無機非金屬材料

緒論傳統(tǒng)上的無機非金屬材料主要有陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料四種，其主要化學(xué)組成均為硅酸鹽類。無機非金屬材料是一門多學(xué)科相互交叉的新興科學(xué)，主要研究無機非金屬材料的成分和制備工藝、組織結(jié)構(gòu)、材料性能和使用性能四個要素。第一章玻璃的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)玻璃態(tài)物質(zhì)具有下列主要特征：1、各向同性2、介穩(wěn)性3、無固定熔點4、性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性玻璃特點：可以認為短程有序和長程無序是玻璃物質(zhì)結(jié)構(gòu)的特點為什么氧化鈣比氧化鈉好：在堿硅二元玻璃中加入CaO，可使玻璃的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生明顯的改善。由于半徑與Na+相近，而電荷比Na+大一倍的Ca2+離子，場強比Na+大的多，當(dāng)它處于網(wǎng)穴中時具有顯著的強化玻璃結(jié)構(gòu)和限制Na+活動的作用。由此得到具有優(yōu)良性能的鈉鈣硅玻璃。網(wǎng)絡(luò)生成體氧化物應(yīng)滿足以下條件：1） 每個氧離子應(yīng)與不超過兩個陽離子相聯(lián)。2） 在中心陽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） 每個多面體至少有三個頂角是共用的。均勻成核:均勻成核是指在宏觀均勻的玻璃中，在沒有外來物參與下與相界、結(jié)構(gòu)缺陷等無關(guān)的成核過程，又稱本征成核或自發(fā)成核。非均勻成核：非均勻成核是依靠相界、晶界或基質(zhì)的結(jié)構(gòu)缺陷等不均勻部位而成核的過程，又稱為非本征成核。填空題：粘度隨溫度變化的快慢是一個很重要的玻璃生產(chǎn)指標(biāo)，常稱其為玻璃的料性，粘度隨溫度變化快的玻璃稱為短性玻璃，反之稱為長性玻璃。計算粘度(15頁)。判斷題(14,21,23,24)第二章玻璃原料及配合料制備凡能被用于制造玻璃的礦物原料、化工原料、碎玻璃等統(tǒng)稱為玻璃原料。為了熔制具有某種組成的玻璃所采用的，具有一定配比的各種玻璃原料的混合物叫做配合料。玻璃原料通常按其用量和作用的不同而分為主要原料和輔助原料。主要原料是指向玻璃中引入各種組成氧化物的原料，如石英砂、石灰石、純堿等。輔助原料是指為使玻璃獲得某些必要的性質(zhì)和加速熔制過程的原料，如澄清劑，著色劑，脫色劑，氧化劑和還原劑，乳濁劑等。這種原料用量少，但它們的作用彳主彳主是不可代替的。配合料的制備過程是：計算出玻璃配合料的料方，根據(jù)料方稱取各種原料，再用混合機混合均勻即制得了玻璃配合料。選擇原料的原則應(yīng)遵循以下原則：1） 原料的質(zhì)量應(yīng)符合玻璃制品的技術(shù)要求，其中包括化學(xué)成分穩(wěn)定、含水量穩(wěn)定、顆粒組成穩(wěn)定，有害雜質(zhì)（主要指三氧化二鐵）少等。2） 便于日常生產(chǎn)中調(diào)整成分。3） 適于熔化與澄清，揮發(fā)與分解的氣體無毒性。4） 對耐火材料的侵蝕要小。5） 原料應(yīng)易加工、礦藏量大、運輸方便、價格低等。