无机非金属材料知识点.doc

无机非金属材料知识点一、重要概念1、 无机非金属材料以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。2、 陶瓷从制备上开看，陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品。从组分上来看，陶瓷是多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的聚集体。3、 玻璃狭义：熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机物质一般：若某种材料显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质，则不管其组成如何都可称为玻璃（具有玻璃转变温度 Tg）。玻璃转变温度：热膨胀系数和比热等物理性质的突变温度。具有Tg的非晶态材料都是玻璃。4、 水泥凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石、钢筋等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。5、 耐火材料耐火度不低于1580的无机非金属材料6、 复合材料复合材料是两种或两种以上物理、化学性质不同的物质组合而成的一种新的多相固体材料。通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能。二、陶瓷知识点1、陶瓷制备的工艺步骤原材料的制备 坯料的成型 坯料的干燥 制品的烧成或烧结2、陶瓷的天然原料可塑性原料：黏土质陶瓷成瓷的基础（高岭石、伊利石、蒙脱石）弱塑性原料：叶蜡石、滑石非塑性原料：减塑剂：石英 助熔剂：长石3、坯料的成型的目的将坯料加工成一定形状和尺寸的半成品，使坯料具有必要的机械强度和一定的致密度4、陶瓷的成型方法可塑成型：在坯料中加入水或塑化剂，制成塑性泥料，然后通过手工、挤压或机加工成型；（传统陶瓷）注浆成型：将浆料浇注到石膏模中成型压制成型：在金属模具中加较高压力成型；（特种陶瓷）5、烧结将初步定型密集的粉块（生坯）高温烧成具有一定机械强度的致密体。固相烧结：烧结发生在单纯的固体之间液相烧结：有液相参与，加助溶剂产生液相好处：降低烧结温度，促进烧结6、陶瓷的组织结构：晶相、玻璃相、气相晶相：陶瓷的主要组成；分为主晶相和次晶相玻璃相：玻璃相对陶瓷的机械强度、介电性能、耐热性等不利，不能成为陶瓷的主导组成部分。 玻璃相在陶瓷中的作用：粘结：粘结晶粒，填充空隙，提高致密度降低烧成温度，促进烧结气相：气孔；降低强度，造成裂纹。7、 陶瓷力学性能的特点硬度：高 强度：抗拉强度很低、抗压强度非常高塑性：塑性极差 韧性：韧性差、脆性大8、 陶瓷热学性能的特点导热性：差，良好的绝热材料热稳定性（抗热震性）：概念：材料承受温度的急剧变化而不至于被破坏的能力。 陶瓷抗热震性一般较差9、 结构陶瓷概念：能作为工程结构材料使用的陶瓷，一般具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等优异性能，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷工作环境。常见种类：Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4陶瓷应用：10、 陶瓷增韧技术：【机理：阻碍裂纹的扩展】相变增韧：相变可吸收能量； 体积膨胀可松弛裂纹尖端的拉应力，甚至产生压应力。微裂纹增韧：温度变化引起的热膨胀差或相变引起的体积差，均会产生弥散分布的微裂纹；微裂纹与主裂纹联结，使主裂纹分叉，改变主裂纹尖端应力场，吸收其能量，阻碍其扩展。第二相颗粒弥散增韧：在基体中弥散分布的第二相颗粒阻碍裂纹的扩展。与金属复合增韧：金属是一种韧性相，通过其自身的塑性变形，可松弛裂纹尖端应力，并吸收裂纹能量。增强纤维或晶须增韧阻碍裂纹扩展。11、功能陶瓷概念：具有光、电、磁、声、力、生物、化学等功能的陶瓷材料。12、透明陶瓷概念：能透过可见光的陶瓷材料使陶瓷透明的方法：不透明原因：杂质、气孔、晶界使光线吸收和散射透明的手段：采用高纯度、高细度的原料，同时掺入添加物或采取其他工艺上得措施，把气孔充分排除，适当控制晶粒尺寸，使制品接近于理论密度，尽可能减少陶瓷材料对光的吸收和散射13、压电陶瓷压电效应：机械力应变表面荷电压电陶瓷是一种多晶烧结体压电陶瓷的压电效应机理：材料内部自发极化产生电畴。极化处理前：电畴分布无序，宏观极化强度为零。极化处理后：电畴在一定程度上按外电场取向排列，宏观极化强度不为零，表现为束缚电荷。机械作用导致电畴转向，束缚电荷发生变化。压电陶瓷只有经极化处理后才具有压电效应。