第二章粉体制备 无机非金属材料课件

中硬化，如石灰、
胶凝材料分类石膏等。 有机胶凝材料，如沥青，各种树脂等。
按组成物质分类
水硬性胶凝材料
无机胶凝材料 10 气硬性胶凝材料
用石灰、石膏 作为胶凝材料
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水泥的发明
19世纪初（1810~1824年），用人工配合粘土与石灰石 经煅烧、磨细以制造水硬性胶凝材料已经开始组织生产。 1824年，英国人阿斯普丁将粘土与石灰石配合烧制成块（熟 料），再经磨细而成水硬性胶凝材料，加水拌和后能硬化制 成人工石，并具有较高强度，其外观与当时建筑上常用的英 国波特兰岛上出产的岩石相似，故称之为“波特兰水泥” （Portland Cement)，并于1824年10月21日首先获得该产品 的专利权。
（4）成型 无机非金属材料产品由于使用、进一步加工等过程的需要，
成型是生产的环节之一。
陶瓷成型在热加工之前；
玻璃成型在热加工之后；
水泥成型主要在使用时，如加工混凝土制品等。
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（5）烘干
烘干是为了除去物料或坯体中一定量的自由水。 陶瓷成型后的坯体必须经过干燥，才能进入烧成。 （6）高温热处理
无机非金属材料工业所用原料具有很好的稳定性和耐 高温性，它们互相反应生成新的物质或使其形成熔融体， 必须在较高的温度下进行，因此大部分无机非金属材料生产 都需要高29
典型生产工艺流程
机械化立窑水泥生产工艺流程图
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典型生产工艺流程
回转窑水泥生产工艺流程图
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典型生产工艺流程
玻璃类（浮法）
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典型生产工艺流程
陶瓷（釉面砖类）
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典型生产工艺流程
碳素材料类
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图0-2-1 物质内能与体积随温度的变化
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图0-2-2 不同冷却速度下玻璃的比容与温度的关系

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➢ 固体反应的过程 （MgO + Al2O3 → MgAl2O4)
MgO/MgAl2O4界面:
MgO
4MgO + 2Al3+ - 3Mg2+
→ MgAl2O4
反应起始界面
MgAl2O4/Al2O3界面:
Al2O3
4Al2O3 + 3 Mg2+ - 2Al3+
MgAl2O4产物层 → 3MgAl2O4
晶体 （Crystals）
完美晶体（Perfect crystals） [原子在 三维空间排列无限 延伸有序， 并有 严格周期性]
缺陷晶体 （Defect crystals） [固体中 原子排列有易位、 错位以及本体组成 以外的杂质]
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固体原料混合物以固体形式直接反应过程是制 备多晶固体（即粉末）最为广泛应用的方法。固体 混合物在室温下经历一段时间，并没有可觉察的反 应发生。为使反应以显著速度发生，通常必须将它 们加热至甚高温度，一般在1000 ~ 1500℃。 热力学和动力学两种因素在固体反应中都极为 重要：热力学通过考察一个特定反应的自由能来判 断该反应能否发生，动力学因素则决定反应进行的 速率。
过程分析 MgO和Al2O3两种晶体反应是相互紧密接触，共享一个公用
面，即产物先在界面生成，存在尖晶石晶核的生长困难，还有产物随之
进行扩散的困难。上图给出氧化镁和氧化铝反应生成尖晶石过程的示意
图。由图可见，当MgO和Al2O3两种晶体加热后，在接触面上局部生成一 层MgAl2O4。
反应的第一阶段是生成MgAl2O4晶核，晶核的生成是比较困难的， 这是因为：首先，反应物和产物的结构有明显的差异，其次是生成物涉

定义：成型就是将制备好的坯料，用 各种不 同的方 法 制成具有一定形状和尺寸的坯件(生坯 )。
