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无机非金属材料工艺学传统无机非金属材料工艺学包含那多个部分？水泥工艺学玻璃工艺学陶瓷工艺学现代无机非金属材料工艺学包含那多个部分？水泥工艺学玻璃工艺学陶瓷工艺学耐火材料工艺学无机复合材料工艺学无机非金属材料工艺学需要预先学习课程基础课：物理化学专业基础课：硅酸盐物理化学为何要学习无机非金属材料工艺学？开阔视野，提升分析问题，处理问题能力。1绪论1.1 材料及无机非金属材料定义和分类1.1.1 材料定义和分类定义：能够用以加工有用物质物质。1.1.2无机非金属材料定义和分类无机非金属材料：是除金属材料和有机高分子材料之外全部材料总称。1.1.3 无机非金属材料特征1、和金属材料和有机高分子材料区分（a）化学组成：（1）无机非金属材料：氧化物、碳化物、卤素化合物、硼化物和硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐和非氧化物（如氮化物Si3N4、碳化物SiC、氮化硼BN）等。（2）金属材料：通常为固体单质材料（除水银外）。（3）有机高分子材料：碳、氢、氧、氮、氯等元素组成化合物。（b）化学键组成：（1）无机非金属材料：关键为离子键（如NaCl）或离子-共价键（如SiO2离子键和共价键各占50%）。碳材料是例外，如金刚石是共价键，石墨是共价键和金属键（2）金属材料：金属键（3）有机高分子材料：共价键2、无机非金属材料特征（1）含有复杂晶体结构（2）没有自由电子（石墨除外）（3）高硬度（4）很好耐化学腐蚀能力（5）绝大多数是绝缘体（6）制成薄膜时大多是透明（7）通常含有低导热性（8）大多数情况下变形微小3、无机非金属材料基础属性（1）高熔点、高硬度、高抗压（2）耐腐蚀、耐磨损（3）良好抗氧化性、隔热性（4）优良介电、压电、光学、磁学性能及功效转换特征（5）抗拉强度低、韧性差1.1.4 无机非金属材料生产过程共性和个性1、原料共性：全部是以铝硅酸盐（粘土、长石等）、硅质、石灰质、铝质原料为主。个性：化学组成不一样2、原料破碎共性：绝大多数原料全部需要破碎为何绝大多数原料全部需要破碎？因为为何绝大多数原料全部是质地坚硬大块状物料，为了均化、烘干、配料等工艺过程需要。破碎后好处：（1）好均化、烘干、配料（2）利于成型（3）利于热处理，节能（4）产量高，产品性能好，且稳定3、粉体制备陶瓷：通常采取湿法制备粉体 为何？水泥：湿法和干法制备玻璃：干法制备 为何？4、成型陶瓷成型：在高温热加工之前玻璃成型：在高温热加工以后水泥成型：在使用时5、烘干水泥：在粉体制备之前，粘土、混合材需要烘干陶瓷：成型后坯体必需烘干 为何？6、高温热处理水泥：经过煅烧取得水泥熟料玻璃：熔融取得均匀、透明、无缺点熔体陶瓷：形成坚硬烧结体1.2 经典无机非金属材料1.2.1 胶凝材料1、胶凝材料定义和分类水硬性胶凝材料气硬性胶凝材料2、水泥定义和分类通用水泥专用水泥特种水泥：快硬高强水泥膨胀水泥自应力水泥水工水泥油井水泥：尤其注意在不一样温度和压力情况下水泥稠化时间改变装饰水泥耐高温水泥其它特种水泥：道路硅酸盐水泥、防辐射水泥、耐酸水泥、砌筑水泥、高效无声破碎剂等注意：使用高效无声破碎剂一定要考虑温度影响3水泥基础性质水泥浆含有良好可塑性、和其它材料混合后混合物可拥有合适和易性较强适应性很好耐侵蚀、防辐射性能硬化后水泥浆含有较高强度，且强度随龄期延长而逐步增加良好耐久性经过改变水泥组成，可合适调整水泥性质可和纤维、聚合物等多个有机-无机材料配制多种水泥基复合材料，充足发挥材料潜能1.2.2 玻璃1、玻璃特征（1）玻璃定义及基础特征传统玻璃定义：熔融物冷却、硬化而得到非晶态固体基础特征：（a）透明、坚硬，良好耐蚀、耐热、电学和光学性质（b）适用不一样使用条件要求（c）易于制备多种形状制品或部件2、玻璃通性1）各向同性2）介稳性3）无固定熔点4）固态和熔融态间转化渐变性和可逆性5）性质随成份改变连续性和渐变性关键粘度参考点： 应变点：相当于粘度为1013.6帕秒温度，即应力在几小时内消除温度。 