 化学性质一种极弱的含氧酸，可溶于强碱溶液生成硅酸盐。 硅胶的形成及用途硅酸凝胶干燥脱水形成硅胶。 多孔——催化剂的载体吸水能力强——干燥剂 二、硅酸盐 ?1、硅酸盐概述 主要由硅、氧和金属组成的化合物的总称。一般不溶于水，化学性质稳定。 ?2、硅酸钠水溶液俗称水玻璃。可做肥皂填料、木材防火剂及黏胶剂。 实验：Na2SiO3的防火作用 ?3、土壤胶体胶体颗粒表面积大，带负电，有保肥作用 ?4、传统的硅酸盐材料陶瓷 ?玻璃主要原料：石英、碳酸钠、石灰石 ?水泥主要原料：粘土、石灰石 5、具有特殊功能的含硅材料 ?碳化硅：硬度大——砂轮、砂纸的磨料 ?硅钢：高导磁性——变压器铁芯 ?硅橡胶：在高温或低温下都能保持良好的弹性——制造火箭、导弹、飞机的零件；绝缘材料?分子筛：具有均匀微孔结构——吸附剂和催化剂 三、硅单质分无定形硅和晶体硅 1、晶体硅的性质结构类似金刚石灰黑色固体，有金属光泽 熔点高、硬度大、脆，导电性介于导体和绝缘体之间 常温下化学性质、不活泼 2、用途良好的半导体材料——计算机芯片、光电池（太阳能电池） 1 无机非金属材料 核心知识点一： 一、硅酸盐材料 硅酸盐是由盐、氧和金属组成的化合物的总称，在自然界分布极广。硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质，大多不溶于水，化学性质很稳定。 1. 硅酸 （1）物理性质 不溶于水、无色透明、胶状（硅胶）。 硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用催化剂的载体。 （2）化学性质 ①弱酸性：所以在与碱反应时只能与强碱反应 H2SiO3 + 2NaOH＝Na2SiO3 + H2O H2SiO3 + 2OH－＝SiO32－+ 2H2O 比碳酸酸性弱：Na2SiO3+CO2+H2O＝Na2CO3+ H2SiO3 ②硅酸的热稳定性较弱，受热易分解为SiO2和水：H2SiO3H2O＋SiO2 （3）制备方法 由于SiO2不溶于水，所以硅酸只能用间接的方法制取，一般用可溶性硅酸盐+酸制得。 Na2SiO3 + 2HCl＝2NaCl + H2SiO3 ↓ SiO32－+ 2H+＝H2SiO3 ↓ 【注意】①硅酸不溶于水，不能用SiO2与水反应制取硅酸 ②硅酸的酸性比碳酸的酸性还弱，所以往可溶性硅酸盐溶液中通入CO2也可以制取硅酸： Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3 ↓ SiO32－＋CO2＋H2O＝CO32－＋H2SiO3 ↓ ③如前所述， SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，该反应在高温条件下进行，有利于CO2从体系中挥发出来，而SiO2为高熔点固体，不能挥发，所以反应可以进行，符合难挥发性酸酐制取易挥发性酸酐的原理；而上述反应“Na2SiO3+CO2+H2O＝Na2CO3+ H2SiO3↓”可以进行，是因为该反应是在溶液中进行的，符合复分解反应的原理，两者反应原理不矛盾【想一想】碳酸和硅酸的酸性比较 2. 硅酸钠 （1）物理性质：最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。 【注意】①硅酸钠溶液可用玻璃瓶盛装，但是不能用玻璃塞，应用橡胶塞或木塞。 ②玻璃中含有二氧化硅，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。 （2）化学性质 无机材料光学性能 1、折射率定义，影响因素 介质对光的折射性质 光在真空和材料中的速度之比即为材料的绝对折射率。介质材料的折射率一般为大于1的正数。