無機(jī)非金屬材料科學(xué)基礎(chǔ)01課件

無機(jī)非金屬材料科學(xué)基礎(chǔ)教師：趙宇龍

很高興認(rèn)識(shí)各位同學(xué)！課程說明材料科學(xué)基礎(chǔ)≈金屬學(xué)原理材料科學(xué)與工程（1994）==金屬+無機(jī)非+高分子無機(jī)（非金屬）材料科學(xué)基礎(chǔ)≈無機(jī)材料物理化學(xué)≈硅酸鹽物理化學(xué)本門課程與固體化學(xué)在內(nèi)容上交集較多！固體化學(xué)與固體物理凝聚態(tài)的基礎(chǔ)知識(shí)！相對(duì)容易一些！正式學(xué)習(xí)之前，先來看一下“本門課程”在所有“課程”的位置！金屬學(xué)原理與硅酸鹽物理化學(xué)的異同晶體結(jié)構(gòu)：多元素的方向性和飽和性，結(jié)構(gòu)復(fù)雜（原子級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)金屬性能影響不大，不太關(guān)心原子級(jí)的結(jié)構(gòu)）；缺陷：脆性斷裂，晶界為主要影響因素，不太關(guān)心線、面缺陷，關(guān)注點(diǎn)缺陷；相變：關(guān)心液-固成核、長大等，固-固相變有，但水玻陶高溫冷卻后不再變化，沒金屬熱處理要求高；相圖：以生成化合物的三元相圖為主，多為化合物，固溶體不是主要研究對(duì)象！擴(kuò)散：雙方要求差異不大，理論相同；無機(jī)非和金屬同屬無機(jī)材料，與高分子不同，在知識(shí)方向有許多共用！下面看一下雙方基礎(chǔ)的異同！塑性變形、凝固、回復(fù)、再結(jié)晶：不太關(guān)心；非晶態(tài)固體：玻璃工業(yè)較為發(fā)達(dá)，非晶金屬研究階段；固相反應(yīng)：元素種類多，固相反應(yīng)多，高溫過程就是固相反應(yīng)的過程，金屬冶煉后化學(xué)反應(yīng)不多，要求不高；燒結(jié)：陶瓷的主要理論，初始研究者，金屬有粉末冶金后期研究者，但成果頗多。晶體、缺陷化學(xué)、非晶體、固相反應(yīng)、燒結(jié)為主！第一章緒論

無機(jī)非金屬材料概述1無機(jī)非金屬材料地位及應(yīng)用2關(guān)于本門課程4

典型無機(jī)非金屬材料31.1無機(jī)非金屬材料概述1.1.3無機(jī)非材料制備的共性1.1.2無機(jī)非金屬材料的特性1.1.1無機(jī)非金屬材料定義與分類1.1.1無機(jī)非金屬材料定義及分類材料金屬材料高分子材料無機(jī)非金屬鋼、鋁、鎂、銅塑料、橡膠水、玻、陶復(fù)合材料玻璃鋼無機(jī)非金屬學(xué)膠凝材料天然材料陶瓷氣硬性傳統(tǒng)陶瓷玻璃普通玻璃水硬性特種陶瓷特種玻璃耐火材料傳統(tǒng)分法那么哪些材料是我們常說的無機(jī)非金屬材料呢？最新分類方法？無機(jī)非金屬材料學(xué)結(jié)構(gòu)陶瓷功能陶瓷信息材料人工晶體能源材料生物材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬碳化物氮化物氧化物電磁聲光熱生物單晶硅磁存儲(chǔ)激光晶體、光學(xué)晶體太陽能電池超導(dǎo)生物陶瓷、玻璃、水泥水泥玻璃陶瓷國家自然科學(xué)基金委員會(huì)--工程與材料科學(xué)部--學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告（2006-2010）--無機(jī)非金屬材料學(xué)。從科學(xué)研究的角度講，傳統(tǒng)無機(jī)非已是非熱點(diǎn)領(lǐng)域？1.1.2無機(jī)非金屬材料特性金屬材料高分子材料無機(jī)非金屬金屬鍵共價(jià)鍵離子-共價(jià)晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜沒有自由電子高熔點(diǎn)高硬度耐化學(xué)腐蝕絕緣體導(dǎo)熱性差變形差（韌性）無機(jī)非的特性是指在三大類材料對(duì)比中表現(xiàn)的？材料應(yīng)用狀態(tài)顆粒固體無機(jī)非原料初始狀態(tài)多為粉體塊狀固體高溫處理要理解無機(jī)非的工藝共性，先看一下材料的使用狀態(tài)？常見無機(jī)非制備工藝原料破碎粉體成型干燥高溫傳統(tǒng)無機(jī)非傳統(tǒng)無機(jī)非物理和化學(xué)法塊狀固體應(yīng)用外形并不全需要1.2無機(jī)非金屬材料地位及應(yīng)用1.傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料