转变点（Tg）：相当于粘度为1012.41013.0帕秒温度，又称脆性温度，既玻璃出现脆性最高温度。 退火点：大致相当于粘度为1012帕秒温度。即应力在几分钟内消除温度。 变形点：相当于粘度为10101012帕秒温度范围。 软化温度（Tf）: 即玻璃开始出现液态经典性质温度，此时是玻璃能拉成丝下限温度，它和玻璃密度和表面张力相关。相当于粘度为3X1061.5X107帕秒温度。 操作范围：相当于成型时玻璃液表面温度范围。T上限指准备成型操作温度。相当于粘度为102104帕秒温度。T下限指相当于成型时能保持制品形状温度。粘度为105帕秒温度。操作范围粘度通常为103106.6帕秒。 熔化温度：相当于粘度为10帕秒温度，在此温度下玻璃能以通常要求速度熔化。Tg Tf之间称为转变温度范围（或反常间距），玻璃在此区里从经典熔体逐步转变为含有各项性质玻璃。Tg和Tf表示转变温度上下限。怎样区分某物质是晶体还是玻璃？ 在偏振光检测仪下，玻璃不管怎样转动角度，仍然透明，而晶体全部在转动到一定角度时展现不透明亮斑。 晶体各向异性，用激光束照射时出现两个亮点，这是晶体双折射现象。玻璃对单束光只有一次折射，只形成一个亮点。3、玻璃分类1）按组成份类元素玻璃：单一元素原子组成玻璃。有硫系玻璃、硒玻璃等。氧化物玻璃：借助桥氧形成聚合结构玻璃。非氧化物玻璃：（a）卤化物玻璃（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混合玻璃：如BaF2-Al2O3-P2O5玻璃等。2）按用途分类建筑玻璃日用轻工玻璃仪器玻璃光学玻璃：冕牌玻璃：阿贝数（色散系数）50光学玻璃通常称为冕牌玻璃 燧石玻璃：阿贝数（色散系数）50光学玻璃称为燧石玻璃色散：玻璃折射率随入射光波长不一样而不一样现象，叫色散。阿贝数就是色散系数。光线经过三棱镜能够分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。色散系数反应镜片分光能力，色散现象最早由欧尼斯.阿贝先生发觉并对色散系数设定了界定参数，故色散系数被称为“阿贝数”。对眼用镜片来说，镜片色散越低越好，色散系数值越大越好，假如色散强烈会出现棱镜效应，人会感到色彩斑斓，致使头晕脑涨等不适感，所以色散系数就成为衡量镜片优劣关键指标之一。电真空玻璃3）按性能分类光学特征分：光敏玻璃、声光玻璃、光色玻璃、高折射玻璃、低色散玻璃、反射玻璃、半透过玻璃、透红外玻璃等等。热学特征分：热敏玻璃、隔热玻璃、耐高温玻璃、低膨胀玻璃等电学特征分：高绝缘玻璃、导电玻璃、半导体玻璃、高介电玻璃、超导玻璃等力学特征分：高强玻璃、耐磨玻璃等化学稳定性分：耐碱玻璃、耐酸玻璃等4）按形态分类泡沫玻璃玻璃纤维薄膜玻璃等5）按颜色分类无色玻璃颜色玻璃半透明玻璃乳白色玻璃等隔热玻璃 ：它们不显著吸收可见光线而是 吸收大量产生热量近红外光线， 凡需要光线强度高而又需要隔除 热量场所全部可应用。石英玻璃：其光学性能有独到之处，它既能够透过远紫外线，是全部紫外材料最优者，又可透过可见光和近红外光谱，热膨胀系数极小，化学稳定性好，气泡、条纹、均匀性、双折射有可和通常光学玻璃媲美，所以它是在多种恶劣场所下工作含有高稳定度光学系数必不可少光学材料。 产品应用关键应用于军工、激光、冶金、光学仪器、舞台灯光等行业高温窗口。比如：中国现在还只能拉制小直径石英玻璃管。用在半导体技术上大直径石英玻璃管每千克进口价1300元，而小直径石英玻璃管关键用在照明工业上每千克出口价也只有60元，而且因为质量差，不能大量出口。中国进口大直径石英玻璃管约1亿元人民币，关键用于生产出口石英玻璃仪器器皿 。1.2.3 陶瓷1、陶瓷定义和分类传统陶瓷定义：以无机非金属天然矿物或化工产品为原料，经过原料处理、成型、干燥、烧结等工序制成产品。