无机非金属材料性能

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 ===?-

此紫外吸收端相应的波长可根据材料的禁带宽度 求得：

由于反射、吸收和散射引起的光剩余强度为：

影响因素：散射质点大小、数量及与其他基体的相对散射率有关

（1）质点大小 d > λ时， d > λ时，R 越小，V 越大，S 越大。

N ：单位体积内的散射质点数；R ：散射质点的平均半径；

K ：散射因素，取决于基体与质点的相对折射率；V ：散射质点的体积含量。

d <λ/3时 d <λ/3时，R 越大，V 越大，S 越大。 （2）散射质点与基体的相对折射率越大，散射越严重。

5、解释材料吸光的物理本质。

1、价电子激发——取决于能带结构。

（1）金属能带结构特点：价带与导带之间没有禁带金属价电子未满带，吸收光子呈激发态，不用跃迁到导带即发生碰撞而发热。吸收各种频率光。

（2）半导体、绝缘体对光的吸收：绝缘体材料的禁带宽度一般大于3.1eV ，不吸收可见光。对于禁带宽度小于1.8eV 的材料，吸收可见光。很多半导体材料的禁带宽度小于1.8eV ，

2、晶格振动——取决于材料的振动特性：光子的能量转化为晶格振动能

7、物体产生颜色的原因

由于光吸收的选择性，导致物体吸收一定波长范围的光，而反射或透射其他波长范围的光，从而使物体显现出不同的颜色。物质呈现的颜色，是光和物体相互作用所引起的，或是物质内部电子在不同能级间跃迁的结果。颜色的起因可归结为光在物质中传播时由于反射、透射、散射等物理过程所引起。

10、提高无机材料透光性的措施？

提高原材料纯度，降低杂质含量

掺加外加剂、降低气孔率

工艺措施，降低气孔率，使晶粒定向排列

λc h hr E g ×==g

E hc =λS J h .1063.634 _×=r

i r i n ==sin sin 21m n n W W =???? ??+-=2

2121'11x

S e

m I I )(20)1(+--=αR x KV Sx e I e I I 4300--==R KV S 43=2224342132???? ??+-=n n V R S λπ

1、载流子定义，种类

载流子是指物质内部运载电荷的自由粒子。导电：载流子电场下定向移动

电子、空穴——电子电导——霍尔效应

离子（正离子、负离子及其空位）——离子电导——电解效应

2、离子电导、电子电导、本征电导、固体电解质、压敏效应、正温度系数效应定义

本征电导：晶格点阵上的离子定向运动以热缺陷（空位、离子）作为载流子离子电导：载流子为离子的电导。电子电导：载流子是电子或者空穴。

固体电解质：具有离子电导性质的固体物质。

压敏效应：对电压变化敏感的非线性电阻效应。临界电压VC以下电阻高无电流通过；当电压大于VC时，电阻迅速降低，让电流通过。

PTC效应：电阻率随温度升高发生突变，增大了3个以上数量级。电阻率突变温度在相变（四方相与立方相转变）温度或居里点。

3、电解效应、霍尔效应定义及应用

电解效应：离子电导的特征。离子的迁移伴随着一定的质量变化，离子在电极附近发生电子得失，产生新的物质，这就是电解现象。

霍尔效应：电子电导的特征是具有霍尔效应。沿试样x轴方向通入电流I（电流效应Jx），Z轴方向加一磁场Hz，那么在y轴方向将产生一电场Ey，这一现象称为霍尔效应。利用霍尔效应可检验材料是否存在电子电导。

4、n型、p型半导体及金属、本征半导体和绝缘体的能带结构图，及带隙大小。

n型半导体：在半导体基体中掺入施主掺杂离子、取代基体原子，与基体原子形成共价后，还多出电子，这个“多余”的电子能级离导带很近（如图），比满带中的电子容易激发。

P型半导体：在半导体基体中掺入受主掺杂离子、取代基体原子，与基体原子形成共价后，还少了电子、出现了空穴，其能级离价带很近（如图）。价带中的电子激发到空穴能级比越过整个禁带容易得多。

导体的能带结构有三种：

（a）未满带+重带+空带；（b）满带+空带；（c）未满带+禁带+空带。

5、钛酸钡价控半导体及反应方程式和缺陷方程式书写，解释？

La3+占据晶格中Ba2+的位置，没加一个La3+晶体中多于1个正电荷，为保持电中性，Ti4+每虏获一个电子形成Ti3+这个被虏获电子处于半束缚状态，易激发参与导电，此过程提供施主能级BaTiO3形成N型半导体。

6、离子电导、电子电导的影响因素

1、电子电导的影响因素：

[1] 温度的影响：温度对对迁移率和载流子浓度（主要）的影响。本质是对载流子散射的影响

[2] 缺陷的影响：杂质缺陷（形成新局部能级）组分缺陷（阳离子缺陷阴离子空位：非化学计量比的化合物中由于晶体化学组成的偏离形成离子空位或间隙离子的晶格）间隙离子缺陷

2、离子电导影响因素

[1]温度：根据离子电导率的公式σ= Aexp[-B/T]可以看出，电导率随温度按指数形式增加。导电率对数与温度倒数呈线性关系。低温杂质电导高温固有电导

[2]晶体结构：根据离子电导率的公式σ= Aexp[-B/T]= a exp[-U/kT]，

电导率随活化能U按指数规律变化。活化能反映离子的固定程度，它与晶体结构有关。熔点高的晶体，晶体结合力大，活化能也高，电导率就相对较低。

活化能影响因素：1离子电荷：低价离子比高价离子的活化能小,电导率大。

晶体结构状态：结构越紧密，可供移动的间隙小，离子迁移活化能高。

[3]晶格缺陷：离子导电是可移动离子的定向迁移，是离子与周围缺陷交换位置的结果。根据离子电导率的公式σ=nqμ可以看出，电导率与离子浓度成正比。离子性晶格缺陷的生成及其浓度是决定离子导电的关键。

晶格缺陷的生成与浓度的主要影响因素：

[1] 温度：热激活生成晶格缺陷；[2]掺杂：不等价固溶掺杂形成晶格缺陷；

[3]偏离化学计量：随气氛变化偏离

7、离子电导需要具备的条件

（1）电子载流子的浓度大小（2）离子晶体缺陷浓度大，并参与导电。因此离子性晶格缺陷的生成及浓度大小是决定离子电导的关键。

8、离子电导、电子电导的迁移率和载流子浓度

离子电导：对于本征电导，载流子有晶体本身热缺陷提供

载流子浓度：热缺陷浓度：取决于温度和离解能杂质离子浓度：杂志数量和种类。

迁移率：μ=v/E=(a2ν o q/6kT) exp(-U0/kT)

a——晶格距离，ν o——间隙离子的振动频率，q——间隙离子的电荷数，

k——0.86×10-4ev/k，U0——无外电场时间隙离子的势垒。

电子电导：半导体和绝缘体的电子能态量子化，采用有效质量m*来表示迁移率。有效质量决定于晶格，电子与空穴的有效质量的大小与半导体材料的性质有关。τ与晶格缺陷和温度有关。温度越高，晶体缺陷越多，电子散射几率越大，τ越小。迁移率大小由载流子的散射强弱决定。散射越弱，τ越长，迁移率μe越高。

