無(wú)機(jī)非金屬材料概論總結(jié)

1、第一章玻璃的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1、傳統(tǒng)上的無(wú)機(jī)非金屬材料主要有:陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料2、玻璃態(tài)的通性:各向同性、介穩(wěn)態(tài)、無(wú)固定熔點(diǎn)、性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性3、根據(jù)各種氧化物在形成玻璃結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中所起作用的不同,進(jìn)一步區(qū)分為玻璃網(wǎng)絡(luò)形成體、網(wǎng)絡(luò)外體(或成為網(wǎng)絡(luò)修飾體和中間體氧化物。4、網(wǎng)絡(luò)生成體氧化物應(yīng)滿足以下條件:(1、每個(gè)氧離子應(yīng)與不超過(guò)兩個(gè)陽(yáng)離子相聯(lián)。(2在中心陽(yáng)離子周圍的氧離子配位數(shù)必須小于或等于4。(3氧多面體相互共角而不共棱或共面。(4每個(gè)多面體至少有三個(gè)頂角是共用的。5、粘度:是指面積為S的二平行液層,以一定速度梯度dv/dx移動(dòng)時(shí)需克服的內(nèi)摩擦力f。6、各種常見(jiàn)氧化物對(duì)玻璃粘度的作

2、用大致歸納如下:(1sio2、Al2O3、ZrO等提高玻璃粘度。(2堿金屬氧化物R2O降低玻璃粘度。(3堿金屬氧化物對(duì)玻璃粘度的作用較為復(fù)雜。一方面類似于堿金屬氧化物,能使大型的四面體群解聚,引起粘度減少;另一方面這些陽(yáng)離子電價(jià)較高,離子半徑又不大,故鍵力較堿金屬離子大,有可能奪取小型四面體群的氧離子于自己的周圍,是粘度增大。(4PbO,CdO,Bi2O3,SnO等降低玻璃粘度。7、熱歷史影響到固體玻璃結(jié)構(gòu)以及與結(jié)構(gòu)有關(guān)的許多性質(zhì)。其對(duì)玻璃密度影響為:(1玻璃從高溫狀態(tài)冷卻時(shí),淬冷玻璃密度比退火玻璃的小。(2在一定退火溫度下保溫一定時(shí)間后,玻璃密度趨向平衡。(3冷卻速度越快,偏離平衡密度越高,

3、其Tg值也越高。所以,在生產(chǎn)上退火質(zhì)量好壞可在密度上明顯地反應(yīng)出來(lái)。第二章玻璃原料及配合料制備1、主要原料:(1引入SiO2的原料主要有硅砂和砂巖。(2引入Al2O3的原料主要有長(zhǎng)石和高嶺土。2、澄清劑(輔助原料:凡在玻璃熔制過(guò)程中能分解產(chǎn)生氣體,或能降低玻璃粘度促使玻璃液中氣泡排除的原料稱為澄清劑。第三章玻璃的熔制及成型1、從加熱配合料直到熔成玻璃液,?？筛鶕?jù)熔制過(guò)程中的不同變化而為五個(gè)階段:硅酸鹽形成階段,玻璃形成階段,玻璃液的澄清階段,玻璃液的均勻化階段,玻璃液的冷卻階段。2、硅酸鹽形成階段:這一階段結(jié)束時(shí)配合料變成了由硅酸鹽和剩余SiO2組成的燒結(jié)物。這一階段在800-900終結(jié)。3、

4、玻璃的形成:1200-1250范圍內(nèi)完成玻璃形成過(guò)程,玻璃性質(zhì)也是不均勻的。4、玻璃液的澄清:此階段的溫度為1400-1500,澄清過(guò)程是指排除可見(jiàn)氣泡的過(guò)程。5、玻璃液的均化:在玻璃形成階段結(jié)束后,在玻璃液中仍帶有與主體玻璃化學(xué)成分不同的不均體,消除這種不均體的過(guò)程稱玻璃的均化。6、玻璃液的冷卻:為了達(dá)到成型所需粘度就必須降溫,這就是熔制玻璃過(guò)程冷卻階段的目的。7、玻璃的熔制制度:主要的是溫度制度、壓力制度、氣氛制度。第四章玻璃的退火與淬火1、玻璃中的應(yīng)力一般可分為三類:熱應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力及機(jī)械應(yīng)力。2、玻璃的退火溫度:為了消除玻璃中的永久應(yīng)力,必須將玻璃加熱到低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg附近的某一溫

5、度進(jìn)行保溫均熱,以消除玻璃各部分的溫度梯度,使應(yīng)力松弛。這個(gè)選定的溫度,稱為退火溫度。3、玻璃的淬火:玻璃的淬火,就是將玻璃制品加熱到轉(zhuǎn)變溫度Tg以上50-60,然后在冷卻介質(zhì)中(淬火介質(zhì)急速均勻冷卻,在這一過(guò)程中玻璃的內(nèi)層和表面將產(chǎn)生很大的溫度梯度,由此引起的應(yīng)力由于玻璃的粘滯流動(dòng)而被松弛,所以造成了有溫度梯度而無(wú)應(yīng)力的狀態(tài)。第五章玻璃的缺陷1、玻璃的缺陷:氣泡、結(jié)石、條紋、節(jié)瘤。第六章建筑玻璃及其深加工1、微晶玻璃:把加有晶核劑(或不加晶核劑的特定組成的玻璃在有控條件下進(jìn)行晶化熱處理,使原單一的玻璃相形成了有微晶和玻璃均勻分布的復(fù)合材料,稱之為微晶玻璃。2、為了提高玻璃的強(qiáng)度,最有效的方法