是陶器和瓷器总称。陶瓷分类：（1）按组成份类：硅酸盐陶瓷氧化物陶瓷非氧化物陶瓷（2）按性能分类：1）一般陶瓷：包含日用陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷等2）特种陶瓷：包含结构陶瓷、功效陶瓷2、陶瓷基础性能和特点（1）陶瓷显微结构由结晶相、气孔和玻璃相组成。（2）陶瓷基础性能较高弹性模量强度高，抗压强度远远大于抗拉强度耐磨性能良好好耐久性，如抗氧化，耐高温、耐腐蚀硬度高优良电绝缘性能脆性大，经不起外力撞击，也不能急冷急热。理论强度高，但实际强度远远低于理论强度原因：陶瓷材料存在很多微裂纹微裂纹一旦形成，就会快速扩展对于金属，在外力作用下能够产生塑性变形，塑性变形能够吸收扩展裂纹能量，起到止裂纹作用。对于陶瓷，缺乏塑性变形，裂纹一旦形成，材料内部应力就会集中在裂纹尖端，推进裂纹扩展，直至断裂。假如是在热冲击情况下，因为陶瓷材料导热性差，热应力所以增加，促进裂纹快速扩展。1.3 无机非金属材料研究现实状况及发展趋势1、陶瓷怎样低成本处理陶瓷脆性问题。2、玻璃3、水泥用煤矸石生产水泥研究用白云石替换方解石生产水泥1.4 无机非金属材料在人类生活中地位和作用1.4.1 对科学技术发展作用1.4.2 对工业及社会进步作用1.4.3 对巩固国防、发展军事用技术作用1.4.4 在生物医学方面作用1.5 无机非金属材料工艺学研究内容无机非金属材料科学和工艺：是一门研究材料组成、结构、合成和制备、使用效能四者之间关系和规律科学。合成和制备：是研究怎样将原子、分子聚合起来并最终转变为有用产品一系列连续过程，是提升材料质量、降低生产成本关键，也是开发新材料、新器件中心步骤。组成：是指组成材料物质原子、分子、添加剂及其分布。结构：是指组成原子、分子在不一样层次上相互结合形式、状态和空间分布。组成和结构是材料基础表征。它们首先是特定合成和制备条件下产物，其次又是决定材料性能和使用效能内在因数。无机非金属材料工艺学研究内容：了解材料组成和结构及它们同合成和制备之间、性能和使用效能之间内在联络。（为何？）例1：SiO2玻璃和SiO2和晶体，成份完全一样但性质截然不一样。SiO2玻璃：透明、各向同性，没有固定熔点，亚稳性，性质随温度改变连续性。SiO2和晶体：各向异性，有固定熔点，稳定，性质随温度改变不连续原因：结构不一样。SiO2玻璃，硅氧四面体排列无序；SiO2和晶体，硅氧四面体排列有序。和合成制备关系：SiO2玻璃，从SiO2熔点以上熔体快速冷却；SiO2和晶体，从SiO2熔点以上熔体缓慢冷却和合成制备方法关系：SiO2晶体，水热法生长（人工合成晶体）关键性能： 石英晶体（水晶）：是一个功效材料，有优良压电性能和光学性能，物理、化学性能稳定，含有左右旋结构特征，在0.154m范围内，有很好透过率。 注意：水晶经不起高温热冲击，它遇高温就会破裂并转化成其它晶体变态 。SiO2玻璃，熔制法，溶胶-凝胶法石英玻璃：它被大家称为“玻璃王”，因为它含有一系列特殊物理、化学性能。它含有优良耐高温性能，其熔点和白金（铂）熔点相近。热膨胀率极小，在01000之间平均华丽热膨胀系数=5.410-7，相当于陶瓷1/6，相当于一般玻璃1/20，石英玻璃中掺入一定量钛，能够制成膨胀系数靠近零超低膨胀石英玻璃。石英玻璃含有极佳光谱特征，不仅能够透过可见光，而且能够透过红外线、紫外线。石英玻璃是良好耐酸材料，相当耐酸陶瓷30倍，相当于不锈钢（镍铬合金）150倍。石英玻璃是极好电绝缘材料，它电阻值相当一般玻璃1万倍。（膨胀系数靠近零超低膨胀石英玻璃应用？）石英玻璃属脆性材料，耐压强度很好，但抗张强度要小部分，石英玻璃不耐氢氟酸，高温条件下（1000以上）会转变成方石英，这是它二个缺点。石英玻璃能够制成高纯材料，合成石英玻璃金属离子总量仅为1ppm。石英玻璃可贵之处于于它综合性能好。比如：它耐高温而且膨胀系数小，把它烧红了投入水中不炸裂；它耐高温而且透明，是透明耐火材料；它耐高温、透光性好、密闭性好，是新型电光源最好材料；它耐高温、高纯是制造集成电路最好材料。