成型工序应的要求： ❖ 坯件应符合产品所要求的生坯形状和 尺寸。 ❖ 坯体应具行相当的机械强度，以便于 后续工 序的操 体。 ❖ 坯体结构均匀，且有一定的致密度。 ❖ 成型过程适合于多。快、好、省地组 织生产 。
目的：为了满足制品形状或下一工序 要求， 制备好 的混合 料需要成型。
对水泥生产而言，立窑、立波尔窑的入窑生料，
❖
混凝土的使用需要成型； ❖ 陶瓷生产中坯料需成要型； ❖ 在玻璃生产中，玻璃制品需要成型。
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粒化（成球）
定义：泛指将粉体(或浆液)加工成型 状和尺 寸都比 较匀整 的球块的机械过程。
粉体粒化的目的：
❖ 能保持混合物的均匀度在贮存、输送与包装时不发生变化； ❖ 有利于改善物理化学反应的过程； ❖ 可以提高物料流动性，便于输送与贮存； ❖ 大大减少粉尘飞扬； ❖ 扩大微粉状原料的适用范围； ❖ 便于计量以及满足商业上要求等。
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造粒方法及分类
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➢ 另一类结合剂在常温下可提高坯料的 塑性， 高温下 仍 留在坯体中，这类称为粘结剂，多 数为无 机物质 ，如 硅酸盐和硫酸盐等。
塑化剂在特陶坯料生产中起着提高坯 料塑性 和生坯 强度 的作用。生产中使用的塑化剂由粘合 剂、增 塑剂和 溶剂 以适当比例调配而成。
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（3） 润滑剂
用于提高粉料的湿润性， 减少粉料颗粒之间及粉料与 模壁之间的摩擦，以增大压 制坯体的密度，促进其均匀 化。通常采用含极性官能团 的有机物作润滑剂。
（6）干法磨机通风
磨内通风可冷却磨内物料，改善易磨 性。

1 无机非金属材料概述
无
2 无机非金属材料地位及应用
机
非
3 典型无机非金属材料
方 向
4 关于本门课程
1.1 无机非金属材料概述
材料科学与工程学院
无机非金属材料科学基础
1.1.1 无机非金属材料定义与分类 1.1.2 无机非金属材料的特性 1.1.3 无机非材料制备的共性
1.1.1 无机非金属材料定义及分类
▪ 结
构
从科功能 学研信息究的角人 工度讲能 源，传统生物无
陶 瓷
机非陶瓷已是非材料 热点晶 体领域？材 料
材 料
非 金 属
传 统 无 机
碳化物 氮化物 氧化物
电磁声 光热 生物
单晶硅 磁存储
激光晶 体、光 学晶体
太阳能 电池 超导
生物陶 瓷、玻 璃、水
泥
水泥 玻璃 陶瓷
1.1.2 无机非金属材料特性
无机非金属材料科学基础
教师：赵宇龙 83995875 13645206621
学院：材料学院
课程说明
材料科学与工程学院
无机非金属材料科学基础
▪ 材料科学基础 ≈ 金属学原理
▪ 材料科学与工程（1994）== 金属 + 无机非 + 高分子
▪
▪
无▪机正（≈式非学无金机习属材之）料前物材理料，化科先学学来基看础一下“本门课程”
凝土个约2角0亿度m来3；讲不是？一体，变为一体！
陶瓷：坚硬的躯体，亮丽的表面，丰富的原料！ 建筑陶瓷：每年30亿m3，世界产量的50%；
▪卫日传生用统陶陶瓷瓷无：：机6102非000亿万：件件水，，世泥世界界、产产陶量量6瓷200%、%；；玻璃、
耐火材料？

（一）流动曲线
由流动曲线可知在 某应力下某种材料流动 速度的快慢，粘度、表 观粘度的大小。
无机非金属 材料工学
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1
课程内容
第一篇 无机非金属材料成型
第二篇 水泥工艺学
第三篇 玻璃工艺学
第四篇 陶瓷工艺学
第五篇 水泥概述及其生产
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2
材料分类：
① 金属材料；
② 无机非金属材料：⑴ 矿物岩石材 料；⑵ 水泥、玻璃；⑶ 陶瓷、耐火 材料；
③ 高分子材料；
氧化铝、石英等的悬浮液具有胀流性；一般陶瓷泥浆为假塑
性。
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三、流变模型与本构方程
又称流变状态方程，是联系应力、应变、应力速率和应变速
率的方程的总称。
同时具有两种或三种变形，流变模型可以通过各种基本元件 串联及并联方式组成。
油漆、水泥浆等：粘性液体，不致流下，具有固体的性质。
