第三章第四節(jié)-無機非金屬材料的結構基礎-副本

3.4無機非金屬材料的組成與結構3.4.1材料的一般分類材料無機非金屬材料金屬材料Fe、Cu、Al、合金等

高分子材料：塑料、橡膠、纖維、涂料、粘合劑傳統(tǒng)無機非金屬材料新型無機非金屬材料水泥玻璃陶瓷等發(fā)光材料等高溫結構陶瓷光導纖維一.傳統(tǒng)無機非金屬材料---硅酸鹽材料

以含硅物質(zhì)為原料經(jīng)加熱制成的制造工業(yè)-硅酸鹽工業(yè)

2、玻璃3、陶瓷4、耐火材料

1、水泥水泥玻璃陶瓷主要原料主要設備反應條件反應原理主要成分特性水泥、玻璃、陶瓷生產(chǎn)比較石灰石.粘土回轉爐高溫復雜的物理、化學變化3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3水硬性石英.純堿石灰石玻璃熔爐高溫Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2Na2SiO3CaSiO3SiO2玻璃態(tài)物質(zhì)粘土陶瓷窯高溫復雜的物理化學變化成分復雜抗氧化.酸堿.腐蝕耐高溫.絕緣7.陶瓷主要種類：土器：磚瓦(自然冷卻，F(xiàn)e2O3含量較多)(淋水冷卻，F(xiàn)e3O4、FeO較多)陶器：彩陶瓷器：碗盤茶具炻器：水缸、砂鍋②搪瓷不屬于陶瓷紅瓦青瓦

西周原始瓷尊唐三彩騎駝人俑唐三彩紅立馬課堂練習1.下列物質(zhì)：①水泥②玻璃③陶瓷④水晶，其中屬于硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品的是(

)A只有①②B只有②④C全部D只有①②③D2.在玻璃、水泥工業(yè)生產(chǎn)中，都需要的原料是（）。Ａ．石灰石Ｂ．純堿

Ｃ．粘土Ｄ．石英A3.下列物質(zhì)屬于純凈物的是①水玻璃②水泥③玻璃④漂白粉⑤膽礬⑥氯水⑦液氯()A、①④

B、①⑤C、①⑤⑥

D、⑤⑦D4.與鋼化玻璃成分相同的是()A有色玻璃B普通玻璃

C石英玻璃D光學玻璃B5.熔融燒堿應選用的儀器是：（）

A、石英坩堝B、普通玻璃坩堝C、生鐵坩堝D、陶瓷坩堝C(一)新型無機非金屬材料1．傳統(tǒng)的硅酸鹽材料有什么優(yōu)、缺點？

優(yōu)點：抗腐蝕、耐高溫；缺點：質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊。

2．新型無機非金屬材料有哪些特性？

①承受高溫，強度高。

②具有光學特性。③具有電學特性。

④具有生物功能。

2、新型無機非金屬材料的特性1.能承受高溫、強度高。例如：氮化硅陶瓷在1200℃左右的高溫下，仍具有很高的強度，可用來制造汽輪機葉片、軸承、永久性模具等。2.具有電學特性，一些新型無機非金屬材料可以作為半導體、導體、超導體等，一些絕緣性材料常被用于集成電路的基板。3.具有光學特性。有些新型無機非金屬材料能發(fā)出各色的光，有的能透過可見光，有的能使紅外線、雷達射線穿過。處于高溫下的光導纖維4.具有生物特性。有些新型無機非金屬材料強度高、無毒、不溶于水，對人體組織有較好的適應性，可直接植入人體內(nèi)，用這類材料制成的人造牙齒、人造骨骼，已被應用在醫(yī)療上。人造關節(jié)兩種新型無機非金屬材料簡介1、高溫結構陶瓷

a.氧化鋁陶瓷高壓鈉燈氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷（人造剛玉）主要特性①高熔點；②高硬度；③可制成透明陶瓷；④無毒、不溶于水，強度高；⑤對人體有較好的適應性