設(shè)計玻璃組成的原則：1） 根據(jù)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系，使設(shè)計的玻璃能滿足預(yù)定的性能要求。2） 根據(jù)玻璃的形成圖和相圖，使設(shè)計的組成能夠形成玻璃析晶傾向小。3） 根據(jù)生產(chǎn)條件使設(shè)計的玻璃能適應(yīng)熔點、成型、加工等工序的實際要求。4） 所設(shè)計的玻璃應(yīng)當(dāng)價格低廉，原料易于獲得。配合料的制備：1） 對配合料的質(zhì)量要求（1、具有正確性和穩(wěn)定性2、具有一定的水分3、具有一定的氣體率4、混合均勻）2） 配合料的混合3） 配合料的質(zhì)量檢驗第三章玻璃的熔制及成型玻璃的熔制過程：合格的配合料經(jīng)高溫加熱形成均勻的、無缺陷的并符合成型要求的玻璃液的過程，稱為玻璃的熔制過程。玻璃熔制過程中不同變化而分為五個階段：1） 硅酸鹽形成階段2） 玻璃形成階段3） 玻璃液的澄清階段4） 玻璃液的均化階段5） 玻璃液的冷卻階段解釋玻璃炸裂原因：當(dāng)玻璃液存在化學(xué)不均勻體時，主體玻璃與不均勻體的性質(zhì)也不同，這對玻璃制造產(chǎn)生不利的影響。例如，兩者熱膨脹系數(shù)不同，則在兩者界面上將產(chǎn)生結(jié)構(gòu)應(yīng)力，這個彳主彳主就是玻璃制品產(chǎn)生炸裂的重要原因；兩者光學(xué)常數(shù)不同，則使光學(xué)玻璃產(chǎn)生光畸變;兩者的粘度不同，是窗用玻璃產(chǎn)生波筋、條紋的原因之一。產(chǎn)生二次氣泡的主要情況有：1） 硫酸鹽的熱分解2） 物理溶解的氣體析出3） 玻璃中某些組分易產(chǎn)生二次氣泡。為什么配合料中加水份：配合料的潤濕能改善配合料的均勻性，因為配合料中保持一定的水分，能使配合料中的芒硝和純堿等助溶劑覆蓋粘附于石英砂顆粒表面，提高了內(nèi)摩擦系數(shù)，并使配合料顆粒的位置相互鞏固，減少分層傾向，提高配合料的反應(yīng)能力及減輕飛料現(xiàn)象。加料方式（44頁）玻璃的熔制制度：主要的是溫度制度，壓力制度和氣氛制度。沿窯長的溫度曲線上，玻璃澄清時的最高溫度點（熱點）和成型時的最低溫度點是具有決定意義的兩點。玻璃熔制的工藝制度除溫度制度之外，還有壓力制度、氣氛制度、泡界線制度及玻璃液面制度，通常把他們稱為玻璃的五大工藝制度。浮法是指熔窯熔融的玻璃液流入錫槽后在熔融金屬錫液的表面上成型平板玻璃的方法。玻璃的拉?。悍譃楦邷乩『偷蜏乩煞N方法，低溫拉薄比高溫拉薄更有利；低溫拉薄可以分為兩種，即低溫急冷法和低溫徐冷法。第四章玻璃的退火和淬火玻璃中的應(yīng)力一般分為三類：熱應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力及機械應(yīng)力。玻璃中由于存在的溫度差而產(chǎn)生的應(yīng)力，稱為熱應(yīng)力，按其存在的特點，分為暫時應(yīng)力和永久應(yīng)力。當(dāng)玻璃內(nèi)外溫度相等時所殘留的熱應(yīng)力稱為永久應(yīng)力。60頁）第五章玻璃的缺陷怎么造成析晶結(jié)石：玻璃體的析晶結(jié)石，是由于玻璃在一定溫度范圍內(nèi)，本身的析晶所造成的，這種析晶作用在生產(chǎn)中通常稱為“失透”，是影響玻璃質(zhì)量的一個很重要的因素。防止產(chǎn)生析晶結(jié)石的主要措施有：1） 選擇析晶傾向小的玻璃成分，降低析晶氧化物的含量。