無機非金屬材料工藝學(xué)

無機非金屬材料工藝學(xué)傳統(tǒng)的無機非金屬材料工藝學(xué)包括那幾個部分？水泥工藝學(xué)玻璃工藝學(xué)陶瓷工藝學(xué)現(xiàn)代的無機非金屬材料工藝學(xué)包括那幾個部分？水泥工藝學(xué)玻璃工藝學(xué)陶瓷工藝學(xué)耐火材料工藝學(xué)無機復(fù)合材料工藝學(xué)無機非金屬材料工藝學(xué)需要預(yù)先學(xué)習(xí)的課程基礎(chǔ)課：物理化學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課：硅酸鹽物理化學(xué)為什么要學(xué)習(xí)無機非金屬材料工藝學(xué)？開闊視野，提高分析問題，解決問題的能力。1緒論1.1材料及無機非金屬材料的定義與分類1.1.1材料的定義與分類定義：能夠用以加工有用物質(zhì)的物質(zhì)。1.1.2無機非金屬材料的定義與分類無機非金屬材料：是除金屬材料和有機高分子材料之外的所有材料的總稱。1.1.3無機非金屬材料的特性1、與金屬材料和有機高分子材料的區(qū)別（a）化學(xué)組成：（1）無機非金屬材料：氧化物、碳化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽和非氧化物（如氮化物Si3N4、碳化物SiC、氮化硼B(yǎng)N）等。（2）金屬材料：一般為固體單質(zhì)材料（除水銀外）。（3）有機高分子材料：碳、氫、氧、氮、氯等元素組成的化合物。（b）化學(xué)鍵組成：（1）無機非金屬材料：主要為離子鍵（如NaCl）或離子-共價鍵（如SiO2離子鍵和共價鍵各占50%）。碳材料是例外，如金剛石是共價鍵，石墨是共價鍵和金屬鍵（2）金屬材料：金屬鍵（3）有機高分子材料：共價鍵2、無機非金屬材料的特征（1）具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)（2）沒有自由電子（石墨除外）（3）高硬度（4）較好的耐化學(xué)腐蝕能力（5）絕大多數(shù)是絕緣體（6）制成薄膜時大多是透明的（7）一般具有低導(dǎo)熱性（8）大多數(shù)情況下變形微小3、無機非金屬材料的基本屬性（1）高熔點、高硬度、高抗壓（2）耐腐蝕、耐磨損（3）良好的抗氧化性、隔熱性（4）優(yōu)良的介電、壓電、光學(xué)、磁學(xué)性能及功能轉(zhuǎn)換特性（5）抗拉強度低、韌性差1.1.4無機非金屬材料生產(chǎn)過程的共性與個性1、原料共性：都是以鋁硅酸鹽（粘土、長石等）、硅質(zhì)、石灰質(zhì)、鋁質(zhì)原料為主。個性：化學(xué)組成不同2、原料的破碎共性：絕大多數(shù)原料都需要破碎為什么絕大多數(shù)原料都需要破碎？因為為什么絕大多數(shù)原料都是質(zhì)地堅硬的大塊狀物料，為了均化、烘干、配料等工藝過程的需要。破碎后的好處：（1）好均化、烘干、配料（2）利于成型（3）利于熱處理，節(jié)能（4）產(chǎn)量高，產(chǎn)品性能好，且穩(wěn)定3、粉體的制備陶瓷：一般采用濕法制備粉體為什么？水泥：濕法和干法制備玻璃：干法制備為什么？4、成型陶瓷成型：在高溫?zé)峒庸ぶ安ＡС尚停涸诟邷責(zé)峒庸ぶ笏喑尚停涸谑褂脮r5、烘干水泥：在粉體制備之前，粘土、混合材需要烘干陶瓷：成型后的坯體必須烘干為什么？6、高溫?zé)崽幚硭啵和ㄟ^煅燒獲得水泥熟料玻璃：熔融獲得均勻、透明、無缺陷的熔體陶瓷：形成堅硬的燒結(jié)體1.2典型無機非金屬材料1.2.1膠凝材料1、膠凝材料的定義與分類水硬性膠凝材料氣硬性膠凝材料2、水泥的定義與分類通用水泥專用水泥特種水泥：快硬高強水泥膨脹水泥自應(yīng)力水泥水工水泥油井水泥：特別注意在不同溫度和壓力情況下水泥的稠化時間的變化裝飾水泥耐高溫水泥其它特種水泥：道路硅酸鹽水泥、防輻射水泥、耐酸水泥、砌筑水泥、高效無聲破碎劑等注意：使用高效無聲破碎劑一定要考慮溫度的影響3水泥的基本性質(zhì)水泥漿具有良好的可塑性、與其他材料混合后的混合物可擁有適當(dāng)?shù)暮鸵仔暂^強的適應(yīng)性較好的耐侵蝕、防輻射性能硬化后的水泥漿具有較高的強度，且強度隨齡期的延長而逐漸增長良好的耐久性通過改變水泥的組成，可適當(dāng)調(diào)整水泥的性質(zhì)可與纖維、聚合物等多種有機-無機材料配制的各種水泥基復(fù)合材料，充分發(fā)揮材料的潛能1.2.2玻璃1、玻璃的特性（1）玻璃的定義及基本特性傳統(tǒng)玻璃的定義：熔融物冷卻、硬化而得到的非晶態(tài)固體基本特性：（a）透明、堅硬，良好的耐蝕、耐熱、電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)（b）適用不同使用條件的要求（c）易于制備各種形狀制品或部件2、玻璃的通性1）各向同性2）介穩(wěn)性3）無固定熔點4）固態(tài)和熔融態(tài)間轉(zhuǎn)化的漸變性和可逆性5）性質(zhì)隨成分變化的連續(xù)性和漸變性★重要的粘度參考點：①應(yīng)變點：相當(dāng)于粘度為~1013.6帕?秒的溫度，即應(yīng)力在幾小時內(nèi)消除的溫度。②轉(zhuǎn)變點（Tg）：相當(dāng)于粘度為1012.4~1013.0帕?秒的溫度，又稱脆性溫度，既玻璃出現(xiàn)脆性的最高溫度。③退火點：大致相當(dāng)于粘度為1012帕?秒的溫度。即應(yīng)力在幾分鐘內(nèi)消除的溫度。④變形點：相當(dāng)于粘度為1010~1012帕?秒的溫度范圍。⑤軟化溫度（Tf）:即玻璃開始出現(xiàn)液態(tài)典型性質(zhì)的溫度，此時是玻璃能拉成絲的下限溫度，它與玻璃的密度和表面張力有關(guān)。相當(dāng)于粘度為3X106~1.5X107帕?秒的溫度。⑥操作范圍：相當(dāng)于成型時玻璃液表面的溫度范圍。T上限指準(zhǔn)備成型操作的溫度。相當(dāng)于粘度為102~104帕?秒的溫度。T下限指相當(dāng)于成型時能保持制品形狀的溫度。粘度為>105帕?秒的溫度。操作范圍的粘度一般為103~106..6帕?秒。⑦熔化溫度：相當(dāng)于粘度為10帕?秒的溫度，在此溫度下玻璃能以一般要求的速度熔化。Tg~Tf之間稱為轉(zhuǎn)變溫度范圍（或反常間距），玻璃在此區(qū)里從典型的熔體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈黜椥再|(zhì)的玻璃。Tg和Tf表示轉(zhuǎn)變溫度的上下限。怎樣區(qū)別某物質(zhì)是晶體還是玻璃？在偏振光檢測儀下，玻璃無論怎樣轉(zhuǎn)動角度，仍然透明，而晶體都在轉(zhuǎn)動到一定角度時呈現(xiàn)不透明的亮斑。晶體各向異性，用激光束照射時出現(xiàn)兩個亮點，這是晶體的雙折射現(xiàn)象。玻璃對單束光只有一次折射，只形成一個亮點。3、玻璃的分類1）按組成分類元素玻璃：單一元素的原子構(gòu)成的玻璃。有硫系玻璃、硒玻璃等。氧化物玻璃：借助橋氧形成聚合結(jié)構(gòu)的玻璃。非氧化物玻璃：（a）鹵化物玻璃（氟化物玻璃如BeF2）和氯化物玻璃（如ZnCl2）等。（b）硫族化合物玻璃氧化物和非氧化物的混合玻璃：如BaF2-Al2O3-P2O5玻璃等。2）按用途分類建筑玻璃日用輕工玻璃儀器玻璃光學(xué)玻璃：冕牌玻璃：阿貝數(shù)（色散系數(shù)）>50的光學(xué)玻璃通常稱為冕牌玻璃燧石玻璃：阿貝數(shù)（色散系數(shù)）<50的光學(xué)玻璃稱為燧石玻璃色散：玻璃的折射率隨入射光波長不同而不同的現(xiàn)象，叫色散。阿貝數(shù)就是色散系數(shù)。光線經(jīng)過三棱鏡可以分解成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫。色散系數(shù)反映鏡片的分光能力，色散現(xiàn)象最早由歐尼斯.阿貝先生發(fā)現(xiàn)并對色散系數(shù)設(shè)定了界定的參數(shù)，故色散系數(shù)被稱為“阿貝數(shù)”。對眼用鏡片來說，鏡片的色散越低越好，色散系數(shù)值越大越好，如果色散強烈會出現(xiàn)棱鏡效應(yīng)，人會感到色彩斑斕，致使頭暈?zāi)X漲等不適感，因此色散系數(shù)就成為衡量鏡片優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。電真空玻璃3）按性能分類光學(xué)特性分：光敏玻璃、聲光玻璃、光色玻璃、高折射玻璃、低色散玻璃、反射玻璃、半透過玻璃、透紅外玻璃等等。熱學(xué)特性分：熱敏玻璃、隔熱玻璃、耐高溫玻璃、低膨脹玻璃等電學(xué)特性分：高絕緣玻璃、導(dǎo)電玻璃、半導(dǎo)體玻璃、高介電玻璃、超導(dǎo)玻璃等力學(xué)特性分：高強玻璃、耐磨玻璃等化學(xué)穩(wěn)定性分：耐堿玻璃、耐酸玻璃等4）按形態(tài)分類泡沫玻璃玻璃纖維薄膜玻璃等5）按顏色分類無色玻璃顏色玻璃半透明玻璃乳白色玻璃等隔熱玻璃：它們不顯著的吸收可見光線而是吸收大量產(chǎn)生熱量的近紅外光線，凡需要光線強度高的而又需要隔除熱量場合都可應(yīng)用。