水泥及混凝土：基礎(chǔ)材料，噸位之最；房屋、公路、橋梁、港口等混凝土約20億m3；不是一體，變?yōu)橐惑w！陶瓷：堅(jiān)硬的軀體，亮麗的表面，豐富的原料！建筑陶瓷：每年30億m3，世界產(chǎn)量的50%；衛(wèi)生陶瓷：6000萬件，世界產(chǎn)量20%；日用陶瓷：120億件，世界產(chǎn)量60%；

5-10年中國將成為世界建筑衛(wèi)生陶瓷中心。我們從傳統(tǒng)無機(jī)非和新型無機(jī)非兩個(gè)角度來講？傳統(tǒng)無機(jī)非：水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料？2.新型無機(jī)非金屬材料

結(jié)構(gòu)陶瓷：近20年來，最活躍的研究領(lǐng)域之一，對(duì)許多領(lǐng)域有巨大的推動(dòng)作用。

高性能陶瓷：氮化物、碳化物等，切削、摩擦等。

信息產(chǎn)業(yè)陶瓷：基板，氮化硅、碳化硅、氧化鋁。

航空航天陶瓷：航空航天的高溫部件。

生物陶瓷：人工關(guān)節(jié)、人工骨及其它組織工程領(lǐng)域；新型無機(jī)非：結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、信息材料、納米材料、人工晶體、能源材料、生物材料等未來最活躍的材料領(lǐng)域？結(jié)構(gòu)-未知

