材料導(dǎo)論復(fù)習(xí)要點(diǎn)全

1、 1. 化學(xué)鍵（離子鍵、共價(jià)鍵、金屬鍵）-主價(jià)鍵組合鍵 氫鍵-介于范德華鍵和主價(jià)鍵之間物理鍵（范德華鍵）-次價(jià)鍵無機(jī)非金屬結(jié)構(gòu)主要包含：離子鍵、共價(jià)鍵和混合鍵無機(jī)非金屬材料包括：離子晶體、共價(jià)晶體、混合晶體 離子鍵定義：正負(fù)離子間的靜電作用為離子鍵。決定離子晶體的結(jié)構(gòu)因素包括以下幾個(gè)方面：離子半徑、球體最緊密堆積程度、配位數(shù)、離子的極化形成兩種空隙：四面體空隙和八面體空隙極化：帶電離子所產(chǎn)生電場對(duì)另一離子的電子云發(fā)生作用，使離子大小形狀發(fā)生改變，這種現(xiàn)象。 極化率：離子自身被極化的作用； 極化力：極化周圍離子的作用。影響：離子極化偶極離子間距變化離子配位數(shù)變化晶體結(jié)構(gòu)類型變化1.共價(jià)鍵定義：由

2、兩個(gè)或者多個(gè)原子共同使用它們的外層電子，在理想情況下，達(dá)到電子飽和的狀態(tài)，由此組成較為穩(wěn)定和堅(jiān)固的化學(xué)結(jié)構(gòu)叫做共價(jià)鍵2.金屬鍵性能特點(diǎn)： 1)良好的導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性； 2)正的電阻溫度系數(shù)； 3)良好的強(qiáng)度及塑性； 4)特有的金屬光澤。3.范德華鍵分子間以微弱靜電引力相引而結(jié)合在一起。沒有方向飽和性 例：NaCl 晶體中，已知Na+ 離子和Cl-半徑分別為0.102nm 和 0.181nm，確定正負(fù)離子的配位數(shù)并計(jì)算一個(gè)晶胞中有多少個(gè)NaCl分子？ 解：配位數(shù)：R+/R_=0.102/0.181=0.56在0.4140.732之間，可以確定Na: CN=6分子數(shù) Na: ¼*12+1=

3、4, Cl:1/8*8+1/2*6=4 ,即Z=4例：CsCl 晶體中，已知Cs+ 離子和Cl-半徑分別為0.174nm 和 0.181nm，確定正負(fù)離子的配位數(shù)并計(jì)算一個(gè)晶胞中有多少個(gè)CsCl分子？ 解：配位數(shù) R+/R_=0.174/0.181=0.96在0.7321之間，可以確定Cs: CN=8分子數(shù) Cs: 1 Cl:1/8*8=1 ,即Z=12、硅酸鹽結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)中Si4+間沒有直接的鍵，而它們是通過O2連接起來的。 結(jié)構(gòu)是以硅氧四面體為基礎(chǔ)的。 每一個(gè)O2只能連接2個(gè)硅氧四面體。硅氧四面體的聯(lián)接方式氧原子用于鍵合的是兩個(gè)具有方向性的軌道：(1)共頂：SiO4各單元之間通常以共頂

4、的方式相聯(lián)接 (SiO4頂角上氧與相鄰硅氧四面體共用)。(2)偶爾共棱：相鄰兩個(gè)SiO4兩個(gè)頂角上氧共用。(3)從不共面:(相鄰兩個(gè)SiO4 三個(gè)頂角上氧共用)。 4.硅酸鹽結(jié)構(gòu)根據(jù)SiO4間的共頂情況，硅酸鹽結(jié)構(gòu)形式：一、島狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽二、組群狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽 三、鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽 四、層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽五、架狀結(jié)構(gòu) 橋氧：部分氧的價(jià)鍵被飽和，如連接兩個(gè)硅氧四面體，達(dá)到飽和的氧；-非活性氧非橋氧：價(jià)鍵未被飽和，如兩個(gè)硅氧四面體連接后，剩余的氧。-活性氧 晶體結(jié)構(gòu)缺陷缺陷的含義：通常把晶體點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中周期性勢場的畸變稱為晶體的結(jié)構(gòu)缺陷。理想晶體：質(zhì)點(diǎn)嚴(yán)格按照空間點(diǎn)陣排列。實(shí)際晶體：存在著各種各樣的結(jié)構(gòu)的不