折射实质：介质密度不同 光通过时速度不懂 折射率的影响因素（1）构成材料元素的离子半径(离子半径+ 介电系数+ 折射率+)（2）材料的结构、晶型、非晶态（3）材料的内应力（4）同质异构体 温度+折射率- 2、散射本质：光波遇到不均匀结构产生次级波，与主波方向不一致，与主波合成出现干涉现象，使光偏离原来的方向，引起散射。 8、影响材料透光性的原因。影响材料散射的原因？晶体双折射对散射的影响？ 吸收系数:材料的性质相关。反射系数:相对折射率、表面粗糙度相关 散射系数: 影响透光性的主要因素。影响材料散射的原因： （1）材料的宏观及显微缺陷：材料中的缺陷与主晶相不同，于是与主晶相具有相对折射率，此值越大，反射系数越大，散射因子也越大，散射系数变大。 （2）晶粒排列方向的影响：各向异性体，存在双折射。多晶无机材料，相邻晶粒之间的结晶取向不同,晶粒之间会产生折射率的差别，引起晶界处的反射与散射损失。影响多晶无机材料透光率的主要因素就是晶体的双折射率。 左晶粒的寻常光折射率n0与右晶粒的非寻常光折射率ne 两个晶粒相对折射率相同， n0/n0=1，无反射损失； n0/ne =1，S=0,K=0;n0/ne >1，S 、K 都较大（S 吸收系数K 散射因子） 应用：α-Al2O3晶体的n0=1.76，ne =1.768，若相邻晶粒的取向互相垂直，晶界面的反射系数为：m=(n0/ne-1)^2/(no/ne+1)^2 材料厚2mm ，晶粒平均直径为10μm ，理论晶界为200个，由于晶界的反射损失，剩余光强： 反射损失小 d >>λ时，S=3KV/4R, n 21=n0/ne =1.768/1.76≈1，K ≈0，S ≈0，折射损失小 （3）气孔引起的散射损失：所以气孔引起的反射、散射损失比杂质、不等向晶粒排列等因素引起的损失大。气孔引起的散射损失与气孔的直径有关。 应用：改善烧结工艺（热等静压烧结、热压烧结），使气孔直径减小到0.01μm （小于可见光波长的1/3)，气孔的含量0.63%， Al2O3陶瓷透光: 材料厚3mm ： 9、材料吸收带边/带隙宽度的计算，光吸收的一般律及光散射的一般规律、公式计算？ 材料厚度计算： α 取决于材料的性质和光的波长。 1． 一入射光以较小的入射角i 和折射角r 通过一透明玻璃板,若玻璃对光的衰减可忽略不计,试证明：透过后的光强为(1-m)2、 W ，W ′，W ′′分别为单位间内通过单位面积的入射光、反射光和折射光的能量流。 反射系数m = W ′/W 透射系数T ：W ′′/W=1-m=1- W ′/W 621014.51760.1/768.11760.1/768.1-?=??? ??+-=m 0 2000%897.99)1(I m I =-())(0032.0276.1176.1106.00063.0)10005.0(322132122243334222434---=??? ? ??+-????=???? ??+-=mm n n V R S πλπ0 030032.00%99.099.0I I e I I ===?- 4.1 无机非金属材料的主角—硅 一、硅（Si） 情境引导 么？。 3、你能举出具体含碳、硅的常见物质吗？ 例如： 二、二氧化硅（SiO2） （一）二氧化硅结构及物性 1、思考与交流： 根据你的生活经验请分析以下问题：二氧化硅具有哪些物理性质？ 物理性质： 这些性质是由决定的 2、阅读及填空：请通过科学视野部分内容分析一下二氧化硅的结构有什 么特点？ 二氧化硅晶体中每1个Si原子周围结合个O原子，在中心, 在四个顶角. 同时每1个O原子与个Si原子相结合。二氧化硅晶体是以硅原子与氧原子个数比为组成的结构的晶体,因此通常用SiO2来表示二氧化硅的组成. （二） SiO2的化学性质 1、知识回顾 2、思考与交流： （1）SiO2能与水反应生成相应的酸吗？