主要用途高級耐火材料，剛玉球磨機；高壓鈉燈的燈管、人造骨、人造牙、人造心瓣膜、人造關節(jié)等b.氮化硅陶瓷主要特性①超硬度，耐磨損；②抗腐蝕，高溫時也抗氧化；③抗冷熱沖擊而不碎裂；④耐高溫且不易傳熱；⑤本身具有潤滑性

主要用途制造軸承、汽輪機葉片、機械密封環(huán)、永久性模具等機械構件。用于制造柴油機中發(fā)動機部件的受熱面等陶瓷軸承陶瓷機械零件B、光導纖維光導纖維（二氧化硅）主要特性①抗干擾性能好，不發(fā)生輻射；②通訊質(zhì)量好；③質(zhì)量輕、耐腐蝕主要用途用于通訊外，還用于醫(yī)療、信息處理、遙測遙控等4、下列哪些材料是新型無機材料①氧化鋁陶瓷②氮化硅陶瓷③碳化硅陶瓷④氮化鋁陶瓷⑤氮化鈦陶瓷⑥硅化硼陶瓷⑦二硅化銅陶瓷()A①②③B①③④⑤C①⑤⑥D全部D無機非金屬材料組成與結構3.4.23.4.2.1無機非金屬材料的組成與結合鍵結合鍵化學鍵物理鍵離子鍵、共價鍵、金屬鍵氫鍵、范德華力鍵無機非金屬材料結構中，主要含有離子鍵、共價鍵和既含離子鍵又含共價鍵的混合價鍵。由此把晶體分成5種典型類型：離子晶體、共價晶體（原子晶體）、金屬晶體、分子晶體、氫鍵晶體。NaCl晶體結構中的離子鍵和晶胞結構一、離子鍵1.離子鍵實質(zhì)

離子鍵：由正、負離子依靠靜電庫侖力而產(chǎn)生的鍵合。離子晶體：質(zhì)點之間主要依靠靜電庫侖力而結合的晶體。2.典型離子晶體：金屬元素同非金屬元素的化合物：LiF、NaCl、GaF2二元金屬氧化物：Na2O、BaO、MgO三元或多元化合物：鎂鋁尖晶石MgOAl2O3

鋯鈦酸鋁Pb2（ZrxTi1-x）O33.離子鍵特性（1）無方向性（2）無飽和性單質(zhì)Si：Si-Si鍵為共價鍵。1個4價Si原子，與其周圍4個Si原子共享最外層的電子，從而使每個Si原子最外層獲得8個電子。1對共有電子代表1個共價鍵，所以1個Si原子有4個共價鍵與鄰近4個Si原子結合，形成四面體結構，其中共價鍵之間的夾角約為109°。單質(zhì)Si結構中的共價鍵和晶胞結構二、共價鍵1.共價鍵實質(zhì)

共價鍵：原子之間通過共用電子對或通過電子云重疊而產(chǎn)生的鍵合。共價晶體或原子晶體：靠共價鍵結合的晶體。

2.典型的共價晶體：第IV族元素C（金剛石），Si，Ge，Sn（灰錫）等的晶體，屬金剛石結構。3.共價鍵特性

有飽和性有方向性3.4.2.2晶體結構一、典型無機化合物晶體的結構二、硅酸鹽晶體結構7類晶系(syngonies)、14種Bravais點陣SyngoniesAxes(a,b,c)Angles（α,β,γ）立方cubic

a=b=ca=b=g=900四方tetragonal

a=b≠cα=β=γ=900六方

hexagonal

a=b≠ca=b=900,g＝1200三方triagnoala=b=c(a=b≠c)a=b=g≠900(a=b=900,g＝1200)正交orthorhombica≠b≠cα=β=γ=900單斜monoclinica≠b≠cα=β=900≠γ三斜triclinica≠b≠cα≠β≠γ≠900