石英玻璃：其光學(xué)性能有獨到之處，它既可以透過遠紫外線，是所有紫外材料最優(yōu)者，又可透過可見光和近紅外光譜，熱膨脹系數(shù)極小，化學(xué)穩(wěn)定性好，氣泡、條紋、均勻性、雙折射有可與一般光學(xué)玻璃媲美，所以它是在各種惡劣場合下工作具有高穩(wěn)定度光學(xué)系數(shù)的必不可少的光學(xué)材料。產(chǎn)品應(yīng)用主要應(yīng)用于軍工、激光、冶金、光學(xué)儀器、舞臺燈光等行業(yè)的高溫窗口。例如：我國目前還只能拉制小直徑石英玻璃管。用在半導(dǎo)體技術(shù)上的大直徑石英玻璃管每公斤進口價1300元，而小直徑石英玻璃管主要用在照明工業(yè)上每公斤出口價也只有60元，而且由于質(zhì)量差，不能大量出口。2000年我國進口大直徑石英玻璃管約1億元人民幣，主要用于生產(chǎn)出口石英玻璃儀器器皿。1.2.3陶瓷1、陶瓷的定義與分類傳統(tǒng)陶瓷定義：以無機非金屬天然礦物或化工產(chǎn)品為原料，經(jīng)過原料處理、成型、干燥、燒結(jié)等工序制成的產(chǎn)品。是陶器和瓷器的總稱。陶瓷的分類：（1）按組成分類：硅酸鹽陶瓷氧化物陶瓷非氧化物陶瓷（2）按性能分類：1）普通陶瓷：包括日用陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷等2）特種陶瓷：包括結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷2、陶瓷的基本性能與特點（1）陶瓷的顯微結(jié)構(gòu)由結(jié)晶相、氣孔和玻璃相組成。（2）陶瓷的基本性能較高的彈性模量強度高，抗壓強度遠遠大于抗拉強度耐磨性能良好好的耐久性，如抗氧化，耐高溫、耐腐蝕硬度高優(yōu)良的電絕緣性能脆性大，經(jīng)不起外力撞擊，也不能急冷急熱。理論強度高，但實際強度遠遠低于理論強度原因：①陶瓷材料存在很多微裂紋②微裂紋一旦形成，就會迅速的擴展對于金屬，在外力的作用下可以產(chǎn)生塑性變形，塑性變形可以吸收擴展裂紋的能量，起到止裂紋的作用。對于陶瓷，缺乏塑性變形，裂紋一旦形成，材料內(nèi)部的應(yīng)力就會集中在裂紋的尖端，推動裂紋的擴展，直至斷裂。如果是在熱沖擊的情況下，由于陶瓷材料導(dǎo)熱性差，熱應(yīng)力因此增加，促進裂紋迅速擴展。1.3無機非金屬材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1、陶瓷怎樣低成本解決陶瓷脆性問題。2、玻璃3、水泥用煤矸石生產(chǎn)水泥的研究用白云石替代方解石生產(chǎn)水泥1.4無機非金屬材料在人類生活中的地位與作用1.4.1對科學(xué)技術(shù)發(fā)展的作用1.4.2對工業(yè)及社會進步的作用1.4.3對鞏固國防、發(fā)展軍事用技術(shù)的作用1.4.4在生物醫(yī)學(xué)方面的作用1.5無機非金屬材料工藝學(xué)的研究內(nèi)容無機非金屬材料科學(xué)與工藝：是一門研究材料組成、結(jié)構(gòu)、合成與制備、使用效能四者之間的關(guān)系與規(guī)律的科學(xué)。合成與制備：是研究如何將原子、分子聚合起來并最終轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏卯a(chǎn)品的一系列連續(xù)過程，是提高材料質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵，也是開發(fā)新材料、新器件的中心環(huán)節(jié)。組成：是指構(gòu)成材料物質(zhì)的原子、分子、添加劑及其分布。結(jié)構(gòu)：是指組成原子、分子在不同層次上彼此結(jié)合的形式、狀態(tài)和空間分布。組成和結(jié)構(gòu)是材料的基本表征。它們一方面是特定的合成與制備條件下的產(chǎn)物，另一方面又是決定材料性能與使用效能的內(nèi)在因數(shù)。無機非金屬材料工藝學(xué)的研究內(nèi)容：了解材料的組成與結(jié)構(gòu)及它們同合成與制備之間、性能與使用效能之間的內(nèi)在聯(lián)系。（為什么？）例1：SiO2玻璃與SiO2與晶體，成分完全一樣但性質(zhì)截然不同。SiO2玻璃：透明、各向同性，沒有固定熔點，亞穩(wěn)性，性質(zhì)隨溫度變化連續(xù)性。SiO2與晶體：各向異性，有固定熔點，穩(wěn)定，性質(zhì)隨溫度變化不連續(xù)原因：結(jié)構(gòu)不同。SiO2玻璃，硅氧四面體排列無序；SiO2與晶體，硅氧四面體排列有序。與合成制備的關(guān)系：SiO2玻璃，從SiO2熔點以上熔體快速冷卻；SiO2與晶體，從SiO2熔點以上熔體緩慢冷卻與合成制備方法的關(guān)系：SiO2晶體，水熱法生長（人工合成晶體）主要性能：

石英晶體（水晶）：是一種功能材料，有優(yōu)良的壓電性能和光學(xué)性能，物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，具有左右旋結(jié)構(gòu)特征，在0.15～4μm的范圍內(nèi)，有較好的透過率。注意：水晶經(jīng)不起高溫?zé)釠_擊，它遇高溫就會破裂并轉(zhuǎn)化成其它晶體變態(tài)。SiO2玻璃，熔制法，溶膠-凝膠法石英玻璃：它被人們稱為“玻璃王”，因為它具有一系列特殊的物理、化學(xué)性能。它具有優(yōu)良的耐高溫性能，其熔點與白金（鉑）的熔點相近。熱膨脹率極小，在0—1000℃之間的平均華麗熱膨脹系數(shù)α=5.4×10-7，相當(dāng)于陶瓷的1/6，相當(dāng)于普通玻璃的1/20，石英玻璃中摻入一定量的鈦，可以制成膨脹系數(shù)接近零的超低膨脹石英玻璃。石英玻璃具有極佳的光譜特性，不僅可以透過可見光，而且可以透過紅外線、紫外線。石英玻璃是良好的耐酸材料，相當(dāng)耐酸陶瓷的30倍，相當(dāng)于不銹鋼（鎳鉻合金）的150倍。石英玻璃是極好的電絕緣材料，它的電阻值相當(dāng)普通玻璃的1萬倍。（膨脹系數(shù)接近零的超低膨脹石英玻璃應(yīng)用？）石英玻璃屬脆性材料，耐壓強度很好，但抗張強度要小一些，石英玻璃不耐氫氟酸，高溫條件下（1000℃以上）會轉(zhuǎn)變成方石英，這是它的二個缺點。石英玻璃可以制成高純材料，合成石英玻璃金屬離子總量僅為1ppm。石英玻璃的可貴之處在于它的綜合性能好。例如：它耐高溫而且膨脹系數(shù)小，把它燒紅了投入水中不炸裂；它耐高溫而且透明，是透明的耐火材料；它耐高溫、透光性好、密閉性好，是新型電光源的最佳材料；它耐高溫、高純是制造集成電路的最佳材料。石英玻璃是一種玻璃，其結(jié)構(gòu)無序排列，所以它沒有固定的熔點，因為石英玻璃高溫粘度很大，即使達到軟化點1713℃粘度仍有108泊，與20℃的瀝青一樣硬，在1850—1900℃時，粘度為104—105泊，石英玻璃直到汽（2100℃）也不會變成很稀的液體。石英玻璃的最高連續(xù)使用溫度：1100℃，短時間可在1450℃下使用。用途：SiO2晶體：可用作棱鏡、濾光片、偏振片、波片、旋光片等，可制成各種體波和聲表面波振蕩器、諧振器和濾波器。SiO2玻璃：1、放電管類用石英玻璃透明石英玻璃由于具有從紫外區(qū)到紅外區(qū)優(yōu)良的光透過性和耐熱性，所以廣泛使用于水銀燈、超高壓水銀燈、氙燈、紫外線燈、碘鎢燈、鹵素?zé)?、氣體激光用燈、金屬鹵化物燈等電光源2、半導(dǎo)體工業(yè)（電子工業(yè)）用石英玻璃透明石英玻璃是極純的SiO2，幾乎不含雜質(zhì)，在硅用坩堝和管子，鉀合金用坩堝，其它高純金屬的制造裝置等，對半導(dǎo)體工業(yè)是不可缺少的材料。主要品種有大規(guī)格石英玻璃鐘罩（制造多晶硅爐的外罩），過去用不透鋼，影響產(chǎn)品質(zhì)量，而且爐殼要通水冷卻，現(xiàn)在改為石英玻璃鐘罩，不需要通水冷卻，既節(jié)約能源，又提高了多晶硅的質(zhì)量；用多晶硅制造單晶硅，要大量使用石英玻璃坩堝，是必要不可少的材料，沒有別的材料可以替代；用硅單晶制造集成電路和晶體管時，在石英玻璃擴大散管或石英玻璃鐘罩中進行外延、擴雜、燒結(jié)等工序；另外清洗硅片也要用石英玻璃支架；所以半導(dǎo)體工業(yè)需要大量使用各種規(guī)格的石英玻璃管、各種規(guī)格的石英棒、各種規(guī)格的石英坩堝、各種規(guī)格的石英玻璃儀器器皿。3、紅外線加熱器類用石英玻璃用不透明石英玻璃（乳白石英玻璃）制造紅外線加熱器、取暖器、晶體加熱器等，年消耗乳白石英玻璃管近千噸。主要用于電鍍液加熱、酸加熱、家庭取暖、鋼化玻璃的加熱等，工業(yè)上（自行車、汽車等）油漆烘烤的烘道，食品、造紙、紡織工業(yè)的烘道等。4、各種耐酸容器類石英玻璃由于優(yōu)越的耐酸性和耐熱性，在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛利用。