5、完整性。分類方式：幾何形態(tài)：點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷等形成原因：熱缺陷、雜質(zhì)缺陷、非化學(xué)計(jì)量缺陷等1、點(diǎn)缺陷定義：理想晶體中一些原子被外界原子所取代，或者在晶格間隙中摻入原子、或者留有原子空位，從而破壞了晶體結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)有規(guī)則的周期性排列，引起質(zhì)點(diǎn)間勢場的畸變或者造成結(jié)構(gòu)的不完整或者缺陷。分類：晶格位置缺陷、組成缺陷和電荷缺陷類型:弗侖克爾缺陷（Frenkel defect）和肖特基缺陷（Schottky defect）弗倫克爾缺陷特點(diǎn)：空位與間隙粒子成對(duì)出現(xiàn)，數(shù)量相等；晶體體積不變；正負(fù)離子半徑相差大，易形成該缺陷。肖特基缺陷特點(diǎn)：晶體體積增大；離子晶體，正負(fù)離子成對(duì)出現(xiàn)；一般離子半徑相差不大容

6、易形成。2、線缺陷（位錯(cuò)）分類：依據(jù):位錯(cuò)根據(jù)位錯(cuò)線和滑移方向;分為：刃位錯(cuò)(垂直)和螺位錯(cuò)(平行)位錯(cuò)線：晶體中質(zhì)點(diǎn)滑移時(shí)，滑移面和未滑移面的一條交界線。4、固溶體分類：（一）根據(jù)外來組元在主晶相中所處位置 ，可分為置換固溶體和間隙固溶體。（二）按外來組元在主晶相中的固溶度，可分為連續(xù)型(無限型)固溶體和有限型固溶體。影響置換型固溶體的因素：1）離子大??；2）離子價(jià)；3）晶體結(jié)構(gòu)；4）電負(fù)性以r1和r2分別代表半徑大和半徑小的溶劑(主晶相)或溶質(zhì)(雜質(zhì))原子(或離子)的半徑，當(dāng) 時(shí)，溶質(zhì)與溶劑之間可以形成連續(xù)固溶體。當(dāng)超過15% ，則為部分互溶固溶體。 非晶態(tài)的類型非晶態(tài)物質(zhì)由無機(jī)玻璃（傳統(tǒng)

7、氧化物、重金屬氧化物及氟化物玻璃等）、凝膠、非晶態(tài)半導(dǎo)體、無定型炭以及金屬玻璃等組成。 非晶態(tài)的X射線散射特征晶體：晶體能夠看到尖峰，主要是由于原子規(guī)則排列構(gòu)成 一定間隔的晶面，而在那些晶面發(fā)生X衍射；非晶體：原子排列不規(guī)則，形成散射。3.粘度-組成關(guān)系在硅酸鹽熔體中，粘度隨著堿金屬氧化物含量的增加而急劇降低。-粘度大小由熔體中硅氧四面體連接程度決定，堿金屬氧化物增加，導(dǎo)致硅氧四面體連接程度下降。當(dāng)：O:Si比值很低，SiO4的聚合度高，對(duì)粘度起主要作用的是SiO4的Si¡ªO鍵的強(qiáng)度，隨著R2O中R+半徑減小，R+對(duì)于四面體中Si¡ªO鍵的削弱能力加強(qiáng)

8、，因此粘度按照半徑增加增大；當(dāng)O:Si比值較高時(shí)，對(duì)粘度起主要作用的是連接SiO4的R+鍵的強(qiáng)度，故鍵強(qiáng)較大的離子，其堿金屬硅酸鹽熔體粘度高。材料的性能包括使用性能和工藝性能兩方面。使用性能是材料在使用條件下表現(xiàn)出的性能，如熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、化學(xué)性能以及由各種物理效應(yīng)現(xiàn)實(shí)的功能等；如金屬的導(dǎo)電性以及變形性均較好。 硬度硬度是物質(zhì)抵抗機(jī)械變形能力的總和。主要取決于鍵的強(qiáng)度測試方法：壓入試驗(yàn)；劃痕試驗(yàn)，回跳試驗(yàn)理論強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際強(qiáng)度？實(shí)際材料內(nèi)部存在缺陷和表面微裂紋，缺陷部位和基體的彈性模量或熱膨脹系數(shù)往往不同，微裂紋常常就從這些缺陷部位觸發(fā)出來，而在裂紋端部產(chǎn)生應(yīng)力集中。1、電子導(dǎo)