6、是將玻璃鋼化。玻璃的鋼化方法通常有熱鋼化與化學(xué)鋼化兩種。3、玻璃的熱鋼化就是在一定的條件下使玻璃進(jìn)行淬火而使表面產(chǎn)生一層均勻分布的壓應(yīng)力,從而使其強(qiáng)度提高的熱處理工藝。4、玻璃的化學(xué)鋼化:化學(xué)鋼化就是基于玻璃表面離子的遷移為機(jī)理的。其過(guò)程是把加熱的含堿玻璃浸于溶融鹽中處理,通過(guò)玻璃與熔鹽的離子交換改變玻璃表面的化學(xué)組成,使得玻璃表面形成壓應(yīng)力層。第七章陶瓷1、粘土:是自然界中硅酸鹽巖石(如長(zhǎng)石、云母經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期風(fēng)化作用而形成的一種土狀礦物混合體;為細(xì)顆粒的含水鋁硅酸鹽,具有層狀結(jié)構(gòu)。2、粘土按其生產(chǎn)情況可分為:原生粘土(也稱一次或殘留粘土,可經(jīng)化學(xué)風(fēng)化生成,次生粘土(也稱二次或沉凝粘土,是由原生粘

7、土在自然動(dòng)力條件下轉(zhuǎn)移到其它地方再次沉積而成。3、工藝性質(zhì):(1可塑性:指粘土與適量的水混練以后形成的泥團(tuán),可在外力的作用下產(chǎn)生變成但不開(kāi)裂;并在外力去除后,仍然保持原有形狀的性質(zhì)。次是陶瓷塑性成形的基礎(chǔ)。(2結(jié)合性:指粘土結(jié)合瘠性原料形成可塑泥料并具一定干坯強(qiáng)度的能力。一般可塑性好的粘土結(jié)合性也好。(3觸變性:指粘土泥漿或泥團(tuán)受到振動(dòng)或攪拌時(shí),粘度降低而流動(dòng)性增加,靜置后漸恢復(fù)原狀,或泥料在放置一段時(shí)間后,在水分不變時(shí)泥料變稠和固化的性質(zhì)。(4收縮性:指粘土經(jīng)干燥后,自由水及吸附水相繼排出,粘土顆粒間距離縮短而產(chǎn)生的干燥收縮,以及干燥后粘土經(jīng)高溫煅燒,因產(chǎn)生脫水分解作用和液相填充在空隙中并將

8、顆粒粘合起來(lái),以及某些結(jié)晶物質(zhì)生成使體積進(jìn)一步收縮的燒成收縮。干燥收縮和燒成收縮構(gòu)成了粘土制品的總收縮,此是研制模型及制作生坯尺寸放尺的依據(jù)。與粘土的結(jié)構(gòu)和顆粒尺寸有關(guān)。(5燒結(jié)特性:粘土是多礦物的混合物,無(wú)固定熔點(diǎn)。在加熱到一定溫度后(>900開(kāi)始出現(xiàn)液相并逐漸增加,在液相表面張力的作用下,未熔顆?；ハ嗫繑n,氣孔率下降,體積收縮,密度提高。對(duì)應(yīng)于體積開(kāi)始劇烈變化的溫度是開(kāi)始燒結(jié)溫度。當(dāng)粘土完全燒結(jié),氣孔率降至最低,收縮率最大的溫度是燒結(jié)溫度。如繼續(xù)升溫,坯體因液相太多而發(fā)生變形的最低溫圍。粘土的燒結(jié)特性與構(gòu)成粘土的礦物組成、化學(xué)組成有關(guān)。4、以上所述的三種天然原料是構(gòu)成傳統(tǒng)陶瓷的三個(gè)基

9、本組成。它們的作用分別是:粘土提供了可塑性,以保證成型的工藝要求,石英是耐熔的骨架成分,長(zhǎng)石則是助熔劑,促使燒結(jié)時(shí)玻璃相的形成。1坯料:將陶瓷原料經(jīng)揀選,破碎等工序后,進(jìn)行配料,再經(jīng)混合、細(xì)磨等工序后得到的具有成形性能的多組分混合物。2造粒:將細(xì)碎后的陶瓷粉料制備成具有一定粒度(假顆粒的坯料,使其適于干壓或半干壓成形工藝。3可塑成形:對(duì)具有一定可塑能力的泥料,如可塑坯料,進(jìn)行加工成形的工藝過(guò)程。4可塑泥團(tuán)是由固相,液相,氣相組成的彈-塑性系統(tǒng)。它受力變形時(shí),既有彈性性質(zhì),又出現(xiàn)塑性變形階段。當(dāng)應(yīng)力很小時(shí),含水量一定的泥團(tuán)受到應(yīng)力的作用產(chǎn)生形變,兩者呈現(xiàn)線性關(guān)系,且是可逆的。若應(yīng)力增大超過(guò)極限值