如合成鹽酸裝置；高溫酸性氣體的燃燒，冷卻和引導(dǎo)裝置；酸性溶液的蒸發(fā)、冷卻、吸收和貯藏裝置、蒸餾水、鹽酸、硫酸、硝酸類的制造裝置；氯化反應(yīng)容器；蒸餾塔充填物，蒸汽加熱攪拌裝置；耐酸閥門；過濾板等。5、電絕緣用石英玻璃石英玻璃因為有優(yōu)良的電絕緣性和耐熱性，用于科垂?fàn)栰o電集成器、高頻和各種電計器絕緣材料，發(fā)電廠鍋爐液位管，高壓絕緣管類等。6、各種燒成用石英玻璃容器由于石英玻璃是沒有污染的純燒成物，所以可作為熒光體物質(zhì)的燒成容器和各種杯、盤使用等。7、保護管類石英玻璃石英玻璃廣泛用于一般溫度計的保護管類；另外，也可作浸沒高溫計保護管和制鋼的溫度測定不可缺少的材料。8、冶金工業(yè)用石英玻璃石英玻璃由于耐熱性特別優(yōu)良，可作平爐，高爐的氧、碳等分析用試樣采取管類；煉鋼連注連軋出鋼水口用石英玻璃；貴重金屬、黃金、白金冶煉用石英玻璃；有色金屬冶煉（鋁及合金、易熔金屬蒸發(fā)罐）等用石英玻璃。9、爐芯管類石英玻璃石英玻璃由于有優(yōu)良的電性能、耐熱性和氣密性，可作為電爐、氣體爐、高頻爐等的爐芯管和外管，也可用于空氣，各種氣體和真空爐。10、各種理化儀器用石英玻璃由于石英玻璃有很多優(yōu)良的特性，可用于膨脹儀、熱天平、電氣計測器、彈簧天平、地震儀等的零件，燒瓶、燒杯、蒸發(fā)皿、坩堝、舟、硫黃定量裝置、冷凝器等的分析用具，分光光度計用吸收容跑龍?zhí)椎雀鞣N理化實驗用品。11、光學(xué)類石英玻璃因為石英玻璃有很高的紫外線透過性、耐熱性和低膨脹性等可用于紋影照像用窗玻璃，耐熱用透鏡和窗玻璃，反射望遠鏡用反射鏡、棱鏡，氣體激光器用窗玻璃，光學(xué)標(biāo)準(zhǔn)用等。另外因為石英玻璃不含SiO2以外的成分，所以可作為光學(xué)玻璃熔融用坩堝和管使用12、光通訊及高新技術(shù)用石英玻璃世界80%的信息業(yè)務(wù)由光纖傳輸，光纖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更具戰(zhàn)略意義，發(fā)展光纖離不開石英玻璃，因為光纖就是石英玻璃纖維，生產(chǎn)石英玻璃纖維需要石英玻璃預(yù)制棒和石英玻璃包皮管，由于此類石英玻璃純度要求特別高，德國賀利氏公司生產(chǎn)專用產(chǎn)品Heralux—WG級石英玻璃管，每公斤達3500元人民幣。我國生產(chǎn)光纖大量使用外國進口管。另外還有生物工程、光通信技術(shù)、原子能技術(shù)、激光技術(shù)、航空技術(shù)、航天技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域均需要用石英玻璃。石英玻璃就好比做菜的味精，用量不算大，但非常廣泛，各行業(yè)均不能缺少它。石英玻璃屬于很重要的新材料，社會經(jīng)濟效益很大?！羰袌稣雇?000年我國進口集成電路達100億美元（相當(dāng)于人民幣800—900億元），今后不可能長期如此大量進口，必須自己制造。因此，“十五”期間我國計劃投資幾千億元人民幣大力發(fā)展半導(dǎo)體（硅單晶、多晶硅、集成電路）工業(yè)（技術(shù)）。上海市已經(jīng)計劃在浦東張江高新技術(shù)工業(yè)園區(qū)建設(shè)微電子產(chǎn)業(yè)基地，“十五”期間引進產(chǎn)業(yè)投資100億美元，形成10條以上芯片生產(chǎn)線；目前，有三家芯片工廠已建成和正在建設(shè)之中，一是華虹—NEC工程，總投資500億元人民幣，一期工程投資200億元，已建成投產(chǎn)；二是宏力半導(dǎo)體公司投資16.3億美元（135億元人民幣）正在建設(shè)中；三是中蕊國際集成電路公司投資15億美元（124億元人民幣）正在籌建。北京市有首鋼集團的北方微電子產(chǎn)業(yè)基地—華夏半導(dǎo)體制造公司投資13.35億美元（110億元人民幣）；北京訊創(chuàng)集成電路公司投資2億美元興建6"芯片生產(chǎn)線。天津市有摩托羅拉公司再增資19億美元（157億元人民幣）生產(chǎn)通信用集成電路。深圳等市也在積極籌建上馬集成電路企業(yè)，可以預(yù)計中國半導(dǎo)體市場將以每年17%的速度遞增，到2004年銷售額將達到1500多億元人民幣，粗略估算這些半導(dǎo)體制造企業(yè)年需消耗4000—5000萬元石英玻璃儀器器皿；另外，在我國周邊國家和地區(qū)內(nèi)，如韓國、臺灣地區(qū)、馬來西亞均設(shè)有硅材料生產(chǎn)基地，年生產(chǎn)能力總計已達5億平方英寸，年需要大量的石英玻璃儀器器皿，我們可以充分利用我國生產(chǎn)石英玻璃大國的優(yōu)勢，繼續(xù)提高石英玻璃質(zhì)量，爭取多向我國周邊國家和地區(qū)出口石英玻璃。照明用石英玻璃，由于我國生產(chǎn)成本低，外國公司將很快轉(zhuǎn)移到中國生產(chǎn)，美國GE公司已經(jīng)采取了行動。因此，我國石英玻璃行業(yè)的市場前景很好。例2：金剛石和石墨金剛石：硬度最高熱導(dǎo)率最高，300K為銅的5倍，77K為銅的25倍電阻率1016Ωcm，極好的電絕緣材料彈性模量高無色石墨：硬度低彈性模量底導(dǎo)熱率高導(dǎo)電性好抗熱震性好黑色原因：結(jié)構(gòu)不同金剛石：SP3鍵形成共價四面體，鍵長1.54?，四個共價鍵石墨：平面SP2鍵聯(lián)形成六邊形網(wǎng)絡(luò)，P2軌道加入鍵聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，鍵長1.42?，三個共價鍵；薄層之間鍵聯(lián)為范德華力，鍵長3.34?。與工藝的關(guān)系：石墨→高溫、高壓-→金剛石（顆粒）CH4+H2-→加熱鎢絲→金剛石（薄膜）例3：γ-硅酸二鈣和β-硅酸二鈣γ-硅酸二鈣：在常溫下幾乎是穩(wěn)定的，不和水反應(yīng)。β-硅酸二鈣：在常溫下相當(dāng)活潑，能與水發(fā)生反應(yīng)，生成水化產(chǎn)物。原因：結(jié)構(gòu)不同γ-硅酸二鈣：配位規(guī)則（Ca2+配位數(shù)為6），結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，β-硅酸二鈣：配位不規(guī)則（Ca2+配位數(shù)為6和8），結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，有些部位質(zhì)點較密，有些部位則空隙較大。鮑林第五規(guī)則（節(jié)約規(guī)則）：在一個晶體中，本質(zhì)不同的結(jié)構(gòu)組元的種類，傾向最少數(shù)目。1、無機非金屬材料工藝原理1.1原料及其預(yù)處理1.1.1鈣質(zhì)原料（1）鈣質(zhì)原料的種類及性質(zhì)無機非金屬材料工業(yè)常使用的主要鈣質(zhì)原料有：①方解石主要成分：CaCO3，?；煊蠱g、Fe、Mn（8%以下）等碳酸鹽。②石灰石主要礦物：方解石，并含有白云石、硅質(zhì)（石英或燧石）、含鐵礦物和粘土雜質(zhì)。③泥灰?guī)r是由碳酸鈣和粘土物質(zhì)同時沉積所形成的均勻混合的沉積巖。主要成分：碳酸鈣和粘土④白堊是由海生生物外殼與貝殼堆積而成。白堊易于粉磨和易燒性都較好（2）鈣質(zhì)原料的組成與作用主要成分：CaO、CO2及少量的SiO2、AL2O3、Fe2O3、MgO等雜質(zhì)。主要礦物：方解石、少量的白云石、硅質(zhì)（石英及燧石）、含鐵礦物R2O、SO3和黏土質(zhì)雜質(zhì)。主要作用：提供制成無機非金屬材料所需的CaO。硅酸鹽水泥：鈣質(zhì)原料是燒制硅酸鹽水泥熟料的主要原料之一。1噸水泥需1.2-1.3噸石灰質(zhì)原料。陶瓷：陶瓷使用的鈣質(zhì)材料一般為方解石。鈣質(zhì)原料在生產(chǎn)中主要起助熔作用，縮短燒成時間，增加陶器的透明度，使坯釉結(jié)合牢固。玻璃：玻璃中的CaO主要是通過方解石、石灰石、白堊、沉淀碳酸鈣等原料引入的。作用主要是穩(wěn)定劑，即增加玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度，但含量不宜過高，否則會使玻璃的結(jié)晶傾向增大，而且易使玻璃發(fā)脆。CaO（<10-12%）在高溫時，能降低玻璃的粘度，促進玻璃的熔化和澄清；但CaO（>10-12%）時增加粘度。而且當(dāng)溫度降低時，粘度增加得很快，使成型困難。1.1.2粘土類原料（1）粘土類原料的種類粘土是多種微細的礦物的混合體，它主要是由鋁硅酸鹽類巖石如長石、偉晶花崗巖、斑巖、片麻巖等經(jīng)長期風(fēng)化而成。（2）粘土類原料的組成1）化學(xué)組成：主要為SiO2、AL2O3和結(jié)晶水2）礦物組成及性質(zhì)：工業(yè)中所用粘土中的主要礦物可分為高嶺石類、蒙脫石類及伊利石類三種。