四面體空隙：在等大球體的最緊密堆積中,由4個球體所圍成的空隙。

八面體空隙:在等大球體的最緊密堆積中,把組成層間空隙的球心連起來,由6個球體所圍成的空隙。

四面體空隙和八面體空隙fccfccbccbcc金剛石結構石墨結構NaCl型結構CsCl型結構閃鋅礦型結構纖鋅礦型結構螢石型結構金紅石型結構碘化鎘型結構十.剛玉型結構十一.鈣鈦礦型結構十二.尖晶石型結構一、典型無機化合物晶體的結構一、金剛石結構化學式C；晶體結構為立方晶系Fd3m，面心立方格子，a0＝0.356nm；碳原子位于面心立方的所有結點位置和交替分布在立方體內(nèi)四個小立方體中心；每個晶胞中原子數(shù)Z＝8，每個碳原子周圍都有4個碳，之間形成共價鍵。與其結構相同的有硅、鍺、灰錫、合成立方氮化硼等性質(zhì)：硬度最大、具半導體性能、極好的導熱性二、石墨結構石墨（C），六方晶系，P63／mmc，a0=0.146nm，c0=0.670nm，每個晶胞中原子數(shù)Z=4。結構表現(xiàn)為碳原子呈層狀排列。層內(nèi)碳原子呈六方環(huán)狀排列，每個碳原子與三個相鄰碳原子之間的距離均為0.142nm；層間距離為0.335nm。層內(nèi)為共價鍵，層間為分子鍵相連。三、NaCl型結構石鹽化學式NaCl，立方晶系，F(xiàn)m3m，立方面心格子，a0＝0.563nm，單位晶胞中的“分子”數(shù)Z＝4。陰、陽離子以離子鍵結合，為離子晶體。Cl-按立方最緊密堆積方式堆積，Na＋充填于全部八面體空隙中，八面體之間共棱（共用兩個頂點）連接，陰、陽離子配位數(shù)均為6。四、CsCl型結構立方晶系Pm3m空間群，a0＝0.411nm，Z＝1，立方原始格子，Cl-處于立方原始格子的八個角頂上，Cs＋位于立方體中心（立方體空隙），Cl-和Cs+的CN均為8。屬于CsCl型結構的晶體：CsBr、CsI、NH4Cl等五、β－ZnS（閃鋅礦）型結構立方晶系F3m，a0＝0.540nm，Z＝4，面心立方格子，S2-位于立方面心的結點位置，而Zn2+交錯地分布于立方體內(nèi)的1/8小立方體的中心。陰、陽離子的CN均為4，若把S2-看成立方最緊密堆積，則Zn2+充填于1/2的四面體空隙中。屬于閃鋅礦型結構的晶體：-SiC,GaAs,AlP,InSb等六、α－ZnS（纖鋅礦）型結構六方晶系,空間群P63mc，a0=0.382nm，c0=0.625nm，Z=2；陽離子和陰離子的配位數(shù)都是4；S2-按六方最緊密堆積排列，Zn2+充填于1/2的四面體空隙中。屬于纖鋅礦型結構的晶體有：BeO、ZnO、AIN等Z=6Z=2七、CaF2（螢石）型結構立方晶系，空間群Fm3m，a0=0.545nm，Z＝4；Ca2+位于立方面心的結點上，F(xiàn)-位于立方體內(nèi)八個小立方體中心；Ca2+的CN＝8，F(xiàn)-的CN＝4；Ca2+作立方緊密堆積，F(xiàn)-充填于全部四面體空隙，八面體空隙全部空著，因此在八個F-之間存在有較大的空洞，為F-的擴散提供條件。類似晶體：BaF2、PbF2、SnF2、CeO2、ThO2、UO2等反螢石結構：晶體結構與螢石完全相同，只是陰、陽離子位置完全互換。如Li2O、Na2O、K2O等。八、TiO2（金紅石）型結構四方晶系，P42/mnm，a0=0.459nm，c0=0.296nm，Z=2；Ti4+位于四方原始格子結點位置，體中心Ti4+不屬此四方原始格子，而自成另一套四方原始格子，因為這兩個Ti4+周圍環(huán)境不同，不能成為四方體心格子，O2-處于特定位置；