功能陶瓷：

絕緣陶瓷：陶瓷基片、陶瓷封裝；

電容器陶瓷：高頻、大容量，片式陶瓷電容器；

半導(dǎo)體陶瓷：溫敏、熱敏、壓敏、氣敏等；

超導(dǎo)陶瓷：高溫超導(dǎo)陶瓷；

透明陶瓷：透明氧化鋁？

信息材料：

硅半導(dǎo)體：微電子技術(shù)基礎(chǔ)：集成電路，硅單晶、硅片；多晶硅：太陽能電池；

發(fā)光材料：硅基發(fā)光材料硅基激光器

寬帶隙半導(dǎo)體：氮化鎵、金剛石薄膜為什么要搞寬帶隙半導(dǎo)體？1.3典型無機(jī)非金屬材料陶瓷1玻璃2水泥3晶體4碳材料5耐火材料6礦物材料51.陶瓷–日用陶瓷從各種無機(jī)非金屬的應(yīng)用看這些典型無機(jī)非金屬材料？與金屬、高分子日用器相比優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)？衛(wèi)生陶瓷有金屬、高分子浴缸和馬桶嗎？電工陶瓷與金屬、高分子比優(yōu)點(diǎn)是什么？化工陶瓷1噸酸如何存儲(chǔ)和使用？高溫：坩堝、內(nèi)襯絕緣：基板、封裝外殼；硬度：刀具加工飛機(jī)零件；透明氧化鋁陶瓷下面看一下幾種特種陶瓷？先來看一下氧化鋁陶瓷！為什么氧化鋁陶瓷具有這些性能，傳統(tǒng)陶瓷不具備呢？氧化鎂陶瓷不被堿性物質(zhì)腐蝕，抗金屬腐蝕，坩堝、模具、爐襯加工使用過程中注意防水！鉑、銅、鎂、鋅、鋁等金屬都可用！氧化鎂也可以做陶瓷嗎？有什么用?。垦趸斕沾蓪?dǎo)熱與絕緣的完美結(jié)合！良好的中子減速能力！超強(qiáng)的抗金屬腐蝕能力！我們先來看一個(gè)導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)據(jù)？氧化鋯陶瓷硬度高：切削工具、整形工具；抗腐蝕：澆鑄口，與鋼水不浸潤可做鋼水內(nèi)襯！強(qiáng)度高、韌性好：迄今為止研究最好的增韌陶瓷；發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件，如內(nèi)襯、活塞等。高溫-氧化氛圍。。。。敏感性：氧化物半導(dǎo)體，氣敏材料之一！碳化硅陶瓷碳化物中抗氧化性最好的，1000-1500℃發(fā)熱元件！氧化物抗氧化不更好嗎？高強(qiáng)：拉絲、成型模具；噴砂嘴、泵零件！微電子工業(yè)：封裝和基板；不是導(dǎo)電嗎？核工業(yè)：耐輻射，作為密封套；航空航天：火箭噴嘴！碳化鈦陶瓷碳化鈦陶瓷硬度大，是生產(chǎn)硬質(zhì)合金的重要材料耐磨：切削刀具氮化硅和氮化硼陶瓷氮化硅高溫耐磨：陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)活塞頂蓋氮化硅抗熱震性：熱電偶套管，抗熱振的性能要求？氮化硼僅次于金剛石的耐高溫、超硬材料，磨料！納米陶瓷納米陶瓷：平均晶粒小于100nm的陶瓷；低熔點(diǎn)：顆粒小，在較低的溫度下可以被燒結(jié)；高強(qiáng)高韌：納米二氧化鈦陶瓷可以被彎曲；磁化率高：納米磁性金屬是普通金屬磁化率的20多倍吸收電磁波紅外輻射陶瓷紅外輻射陶瓷：在一定紅外波段范圍內(nèi)，有較強(qiáng)輻射率和輻射強(qiáng)度的陶瓷！主要是熱輻射型！常見陶瓷：碳化硅、氧化鋯加熱干燥：均勻、速度快航天：太陽直射，散熱！發(fā)光陶瓷發(fā)光陶瓷：把從外界獲得的其它能量變成光的陶瓷；路標(biāo)標(biāo)志牌、裝飾等透明陶瓷透明陶瓷：可以透過可見光的陶瓷；玻璃不透明嗎？透明氧化鋁：工業(yè)最可行強(qiáng)度、溫度和透明：高壓鈉燈、高溫窗口材料；激光陶瓷激光陶瓷：能夠激發(fā)產(chǎn)生單色光的陶瓷；紅寶石、摻釹的釔鋁石榴石、鋁酸釔、釹玻璃。單色光、激光器抗菌陶瓷抗菌陶瓷：能夠抑制和殺滅微生物的陶瓷；有含有金屬粒子如銀的抗菌陶瓷，二氧化鈦光催化型產(chǎn)生殺死微生物的基團(tuán)！多孔陶瓷多孔陶瓷：含有大量開口、貫通氣孔的陶瓷；多孔陶瓷用途：腐蝕、溶解、高溫過濾氣體或液體！如汽車尾氣！高溫金屬液體過濾、酸堿液體過濾、熱交換器等！導(dǎo)電陶瓷導(dǎo)電陶瓷：具有電子、空穴或離子導(dǎo)電能力的陶瓷；高溫發(fā)熱元件：碳化硅、二硅化鉬、氧化鋯等。超導(dǎo)陶瓷：電線、發(fā)電機(jī)線圈等！生物陶瓷生物陶瓷：用作特定生物或生理功能的陶瓷；骨、牙、心臟瓣膜、整形外科、藥物傳遞等！生物惰性：氧化鋁、碳；生物活性：HA、TCP敏感陶瓷敏感陶瓷：對(duì)某一信號(hào)敏感的陶瓷；信息技術(shù)中傳感器技術(shù)的基礎(chǔ)！電阻變化、電動(dòng)勢變化、磁變化溫度、壓力、氣氛、濕度、光強(qiáng)、電場、射線等！2.玻璃夾絲玻璃壓花玻璃大規(guī)模、高強(qiáng)度透明材料？原料豐富、成本低！萬能成型！想想所有透明材料都用樹脂時(shí)樹脂的價(jià)格！建筑玻璃平板玻璃中空玻璃日用玻璃瓶瓶罐罐保溫瓶玻璃儀器玻璃瓶瓶罐罐實(shí)驗(yàn)室中的瓶瓶罐罐光學(xué)玻璃顯微鏡、眼鏡、照相機(jī)等光學(xué)玻璃電真空玻璃電子工業(yè)中的玻殼、芯柱和封裝防彈玻璃單向透光玻璃太陽能電池玻璃導(dǎo)電玻璃彩色玻璃反射玻璃：反射涼爽光致變色玻璃燈具玻璃玻璃纖維玻璃纖維主要用途光纖激光玻璃棒基板玻璃生物玻璃3.水泥橋梁水泥道路水泥力學(xué)性能不是最適合的，但原料、成本卻是最劃算的？想象如果力學(xué)材料全用鋼鐵時(shí)，鋼鐵的價(jià)格？理解傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料的基礎(chǔ)地位？（都是天然礦物原料，是大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用的基礎(chǔ)）建筑水泥油井水泥框架為高層產(chǎn)生、為墻體材料的要求降低奠定基礎(chǔ)？大壩水泥：并不是任何水泥都可在任何場合應(yīng)用彩色水泥快硬水泥低熱水泥耐高溫水泥？4.晶體材料非線性光學(xué)晶體壓電石英晶體晶體生產(chǎn)成本相對(duì)較高，能用陶瓷、玻璃的地方一般不用晶體，但晶體的高度均一性所體現(xiàn)出來的性能其它做不到的？電光晶體：折射率紅外光學(xué)晶體熱釋電晶體超硬晶體半導(dǎo)體晶體單晶硅碳化硅單晶早期晶體管：事物發(fā)展初期都很弱小硅單晶上的信息技術(shù)氧化鋁單晶：高溫窗口材料光學(xué)晶體材料激光晶體閃爍晶體5.碳材料碳纖維碳纖維與碳有關(guān)的材料多是軟的，但要破壞CC鍵卻非常難！石墨坩堝石墨電極潤滑石墨耐腐蝕石墨石墨密封粘土磚6.耐火材料硅質(zhì)磚碳磚莫來石氧化鋁磚7.礦物材料礦物與巖石的區(qū)別？高嶺土：陶瓷、造紙、涂料吸附、白、可塑膨潤土：泥漿懸浮、農(nóng)藥載體、脫色澄清吸附、不白、可塑方解石：塑料制品、橡膠制品、造紙、牙膏、涂料、油墨、膠粘劑、食品和醫(yī)藥