3）顆粒組成3）粘土的工藝性質(zhì)粘土的原料的工藝性質(zhì)主要取決于其化學(xué)、礦物與顆粒組成；粘土的工藝性質(zhì)是工業(yè)生產(chǎn)中合理選擇粘土原料的重要指標(biāo)。1）可塑性可塑性是指粘土與適量水混練后形成的泥團，在外力作用下，可塑造成各種形狀而不開裂，當(dāng)外力除去之后，仍能保持該形狀不變的性能。通常用塑性限度（塑限）、液性限度（液限）、塑性指數(shù)或塑性指標(biāo)、相應(yīng)含水率等參數(shù)來反映粘土的可塑性。?塑限：粘土由固體狀態(tài)進入塑性狀態(tài)時的含水量。?液限：粘土由流動狀態(tài)進入塑性狀態(tài)時的含水量。?塑性指數(shù)：是粘土的液限與塑限之間的差值。?塑性指標(biāo)：是粘土在工作水分下，泥料受外力作用最初出現(xiàn)裂紋時應(yīng)力與應(yīng)變的乘積。?從粘土與水的相對關(guān)系來看，塑限表示粘土被水濕潤后，形成水化膜，使粘土顆粒能相對滑動而出現(xiàn)可塑性的含水量。所謂塑限高，說明粘土顆粒的水化膜厚，工作水分高，但干燥收縮也大。?液限反映黏土顆粒與水分子親和力的大小。液限高的黏土顆粒很細，在水中分散度大，不易干燥，濕坯度低。可塑性指數(shù)：表示黏土能形成可塑泥團的水分變化范圍。指數(shù)大則成型水分范圍大，成型時不易受周圍環(huán)境濕度及模具的影響，即成型性能好。?可塑性指標(biāo)也反映黏土的成型性能，但要主要相應(yīng)含水率，若相應(yīng)含水率大，即工作水分多，干燥過程易變形、干燥。黏土顆粒越細，有機質(zhì)含量較高，可塑性較好；黏土顆粒吸附的陽離子濃度高、半徑小、電價高者，因吸附水膜較厚，可塑性好。2）結(jié)合性結(jié)合性是指粘土能結(jié)合非塑性原料形成良好的可塑泥團、有一定的干燥強度的能力。一般情況下，可塑性強的粘土，其結(jié)合性也大。3）離子交換性粘土粒子由于表面層的斷鍵和晶格內(nèi)部離子的不等價置換而帶點，它能吸附溶液中的異性離子，這種被吸附的離子又可被其他離子所置換，這種性質(zhì)稱為粘土的離子交換性。離子交換能力的大小可用離子交換容量即pH=7時每100g干粘土吸附的陽離子或陰離子的毫摩爾（mol）數(shù)來表示。l4）觸變性l粘土泥漿或可塑泥團在靜置以后變稠或凝固，當(dāng)受到攪拌或振動時，黏土降低而流動性增加，再放置一段時間后又能恢復(fù)原來狀態(tài)，這種性質(zhì)稱為觸變性。觸變性的大小可用厚化度來表示，泥漿厚化度指泥漿放置30min和30s后相對粘度之比?？伤苄阅鄨F的厚化度則指靜置一定時間后，球體或圓錐體壓入泥團達一定深度時剪切強度增加的百分?jǐn)?shù)。顆粒表面荷電是粘土土產(chǎn)生觸變性的主要原因。l5）膨化性l粘土加水后，體積會在不同程度上有所增加，這種性質(zhì)稱為膨化性。這種性質(zhì)主要是因黏土顆粒層間吸水膨脹和顆粒表面水膜形成所致。通常用膨脹容來反映黏土的膨化性能。它是指黏土在水溶液中吸水膨脹后，單位質(zhì)量（g）所占的體積（㎝3）。6）收縮粘土和坯料的收縮實際上可分為三種：干燥收縮、燒成收縮和總收縮。干燥收縮：黏土經(jīng)110℃干燥后，由于自由水及吸附水排出所引起的顆粒間距離減小而產(chǎn)生的體積收縮。燒成收縮：干燥后的黏土經(jīng)高溫煅燒，由于脫水、分解、熔化等一系列的物理化學(xué)變化而導(dǎo)致的體積進一步收縮。粘土的收縮情況主要取決于它的組成、含水量、吸附離子及其他工藝性能。細粒粘土及呈長形纖維狀粒子的粘土收縮較大。測定收縮是研制模型及制作生坯尺寸放尺的依據(jù)。?7）燒結(jié)溫度與燒結(jié)范圍粘土是多種礦物組成的物質(zhì)。它沒有固定的熔點，而是在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。一般說來，當(dāng)溫度超過800℃后，粘土試樣體積開始劇烈收縮，氣孔率開始明顯減少。這種開始劇烈變化的溫度稱為開始燒結(jié)溫度T1。溫度繼續(xù)升高，至一定值時，開口氣孔率降至最低，收縮率達到最大，試樣致密度最高。此相應(yīng)的溫度稱為完全燒結(jié)溫度或簡稱燒結(jié)溫度T2。若繼續(xù)升高溫度，試樣將因液相不斷增多，以至于不能維持試樣原有形狀而變形，其對應(yīng)的最低溫度稱為軟化溫度T3。燒結(jié)范圍是指完全燒結(jié)溫度T2與軟化溫度T3之間的溫度范圍。8）耐火度是指材料在高溫作用下達到特定軟化程度時的溫度。它反映了材料抵抗高溫作用的性能。粘土的耐火度取決于化學(xué)組成。一般隨AL2O3含量的增加而提高，隨雜質(zhì)含量增加，尤其是隨Fe2O3堿金屬氧化物含量的增加而顯著而降低。測定：將一定細度的原料制成一截頭三角錐（高30mm）下底邊長8mm、上頂邊長2mm），在一定升溫制度下，測出三角錐頂端軟化下彎至錐低平面時的溫度，即粘土原料的耐火度。（4）粘土質(zhì)工業(yè)廢渣（5）粘土原料的作用1．1．3石英類原料．(1)石英類原料的種類和性質(zhì)(2)石英的組成(3)石英在加熱過程中的晶型轉(zhuǎn)變多晶轉(zhuǎn)變根據(jù)其進行的方向分為：可逆多晶轉(zhuǎn)變和不可逆多晶轉(zhuǎn)變?？赡娑嗑мD(zhuǎn)變：雙向轉(zhuǎn)變。晶型Ⅰ晶型Ⅱ不可逆多晶轉(zhuǎn)變：單向轉(zhuǎn)變

多晶轉(zhuǎn)變根據(jù)轉(zhuǎn)變速度和轉(zhuǎn)變時晶體結(jié)構(gòu)變化的不同分為重建性轉(zhuǎn)變和位移型轉(zhuǎn)變重建性轉(zhuǎn)變：這類轉(zhuǎn)變發(fā)生時必須打開原子間的鍵，質(zhì)點要重排，形成新的結(jié)構(gòu)。SiO2的晶型轉(zhuǎn)變中石英、鱗石英、方石英之間的相互轉(zhuǎn)變屬于重建性轉(zhuǎn)變。位移型轉(zhuǎn)變：這類轉(zhuǎn)變發(fā)生時不需要打開任何鍵或改變最臨近的配位數(shù)，指示原子從它們原先的位置發(fā)生少許位移。如α-石英和β-石英間的轉(zhuǎn)變、α-鱗石英和β-鱗石英之間的轉(zhuǎn)變、β-鱗石英和γ-鱗石英之間的轉(zhuǎn)變、α-方石英和β-方石英之間的轉(zhuǎn)變。石英晶型變化的作用：a)指導(dǎo)硅磚、陶瓷和玻璃制品的生產(chǎn)SiO2的晶型轉(zhuǎn)變中石英、鱗石英、方石英之間的相互轉(zhuǎn)變盡管體積變化大，但由于轉(zhuǎn)化速度慢，對制品的穩(wěn)定性影響并不大。α-石英和β-石英間的轉(zhuǎn)變、α-鱗石英和β-鱗石英之間的轉(zhuǎn)變、β-鱗石英和γ-鱗石英之間的轉(zhuǎn)變、α-方石英和β-方石英之間的轉(zhuǎn)變。由于其轉(zhuǎn)變速度快，較小的體積變化就可能由于不均勻應(yīng)力而引起制品開裂，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，硅磚生產(chǎn)中加入礦化劑的目的就是為了提高產(chǎn)品中鱗石英含量，減少方石英生成量，以減少位移性轉(zhuǎn)變所引起的體積變化。例：為什么生產(chǎn)硅磚需要加入礦化劑？b)指導(dǎo)硅磚、陶瓷和玻璃制品的應(yīng)用例：窯爐烤窯（升溫）時，在晶型轉(zhuǎn)變時需要保溫或放慢升溫速度。例：石英的破碎1．1．4長石類原料(1)長石的種類與性質(zhì)(2)長石類原料的應(yīng)用1)長石類原料在陶瓷生產(chǎn)中的作用。☆降低產(chǎn)品的燒成溫度；☆熔化后形成液相填充坯體孔隙，增大致密度，提高產(chǎn)品的機械強度、透光性和介電性能?！铖ば晕镔|(zhì)，提高坯體干燥速度。2)陶瓷生產(chǎn)中長石的代用原料。3）長石類原料在玻璃生產(chǎn)中的作用☆提供Al2O3,K2O,Na2O,SiO2，減少純堿用量2.1.5其他原料（1）引入氧化鋰的原料（2）引入氧化鈉的原料氧化鈉Na2O，是網(wǎng)絡(luò)外體氧化物，鈉離子居于玻璃結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的空穴中。Na2O能提供游離氧使玻璃結(jié)構(gòu)中的O／S比值增加，發(fā)生斷鍵，因而可以降低玻璃的黏度，使玻璃易于熔融，是玻璃良好的助熔劑。Na2O增加玻璃的熱膨脹系數(shù)，降低玻璃的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機械強度，所以不能引入過多的Na2O。引入Na2O的原料主要為純堿和芒硝，有時也采用一部分氫氧化鈉和硝酸鈉。（3）引入氧化鉀的原料鉀玻璃的粘度比鈉玻璃的大，能降低玻璃的析晶傾向，增加玻璃的透明度和光澤等。K2O常引入高級器皿玻璃、晶質(zhì)玻璃、光學(xué)玻璃和技術(shù)玻璃中。(4)鎂質(zhì)原料(5)引入氧化鋇的原料在硅酸鹽水泥生產(chǎn)中，BaO可以穩(wěn)定β—C2S。(6)引入氧化鋅的原料(7)引入氧化鉛的原料1)氧化鉛PbO，引人PbO的主要原料為鉛丹和密陀僧。2)氧化鉛的作用。