Ti4+的配位數(shù)為6，O2-的配位數(shù)為3。Ti-O八面體以共棱方式排成鏈狀，晶胞中心的鏈和四角的Ti－O八面體鏈的排列方向相差90°

鏈與鏈之間是Ti-O八面體以共頂相連還可以把O2-看成近似六方緊密堆積，而Ti4+位于1/2的八面體空隙中屬于金紅石結構的晶體有：SnO2；PbO2；MnO2；MoO2；WO2；MnF2；MgF2；VO2九、CdI2（碘化鎘）型結構三方晶系，空間群Pm，a0=0.424nm，c0=0.684nm，Z=1；Cd2+占有六方原始格子的結點位置，I-交叉分布于三個Cd2+的三角形中心的上、下方；Cd2+的配位數(shù)是6，上下各3個I-

，I-配位數(shù)是3，3個Cd2+處于同一邊，因此，該結構相當于兩層I-離子夾一層Cd2+

，構成復合層。層間由范德華力相連，是一種較典型的層狀結構，層間范德華力較弱，而呈現(xiàn)∥（0001）的解理；層內(nèi)則由于極化作用，Cd－I之間是具有離子鍵性質(zhì)的共價鍵，鍵力較強。類似晶體有：Ca（OH）2；Mg（OH）2；CaI2；MgI2等。Cd2+I-十、α－Al2O3（剛玉）型結構三方晶系，空間群，a0=0.517nm，=55°17′，Z=2O2-按六方緊密堆積排列，形成ABABAB……重復規(guī)律，Al3+填充于2/3的八面體空隙，Al3+的分布原則符合鮑林規(guī)則：在同一層和層與層之間，Al3+之間的距離應保持最遠。α－Al2O3中的氧與鋁的排列次序可寫成：

OAAlDOBAlEOAAlFOBAlDOAAlEOBAlFOAAlD……13層屬于剛玉型結構的晶體：

α－Fe2O3、Cr2O3、Ti2O3、V2O3、FeTiO3

；MgTiO3等十一、CaTiO3（鈣鈦礦）型結構鈣鈦礦結構的通式為ABO3，其中A代表二價（或一價）金屬離子：Ca2+,Ba2+,Pb2+，B代表四價（或五價）金屬離子：Ti4+,Zr4+。CaTiO3在高溫時為立方晶系（理想結構），Pm3m，a0＝0.385nm，Z＝1；600℃以下為斜方晶系PCmm。Ca2+占有立方面心的角頂位置，O2-占有面心位置，可看成Ca2+

和O2-

共同組成立方緊密堆積，Ti4+充填于1/4的八面體空隙中，位于立方體中心，Ti4+

的CN＝6，Ca2+的CN＝12。十二、MgAl2O4（尖晶石）型結構AB2O4型化合物中最重要的一種結構是尖晶石結構：立方晶系，F(xiàn)d3m，a0=0.808nm，Z=8O2-按立方緊密堆積排列，二價離子A充填1/8四面體空隙，三價離子B充填1/2八面體空隙——正型尖晶石結構。八面體間共棱相連，八面體與四面體間是共頂相連。反型尖晶石結構：二價陽離子充填八面體空隙，三價陽離子一半充填四面體空隙，另一半充填八面體空隙中。二、硅酸鹽晶體結構（一）硅酸鹽晶體的表示法