石英玻璃是一个玻璃，其结构无序排列，所以它没有固定熔点，因为石英玻璃高温粘度很大，即使达成软化点1713粘度仍有108泊，和20沥青一样硬，在18501900时，粘度为104105泊，石英玻璃直到汽（2100）也不会变成很稀液体。石英玻璃最高连续使用温度：1100，短时间可在1450下使用。 用途： SiO2晶体：可用作棱镜、滤光片、偏振片、波片、旋光片等，可制成多种体波和声表面波振荡器、谐振器和滤波器。 SiO2玻璃： 1、放电管类用石英玻璃 透明石英玻璃因为含有从紫外区到红外区优良光透过性和耐热性，所以广泛使用于水银灯、超高压水银灯、氙灯、紫外线灯、碘钨灯、卤素灯、气体激光用灯、金属卤化物灯等电光源 2、半导体工业（电子工业）用石英玻璃 透明石英玻璃是极纯SiO2，几乎不含杂质，在硅用坩埚和管子，钾合金用坩埚，其它高纯金属制造装置等，对半导体工业是不可缺乏材料。关键品种有大规格石英玻璃钟罩（制造多晶硅炉外罩），过去用不透钢，影响产品质量，而且炉壳要通水冷却，现在改为石英玻璃钟罩，不需要通水冷却，既节省能源，又提升了多晶硅质量；用多晶硅制造单晶硅，要大量使用石英玻璃坩埚，是必需不可少材料，没有别材料能够替换；用硅单晶制造集成电路和晶体管时，在石英玻璃扩大散管或石英玻璃钟罩中进行外延、扩杂、烧结等工序；另外清洗硅片也要用石英玻璃支架；所以半导体工业需要大量使用多种规格石英玻璃管、多种规格石英棒、多种规格石英坩埚、多种规格石英玻璃仪器器皿 。 3、红外线加热器类用石英玻璃 用不透明石英玻璃（乳白石英玻璃）制造红外线加热器、取暖器、晶体加热器等，年消耗乳白石英玻璃管近千吨。关键用于电镀液加热、酸加热、家庭取暖、钢化玻璃加热等，工业上（自行车、汽车等）油漆烘烤烘道，食品、造纸、纺织工业烘道等。 4、多种耐酸容器类石英玻璃 因为优越耐酸性和耐热性，在化学工业领域得到广泛利用。如合成盐酸装置；高温酸性气体燃烧，冷却和引导装置；酸性溶液蒸发、冷却、吸收和贮藏装置、蒸馏水、盐酸、硫酸、硝酸类制造装置；氯化反应容器；蒸馏塔充填物，蒸汽加热搅拌装置；耐酸阀门；过滤板等。 5、电绝缘用石英玻璃 石英玻璃因为有优良电绝缘性和耐热性，用于科垂尔静电集成器、高频和多种电计器绝缘材料，发电厂锅炉液位管，高压绝缘管类等。 6、多种烧成用石英玻璃容器 因为石英玻璃是没有污染纯烧成物，所以可作为荧光体物质烧成容器和多种杯、盘使用等。 7、保护管类石英玻璃 石英玻璃广泛用于通常温度计保护管类；另外，也可作浸没高温计保护管和制钢温度测定不可缺乏材料。 8、冶金工业用石英玻璃 石英玻璃因为耐热性尤其优良，可作平炉，高炉氧、碳等分析用试样采取管类；炼钢连注连轧出钢水口用石英玻璃；珍贵金属、黄金、白金冶炼用石英玻璃；有色金属冶炼（铝及合金、易熔金属蒸发罐）等用石英玻璃。 9、炉芯管类石英玻璃 石英玻璃因为有优良电性能、耐热性和气密性，可作为电炉、气体炉、高频炉等炉芯管和外管，也可用于空气，多种气体和真空炉。 10、多种理化仪器用石英玻璃 因为石英玻璃有很多优良特征，可用于膨胀仪、热天平、电气计测器、弹簧天平、地震仪等零件，烧瓶、烧杯、蒸发皿、坩埚、舟、硫黄定量装置、冷凝器等分析用具，分光光度计用吸收容跑龙套等多种理化试验用具。 11、 光学类石英玻璃 因为石英玻璃有很高紫外线透过性、耐热性和低膨胀性等可用于纹影照像用窗玻璃，耐热用透镜和窗玻璃，反射望远镜用反射镜、棱镜，气体激光器用窗玻璃，光学标准用等。另外因为石英玻璃不含SiO2以外成份，所以可作为光学玻璃熔融用坩埚和管使用 12、光通讯及高新技术用石英玻璃 世界80%信息业务由光纤传输，光纤产业发展更具战略意义，发展光纤离不开石英玻璃，因为光纤就是石英玻璃纤维，生产石英玻璃纤维需要石英玻璃预制棒和石英玻璃包皮管，因为这类石英玻璃纯度要求尤其高，德国贺利氏企业生产专用产品HeraluxWG级石英玻璃管，每千克达3500元人民币。