無機(jī)非金屬材料工學(xué)整理

1、1、無機(jī)材料生產(chǎn)共性和個性：共性：1、原料都來白儲量豐富的天然非金屬礦物 2、粉料的制備與運(yùn)輸3、高溫加熱 （熱處理）4、成型5、干燥。個隹：P（表示粉體制備過程）H（熱處理過程）F （成型過程）1、膠凝材料（水泥）PHP2、 玻璃PHF 3 陶瓷和耐火材料 PFH2、粘土定義：粘土是一種或多種含水鋁硅酸鹽礦物的混合體。3、粘土的三大組成：礦物組成、化學(xué)組成和顆粒組成.粘土礦物組成：高嶺石類（包括高嶺石、多水高嶺石等）特點(diǎn)：吸附能力小，可塑性和結(jié)合性較差，雜質(zhì)少、白度高、耐火度高。蒙脫石類（包括蒙脫石、葉蠟石等） 特點(diǎn)：是能吸收大量的水，體積膨脹，離子交換 能力強(qiáng)，膨潤土可塑性大，觸變厚化性強(qiáng)

2、，嚴(yán)重影響泥漿性能。隨外界環(huán)境的溫度和 濕度而變化，引起C軸膨脹與收縮。伊利石類（也稱水云母） 特點(diǎn)：一般可塑性低，干后強(qiáng)度小，干燥燒成收縮小，燒結(jié) 溫度低，燒結(jié)范圍窄。化學(xué)組成：二氧化硅，三氧化二鋁，結(jié)晶水還有少量堿金屬氧化物堿土金屬氧化物著 色氧化物等。顆粒組成：指粘土中不同大小顆粒的百分含量。4、粘土的工藝性質(zhì)：可塑性，離子交換性，觸變性，膨化性，收縮性，燒結(jié)性能（1）可塑性：粘土與適量水混練后形成泥團(tuán)，在外力作用下塑造成各種形狀而不開裂， 當(dāng)外力除去后仍能維持原來形狀的性質(zhì)?？伤苄灾笖?shù)則為液限與塑限的差值，表示粘土能形成可塑泥團(tuán)的水分變化范圍?？伤苄灾笜?biāo)在工作水分下，泥料受外力作用最初

3、出現(xiàn)裂紋時應(yīng)力與應(yīng)變的乘積。（2）離子交換性：粘土顆粒吸附的離子被其它同性電荷的離子置換，發(fā)生離子交換的性質(zhì)（3）觸變性：粘土泥漿或可塑泥團(tuán)受到振動或攪拌時，粘度會降低而流動性增加靜置后能恢復(fù)原來狀態(tài)5、 長石類原料：鈉長石（玻璃釉），鉀長石（陶瓷釉），鈣長石（水泥），鑰長石 滑石結(jié)構(gòu)：層狀結(jié)構(gòu)6、破碎的方式：擠壓，劈裂，折斷，磨剝，沖擊。破碎設(shè)備：顆式破碎機(jī)、圓錐式破碎機(jī)，輻式破碎機(jī)，反擊式破碎機(jī)、薨式破碎機(jī)超細(xì)磨：振動磨、攪拌磨、沖擊磨、氣流磨、行星磨7、玻璃退火的目的，退火包括哪幾個工藝階段？各個階段的要點(diǎn)有哪些？退火定義：消除玻璃制品在成型或熱加工后殘留在制品內(nèi)的永久應(yīng)力的過程。目的：

4、防止炸裂和提高玻璃的機(jī)械強(qiáng)度。玻璃退火包括加熱、保溫、慢冷 及快冷四個階段。加熱階段：把制品加熱到退火溫度。加熱速度可以較快。慢冷階段：防止在降溫過程 中由于溫度梯度而產(chǎn)生新的應(yīng)力。初冷速度應(yīng)最低。慢冷階段的結(jié)束溫度，必須低于 玻璃的應(yīng)變點(diǎn)?？炖潆A段：指應(yīng)變溫度到室溫這段溫度區(qū)間。保證制品不致因?yàn)闊釕?yīng) 力而破壞的前提下，可以盡快冷卻玻璃制品。成型：將配合料制成的漿體、可塑泥團(tuán)、半干粉料或熔融體經(jīng)適當(dāng)?shù)氖侄卧O(shè)備變成一 定形狀的制品的過程。注漿成型：（傳統(tǒng)）在石膏模的毛細(xì)管力作用下，含一定水分的粘土泥漿脫水硬化成坯 的過程。（現(xiàn)代）：將陶瓷配合料制成能流動的漿體，注入模型，依靠模具的脫水（或 其它

