无机非讲义金属材料概论

第三节 无机非金属材料课标解读内容要求学业要求1.结合实例认识无机非金属材料的组成、性能与应用之间的联系。

2.结合真实情景中的应用实例,了解硅酸盐、硅和二氧化硅的主要性质。

1.通过无机非金属材料的学习,认识化学对社会发展的重要贡献,具有可持续发展的意识,能对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断。

2.通过实例认识二氧化硅、硅、硅酸盐等的性质和应用,认识和了解它们在生产、生活中的应用。

学习任务一 硅酸盐材料陶瓷在我国有悠久的历史,手工制造陶瓷的一般过程如图所示。

请你结合初中学过的知识,回答下列问题。

(1)制造陶瓷的原料是什么?(2)手工制造陶瓷的过程中,一定发生化学变化的是哪个过程?答案 (1)制造陶瓷的原料是黏土。

(2)一定发生化学变化的是④烧结。

1.硅酸盐的结构、特点结构特点硅氧四面体硅酸盐材料大多具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等特点2.陶瓷产品 主要原料制备过程生产应用陶瓷 ① 黏土 原料经高温烧结而成 建筑材料、绝缘材料、日用器皿、卫生洁具等3.玻璃和水泥 产品主要原料主要设备主要成分用途普通 玻璃 ② 纯碱、石灰石、石英砂③ 玻璃窑④ Na 2SiO 3、 CaSiO 3、SiO 2建筑材料、光学仪器、各种器皿、高强度复合材料等水泥 ⑤ 石灰石、黏土⑥ 水泥回转窑 ⑦ 硅酸盐和沙子、碎石、水等混合可以得到混凝土,大量用于建筑和水利工程判断下列说法的正误(正确的画“√”,错误的画“✕”)。

1.制水泥、玻璃的共同原料是石灰石( √)2.硅酸盐是由硅、氧和金属组成的混合物( ✕)3.汉代烧制出“明如镜、声如磬”的瓷器,其主要原料为黏土( √)4.传统无机非金属材料陶瓷、水泥、玻璃的主要成分都是硅酸盐( √)1.下图是常见的硅酸盐产品。

请指明各图中展示的硅酸盐产品所属的类别。

它们都是混合物吗?答案图1、2属于陶瓷,图3属于水泥,图4属于玻璃。

它们都是混合物。

2.钢化玻璃是普通平板玻璃经过再加工处理而成的一种玻璃。

第三节无机非金属材料【学习目标】1、了解无机非金属材料、金属材料和高分子材料的特点以及它们在生产和生活中的广泛应用；2、了解常见无机非金属材料、金属材料和高分子材料的生产原理。

【知识点梳理】一、硅酸盐材料硅酸盐工业：以含硅物质为原料，经过加热制成硅酸盐产品的工业。

如制造陶瓷、玻璃、水泥等。

1．陶瓷（1）生产原料：黏土等。

（2）生产过程：混合→成型→干燥→烧结→冷却。

（3）陶瓷种类：土器、陶器、炻器、瓷器等。

（4）性能及优点：抗氧化、耐酸碱、耐高温，绝缘，易加工成型等。

（5）特种陶瓷：精细陶瓷（高强度、耐高温、耐腐蚀，并具有声、电、光、热、磁等方面的特殊功能）。

2．玻璃（1）生产原料：纯碱、石灰石和石英石少（含硅物质）。

（2）生产设备：玻璃窑。

（3）生产过程：把原料粉碎，按适当的比例混合放入玻璃窑中加强热熔化，冷却后即得普通玻璃。

高温高温（4）主要反应：Na2CO3+SiO2Na2SiO3+CO2↑，CaCO3+SiO2CaSiO3+CO2↑。

（5）主要成分：普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3和SiO2熔化在一起所得到的混合物。

（6）重要性质：玻璃在常温下虽呈固态，但不是晶体，称为玻璃态物质。

没有固定的熔点，受热只能慢慢软化。

3．水泥（1）生产原料：石灰石、黏土和其他辅料（如石膏）。

（2）生产设备：水泥回转窑。

（3）生产过程：将原料以一定比例混合，磨细成生料，在窑中烧至部分熔化、冷却成块状熟料。

再加入适量石膏磨成细粉，即得普通水泥。

（概括为：“两磨一烧加石膏”）（4）主要成分：硅酸三钙（3CaO ·SiO 2）、硅酸二钙（2CaO ·SiO 2）、铝酸三钙（3CaO ·Al 2O 3）、铁铝酸四钙（4CaO ·Al 2O 3·Fe 2O 3）等的混合物。

（5）重要性质：水泥具有水硬性，而且在水中也可硬化。

贮存时应注意防水。

（6）主要用途：制成水泥砂浆、混凝土等建筑材料。

《无机非金属材料概论》课程教学大纲第一部分：课程设置概述一、课程定位1．课程性质无机非金属材料概论是建筑装饰材料及检测专业的一门主干课程，是建筑装饰材料管理和产品质量控制人员检验和控制产品质量，进行产品质量管理、合理地处理生产过程中出现的问题所必备的基本知识和能力。

本课程的实践性较强，与检测、生产和工程实际结合紧密，需要学生较多地参与教学活动。

2．课程作用培养学生掌握无机非金属材料结构、性能以及制备方面的知识和能力。

二、课程教学目标1．能力目标（1）具有熟练地掌握材料性能、用途和生产工艺基本知识的能力；（2）具有一定的生产工艺技能；（3）具有设备使用、维护的能力以及相应的产品生产技术和检测技能。