9、電材料的導(dǎo)電能力大小，主要由載流子的濃度和它們的遷移速率決定的，載流子可以是：電子、空穴或者離子 化學(xué)性能化學(xué)侵蝕來源：周圍介質(zhì)中水、酸和堿材料因素：化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性 硅酸鹽水泥的概念及生產(chǎn)工藝 國標(biāo)GB175-2006規(guī)定：凡由硅酸鹽水泥熟料、05%的石灰石或粒化高爐礦渣、適量石膏磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料稱為硅酸鹽水泥，也稱波特蘭水泥。 不摻加混合材料的稱為I型硅酸鹽水泥，代號(hào)P·I； 摻加不超過水泥質(zhì)量5%的石灰石或?；郀t礦渣混合材料的稱為II型硅酸鹽水泥，代號(hào)PII硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝“兩磨一燒”工藝生產(chǎn)水泥的方法主要有干法立窯生產(chǎn)和濕法回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)兩種冷卻目的： 改善熟料

10、質(zhì)量與易磨性；降低熟料的溫度，便于運(yùn)輸、儲(chǔ)存、 和粉磨 回收熱量，預(yù)熱二次空氣，降低熱耗、提高熱利用率。冷卻方式：急冷歸納硅酸三鈣結(jié)構(gòu)特征1）硅酸三鈣常溫介穩(wěn)狀態(tài)的高溫型礦物，其結(jié)構(gòu)式熱力 學(xué)不穩(wěn)定的；（2）Al3+ 、Mg2+進(jìn)入晶格并形成固溶體，固溶程度越高，活性越大；（3）Ca2+離子較正常配位數(shù)低，并且處于不規(guī)則狀態(tài)，因而Ca2+具有較高的活性；（4）結(jié)構(gòu)中存在較大的空穴或通道，可以使OH-離子很容易進(jìn)入晶格。歸納- C2S 結(jié)構(gòu)特征（1）- C2S 常溫介穩(wěn)狀態(tài)的高溫型礦物，其結(jié)構(gòu)式熱力 學(xué)不穩(wěn)定的；（2）鈣離子具有不規(guī)則配位，具有較高活性；（3）- C2S 中有雜質(zhì)和穩(wěn)定劑存在，使

11、之形成固溶體，提高了它的結(jié)構(gòu)活性；（4）結(jié)構(gòu)中不存在較大的空穴或通道，水化速度慢。鋁酸三鈣組成 AlO69- 八面體 CaO610- 八面體 AlO45- 四面體鈣離子配位不規(guī)則，松散連結(jié)，具有較大活性鋁離子有兩種配位（4、6），AlO45- 四面體變形，鋁離子活性大；結(jié)構(gòu)內(nèi)部有較大孔穴，OH-離子容易進(jìn)入，易水化鐵鋁酸四鈣（1）結(jié)構(gòu)是由FeO4四面體和AlO6八面體相互交叉組成（2）固溶體形式存在?？偨Y(jié)歸納：高溫時(shí)形成的一種固溶體，在鋁離子取代鐵離子時(shí)引起晶格穩(wěn)定性降低。 玻璃相孰料燒至熔融時(shí)，部分液相在冷卻過程中來不及析晶的結(jié)果-熱力學(xué)不穩(wěn)定。水化的五個(gè)階段-硅酸三鈣水化反應(yīng)過程誘導(dǎo)前期特

12、點(diǎn)：加水立即發(fā)生急劇反應(yīng)，放熱速率很快，持續(xù)時(shí)間大約15min；C3s與水作用：鈣離子溶出-富硅層（吸引鈣離子）-雙電層原因：球磨冷卻使表面有很多活性點(diǎn)誘導(dǎo)期-靜止期特點(diǎn)：反應(yīng)速率及其緩慢過程：溶液中Ca2+離子濃度增加單未達(dá)到飽和，故C3S中溶出Ca2+離子速度減緩，產(chǎn)生誘導(dǎo)。 加速期特點(diǎn)：反應(yīng)重新加快，反應(yīng)速率歲隨時(shí)間而增長，出現(xiàn)第二次放熱高峰，漿體逐漸凝結(jié)硬化誘導(dǎo)期結(jié)束-初凝加速期結(jié)束-終凝；過程：溶液中Ca2+離子和OH-離子濃度增加，達(dá)到飽和，形成CH晶核，使雙電層作用減弱，故C3S中溶出Ca2+離子速度重新加快。注意：C-S-H在C3S表面沉淀，使鈣離子溶出速度減慢，當(dāng)加速作用=減