影响散射的因素：1晶格散射：晶格中的原子在其平衡位置作微振动，原子振动的具体表现形式为声子，晶格振动的散射可以看作声子与电子的碰撞；2电离杂质散射：电离杂质产生的正负电中心对载流子有吸引和排斥作用，当载流子经过带电中心附近就会产生散射（影响因素：掺杂浓度和温度）。

3、磁性的分类：抗磁性、顺磁性、铁磁性、反铁磁性、亚铁磁性

1）抗磁性

物质的原子（离子）磁矩为0，不存在永久磁矩，外加磁场使电子轨道改变感生与外加磁场方向相反的磁矩

2）顺磁性（弱磁性）

顺磁性主要来源于无论外加是否存在都有的电子（离子）的固有磁矩。

无外加磁场时，原子的固有磁矩呈无序状态，原子宏观上不呈现磁性，外加磁场作用下，原子磁矩比较规则的取向，物质显示极弱的磁性。

3）铁磁性（强磁性）

在较弱磁场内也可得到极高磁化强度，当外磁场移去，仍保留强磁性，磁化率为正值且很大，当外加磁场继续增加磁化强度包和磁化率下降

4）反铁磁性（弱磁性）

交换能J为负值，使相邻原子间的自旋趋于反向平行排列，原子磁矩相互抵消，不能形成自发磁化区域。

5）亚铁磁性

由于铁氧体含有两种或两种以上的阳离子，各具有大小不等的磁矩，占据AB位的离子数目不同，因此由于磁矩反平行取向而导致抵消作用通常不一定使磁性全消成为反铁磁而是保留剩余磁矩表现一定的铁磁性

4、铁磁性物质的居里温度和相应的磁性转变，以及居里-外斯定律。

居里温度：是指材料可以在铁磁体和顺磁体之间改变的温度，即铁电体从铁电相转变成顺电相引的相变温度。由于物质内部热骚动破坏了电子自旋磁矩平行取向，自发磁化强度为0，铁磁性消失。X=C/T-Tc C为居里常数，Tc居里点

5、磁滞回线、磁畴

铁磁性物质中自发磁化方向一致的微小区域，称为磁畴。相邻畴壁间的过渡层称为磁畴壁。磁畴首尾相接，形成闭合回路：保证体系能量最低

磁滞曲线是关于外磁场和感性磁场两者的变化关系的曲线

6、软磁材料、硬磁材料、巨磁材料

软磁材料：对于磁感应强度以及磁极化强度具有低矫顽性的磁性材料。

1)高磁导率，饱和磁感应强度大；2）电阻高，损耗低；3）矫顽力Hc小；4)稳定性好。

硬磁材料:是指磁化后不易退磁而能长期保留磁性的一种铁氧体材料，也称为永磁材料或恒磁材料。

1)剩磁Br大，储存磁能大；2)矫顽力Hc大，不容易退磁。

矩磁材料：具有矩形磁滞回线、剩余磁感强度Br和工作时最大磁感应强度Bm的比值，即Br/Bm接近于1和矫顽力较小的铁氧体材料。

1）磁滞回线近似矩形；2）高的剩磁比Br / Bm；3）矫顽力Hc小；

4）开关系数小；5）低损耗；6）稳定性好

7、自发磁化概念及产生的原因

百科：磁有序物质在无外加磁场的情况下，由于近邻原子间电子的交换作用或其他相互作用，使物质中各原子的磁矩在一定空间范围内呈现有序排列而达到的磁化，称为自发磁化。

1固体材料的热膨胀与材料的其它性能（结合能、熔点；温度、热容；结构）的关系。

1、热膨胀和结合能、熔点的关系：结合能+ 熔点+热膨胀技术-

2、热膨胀与温度、热容的关系：温度低，热膨胀系数小，温度愈高，热膨胀系数愈大。在低温下热膨胀系数也随温度的三次方（T3）变化，在高温下趋于一个极限值。比热容+热膨胀系数+

3、热膨胀与结构的关系：越紧密，热膨胀系数+

2光/声频支振动

光频支振动：振动的质点中包含频率甚高的格波时，质点彼此间的位相差很大，临近质点的运动几乎相反，频率往往在红外光区，称为“光频支振动”。

声频支振动：振动的质点中包含频率甚低的格波时，质点彼此间的位相差不大，格波类似于弹性体中的应变波，称为“声频支振动”。相邻原子具有相同的振动方向。

3影响德拜温度的因素是什么？：键的强度，材料的弹性模量，熔点等。

热导率物理意义？影响热导率的因素有哪些？

在单位温度梯度下，单位时间内通过单位截面积的热量。

1．温度的影响：物质的种类不同，导热系数随温度的变化规律不同。

2．显微结构的影响：

（1）结晶构造的影响：声子传导与晶格振动的非谐性有关。复杂+ 非谐性+ 散射+ 声子平均自由程+ 热导率—

（2）各向异性晶体的热导率：非等轴晶系的晶体热导率呈各向异性，膨胀系数低的方向，热导率大。温度升高时，不同方向的热导率差异减小。因为温度升高，晶体结构的对称性提高。（3）多晶体与单晶体的热导率：对于同一种物质，多晶体的热导率总是比单晶体小。因为多晶体中，晶粒尺寸小，晶界多，缺陷多，晶界处杂质也多，声子更易受到散射，其平均自由程要小得多，所以热导率小。

（4）非晶体的热导率：非晶体具有“近程有序，远程无序”的结构。低温下，其声子平均自由程在不同温度上基本为常数，其值近似等于几个晶格的间距。较高温度下，玻璃的导热主要由热容与温度的关系决定；较高温度以上则需考虑光子导热的贡献。

3.化学组成的影响：构成晶体的质点的大小、性质不同，其晶格振动状态不同，导致其热导率不同。一般而言，质点的原子量愈小，密度愈小，杨氏模量愈大，德拜温度愈高，则热导率愈大。杂质、固溶体的形成使热导率降低，取代元素的质量和大小与基体元素相差越大，取代后结合力改变越大，对热导率的影响越大。

4.复相陶瓷的热导率：常见陶瓷材料典型微观结构是分散相均匀分散在连续相中。

5.气孔的影响：在不改变结构状态的情况下，气孔率增大，总是使λ降低。

4解释热膨胀的机理。影响热膨胀的因素有哪些？

本质：点阵结构中质点的平均距离随温度的升高而增大

在平衡位置两侧，合力曲线的斜率不对称

r

r>r0时，曲线的斜率较小；引力随位移的增大较慢。

温度+振幅+不对称性+平衡位置右移平均质点距离+ 晶胞参数+ 晶胞膨胀

影响因素：晶体缺陷，晶体各向异性，温度，工艺因素。

5影响材料散热的因素有哪些？

（1）材料的热导率越大，传热越快，热应力持续一段时间后很快缓解。（2）传热的途径，即材料或制成品的薄厚，薄的传热通道短，容易使温度均匀。（3）材料表面散热速率。

6固体材料声子热导机理及其对晶体结构影响热导的解释。

固体导热：由晶格振动的格波和自由电子运动实现（金属自由陶瓷格波）

声子间碰撞引起的散射是晶格中热阻的主要来源；1声子间碰撞几率越大，平均自由程越小，热导率越低。2晶体中的缺陷、杂质、晶界等引起格波的散射，声子平均自由程-，λ-。3平均自由程与声子振动频率有关，波长长的格波容易绕过缺陷，自由程+，λ+。4平均自由程与温度有关，温度升高，声子的振动能量加大，频率加快，碰撞增多，自由程减小。在高温时，最小平均自由程等于几个晶格间距；在低温时，最长平均自由程长达晶粒的尺度。