称宾汉体模型。 当剪切力τ<f时，塑性元件不发生变形， 与之并联的粘性元件也只能保持不变。这时， 弹性元件的变形，就是整个系统的变形，因 此：
体，经适当的手段和设备变成一定形状制品的过程。
成型一般由两个步骤组成：
（1）使可流动变形的物料成为所需要的形状
研究在外力作用下物料流动与变形的规律，流变学研究的
内容；
（2）通过不同的机制使其定形。
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几种体系：
1.无机胶凝材料浆体（如水泥、石灰、石膏等）：水化
产物使浆体固化。
2. 陶瓷泥料的可塑成型：可塑性、定形、干燥后强度提
其流变方程为：
•
τ 剪切应力
η 粘度系数
*
剪切应变精速选编率辑ppt

5：烧结带： 1400
烧结，熔融，得熟料
5、主要成分：硅酸三钙(3CaO•SiO2)、 硅酸二钙(2CaO•SiO2)、 铝酸三钙(3CaO•Al2O3)等
6、主要性能：水硬性 水泥的标号 7、主要用途：建筑、修路。 如：水泥
砂浆、混凝土、钢筋混凝土 。
二、玻璃 1、原 料：纯碱、石灰石和石英 2、主要设备：玻璃熔炉 3、生产过程：原料粉碎，玻璃熔炉中强热，成 型冷却
100 600 900
水分蒸发 有机物燃烧和高岭土的脱水
石灰石分解，CaO和SiO2 Al2O3发生固态反应 高温
4:煅烧带
1100
3CaO + Al2O3= 3 CaO . Al2O3 2 CaO + SiO2= 2 CaO . SiO2 3 CaO + SiO2 = 3 CaO . SiO2
高温 高温
三、陶瓷(China)
1、主要原料：粘土 2、传统生产过程：混和、成型、干燥、 烧结、冷却 3、反应原理：复杂的物理、化学变化 4、主要成分：硅酸盐
5、主要特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高
温、绝缘、易成型等优点。
６、主要种类： 土器：砖瓦
红瓦（自然冷却，Fe2O3含量较多） 青瓦(淋水冷却，Fe3O4、FeO较多)
水泥回转窑
练习
1、普通玻璃是 （混合物、纯 净物）。 玻璃可在一定温度范围内软化， 制成工艺品等。这是因为玻璃不 是 ，而是一种 物质， 没有固定 。 2、制水泥和玻璃时都需要用的原料是 （ ） （A）粘土 （C）石灰石 （B）石英 （D）纯碱
3、下列说法正确的是（ ）
（A）SiO2是酸性氧化物，它不溶于水 也不溶于任何酸
1、快乐总和宽厚的人相伴，财富总与诚信的人相伴，聪明总与高尚的人相伴，魅力总与幽默的人相伴，健康总与阔达的人相伴。 2、人生就有许多这样的奇迹，看似比登天还难的事，有时轻而易举就可以做到，其中的差别就在于非凡的信念。 3、影响我们人生的绝不仅仅是环境，其实是心态在控制个人的行动和思想。同时，心态也决定了一个人的视野和成就，甚至一生。 4、无论你觉得自己多么了不起，也永远有人比更强;无论你觉得自己多么不幸，永远有人比你更不幸。 5、也许有些路好走是条捷径，也许有些路可以让你风光无限，也许有些路安稳又有后路，可是那些路的主角，都不是我。至少我会觉得，那些路不是自己想要的。 6、在别人肆意说你的时候，问问自己，到底怕不怕，输不输的起。不必害怕，不要后退，不须犹豫，难过的时候就一个人去看看这世界。多问问自己，你是不是已经为了梦想而竭尽全力了? 7、人往往有时候为了争夺名利，有时驱车去争，有时驱马去夺，想方设法，不遗余力。压力挑战，这一切消极的东西都是我进取成功的催化剂。 8、真想干总会有办法，不想干总会有理由;面对困难，智者想尽千方百计，愚者说尽千言万语;老实人不一定可靠，但可靠的必定是老实人;时间，抓起来是黄金，抓不起来是流水。 9、成功的道路上，肯定会有失败;对于失败，我们要正确地看待和对待，不怕失败者，则必成功;怕失败者，则一无是处，会更失败。1、快乐总和宽厚的人相伴，财富总与诚信的人相伴，聪明总与高尚的人相伴，魅力总与幽默的人相伴，健康总与阔达的人相伴。 2、人生就有许多这样的奇迹，看似比登天还难的事，有时轻而易举就可以做到，其中的差别就在于非凡的信念。 3、影响我们人生的绝不仅仅是环境，其实是心态在控制个人的行动和思想。同时，心态也决定了一个人的视野和成就，甚至一生。 4、无论你觉得自己多么了不起，也永远有人比更强;无论你觉得自己多么不幸，永远有人比你更不幸。 5、也许有些路好走是条捷径，也许有些路可以让你风光无限，也许有些路安稳又有后路，可是那些路的主角，都不是我。至少我会觉得，那些路不是自己想要的。 6、在别人肆意说你的时候，问问自己，到底怕不怕，输不输的起。不必害怕，不要后退，不须犹豫，难过的时候就一个人去看看这世界。