5、特別的）作用而成型。8、人工干燥的加熱方式：外熱源法、內(nèi)熱源法。干燥也稱為烘干，用加熱的方法除去物料中部分物理水分的過程。外熱源法：是指在物料的外部對物料表面加熱使物料受熱，蒸發(fā)水分，而得以干燥。內(nèi)熱源法：是將濕物料放在高頻交變的電磁場中或微波場中，使物料本身的分子產(chǎn)生 劇烈的熱運(yùn)動發(fā)熱或使交變電流通過物料而產(chǎn)生熱量，物料中水分蒸發(fā)，得以干燥。干燥方法及其特點(diǎn)：1、對流（輻射）：熱擴(kuò)散方向與濕擴(kuò)散方向相反，不利于干燥速度提高。2、電干燥：熱擴(kuò)散、濕擴(kuò)散方向一致，干燥速度快，單位熱耗小。3、微波干燥：熱、濕傳導(dǎo)方向一致。均勻快速。4、紅外干燥：熱擴(kuò)散、濕擴(kuò)散方向一致，加熱均勻。內(nèi)擴(kuò)散包括：濕擴(kuò)散

6、（水分濃度差）和熱擴(kuò)散（溫度差）熱擴(kuò)散是指在溫度差的作用下，水分從物料內(nèi)溫度高的地方向溫度低的地方的遷移過程。濕擴(kuò)散是指在水分濃度差的作用下，水分從物料內(nèi)濃度高的的地方向濃度低的地 方的遷移過程9、燧燒優(yōu)點(diǎn)：1.提高物理性能2.破壞層狀結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定晶型3.便于破碎，減小收縮率10、燒成制度：包括溫度制度，氣氛制度，壓力制度。壓力制度旨在保證溫度制度和 氣氛制度。燒成溫度：是指陶瓷坯體燒成時獲得最優(yōu)性質(zhì)時的相應(yīng)溫度，即燒成時的止火溫度。燒成范圍：燒成溫度實(shí)際上是指一個允許的溫度范圍，習(xí)慣上稱之為燒成范圍。下限溫度是坯體技術(shù)性能開始達(dá)到要求指標(biāo)時的對應(yīng)溫度；上限溫度是坯體的結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)開始劣化時的

7、溫度。燒結(jié)溫度：材料加熱過程達(dá)到氣孔率最小、密度最大時的溫度。11、 多孔陶瓷的成孔方法：（1）顆粒堆積成孔（2）可燃盡物質(zhì)成孔（3）不完全灼燒成孔（4）機(jī)械成孔（5）高溫分解物質(zhì)發(fā)泡成孔（6）超微孔成孔多孔陶瓷配方：骨料，粘結(jié)劑，成孔劑。工藝特點(diǎn)：燒成溫度和燒結(jié)溫度不一致。多孔陶瓷的燒成方法：粘結(jié)劑?；辰Y(jié)骨料顆粒；足夠的機(jī)械強(qiáng)度；達(dá)到所要求的氣孔率合理的燒成溫度12、釉是覆蓋在陶瓷坯體表面的一層近似玻璃態(tài)的物質(zhì)。施釉的基本方法：浸釉，淋釉，噴釉。還有靜電施釉、流化床施釉、干壓施釉等 電瓷: 高強(qiáng)度電瓷和半導(dǎo)體瓷。高強(qiáng)度瓷主要有石英瓷，高鋁瓷，普通高壓瓷。半導(dǎo)體瓷是由60%70%E右的普通白