7如何表示陶瓷材料的抗热震性，影响其抗热震性的因素是什么？

日用瓷：则以产生龟裂的前一次加热温度来表征其热稳定性。

高温陶瓷材料：其抗弯强度的损失率来评定其热稳定性。

普通耐火材料：始终20%的操作次数。

提高抗热冲击;1提高材料强度，减小弹性模量2提高热导率使R’提高3减小材料热膨胀系数4减小表面热传递系数5减小产品有效厚度

8请简述固体热容的德拜模型，以及在高温和低温下的结果。

晶格中对热容的主要贡献是弹性波的振动也就是波长较长的声频支在低温下振动占主导，由于λ声>晶格常熟，把晶体看做连续介质，振动也近似看做连续，有0-wmax谱带大于wmax在光频支贡献不急，wmax由分子密度及声速决定

9氧化铝单晶的λ-T曲线分析说明。

在很低温度下声子的平均自由程l增大到晶粒的大小，大刀了上限，因此，l值基本上无多大变化。热熔Cr在低温下与温度的三次方成正比，因此λ也近似与T3成正比例变化。随着温度的升高，λ迅速增大，然而温度继续升高，l值要减小，Cv随温度T的变化也不再与T3成比例，并在德拜温度以后，趋于一恒定值。而l值因温度升高而减小，成了主要影响因素。因此，λ值随温度升高而迅速减小。这样，在某个低温处（~40K）, λ值出现极大值。在更高温度，由于Cv已基本上无变化，l值也逐渐趋于下限，所以随温度的变化λ又变得缓和了。在达到1600K 的高温后，λ值又有少许回升。

1、 极化、电子位移极化、离子极化、偶极转向极化、空间电荷极化、自发极化等定义 极化：介质内质点（原子、分子、离子）正负电荷重心的分离，从而转变成偶极子。

电子位移极化：在外电场作用下，原子外围的电子云相对于原子核发生位移形成的极化叫做电子位移极化。

离子极化：电介质中的正负离子在电场作用下发生可逆的弹性位移。正离子沿电场方向移动，负离子沿反电场方向移动。由此形成的极化称为离子位移极化。

偶极转向极化：在无外加电场时，这些极性分子的取向在各个方向的几率是相等的，因此就介质整体来看，偶极矩等于零。当极性分子受到外电场作用时，偶极子发生转向，趋于和外加电场方向一致。所以介质整体出现宏观偶极矩。这种极化现象称为偶极子转向极化。

空间电荷极化：在电场作用下，不均匀介质内部的正、负离子分别向负、正极移动，引起介质内各点离子的密度发生变化，即出现电偶极矩。这种极化即称为空间电荷极化。

自发极化：自发极化的极化状态并非由外电场所造成，而是由晶体的内部结构特点造成的，晶体中每一个晶胞里存在固有电偶极矩，这类晶体通常称为极性晶体。

2、介质损耗的定义

电介质在电场作用下单位时间消耗的电能叫介质损耗

3、影响介质损耗的因素

（1）频率的影响：

ω→0时，此时不存在极化损耗,主要由电导损耗引起。tg δ=δ/ωε，则当ω→0时，tg δ→∞。随着ω升高，tg δ↓。

随ω↑，松弛极化在某一频率开始跟不上外电场的变化，松弛极化对介电常数的贡献逐渐减小，因而εr 随ω↑而↓。在这一频率范围内，由于ωτ <<1，故tg δ随ω↑而↑。

当ω很高时，εr →ε∞，介电常数仅由位移极化决定，εr 趋于最小值。由于ωτ >>1，此时tg δ随ω↑而↓。ω→∞时，tg δ→0。

tg δ的最大值主要由松弛过程决定。如果介质电导显著变大，则tg δ的最大值变得平坦，最后在很大的电导下，tg δ无最大值，主要表现为电导损耗特征：tg δ与ω成反。

（2）温度的影响：

当温度很低时,τ较大，由德拜关系式可知，εr 较小，tg δ也较小。此时，由于ω2τ2>>1,由德

拜可得：tg δ∝1/ωε。随温度↑，τ↓，所以εr 、tg δ↑。 当温度较高时，τ较小，此时ω2τ2<<1

随温度↑，τ↓，所以 tg δ ↓。这时电导上升并不明显，主要决定于极化过程。

当温度继续升高，达到很大值时，离子热运动能量很大，离子在电场作用下的定向迁移受到热运动的阻碍，因而极化减弱，εr ↓。此时电导损耗剧烈↑，tg δ也随温度↑而急剧上升↑。

（3）湿度的影响：

介质吸潮后，介电常数会增加，但比电导的增加要慢，由于电导损耗增大以及松弛极化损耗增加，而使tg δ增大。对于极性电介质或多孔材料来说，这种影响特别突出

4、降低材料的介质损耗的方法

（1）选择合适的主晶相：结构紧密（2）改善主晶相性能时，形成连续固溶体。 (3)尽量减少玻璃相。采用“中和效应”和“压抑效应”，以降低玻璃相的损耗。(4）防止产生多晶转变，多晶转变时晶格缺陷多，电性能下降，损耗增加。(5）注意焙烧气氛。升温速度要合适，防止产品急冷急热。(6)控制好最终烧结温度，使产品“正烧”，防止“生烧”和“过烧”以减少气孔率。此外，在工艺过程中应防止杂质的混入，坯体要致密。

5、介质的击穿、热击穿、电击穿概念

()()()20]0[ωτεεωτεεδ∞∞+-=tg

介质的击穿:当电场强度超过某一临界值时，介质由介电状态变为导电状态。这种现象称介电强度的破坏，或叫介质的击穿。

热击穿：处于电场中的介质由于其中的介质损耗而受热当外加电压足够高时，散热与发热的平衡状态被破坏，若发热比散热大，介质温度升高，出现永久破坏

电击穿：电子从电场中获得的能量大于传递给晶格振动的能量电子的动能增加至一定的值电子与晶格振动相互作用导致新电子，使自由电子数增多，电导不稳定发生击穿。这种击穿发展速度很快，约在10-8-10-7秒内骤然击穿。

6、铁电体、铁电畴、压电体、压电效应概念

铁电体：铁电体是在一定温度范围内含有能自发极化，并且发极化方向可随外电场作可逆转动的晶体。铁电畴：铁电体自发极化方向相同的小区域压电体：具有压电效应的物体。

压电效应：机械作用引起晶体介质的极化导致介质两端表面内出现符号相反束缚电荷

正压电效应：当对石英晶体在一定方向上施加机械应力时，在其两端表面上会出现数量相等、符号相反的束缚电荷；作用力反向时，表面荷电性质亦反号，而且在一定范围内电荷密度与作用力成正比。称为正压电效应。

