无机非金属材料导论3章陶瓷

无机非金属材料范文
陶瓷材料是一种由氧化物、氮化物、碳化物和硼化物等无机非金属材
料组成的材料。

它们具有高硬度、高耐磨性、高耐温性和低热膨胀系数等
优点。

陶瓷材料通常用于制造陶瓷器、陶瓷砖、陶瓷瓷砖、陶瓷齿科材料、陶瓷陶瓷产品、电子陶瓷和结构陶瓷等产品。

玻璃材料是由硅酸盐和其他无机氧化物组成的材料，具有透明、透光、非晶态和不导电的特点。

玻璃是一种重要的建筑材料，用于制造窗户、门、玻璃幕墙和玻璃瓶。

玻璃材料也用于制造光学设备、电子器件和光纤等产品。

高分子材料也是一种无机非金属材料，是由高聚物组成的。

它们具有
高韧性、高耐热性和高绝缘性能。

高分子材料广泛用于制造塑料、橡胶、
纤维和胶粘剂等产品。

高分子材料通常用于制造食品包装材料、可降解材料、医疗器械和工业零件等产品。

复合材料是由两种或多种不同类型的材料组成的材料。

它们结合了各
种材料的优点，具有高强度、耐磨性、耐腐蚀性和低重量等优点。

复合材
料广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑和体育器材等领域。

常见的复合
材料有碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料和金属基复合材料等。

石料材料是一种由石英、方解石和长石等矿石组成的材料。

它们具有
高硬度、高耐磨性和高耐火性。

石料材料广泛用于建筑、道路、铁路和桥
梁等建筑工程中。

常见的石料材料有花岗岩、大理石、石英石和石灰岩等。

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。

⽆机⾮⾦属材料⼯学陶瓷部分复习资料陶瓷复习⼀、1、什么是陶瓷：陶瓷的狭义定义—以粘⼟为主要原料，经⾼温烧制的制品。

陶瓷的⼴义定义—经⾼温烧制的⽆机⾮⾦属材料的总称精确定义—⽤天然原料或⼈⼯合成的粉状化合物，经成形和⾼温烧结制成的，由⾦属和⾮⾦属元素构成的多晶固体材料。

2、⽆机⾮⾦属材料：⽆机⾮⾦属材料指某些元素的氧化物、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。

3、陶瓷的分类：陶器与瓷器的区别⼆、原料1、粘⼟：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。

特征：⾃然界的粘⼟呈⽩、黄、红、⿊、灰等多种颜⾊，颗粒微细，多数均⼩于2µm，晶体有⽚状、管状、球状及六⾓鳞⽚状等。

将其与⽔拌和能塑成各类形状，⼲后形状不变，且有⼀定机械强度，煅烧后坚硬如⽯。

性质：（1）可塑性：当粘⼟与适量的⽔混练后形成泥团，此泥团在外⼒作⽤下产⽣变形但不开裂，当外⼒去掉以后，仍能保持其形状不变，粘⼟的这种性质称为可塑性。

常⽤“可塑性限度（塑限）”、“液性限度（液限）”、“可塑性指数”、“可塑性指标”和相应含⽔率等参数来表⽰粘⼟可塑性的⼤⼩。

（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，⽽结合⼒的⼤⼩⼜与粘⼟矿物的种类、结构等因素有关。

⼀般⽽⾔，可塑性强的粘⼟其结合⼒也⼤。

（3）离⼦交换性：粘⼟颗粒带有电荷，其来源是[SiO4]四⾯体中的Si4+被Al3+取代⽽出现负电荷，为了保持粘⼟颗粒表⾯的电价平衡，粘⼟颗粒在⽔系统中则吸附其他异电荷离⼦。

然⽽，被吸附的离⼦⼜会被其他同性电荷的离⼦置换，发⽣离⼦交换。

（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，泥浆的流动性会增加，静置后恢复原状。

1、陶瓷的烧结方法：烧结方法有多种，除粉末在室温下加压成形后再进行烧结的传统方法外，还有热等静压、水热烧结、热挤压烧结、电火花烧结、爆炸烧结、等离子体烧结、自蔓延高温合成等方法。

这些方法各有优缺点。

如自蔓延高温合成是利用金属与硅、硼、碳、氮等互相作用的强烈放热效应，不采用外部加热源，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。