PbO是中間體氧化物，在一般情況下為網(wǎng)絡(luò)外體，當(dāng)PbO含量高時，鉛離子(Pb2＋)容易極化變形，或降低其配位數(shù)而居于玻璃的結(jié)構(gòu)網(wǎng)中。PbO能增加玻璃的比重，提高玻璃的折射率，使玻璃具有特殊的光澤，良好的電性能。鉛玻璃的高溫黏度小，熔制溫度低，易于澄清。鉛玻璃的硬度小，便于研磨拋光（刻花）。特別注意：①鉛丹和密陀僧都是有毒的，使用時一定要注意安全?、谠谌壑沏U玻璃時，必須在氧化氣氛中進行，否則PbO容易還原變?yōu)榻饘巽U，使玻璃發(fā)黑或變灰，，或沉積在坩堝底，易使坩堝穿孔③配合料中必須加入硝酸鹽原料作為氧化劑④鉛玻璃對耐火材料腐蝕比較嚴(yán)重，需要高質(zhì)量的耐火材料⑤鉛玻璃化學(xué)穩(wěn)定性較差，但吸收輻射線的能力很大(8)引人氧化鈹、氧化鍶和氧化鎘的原料(9)鐵質(zhì)原料一般鐵質(zhì)原料可分為兩類：一類是天然鐵礦石；另一類是化工產(chǎn)品及其副產(chǎn)品，如氧化鐵、硫鐵礦渣、銅礦渣、鉛礦渣等。在陶瓷工業(yè)生產(chǎn)中所使用的是氧化鐵，用做配制釉料。在水泥工業(yè)生產(chǎn)中，由于所使用的黏土原料中的氧化鐵含量不足，因此，絕大部分水泥廠需要使用鐵質(zhì)校正原料。此時鐵質(zhì)原料中的氧化鐵含量應(yīng)大于40％。氧化鐵在水泥熟料煅燒中作用主要是滿足熟料礦物組成的要求，同時降低燒成溫度和液相黏度，促進熟料煅燒。(10)鋁質(zhì)原料鋁質(zhì)原料主要用于生產(chǎn)高鋁水泥、鋁酸鈣水泥、磷鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、制造高鋁陶瓷及高鋁質(zhì)耐火材料。常用的鋁質(zhì)原料主要有鋁礬土、工業(yè)氧化鋁、氫氧化鋁以及硅線石族礦物。1)鋁礬土的主要成分是Al203，常含有Fe203、Si02、Ti02以及碳酸鹽等雜質(zhì)。2)氧化鋁Al203與氫氧化鋁AI(OH)3都是化工產(chǎn)品，一般純度較高。氧化鋁在理論上含100％的Al203，氫氧化鋁理論上含Al20365．40％，H2034．60％。價格較貴，一般只用于生產(chǎn)光學(xué)玻璃，儀器玻璃，高級器皿，溫度計玻璃以及氧化鋁生物陶瓷、95氧化鋁瓷、99氧化鋁瓷等。95氧化鋁瓷99氧化鋁瓷注意：Al3+有4配位和6配位當(dāng)Na2O/Al203>1時，4配位當(dāng)Na2O/Al203<1時，6配位(11)含硼原料1)引入B203的原料，為硼酸、硼砂和含硼礦物。①硼酸H3BO3②硼砂Na2B4O7·10H20③含硼礦物。硼酸和硼砂價格都比較貴。使用天然含硼礦物，經(jīng)過精選后引入B203，B203經(jīng)濟上較為有利。2)氧化硼的作用。在陶瓷工業(yè)中，B203降低陶瓷釉料的熔融溫度和降低高溫黏度，使釉向光滑半整。當(dāng)Si02引入量過高時，由于硼氧三角體增多，玻璃的膨脹系數(shù)等反而增大，發(fā)生反?，F(xiàn)象。B203是耐熱玻璃，化學(xué)儀器玻璃，溫度計玻璃，部分光學(xué)玻璃，電真空玻璃以及其他特種玻璃的重要組分。(12)引入五氧化二磷的原料1.1.6補輔助原料(1)澄清劑凡在玻璃熔制過程中能分解產(chǎn)生氣體，或能降低玻璃黏度，促進排除玻璃液中氣泡的物質(zhì)稱為澄清劑。常用的澄清劑有氧化砷和氧化銻、硫酸鹽類、氟化物類等。1)氧化砷和氧化銻。單獨使用時將升華揮發(fā)，僅起鼓泡作用。與硝酸鹽組合使用時，能在低溫吸收氧氣，在高溫放出氧氣而起澄清作用。由于AS203的粉狀和蒸氣都是極毒物質(zhì)，目前已很少使用，大多改用Sb203。2)硫酸鹽原料主要有硫酸鈉，它在高溫時分解逸出氣體而起澄清作用，平板玻璃廠大都采用此類澄清劑。3)氟化物類原料。主要有螢石(CaF2)及氟硅酸鈉(Na2SiF6)。它們以降低玻璃液黏度而起澄清作用。對耐火材料侵蝕大，產(chǎn)生的氣體(HF、SiF4)污染環(huán)境，目前已限制使用。4)復(fù)合澄清劑多為砷、銻、硫等的化合物，具有高效、低毒的優(yōu)點。(2)著色劑定義：使物質(zhì)著色的物質(zhì)，稱為物質(zhì)的著色劑。著色劑的作用：是使物質(zhì)對光線產(chǎn)生選擇性吸收，顯出一定的顏色。陶瓷、玻璃、水泥均使用著色劑。但玻璃用作色劑更為廣泛。在玻璃生產(chǎn)中，根據(jù)著色劑在玻璃中呈現(xiàn)的狀態(tài)不同，分為三類：1）離子著色劑2）膠體著色劑3）硫硒化物著色劑1)離子著色劑離子著色劑的作色機理是：鈦、釩、鐵等過渡金屬，在玻璃中以離子狀態(tài)存在，它們的價電子在不同能級間躍遷，由此引起對可見光的選擇吸收，導(dǎo)致玻璃著色。2)金屬膠體著色劑金屬膠體著色劑的著色機理是：玻璃可以通過細分散的金屬對光的選擇性吸收而著色。一般認(rèn)為，選擇性吸收是由于膠態(tài)金屬顆粒的光散射而引起的。玻璃的顏色很大程度上取決于金屬粒子的大小。例如金紅玻璃，金離子<20納米為弱黃，20~50納米為紅色，50~100納米為紅色，100~150納米為藍色，>150納米將發(fā)生金粒沉析。金屬膠體著色劑主要有以下幾類：①金化合物②銀化合物③銅化合物①金化合物。金化合物常用的是氯化金(AuCl3)。一般是將純金用王水溶解制成AuCl3溶液，再將溶液加水稀釋使用。金紅玻璃必須經(jīng)過加熱顯色才能得到最后的顏色。為了使金的膠態(tài)粒子均勻分布，常在配合料中加入0.2％--2％的二氧化錫，使金發(fā)生分散作用。②銀化合物銀化合物通常采用硝酸銀(AgN03)，分子量169．89，無色結(jié)晶。硝酸銀在熔制時能析出銀的膠體粒子，加熱顯色后使玻璃看成黃色。配合料中加入二氧化錫可以改善銀黃的著色。③銅化合物銅化合物主要使用氧化亞銅(Cu20)，也可以使用硫酸銅(CuSO4．5H20)。膠體銅的微粒使玻璃著成紅色。它的著色能力很強。加入配合料量0.15％的氧化亞銅，就足以制得紅色的玻璃。熔制銅紅玻璃時。必須在配合料中加入還原劑，還原劑多采用金屬錫、氧化亞錫(SnO)、氯化亞錫(Sncl2)與酒石酸鉀(KH5C406)。金屬膠體著色一般分下列幾個過程：①金屬離子的溶解②金屬離子的還原③金屬原子的成核和長大①金屬離子的溶解金屬離子充分溶解于玻璃熔體之中是金屬膠體著色的前提。銅紅玻璃必須在還原條件下使之呈Cu+狀態(tài)金紅玻璃必須在氧化條件下使Au成Au+狀態(tài)，防止還原過甚，引起金粒成長太大，使玻璃乳濁。②金屬離子的還原a)熱還原法b)光化學(xué)還原法③金屬原子的成核和長大金屬離子還原為原子狀態(tài)后，必須進行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚@色）使分散于玻璃中的金屬原子聚集、成核并長大為膠體。在熱處理過程中，金屬顆粒常常成長過大，發(fā)生乳濁現(xiàn)象。因此一般必須在玻璃中加入適當(dāng)?shù)难趸瘉嗗a（銅紅常加錫粉）。主要是利用錫離子的“金屬橋”（1/2Sn0）特性，使金屬原子在玻璃熔制過程中與錫離子的“金屬橋”形成合金，防止金屬原子進一步長大而發(fā)生乳濁。銅紅玻璃的吸收光譜和金屬銅膠體溶液的吸收光譜差別較大，而更接近于氧化亞銅膠體溶液的吸收光譜。而且銅紅玻璃中氧化亞銅的存在可用X-射線衍射法證實。因此，銅紅玻璃是氧化亞銅膠體著色。3)硫、硒化合物著色劑硫、硒化合物著色劑主要有以下幾類：①硒與硫化鎘②銻化合物①硒與硫化鎘。單體硒的膠體粒子，使玻璃著成玫瑰紅色。硒與硫化鎘共用可以制成由黃色到紅色的玻璃。硫化鎘(CdS)，分子量144．48，黃色粉末。單獨用硫化鎘，可以使玻璃著成淡黃色，加硒后，可以獲得純正的黃色。②銻化合物。在鈉-鈣玻璃中加人三氧化二銻、硫和煤粉，在熔制過程中生成硫化鈉，經(jīng)過加熱顯色，硫化鈉與三氧化二銻形成硫化銻的膠體微粒，使玻璃著成紅色。銻紅玻璃也可以直接使用硫化銻和碳。硫硒化鎘著色的光譜特性：a)在可見光區(qū)并不出現(xiàn)吸收峰，而是一個連續(xù)的吸收區(qū)b)透光區(qū)與吸收區(qū)之間是一條很陡的分界線，通稱為吸收極限或截短波線。小于吸收線波長光全部吸收，大于吸收線波長的波全部通過。硫硒化鎘著色機理:a)硒紅一類玻璃的著色與CdS、CdSe單晶的半導(dǎo)體性有關(guān)。根據(jù)半導(dǎo)體的能帶理論，由于硒原子量比硫大，其激活能必然小于硫，即硒原子中滿帶的電子比硫原子容易激發(fā)到導(dǎo)帶。所以在玻璃中形成的CdSx?CdSe(1-x)微晶禁帶寬度，隨CdSe含量的增大而逐漸下降，導(dǎo)致玻璃的吸收極限逐漸向長波方向移動，顏色由黃色到橙色、紅色、深紅轉(zhuǎn)變。b)光吸收都是由于一定能量的光激發(fā)陰離子（O2-、S2-、Se2-、Te2-）上的價電子到激發(fā)態(tài)所致。因為S2-、Se2-、Te2-的親電勢比O2-小，故能量較小的光就能激發(fā)它們的價電子到激發(fā)態(tài)，使其截短波極限進入可見光區(qū)，導(dǎo)致玻璃的著色。(3)脫色劑脫色劑按其作用可分為：化學(xué)脫色劑物理脫色劑1)化學(xué)脫色劑?