为什么？ 。 请结合酸性氧化物的特点思考： SiO2能与或反应。有关化学方程式为： 、 （2）SiO2的特性： SiO2只能与反应，这是SiO2的特性。化学方程式为 利用此反应，HF可以在玻璃上雕刻花纹。 （3）SiO2弱氧化性高温 SiO2+2C == Si+2CO↑ （4）.与某些盐反应 高温 SiO2 + Na2CO3 == Na2SiO3+CO2↑ 高温 SiO2 + CaCO3 == CaSiO3+CO2↑ 问题与探究： ①、为什么在实验室中盛放NaOH 溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？ （Na2SiO3有粘性）。 ②、实验室为什么不用玻璃瓶盛装氢氟酸？。 ③、某同学根据SiO2既可与碱反应,也能与氢氟酸反应,推断SiO2为两性 氧化物.是否正确?。 练习2、①、下列物质中主要成分不是SiO2的是( ) A水晶 B玛瑙 C硅石 D硅胶 ②、下列物质中,能够与NaOH溶液反应的是( ） A 碳酸钠B硅酸钠C二氧化硅D氢氧化铝 ③、熔融烧碱应选用的器皿（） A、生铁坩埚 B、普通玻璃坩埚 C、石英坩埚 D、陶瓷坩埚 无机非金属材料中的常见结构类型 高分子材料与无机非金属材料、金属材料的区别 有机高分子化合物简称高分子化合物或高分子，又称高聚物，与无机非金属材料、高分子材料并称三大材料。高分子材料一般具有以下特点: （1）力学性能：比强度高,韧性高，耐疲劳性好，但易应力松弛和蠕变; （2）反应性:大多数是惰性的，耐腐蚀，但粘连时要表面处理，加聚合物共混时需要表面处理，另外，有的高分子材料容易吸收紫外线或红外线及可见光发生降解; （3）物理性能：密度小，很高的电阻率，熔点相比金属较低，限制了使用领域高分子化合物的一般具有特殊的结构，使它表现出了非同凡响的特性。例如，高分子主链有一定内旋自由度，可以弯曲，使高分子链具有柔性；高分子结构单元间的作用力及分子链间的交联结构，直接影响它的聚集态结构，从而决定高分子材料的主要性能。 此外高分子材料可用纤维增强（复合材料）制成高性能的新型材料，可设极性大，部分性能超过金属。当前，高分子材料正趋向功能化，合金化发展，比传统材料有更大的发展空间和更广阔使用的领域。 高分子化合物固、液、气三种存在状态的变化一般并不很明显。固体高分子化合物的存在状态主要有玻璃态、橡胶态和纤维态。固体状态的高分子化合物多是硬而有刚性的物体。无定形的透明固体高分子化合物很像玻璃，故称它为玻璃态。在橡胶态下，高分子链处于自然无规则和卷曲状态，在应力作用下被拉伸，去掉应力又恢复卷曲，表现出弹性。纤维是由高分子化合物构成的长度对直径比大很多倍的纤细材料。 通常使用的高分子材料，常是由高分子化合物加入各种添加剂所形成，其基本性能取决于所含高分子化合物的性质，各种不同添加剂的作用在于更好地发挥、保持、改进高分子化合物的性能，满足不同的要求，用在更多的方面。 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。无机非金属材料一般具有高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。金属材料则一般具有导电、导热、磁性的物理性能，并能表现出一定的强度、硬度和可塑性。 无机非金属材料的分类 (1)传统陶瓷（其中，瓷是在陶的基础上上一层釉） 陶瓷在我国有悠久的历史，是中华民族古老文明的象征。从西安地区出土的秦始皇陵中大批陶兵马俑，气势宏伟，形象逼真，被认为是世界文化奇迹，人类的文明宝库。唐代的唐三彩、明清景德镇的瓷器均久负盛名。 