白、硬石灰石：輕質(zhì)碳酸鈣、水泥、玻璃、飼料、鈣肥石英：玻璃、鑄造砂、單晶硅、光纖、石英玻璃、硅微粉、碳化硅滑石：造紙?jiān)鰪?qiáng)吸附，橡膠、電纜、油漆涂料、陶瓷海泡石：孔道，過濾、增稠劑、香煙濾嘴、殺蟲劑載體從應(yīng)用角度有時(shí)很難區(qū)分？1.3關(guān)于本門課程1.課程定位材料科學(xué)與工程金屬材料無機(jī)非金屬材料在材料科學(xué)的基礎(chǔ)上，拓寬無機(jī)非金屬材料科學(xué)基礎(chǔ)的相關(guān)內(nèi)容！有一定難度！根據(jù)我院材料科學(xué)與工程專業(yè)現(xiàn)狀？主要包括課程定位、參考書籍、成績?cè)u(píng)定、答疑時(shí)間、課堂紀(jì)律等？2.參考書籍教材：

《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)教程》胡志強(qiáng)

化學(xué)工業(yè)出版社

參考書：《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》張其土華東理工大學(xué)出版社《無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)》宋曉嵐化學(xué)工業(yè)出版社

《無機(jī)非金屬材料科學(xué)基礎(chǔ)》樊先平浙江大學(xué)出版《無機(jī)材料物理化學(xué)》賀蘊(yùn)秋建材工業(yè)出版社；

武漢理工：硅酸鹽物理化學(xué)、無機(jī)材料物理化學(xué)、無機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)等3.成績?cè)u(píng)定4.答疑時(shí)間5.課堂紀(jì)律總成績=作業(yè)成績+考勤成績+考試成績課程期間周一下午嚴(yán)肅活波：課堂活躍而不失嚴(yán)肅！1.方向背景

熱處理專業(yè)的拓展，與成型（鑄鍛焊）專業(yè)的成立一樣，拓寬我院材料的內(nèi)涵！金屬與無機(jī)非在基礎(chǔ)知識(shí)需求上有許多交叉部分！不需要另起爐灶！金屬及傳統(tǒng)無機(jī)非為量大面廣方向，有萎縮趨勢，需求多但非壟斷條件不算太好！且我校非金屬及無機(jī)非強(qiáng)校，很難進(jìn)大型、好條件金屬材料企業(yè)！信息材料的就業(yè)環(huán)境、工資水平、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、人才需求上有較好的前景！但我國電子材料還沒起來從科學(xué)研究的角度講，無機(jī)非方向由于其內(nèi)涵的豐富性有較好的前途！

關(guān)于無機(jī)非方向電子材料領(lǐng)域信息電子材料；電子元器件、集成電路陶瓷、玻璃、水泥、礦物、晶體、炭材料無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域無機(jī)非金屬材料方向材料科學(xué)與工程專業(yè)（不缺金屬基礎(chǔ)）2.課程設(shè)置金屬成型及模具設(shè)計(jì)、現(xiàn)代鑄造技術(shù)、現(xiàn)代焊接技術(shù)！陶瓷材料、礦物材料加工及應(yīng)用、水泥及混凝土工程電子材料、電子產(chǎn)品及工藝基礎(chǔ)、電子封裝工程！建議同時(shí)選修表面。老無機(jī)非方向包括無機(jī)非和電子材料！金屬或無機(jī)非對(duì)另外方向感興趣的可適當(dāng)交叉選擇！