(完整版)无机非金属材料工学(玻璃)

无机非金属材料学无机非金属材料学是材料科学的一个重要分支，它研究的是无机非金属材料的性质、结构、制备和应用等方面的知识。

无机非金属材料是一类不含金属元素的材料，主要包括陶瓷、玻璃、聚合物等。

在现代工业生产和科学研究中，无机非金属材料具有广泛的应用，例如在建筑、电子、化工、医药等领域都有重要的作用。

本文将对无机非金属材料学进行简要介绍，包括其基本概念、分类、性质和应用等方面的内容。

无机非金属材料是指不含金属元素的材料，主要包括陶瓷、玻璃、聚合物等。

这些材料通常具有硬度高、抗腐蚀性好、绝缘性能优异等特点，因此在工业生产和科学研究中得到了广泛的应用。

在这些材料中，陶瓷是一类由金属和非金属元素组成的化合物，具有高温稳定性和硬度高的特点，常用于制作陶瓷器、瓷砖、陶瓷刀具等；玻璃是一类非晶态的无机非金属材料，具有透明、硬度高、化学稳定性好等特点，被广泛应用于建筑、玻璃器皿等领域；聚合物是一类由重复单元组成的大分子化合物，具有轻质、柔韧、绝缘性好等特点，常用于制作塑料制品、橡胶制品等。

无机非金属材料的性质主要包括物理性质、化学性质和力学性质等方面。

物理性质是指材料在外部作用下所表现出来的性质，如密度、热导率、电导率等；化学性质是指材料在化学反应中所表现出来的性质，如抗腐蚀性、化学稳定性等；力学性质是指材料在受力作用下所表现出来的性质，如硬度、强度、韧性等。

这些性质决定了材料的适用范围和使用性能，对于材料的制备和应用具有重要的指导意义。

无机非金属材料在工业生产和科学研究中具有广泛的应用。

在建筑领域，陶瓷、玻璃等材料常用于制作建筑材料，如砖瓦、玻璃幕墙等；在电子领域，无机非金属材料常用于制作电子元器件，如陶瓷电容器、玻璃基板等；在化工领域，这些材料常用于制作化工设备，如化工管道、反应釜等；在医药领域，这些材料常用于制作医疗器械，如陶瓷牙齿、玻璃药瓶等。

可以说，无机非金属材料在现代社会的各个领域都发挥着重要的作用，对于推动社会的发展和进步具有不可替代的作用。

物质内能、体积随温度的变化与冷却速度有关，冷却愈快，T g愈是随冷却速度而变化的温度范围；是区分玻璃与其他非晶态固体(如硅胶、树脂等)的重要特征温度。

2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)8表4-l 熔融法形成玻璃的物质2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)9表4-2 非熔融法形成玻璃的物质2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)10表4-2 非熔融法形成玻璃的物质（续表）2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)12液下沉进入回流，返回熔化部。

玻璃熔窑熔制过程及液流运动和反应区域溅射法：将待涂层的基底和固体溅射源同处于一个低压气氛(一般用氩气)的密闭溅射室内(如图)。

用几千伏特的直流高压引起辉光放电，基底作为阳极。

辉光放电产生的Ar+离子在电场作用下飞向阴极，从阴极中溅射出原子。

这些原子的一部分凝聚在试样表面形成一层均匀的非晶态薄膜，其组成与溅射源相近。

此法可沉积单质金属或合金，并被广泛应用于电子学和光学领域。

连续溅射装置用来在玻璃板上镀制金属或氧化物膜层，用于建筑物的采光控制。

在工业生产装置中还使用交流电场和磁场(称为磁控溅射)增加离子运动的路程，从而提高它们相互碰撞的几率以便得到更好的溅射效率。

2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)18体，其混合是分子级混合，可获得化学组成均匀的材料。

2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)22。

1、无机材料生产共性和个性：共性：1、原料都来自储量丰富的天然非金属矿物 2、粉料的制备与运输3、高温加热（热处理）4、成型5、干燥。

个性：P(表示粉体制备过程) H(热处理过程) F（成型过程）1、胶凝材料（水泥）PHP 2、玻璃PHF 3、陶瓷和耐火材料PFH。

2、粘土定义：粘土是一种或多种含水铝硅酸盐矿物的混合体。

3、粘土的三大组成:矿物组成、化学组成和颗粒组成.粘土矿物组成：高岭石类（包括高岭石、多水高岭石等）特点：吸附能力小，可塑性和结合性较差，杂质少、白度高、耐火度高。