8、釉和具有導(dǎo)電性的金屬氧化物或預(yù)先合成的導(dǎo)電 性化合物配制而成。目的是使電瓷表面電阻率降低，有一定的導(dǎo)電性。13、 釉料的基本性質(zhì)：1、一定的細(xì)度2、適中的相對密度3、適宜的流動性（粘度）14、釉層的性質(zhì)：（1）釉料熔融溫度范圍：始熔溫度至流動溫度的范圍稱為釉料熔融溫度范圍。（2）釉的粘度和表面張力（3）釉的彈性和熱膨脹性：釉的彈性可用彈性模 數(shù)來表征，彈性模數(shù)小，則彈性大，反之則彈性小。（4）釉的硬度和光澤度（5）釉層的化學(xué)穩(wěn)定性坯料定義：將陶瓷原料經(jīng)過配料和加工后，得到的具有成型性能的多組分混合物。根據(jù)成型方法不同分為：注漿坯料：含水率28%35河塑坯料18%25滸制坯料3%7% 坯體組成的

9、表示方法：配料比表示、化學(xué)組成表示、礦物組成表示、實(shí)驗(yàn)公式表示、 分子式表示化工陶瓷生產(chǎn)工藝要點(diǎn)：（1）配料組成：耐酸，加入氧化硅氧化皓等；耐HF,提高3A2S 的含量；耐堿加入氧化鎂最好。（2）配料中摻入許多孰料；（3）用食鹽釉（在燒成過 程中，進(jìn)行施釉），食鹽釉和坯體結(jié)合良好耐酸不脫落不開裂；（4）陶瓷的燒成溫度再 1280° 1350° C范圍內(nèi)，氧化氛圍燒成?；ぬ沾商岣吣退嵝苑椒ǎ杭尤攵趸?，氧化皓等；配料中摻入熟料；加入食鹽釉。提高耐熱性的方法：加入剛玉，滑石提高熱穩(wěn)定性；增加氧化鎂，氧化鍛，氧化皓低溫?zé)桑悍矡蓽囟扔休^大幅度降低（如降低幅度在80100C以

10、上者）且產(chǎn)品性能 與通常燒成的性能相近的燒成方法可稱為低溫?zé)?。一次燒成是將施好釉的生坯（也稱釉坯）經(jīng)一次燧燒直接得到產(chǎn)品的方法。二次燒成分兩種類型：一是將生坯燒到足夠高的溫度使之成瓷，然后施釉，再在較低 的溫度下進(jìn)行釉燒。這種方法稱為“高溫素?zé)?，低溫（中溫）釉燒?，二是先將生坯在 較低的溫度下燒成素坯，然后施釉，再在較高的溫度下進(jìn)行釉燒而得到產(chǎn)品。這科方 法稱為“低溫素?zé)?，高溫釉燒”退火工藝特點(diǎn)（8個字）：加熱，保溫，慢冷，快冷。熱鋼化工藝特點(diǎn)（8個字）：加熱，保溫，快冷，慢冷。玻璃熔制：將配合料經(jīng)過高溫加熱形成均勻的無氣泡的，并符合成型要求的玻璃液的過程。玻璃的熔制包括物理和化學(xué)以及物理

11、化學(xué)三個過程。影響玻璃析晶的因素：玻璃成分、玻璃的結(jié)構(gòu)因素、分相的作用、工藝因素。玻璃粘度與溫度的關(guān)系： 玻璃液在高溫時，粘度變化不大；隨著溫度的降低，粘度的變化慢慢增大，待到低溫時，粘度就急劇地增加。在整個玻璃粘度溫度曲線上，沒有粘度突變點(diǎn)。玻璃體的三大類缺陷：氣泡（氣體類夾雜物），結(jié)石（結(jié)晶夾雜物），條紋和節(jié)瘤（玻 璃態(tài)夾雜物）玻璃分類（6種）：元素玻璃、氧化物玻璃、鹵素化合物玻璃（透紅外）、硫?qū)僭鼗?物（半導(dǎo)體）、混合玻璃、金屬玻璃短性玻璃：在l0A210A 8Pas粘度范圍內(nèi)溫度范圍小的玻璃稱短性玻璃， 隨溫度變化, 粘度變化速率快，又稱為快凝玻璃長性玻璃：在10八210八8Pas