逆压电效应：石英晶体在一定方向的电场作用下，则会产生外形尺寸的变化，在一定范围内，其形变与电场强度成正比。称为逆压电效应。正压电效应与逆压电效应统称为压电效应。

7、电畴的形成及其运动的微观机理

电畴的形成：以BaTiO3为例。离子位移理论，认为自发极化主要是由晶体中某些离子偏离了平衡位置造成的。由于离子偏离了平衡位置，使得单位晶胞中出现了电矩。电矩之间的相互作用使偏离平衡位置的离子在新的位置上稳定下来，与此同时晶体结构发生了畸变。自发极化的产生由钛、氧离子间的强耦合作用引起。设中间部位的钛离子因热运动的涨落在某一瞬间向氧离子O1有微小位移，则又使氧离子向钛离子靠拢，接着由于比较大的内电场力的传递，使自发极化首先沿Ti- O1离子线展开。同时，由于电场力以及弹性力的传递，周围的O2离子也被向下挤。如此，自发极化向横向发展。横向发展是间接的，比较弱，因此以上形成的畴核及其发展如针状。最后的电畴图案总是电场力与弹性力平衡的结果，整个体系保持能量最低。

8、电滞回线

①极化强度的取向只有两种可能(即沿某轴的正向或负向)。②在没有外电场时，晶体总电矩为0(能量最低)。

（1）极化强度的变化

当电场施加于晶体时，沿电场方向的电畴扩展，变大；而与电场反平行方向的电畴则变小。极化强度随外电场增加而增加，oA段曲线。电场强度继续增大，最后晶体电畴方向都趋于电场方向，类似于单畴，极化强度达到饱和，这相当于图中C附近的部分。

（2）自发极化强度Ps极化强度达到饱和后，再增加电场，P与E成线性关系，将这线性部分外推至E=0时的情况，此时在纵轴P上的截距称为饱和极化强度或自发极化强度Ps。

（3）剩余极化强度

如果电场自图中C处开始降低，晶体的极化强度亦随之减小。在零电场处，仍存在剩余极化强度Pr。这是因为电场减低时，部分电畴由于晶体内应力的作用偏离了极化方向。但当E=0时，大部分电畴仍停留在极化方向，因而宏观上还有剩余极化强度。

（4）矫顽电场强度

当电场反向达到- Ec时，剩余极化全部消失。

反向电场继续增大，极化强度才开始反向。Ec常称为矫顽电场强度。

新型无机非金属材料有哪些

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

无机非金属材料的应用现状与发展趋势

非金属材料的应用现状与发展趋势 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。无机非金属材料工程是材料学中的一个专业。无机非金属材料工程是为了培养具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的知识，能在无机非金属材料结构研究与分析、材料的制备、材料成型与加工等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。 本专业学生主要学习无机非金属材料及复合材料的生产过程、工艺及设备的基础理论、组成、结构、性能及生产条件间的关系，具有材料测试、生产过程设计、材料改性及研究开发新产品、新技术和设备及技术管理的能力。我国无机非金属材料工业的发展中存在很多问题，特别是传统的无机非金属材料与国外先进水平有非常大的差距，主要有： (1) 产品等级低 在传统无机非金属材料中，无论是水泥、玻璃还是陶瓷的产品等级普遍偏低。例如：发达国家的水泥熟料强度一般都在70MPa以上，而我国平均强度仅为50 MPa。我国高等级水泥（ISO≥）仅占18%，大量生产的是中、低等级水泥（ISO≤），而很多发达国家的高等级水泥占90％以上。 (2) 资源消耗高 在资源的消耗方面，水泥和陶瓷工业更为突出。由于大量的无序开采，未能充分利用有限资源，造成了极大浪费。例如：生产水泥熟料的主要原料是相对优质的石灰石，其化学成份须满足CaO含量不低于45%、MgO不高于3%等要求。我国符合水泥生产要求，可以使用的量仅约250亿吨。目前每年生产水泥消耗的优质石灰石约亿吨，因此该储量仅可生产水泥熟料约200亿吨，仅能提供约40年的水泥生产

建材混凝土属于无机非金属材料的介绍

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1. 常用的建材混凝土属于无机非金属材料 2. 孔隙率增大，材料的表观密度降低 3. 属于气硬性胶凝材料的是石膏 4. 下列材料属于非活性材料的是石灰，石 粉 5. 对于大体混凝土工程应选择矿渣 6. 材料在水中吸收水分的性质称为吸水性 7. 含水率为10% 的湿沙200g ，其水的质量为18 ，2 克 8. 不属于气硬性胶凝材料的是水泥 9. 为了缓水泥的凝结时间，在生产水泥时必须掺入适量石膏 10. 对通用水泥体积安定性不符合标准规定为废品

11. 混凝土配合比例设计中，水灰比的值是 根据混凝土的强度及耐久性要求来确定 12. 选择混凝土骨料时，应使其总表面积少，孔隙率少 13. 普通混凝土立方体强度测试，采用200mm,200mm,200mm, 的试件，其强度换算系数为1，05 14. 普通碳素结构钢随钢号的增加，钢材的强度增加，塑性降低 15. 伸长率是衡量钢材的塑性指标 1．同种材料的孔隙率越小，材料的强度越高，当材料的孔隙率一定时，闭口孔隙率越多，材料的绝热性越好

2 ．建筑工程中的花岗岩属于深层岩，大理石属于 变质岩，石灰石属于沉积岩 3 .建筑石膏的化学式是CaSO 4 ? 1/2 H2O ，天然石膏的化学式是 CaSO 4 ? 2H 2O 4 ．硅酸盐水泥孰料的矿物主要有硅酸三钙，硅酸二钙，铝酸三钙和铁铝酸四钙，其中决定水泥强度的主要矿物是硅酸2 钙和硅酸3 钙 5 ．混凝土拌合物的和易性包括流动性，粘聚性和保水性三个方面等含义，其流动通常采用坍落度或维勃稠度仪两种方法来测定 6 ．砂浆的流动性大小用沉入度指标来表示7．碳素结构钢牌号Q235-AF 的含义是：屈服点为235N/mm2 的A 级沸腾钢

无机非金属材料工程专业介绍及就业前景

无机非金属材料工程专业介绍及就业前景 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。 成分结构 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。 硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一，硅酸盐材料是陶瓷的主要组成物质。 应用领域 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。传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。如水泥是一种重要的建筑材料;耐火材料与高温技术,尤其与钢铁工业的发展关系密切;各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活休戚相关。它们产量大,用途广。其他产品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化铝)、铸石(辉绿岩、玄武岩等)、碳素材料、非金属矿(石棉、云母、大理石等)也都属于传统的无机非金属材料。新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的,具有特殊性能和用途的材料。它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。主要有先进陶瓷(advanced ceramics)、非晶态材料(noncrystal material〉、人工晶体〈artificial crys-tal〉、无机涂层(inorganic coating)、无机纤维(inorganic fibre〉等。 传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的比较传统无机非金属材料新型无机非金属材料具有性质稳定，抗腐蚀耐高温等优点，但质脆，经不起热冲击。除具有传统无机非金属材料的优点外，还有某些特征如：强度高、具有电学、光学特性和生物功能等。 业务培养目标： 本专业培养具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的知识，能在