中国生产光纤大量使用外国进口管。另外还有生物工程、光通信技术、原子能技术、激光技术、航空技术、航天技术等高技术领域均需要用石英玻璃。石英玻璃就好比做菜味精，用量不算大，但很广泛，各行业均不能缺乏它。石英玻璃属于很关键新材料，社会经济效益很大。 市场展望 中国进口集成电路达100亿美元（相当于人民币800900亿元），以后不可能长久如此大量进口，必需自己制造。所以，“十五”期间中国计划投资几千亿元人民币大力发展半导体（硅单晶、多晶硅、集成电路）工业（技术）。上海市已经计划在浦东张江高新技术工业园区建设微电子产业基地，“十五”期间引进产业投资100亿美元，形成10条以上芯片生产线；现在，有三家芯片工厂已建成和正在建设之中，一是华虹NEC工程，总投资500亿元人民币，一期工程投资200亿元，已建成投产；二是宏力半导体企业投资16.3亿美元（135亿元人民币）正在建设中；三是中蕊国际集成电路企业投资15亿美元（124亿元人民币）正在筹建。北京市有首钢集团北方微电子产业基地华夏半导体制造企业投资13.35亿美元（110亿元人民币）；北京讯创集成电路企业投资2亿美元兴建6芯片生产线。天津市有摩托罗拉企业再增资19亿美元（157亿元人民币）生产通信用集成电路。深圳等市也在主动筹建上马集成电路企业，能够估计中国半导体市场将以每十二个月17%速度递增，到销售额将达成1500多亿元人民币，粗略估算这些半导体制造企业年需消耗40005000万元石英玻璃仪器器皿；另外，在中国周围国家和地域内，如韩国、台湾地域、马来西亚均设有硅材料生产基地，年生产能力总计已达5亿平方英寸，年需要大量石英玻璃仪器器皿，我们能够充足利用中国生产石英玻璃大国优势，继续提升石英玻璃质量，争取多向中国周围国家和地域出口石英玻璃。照明用石英玻璃，因为中国生产成本低，外国企业将很快转移到中国生产，美国GE企业已经采取了行动。所以，中国石英玻璃行业市场前景很好。例2：金刚石和石墨金刚石：硬度最高热导率最高，300K为铜5倍，77K为铜25倍电阻率1016cm，极好电绝缘材料弹性模量高无色石墨：硬度低弹性模量底导热率高导电性好抗热震性好黑色原因：结构不一样金刚石：SP3键形成共价四面体，键长1.54，四个共价键石墨：平面SP2键联形成六边形网络，P2轨道加入键联网络，键长1.42，三个共价键；薄层之间键联为范德华力，键长3.34 。和工艺关系：石墨 高温、高压-金刚石（颗粒）CH4+H2-加热钨丝金刚石（薄膜）例3：-硅酸二钙和-硅酸二钙-硅酸二钙：在常温下几乎是稳定，不和水反应。-硅酸二钙：在常温下相当活泼，能和水发生反应，生成水化产物。原因：结构不一样-硅酸二钙：配位规则（Ca2+配位数为6），结构稳定，-硅酸二钙：配位不规则（Ca2+配位数为6和8），结构不稳定，有些部位质点较密，有些部位则空隙较大。鲍林第五规则（节省规则）：在一个晶体中，本质不一样结构组元种类，倾向最少数目。1、无机非金属材料工艺原理1.1 原料及其预处理1.1.1 钙质原料（1）钙质原料种类及性质 无机非金属材料工业常使用关键钙质原料有： 方解石关键成份：CaCO3，常混有Mg、Fe、Mn（8%以下）等碳酸盐。 石灰石 关键矿物：方解石，并含有白云石、硅质（石英或燧石）、含铁矿物和粘土杂质。 泥灰岩 是由碳酸钙和粘土物质同时沉积所形成均匀混合沉积岩。 关键成份：碳酸钙和粘土 白垩 是由海生生物外壳和贝壳堆积而成。 白垩易于粉磨和易烧性全部很好（2）钙质原料组成和作用l关键成份：CaO、CO2及少许SiO2、AL2O3、Fe2O3、MgO 等杂质。l关键矿物：方解石、少许白云石、硅质（石英及燧石）、含铁矿物R2O、SO3和黏土质杂质。l关键作用：提供制成无机非金属材料所需CaO。硅酸盐水泥：钙质原料是烧制硅酸盐水泥熟料关键原料之一。1吨水泥需1.2-1.3 吨石灰质原料。 陶瓷：陶瓷使用钙质材料通常为方解石。 