12、粘度范圍內(nèi)溫度范圍大的玻璃稱長性玻璃， 隨溫度變化, 粘度變化速率慢，又稱為慢凝玻璃高硅氧玻璃：二氧化硅高達(dá)96咖上的玻璃，是利用玻璃組成的B區(qū)易于分相的特點(diǎn)制 成的。耐火度：耐火材料在無荷重時抵抗高溫作用而不熔化的性質(zhì)。耐火材料：耐火度不低于1580C的無機(jī)非金屬材料耐火材料的組成：化學(xué)組成和礦物組成荷重軟化溫度：耐火材料在一定的重力負(fù)荷和熱負(fù)荷共同作用下達(dá)到某一特定壓縮變 形時的溫度。硅制耐火材料：典型的耐酸性材料，主晶相為鱗石英和方石英，基質(zhì)為石英玻璃相 鎂質(zhì)耐火材料：主成分MgO主晶相方鎂石；氧化鎂含量80%85阪上的堿性耐火材料， 耐火度高。玻璃窯，水泥窯，陶瓷窯高溫帶常用的耐火材料

13、。CaO/SiO2=0橄欖石M2S CaO/SiO2=1 鈣鎂橄欖石 CMS容點(diǎn) 1890 ； CaO/SiO2=1.5 鎂薔薇輝石 C3MS2 1575 ;CaO/SiO2=2硅酸二鈣 C2S,2130。不定型耐火材料：是由合理級配的粒狀和粉狀料與結(jié)合劑共同組成的不經(jīng)形成和燒成而直接使用的耐火材料。1、碳素耐火材料：無定性碳為主要組成 2、石墨耐火材料：結(jié)晶型組要組成。3.碳化硅耐火材料碳素耐火材料生產(chǎn)工藝特點(diǎn)：熱態(tài)成型，冷卻定型，在隔絕空氣下燒成。碳化硅耐火制品：（1）粘土和氧化物結(jié)合的耐火制品；（2）氮化硅結(jié)合的碳化硅制品（3）白結(jié)合和再結(jié)晶的碳化硅制品（4）半碳化硅制品硅酸鋁質(zhì)耐火材料

14、：（1）半硅質(zhì)耐火材料，三氧化二鋁含量 15%30% 2）粘土質(zhì)耐火材料，三氧化二鋁含量30%46%3）高鋁質(zhì)耐火材料，三氧化二鋁含量大于 46%礦化劑：能在高溫下促進(jìn)石英轉(zhuǎn)化，對制品性能影響很小比較經(jīng)濟(jì)和容易獲得。最常用的礦化劑有CaO FeQ水泥與硅酸鹽水泥生產(chǎn)控制中常用的三個率值：硅率SM鋁率IM和石灰飽和系數(shù)KH水化程度：單位時間內(nèi)水泥水化反應(yīng)的進(jìn)展程度。通常用已經(jīng)水化反應(yīng)的水泥占總水泥的百分?jǐn)?shù)（«）來表示，即水化程度1、超細(xì)粉體的制備方法及其特點(diǎn)超微粉粒度一般為1100nm左右，粉體制備方法：粉碎法和合成法。粉碎法是由粗顆粒來獲得細(xì)粉的方法，超細(xì)粉的制備機(jī)械式和流能式兩類。

15、機(jī)械式粉碎機(jī)：振動磨機(jī)（特點(diǎn)：適應(yīng)性強(qiáng)，顆粒球形度不好）、攪拌磨機(jī)（特點(diǎn)：顆粒球形度 好但雜質(zhì)多）、行星磨（粉末球形度好但產(chǎn)量低）、膠體磨、沖擊磨等。流能式超細(xì)磨： 氣流磨（特點(diǎn)：不需要任何固體研磨介質(zhì)，能夠連續(xù)操作耗電量大，附屬設(shè)備多）特點(diǎn)：制粉得到1微米以下的粉料較為困難，能耗大，效率低，雜質(zhì)易于混入，粒子易于變形。合成法包括：物理工藝和化學(xué)工藝。物理工藝主要為構(gòu)筑法，通過各元素的原子、分 子的成核核長大生成超微粉。化學(xué)工藝的制備過程以化學(xué)反應(yīng)為主，分為固相法、氣 相法、液相法。特點(diǎn)：純度、粒度可控、均勻性好，顆粒微細(xì)，并可實(shí)現(xiàn)顆粒在分子水平上的復(fù)合、 均化。2、無機(jī)非金屬材料主要有哪些成