蒙脱石类（包括蒙脱石、叶蜡石等）特点：是能吸收大量的水，体积膨胀，离子交换能力强，膨润土可塑性大，触变厚化性强，严重影响泥浆性能。

随外界环境的温度和湿度而变化，引起Ｃ轴膨胀与收缩。

伊利石类（也称水云母）特点：一般可塑性低，干后强度小，干燥烧成收缩小，烧结温度低，烧结范围窄。

化学组成：二氧化硅，三氧化二铝，结晶水还有少量碱金属氧化物碱土金属氧化物着色氧化物等。

颗粒组成：指粘土中不同大小颗粒的百分含量。

4、粘土的工艺性质：可塑性，离子交换性，触变性，膨化性，收缩性，烧结性能（1）可塑性：粘土与适量水混练后形成泥团，在外力作用下塑造成各种形状而不开裂，当外力除去后仍能维持原来形状的性质。

可塑性指数则为液限与塑限的差值，表示粘土能形成可塑泥团的水分变化范围。

可塑性指标在工作水分下，泥料受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积。

（2）离子交换性：粘土颗粒吸附的离子被其它同性电荷的离子置换，发生离子交换的性质（3）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。

5、长石类原料：钠长石（玻璃釉），钾长石（陶瓷釉），钙长石（水泥），钡长石滑石结构：层状结构6、破碎的方式：挤压，劈裂，折断，磨剥，冲击。

破碎设备：颚式破碎机、圆锥式破碎机，辊式破碎机，反击式破碎机、蓖式破碎机超细磨：振动磨、搅拌磨、冲击磨、气流磨、行星磨7、玻璃退火的目的，退火包括哪几个工艺阶段？各个阶段的要点有哪些？退火定义：消除玻璃制品在成型或热加工后残留在制品内的永久应力的过程。

第三章玻璃第一节玻璃的定义与通性一、玻璃的定义目前，玻璃这一名词包括了玻璃态、玻璃材料和玻璃制品。

玻璃态是指物质的一种结构；玻璃材料指用作结构材料、功能材料或新材料的玻璃，如建筑玻璃等；玻璃制品指玻璃器皿、玻璃瓶罐等。

玻璃的定义应该包括玻璃态、玻璃材料与玻璃制品的内涵和特征。

随着人们认识的深化，玻璃的定义也在不断地修改和补充，有狭义和广义的玻璃定义类型。

（一）狭义的定义玻璃：采用无机矿物为原料，经熔融、冷却、固化，具有无规则结构的非晶态固体。

（二）广义的定义玻璃是呈现玻璃转变现象的非晶态固体。

玻璃转变现象是指当物质由固体加热或由熔体冷却时，在相当于晶态物质熔点绝对温度的2/3～1/2温度附近出现热膨胀、比热等性能的突变，这一温度称为玻璃转变温度。

二、玻璃的通性一种具有无规则结构的非晶态固体，其原子不像晶体那样在空间作长程有序的排列，而近似于液体那样具有短程有序。

玻璃像固体保持一定的外形，而不像液体态一样能在本身的重力作用下流动。

玻璃态物质具有以下五个特性：（一）各向同性近程有序、远程无序，不像晶体那样按定向排列，玻璃态物质的质点排列总的说是无规则的，是统计均匀的，因此，它的物理化学性质在任何方向都是相同的。

例如硬度、弹性模量、热膨胀系数、折射率、导电率等。

而非等轴结晶态物质在不同方向上的性质是不同的，表现为各向异性。

必须指出，当结构中存在内应力时，玻璃均匀性就遭受破坏，玻璃就显示出各向异性，例如产生双折射现象。

此外，由于玻璃表面与内部结构上的差异，其表面与内部的性质也不相同。

（二）介稳性玻璃态物质一般是由熔融体过冷却而得到。

在冷却过程中粘度急剧增大，质点来不及作有规则排列而形成晶体，没有释出结晶潜热(凝固热)，因此，玻璃态物质比相应的结晶态物质含有较大的能量。

它不是处于能量最低的稳定状态，而属于亚稳状态。

按热力学观点，玻璃态是不稳定的，它有自发释放能量向晶体转化的趋势；但由于玻璃常温粘度很大，动力学上是稳定的，实际上玻璃又不会自发地转化成晶体。

无机非金属材料工学介绍无机非金属材料工学是材料科学与工程领域的一个重要分支，研究的是由非金属元素组成的材料的结构、性质和应用。

主要包括陶瓷材料、高分子材料、复合材料等。

无机非金属材料工学在现代工程技术中起着重要作用，广泛应用于诸如电子、能源、环境等领域。

无机非金属材料的分类根据无机非金属材料的结构和性质的不同，可以将其分为以下几类： 1. 陶瓷材料：陶瓷材料是由非金属氧化物、碳化物、氮化物等组成的材料，具有高温稳定性、电、热绝缘性和机械性能优异等特点。