钙质原料在生产中关键起助熔作用，缩短烧成时间，增加陶器透明度，使坯釉结合牢靠。玻璃：玻璃中CaO关键是经过方解石、石灰石、白垩、沉淀碳酸钙等原料引入。作用关键是稳定剂，即增加玻璃化学稳定性和机械强度，但含量不宜过高，不然会使玻璃结晶倾向增大，而且易使玻璃发脆。CaO（10-12%）时增加粘度。而且当温度降低时，粘度增加得很快，使成型困难。1.1.2 粘土类原料（1）粘土类原料种类粘土是多个微细矿物混合体，它关键是由铝硅酸盐类岩石如长石、伟晶花岗岩、斑岩、片麻岩等经长久风化而成。（2）粘土类原料组成1）化学组成：关键为SiO2、AL2O3和结晶水2）矿物组成及性质：工业中所用粘土中关键矿物可分为高岭石类、蒙脱石类及伊利石类三种。3）颗粒组成3）粘土工艺性质 粘土原料工艺性质关键取决于其化学、矿物和颗粒组成；粘土工艺性质是工业生产中合理选择粘土原料关键指标。1）可塑性 可塑性是指粘土和适量水混练后形成泥团，在外力作用下，可塑造成多种形状而不开裂，当外力除去以后，仍能保持该形状不变性能。 通常见塑性程度（塑限）、液性程度（液限）、塑性指数或塑性指标、对应含水率等参数来反应粘土可塑性。塑限：粘土由固体状态进入塑性状态时含水量。液限：粘土由流动状态进入塑性状态时含水量。塑性指数：是粘土液限和塑限之间差值。塑性指标：是粘土在工作水分下，泥料受外力作用最初出现裂纹时应力和应变乘积。从粘土和水相对关系来看，塑限表示粘土被水湿润后，形成水化膜，使粘土颗粒能相对滑动而出现可塑性含水量。所谓塑限高，说明粘土颗粒水化膜厚，工作水分高，但干燥收缩也大。 液限反应黏土颗粒和水分子亲和力大小。液限高黏土颗粒很细，在水中分散度大，不易干燥，湿坯度低。 可塑性指数：表示黏土能形成可塑泥团水分改变范围。指数大则成型水分范围大，成型时不易受周围环境湿度及模具影响，即成型性能好。可塑性指标也反应黏土成型性能，但要关键对应含水率，若对应含水率大，即工作水分多，干燥过程易变形、干燥。黏土颗粒越细，有机质含量较高，可塑性很好；黏土颗粒吸附阳离子浓度高、半径小、电价高者，因吸附水膜较厚，可塑性好。2）结合性结合性是指粘土能结合非塑性原料形成良好可塑泥团、有一定干燥强度能力。通常情况下，可塑性强粘土，其结合性也大。3）离子交换性粘土粒子因为表面层断键和晶格内部离子不等价置换而带点，它能吸附溶液中异性离子，这种被吸附离子又可被其它离子所置换，这种性质称为粘土离子交换性。离子交换能力大小可用离子交换容量即pH=7时每100g干粘土吸附阳离子或阴离子毫摩尔（mol）数来表示。l4）触变性l 粘土泥浆或可塑泥团在静置以后变稠或凝固，当受到搅拌或振动时，黏土降低而流动性增加，再放置一段时间后又能恢复原来状态，这种性质称为触变性。触变性大小可用厚化度来表示，泥浆厚化度指泥浆放置30min和30s后相对粘度之比。可塑性泥团厚化度则指静置一定时间后，球体或圆锥体压入泥团达一定深度时剪切强度增加百分数。颗粒表面荷电是粘土土产生触变性关键原因。l5）膨化性l 粘土加水后，体积会在不一样程度上有所增加，这种性质称为膨化性。这种性质关键是因黏土颗粒层间吸水膨胀和颗粒表面水膜形成所致。 通常见膨胀容来反应黏土膨化性能。它是指黏土在水溶液中吸水膨胀后，单位质量（g）所占体积（3）。6）收缩粘土和坯料收缩实际上可分为三种：干燥收缩、烧成收缩和总收缩。干燥收缩：黏土经110干燥后，因为自由水及吸附水排出所引发颗粒间距离减小而产生体积收缩。烧成收缩：干燥后黏土经高温煅烧，因为脱水、分解、熔化等一系列物理化学改变而造成体积深入收缩。粘土收缩情况关键取决于它组成、含水量、吸附离子及其它工艺性能。细粒粘土及呈长形纤维状粒子粘土收缩较大。测定收缩是研制模型及制作生坯尺寸放尺依据。7）烧结温度和烧结范围 粘土是多个矿物组成物质。它没有固定熔点，而是在相当大温度范围内逐步软化。通常说来，当温度超出800后，粘土试样体积开始猛烈收缩，气孔率开始显著降低。这种开始猛烈改变温度称为开始烧结温度T1。