传统陶瓷材料的主要成分是硅酸盐，自然界存在大量天然的硅酸盐，如岩石、土壤等，还有许多矿物如云母、滑石、石棉、高岭石等，它们都属于天然的硅酸盐。此外，人们为了满足生产和生活的需要，生产了大量人造硅酸盐，主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。 硅酸盐制品一般都是以黏土（高岭土）、石英和长石为原料经高温烧结而成。黏土的化学组成为Al?O3·2SiO?·2H?O，石英为SiO?，长石为K?O·Al?O3·6SiO?（钾长石）或Na2O·Al2O3·6SiO2（钠长石）。这些原料中都含有SiO2，因此在硅酸盐晶体结构中，硅与氧的结合是最重要也是最基本的。 硅酸盐材料是一种多相结构物质，其中含有晶态部分和非晶态部分，但以晶态为主。硅酸盐晶体中硅氧四面体[SiO4]是硅酸盐结构的基本单元。在硅氧四面体中，硅原子以sp杂化轨道与氧原子成键，Si—O键键长为162 pm，比起Si和O的离子半径之和有所缩短，故Si—O键的结合是比较强的。 (2)精细陶瓷 精细陶瓷的化学组成已远远超出了传统硅酸盐的范围。例如，透明的氧化铝陶瓷、耐高温的二氧化锆（ZrO2）陶瓷、高熔点的氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC）陶瓷等，它们都是无机非金属材料，是传统陶瓷材料的发展。精细陶瓷是适应社会经济和科学技术发展而发展起来的，信息科学、能源技术、宇航技术、生物工程、超导技术、海洋技术等现代科学技术需要大量特殊性能的新材料，促使人们研制精细陶瓷，并在超硬陶瓷、高温结构陶瓷、电子陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷、超导陶瓷和生物陶瓷等方面取得了很好的进展，下面选择一些实例做简要的介绍。 高温结构陶瓷汽车发动机一般用铸铁铸造，耐热性能有一定限度。由于需要用冷却水冷却，热能散失严重，热效率只有30%左右。如果用高温结构陶瓷制造陶瓷发动机，发动机的工作温度能稳定在1 300 ℃左右，由于燃料充分燃烧而又不需要水冷系统，使热效率大幅度提高。用陶瓷材料做发动机，还可减轻汽车的质量，这对航天航空事业更具吸引力，用高温陶瓷取代高温合金来制造飞机上的涡轮发动机效果会更好。 目前已有多个国家的大的汽车公司试制无冷却式陶瓷发动机汽车。我国也在1990年装配了一辆并完成了试车。陶瓷发动机的材料选用氮化硅， 一概述 1.材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质。材料性能关系到材料的应用材料含义在于应用，材料的什么决定应用的概念和设计，决定了应用的基础——综合的性能决定最终产品的形态和应用…… 2.材料研究的核心问题：以材料的结构和性能为研究对象，并重点研究结构与材料性能之间的关系，为材料性能的改进和新材料的开发提供指导。 3材料结构层次：原子结构，晶体结构——功能材料密切相关；显微结构，微观组织——结构材料密切相关；宏观结构——复合材料相关；、 4材料的电子结构——指材料中的电子分布和状态，它不同于单个的分子和原子的电子结构，因为这两者不是长程的完整的材料。它是决定材料晶体结构的主要和本质原因。 5. 电子波动反映到原子中，为驻波。 6.现代材料结构和性能测量的重要原理和基础：X光衍射和电子显微技术——微观结构，磁性分布和能隙空间分布等等，其中大都以微观过程或性能直接体现了量子效应和作用…… 7.量子理论是解决电子结构的惟一工具。是以能量的量子化和波函数概念为核心的，可依照薛定额方程确定的第一性原理分析方法。 二、晶体结构 1晶体的特征：均匀性；各向异性；自发地形成多面体外形；晶体具有明显确定的熔点；晶体的对称性；晶体对X射线的衍射； 2晶体的宏观特性是由晶体内部结构的周期性决定的,即晶体的宏观特性是微观特性的反映。 