2） 盡量減小玻璃液在窯爐的易析晶區(qū)的停留時間。3） 盡量減少窯爐結(jié)構(gòu)中使玻璃液滯留的死角。第六章建筑玻璃及其深加工微晶玻璃：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行晶化熱處理，使原單一的玻璃相形成了有微晶和玻璃相均勻分布的復(fù)合材料，稱之為微晶玻璃。第七章陶瓷原料陶瓷類原料：粘土、石英、長石石英在陶瓷生產(chǎn)中的作用：1） 是瘠性料，可降低可塑性，減少收縮變形，加快干燥。2） 在高溫時可部分溶于長石玻璃中，增加液相粘度，減少高溫時的坯體變形。3） 未熔石英與莫來石一起可構(gòu)成坯體骨架，增加強度。4） 在釉料中增加石英含量可提高釉的熔融溫度和粘度，提高釉的耐磨性和抗化學(xué)腐蝕性。莫來石分子式：（3AlO?2SiO—2AlO-2SiO）23 2 23 2陶瓷基本原料的各個作用: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;長石則是助溶劑，促使燒結(jié)時玻璃相的形成。第八章配料計算及坯料制備坯料配方的確定：1）充分了解相關(guān)信息，2）初步確定配方，3）試制確定正式配方。陶瓷坯料的定義：坯料是指將陶瓷原料經(jīng)揀選、破碎等工序后，進行配料，再經(jīng)混合、細磨等工序后得到的具有成形性能的多組分混合物?；旌现苽?1、細粉碎2、泥漿的脫水3、造粒4、陳腐5、練泥及真空處理。第九章成型成型的三種方法:可塑成型，注漿成型，壓制成型。成型就是將坯料制成具有一定形狀、強度的坯體（生坯），其過程取決于坯料的成型性能及工藝方法?？伤艹尚褪侵笇哂幸欢伤苣芰Φ哪嗔希缈伤芘黧w，進行加工成型的工藝過程。泥料會出現(xiàn)觸變性的的原因被認為是什么：粘土片狀顆粒的表面尚殘留少量電荷未被完全中和，以至形成局部的邊-邊或邊-面結(jié)合，構(gòu)成了空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這時，泥漿中大量的自由水被分隔和封閉在網(wǎng)絡(luò)的空隙中，使靜置的整個粘土■水系統(tǒng)形成一種好似水分已減少，粘度增加的變稠和固化狀態(tài)。但這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是疏松和不穩(wěn)定的，稍有剪切力作用或振動時，就能破壞這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使被分隔或封閉在空隙中的自由水又解脫出來，整個系統(tǒng)又變成一水分充足、粘度降低，流動性增加的狀態(tài)。在放置一段時間后，上述網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)又會重新建立，重新又出現(xiàn)變稠現(xiàn)象，此亦叫觸變厚化現(xiàn)象。注漿成型操作注意事項：1） 新制成的泥漿至少需存放一天以上再使用，用前須攪拌T10min。2） 澆注泥漿溫度不宜太低，否則會影響泥漿的流動性。3） 石膏模應(yīng)按順序輪換使用，使模型濕度保持一致。4） 注入泥漿時，為使模內(nèi)的空氣充分逸出，應(yīng)沿漏斗徐徐不斷地一次注滿；最好將模子至于轉(zhuǎn)盤上，一面注一面用手使之回轉(zhuǎn)，好借助離心力的作用，促使泥層均勻，減少坯內(nèi)氣泡，減小燒成變形對于實心注漿，在泥漿注入后，可將模型稍微振動，促使泥漿充分流動將各處填滿，并有利泥漿內(nèi)的氣泡散逸。