無機非金屬材料概論總結

1、第一章玻璃的結構和性質1、傳統(tǒng)上的無機非金屬材料主要有: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)、無固定熔點、性質變化的連續(xù)性和可逆性3、根據各種氧化物在形成玻璃結構網絡中所起作用的不同,進一步區(qū)分為玻璃網絡形成體、網絡外體(或成為網絡修飾體和中間體氧化物。4、網絡生成體氧化物應滿足以下條件:(1、每個氧離子應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。5、粘度:是指面積為S的二平行液層,以一定速度梯度dv/dx移動時需克服的內摩擦力f。6、各種常見氧化物對玻璃粘度的作

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堿金屬氧化物對玻璃粘度的作用較為復雜。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;另一方面這些陽離子電價較高,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構以及與結構有關的許多性質。其對玻璃密度影響為:(1玻璃從高溫狀態(tài)冷卻時,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,在生產上退火質量好壞可在密度上明顯地反應出來。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的原料主要有長石和高嶺土。2、澄清劑(輔助原料:凡在玻璃熔制過程中能分解產生氣體,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壑七^程中的不同變化而為五個階段: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:這一階段結束時配合料變成了由硅酸鹽和剩余SiO2組成的燒結物。這一階段在800-900終結。3、

4、玻璃的形成:1200-1250范圍內完成玻璃形成過程,玻璃性質也是不均勻的。4、玻璃液的澄清:此階段的溫度為1400-1500,澄清過程是指排除可見氣泡的過程。5、玻璃液的均化:在玻璃形成階段結束后,在玻璃液中仍帶有與主體玻璃化學成分不同的不均體,消除這種不均體的過程稱玻璃的均化。6、玻璃液的冷卻:為了達到成型所需粘度就必須降溫,這就是熔制玻璃過程冷卻階段的目的。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、玻璃中的應力一般可分為三類:熱應力、結構應力及機械應力。2、玻璃的退火溫度:為了消除玻璃中的永久應力,必須將玻璃加熱到低于玻璃轉變溫度Tg附近的某一溫

5、度進行保溫均熱,以消除玻璃各部分的溫度梯度,使應力松弛。這個選定的溫度,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變溫度Tg以上50-60,然后在冷卻介質中(淬火介質急速均勻冷卻,在這一過程中玻璃的內層和表面將產生很大的溫度梯度,由此引起的應力由于玻璃的粘滯流動而被松弛,所以造成了有溫度梯度而無應力的狀態(tài)。第五章玻璃的缺陷1、玻璃的缺陷:氣泡、結石、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合材料,稱之為微晶玻璃。2、為了提高玻璃的強度,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鋼化兩種。3、玻璃的熱鋼化就是在一定的條件下使玻璃進行淬火而使表面產生一層均勻分布的壓應力,從而使其強度提高的熱處理工藝。4、玻璃的化學鋼化:化學鋼化就是基于玻璃表面離子的遷移為機理的。其過程是把加熱的含堿玻璃浸于溶融鹽中處理,通過玻璃與熔鹽的離子交換改變玻璃表面的化學組成,使得玻璃表面形成壓應力層。第七章陶瓷1、粘土:是自然界中硅酸鹽巖石(如長石、云母經過長期風化作用而形成的一種土狀礦物混合體;為細顆粒的含水鋁硅酸鹽,具有層狀結構。2、粘土按其生產情況可分為:原生粘土(也稱一次或殘留粘土,可經化學風化生成,次生粘土(也稱二次或沉凝粘土,是由原生粘

