無機(jī)材料工藝學(xué)培訓(xùn)課程

1、4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系1合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系 4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系2課課程程簡簡介介4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系3計(jì)劃學(xué)時(shí)：計(jì)劃學(xué)時(shí)：40學(xué)時(shí)學(xué)時(shí) 課程的目的與任務(wù)：課程的目的與任務(wù)：加強(qiáng)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，拓寬知識(shí)面，全面系統(tǒng)地建立無機(jī)材料工藝知識(shí)體系，培養(yǎng)智能型與復(fù)合型人才。課程要求：課程要求：具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)。 全面系統(tǒng)地掌握無機(jī)材料的基本概念、 基本理論、制備原理、生產(chǎn)過程的共性與個(gè)性及無機(jī)材料的基本性能。 成績考核：成績考核：N+2考核，其中N的內(nèi)容為： 1.課堂測驗(yàn)(1) 2.課程階段測試(1) 3.

2、無機(jī)材料典型生產(chǎn)工藝調(diào)研報(bào)告(1)主要參考資料：主要參考資料： 無機(jī)非金屬材料工藝學(xué)王琦主編，中國建材工業(yè)出版社 無機(jī)材料工藝學(xué)宋曉嵐、葉昌、余海湖 ，冶金工業(yè)出版社 水泥工藝學(xué) 沈威等編著，武漢工業(yè)大學(xué)出版社 玻璃工藝學(xué) 西北輕工業(yè)學(xué)院主編，中國輕工業(yè)出版社 陶瓷工藝學(xué) 華南工學(xué)院等合編 4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系4結(jié)構(gòu)材料結(jié)構(gòu)材料（受力，承載受力，承載） 功能材料功能材料（半導(dǎo)體，超導(dǎo)體，以及光、電、聲、磁、應(yīng)力轉(zhuǎn)換等半導(dǎo)體，超導(dǎo)體，以及光、電、聲、磁、應(yīng)力轉(zhuǎn)換等） 4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系5大壩大壩4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系6 以某些元素

3、的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、 硼化物、以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽和非氧化物硼化物、以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽和非氧化物 等物質(zhì)組成的材料，是除金屬材料和有機(jī)高分子材料以外的等物質(zhì)組成的材料，是除金屬材料和有機(jī)高分子材料以外的 所有材料的統(tǒng)稱。所有材料的統(tǒng)稱。 無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料陶瓷陶瓷膠凝材料膠凝材料天然材料天然材料玻璃玻璃普通普通玻璃玻璃特種特種玻璃玻璃普通普通陶瓷陶瓷特種特種陶瓷陶瓷水硬性膠水硬性膠凝材料凝材料氣硬性膠氣硬性膠 凝材料凝材料4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系7具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)具有復(fù)

4、雜的晶體結(jié)構(gòu) v 沒有自由電子沒有自由電子 v 高熔點(diǎn)高熔點(diǎn) v 高硬度高硬度 v 較好的耐化學(xué)腐蝕性較好的耐化學(xué)腐蝕性 v 絕大多數(shù)是絕緣體絕大多數(shù)是絕緣體 v 制成薄膜時(shí)大多是透明的制成薄膜時(shí)大多是透明的 v 一般具有低導(dǎo)熱性一般具有低導(dǎo)熱性 v 大多數(shù)情況下變形微小大多數(shù)情況下變形微小 4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系8 無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)以鋁硅酸鹽（粘土、長石等）原料、無機(jī)非金屬材料的生產(chǎn)以鋁硅酸鹽（粘土、長石等）原料、 硅質(zhì)（石英砂等）原料、石灰質(zhì)原料、鋁質(zhì)原料等為主。硅質(zhì)（石英砂等）原料、石灰質(zhì)原料、鋁質(zhì)原料等為主。 主要化學(xué)成分：主要化學(xué)成分：CaO、SiO2、Al2

5、O3、Na2O等。等。 無機(jī)非金屬材料生產(chǎn)所用的主要原料，絕大多數(shù)是質(zhì)地堅(jiān)無機(jī)非金屬材料生產(chǎn)所用的主要原料，絕大多數(shù)是質(zhì)地堅(jiān) 硬的大塊狀物料，為了均化、烘干、配料等工藝過程的需要進(jìn)硬的大塊狀物料，為了均化、烘干、配料等工藝過程的需要進(jìn) 行破碎。行破碎。4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系9粉體具有較高的比表面積，一定的形狀及一定范圍的顆粒粉體具有較高的比表面積，一定的形狀及一定范圍的顆粒 級(jí)配，同時(shí)在粉體制備過程中，物料得到進(jìn)一步均化，這些因級(jí)配，同時(shí)在粉體制備過程中，物料得到進(jìn)一步均化，這些因 素對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量有著極為重要的影響。素對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量有著極為重要的影響。粉體制備主要