5） 石膏模內(nèi)壁在注漿前最好噴一層薄釉或撒一層滑石粉，以防粘模。6） 從空心注漿倒出的余漿和修整后的剩余廢漿，在回收使用時，要先加水?dāng)嚢瑁慈哪Ｉ匣烊氲牧蛩徕}等可溶性的鹽類，再過篩壓濾后與漿料配用。7） 注漿坯體脫模后需輕拿輕放，放平放穩(wěn)防止振動。特殊形狀的坯體最好放在托板上。壓制成型是指在坯料中加入少量的水分或塑化劑，然后再在金屬模具中經(jīng)較高壓力被壓制成型的工藝過程。第十章釉料制備及施釉釉的配方的總原則：是釉料必須適應(yīng)于坯料。酸性強的坯配酸性弱的釉，酸性弱的坯配偏堿性的釉，含SiO2高的坯配長石釉，含A12O3高的坯配石灰釉。坯釉中間層的形成：由于坯釉化學(xué)組成上的差異，燒釉時釉的某些成分滲透到坯體的表層中，坯體某些成分也會擴散到釉中，熔解到釉中。通過熔解與擴散的作用，使接觸帶的化學(xué)組成和物理性質(zhì)介于坯體與釉層之間，結(jié)果形成中間層。具體的說，該層吸收了坯體中的A12O3、SiO2等成分，又吸收釉料中的堿性氧化物及B2O3等。它對調(diào)整坯釉之間的差別、緩和釉層中應(yīng)力、改善坯釉的結(jié)合性能起一定的作用。坯和釉的適應(yīng)性：坯釉適應(yīng)性是指熔融性能良好的釉熔體，冷卻后與坯體緊密結(jié)合成完美的整體，不開裂不剝脫的能力。影響坯、釉適應(yīng)性的因素主要有四個方面：1） 熱膨脹系數(shù)對坯、釉適應(yīng)性的影響2） 中間層對坯、釉的適應(yīng)性的影響3） 釉的彈性、抗張強度對坯、釉適應(yīng)性的影響4） 釉層厚度對坯、釉適應(yīng)性的影響。第十一章干燥物料中水分的類型：自由水、吸附水、化學(xué)結(jié)合水。干燥缺陷產(chǎn)生原因及解決措施（十分題）（139頁）原料制備方面1） 坯料配方中塑性粘土用量太多或太少，并且分布不均勻，原料顆粒大小相差過大，混合不均勻等，在干燥中易產(chǎn)生開裂。2） 坯體含水量太大或水分分布不均勻，在干燥中易產(chǎn)生開裂。成型方面1） 成型時受壓力不均，以致坯體各部位緊密程度不同；或壓制操作不正確，坯體中氣體不能很好排除，有暗裂等。2） 練泥或成型時坯體所產(chǎn)生的應(yīng)力未能完全消除，在干燥時有可能發(fā)生變形。3） 泥料在練泥機處理時，已發(fā)生層裂，而又未能消除，則坯體干燥后易發(fā)生開裂。4） 注漿時石膏模過十或模型構(gòu)造有缺點；脫模過早，坯體在精修、鑲接時操作不當(dāng)，或石膏模各部位干濕程度不一致，吸水不同造成密度不一致。1、干燥方面1） 干燥速度過快，使坯體表面收縮過大易造成開裂。2） 坯體各部位在干燥時受熱不均，或氣流流動不均，使收縮不勻而造成開裂。3） 坯體放置時不平穩(wěn)或放置方法不適當(dāng)，由于坯體本身重量作用的關(guān)系也可能變形。4） 坯體本身傳熱傳質(zhì)的條件不同，邊角處升溫、干燥快，特別是大件產(chǎn)品，邊緣及棱角處與中心部位十濕差較大，易出現(xiàn)開裂缺陷。5）干燥時氣流中的水氣凝在冷坯上，再干燥時易使坯體開裂。解決措施處理干燥缺陷，應(yīng)具體分析產(chǎn)生缺陷原因，得出較切合實際的結(jié)論，然后采取必要的措施來解決。1、 坯料配方應(yīng)穩(wěn)定，粒度級配應(yīng)合理，并注意混合均勻。