氧化物方法無機絡鹽表示法氧化物方法：即把構成硅酸鹽晶體的所有氧化物按一定的比例和順序全部寫出來，先是1價的堿金屬氧化物，其次是2價、3價的金屬氧化物，最后是SiO2。例如，鉀長石的化學式寫為K2O·Al2O3·6SiO2；無機絡鹽表示法：把構成硅酸鹽晶體的所有離子按照一定比例和順序全部寫出來，再把相關的絡陰離子用[]括起來。先是1價、2價的金屬離子，其次是Al3+和Si4+，最后是O2-或OH—。如鉀長石為K[AlSi3O8]。（二）硅酸鹽結構基本特點（1）構成硅酸鹽晶體的基本結構單元[SiO4]四面體。Si-O-Si鍵是一條夾角不等的折線，一般在145o左右。（2）[SiO4]四面體的每個頂點，即O2-離子最多只能為兩個[SiO4]四面體所共用。（3）兩個相鄰的[SiO4]四面體之間只能共頂而不能共棱或共面連接。（4）[SiO4]四面體中心的Si4+離子可部分地被Al3+

所取代。[SiO4]的作用——鏈接。硅氧四面體[SiO4]硅酸鹽晶體化學式中不同的Si/O比對應基本結構單元之間的不同結合方式。X射線結構分析表明，硅酸鹽晶體中[SiO4]四面體的結合方式有島狀、組群狀、鏈狀、層狀和架狀等五種方式。硅酸鹽晶體也分為相應的五種類型，其對應的Si/O由1/4變化到1/2，結構變得越來越復雜，見表1。（三）硅酸鹽結構的分類表1硅酸鹽晶體結構類型與Si/O比的關系1.島狀結構[SiO4]以孤島狀存在，各頂點之間互不連接，每個O2-一側與1個Si4+連接，另一側與其它金屬離子相配位使電價平衡。結構中Si/O比為1:4。有：鋯石英Zr[SiO4]、鎂橄欖石Mg2[SiO4]、藍晶石Al2O3·SiO2、莫來石3Al2O3·2SiO2以及水泥熟料中-C2S、-C2S和C3S等。2.組群狀2個、3個、4個或6個[SiO4]通過橋氧相連接形成單獨硅氧絡陰離子團（有限硅氧四面體群），它們之間再通過其它金屬離子連接。

（1）橋氧（或公共氧、非活性氧）：有限四面體群中連接兩個Si4+的氧，其電價已飽和，一般不再與其它正離子配位。（2）非橋氧（或非公共氧、活性氧）：只有一側與Si4+相連接的氧。概念：孤立的有限硅氧四面體群組群狀結構中Si/O比：2:7或1:3雙四面體：硅鈣石Ca3[Si2O7]

鋁方柱石Ca2Al[AlSiO7]

鎂方柱石Ca2Mg[Si2O7]三節(jié)環(huán)：藍錐礦BaTi[Si3O9]六節(jié)環(huán)：綠寶石Be3Al2[Si6O18]3.鏈狀結構

[SiO4]通過橋氧相連接，形成向一維方向無限延伸的鏈。依照[SiO4]共用O2-數(shù)目不同，分為單鏈和雙鏈。單鏈：每個[SiO4]通過共用2個頂點向一維方向無限延伸。雙鏈：兩條相同單鏈通過尚未共用的氧組成帶狀。（a）單鏈結構；（b）雙鏈結構；（c）（d）（e）為從箭頭方向觀察所得的投影4.層狀結構每個[SiO4]通過3個橋氧連接，構成向二維方向伸展的六節(jié)環(huán)狀硅氧層（無限硅氧四面體群），其中可取出一個矩形單元[Si4O10]4-，則化學式：[Si4O10]n4n-。層狀結構硅氧四面體

（a）立體圖（b）投影圖5.架狀結構架狀結構中硅氧四面體的每個頂點均為橋氧，硅氧四面體之間共頂連接，形成三維“骨架”結構。作為骨架的硅氧結構單元的化學式為[SiO2]n，其中Si/O為1∶2。架狀玻璃相的作用：填充晶粒間隙、粘結晶粒，使材料致密。降低燒成溫度，改善工藝性能，抑制晶粒長大。固體材料結構