温度继续升高，至一定值时，开口气孔率降至最低，收缩率达成最大，试样致密度最高。此对应温度称为完全烧结温度或简称烧结温度T2。若继续升高温度，试样将因液相不停增多，以至于不能维持试样原有形状而变形，其对应最低温度称为软化温度T3。 烧结范围是指完全烧结温度T2和软化温度T3之间温度范围。8）耐火度 是指材料在高温作用下达成特定软化程度时温度。它反应了材料抵御高温作用性能。粘土耐火度取决于化学组成。通常随AL2O3含量增加而提升，随杂质含量增加，尤其是随Fe2O3碱金属氧化物含量增加而显著而降低。测定：将一定细度原料制成一截头三角锥（高30mm）下底边长8mm、上顶边长2mm），在一定升温制度下，测出三角锥顶端软化下弯至锥低平面时温度，即粘土原料耐火度。（4）粘土质工业废渣（5）粘土原料作用113石英类原料 (1)石英类原料种类和性质 (2)石英组成 (3)石英在加热过程中晶型转变多晶转变依据其进行方向分为：可逆多晶转变和不可逆多晶转变。可逆多晶转变：双向转变。晶型晶型不可逆多晶转变：单向转变多晶转变依据转变速度和转变时晶体结构改变不一样分为重建性转变和位移型转变重建性转变：这类转变发生时必需打开原子间键，质点要重排，形成新结构。SiO2晶型转变中石英、鳞石英、方石英之间相互转变属于重建性转变。 位移型转变：这类转变发生时不需要打开任何键或改变最临近配位数，指示原子从它们原先位置发生少许位移。如-石英和-石英间转变、-鳞石英和-鳞石英之间转变、-鳞石英和-鳞石英之间转变、-方石英和-方石英之间转变。石英晶型改变作用：a) 指导硅砖、陶瓷和玻璃制品生产SiO2晶型转变中石英、鳞石英、方石英之间相互转变尽管体积改变大，但因为转化速度慢，对制品稳定性影响并不大。-石英和-石英间转变、-鳞石英和-鳞石英之间转变、-鳞石英和-鳞石英之间转变、-方石英和-方石英之间转变。因为其转变速度快，较小体积改变就可能因为不均匀应力而引发制品开裂，影响产品质量。所以，硅砖生产中加入矿化剂目标就是为了提升产品中鳞石英含量，降低方石英生成量，以降低位移性转变所引发体积改变。 例：为何生产硅砖需要加入矿化剂？b) 指导硅砖、陶瓷和玻璃制品应用 例：窑炉烤窑（升温）时，在晶型转变时需要保温或放慢升温速度。 例：石英破碎114长石类原料(1)长石种类和性质(2) 长石类原料应用 1) 长石类原料在陶瓷生产中作用。 降低产品烧成温度； 熔化后形成液相填充坯体孔隙，增大致密度，提升产品机械强度、透光性和介电性能。瘠性物质，提升坯体干燥速度。 2) 陶瓷生产中长石代用原料。3）长石类原料在玻璃生产中作用 提供Al2O3,K2O,Na2O,SiO2，降低纯碱用量2.1.5 其它原料（1）引入氧化锂原料（2）引入氧化钠原料 氧化钠Na2O，是网络外体氧化物，钠离子居于玻璃结构网络空穴中。Na2O能提供游离氧使玻璃结构中OS比值增加，发生断键，所以能够降低玻璃黏度，使玻璃易于熔融，是玻璃良好助熔剂。Na2O增加玻璃热膨胀系数，降低玻璃热稳定性、化学稳定性和机械强度，所以不能引入过多Na2O。引入Na2O原料关键为纯碱和芒硝，有时也采取一部分氢氧化钠和硝酸钠。（3）引入氧化钾原料 钾玻璃粘度比钠玻璃大，能降低玻璃析晶倾向，增加玻璃透明度和光泽等。K2O常引入高级器皿玻璃、晶质玻璃、光学玻璃和技术玻璃中。(4)镁质原料(5)引入氧化钡原料 在硅酸盐水泥生产中，BaO能够稳定C2S。 (6)引入氧化锌原料 (7)引入氧化铅原料1)氧化铅PbO，引人PbO关键原料为铅丹和密陀僧。2)氧化铅作用。 PbO是中间体氧化物，在通常情况下为网络外体，当PbO含量高时，铅离子(Pb2)轻易极化变形，或降低其配位数而居于玻璃结构网中。PbO能增加玻璃比重，提升玻璃折射率，使玻璃含有特殊光泽，良好电性能。铅玻璃高温黏度小，熔制温度低，易于澄清。铅玻璃硬度小，便于研磨抛光（刻花）。尤其注意： 铅丹和密陀僧全部是有毒，使用时一定要注意安全！ 