；瘜W(xué)脫色是主要是借助于脫色劑的氧化作用，使著色能力強的低價鐵氧化物變成為著力能力較弱的三價鐵氧化物，以便使用物理脫色法進一步使顏色中和，接近于無色，使玻璃的透光度增加。常用的化學(xué)脫色劑有硝酸鈉、硝酸鉀、硝酸鋇、白砒、三氧化二銻、氧化鈰等。①硝酸鈉(分解溫度350OC)、硝酸鉀(分解溫度400OC)。由于它們的分解溫度低，必須與白砒和三氧化二銻共用，脫色效果才。②白砒和三氧化二銻的脫色作用也是氧化作用。它們還能消除用硒和氧化錳脫色時，因用量過多而形成淡的紅色。As203+6FeO=3Fe203+2As2As203+3Se=4As+3Se032Mn203+As203=4MnO+As305③二氧化鈰用作脫色劑時能保證最好的脫色，其脫色作用基于在玻璃熔制的溫度下分解放出氧，通常與硝酸鹽共同使用。④鹵素化合物，如螢石、氟硅酸化鈉、冰晶粉以及氯化鈉，它們的作用是形成揮發(fā)性的FeF3或FeCl3，或成為無色的氟鐵化鈉(Na3FeF6)?；瘜W(xué)脫色劑的用量與玻璃中鐵的含量、玻璃的組成和熔制溫度以及熔爐氣氛等都有關(guān)系。2)物理脫色劑。物理脫色是在玻璃中加入一定數(shù)量的能產(chǎn)生互補色的著色劑，使玻璃由于FeO、Fe2O3、Cr2O3、Ti02所產(chǎn)生的黃綠色到藍綠色得到互補而消色。物理脫色使用的一般不是一種著色劑，而是選擇適當(dāng)比例的兩種著色劑。物理脫色法可能使玻璃的色調(diào)消除，但卻使玻璃的光吸收增加，即使玻璃的透明度降低。物理脫色法常與化學(xué)脫色法結(jié)合使用。(4)乳濁劑、助熔劑、氧化與還原劑1)乳濁劑。使熔體降溫時析出的晶體、氣體或分散粒子出現(xiàn)折射率的差別，在光線的反射和衍射作用下，引起光線散射從而產(chǎn)生乳濁現(xiàn)象的物質(zhì)稱為乳濁劑。乳濁劑可用于生產(chǎn)乳濁玻璃，摻入陶瓷釉料中可保證釉層的覆蓋能力。2)助熔劑。能促使玻璃熔制過程加速的原料稱為助熔劑(或加速劑)。有效的助熔劑為化合物硼化合物，鋇化合物和硝酸鹽等。3)氧化與還原劑。在玻璃熔制時，能分解放出氧的原料，稱為氧化劑；反之，能奪取氧的料，稱為還原劑。1.1.7玻璃生產(chǎn)中碎玻璃的作用與使用在玻璃生產(chǎn)中的各個工藝環(huán)節(jié)總會產(chǎn)生一定量的碎玻璃，在運輸、使用等過程中也會產(chǎn)碎玻璃。回收碎玻璃加以重熔，不但具有經(jīng)濟意義，更重要的是，碎玻璃的加入對配合料的熔化和澄清、熱耗、玻璃制品的性能、加工性能和熔窯的生產(chǎn)率都有影響。因此，使用碎玻璃配時必須注意以下一些情況：(1)二次揮發(fā)：在碎玻璃重熔后，易揮發(fā)組分將進行第二次揮發(fā)，因而該組分的含量將減少。(2)二次積累：由于玻璃液對耐火材料的侵蝕，使玻璃中Fe203和A12O3含量增加。所以，二次熔化就產(chǎn)生二次積累。(3)對某些化學(xué)穩(wěn)定性較差的玻璃，由于表面水解造成表面層成分與內(nèi)層成分之間的差別，若熔制溫度較低或玻璃液對流不大時，在熔制后的玻璃液內(nèi)部往往會留下明顯的線痕。(4)當(dāng)碎玻璃重熔時，其中某些組分要發(fā)生熱分解并釋出氧氣，因此重熔后的玻璃液具有還原性質(zhì)。對以變價元素為基礎(chǔ)的顏色玻璃會引起色澤的變化。(5)在碎玻璃中含有少量的化學(xué)結(jié)合氣體，在重熔時產(chǎn)生相當(dāng)于二次氣泡那樣的微小氣泡。因此，加入碎玻璃多時就難于澄清。(6)碎玻璃在配合料中的比例與粒度對熔化時間的影響：碎玻璃的粒徑小于0．25mm和粒徑為2～20mm時，兩者對熔化均有良好效果。1.1.8稀土元素氧化物的應(yīng)用(1)磨光介質(zhì)。氧化鈰(Ce02)可用作玻璃拋光粉，用以代替紅粉(a一Fe2O3)。使用Ce02能提高玻璃拋光效率和保證制品的光潔度。(2)著色劑和脫色劑。如氧化釤(Sm203)使玻璃著成美麗的黃色。(3)澄清劑和乳濁劑。Ce02兼有澄清劑作用，它優(yōu)于AS203的澄清作用。(4)光學(xué)玻璃。La2O3增加光學(xué)玻璃的折射率。La2O3常用來制造高折射低色散的不含Si02或Si02含量低的光學(xué)玻璃。(5)特種玻璃。稀土氧化物是制造激光玻璃的重要材料。1.1.9原料的預(yù)處理(1)預(yù)燒(2)破碎(3)干燥(4)篩分(5)除鐵(1)預(yù)燒在玻璃生產(chǎn)中預(yù)燒的目的：為了減小粗碎時，它們對于機械設(shè)備的磨損，降低機械鐵的引入。在陶瓷生產(chǎn)中預(yù)燒的目的：消除多晶轉(zhuǎn)變和特殊結(jié)構(gòu)帶來不利的影響。注意：預(yù)燒溫度要根據(jù)原料性質(zhì)來定(2)破碎3)干燥干燥的方法主要有兩種，即自然干燥與強制干燥。一般以強制干燥為主。原材料的水分主要來自三個方面：一是天然水一來自開采；二是在運輸與堆放過程中雨雪的侵襲；三是在原料加工過程中添加的水。(4)篩分在陶瓷生產(chǎn)中篩分具有以下作用：1)使原料顆粒適合下一制造工序的需要。2)在粉碎過程中，篩去已符合細度的顆粒，使粗粒獲得充分粉碎的機會，可提高設(shè)備的粉碎效率。3)確定顆粒的大小及其比例，并限制原料或坯料中粗(允許的)顆粒的含量，從而可以提高成品的品質(zhì)。(5)除鐵原料中含鐵雜質(zhì)可分為金屬鐵，氧化鐵與含鐵礦物。陶瓷坯料中混有鐵質(zhì)將使制品的外觀質(zhì)量受到影響，如降低白度與半透明性，也會產(chǎn)生斑點。因此，在原料處理與坯釉料制備的各工序中，除鐵是一個很重要的工序。玻璃中有鐵會使玻璃著色，還會降低透光性。注意：水泥不需要除鐵！為什么？1．2無機非金屬材料的組成及配料計算1．2．1無機非金屬材料的組成(1)CaO-Si02-Al203系統(tǒng)在CaO-Si02-Al203系統(tǒng)中，隨著各氧化物之間比例的不同，生成的礦物組成極其復(fù)雜。其中主要有：硅酸三鈣C3S硅酸二鈣C2S鈣鋁黃長石C2AS鋁酸一鈣CA鋁酸三鈣C3A七鋁酸十二鈣C12A7二鋁酸一鈣CA六鋁酸一鈣CA61)硅酸三鈣(C3S)。主要由硅酸二鈣和氧化鈣反應(yīng)生成。在水泥中其含量為50%左右，有時高達60%以上。C3S在1250℃~2065℃時穩(wěn)定，在1250℃以下分解為C2S和CaO。思考：為什么水泥在常溫下有C3S存在？C3S又分屬于三個晶系的七種變型：三方晶系的R型；單斜晶系的MⅢ、MⅡ、MI型和三斜晶系的TⅢ、TⅡ、TI型。純C3S在常溫下，通常只能保留三斜晶系(T型)，如含有少量MgO、Al2O3、S03、ZnO、Cr2O3、Fe2O3和R2O等穩(wěn)定劑形成固溶體，便可保留M型或R型。故硅酸三鈣通常為M型或R型。硅酸三鈣固溶體的密度為3140～3250kg／m3。阿利特或A礦：在硅酸鹽水泥熟料中，C3S并不是已純的形式出現(xiàn)，總含有少量的MgO、Al2O3、Fe2O3等形成固溶液，稱為阿利特或A礦。硅酸三鈣加水調(diào)和后，初凝時間大于或等于45min，終凝時間小于或等于12h。它水化較快。粒徑為40～45um的硅酸三鈣顆粒加水28d后，有70％左右與水反應(yīng)。所以硅酸三鈣可產(chǎn)生較高的強度，且強度發(fā)展比較快，早期強度較高，且強度增進率較大，28d強度可以達到它一年強度的70％～80％。但硅酸三鈣水化熱較高，抗水性較差。C3S含少量其他氧化物形成的固溶體，將影響它的反應(yīng)能力和晶型。另外，硅酸三鈣固溶體晶體尺寸和發(fā)育程度會影響其反應(yīng)能力。當(dāng)燒成溫度高時，C3S固溶體晶形完整，晶體尺寸適中，幾何軸比大(晶體長度與寬度之比L／B=2～3)，礦物分布均勻，界面清晰，強度較高。當(dāng)加礦化劑或用急劇升溫等新的煅燒方法低溫?zé)蓵r，雖然很多C3S固溶體晶體比較細小，但發(fā)育完整、分布均勻，熟料強度也很高。2）硅酸二鈣(C2S)在水泥中C2S一般在20%左右。由氧化鈣與氧化硅反應(yīng)生成純硅酸二鈣。貝利特或B礦：C2S與少量MgO、Al2O3、Fe2O3、R2O等氧化物形成固溶體，稱為貝利特或B礦。在1450oC溫度以下時，C2S進行下列多晶轉(zhuǎn)變。當(dāng)溫度低于500oC時，硅酸二鈣由β型轉(zhuǎn)變?yōu)棣眯停w積膨脹10%而導(dǎo)致物料粉化。γ型幾乎無水硬性。硅酸二鈣固溶體與水反應(yīng)速度較慢，凝結(jié)固化較慢，早期強度低，但后期強度增進率較高。硅酸二鈣固溶體的水化熱較低，耐水性好。3）中間體它填充在阿利特和貝利特之間可包括鋁酸鹽、鐵酸鹽、組成不定的玻璃體和含堿化合物以及游離氧化鈣和方鎂石。但以包裹體形式存在于阿利特和貝利特中的游離氧化鈣和方鎂石除外。中間體在熟料煅燒過程中，熔融成為液相，冷卻時結(jié)晶，但有部分來不及結(jié)晶而凝固成玻璃體。①鋁酸鈣主要是鋁酸三鈣，還可能有七鋁酸十二鈣。摻氟化鈣作礦化劑時，可能存在C11A7?CaF2和C4A7S而無C3A。C3A在水泥中潛在含量為7%~10%。C3A水化迅速，放熱多，凝結(jié)快。識別：在偏光顯微鏡下，純C3A無色透明。在反光鏡下，快冷呈點滴狀，慢冷矩形或柱狀。