晶態(tài)：原子周期規(guī)整排列（長程有序）

非晶態(tài)：原子無規(guī)則排列（短程有序）——玻璃和非金屬在各種無機材料中，一般都含有一定數(shù)量的玻璃相。3.4.2.3非晶體結構玻璃的通性一、各向同性二、介穩(wěn)性四、由熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉化時，物理、化學性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性三、狀態(tài)轉化的漸變性和可逆性玻璃相的結構——有多種結構理論門捷列耶夫：與金屬合金類似，沒有固定化學組成的無定形物質(zhì)。微晶子學說哈里阿森:

無規(guī)網(wǎng)絡學說泰曼：過冷液體。索克曼：基本結構單元是具有一定化學組成的分子聚合體。目前，微晶子學和無規(guī)網(wǎng)絡學被人們普遍接受。一、微晶學說前蘇聯(lián)學者列別捷夫1921年提出-實驗依據(jù)1.折射率-溫度曲線學說要點2.鈉硅雙組分玻璃的X射線散射強度曲線3.紅外反射光譜學說要點：

玻璃由無數(shù)的“晶子”組成。所謂“晶子”不同于一般微晶，而是帶有晶格變形的有序區(qū)域，它分散于無定形的介質(zhì)中，并且“晶子”到介質(zhì)的過渡是逐漸完成的，兩者之間無明顯界線。1、未加熱2、618℃保溫1小時3、800℃保溫10分鐘(670℃保溫20小時)27Na2O－73SiO2的x射線散射強度曲線

第一峰：是石英玻璃衍射的主峰與晶體石英特征峰一致。第二峰：是Na2O-SiO2玻璃的衍射主峰與偏硅酸鈉晶體的特征峰一致。在鈉硅玻璃中，上述兩個峰均同出現(xiàn)。SiO2的含量增加，第一峰明顯，第二峰減弱；Na2O含量增加，第二峰強度增加。

鈉硅玻璃中同時存在方石英晶子和偏硅酸鈉晶子，而且隨成分和制備條件而變。提高溫度或保溫時間延長衍射主峰清晰，強度增大，說明晶子長大。但玻璃中方石英晶子與方石英晶體相比有變形。結論二、無規(guī)則網(wǎng)絡學石英玻璃和石英晶體結構模型[SiO4]有著嚴格的規(guī)則排列[SiO4]排列是無序的、缺乏對稱性和周期性的重復。（b）石英玻璃網(wǎng)絡結構（a）石英晶體網(wǎng)絡結構石英晶體的網(wǎng)絡結構如圖（a）所示，它是由硅氧四面體結構單元無數(shù)次有規(guī)則的重復形成的，是長程有序的結構。石英玻璃的網(wǎng)絡結構如圖（b）所示，它的基本結構單元也是硅氧四面體，但卻組成了無規(guī)則的網(wǎng)絡結構。1、實驗依據(jù)（1）瓦倫對玻璃的x-衍射圖瓦倫認為石英玻璃和方石英中原子間距大致一致。峰值的存在并不說明晶體的存在。石英玻璃中沒有象硅膠一樣的小角度衍射，說明它是一種密實體，結構中沒有不連續(xù)的離子或空隙。實驗表明：玻璃物質(zhì)主要部分不可能以方石英晶體的形式存在，而每個原子的周圍原子配位對玻璃和方石英來說都是一樣的。

2、學說要點：

(1)形成玻璃的物質(zhì)與相應的晶體類似，形成相似的三維空間網(wǎng)絡。

(2)這種網(wǎng)絡是由離子多面體通過橋氧相連，向三維空間無規(guī)律的發(fā)展而構筑起來的。

(3)電荷高的網(wǎng)絡形成離子位于多面體中心，半徑大的變性離子，在網(wǎng)絡空隙中統(tǒng)計分布，對于每一個變價離子則有一定的配位數(shù)。

(4)氧化物要形成玻璃必須具備四個條件：

A、每個O最多與兩個網(wǎng)絡形成離子相連。

B、多面體中陽離子的配位數(shù)≤4。

C、多面體共點而不共棱或共面。

D、多面體至少有3個角與其它相鄰多面體共用。兩大學說對比：兩種假說各具優(yōu)缺點，兩種觀點正在逐步靠近。統(tǒng)一的看法是——玻璃是具有近程有序、遠程無序結構特點的無定形物質(zhì)。