6、應(yīng)用于水泥和陶瓷生產(chǎn)過程。粉體制備主要應(yīng)用于水泥和陶瓷生產(chǎn)過程。 無機(jī)非金屬材料產(chǎn)品由于使用、進(jìn)一步加工等過程的需要，無機(jī)非金屬材料產(chǎn)品由于使用、進(jìn)一步加工等過程的需要， 成型是生產(chǎn)的環(huán)節(jié)之一。成型是生產(chǎn)的環(huán)節(jié)之一。4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系10無機(jī)非金屬材料工業(yè)所用原料具有很好的穩(wěn)定性和耐無機(jī)非金屬材料工業(yè)所用原料具有很好的穩(wěn)定性和耐 高溫性，它們互相反應(yīng)生成新的物質(zhì)或使其形成熔融體，高溫性，它們互相反應(yīng)生成新的物質(zhì)或使其形成熔融體， 必須在較高的溫度下進(jìn)行，因此大部分無機(jī)非金屬材料生產(chǎn)必須在較高的溫度下進(jìn)行，因此大部分無機(jī)非金屬材料生產(chǎn) 都需要高溫?zé)崽幚?。都需要高溫?zé)崽幚怼?/p>

7、4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系11凡能在物理、化學(xué)作用下，從漿體變成堅(jiān)固的石狀體，凡能在物理、化學(xué)作用下，從漿體變成堅(jiān)固的石狀體， 并能膠結(jié)其他物料而具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)，統(tǒng)稱為膠凝并能膠結(jié)其他物料而具有一定機(jī)械強(qiáng)度的物質(zhì)，統(tǒng)稱為膠凝 材料，又稱膠結(jié)料。材料，又稱膠結(jié)料。4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系12用石灰、石膏作為膠凝材料4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系13 19世紀(jì)初（世紀(jì)初（18101824年），用人工配合粘土與石灰石年），用人工配合粘土與石灰石 經(jīng)煅燒、磨細(xì)以制造水硬性膠凝材料已經(jīng)開始組織生產(chǎn)。經(jīng)煅燒、磨細(xì)以制造水硬性膠凝材料已經(jīng)開始組織生產(chǎn)。

8、1824年，英國人年，英國人阿斯普丁阿斯普丁將粘土與石灰石配合燒制成塊（熟將粘土與石灰石配合燒制成塊（熟 料），再經(jīng)磨細(xì)而成水硬性膠凝材料，加水拌和后能硬化制料），再經(jīng)磨細(xì)而成水硬性膠凝材料，加水拌和后能硬化制 成人工石，并具有較高強(qiáng)度，其外觀與當(dāng)時(shí)建筑上常用的英成人工石，并具有較高強(qiáng)度，其外觀與當(dāng)時(shí)建筑上常用的英 國波特蘭島上出產(chǎn)的巖石相似，故稱之為國波特蘭島上出產(chǎn)的巖石相似，故稱之為“波特蘭水泥波特蘭水泥” ” （Portland Cement) )，并于，并于18241824年年1010月月2121日首先獲得該產(chǎn)品日首先獲得該產(chǎn)品 的專利權(quán)。的專利權(quán)。 4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材

9、料工程系14 凡細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后成為塑性漿體，既能在凡細(xì)磨成粉末狀，加入適量水后成為塑性漿體，既能在 空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等散?；蚶w維空氣中硬化，又能在水中硬化，并能將砂、石等散?；蚶w維 材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料，統(tǒng)稱為水泥。材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料，統(tǒng)稱為水泥。 一般土木建筑工程通常采用的水泥；一般土木建筑工程通常采用的水泥； 專門用途的水泥。專門用途的水泥。 某種性能比較突出的水泥。某種性能比較突出的水泥。4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系154/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系164/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程