这种方法的主要优点是：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等。

主要缺点是：不易获得高密度材料，不易严格控制制品性能，所用原料往往易燃及有毒，存在一定的安全隐患。

2、陶瓷的性能：（力学性能）刚度、硬度、强度、塑性、韧性或脆性；（热学性能）热膨胀、导热性、热稳定性；（其他性能）导电性、耐火性及化学稳定性。

归纳一下，陶瓷材料的性能特点是：具有不可燃烧性、高耐热性、高化学稳定性、高的硬度和良好的抗压能力，但脆性很高，热稳定性差，抗拉强度较差。

3、玻璃的广义定义：是具有转变温度Tg的非晶态材料，非晶态材料是指其原子排列在近程有序而远程无序，原子排列不具有平移周期性关系；当温度连续升高（或降低）时，在某个温度范围内发生明显结构变化，导致热膨胀系数、比热容等性质发生突变。

非晶态材料包括无机玻璃、金属玻璃、有机玻璃等。

玻璃的通性：各向同性、介稳性、无固定熔点、物理化学性质的渐变性4、玻璃的形成方法：熔体冷却法（最常用）、气相冷却技术、固态方法、溶胶—凝胶法5、硅酸盐水泥的概念：凡以适当成分的生料烧至部分熔融得到的以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加以适量的石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥，也称为纯熟料水泥，又名波特兰水泥。

6、水泥的制备工艺：“两磨一烧”，即生料的配制与磨细。

将生料煅烧使之部分熔融形成以硅酸钙为主要成分的熟料矿物；将熟料与适量的石膏或适量混合材料共同磨细为水泥。

7、硅酸盐水泥的技术性能：细度、需水量、泌水性、凝结时间、强度与标号。

3.1无机非金属材料文字资料1. 陶瓷陶器的产生是人类发展史上的一块里程碑，是人类最早不用大自然的现成材料而制成的器具，制陶技术可以说是最古老的材料技术，是人类材料技术的发端。

因此，恩格斯把陶器的出现作为新石器时代开始的标志。

我国是世界上最早生产陶器的国家。

有黑陶、白陶、彩陶等多个品种。

陕西临潼出土的秦始皇兵马佣，被人们称作“世界奇观”，它们就是在烧成的陶胎上进行彩绘而制成的，称为彩绘陶，其工艺水平令世人叹为观止。

陶瓷工业发展更加迅速，各种新型陶瓷不断问世，美国“哥伦比亚”号航天飞机的外壳，就是铺砌了3.2万块这样的金属陶瓷耐热片。

用新型陶瓷材料代替金属材料制发动机，1990年我国第一台无水冷发电机试车成功。

这是继美、日之后，国际上仅有的几次试验之一。

专家们预言：随着新陶瓷技术的发展，人类将“重返”“石器时代，不过是一个全新的石器时代。

”2.玻璃中国玻璃硅质原料资源非常丰富，主要包括玻璃用石英岩、石英砂岩、石英砂和脉石英等类矿产。

全国26个省(区)有189个矿区，总保有储量38亿吨。

就地区分布看，玻璃用石英岩以青海为最，占全国总储量的42.4%；石英砂以海南为最多；玻璃用石英砂岩山东则居首位。

主要矿区有青海大通、河北滦县雷庄、内蒙古甘族卡、辽宁本溪、河南渑池、福建东山、广西北海、海南文昌等地硅质原料矿。

就矿床成因类型分，以沉积变质石英岩、沉积石英砂岩和海相沉积石英砂为主，热液型石英脉不具重要意义。

玻璃硅质原料自太古宙到新生代均有形成。

3、中国水泥工业明天更美好我国水泥工业已经历了100多年的历史。

旧中国的水泥工业在漫长的20世纪前50年内，步履维艰，发展缓慢，只有在新中国诞生以后，水泥工业才走一了健康发展之路。

建国后50年，水泥工业发生了翻天覆地的变化，尤其是1979年改革开放以来，随着国民经济发展和人民生活水平的不断提高，水泥工业得到迅速发展，产量和质量都有有了很大提高。

水泥产量自1979年到1999年增长了7.８倍，20年间我国水泥产量平均增长达11.08％，水泥产量自1995年以来一直居全世界首位。

无机非金属材料——陶瓷(1)传统陶瓷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Al2O3·2SiO2·2H2O，石英为SiO2，长石为K2O·Al2O3·6SiO2（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sp3杂化轨道与氧原子成键，Si—O键键长为162 pm，比起Si4+和O2-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。