无机非金属材料

无机非金属材料 以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料的泛称。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型无机材料等。其中陶瓷一词，随着与陶瓷工艺相近的无机材料的不断出现，其概念的外延也不断扩大。最广义的陶瓷概念几乎与无机非金属材料的含意相同。无机非金属材料也和金属材料以及有机高分子材料等一样，是当代完整的材料体系中的一个重要组成部分。 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。特种无机非金属材料的特点是：①各具特色,例如:高温氧化物等的高温抗氧化特性；氧化铝、氧化铍陶瓷的高频绝缘特性；铁氧体的磁学性质；光导纤维的光传输性质;金刚石、立方氮化硼的超硬性质;导体材料的导电性质；快硬早强水泥的快凝、快硬性质等。②各种物理效应和微观现象,例如：光敏材料的光-电、热敏材料的热－电、压电材料的力－电、气敏材料的气体-电、湿敏材料的湿度-电等材料对物理和化学参数间的功能转换特性。③不同性质的材料经复合而构成复合材料，例如：金属陶瓷、高温无机涂层，以及用无机纤维、晶须等增强的材料。 沿革旧石器时代人们用来制作工具的天然石材是最早的无机非金属材料。在公元前6000～前5000年中国发明了原始陶器。中国商代（约公元前17世纪初～约前11世纪）有了原始瓷器，并出现了上釉陶器。以后为了满足宫廷观赏及民间日用、建筑的需要，陶瓷的生产技术不断发展。公元 200年（东汉时期）的青瓷是迄今发现的最早瓷器。陶器的出现促进了人类进入金属时代，中国夏代（约公元前22世纪末至约前21世纪初～约前17世纪初）炼铜用的陶质炼锅，是最早的耐火材料。铁的熔炼温度远高于铜，故铁器时代的耐火材料相应地也有很大发展。18世纪以后钢铁工业的兴起，促进耐火材料向多品种、耐高温、耐腐蚀方向发展。公元前3700年，埃及就开始有简单的玻璃珠作装饰品。公元前1000年前，中国也有了白色穿孔的玻璃珠。公元初期罗马已能生产多种形状的玻璃制品。1000～1200年间玻璃制造技术趋于成熟，意大利的威尼斯成为玻璃工业中心。1600年后玻璃工业已遍及世界各地区。公元前3000～前2000年已使用石灰和石膏等气硬性胶凝材料。随着建筑业的发展，胶凝材料也获得相应的发展。公元初期有了水硬性石灰，火山灰胶凝材料，1700年以后制成水硬性石灰和罗马水泥。1824年英国J.阿斯普丁发明波特兰水泥（见水泥）。上述陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等的主要成分均为硅酸盐，属于典型的硅酸盐材料。 18 世纪工业革命以后，随着建筑、机械、钢铁、运输等工业的兴起，无机非金属材料有了较快的发展，出现了电瓷、化工陶瓷、金属陶瓷、平板玻璃、化学仪器玻璃、光学玻璃、平炉和转炉用的耐火材料以及快硬早强等性能优异的水泥。同时，发展了研磨材料、碳素及石墨制品、铸石等。 20世纪以来，随着电子技术、航天、能源、计算机、通信、激光、红外、光电子学、生物医学和环境保护等新技术的兴起，对材料提出了更高的要求，促进了特种无机非金属材料的迅速发展。30～40年代出现了高频绝缘陶瓷、铁电陶瓷和压电陶瓷、铁氧体（又称磁性瓷）和热敏电阻陶瓷（见半导体陶瓷）等。50～60年代开发了碳化硅和氮化硅等高温结

无机非金属材料的分类

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，

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 北京潞河中学孟祥雯 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。 本节课也为不同层次的学生设计了不同的教学目标，基础较弱的学生把重点放在课前的预习和课堂上的性质对比教学中，而学有余力的优秀学生可以在课后对课堂上没有深入研究的一些问题进行挖掘和拓展，如将硅及其化合物的结构理论知识、在材料领域中的应用等作为拓展性内容，通过查阅资料、讨论等方法进行更深入的学习。 3．学生情况分析 （1）本节课的教学对象为高一学生，学生已有知识和未知知识分析： （2）学生学习本单元可能会遇到的障碍点

《无机非金属材料》教案(1)(1)

硅无机非金属材料 三维目标 知识与技能： 1、了解硅在自然界的存在、含量 2、了解单质硅的主要性质、工业制法和主要用途。 3、初步培养学生自主查阅资料的能力和阅读能力 过程与方法： 1、自主学习 2、通过碳与硅的新旧知识的比较，设疑引导、变疑为导、变教为导的思路教学法。 情感、态度与价值观 1、使学生掌握学习元素化合物知识的一般规律和正确方法 2、使学生体会组成材料的物质的性质与材料的性能的密切关系，认识新材料的开发对人类生 产、生活的重要影响，学会关注与化学有关的社会热点问题，激发他们学习化学的热情。教学重点：硅的物理、化学性质 教学难点：硅的化学性质和提纯 教学用具：多媒体 教学过程 新课导入：材料是人类生活必不可少的物质基础。材料的发展史就是一部人类文明史。没有感光材料，我们就无法留下青春的回忆；没有高纯的单晶硅，就没有今天的奔腾电脑；没有特殊的新型材料，火箭就无法上天，卫星就无法工作，人类的登月计划就会受到影响，材料的发展对我们的生活起着决定性的作用。从化学角度来看任何物质都是由元素组成，那元素与这些材料之间又有什么样的关系呢？从本章开始我们就来学习一下元素与材料之间的关系。 板书：第四章元素与材料世界 多媒体：展示一组与硅元素有关的图片，引出本节新课 第一节硅无机非金属材料 学生活动：阅读教材第一段思考下列问题 1、无机非金属材料包括哪些？ 2、这类材料的特点有哪些？ 3、无机非金属材料分哪两类？ 多媒体：展示一组与硅元素有关的图片。 设疑：这些表观看“风牛马不相及”的物质，从微观组成上却有很大的相似性，他们都是有黄沙通过不同的途径制得的，它们都含有共同的元素是什么呢？ 多媒体：一、半导体材料与单质硅

无机非金属材料的现状与前景

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。

无机非金属材料结构知识点整理

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

无机非金属材料实习报告

一、总述 二、河南奔月浮法玻璃有限公司 1、公司简介 2、实习安排 3、浮法玻璃及其生产工艺流程 4、玻璃制造行业前景展望 5、小结 三、济源市巨康陶瓷有限公司 1、公司简介 2、实习安排 3、陶瓷工艺及陶瓷文化 4、新型陶瓷及其应用 5、小结 四、济源市太行水泥有限公司 1、公司简介 2、实习安排 3、回转窑简介 4、水泥的生产工艺 5、水泥行业发展方向 6、小结 五、实习总结

作为学校教学的重要补充部分，生产实习是区别于普通学校教育的一个重要环节，是教育教学体系中的一个不可或缺的重要组成部分。它是与几年后的职业生活最直接联系的，学生在生产实习过程中将完成学业到就业的过渡，因此生产实习是培养技能型人才、实现培养目标的主要途径。它不仅是校内教学的延续，而且是校内教学的总结。可以说，没有生产实习，就没有完整的教育。学校要提高教育教学质量，在注重理论知识学习的前提下，生产实习这一环节是必不可少的。通过生产实习，使学生学习和了解从原材料到成品批量生产的全过程以及生产组织管理等知识，培养学生树立理论联系实际的工作作风，以及生产现场中将科学的理论知识加以验证、深化、巩固和充实。并培养学生进行调查、研究、分析和解决工程实际问题的能力，为后继专业课的学习、课程设计和毕业设计打下坚实的基础。通过生产实习，拓宽学生的知识面，增加感性认识，把所学知识条理化系统化，学到从书本学不到的专业知识，并获得本专业国内、外科技发展现状的最新信息，激发学生向实践学习和探索的积极性，为今后的学习和将从事的技术工作打下坚实的基础。生产实习是与课堂教学完全不同的教学方法，在教学计划中，生产实习是课堂教学的补充，生产实习区别于课堂教学。课堂教学中，教师讲授，学生领会，而生产实习则是在教师指导下由学生自己向生产向实际学习。通过现场的讲授、参观、座谈、讨论、分析、作业、考核等多种形式，一方面来巩固在书本上学到的理论知识，另一方面，可获得在书本上不易了解和不易学到的生产现场的实际知识，使学生在实践中得到提高和锻炼。 因此，生产实习对于我们即将开始大四生活的在校大学生而言，是必须的，也是至关重要的。