10、系17玻璃是由熔融物冷卻、硬化而得到的玻璃是由熔融物冷卻、硬化而得到的非晶態(tài)固體非晶態(tài)固體，其，其 內(nèi)能和構(gòu)形熵高于相應(yīng)的晶體，從熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)有內(nèi)能和構(gòu)形熵高于相應(yīng)的晶體，從熔融態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)有 一定的轉(zhuǎn)變溫度一定的轉(zhuǎn)變溫度Tg。v 透明，堅(jiān)硬，良好的耐蝕、耐熱、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)；透明，堅(jiān)硬，良好的耐蝕、耐熱、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)； v 通過調(diào)整化學(xué)組成，并結(jié)合各種工藝方法可大幅度調(diào)整玻璃的和物理通過調(diào)整化學(xué)組成，并結(jié)合各種工藝方法可大幅度調(diào)整玻璃的和物理 化學(xué)性能；化學(xué)性能； v 能夠用多種成型制成各種形狀和大小的制品；能夠用多種成型制成各種形狀和大小的制品； v 通過焊接和粉末燒結(jié)等加工方法

11、制成形狀復(fù)雜、尺寸嚴(yán)格的器件。通過焊接和粉末燒結(jié)等加工方法制成形狀復(fù)雜、尺寸嚴(yán)格的器件。 4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系18 在任何方向上都具有相同的性質(zhì)。在任何方向上都具有相同的性質(zhì)。 玻璃態(tài)物質(zhì)比相應(yīng)的晶態(tài)物質(zhì)含較大的內(nèi)能，它不是處于玻璃態(tài)物質(zhì)比相應(yīng)的晶態(tài)物質(zhì)含較大的內(nèi)能，它不是處于 能量最低的穩(wěn)定狀態(tài)，而是處于介穩(wěn)狀態(tài)。能量最低的穩(wěn)定狀態(tài)，而是處于介穩(wěn)狀態(tài)。 玻璃態(tài)物質(zhì)由固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w是在一定溫度區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的。玻璃態(tài)物質(zhì)由固體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w是在一定溫度區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的。 （4）固態(tài)和熔融態(tài)間轉(zhuǎn)化的漸變性和可逆性（）固態(tài)和熔融態(tài)間轉(zhuǎn)化的漸變性和可逆性（圖圖0-2-1、圖圖0-2-2）

12、（5）性質(zhì)隨成分變化的連續(xù)性和漸變性（）性質(zhì)隨成分變化的連續(xù)性和漸變性（圖圖0-2-3） 4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系19 4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系20元素玻璃元素玻璃 氧化物玻璃氧化物玻璃 非氧化物玻璃非氧化物玻璃硫系玻璃硫系玻璃 硒玻璃硒玻璃鹵化物玻璃鹵化物玻璃 硫族化學(xué)物玻璃硫族化學(xué)物玻璃4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系21建筑玻璃建筑玻璃 日用輕工玻璃日用輕工玻璃 儀器玻璃儀器玻璃 光學(xué)玻璃光學(xué)玻璃 電真空玻璃電真空玻璃 如光學(xué)特性玻璃、熱學(xué)特性玻璃、耐高溫玻璃；導(dǎo)電玻璃、半導(dǎo)體玻璃、如光學(xué)特性玻璃、熱學(xué)特性玻璃、耐高溫玻璃；導(dǎo)電玻璃、半導(dǎo)體玻

13、璃、超導(dǎo)玻璃；力學(xué)方面的高強(qiáng)玻璃、耐磨玻璃；化學(xué)穩(wěn)定性方面的耐堿玻璃、超導(dǎo)玻璃；力學(xué)方面的高強(qiáng)玻璃、耐磨玻璃；化學(xué)穩(wěn)定性方面的耐堿玻璃、耐酸玻璃等。耐酸玻璃等。 4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系22本書中所述陶瓷是指以無機(jī)非金屬天然礦物或化工產(chǎn)品本書中所述陶瓷是指以無機(jī)非金屬天然礦物或化工產(chǎn)品 為原料，經(jīng)原料處理、成型、干燥、燒成等工序制成的產(chǎn)品，為原料，經(jīng)原料處理、成型、干燥、燒成等工序制成的產(chǎn)品， 是陶器和瓷器的總稱。是陶器和瓷器的總稱。 隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，陶瓷產(chǎn)品的種類也日益增多。隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，陶瓷產(chǎn)品的種類也日益增多。 按組成可分為硅酸鹽陶瓷、氧化物陶瓷、