16、型方法，以及各白有哪些特點(diǎn)成型方法主要有（1）漿料成型：漿料成型基本多屬于塑性體，其中液相是連續(xù)的。包括陶瓷主要為注漿成型（空心注漿和實(shí)心注漿）、熱壓成型，流延成型混凝土漿體的成型包括振動密實(shí)成型、壓制密實(shí)成型、離心脫水密實(shí)成型（2）可塑成型法： 包括擠壓成型、旋坯成型、滾壓成型、塑壓成型、車坯成型、軋膜成型、注塑成（3）壓制成型是將粉狀的坯料在鋼模中壓成致密坯體的一種成型方法。壓制成型的坯料水分少、壓力大，因而坯體較致密，收縮較小、形狀準(zhǔn)確。（4）玻璃的成型：吹制成型、拉制成型、浮法生產(chǎn)平板玻璃 3、玻璃熔融的幾個階段，每個階段的物理變化（1）、硅酸鹽形成階段配合料一孝鱷蝦竺芯（_80盲延C

17、）T不透明燒結(jié)物（由硅酸鹽和未熔二氧化硅組成）此階段結(jié)束時，配合料變成由硅酸鹽和二氧化硅組成的不透明燒結(jié)物（2）、玻璃形成階段燒結(jié)物透明體二氧化硅在硅酸鹽中倍擴(kuò)散 含有大量氣泡和不均體（1200 C）（3）、玻璃液的澄清階段透明體無氣泡的玻璃液逐步排除可見氣泡到誅程度對鈉鈣硅玻璃溫1400 1500 C '（4）、玻璃的均化階段均化的作用就是在玻璃液中消除條紋和其他不均勻體，使玻璃液的各部分在化學(xué)組成 上達(dá)到預(yù)期的均勻一致。（5）、玻璃的冷卻階段均化后的玻璃液需要適當(dāng)降溫將玻璃液的粘度增高到成形制度所需的范圍。冷卻過程中玻璃液溫度通常降低200300 Co4、玻璃浮法生產(chǎn)中選擇浮化介質(zhì)

18、的原則浮法是指玻璃液漂浮在熔融金屬表面上生產(chǎn)平板玻璃的方法。 其優(yōu)點(diǎn)是玻璃質(zhì)量高（接 近或相當(dāng)于機(jī)械磨光玻璃），拉引速度快，產(chǎn)量大，厚度可控制在 1.730mm,寬度目 前可達(dá)5.6m,便于生產(chǎn)白動化。（1）在1050C溫度下的密度要大于玻璃，一般要求其密度大于2500kg/m3; （2）金屬的熔點(diǎn)低于600C，沸點(diǎn)高于1050C, 1000C左右的蒸氣壓應(yīng)盡可能低，要求低于 13.33P& （3）容易還原，在還原氣氛中能以單質(zhì)金屬液存在。（4）在1000C左右溫度下，不與玻璃發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。5、物料干燥的幾個階段，哪個階段最危險干燥方法：對流干燥，電干燥，微波干燥，紅外干燥。物料干燥過

19、程包括三個階段：加熱、等速干燥和降速干燥階段。加熱階段：初期干燥介質(zhì)傳給物料的熱量大于物料中水分蒸發(fā)的熱量，使物料溫度升 高，水分蒸發(fā)量升高。等速干燥階段：干燥介質(zhì)傳給物料的熱量等于于物料中水分蒸 發(fā)的熱量，物料溫度不變，內(nèi)擴(kuò)散速率大于外擴(kuò)散速率。這一階段干燥速率過大會發(fā) 生因物料體積收縮而引起的制品變形或開裂故事，為危險期。降速干燥階段：干燥介 質(zhì)傳給物料的熱量小于于物料中水分蒸發(fā)的熱量，內(nèi)擴(kuò)散速率小于外擴(kuò)散速率。當(dāng)物 料的水分達(dá)到平衡水分時，干燥速率降到零。6、 簡述常壓、熱壓、熱等靜壓、反應(yīng)、氣氛燒結(jié)的方法及優(yōu)缺點(diǎn)？（重點(diǎn)常壓、熱壓）（一）常壓燒結(jié)常壓燒結(jié)，又稱無壓燒結(jié)，即在通常的大氣壓