2．知识目标（1）掌握玻璃的结构、性能以及制备工艺；（2）掌握陶瓷的结构、性能以及制备工艺；（3）掌握水泥的结构、性能以及制备工艺；（4）掌握耐火材料的结构、性能以及制备工艺；3．素质目标培养学生树立严谨、认真、刻苦的学习态度，养成善于观察周围事物，及时发现相互间的差异，积极接受新鲜事物的素质。

三、课程教学设计本课程主要讲授水泥、玻璃、陶瓷和耐火材料方面的知识内容，教学上以理论教学为主，以参观和现场教学为辅。

主要是通过各种有效的教学方法向学生介绍各种水泥、玻璃、陶瓷和耐火材料产品性能、生产工艺、检测方法和施工应用，增加学生对生产工艺、生产设备和检测要求的感性认识。

第二部分：课程教学内容纲要一、课程教学内容学时分配表《无机非金属材料概论》课程教学内容学时分配见表551620-1。

《无机非金属材料概论》课程教学内容学时分配表表551620-1二、课程教学内容纲要（一）绪论1、教学要求了解无机材料的发展历史和发展方向；材料的分类及功能；掌握各种材料材料的物理、力学性能。

2、教学内容材料的发展历史和发展方向；材料的分类及功能；各种材料材料的物理、力学性能。

3、教学建议重点：材料材料的物理、力学性能，工艺技术难点：材料材料的结构。

无机非金属材料概论一、课程说明课程编号：060509Z10课程名称：无机非金属材料概论/ Introduction to Inorganic non-metallic materials课程类别：必选修/学科专业基础课程学时/学分：32/2.0先修课程：《无机化学》、《物理化学》、《固体物理》、《硅酸盐物理化学》、《材料科学基础》、《无机材料物理性能》等适用专业：材料科学与工程教材、教学参考书：1、林宗寿主编．无机非金属材料工学．武汉：武汉工业大学出版社，20082、王培铭主编．无机非金属材料学．上海：同济大学出版社，19993、王琦主编．无机非金属材料工艺学．哈尔滨工业大学出版社，2010二、课程设置的目的意义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，主要包括玻璃、陶瓷、水泥、耐火材料和无机非金属基复合材料等非金属类材料。

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。

《无机非金属材料概论》课程设置的目的与意义如下：1、《无机非金属材料概论》是材料科学与工程专业培养方案中的主干课程和专业基础课程，是学生的必修的一门重要专业课程，也是学生在校形成专业知识结构的关键环节。

通过该课程的学习，使学生掌握无机非金属材料的制备原理和生产过程，工艺流程的共性和影响因素，从而对无机非金属材料的性能、生产过程、应用和发展有较全面的了解。

2、《无机非金属材料概论》课程目的是加强学生的基础知识，拓宽知识面，使学生建立无机非金属材料系统知识体系，为专业模块课程的学习奠定扎实的专业基础知识与理论。

同时是不断利用材料科学及其他相邻学科的发展成就，实现按使用性能要求来设计和制造无机非金属材料的目标。

⽆机⾮⾦属材料总结（完整版）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。

第一章1.材料的四要素：性质和现象、使用性能、结构和成分、合成和加工2.材料的分类按材料组成、结构特点分：金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料复合材料定义：用经过选择的、含一定数量比的两种或两种以上的组分（或称组元），通过人工复合、组成多相、三维结合且各相之间有明显界面的、具有特殊性能的材料。

3.金属材料纯金属及其合金。

合金是由两种或两种以上元素组成，其中至少有一种为金属元素组成具有金属性的材料。

金属性的关键特征是具有正的电阻温度系数，这是由于它的导电是自由电子的运动所决定的。

1）.金属材料分类：○1黑色金属（钢和铸铁）钢：碳素钢和合金钢（按成分）；普通钢、优质钢和高级优质钢（按品质）；平炉钢、转炉钢、电炉钢和奥氏体钢（按冶炼法）；结构钢、工具钢、特殊钢及专用钢（按用途）。

铸铁：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁和特殊性能铸铁等。

○2有色金属(非铁材料)轻金属(密度﹤5)、重金属(密度﹥5)、贵金属、类金属和稀有金属，如A1、Cu、Zn、Sn、Pb、Mg、Ni、Ti及其合金。

在工程上占有重要地位。

4.无机非金属材料主要包括晶体、陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等按性能和用途：传统陶瓷和特种陶瓷1).陶瓷的基本特性:①化学键主要是离子键、共价键以及它们的混合键;②硬而脆、韧性低、抗压不抗拉、对缺陷敏感;③熔点较高，具有优良的耐高温、抗氧化性能;④自由电子数目少，导热性和导电性较小;⑤耐化学腐蚀;⑥耐磨损;⑦成型方式为粉末制坯、烧结成型.5.高分子材料以C、H、N、O元素为基础，由大量结构相同的小单元聚合组成，分子量大，并在某一范围内变化。

1)塑料是重要的高分子材料，分为通用塑料和工程塑料。

通用塑料包括：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、。

工程塑料（高强、高模、耐高温）：ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺。

2).高分子材料的基本属性①结合健主要为共价健，部分范德华键；②分子量大，无明显的熔点，有玻璃化转变温度、粘流温度；③力学状态有玻璃态、高弹态和粘流态；④强度较高；⑤质量轻；⑥良好的绝缘性；⑦优越的化学稳定性。

无机非金属材料概论无机非金属材料(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。

常见种类二氧化硅气凝胶、水泥、玻璃、陶瓷。

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。