10、,將出現(xiàn)不可逆的假塑性變形。由彈性變形過(guò)渡到假塑性變形的極限應(yīng)力,稱為流動(dòng)極限(流限,屈服值。注漿成型壓制成型5釉:指覆蓋在陶瓷坯體表面上的一層玻璃態(tài)物質(zhì)。6物料中水分類型:自由水,吸附水,化學(xué)結(jié)合水。7干燥過(guò)程:升速階段(溫度升高,水量下降等速干燥階段(坯體吸收熱量與蒸發(fā)熱耗相等降速干燥階段(干燥速度逐漸降低,蒸發(fā)強(qiáng)度和熱能消耗大大減少,坯體表面溫度逐漸升高平衡階段(當(dāng)坯體干燥到表面水分達(dá)到平衡水分時(shí),干燥速度降為零。干燥速度取平衡內(nèi)部擴(kuò)散速度和表面氣化速度8燒成:將陶瓷坯體加熱至高溫,發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng),然后冷卻至室溫,坯體的礦物組成與顯微結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化,外形尺寸得以固定,強(qiáng)度得以提

11、高,最終獲得某種特定使用性能的陶瓷制品,這一過(guò)程稱為燒成。9燒成過(guò)程中的物理化學(xué)變化:a低溫階段(室溫300又稱坯體水分蒸發(fā)期,主要排除吸附水、機(jī)械水氣孔量增加,質(zhì)量減少b中溫階段(300-950又稱氧化分解及晶型轉(zhuǎn)化期。質(zhì)量急速減少。結(jié)構(gòu)水的排除碳酸鹽分解碳素硫化物及有機(jī)物的氧化石英的晶型轉(zhuǎn)變和少量液相的形成c高溫階段(950-最高燒成溫度發(fā)生一系列的氧化還原反應(yīng),包括水分的排除,氧化鐵的還原莫來(lái)石的長(zhǎng)大等,本階段坯體開(kāi)始燒結(jié),釉層開(kāi)始融化。氧化保溫階段。強(qiáng)還原階段。弱還原階段。D冷卻階段(燒成階段-室溫石英的晶型轉(zhuǎn)化,體積的變化。高溫?zé)蓽囟?850為急冷階段,850-400為緩冷階段,

12、400-室溫為最終冷卻階段10特種陶瓷分為:結(jié)構(gòu)陶瓷(或工程陶瓷和功能陶瓷11結(jié)構(gòu)陶瓷:具有耐高溫,高硬度,耐磨損,耐腐蝕,低膨脹系數(shù),高導(dǎo)熱性和質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn),廣泛用于能源,空間技術(shù),石油化工等領(lǐng)域。功能陶瓷指具有電,光,磁及部分化學(xué)功能的多晶無(wú)機(jī)固體材料。鐵電陶瓷壓電陶瓷熱釋電陶瓷透明鐵電陶瓷12氣硬性膠凝材料a有機(jī)膠凝材料(瀝青樹(shù)脂b無(wú)機(jī)膠凝材料(水硬性,各種水泥;氣硬性,石灰石膏水玻璃菱苦土15生產(chǎn)硅酸鹽水泥的主要原料是石灰質(zhì)原料,粘土原料,鐵質(zhì)校正原料;石灰質(zhì)原料,常用的天然石灰質(zhì)原料有石灰?guī)r、泥灰?guī)r、硅酸鹽水泥熟料的礦物組成:硅酸三鈣(3CaO·SiO2硅酸二鈣(2CaO&#

13、183;SiO2、中間相(鋁酸鈣、鐵相固溶體、玻璃體、游離氧化鈣和方鎂石;我國(guó)目前采用的石灰飽和系數(shù)KH、硅率SM和鋁率IM等三個(gè)率值;熟料礦物的水化速率,測(cè)定熟料礦物的水化速率有直接法和間接法,直接法是用巖相分析、X射線分析或熱分析等方法,定量的測(cè)定已水化和未水化的數(shù)量。間接測(cè)定有測(cè)定結(jié)合水、水化熱或氫氧化鈣生成量等方法;影響水泥水化速率:熟料的水化速率、細(xì)度和水灰比的影響、溫度對(duì)水化速率的影響(溫度升高會(huì)加速水化速率、外加劑作用;化學(xué)減縮:在水泥的水化過(guò)程中,無(wú)水的熟料礦物轉(zhuǎn)變?yōu)樗?固相體積逐漸增加,但水泥水體系的總體積,卻在不斷減小,由于這種體積減縮是由化學(xué)反應(yīng)所致,稱化學(xué)減縮;濕脹干縮,干燥使體積收縮,潮濕則會(huì)發(fā)生膨脹,干縮循環(huán)會(huì)導(dǎo)致反復(fù)脹縮,但還遺留有不可逆收縮;碳化收