2、 嚴(yán)格控制成型水分，水分應(yīng)均勻一致。3、 成型應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程進行，加強檢查以防止有微細裂紋和層裂的坯體進入干燥器。4、 器型設(shè)計要合理，避免厚薄相差過大。5、 為防止邊緣部位干燥過快，可在邊緣部位作隔濕處理，即涂上油脂類物質(zhì)，以降低邊緣部位的干燥速度，減少干燥應(yīng)力。6、 設(shè)法變單面干燥為雙面干燥，有利于增大水分擴散面積，減少十燥應(yīng)力。7、 嚴(yán)格控制干燥過程，使外擴散與內(nèi)擴散趨向平衡。8、 加強干燥制度和干燥質(zhì)量的檢測，并根據(jù)不同的產(chǎn)品，制定合理的干燥制度。第十二章燒成燒成定義：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，強度得以提高，最終獲得某種特定使用性能的陶瓷制品，這一工藝過程稱為燒成。燒成就是加熱坯體使之發(fā)生質(zhì)變成瓷的過程。第十四章氣硬性膠凝材料石膏漿體硬化并形成具有強度的人造石，一般認為其結(jié)構(gòu)變化經(jīng)過了兩個階段，即凝聚結(jié)構(gòu)形成階段和結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)的形成和發(fā)展階段。與其他膠凝材料不同，鎂質(zhì)膠凝材料在使用是不用水調(diào)和，必須用一定濃度的氯化鎂溶液或其他鹽類溶液來調(diào)和的原因：實驗證明經(jīng)一般煅燒溫度(600°C—800°C)所得的MgO,在常溫下水化時，其水化產(chǎn)物Mg(OH)2的最大濃度可達0.8—1.0g/L,而Mg(OH)2在常溫下的平衡溶解度為0.01g/L，所以溶液中Mg(OH)2的相對過飽和度很大(為80—100)，過大的過飽和度會產(chǎn)生大的結(jié)晶壓力，使硬化過程中形成的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)遭到破壞。因此，鎂質(zhì)膠凝材料不用水調(diào)和。第十五章硅酸鹽水泥硅酸鹽水泥即是以硅酸鈣為主要成分的熟料所制得水泥的總稱，又是專指一種水泥品種。凡由硅酸鹽水泥熟料，0%—5%石灰石或?；郀t礦渣、適量石膏磨細制成的水硬性膠凝材料稱為硅酸鹽水泥，亦稱波特蘭水泥。硅酸鹽水泥的主要技術(shù)要求為：細度、凝結(jié)時間、體積安定性、強度等級。生產(chǎn)硅酸鹽水泥的主要原料是石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料和鐵質(zhì)校正原料。硅酸鹽水泥的生產(chǎn)主要經(jīng)過三個階段，即生料制備、熟料煅燒與水泥粉磨。濕法回轉(zhuǎn)窯內(nèi)熟料形成過程的六個帶：1）干燥帶2）預(yù)熱帶3）碳酸鹽分解帶4）放熱反應(yīng)帶5）燒成帶6）冷卻帶礦化劑是指能加速結(jié)晶化合物的形成，使水泥生料易燒，提高熟料質(zhì)量的少量外加物。阿利特一（C3S固溶體）貝利特一（^一C2S）才利特——（C4AF）水石榴石：（C3AH6） 水化硅酸鈣：（C一S一H）鈣磯石：（3CaO?A12O3?3CaSO4?32H2O）莫來石：（3A1O?2SiO—2A1O?2SiO）23 2 23 2一般總是鋁酸三鈣水化最快，硅酸三鈣和鐵鋁酸鈣次之，而硅酸二鈣最慢。