3晶体结构即晶体的微观结构，是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况 4晶体与非晶体的最本质差别在于组成晶体的原子、离子、分子等质点是规则排列的（长程序），而非晶体中这些质点除与其最近邻外，基本上无规则地堆积在一起（短程序）。晶体与非晶体之间的主要差别在于它们是否有三维长程点阵结构。 5晶体――原子或原子团、离子或分子在空间按一定规律呈周期性地排列构成的固体 6固体分类(按结构)――晶体:长程有序；非晶体:不具有长程序的特点,短程有序；准晶体:有长程取向性，而没有长程的平移对称性。 7在晶体中适当选取某些原子作为一个基本结构单元，这个基本结构单元称为基元，基元是晶体结构中最小的重复单元，基元在空间周期性重复排列就形成晶体结构。晶格+基元=晶体结构 8晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的点子在空间有规则地做周期性无限分布，通过这些点做三组不共面的平行直线族，形成一些网格，称为晶格(或者说这些点在空间周期性排列形成的骨架称为晶格)。9取一格点为顶点，由此点向近邻的三个格点作三个不共面的矢量，以此三个矢量为边作平行六面体即为固体物理学（简称原胞）。 10结晶学原胞（简称单胞）构造：使三个基矢的方向尽可能地沿着空间对称轴的方向，它具有明显的对称性和周期性。 11维格纳--塞茨原胞构造：以一个格点为原点，作原点与其它格点连接的中垂面(或中垂线)，由这些中垂面(或中垂线)所围成的最小体积(或面积)即为W--S原胞。特点：它是晶体体积的最小重复单元，每个原胞只包含1个格点。其体积与固体物理学原胞体积相同。 12原胞与分类—7大晶系 晶系晶轴轴间夹角实例 立方 a = b = c α=β=γ= 900Cu, NaCl 四方 a = b ≠ c α=β=γ= 900Sn, SiO2 正交 a = ≠ b ≠ c α=β=γ= 900I2, BaCO3 三方 a = b = c α=β=γ≠ 900As, Al2O3 a = b ≠ c α=β= 900，γ = 1200 单斜 a ≠ b ≠ c α= γ= 900，β≠ 900KClO3 三斜 a ≠ b ≠ c α≠ β≠ γ≠ 900 K2CrO7 六方 a = b ≠ c α=β= 900，γ =1200 Mg,CuS ●一、填空题[每空1分，共12分] ●二、名词解释题[每题5分，共20分] ●三、问答题（每题8分，共48分） ●四、计算题（共20分，每题10分） ●弹性模量E的本质 ●上限和下限弹性模量及有气孔陶瓷的E ●金属、非金属晶体塑性变形难易程度不同的机理 ●材料的理论强度 ●微裂纹强度 关于微裂纹强度公式的4个讨论 Griffith关于裂纹扩展的能量判据 ?线性断裂力学判据KI=KIC ?应力强度因子、断裂韧性（物理意义、区别、联系） ?应力、应力强度因子 ?克服材料脆性和改善其强度的措施及机理 ?格波的分类 ?热容理论的发展（经典、爱因斯坦、德拜） ?晶态固体热容规律 ?热膨胀的本质 ?热膨胀机理 ?热膨胀系数滞后现象、原因 ?比较同一组成的单晶、多晶、非晶态物质的热导率 ?抗热震性概念、陶瓷材料在热冲击下的损坏类型 ?抗热冲击断裂和抗热冲击损伤因子与σ、E关系为何相反? ?热稳定性评价因子及其适用条件. ?载流子、离子电导、电子电导及物理效应 ?离子晶体中有什么电导机制? ?离子晶体里的离子都是载流子? ?载流子的迁移率的物理意义 ?电导率的微观本质 ?离子电导率与温度关系 ?关于离子载流子电导活化能的计算 ?绝缘体、半导体、导体的能带结构 ?电介质半导化：杂质缺陷、本征缺陷；价控半导体(结合例题) ?玻璃电导特点 ?降低玻璃电导的措施 ?电极化、偶极子、电偶极矩、质点的极化率、局部电场、极化强度等的概念?克劳修斯-莫索蒂方程的使用范围、意义、讨论 ?电介质的基本极化机制及区别 ?介电损耗的形式 ?降低陶瓷介质的tg 方法 ?本征击穿与热击穿 ?影响电介质击穿强度下降的因素(结合例子) ?画出铁电体的电滞回线,各物理量的物理意义高分子材料与无机非金属、金属材料的区别