无机非金属材料导论复习

第三章陶瓷 1 陶瓷是由粉状原料成型后在高温下作用硬化而成的制品，是多晶、多相的聚集体。 2 分为传统陶瓷和新型陶瓷。新型陶瓷根据功能分类包括：1力学功能陶瓷（叶片、转子）2热功能陶瓷（高温用坩埚、导弹）3电子功能陶瓷（大容量电容器、红外检测元件）4磁功能陶瓷（记忆运算元件、磁蕊）5光功能陶瓷（窗口材料、胃照相机）6化学功能陶瓷（传感器、催化剂）7放射性功能陶瓷（核燃料、减速剂）8吸声功能陶瓷（吸声板）9生物功能陶瓷（人造骨、生物陶瓷）。 3 陶瓷的制备工艺：1原料的制备（天然原料，合成原料）；2胚料的成形和干燥（可塑成形，注浆成形，压制成形）；3烧结或烧成。 烧结方法：粉末在室温下加压成形后再进行烧结的传统方法、热等静压、水热烧结、热挤压烧结、电火花烧结、爆炸烧结、等离子体烧结等。 自蔓延高温合成法：利用金属与硅、硼、碳、氮等相互作用的强烈放热效应，不采取外部加热源，而利用元素内部潜在的化学能将原始粉末在几秒到几十秒的极短时间内转化成化合物或致密烧结体。优点：不需要高温炉，过程简单，几乎不消耗电能，制得的产品纯净，能获得复杂相和亚稳相。缺点：不易获得高密度材料，不易严格控制制品的性能，易燃，有毒。 4 陶瓷的典型组织结构：晶相，玻璃相，气相。 晶相是陶瓷的主要组成成分，数量较大，对性能影响较大。它的结构、数量、形态和分布，决定了陶瓷的主要特点和应用。 玻璃相作用(1)将晶相颗粒粘结起来，填充晶相之间的空隙，提高材料的致密度；（2）降低烧成温度，加速烧成过程；（3）阻止晶体转变，抑制晶体长大；（4）获得一定程度的玻璃特性，如透光性及光泽等。玻璃相对陶瓷的机械强度、介电性能、耐火性等是不利的，因此不能成为陶瓷的主导组成成分，一般含量为20%-40%. 气相是指陶瓷组织内部残留下来未排除的气体，通常以气孔形式出现。根据气孔含量可将陶瓷分为致密陶瓷、无开孔陶瓷和多孔陶瓷。除多孔陶瓷外，气孔都是不利的，它降低了陶瓷的强度和导热性能，也常常是造成裂纹的根源。一般普通陶瓷气孔率5%-10% ，特种陶瓷5%以下，金属陶瓷0.5%以下。 经历低温（室温至300℃）中温（300-950℃）高温（950℃至烧成温度）冷却（烧成温度至室温）四个阶段 5 陶瓷的性能 力学性能【刚度硬度】决定于化学键的强度 【强度】实际强度比理论值低—1组织中存在晶界2陶瓷的实际强度受致密度、杂质和各种缺陷的影响很大。 【塑性】塑性变形是在剪切应力作用下由位错运动引起的密排原子面间的滑移变形。塑性开始的温度约为0.5Tm(Tm为熔点温度）。由于开始塑性变形的温度很高，所以陶瓷具有较高的高温强度。 【韧性或脆性】常温下陶瓷受载时都不发生塑性变形，就在较低的应力作用下断裂，因此，韧性极低或脆性很高。断裂包括裂纹的形成和扩展2个过程。脆性是陶瓷的最大缺点，是其作为结构材料被广泛应用的主要障碍。 热学性能【热膨胀】温度升高时物质原子振动振幅增加及原子间距增大所导致的体积增大现象。 【导热性】热传导主要依靠原子的热振动。几乎没有自由电子参与传热，导热性差，用作绝热材料。 【热稳定】即抗热震性，热稳定性低是陶瓷的另一个主要缺点 其他性能导电性耐火性化学稳定性（陶瓷的结构非常稳定）

无机非金属材料名词解释

1. 胶凝材料：凡能在物理、化学作用下，从浆体变成坚固的石状体，并能 胶结其它物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝材料，又称胶结料。 2. 陶瓷：陶瓷是以无机非金属天然矿物或化工产品为原料，经原料处理、成型、干燥、烧成等工序制成的产品。是陶器和瓷器的总称。 3.IM :铝率又称铁率，其数学表达式为： IM=Al2O2 /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。 4. 玻璃形成体；能单独形成玻璃，在玻璃中能形成各自特有的网络体系的 氧化物，称为玻璃的网络形成体，如SiO2、B2O3和P2O5等。 5. 萤石含率：指由萤石引入的CaF2量与原料总量之比，即： 萤石含率=（萤石x CaF2含量）/原料总量X 100% 1. 水硬性胶凝材料：和水成浆体后，既能在空气中硬化，又能在水中硬化的胶凝材料。如各种水泥等 2. 贱烧：指物料经过高温，合成某些矿物入水泥、水泥熟料，矿物等）或 使矿物分解获得某些中间产物〔如石灰和黏土熟料）的过程。 4. 玻璃熔化：玻璃配合料经过高温加热转变为化学组成均勾的、无气泡的、并复合成型要求的玻璃液的过程 3. 急凝：急凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。在水泥用水拌和的几分钟内物料就显示凝结。急凝放热，急凝往往是由于缓凝不够所引起，浆体已具有一定强度，重拌并不能使其再具塑性。 5. 水泥混凝土：由水泥、颗粒状集料以及必要时加入化学外加剂和矿物掺 和料，经合理配合的混合料，加水拌合硬化后形成具有凝聚结构的材料。

4. 凝结时间；水泥从加水开始到失去流动性，即从流体状态发展到较致密的固体状态，这个过程所需要的时间称凝结时间 1. 无机非金属材料；无机非金属材料是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、人素化合物、硼化物、以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐和非氧化物等物质组成的材料。是除金属材料和有机高分子材料以外的所有材料的统称。 2. 水泥；凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥 3. 烧成；烧成通常是指将初步密集定形的粉块（生坯）经高温烧结成产品的过程。其实质是将粉料集合体变成致密的、具有足够强度的烧结体，如砖 瓦、陶瓷、耐火材等 4. KH: KH= （CaO-1.65Al2O3-0.35Fe2O3 ） /2.8SiO2 石灰饱和系数KH是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙（C3S+C3S）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。） 5. 澄清剂：凡在玻璃熔制过程中能分解产生气体，或能降低玻璃粘度，促进排除玻璃液中气泡的物质称为澄清剂 2.玻璃：玻璃是由熔融物冷却、硬化而得到的非晶态固体。其内能和构性炳局于相应的晶体，其结构为短程有序，长程无序 4.SM: SM=SiO2/Al2O3+Fe2O3 硅率是表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比。（表示了熟料中硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例） 5. 玻璃调整体；凡不能单独生成玻璃，一般不进入网络而是处于网络之外的氧化物，称为玻璃的网络外体。它们往往起调整玻璃一些性质的作用。