晶子假說著重于玻璃結構的微不均勻和有序性。

無規(guī)則網(wǎng)絡學說著重于玻璃結構的無序、連續(xù)、均勻和統(tǒng)計性。它們各自能解釋玻璃的一些性質(zhì)變化規(guī)律。碳化合物1.炭黑

各種炭黑的差異主要在表面積（或粒子大?。?、聚集體形態(tài)、粒子和聚集體的質(zhì)量分布和化學組成等方面。

表面積用來鑒別和分類命名炭黑的重要性質(zhì)之一。表面積用氣相或液相吸附法測得。最經(jīng)典的測定方法是低溫氮吸附法（即BET法）。由于氮分子相對較小,可進入炭黑微孔之中，該法測得的結果表征炭黑的總表面積。近年來研究成功大分子吸附法（如CTAB），因大分子不能進入微孔，其測定結果表征炭黑的外表面積，即“光滑”表面積。大多數(shù)橡膠用炭黑是無孔的,所以BET測定結果和CTAB測定結果是一致的。對某些色素用炭黑，這兩種表面積測定結果的差，即表征炭黑的粗糙度或孔隙度。另一種測定方法─吸碘法也廣泛用于生產(chǎn)控制和產(chǎn)品分類，其特點是簡單快速，但測定結果受炭黑表面氧化程度的影響。結構炭黑的第二個重要性質(zhì)。炭黑的結構取決于聚集體尺寸、形狀以及每個聚集體的粒子數(shù)和平均質(zhì)量。上述這些特性均影響聚集體的堆積狀態(tài)和粉末的空隙容積。通常，炭黑的結構用DBP（dibutylphthalate，鄰苯二甲酸二丁酯）吸油值表示。炭黑在170MPa下壓縮4次后的DBP值，習慣上稱為壓縮吸油值或24M4DBP值。壓縮吸油值更真實地反映炭黑聚集體在膠料中的狀態(tài)。2.石墨石墨是碳質(zhì)元素結晶礦物，它的結晶格架為六邊形層狀結構。每一網(wǎng)層間的距離為3.40Å，同一網(wǎng)層中碳原子的間距為1．42Å。屬六方晶系，具完整的層狀解理。解理面以分子鍵為主，對分子吸引力較弱，故其天然可浮性很好。石墨與金剛石、碳60、碳納米管等都是碳元素的單質(zhì)，它們互為同素異形體。

性質(zhì)：

石墨質(zhì)軟，黑灰色；有油膩感，可污染紙張。硬度為1～2，沿垂直方向隨雜質(zhì)的增加其硬度可增至3～5。比重為1．9～2．3。比表面積范圍集中在1-20m2/g，在隔絕氧氣條件下，其熔點在3000℃以上，是最耐溫的礦物之一。它能導電、導熱。自然界中純凈的石墨是沒有的，其中往往含有SiO2、Al2O3、FeO、CaO、P2O5、CuO等雜質(zhì)。這些雜質(zhì)常以石英、黃鐵礦、碳酸鹽等礦物形式出現(xiàn)。此外，還有水、瀝青、CO2、H2、CH4、N2等氣體部分。因此對石墨的分析，除測定固定碳含量外，還必須同時測定揮發(fā)分和灰分的含量。石墨由于其特殊結構，而具有如下特殊性質(zhì)：

1）耐高溫型：石墨的熔點為3850±50℃，沸點為4250℃，即使經(jīng)超高溫電弧灼燒，重量的損失很小，熱膨脹系數(shù)也很小。石墨強度隨溫度提高而加強，在2000℃時，石墨強度提高一倍。

2）導電、導熱性：石墨的導電性比一般非金屬礦高一百倍。導熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導熱系數(shù)隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。石墨能夠導電是因為石墨中每個碳原子與其他碳原子只形成3個共價鍵,每個碳原子仍然保留1個自由電子來傳輸電荷。