在熔制铅玻璃时，必需在氧化气氛中进行，不然PbO轻易还原变为金属铅，使玻璃发黑或变灰，或沉积在坩埚底，易使坩埚穿孔 配合料中必需加入硝酸盐原料作为氧化剂 铅玻璃对耐火材料腐蚀比较严重，需要高质量耐火材料 铅玻璃化学稳定性较差，但吸收辐射线能力很大(8)引人氧化铍、氧化锶和氧化镉原料(9)铁质原料 通常铁质原料可分为两类：一类是天然铁矿石；另一类是化工产品及其副产品，如氧化铁、硫铁矿渣、铜矿渣、铅矿渣等。 在陶瓷工业生产中所使用是氧化铁，用做配制釉料。在水泥工业生产中，因为所使用黏土原料中氧化铁含量不足，所以，绝大部分水泥厂需要使用铁质校正原料。此时铁质原料中氧化铁含量应大于40。氧化铁在水泥熟料煅烧中作用关键是满足熟料矿物组成要求，同时降低烧成温度和液相黏度，促进熟料煅烧。(10)铝质原料 铝质原料关键用于生产高铝水泥、铝酸钙水泥、磷铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、制造高铝陶瓷及高铝质耐火材料。常见铝质原料关键有铝矾土、工业氧化铝、氢氧化铝和硅线石族矿物。 1) 铝矾土关键成份是Al203，常含有Fe203、Si02、Ti02和碳酸盐等杂质。2) 氧化铝Al203和氢氧化铝AI(OH)3全部是化工产品，通常纯度较高。氧化铝在理论上含100Al203，氢氧化铝理论上含Al203 6540，H20 3460。价格较贵，通常只用于生产光学玻璃，仪器玻璃，高级器皿，温度计玻璃和氧化铝生物陶瓷、95氧化铝瓷、99氧化铝瓷等。 95氧化铝瓷 99氧化铝瓷注意：Al3+有4配位和6配位 当 Na2O/ Al203 1时，4配位 当 Na2O/ Al203 1时，6配位(11)含硼原料 1) 引入B203原料，为硼酸、硼砂和含硼矿物。 硼酸H3BO3 硼砂Na2B4O710H20 含硼矿物。硼酸和硼砂价格全部比较贵。使用天然含硼矿物，经过精选后引入B203，B203经济上较为有利。 2)氧化硼作用。 在陶瓷工业中，B203降低陶瓷釉料熔融温度和降低高温黏度，使釉向光滑半整。 当Si02引入量过高时，因为硼氧三角体增多，玻璃膨胀系数等反而增大，发生反常现象。 B203是耐热玻璃，化学仪器玻璃，温度计玻璃，部分光学玻璃，电真空玻璃和其它特种玻璃关键组分。 (12)引入五氧化二磷原料1.1.6 补辅助原料 (1) 澄清剂 凡在玻璃熔制过程中能分解产生气体，或能降低玻璃黏度，促进排除玻璃液中气泡物质称为澄清剂。 常见澄清剂有氧化砷和氧化锑、硫酸盐类、氟化物类等。 1)氧化砷和氧化锑。单独使用时将升华挥发，仅起鼓泡作用。和硝酸盐组合使用时，能在低温吸收氧气，在高温放出氧气而起澄清作用。因为AS203粉状和蒸气全部是极毒物质，现在已极少使用，大多改用Sb203。 2) 硫酸盐原料关键有硫酸钠，它在高温时分解逸出气体而起澄清作用，平板玻璃厂大全部采取这类澄清剂。 3)氟化物类原料。关键有萤石(CaF2)及氟硅酸钠(Na2SiF6)。它们以降低玻璃液黏度而起澄清作用。对耐火材料侵蚀大，产生气体(HF、SiF4)污染环境，目前已限制使用。 4)复合澄清剂多为砷、锑、硫等化合物，含有高效、低毒优点。 (2)着色剂 定义：使物质着色物质，称为物质着色剂。 着色剂作用：是使物质对光线产生选择性吸收，显出一定颜色。 陶瓷、玻璃、水泥均使用着色剂。但玻璃用作色剂更为广泛。 在玻璃生产中，依据着色剂在玻璃中展现状态不一样，分为三类： 1）离子着色剂 2）胶体着色剂 3）硫硒化物着色剂 1)离子着色剂 离子着色剂作色机理是： 钛、钒、铁等过渡金属，在玻璃中以离子状态存在，它们价电子在不一样能级间跃迁，由此引发对可见光选择吸收，造成玻璃着色。 2)金属胶体着色剂 金属胶体着色剂着色机理是： 玻璃能够经过细分散金属对光选择性吸收而着色。通常认为，选择性吸收是因为胶态金属颗粒光散射而引发。玻璃颜色很大程度上取决于金属粒子大小。比如金红玻璃，金离子150纳米将发生金粒沉析。 金属胶体着色剂关键有以下几类：