7、土在自然動力條件下轉移到其它地方再次沉積而成。3、工藝性質:(1可塑性:指粘土與適量的水混練以后形成的泥團,可在外力的作用下產生變成但不開裂;并在外力去除后,仍然保持原有形狀的性質。次是陶瓷塑性成形的基礎。(2結合性:指粘土結合瘠性原料形成可塑泥料并具一定干坯強度的能力。一般可塑性好的粘土結合性也好。(3觸變性:指粘土泥漿或泥團受到振動或攪拌時,粘度降低而流動性增加,靜置后漸恢復原狀,或泥料在放置一段時間后,在水分不變時泥料變稠和固化的性質。(4收縮性:指粘土經干燥后,自由水及吸附水相繼排出,粘土顆粒間距離縮短而產生的干燥收縮,以及干燥后粘土經高溫煅燒,因產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,以及某些結晶物質生成使體積進一步收縮的燒成收縮。干燥收縮和燒成收縮構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。與粘土的結構和顆粒尺寸有關。(5燒結特性:粘土是多礦物的混合物,無固定熔點。在加熱到一定溫度后(>900開始出現(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。對應于體積開始劇烈變化的溫度是開始燒結溫度。當粘土完全燒結,氣孔率降至最低,收縮率最大的溫度是燒結溫度。如繼續(xù)升溫,坯體因液相太多而發(fā)生變形的最低溫圍。粘土的燒結特性與構成粘土的礦物組成、化學組成有關。4、以上所述的三種天然原料是構成傳統(tǒng)陶瓷的三個基

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,長石則是助熔劑,促使燒結時玻璃相的形成。1坯料:將陶瓷原料經揀選,破碎等工序后,進行配料,再經混合、細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:對具有一定可塑能力的泥料,如可塑坯料,進行加工成形的工藝過程。4可塑泥團是由固相,液相,氣相組成的彈-塑性系統(tǒng)。它受力變形時,既有彈性性質,又出現(xiàn)塑性變形階段。當應力很小時,含水量一定的泥團受到應力的作用產生形變,兩者呈現(xiàn)線性關系,且是可逆的。若應力增大超過極限值

10、,將出現(xiàn)不可逆的假塑性變形。由彈性變形過渡到假塑性變形的極限應力,稱為流動極限(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。6物料中水分類型:自由水,吸附水,化學結合水。7干燥過程: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(當坯體干燥到表面水分達到平衡水分時,干燥速度降為零。干燥速度取平衡內部擴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)生一系列物理化學反應,然后冷卻至室溫,坯體的礦物組成與顯微結構發(fā)生顯著變化,外形尺寸得以固定,強度得以提

11、高,最終獲得某種特定使用性能的陶瓷制品,這一過程稱為燒成。9燒成過程中的物理化學變化: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、機械水氣孔量增加,質量減少b中溫階段(300-950又稱氧化分解及晶型轉化期。質量急速減少。結構水的排除碳酸鹽分解碳素硫化物及有機物的氧化石英的晶型轉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,包括水分的排除,氧化鐵的還原莫來石的長大等,本階段坯體開始燒結,釉層開始融化。氧化保溫階段。強還原階段。弱還原階段。D冷卻階段(燒成階段-室溫石英的晶型轉化,體積的變化。高溫燒成溫度-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:結構陶瓷(或工程陶瓷和功能陶瓷11結構陶瓷:具有耐高溫,高硬度,耐磨損,耐腐蝕,低膨脹系數(shù),高導熱性和質輕等優(yōu)點,廣泛用于能源,空間技術,石油化工等領域。功能陶瓷指具有電,光,磁及部分化學功能的多晶無機固體材料。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有機膠凝材料(瀝青樹脂b無機膠凝材料(水硬性,各種水泥;氣硬性,石灰石膏水玻璃菱苦土15生產硅酸鹽水泥的主要原料是石灰質原料,粘土原料,鐵質校正原料;石灰質原料,常用的天然石灰質原料有石灰?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;我國目前采用的石灰飽和系數(shù)KH、硅率SM和鋁率IM等三個率值;熟料礦物的水化速率,測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,定量的測定已水化和未水化的數(shù)量。間接測定有測定結合水、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、細度和水灰比的影響、溫度對水化速率的影響(溫度升高會加速水化速率、外加劑作用;化學減縮:在水泥的水化過程中,無水的熟料礦物轉變?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反應所致,稱化學減縮;濕脹干縮,干燥使體積收縮,潮濕則會發(fā)生膨脹,干縮循環(huán)會導致反復脹縮,但還遺留有不可逆收縮;碳化收