13、速作用時(shí)，速度最大。衰退期特點(diǎn)：反應(yīng)速率隨時(shí)間而下降，水化作用逐漸受擴(kuò)散速率控制。過程：C-S-H覆蓋在C3S表面，阻礙離子遷移，導(dǎo)致水化速度降低或者水化作用衰退。 穩(wěn)定期特點(diǎn)：反應(yīng)速率很低，反應(yīng)過程基本趨于穩(wěn)定，水化完全受擴(kuò)散速度控制。過程：新生成的水化產(chǎn)物沉淀在C3S顆粒周圍，并且水化物的微結(jié)構(gòu)越來越密實(shí)，對(duì)H2O阻礙作用更大，故速度很慢，水化完全為擴(kuò)散速率控制。硅酸二鈣的水化- C2S和C3S水化過程極其相似，只是反應(yīng)速率為前者的1/20-結(jié)構(gòu)決定。鋁酸三鈣的水化問題： C3A形成的水化物不穩(wěn)定，易轉(zhuǎn)換成立方裝的C3AH6，不利于漿體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成與穩(wěn)定；純水中，C3A水化較快，漿體凝結(jié)

14、很大；水化產(chǎn)物轉(zhuǎn)化時(shí)，孔隙率大大增加，進(jìn)而引起強(qiáng)度降低。問題：OH-比H2O更易滲入C3A結(jié)構(gòu)中，使其解體更迅速，所以水化更快，短時(shí)間既有大量的板狀C4AH13形成而使?jié){體速凝?？偨Y(jié)概括硅酸鹽水泥的水化 ：階段-鈣礬石形成階段：孰料遇水，水泥中的C3A首先水化，并在石膏存在的條件下迅速生成鈣礬石（AFT），AFT覆蓋在顆粒表面，使水化速率減慢，導(dǎo)致誘導(dǎo)期開始；階段-C3S水化階段：由于C3S開始水化，形成C-S-H和CH相，當(dāng)石膏體系消耗完畢，AFT向AFm轉(zhuǎn)變，此過程C4AF和C2S都參與了反應(yīng)；階段-結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展隨著水化產(chǎn)物的增多，相互交織連生，漿體逐漸開始硬化。水化過程中的幾種情況a.

15、 水化不是在純水中，而是在各種離子的溶液中，且各離子濃度隨水化時(shí)間不斷發(fā)生變化；b. 可能發(fā)生二次水化c. 各種礦物之間對(duì)水化過程產(chǎn)生影響。水化速度及其影響因素水化速率：單位時(shí)間內(nèi)的水化程度或水化深度。水化程度：一定時(shí)間內(nèi)發(fā)生水作用的量與完全水化量的比值。影響因素： 礦物組成與結(jié)構(gòu)；-C3A >C4AF > C3S > C2S 水泥粒子大?。?顆粒小，水化速度快； 水灰比；-加水了增加，水化速度快； 溫度；溫度升高，水化速度加快； 混合材料及外加劑類型和數(shù)量：-減水劑或者緩凝劑；影響因素： 礦物組成與結(jié)構(gòu)；-C3A >C4AF > C3S > C2S 水泥粒

16、子大小；-顆粒小，水化速度快； 水灰比；-加水了增加，水化速度快； 溫度；溫度升高，水化速度加快； 混合材料及外加劑類型和數(shù)量：-減水劑或者緩凝劑；(二)水泥的凝結(jié)和硬化第一階段-加水拌合到初凝為止第二階段-初凝到24小時(shí)為止第三階段-24h到水化結(jié)束硅酸鹽水泥主要水化產(chǎn)物水化硅酸鈣凝膠C-S-H約占70%氫氧化鈣晶體CH約占20%水化硫鋁酸鈣晶體（AFt和AFm）約占7%水化鐵酸一鈣凝膠CFH水化鋁酸三鈣晶體C3AH6（四）水泥石結(jié)構(gòu)1 未水化水泥顆粒2 水化產(chǎn)物晶體、膠體3 毛細(xì)孔、毛細(xì)孔水4 凝膠孔毛細(xì)孔未被水化產(chǎn)物所填充的原充水空間凝膠孔C-S-H內(nèi)部的結(jié)構(gòu)孔水泥石是多相（固、液、氣）