20、下 （無特殊氣氛、常壓下），在沒有外加動力作用下坯體白由燒結(jié)，材料開始燒結(jié)的溫度通常需達(dá)到材料熔 點(diǎn)的0.50.8倍，常壓燒結(jié)過程的關(guān)鍵是控制燒成制度。 優(yōu)點(diǎn)：適宜于大批量生產(chǎn) 可制造形狀復(fù)雜的制品。缺點(diǎn)：收縮率一般氣孔殘留有時強(qiáng)度稍差（二）熱壓燒結(jié) 高溫高壓下成型和燒結(jié)同時完成的方法。在燒結(jié)過程中同時施加一定的外力，使材料加速塑性流動、重排和致密化。優(yōu)點(diǎn)：晶粒細(xì)小能制得高密度制品可燒結(jié)燒結(jié)性差的陶瓷。缺點(diǎn)晶粒細(xì)小能制得高密度制品 可燒結(jié)燒結(jié)性差的陶瓷（三）熱等靜壓燒結(jié) 是將粉末壓坯或裝入包套的粉料裝入高壓容器中， 使粉料經(jīng)受高溫 和均衡壓力的作用，被燒結(jié)成致密件。優(yōu)點(diǎn)：能制造缺陷少的高強(qiáng)度制

21、品容易 粘結(jié)。缺點(diǎn)：需要產(chǎn)生高壓高溫氣體的裝置,需要模具盒（四）反應(yīng)燒結(jié)在原料合成的同時進(jìn)行燒結(jié)。優(yōu)點(diǎn)：也能制造形狀復(fù)雜的制品燒結(jié)后尺寸基本不變。缺點(diǎn)：有氣孔殘留強(qiáng)度較低（五）氣氛燒結(jié) 對于空氣中難以燒結(jié)的制品（如透明陶瓷或非氧化物陶瓷）為防止其氧 化等，須采用氣氛燒結(jié)方法。特點(diǎn)：可用氣氛控制原子價可調(diào)節(jié) Fe2+、Fe3+等。7、普通陶瓷燒成的幾個階段及每個階段的物理化學(xué)變化一）低溫預(yù)熱階段（300C左右）坯體的變化：（1）質(zhì)量減輕；（2）氣孔率增加；（3） 體積收縮。二）氧化分解階段（300950 C）1、結(jié)晶水的排出2、碳素和有機(jī)物的氧化3、硫化鐵的氧化4、碳酸鹽、硫酸鹽的分解5、晶型轉(zhuǎn)

22、化和少量液相的形成三）高溫?；纱呻A段（950C -最高燒成溫度）（強(qiáng)還原劑）1、1050C以前，繼續(xù)氧化分解反應(yīng)并排除結(jié)構(gòu)水。2、硫酸鹽分解、高價鐵還原、粘 土分解反應(yīng)生成一次莫來石3、液相生成、固相溶解4、釉料熔融四）高火保溫期（0.5-2h）（弱還原劑）液相量增加； 晶體繼續(xù)生長；進(jìn)一步坯體瓷化，釉層玻化；各種反應(yīng)進(jìn)行更完善。五) 冷卻階段物理化學(xué)變化1、液相析晶；2、玻璃相物質(zhì)凝固；3、游離石英晶型轉(zhuǎn)變。8、坯釉的適應(yīng)性概念及如何提高坯釉的適應(yīng)性概念：坯釉適應(yīng)性是指陶瓷坯體與釉層有互相適應(yīng)的物理性質(zhì)(主要是熱膨脹系數(shù)匹配)，釉面不致龜裂或剝落的能力。提高途徑：1、選擇膨脹系數(shù)接近于坯體而稍低于坯體的釉料2、形成良好的中間層，坯釉中間層稍厚或適中3、釉層的彈性模量低和抗張強(qiáng)度高。4、釉層的厚度應(yīng)該比較適中，薄釉層有利于坯釉結(jié)合9、分別敘述玻璃退火的目的、熱鋼化的目的、退火過程中的工藝要點(diǎn)及熱鋼化工藝過 程中的要點(diǎn)(1) 退火目的：防止炸玻璃制品的炸裂和提高玻璃的機(jī)械強(qiáng)度(2) 熱剛化的目的提高平板玻璃的強(qiáng)