建材混凝土属于无机非金属材料介绍

1.常用的建材混凝土属于无机非金属材料 2.孔隙率增大，材料的表观密度降低 3.属于气硬性胶凝材料的是石膏 4.下列材料属于非活性材料的是石灰，石粉 5.对于大体混凝土工程应选择矿渣 6.材料在水中吸收水分的性质称为吸水性 7.含水率为10%的湿沙200g，其水的质量为18，2克 8.不属于气硬性胶凝材料的是水泥 9.为了缓水泥的凝结时间，在生产水泥时必须掺入适量石膏 10.对通用水泥体积安定性不符合标准规定为废品 11.混凝土配合比例设计中，水灰比的值是根据混凝土的强度及耐久性要求来确定12.选择混凝土骨料时，应使其总表面积少，孔隙率少 13.普通混凝土立方体强度测试，采用200mm,200mm,200mm,的试件，其强度换算系数为1，05 14.普通碳素结构钢随钢号的增加，钢材的强度增加，塑性降低

15.伸长率是衡量钢材的塑性指标 1．同种材料的孔隙率越小，材料的强度越高，当材料的孔隙率一定时，闭口孔隙率越多，材料的绝热性越好 2．建筑工程中的花岗岩属于深层岩，大理石属于变质岩，石灰石属于沉积岩 3．建筑石膏的化学式是CaSO4·1/2 H2O，天然石膏的化学式是CaSO4·2H2O 4．硅酸盐水泥孰料的矿物主要有硅酸三钙，硅酸二钙，铝酸三钙和铁铝酸四钙，其中决定水泥强度的主要矿物是硅酸2钙和硅酸3钙 5．混凝土拌合物的和易性包括流动性，粘聚性和保水性三个方面等含义，其流动通常采用坍落度或维勃稠度仪两种方法来测定6．砂浆的流动性大小用沉入度指标来表示7．碳素结构钢牌号Q235-AF的含义是：屈服点为235N/mm2的A级沸腾钢 8．木材随环境温度升高其强度会降低9．牌号为30甲的石油沥青闭牌号为100甲的石油沥青的粘滞性大

智能材料论文：智能无机非金属材料

智能材料论文： 智能无机非金属材料 摘要结构材料所处的环境极为复杂，材料损坏引起事故的危险性不断增加，研究与开发对损坏能自行诊断并具有自修复能力的结构材料是十分重要而急迫的任务。本文对智能材料的发展、构思、无机非金属智能材料进行了综述，对智能材料进一步研究进行了展望。 关键词智能；无机非金属；材料 智能材料是指对环境具有可感知、可响应并具有功能发现能力的新材料。日本高木俊宜教授[]将信息科学融于材料的物性和功能，于年提出了智能材料（）概念。至此智能材料与结构的研究也开始由航空航天及军事部门[]逐渐扩展到土木工程[]、医药、体育和日常用品[]等其他领域。 同时，美国的··教授围绕具有传感和执行功能的材料提出了灵巧材料（）概念，又有人称之为机敏材料。他将灵巧材料分为三类： 被动灵巧材料——仅能响应外界变化的材料； 主动灵巧材料——不仅能识别外界的变化，经执行线路能诱发反馈回路，而且响应环境变化的材料； 很灵巧材料——有感知、执行功能，并能响应环境变化，从而改变性能系数的材料。 ··的灵巧材料和高木俊宜的智能材料概念的共同之处是：材料对环境的响应性。 自年以来，先是在日本、美国，尔后是西欧，进而世界各国的材料界均开始研究智能材料。科学家们研究将必要的仿生()功能引入材料，使材料和系统达到更高的层次，成为具有自检测、自判断、自结论、自指令和执行功能的新材料。智能结构常常把高技术传感器或敏感元件与传统结构材料和功能材料结合在一起，赋予材料崭新的性能，使无生命的材料变得有了“感觉”和“知觉”，能适应环境的变化，不仅能发现问题，而且还能自行解决问题。 由于智能材料和系统的性能可随环境而变化，其应用前景十分广泛[]。例如飞机的机翼引入智能系统后，能响应空气压力和飞行速度而改变其形状；进入太空的灵巧结构上设置了消震系统，能补偿失重，防止金属疲劳；潜水艇能改变形状，消除湍流，使流动的噪声不易被测出而便于隐蔽；金属智能结构材料能自行检测损伤和抑制裂缝扩展，具有自修复功能，确保了结构物的可靠性；高技术汽车中采用了许多灵巧系统，如空气燃料氧传感器和压电雨滴传感器等，增加了使用功能。其它还有智能水净化装置可感知而且能除去有害污染物；电致变色灵巧窗可响应气候的变化和人的活动，调节热流和采光；智能卫生间能分析尿样，作出早期诊断；智能药物释放体系能响应血糖浓度，释放胰岛素，维持血糖浓度在正常水平。 国外对智能材料研究与开发的趋势是：把智能性材料发展为智能材料系统与结构。这是当前工程学科发展的国际前沿，将给工程材料与结构的发展带来一场革命。国外的城市基础建设中正构思如何应用智能材料构筑对环境变化能作出灵敏反应的楼层、桥梁和大厦等。这是一个系统综合过程，需将新的特性和功能引入现有的结构中。

新型无机非金属材料概述

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目录 1.无机非金属材料技术发展现状 2.特种水泥的使用性能、种类和发展 2.1特种水泥的重要性 2.2特种水泥的种类 2.3特种水泥的发展方向 3.特种玻璃 3.1特种玻璃的概述 3.1.1光学功能玻璃 3.1.2电磁功能玻璃 3.1.3热学功能玻璃 3.1.4力学与机械功能玻璃 3.1.5生物活性玻璃 3.2特种玻璃的制备和加工 4.新型陶瓷 4.1新型陶瓷的定义、性能 4.2新型陶瓷与传统陶瓷的区别 4.3新型陶瓷的分类 5.特种耐火材料 5.1特种耐火材料的概述 5.2特种耐火材料的特点 5.3特种耐火材料的性能 5.4特种耐火材料的组织结构 5.5特种耐火材料的用途 5.6特种耐火材料展望 6.结束语