14、非氧化物陶瓷；按性按組成可分為硅酸鹽陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷；按性 能可分為普通陶瓷、特種陶瓷；按用途可分為日用瓷、藝術(shù)瓷、能可分為普通陶瓷、特種陶瓷；按用途可分為日用瓷、藝術(shù)瓷、 建筑瓷、化工瓷等。建筑瓷、化工瓷等。4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系23v 此外陶瓷的此外陶瓷的脆性大，理論強(qiáng)度高，但實(shí)際強(qiáng)度較低，脆性大，理論強(qiáng)度高，但實(shí)際強(qiáng)度較低，這是這是 陶瓷性能改善的主要方面之一。陶瓷性能改善的主要方面之一。 4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系24陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系25陶瓷發(fā)展史陶瓷發(fā)展史 瓷器與中國齊名(chin

15、a)，可見瓷器與中國歷史發(fā)展關(guān)系密切。陶瓷發(fā)展史介紹各個(gè)歷史時(shí)期中國與世界陶瓷發(fā)展?fàn)顩r。陶瓷發(fā)展對(duì)中國文化和世界文化發(fā)展做出了非凡的貢獻(xiàn)。宋代五大名陶瓷宋代五大名陶瓷 官、哥、定、鈞、汝The four typical specialisties of Jing De zhen porcelainAs white as jade /as bright as a mirror /as thin as paper /as resonant as chime4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系26水泥發(fā)展簡史：水泥發(fā)展簡史：（1）天然膠凝材料階段400010000年前新石器粘土稻草不抗水，抹徹

16、簡易建筑物強(qiáng)度低（2）火發(fā)明石灰、石膏階段埃及金字塔（煅燒石膏調(diào)砂漿），萬里長城（煅燒石灰）？（3）石灰火山石灰階段公元初，要求強(qiáng)度較高且抗水的凝膠材料（4）水硬性石灰、天然水泥階段18世紀(jì)后半期（5）硅酸鹽水泥1824年英國阿斯普丁波特蘭水泥專利人工配料、燒、磨細(xì)（6）不同品種的水泥階段快硬、早強(qiáng)硅酸鹽水泥、油井水泥、中低熱水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系27玻璃發(fā)展簡史：玻璃發(fā)展簡史：綠玻璃球（50006000年）白玻璃（3000年400年）工業(yè)純堿代草木灰石灰石 NaCaSi1957年英國人皮爾金頓PB浮法專利 1975年美匹茲堡公司

17、PPG新浮法專利。4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系28v 對(duì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的作用對(duì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的作用 v 對(duì)工業(yè)及社會(huì)進(jìn)步的作用對(duì)工業(yè)及社會(huì)進(jìn)步的作用 v 對(duì)鞏固國防、發(fā)展軍用技術(shù)的作用對(duì)鞏固國防、發(fā)展軍用技術(shù)的作用 v 在生物醫(yī)學(xué)方面的作用在生物醫(yī)學(xué)方面的作用 4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系29合成與制備合成與制備結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu)組組 成成性性 能能4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系30市場應(yīng)用無原則，要更多、更高、更新的材料。 物理性能顯微結(jié)構(gòu)工藝、配方 從宏觀微觀 從定性定量 從粗制精細(xì)制作（新工藝） 從大顆粒納米材料4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系31n節(jié)能化、大型化、大型化、自動(dòng)化、環(huán)境協(xié)調(diào)化節(jié)能化、大型化、大型化、自動(dòng)化、環(huán)境協(xié)調(diào)化生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝n加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究理論理論n我國存在的問題：我國存在的問題： 能耗高、成本高、勞動(dòng)生產(chǎn)率低、質(zhì)量不穩(wěn)定、人才能耗高、成本高、勞動(dòng)生產(chǎn)率低、質(zhì)量不穩(wěn)定、人才缺乏、勞動(dòng)強(qiáng)度大、品種單一、環(huán)境污染厲害。缺乏、勞動(dòng)強(qiáng)度大、品種單一、環(huán)境污染厲害。4/17/2022合肥學(xué)院化學(xué)與材料工程系32幾個(gè)概念幾個(gè)概念1、工藝：工藝：生產(chǎn)方法和生產(chǎn)過程。2、工藝學(xué)：工藝學(xué)：研究生產(chǎn)方法過程及其原理的 一門科學(xué)。3、工藝學(xué)主線：工藝學(xué)主線：研究產(chǎn)品性