它的反光能力弱，呈灰暗色。②鐵相固溶體潛在含量為10%~18%。熟料中含鐵相較復(fù)雜，對硅酸鹽水泥熟料，多用C4AF代表鐵相組成。若熟料中Al2O3/Fe2O3<0.64，則可生成鐵酸二鈣。含C4AF不、高的熟料難磨。③玻璃體主要為Al2O3、Fe2O3、CaO和少量MgO和堿等?？炖鋭t含玻璃相多而C3A和C4AF等晶體少。普通熟料中，玻璃體含量約為2%~21%，急冷時約8%~22%，慢冷時只有0~2%。鋁酸三鈣和鐵鋁酸四鈣主要作用：熔融成液相，促進硅酸三鈣的順利形成。注意：熔劑礦物含量過少則導(dǎo)致游離氧化鈣增加，影響熟料質(zhì)量，降低產(chǎn)量；過多則窯內(nèi)容易結(jié)塊，影響正常生產(chǎn)。④游離氧化鈣指經(jīng)過煅燒后仍未結(jié)合的的氧化鈣。其結(jié)構(gòu)比較致密，水化很慢，通常要3天后才明顯，水化生成氫氧化鈣體積增加97.9%,造成局部膨脹應(yīng)力，抗折強度下降，3天以后強度倒縮，嚴(yán)重時引起安定性不良。中國回轉(zhuǎn)窯一般控制在1.5%以下。⑤方鎂石指游離狀態(tài)的MgO晶體。在煅燒中一般不參加反應(yīng)，以下列三種形式存在：①溶解于C4AF和C3S中形成固溶體；②溶于玻璃體中；③以游離狀態(tài)的方鎂石形式存在。注意：a)前兩種的MgO含量約為熟料的2%，對硬化無破壞作用；b)方鎂石水化時間慢，要0.5~1年才明顯；c)水化形成氫氧化鎂，體積膨脹148%，會導(dǎo)致安定性不良；d)晶體尺寸1μm時，含5%才膨脹起來，晶體尺寸5~7μm時，含量3%就引起嚴(yán)重膨脹；e)國家規(guī)定不得超過5%；f)采用快速冷卻減小方鎂石尺寸。(2)K20-SiO2-Al203系統(tǒng)(3)Na20-CaO-Si02系統(tǒng)在Na20-CaO-Si02系統(tǒng)中，富硅部分共有四個二化合物NS、NS2、N3S8、CS及四個三元化合物N2CS3、NC2S3、NC3S6、NCS5。1．2．2無機非金屬材料的組成設(shè)計及配料計算(1)硅酸鹽水泥的組成設(shè)計1)硅酸鹽水泥對礦物組成的要求。2)硅酸鹽水泥組成礦物的選擇。復(fù)習(xí)與思考91、原料預(yù)燒的目的2、阿利特（A礦）、貝利特（B礦）概念、特點及怎樣應(yīng)用各自的特點來指導(dǎo)生產(chǎn)和應(yīng)用。3、游離氧化鈣和方鎂石對混凝土的危害及怎樣減小其對混凝土的危害。(2)配料計算1)熟料的率值。水泥熟料是一種多礦物集合體，而這些礦物又是由四種主要氧化物化合而成。率值：控制各氧化物之間的比例即率值。率值作為生產(chǎn)控制的一種指標(biāo)①石灰飽和系數(shù)(KH)。熟料中四個主要氧化物是：CaO、Si02、A1203、Fe2O3其中：CaO為堿性氧化物，其余三個為酸性氧化物，兩者相互化合形成C2S、C3S、C3A、C4AF四個主要熟料礦物。從理論上講，酸性氧化物應(yīng)形成堿性最高的熟料礦物—C3S、C3A、C4AF、CaO。CaO含量一旦超過所有酸性氧化物的需求，必然以游離氧化鈣形態(tài)存在，含量高時將引起水泥安定性不良，造成危害。因此，從理論上說，存在一個極限石灰含量。據(jù)此，古特曼與杰耳提出了他們的石灰理論極限含量的觀點。為便于計算，將C4AF看作為“C3A”和“CF”，并把“C3A”與C3A視為同一相。石灰飽和系數(shù)KH是熟料中全部氧化硅生成硅酸鈣（C3S和C2S）所需要的氧化物與全部二氧化硅理論上全部生成硅酸三鈣（C3S）所需要的氧化鈣的比值，即KH表示熟料中二氧化硅被氧化鈣飽和形成硅酸三鈣的程度。②硅率或硅酸率（P或SM)硅率是表示熟料中氧化硅含量與氧化鋁、氧化鐵之和的質(zhì)量比，也表示了熟料中硅酸鹽礦物與熔劑礦物的比例。2)配料①熟料組成的選擇及影響因素。熟料組成的選擇，一般應(yīng)該根據(jù)：a.水泥品種b.原料品質(zhì)c.燃料的品質(zhì)d.生料制備e.生料的易燒性f.熟料煅燒工藝進行綜合考慮，以達到保證水泥質(zhì)量、提高產(chǎn)量、降低消耗和設(shè)備長期安全運轉(zhuǎn)的目的。影響生料易燒性的主要因素有：a.生料的潛在礦物組成：KH、P高，生料難燒；反之易燒，還可能結(jié)圈；P、n高，生料難燒，要求較高的燒成溫度。b.原料的性質(zhì)和顆粒組成：原料中石英和方解石含量多，難燒，易燒性差；結(jié)晶質(zhì)粗粒多。易燒性差。c.生料中的次要氧化物和微量元素：生料中的少量次要氧化物MgO、Na20、K20等有利于熟料形成，易燒性好，但量過多，不利于煅燒，并對質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響。d.生料的均勻性和細度：生料的均勻性好，細度細，易燒性好。e.礦化劑：摻加各種礦化劑，均可改善生料的易燒性。f.生料的熱處理：生料易燒性差，燒成溫度就高，煅燒時間越長,生料煅燒過程中升溫速度快，有利于提高新生態(tài)物質(zhì)的活性。g.液相：生料煅燒時，液相出現(xiàn)溫度低，數(shù)量多，液相黏度小，表面張力小，離子遷移速度大，易燒性好，有利于熟料的燒成。h.燃煤的性質(zhì)：燃煤熱值高、煤灰分少、細度細，燃燒速度快，燃燒溫度高，有利于熟料l的燒成。i.窯內(nèi)氣氛：窯內(nèi)氧化氣氛煅燒，有利于熟料的形成。因此，生料易燒性好，可以選擇較高石灰飽和系數(shù)、高硅率、高鋁率(或低鋁率)的配料方案；反之，只能配低一些。熟料的石灰飽和系數(shù)、硅率、鋁率三個率值是互相影響、互相制約的，不能片面強調(diào)某一率值而忽視其他兩個率值，必須相互配合。如石灰飽和系數(shù)較高，則硅率和鋁率就要相應(yīng)低一些，以保證硅酸三鈣的順利形成。(3)玻璃的組成設(shè)計及配料計算1)玻璃的組成與結(jié)構(gòu)①玻璃的組成。許多氧化物或元素是玻璃的組成物質(zhì)，根據(jù)各氧化物在玻璃結(jié)構(gòu)中所起的作用，一般可將它們分為三類：玻璃形成體(網(wǎng)絡(luò)形成體)玻璃中問體(網(wǎng)絡(luò)中間體)玻璃調(diào)整體(網(wǎng)絡(luò)外體)a．玻璃形成體(網(wǎng)絡(luò)形成體)能單獨形成玻璃，在玻璃中能形成各自特有的網(wǎng)絡(luò)體系的氧化物，稱為玻璃的網(wǎng)絡(luò)形成體。b．調(diào)整體(或網(wǎng)絡(luò)外體)凡不能單獨生成玻璃，一般不進入網(wǎng)絡(luò)而是處于網(wǎng)絡(luò)之外的氧化物，稱為玻璃的網(wǎng)絡(luò)外體。它們往往起調(diào)整玻璃一些性質(zhì)的作用。c．中間體。一般不能單獨形成玻璃，其作用介于網(wǎng)絡(luò)形成體和網(wǎng)絡(luò)外體之間的氧化物，稱之為中間體。陽離子配位數(shù)主要根據(jù)玻璃結(jié)構(gòu)中“游離氧”的數(shù)目而定，當(dāng)“游離氧”充足時，陽離子可以奪取“游離氧”以四配位參加網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與網(wǎng)絡(luò)形成體共同構(gòu)成統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(又稱補網(wǎng)作用)，當(dāng)“游離氧”不足時，則以其他配位數(shù)(比如六配位等)，處于網(wǎng)絡(luò)之外，與網(wǎng)絡(luò)外體作用相似。在含有不只一種中間體氧化物的復(fù)雜系統(tǒng)玻璃中，中間體能否進入結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)主要由其電場強度大小來決定，電場強度大的陽離子，奪氧能力大，可以進人結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，而電場強度小的陽離子，在“游離氧”不足時，只可能處于網(wǎng)絡(luò)之外。一般情況下，中間體離子大致按下列次序進入網(wǎng)絡(luò)：[BeO4]→[Al2O3]→[GaO4]→[TiO2]→[ZnO4]晶子學(xué)說(a)玻璃由無數(shù)微小的“晶子”組成(b)“晶子”是帶有晶格變形的有序區(qū)域(c)“晶子”分散在無定形介質(zhì)中，“晶子”和介質(zhì)之間的過渡是漸變的，兩者之間無明顯界線無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說玻璃態(tài)物質(zhì)也與晶體結(jié)構(gòu)一樣，由離子多面體形成的三度空間網(wǎng)絡(luò)所組成，晶體結(jié)構(gòu)是由多面體的無數(shù)次有規(guī)律重復(fù)構(gòu)成，而玻璃結(jié)構(gòu)中多面體重復(fù)沒有規(guī)律?！芭鸱闯！