摘要：材料是人类赖以生存的物质基础，是科技进步的核心，是高新技术发展和社会现代化的先导，是一个国家科学技术和工业水平的反映和标志。20世纪80年代以高技术群为代表的新技术革命，把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志，世界各先进工业国家都把新材料作为优先发展的领域。在材料领域，无机非金属材料（简称无机材料）占有举足轻重的地位。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。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。本文简要介绍无机非金属材料领域几类主要的新型材料的发展前景、类型、应用等。 关键词：特种水泥特种玻璃新型陶瓷特种耐火材料 1.无机非金属材料技术发展现状 无机非金属材料包括结构陶瓷、水泥与建筑材料、日用陶瓷、玻璃制品、非金属矿物材料等，是国防军工、现代工业、现代交通和基本建设的物质基础，无机非金属材料的发展对于保障和加快我国国民经济和国防工业的发展有着十分重要的意义。 近几十年来，我国无机非金属材料工业取得离突飞猛进的发展，其中水泥、平板玻璃、建筑卫生陶瓷等的产量多年来一直位居世界第一位。水泥工业从科研、设计到制造等各个环节的技术水平有了很大提高。新型干法窑外分解水泥生产线实现了国产化，其主要经济技术指标达到国际先进水平，且已出口国外。中国水泥品种的研究开发处于世界先进行列，已形成六大通用系列、约六十多个品种，包括快硬、膨胀、油井、水工、耐高温、防腐防护、装饰等特种水泥系列，并研究开发了具有中国自主知识产权的流铝酸盐等系列水泥。 建筑卫生陶瓷工业在我国也得到了飞速发展，先后从发达国家引进了大量世界先进的技术装备，经过科技攻关和引进技术的消化吸收，中国建筑卫生陶瓷产品质量的整体水平大幅度提高，花色品种大量增加，产品档次逐步提高，有的品种已达到国外高档产品水平。 我国独立自主研究开发出浮法玻璃生产工艺，经过多次攻关，技术不断完善，取得了日产500吨玻璃生产工艺技术的突破。目前，我国浮法玻璃产量占平板玻璃工业总产量的近70%。浮法玻璃生产工艺技术已向国外出口。此外，发达国家先后在上海、深圳、大连等地与中方合资建设了大型浮法玻璃生产线，提高了我国玻璃生产的总体技术水平。 2.特种水泥的使用性能、种类和发展 2.1特种水泥的重要性 水泥是一种细磨成粉末装、加水可为塑性浆体、在空气或水中均能硬化、并能将沙石与金属等材料牢固胶结在一起的水硬性凝胶材料。水泥自从与18世纪20年代问世以来，已有正规生产达170多年的历史。中国大量生产的是传统的硅酸盐水泥，但是这些通用水泥不可能完全满足各种现代化建设工程和施工新工艺的不同技术要求，某些特种工程就必须采用某种特种水泥来确保建设成功。如油田的油井，需要有适用于不同深度油井固井工程的各种温度的油井水泥品种系列。国防等用的紧急抢修工程需要不同性能的快硬高强水泥、特快硬水泥、快凝快硬水泥等。在房屋建设中，需要用高强度、水硬性好的白水泥和彩色水泥，是建筑物的造型、色彩和纹理更为美观而经久耐用。此外，还要因地制宜、因原燃料制宜，力求更好的经济效益与社会效益。中国地大物博，如有色杂质含量低的优质石灰石、黏土和燃料，既有利于制造白水泥；储量大的优质矾土可制高铝水泥、耐火材料和膨胀水泥：低品位矾土和石膏可制硫铝酸盐水泥：有铁矾土可知铁铝酸盐水泥：明矾石可制膨胀水泥等。中国已成为世界上水泥品种较多的国家之一。 2.2特种水泥的种类

第四章：无机非金属材料.

第四章：无机非金属材料 本章主要内容 无机非金属材料概论 结构陶瓷材料 功能陶瓷材料 传统日用、建筑材料 什么是无机非金属材料 金属材料和有机高分子材料以外的固体材料通称为无机非金属材 料。 主要特性： 熔点高、硬度高、化学稳定性好、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐氧 化、弹性模量大、强度高。一般为脆性材料 陶瓷材料的物质结构 陶瓷材料的结合键 陶瓷材料的组成相的结合键为离子键（MgO、Al2O3）、共价键（金 刚石、Si3N4）以及离子键与共价键的混合键 以离子键结合的晶体称为离子晶体。离子晶体在陶瓷材料中占有很 重要的地位。它具有强度高、硬度高、熔点高、等特点。但这样的 晶体脆性大，无延展性，热膨胀系数小，固态时绝缘，但熔融态可 导电等特点。金属氧化物晶体主要以离子键结合，一般为透明体。 以共价键结合的晶体称为共价晶体。共价晶体具有方向性和饱和性， 因而共价键晶体的原子堆积密度较低。共价键晶体具有强度高、硬 度高、熔点高、结构稳定等特点。但它脆性大，无延展性，热膨胀 系数小，固态、熔融态时都绝缘。最硬的金刚石、SiC、Si3N4、BN 等材料都属于共价晶体。 陶瓷材料的相组成 晶体相 晶体相是陶瓷材料最主要的组成相，主要是某些固溶体或化合物， 其结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料的特性和应用。晶体相 又分为主晶相、次晶相和第三相。陶瓷中晶体相主要有含氧酸盐（硅 酸盐、钛酸盐等）、氧化物（MgO、Al2O3）、非氧化物（SiC，Si3N4） 等。 硅氧四面体是硅酸盐陶瓷中最基本的结构单元。

玻璃相 玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列的组成部分，其结构类似于玻 璃。 玻璃相的作用是：将分散的晶体相粘结起来，填充晶体之间的空隙， 提高材料的致密度；降低烧成温度，加快烧结过程；阻止晶体转变、 抑止晶粒长大。 玻璃相对陶瓷强度、介电常数、耐热性能是不利的。 气相（气孔） 陶瓷中气孔主要是坯体各成分在加热过程中单独或互相发生物理、 化学作用所生成的空隙。这些空隙可由玻璃相来填充，还有少部分 残留下来形成气孔。 气孔对陶瓷的性能是不利的。它降低材料的强度，是造成裂纹的根 源。 陶瓷材料的晶体缺陷 点缺陷 陶瓷材料晶体中存在的置换原子、间隙原子和空位等缺陷称之为点 缺陷。陶瓷材料的很多性质如导电性与点缺陷有直接关系。此外， 陶瓷材料的烧结、扩散等物理化学过程也与点缺陷有关。 线缺陷 位错是陶瓷材料晶体中存在线缺陷。陶瓷材料中位错形成所需要的 能量较大，因此，不易形成位错。陶瓷材料中位错密度很低。 陶瓷材料主要是离子键和共价键。这两种结合键造成位错的可动性 降低。当位错滑移事，离子键中同号离子相斥，导致离子键断裂； 而共价键的方向性和饱和性，具有确定的键长和键角，位错的滑移 也会导致共价键的破断。 面缺陷 陶瓷材料一般是多晶材料。多晶材料中存在的晶界和亚晶界就是陶 瓷材料中的面缺陷。 我们知道晶粒细化可以提高材料的强度。晶界对金属材料和陶瓷材 料强度的提高作用机理是不同的。对金属材料来说，晶界阻碍位错 的运动，从而强化了材料；而对陶瓷材料来说，利用晶界两侧晶粒 取向的不同来阻止裂纹的扩展，提高强度 陶瓷材料的性能特点 力学性能 硬度 陶瓷的硬度很高，多为1000Hv～1500Hv（普通淬火钢的硬度500～800Hv）。陶瓷硬度高的原因是离子晶体中离子堆积密度大、以及共 价晶体中电子云的重叠程度高引起的。 刚度 陶瓷的刚度很高。刚度是由弹性模量衡量的，而弹性模量又反映其 化学键的键能。离子键和共价键的键能都要高于金属键，因此陶瓷 材料的弹性模量要高于金属材料。 强度 陶瓷材料的强度取决于键的结合力，理论强度很高。但陶瓷中由于