17、多孔體系，水泥石的工程性質(zhì)取決于水泥石的結(jié)構(gòu)組成，即決定于水化物的類型和相對(duì)含量、內(nèi)部孔的大小、形狀和分布狀態(tài)。四、硅酸鹽水泥的技術(shù)要求(一) 細(xì)度 水泥的細(xì)度指水泥的粗細(xì)程度或分散度。細(xì)度決定了水泥與水接觸的表面積。從而影響水泥的水化、凝結(jié)速度和性質(zhì)。水泥的細(xì)度可用篩析法(80m或45m方孔篩篩余)和比表面積法(勃氏法)檢驗(yàn)。 比表面積法是通過測量一定量空氣通過水泥時(shí)流速的變化來測定顆粒粒徑分布情況。（一）初凝：從水泥加水拌和起至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿開始失去可塑性所需的時(shí)間。1國標(biāo)規(guī)定：初凝時(shí)間45min，國產(chǎn)水泥一般為1-3h。2.實(shí)驗(yàn)：以試針距離底板4±1mm為準(zhǔn)。3.工程意義：水泥的

18、初凝時(shí)間不宜過早，以便施工時(shí)有充分的時(shí)間攪拌、運(yùn)輸、澆搗和砌筑等操作。(二) 終凝：從水泥加水拌和起至標(biāo)準(zhǔn)稠度凈漿完全失去可塑性并開始產(chǎn)生強(qiáng)度所需的時(shí)間。5.國標(biāo)規(guī)定：終凝時(shí)間6.5h，國產(chǎn)水泥一般為5-6h。6.實(shí)驗(yàn)：以試針下沉0.5mm為準(zhǔn)。7.工程意義：終凝時(shí)間不宜過遲，以便施工完畢后更快硬化，達(dá)到一定的強(qiáng)度，以利于下一步施工工藝的進(jìn)行。8.影響水泥凝結(jié)時(shí)間的因素：熟料的礦物組成、石膏摻量、混合材的品種與摻量、水泥細(xì)度、溫度、水灰比等。（三）水泥在出廠和使用前必須檢驗(yàn)的技術(shù)指標(biāo)有四項(xiàng)：細(xì)度、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度和體積安定性。這四項(xiàng)指標(biāo)中，除強(qiáng)度外，其它任何一項(xiàng)指標(biāo)不合格，則水泥不能使用；反之，

19、若僅強(qiáng)度一項(xiàng)指標(biāo)不合格，而其它三項(xiàng)指標(biāo)合格，則水泥可降等級(jí)使用。 三 摻混合材料的硅酸鹽水泥(一)非活性混合材料 定義：凡與水泥不發(fā)生化學(xué)作用或化學(xué)作用甚微的人工的或天然的磨細(xì)礦物質(zhì)材料都屬于非活性混合材料。品種： 磨細(xì)的石灰石、石英砂、粘土、慢冷礦渣及各種廢渣。(二)活性混合材料定義：混合材料磨細(xì)與水拌和后，本身并不具有膠凝性質(zhì)，或膠結(jié)能力很小，但磨細(xì)的混合材料與石灰、石膏或硅酸鹽水泥一起加水拌和后，在常溫下能生成具有水硬性的水化產(chǎn)物，稱為活性混合材料。品種：粉煤灰、?；郀t礦渣、火山灰質(zhì)混合材料。1. ?；郀t礦渣 將煉鐵高爐中的熔融礦渣經(jīng)水淬等急冷方式而成的松軟顆粒稱為粒化高爐礦渣，又稱

20、水淬礦渣。 活性成分為活性氧化硅和活性氧化鋁。 2. 火山灰質(zhì)混合材料 是火山噴發(fā)沉積物及其它具有類似活性的材料的統(tǒng)稱。 按其化學(xué)成分可分為含水硅酸質(zhì)（如硅藻土等）、鋁硅玻璃質(zhì)（如火山灰、浮石等）、燒粘土質(zhì)（如燒粘土、煤渣等）。 3. 粉煤灰 從燃煤發(fā)電廠的煙道氣體中收集的粉末，又稱飛灰。1。堿性激發(fā)劑：石灰和能在水化時(shí)析出氫氧化鈣的水泥熟料2硫酸鹽激發(fā)劑：各種石膏四、普通硅酸鹽水泥(一) 定義與組成 普通水泥硅酸鹽水泥熟料615%活性混合材料+適量石膏，代號(hào)P·O。(二)技術(shù)要求 與硅酸鹽水泥不同的有： 1. 細(xì)度 80m方孔篩篩余不得超過10%。 2. 凝結(jié)時(shí)間 初凝不得早于45min，終凝不得遲于10h。 3. 強(qiáng)度等級(jí)