3）潤滑性：石墨的潤滑性能取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數(shù)越小，潤滑性能越好。

4）化學穩(wěn)定性：石墨在常溫下有良好的化學穩(wěn)定性，能耐酸、耐堿和耐有機溶劑的腐蝕。

5）可塑性：石墨的韌性好，可碾成很薄的薄片。

6）抗熱震性：石墨在常溫下使用時能經(jīng)受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時，石墨的體積變化不大，不會產(chǎn)生裂紋。3.碳纖維

碳纖維是由有機纖維經(jīng)碳化及石墨化處理而得到的微晶石墨材料。碳纖維的微觀結構類似人造石墨，是亂層石墨結構。碳纖維是一種力學性能優(yōu)異的新材料，它的比重不到鋼的1/4，碳纖維樹脂復合材料抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7~9倍，抗拉彈性模量為23000~43000Mpa亦高于鋼。因此CFRP的比強度即材料的強度與其密度之比可達到2000Mpa/(g/cm3)以上，而A3鋼的比強度僅為59Mpa/(g/cm3)左右，其比模量也比鋼高。材料的比強度愈高，則構件自重愈小，比模量愈高，則構件的剛度愈大，從這個意義上已預示了碳纖維在工程的廣闊應用前景。

碳纖維是含碳量高于90％的無機高分子纖維。其中含碳量高于99％的稱石墨纖維。碳纖維的軸向強度和模量高，無蠕變，耐疲勞性好，比熱及導電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小，耐腐蝕性好，纖維的密度低，X射線透過性好。但其耐沖擊性較差，容易損傷，在強酸作用下發(fā)生氧化，與金屬復合時會發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學腐蝕現(xiàn)象。因此，碳纖維在使用前須進行表面處理。4.金剛石金剛石的化學式----N個C,金剛石是原子晶體,一塊金剛石是一個巨分子,N個C的聚合體.只能用它的結構式表示.

金剛石礦物晶體構造屬等軸晶系同極鍵四面體型構造。碳原子位于四面體的角頂及中心，具有高度的對稱性。單位晶胞中碳原子間以同極鍵相連結，距離為1.54?(10-10m）。常見晶形有八面體、菱形十二面體、立方體、四面體和六八面體等。金剛石莫氏硬度為10，顯微硬度為98654.9MPa（100060kg/mm2），絕對硬度大于石英的1000倍，大于剛玉的150倍。礦物性脆，貝殼狀或參差狀斷口，在不大的沖擊力下會沿晶體解理面裂開，具有平行八面體的中等或完全解理，平行十二面體的不完全解理。礦物質(zhì)純，密度一般為3470-3560kg/m3。

摩氏硬度10，新摩氏硬度15，顯微硬度10000kg/mm2，顯微硬度比石英高1000倍，比剛玉高150倍。金剛石硬度具有方向性，八面體晶面硬度大于菱形十二面體晶面硬度，菱形十二面體晶面硬度大于六面體晶面硬度。依照摩氏硬度標準(Mohshardnessscale)共分10級，鉆石(金剛石)為最高級第10級；如小刀其硬度約為5.5、銅幣約為3.5至4、指甲約為2至3、玻璃硬度為6。等級1滑石等級2石膏等級3方解石等級4螢石等級5磷灰石等級6正長石等級7石英等級8黃玉

等級9剛玉等級10鉆石金剛石的光學性質(zhì)

(1)光學鑒定之亮度（Brilliance）金剛石因為具有極高的反射率，其反射臨界角較小，全反射的范圍寬，光容易發(fā)生全反射，反射光量大，從而產(chǎn)生很高的亮度。

(2)閃爍（Scintillation）金剛石的閃爍就是閃光，即當金剛石或者光源、觀察者相對移動時其表面對于白光的反射和閃光。無色透明、結晶良好的八面體或者曲面體聚形鉆石，即使不加切磨也可展露良好的閃爍光。

(3)色