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高一化学人教版必修第二册 第五章 第三节 无机非金属材料
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无机非金属材料的主角
无机非金属材料中的常见结构类型
尹从岭
（北京大学化学与分子工程学院）
摘要：本文综述了无机非金属材料中的常见结构类型，介绍了它们之间的联系与区别。 关键词：钙钛矿；钨青铜；尖晶石；六方密堆积；立方密堆积 无机化合物的结构型式复杂多样，本文选择一些简单而重要的结构型式加以讨论。 1． MX 型化合物的结构 1． NaCl 型的晶体结构 在 NaCl 的晶体中，Na+和 Cl-交替排列，具有正八面体配位，晶体属于面心立方点阵 Oh 点群。 NaCl 晶体结构可看作 Cl-作立方最密堆积， 在这堆积的每个八面体空隙中填入 Na+。 晶体结构示于图 1 中。属于 NaCl 型结构的化合物有离子键型的 碱金属卤化物和氢化物，碱土金属的氧化物和硫化物；有过渡 键型的金属氧化物、硫化物以及间隙型的碳化物和氮化物。 LiVO2 是与 NaCl 结构相关的化合物。LiVO2 结构中氧离子 构成立方密堆积，金属离子沿体对角线方向交替占据八面体空 隙，形成锂原子层和钒原子层。图 2 Li+ 给出了 LiVO2 的晶体结构。LiVO2 可 以看作是有序的 NaCl 结构，具有三 图 1 NaCl 的结构 2O 方对成行，空间群为 R32/m。在较高 的温度下，LiVO2 结构中的两种阳离子趋于无序分布，LiVO2 转 变成典型的 NaCl 立方结构。 3+ NbO 是另外一个与 NaCl 结构相关的化合物。 NbO 结构中， 在 V 有 1/4 的铌和氧格位未被占据， 因而可以看作 NaCl 的有序缺陷结 构。 NbO 结构中， 是平面四方配位。 在 Nb NbO 结构也可以看作是由八面体金属原 子簇 Nb6 共用顶点而形成的骨架结构。 NbO 的结构如图 3 所示。 CaC2 是另外一个与 NaCl 结构相关的 图2. LiVO2的结构 化合物。CaC2 有多种晶型，四方晶系的 图 3. NbO 的结构 22+ CaC2 由 Ca 和 C2 组成，Ca2+和 C22-的分布和 NaCl 相似，但由于 C22-离子是哑铃状，而不是球形，使结构沿 c 轴方向拉长成四方晶系。结构的图形示于图 4。 2．CsCl 型的晶体结构 在 CsCl 的晶体结构中，Cl-作简单立方堆积，Cs+填入 立方体空隙中，正、负离子的配位数均为 8，其结构示于 图 5。 CsCl 型结构属于简单立方点 阵，Oh 点群。属于 CsCl 型的例子 化合物有 CsCl， CsBr， CsI， RbCl， ThCl， TlCl， TlBr， 4Cl， 4Br， NH NH
图 5. CsCl 的结构
C2
Ca2
图 4. CaC2 的结构高分子材料与无机非金属金属材料的区别
无机非金属材料的分类
无机非金属材料结构知识点整理
无机非金属材料性能
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