熟料經(jīng)過粉磨，并在粉磨過程中加入少量石膏，達到一定細度，才成為水泥。中間相：填充在阿利特、貝利特之間的鋁酸鹽、鐵酸鹽組成不定的玻璃體和含堿化合物等稱為中間相。游離氧化鈣和方鎂石不穩(wěn)定不是良好水泥所需要的：水泥熟料中，常常還含有少量的沒有與其他礦物結(jié)合的以游離狀態(tài)存在的氧化鈣，稱為游離氧化鈣，又稱游離石灰（一CaO）。因多呈死燒狀態(tài)，因此水化速度極慢，常常在水泥硬化以后，游離氧化鈣的水化才開始進行，生成氫氧化鈣，體積增大，在水泥石內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，使抗拉、抗折強度有所降低，嚴(yán)重時甚至引起安全性不良熟料煅燒時，氧化鎂有一部分和熟料礦物結(jié)合成固溶體以及溶于液相中,多余的氧化鎂即結(jié)晶出來呈游離狀態(tài)的方鎂石存在，并對水泥安定性有不良的影響。熟料的率值（194頁）硅率：表示熟料中SiO與AlO、FeO之和的質(zhì)量比值，以SM或n2 2 3 3 4表示。鋁率：又稱鐵率，表示熟料中A12O3和Fe203含量的質(zhì)量比，以IM或p表示。石灰飽和系數(shù)：在水泥熟料中，氧化鈣總是與兩性氧化物A12O3，堿性氧化物Fe2O3飽和生成C3A，C4AF,在生成上述礦物后，所余下的CaO與使SiO2飽和形成C3S所需的CaO的比值稱為石灰飽和系數(shù)，以KH表示，他表示SiO2與CaO飽和形成C3S的程度。什么是硬化水泥漿體：硬化水泥漿體是一非勻質(zhì)的多相體系，由各種水化產(chǎn)物和殘存熟料所構(gòu)成的固相以及存在于孔隙中的水和空氣所組成，所以是固一液一氣三相多孔體。水泥硬化漿體中的水有不同的存在形式，分別是：結(jié)晶水、吸附水、自由水。初凝、終凝在水化的誘導(dǎo)期，水泥漿的可塑性基本不變;然后逐漸失去流動能力，開始凝結(jié)，到達初凝。接著就進入凝結(jié)階段，繼續(xù)變硬，待完全失去可塑性，有一定結(jié)構(gòu)強度，即為終凝。假凝現(xiàn)象：假凝是指水泥的一種不正常的早期固化或過早變硬現(xiàn)象。與很多因素有關(guān)，除熟料的C3A含量偏高、石膏摻量較多等條件外，一般認為主要還由于水泥在粉磨時受到高溫，使二水石膏脫水成半水石膏的緣故。當(dāng)水泥調(diào)水后半水石膏迅速溶于水，溶解度亦大，部分又重新水化為二水石膏析出，形成針狀結(jié)晶網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而引起漿體固化。對于某些含堿量較高的水泥，所含的硫酸鉀會依下式反應(yīng)KSO+CaSO?2HO=KSO?CaSO-HO+HO2 4 4 2 2 4 4 2 2所生成的鉀石膏結(jié)晶迅速長大，也會是造成假凝的原因?？?jié)B性就是抵抗各種有害介質(zhì)進入內(nèi)部的能力。抗凍性是指在凍融循環(huán)作用下，保持原有性質(zhì)，抵抗破壞的能力。第十六章?lián)交旌喜牧系乃嗷钚曰旌喜牧希悍彩翘烊坏幕蛉斯さ牡V物質(zhì)材料磨成細粉，加水后本身不硬化，但與激發(fā)劑混合，加水拌和后，不但能在空氣中硬化，而且能在水中繼續(xù)硬化者，稱為活性混合材料或稱為水硬性混合材料。常用的激發(fā)劑有兩類，堿性激發(fā)劑（石灰或水化時能析出氫氧化鈣的硅酸鹽水泥熟料）和硫酸鹽激發(fā)劑（二水石膏、半水石膏、無水石膏或以硫酸銅為主要成分的