常见的陶瓷材料包括氧化铝、氧化锆、氮化硅等。

2. 高分子材料：高分子材料是由由无机或有机高分子物质组成的材料，具有较高的韧性和可加工性。

应用广泛，包括塑料、橡胶、纤维等。

3. 复合材料：复合材料是由两种或两种以上的不同材料组合而成的材料，具有优异的力学性能和特殊的电磁性能。

常见的复合材料包括纤维增强复合材料、金属基复合材料等。

无机非金属材料的制备无机非金属材料的制备有多种方法，常见的方法包括：1.溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法是一种常用的制备陶瓷材料的方法。

其基本原理是通过溶胶的凝胶化和热处理，使溶胶中的成分转化为固体材料。

这种方法具有操作简单、成本低廉等优点，能制备出具有高纯度和均匀结构的陶瓷材料。

2.熔融法：熔融法是通过将原材料加热至熔化状态，然后进行凝固和固化得到无机非金属材料。

这种方法适用于制备高熔点材料，如玻璃、陶瓷等。

3.聚合物基复合材料制备法：聚合物基复合材料制备法是将无机材料填充到聚合物基体中，通过将两种或多种材料相互结合，形成新的复合材料。

这种方法能有效地改善材料的力学性能、热学性能等。

4.气相沉积法：气相沉积法是通过在高温下，将体积相变成气相，再通过在固体表面沉积的方法来制备材料。

这种方法适用于制备纳米材料和薄膜材料。

无机非金属材料的应用无机非金属材料由于其独特的性质和结构，被广泛应用于各个领域。

以下是一些常见的应用领域：1.电子领域：无机非金属材料在电子领域中有重要的应用，如陶瓷基电子陶瓷材料、电子封装材料等。

无机非金属材料工艺（水泥陶瓷玻璃）1物质中原子通过不同类型的结合键而形成各种材料。

结合键的类型有化学键和物理键两种。

依靠电子相互作用的结合键称为化学键，类型有离子键、共价键和金属键。

物质的键合还有一种较弱的物理键，如氢键、范德华键。

2键合形式及形成材料的特征、性质：离子键：电子施主加上电子受主形成电中性；成键作用力为库仑力；键合无方向性；原子间的电负性差值大。

由原子（离子）尺寸和电荷决定的结构易于达到原子所允许的紧密堆积；配位数较大。

强度高，硬度大，脆性熔点高，热膨胀系数小，熔体中有离子存在。

绝缘体，熔融态为离子导体。

与各构成离子的性质相同，对红外光的吸收强，多是无色或浅色透明的。

共价键：通过共有电子使原子外层的电子层达到电中性；键合具有高度的方向性；元素或原子之间的电负性差值小或为零。

非紧密堆积，配位数小，密度相对较小。

强度高，硬度大，脆性。

熔点高，热膨胀系数小，熔体中有的含有分子。

绝缘体，熔融态为非导体。

折射率大，不透明，与气体的吸收光谱很不同金属键：原子中未充满电子层的电子被结构中所有原子自由共有；负电荷间产生相互静电排斥；电子在整个结构中均匀分布；键合无方向性。

一般为紧密堆积，配位数大，密度大。

强度因材料不同而异，有塑性。

熔点因材料不同而异，导热性好。

导电性优异（自由电子导电）。

不透明，有金属光泽。

3物质形成的结构理论：静电吸引理论：A失去电子→正离子A n+B获得电子→负离子B n-正、负离子通过静电引力作用结合在一起。

用于分析、讨论离子键物质结构的形成。

对于大部分离子晶体物质，其形成和特性可以用静电吸引理论解释。

但不适应于电子填充d、f轨道的过渡金属离子。

晶体场理论：1、配合物中，中心离子M处于带负电荷的配位体形成的静电场中,二者完全靠静电引力作用结合在一起；2、在配体场作用下，中心离子M的d轨道在配体场作用下发生能级分裂。

主要用于分析、讨论过渡元素离子的d轨道在配体场作用下能级分裂的情况，以及对晶体结构和性能的影响。