多问问自己，你是不是已经为了梦想而竭尽全力了? 7、人往往有时候为了争夺名利，有时驱车去争，有时驱马去夺，想方设法，不遗余力。压力挑战，这一切消极的东西都是我进取成功的催化剂。 8、真想干总会有办法，不想干总会有理由;面对困难，智者想尽千方百计，愚者说尽千言万语;老实人不一定可靠，但可靠的必定是老实人;时间，抓起来是黄金，抓不起来是流水。14、成长是一场和自己的比赛，不要担心别人会做得比你好，你只需要每天都做得比前一天好就可以了。 15、最终你相信什么就能成为什么。因为世界上最可怕的二个词，一个叫执着，一个叫认真，认真的人改变自己，执着的人改变命运。只要在路上，就没有到不了的地方。 16、你若坚持，定会发光，时间是所向披靡的武器，它能集腋成裘，也能聚沙成塔，将人生的不可能都变成可能。 17、人生，就要活得漂亮，走得铿锵。自己不奋斗，终归是摆设。无论你是谁，宁可做拼搏的失败者 9、成功的道路上，肯定会有失败;对于失败，我们要正确地看待和对待，不怕失败者，则必成功;怕失败者，则一无是处，会更5、别着急要结果，先问自己够不够格，付出要配得上结果，工夫到位了，结果自然就出来了。 6、你没那么多观众，别那么累。做一个简单的人，踏实而务实。不沉溺幻想，更不庸人自扰。 7、别人对你好，你要争气，图日后有能力有所报答，别人对你不好，你更要争气望有朝一日，能够扬眉吐气。 8、奋斗的路上，时间总是过得很快，目前的困难和麻烦是很多，但是只要不忘初心，脚踏实地一步一步的朝着目标前进，最后的结局交给时间来定夺。 9、运气是努力的附属品。没有经过实力的原始积累，给你运气你也抓不住。上天给予每个人的都一样，但每个人的准备却不一样。不要羡慕那些总能撞大运的人，你必须很努力，才能遇上好运气。 10、你的假装努力，欺骗的只有你自己，永远不要用战术上的勤奋，来掩饰战略上的懒惰。 11、时间只是过客，自己才是主人，人生的路无需苛求，只要你迈步，路就在你的脚下延伸，只要你扬帆，便会有八面来风，启程了，人的生命才真正开始。 12、不管做什么都不要急于回报，因为播种和收获不在同一个季节，中间隔着的一段时间，我们叫它为坚持。失败。11、学会学习的人，是非常幸福的人。——米南德 12、你们要学习思考，然后再来写作。——布瓦罗 13、在寻求真理的长河中，唯有学习，不断地学习，勤奋地学习，有创造性地学习，才能越重山跨峻岭。——华罗庚 14、许多年轻人在学习音乐时学会了爱。——莱杰 15、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基 16、我们一定要给自己提出这样的任务：第一，学习，第二是学习，第三还是学习。——列宁 17、学习的敌人是自己的满足，要认真学习一点东西，必须从不自满开始。对自己，“学而不厌”，对人家，“诲人不倦”，我们应取这种态度。——毛泽东 18、只要愿意学习，就一定能够学会。——列宁 19、如果学生在学校里学习的结果是使自己什么也不会创造，那他的一生永远是模仿和抄袭。——列夫· 托尔斯泰 20、对所学知识内容的兴趣可能成为学习动机。——赞科夫 21、游手好闲地学习，并不比学习游手好闲好。——约翰· 贝勒斯 22、读史使人明智，读诗使人灵秀，数学使人周密，自然哲学使人精邃，伦理学使人庄重，逻辑学使人善辩。——培根 23、我们在我们的劳动过程中学习思考，劳动的结果，我们认识了世界的奥妙，于是我们就真正来改变生活了。——高尔基 24、我们要振作精神，下苦功学习。下苦功，三个字，一个叫下，一个叫苦，一个叫功，一定要振作精神，下苦功。——毛泽东 25、我学习了一生，现在我还在学习，而将来，只要我还有精力，我还要学习下去。——别林斯基、学习外语并不难，学习外语就像交朋友一样，朋友是越交越熟的，天天见面，朋友之间就亲密无间了。——高士其 2、对世界上的一切学问与知识的掌握也并非难事，只要持之以恒地学习，努力掌握规律，达到熟悉的境地，就能融会贯通，运用自如了。——高士其 3、学和行本来是有联系着的，学了必须要想，想通了就要行，要在行的当中才能看出自己是否真正学到了手。否则读书虽多，只是成为一座死书库。——谢觉哉、你的假装努力，欺骗的只有你自己，永远不要用战术上的勤奋，来掩饰战略上的懒惰。 11、时间只是过客，自己才是主人，人生的路无需苛求，只要你迈步，路就在你的脚下延伸，只要你扬帆，便会有八面来风，启程了，人的生命才真正开始。 12、不管做什么都不要急于回报，因为播种和收获不在同一个季节，中间隔着的一段时间，我们叫它为坚持。 13、你想过普通的生活，就会遇到普通的挫折。你想过最好的生活，就一定会遇上最强的伤害。这个世界很公平，想要最好，就一定会给你最痛。