保涸谝欢ǚ秶鷥?nèi)，堿金屬氧化物提供的氧，不象在熔融石英中作為非橋氧出現(xiàn)于結(jié)構(gòu)中，而是使硼氧三角體[BO3]轉(zhuǎn)變成為完全由橋氧組成的硼氧四面體，導(dǎo)致B2O3玻璃兩度空間的層狀結(jié)構(gòu)部分轉(zhuǎn)變?yōu)槿瓤臻g的架狀結(jié)構(gòu)，從而加強了網(wǎng)絡(luò)，使玻璃的各種物理性質(zhì)，與相應(yīng)的硅酸鹽玻璃相比，相應(yīng)地向著相反方向變化。氧化鋁：在鈉硅酸鹽中當(dāng)Na2O/Al2O3>1時，Al3+位于四面體中。當(dāng)Na2O/Al2O3<1時，Al3+位于八面體中。在玻璃中含有Li+、B3+、Be2+離子時，Al3+就有可能處于八面體中。X-非橋氧數(shù),Y-橋氧數(shù),X+Y=4,X+(1/2)Y=R。R-玻璃中氧離子總數(shù)與硅離子總數(shù)之比。對于SiO2R=2?對于含12mol%Na2O、10mol%CaO、78mol%SiO2玻璃，R=(12+10+2×78)/78=2.28例1：從以下兩種釉料配方中，判斷兩者的熔融溫度、粘度上的差別，并說明理由。0.2K2O0.2Na2O2.1SiO2(1)0.3Al2O30.3CaO0.5B2O30.2PbO0.2K2O(2)0.2MgO1.1Al2O3?10.0SiO20.6CaO（4）陶瓷的組成設(shè)計及配料計算1）陶瓷的組成與結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上看，陶瓷是由以下相組成：①結(jié)晶物質(zhì)②玻璃態(tài)物質(zhì)③氣孔1.3配合料的制備與加工配合料的一般制備與加工的工藝為：（原料的）精選→破碎→烘干→配料→破碎→粉磨（配合料的制備）→成型1.3.1配合料的制備1.3.2成型1.3.3干燥1.3.1配合料的制備配合料的制備過程主要有：(1)破碎(2)粉磨（1）破碎1）定義：是對塊狀固體物料施用機械方法，使之克服內(nèi)聚力，分裂為若干碎塊的作業(yè)過程。2）作用：減小塊狀物料的粒度（2）粉磨1）粉磨工藝①常用的粉磨設(shè)備：球磨機、無介質(zhì)磨、輥式磨、輥壓機、振動磨、攪拌磨和沖擊磨等。②粉磨方式與工藝干磨濕磨物料在粉磨過程中所采用的工藝流程較常用的有：開路閉路開路：系統(tǒng)無分級設(shè)備，物料從磨機中出來即為產(chǎn)品。閉路：系統(tǒng)有分級設(shè)備，出磨物料經(jīng)分級設(shè)備分選，合格細粉為產(chǎn)品，粗粉返回磨內(nèi)重磨。開路系統(tǒng)優(yōu)缺點優(yōu)點：流程簡單，設(shè)備少，操作簡便，基建投資少。缺點：物料必須全部達到合格細度才能出磨，容易產(chǎn)生過粉磨，并在磨內(nèi)形成緩沖墊層，妨礙粗料進一步磨細。開路系統(tǒng)粉磨效率低，電耗高，產(chǎn)量低。閉路系統(tǒng)優(yōu)缺點優(yōu)點：可以消除過粉磨現(xiàn)象，可調(diào)控產(chǎn)品粒度，且能提高粉磨效率和產(chǎn)量。缺點：流程復(fù)雜，設(shè)備多，基建投資大，操作復(fù)雜。2）影響粉磨效率的因素①粉磨物料的性質(zhì)a.入磨物料粒度大小。b.易磨性。c.入磨物料的溫度。物料的溫度越高，易磨性就越差。d.入磨物料水分應(yīng)適中。水分過大，易使細顆粒粘在研磨體和襯板上，形成“物料墊”，或出現(xiàn)堵塞和“飽磨”現(xiàn)象；水分過少，則影響磨內(nèi)散熱，易產(chǎn)生“竄磨”跑粗現(xiàn)象。適宜的物料水分為1%~1.5%。②助磨劑。指可以消除細粉粘附和聚集現(xiàn)象，提高粉磨效率，降低能耗，提高產(chǎn)量的物質(zhì)。助磨作用原理如果能使已有的裂紋不再重新閉合而有助于裂紋擴展以及阻止團聚，就達到助目的。濕式粉碎的效率高于干粉碎的原因是由于液體介質(zhì)的劈裂作用，水分子對裂紋的四壁產(chǎn)身約1.0MPa的壓力。③粉磨產(chǎn)品的細度。④設(shè)備流程。設(shè)備越大產(chǎn)量越高。⑤研磨體。研磨體的形狀、大小、裝填量、級配以及補充等。⑥干法磨機通風(fēng)。⑦干法磨水冷卻。主要是磨內(nèi)霧化噴水，可有效帶出磨內(nèi)熱量，消除靜電凝聚，利于提高產(chǎn)量。⑧磨機的操作。喂料量適當(dāng)且均衡穩(wěn)定是提高產(chǎn)、質(zhì)量的重要措施。（3）水泥生料的粉磨1）生料細度2）生料粉磨系統(tǒng)1.3.2成型成型是將制備好的物料（坯料）制成具有一定形狀的顆粒或坯體的過程。（1）粒化（成球）?；^程：指將粉體（或漿液）加工成形狀和尺寸都比較勻整的球塊的機械過程。粉體?；囊饬x：能保持混合物的均勻度在儲存、輸送與包裝時不發(fā)生變化；有利于改善物理化學(xué)反應(yīng)的過程；可以提高物料流動性，便于輸送與儲存；大大減小粉塵飛揚；擴大微粉原料的適用范圍；便于計量以及滿足商業(yè)上的要求。在水泥立窯燒成中，物料首先要先成球的原因是：增加物料接觸的緊密度，利于反應(yīng)的進行；球狀的快料在立窯中煅燒，便于通風(fēng)煅燒完全，能達到反應(yīng)所需的高溫。陶瓷壓制成型時為了提高粉料的體積密度、增加物料的流動性等，常將泥漿噴霧干燥造粒。1）轉(zhuǎn)動?；賵A筒?；瘷C②圓盤?；瘷C影響?；闹饕蛩兀篴)表面性質(zhì)（顆粒表面親水性、形狀與孔隙率）b)粒徑大小和粒徑分布c)粘結(jié)劑2）噴霧干燥造粒噴霧干燥是從漿體中排除水分并得到近于球形粉狀顆粒的過程。1.3.3干燥（1）概述脫水的方法：1）根據(jù)水和物料的密度不同實現(xiàn)重力脫水；2）利用機械的方法實現(xiàn)脫水；3）用加熱的方法使物料的水分蒸發(fā)。干燥（烘干）：是指用加熱的方法達到除去物料中部分物理水分的過程。干燥過程是一個物理過程。實現(xiàn)物料干燥的方法有兩種：自然干燥和人工干燥。人工干燥的加熱方式有外熱源法和內(nèi)熱源法兩種類型。外熱源法：指在物料的外部對物料表面加熱，使物料受熱，水分蒸發(fā)而得到干燥。外熱源法加熱方式有：1）對流加熱2）輻射加熱3）對流-輻射加熱內(nèi)熱源法：指將濕物料放在高頻交變的電磁場或微波場中，使物料本身的分子產(chǎn)生劇烈的熱運動而發(fā)熱，或使交變電流通過物料而產(chǎn)生熱量，物料中水分蒸發(fā)，本身得以干燥。注意：對于不同的物料，對其干燥溫度等工藝條件有不同的要求?。?）干燥的物理過程1）物料中水分的性質(zhì)①化學(xué)結(jié)合水。主要是結(jié)晶水，在干燥過程中不排除。②物理-化學(xué)結(jié)合水（大氣吸附水）。吸附水、滲透水、微孔（半徑小于10-7m）毛細管水以及結(jié)構(gòu)水。③機械結(jié)合水（自由水）。包括物料中的潤濕水、孔隙水及粗孔（半徑大于10μm）毛細管水。機械結(jié)合水在干燥過程中首先被排除。2）物料干燥過程。物料干燥包括加熱、外擴散和內(nèi)擴散三個過程。外擴散：物料受熱后，當(dāng)其表面的水蒸氣分壓大于干燥介質(zhì)中的水蒸氣分壓時，物料表面的水分向干燥介質(zhì)中擴散（蒸發(fā)），這個過程稱為外擴散。內(nèi)擴散：物料內(nèi)部的水分向物料表面遷移的過程，稱內(nèi)擴散。整個干燥過程可以分為：加熱階段速干燥階段降速干燥階段1.4煅燒、燒成與熔化1.4.1概述煅燒、燒成與熔化是高溫加工過程的三種方式。煅燒：是指將物料經(jīng)過高溫，合成某些礦物（水泥熟料、礦物等）或使礦物分解獲得中間產(chǎn)物（石灰、石膏和粘土熟料）的過程。燒成：指將初步密集定型的粉塊（生坯）經(jīng)高溫?zé)Y(jié)成產(chǎn)品的過程。其實質(zhì)是將粉料集合體變成致密的、具有足夠強度的燒結(jié)體，如磚、瓦、陶瓷、定型耐火材料。熔化亦稱熔煉：指將配合料投入耐火材料砌筑的熔窯中經(jīng)過高溫加熱，得到無固體顆粒、符合成型要求的各種單相連續(xù)體的過程。它是制造玻璃、鑄石、熔鑄耐火材料、人工晶體等無機非金屬材料的主要工藝過程。1.4.2無機非金屬材料的熱加工方法（1）傳統(tǒng)熱加工方法與設(shè)備（2）近代加工方法與設(shè)備1）旋風(fēng)燒成法與浮騰燒成法①旋風(fēng)燒成法②浮騰燒成法2）新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯1.4.3硅酸鹽水泥熟料的煅燒（1）生料在煅燒過程中的物理化學(xué)變化1）干燥與脫水2）碳酸鹽分解顆粒內(nèi)部的分解反應(yīng)可分為五個階段：①氣流向顆粒表面的傳熱過程②熱量由表面以傳導(dǎo)方式向分解面?zhèn)鬟f的過程③碳酸鹽在一定溫度下，吸收熱量并進行分解并放出CO2的化學(xué)過程④分解放出CO2，穿透CaO層向表面擴散的傳質(zhì)過程⑤表面的CO2向周圍介質(zhì)氣流擴散過程分解速度主要取決于傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)的快慢。對于回轉(zhuǎn)窯：碳酸鈣的分解，在800~1100℃下，通常需要15min以上，而在分解爐內(nèi)（物料