14、热释电陶瓷热释电效应：温度变化应变表面荷电机理：跟压电陶瓷类似15、半导体陶瓷PTC半导体陶瓷： PTC效应：正电阻温度系数效应 应用：限流、恒温发热、过热保护三、玻璃知识点1、可形成玻璃的物质硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐 重金属氧化物 硫化物、卤化物金属 高分子2、玻璃制备方法的通性使材料不发生结晶、或破坏晶体的有序结构使其非晶化熔体冷却法：冷却速度必须大于原子调整成晶体的速度。非熔融法：气相沉积法、水解法、高能射线辐照法、冲击波法、溅射法等。3、玻璃性能上的通性各向同性：玻璃态物质的质点排列无规则，满足统计均匀分布，因此其物理、化学性质在任何方向都是相同的介稳性：玻璃介于熔融态和晶态之间，属于介稳态无固定熔点物理化学性质的渐变性：玻璃态物质从熔融状态冷却（或加热）过程中，其物理化学性质产生逐渐、连续地变。4、形成玻璃的手段冷却速度足够快冷却速度快到足够使熔体中原子来不及重组成有序的点阵，从而使液态或气态的无定形结构得以被保留。使原子无序堆积，不形成晶格。破坏晶体的有序结构，使之非晶化机械研磨；高能辐照、强冲击波。5、传统玻璃熔制玻璃液的澄清：排除液中的可见气泡玻璃液的均化：消除尚未熔化的砂粒、条纹等不均匀相，以保证玻璃液中化学组分的均匀，温度较高，为12001400，此时玻璃液粘度极小。6、玻璃形成的热力学条件同组成的晶体与玻璃体的内能差别越大，玻璃越容易结晶，即越难形成玻璃。7、玻璃形成的动力学条件形成玻璃的关键是熔体的冷却速度（粘度增大的速度）大于质点排列成晶体的速度8、玻璃形成的结晶化学条件熔体中阴离子团的聚合程度阴离子团低聚合：位移、转动、重排容易，易调整成晶体，不易形成玻璃。阴离子团高聚合：位移、转动、重排困难，难调整成晶体，容易形成玻璃。化学键的性质只有当离子键和金属键向共价键过渡时，形成由离子共价、金属共价混合键所组成的大阴离子时，就最容易形成玻璃。化学键的强度网络形成体氧化物：能单独形成玻璃，如SiO2、B2O3、P2O5、GeO2。网络变性体氧化物：不能单独形成玻璃，但能改变网络结构，一般使结构变弱，如Na2O、K2O、CaO。网络中间体：两者之间，能改善玻璃性能，如Al2O3、TiO2、ZnO、BeO。9、氧化物玻璃的无规网络模型结构单元：金属离子氧多面体正离子在多面体中央；氧在顶角，为公共氧，一个氧最多与两个形成网络的正离子相连。多面体顶角无规则相连，通过公共氧（桥氧）搭成无规则网络。R2O或RO（如Na2O、CaO），氧桥被切断出现非桥氧。10、氧化物玻璃的晶子模型晶子：晶格极不完整、有序区域极小的晶体。晶子模型：晶子分散在无定形介质中，晶子与无定形区域无明显界限。玻璃有近程有序，远程无序的结构特点。11、高分子玻璃的结构模型无规线团模型：分子链成无规线团状，各线互相交织、互相穿插。12、金属玻璃的结构模型无规硬球堆积模型：把原子视为硬球，尽可能地紧密堆积，球的排列是无规则的（金属键无方向性，原子具有密堆倾向）。13、硼反常在B2O3中加入加R2O，刚开始加时，和硅酸盐相反，非但不会破坏桥氧，反而加固网络。这是因为刚开始加R2O时，R2O给出了游离氧，使一部分硼由三角体BO3变成四面体BO4。14、微晶玻璃将加有成核剂的特定组成的基础玻璃，在一定温度下热处理后，就会变成具有微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料，又称玻璃陶瓷。四、水泥知识点1、硅酸盐水泥熟料 + 石膏； 也称为纯熟料水泥，又叫波特兰水泥。2、普通硅酸盐水泥（普通水泥）熟料 + 石膏 + 5%20%的混合材料3、矿渣硅酸盐水泥（矿渣水泥）熟料 + 石膏 + 20%70%的粒化高炉矿渣4、火山灰质硅酸盐水泥（火山灰水泥）熟料 + 石膏 + 20%40%的火山灰质材料5、粉煤灰硅酸盐水泥（粉煤灰水泥） 熟料 + 石膏 + 20%40%的粉煤灰6、硅酸盐水泥熟料的化学成分 氧化钙(CaO)、氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化铁(Fe2O3)7、硅酸盐水泥熟料的矿物组成硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁酸铝四钙、玻璃相8、生成硅酸盐水泥熟料所用的工业原料石灰质原料、粘土质原料和校正性原料9、石膏在水泥中的作用石膏的作用主要是调节凝结时间；适量的石膏对提高水泥强度有利，尤其是早期强度；但石膏也不宜过多，否则会使水泥产生体积膨胀而使强度降低，甚至影响水泥的安定性。10、硅酸盐水泥的生产工艺：两磨一烧生料的配制与磨细 将生料煅烧使之部分熔融形成以硅酸钙为主要成分的熟料矿物 将熟料与适量石膏或适量混合材料共同磨细为水泥。10、水泥的强度等级五、耐火材料知识点1、耐火材料按其主成分的化学性质可分为酸性：含较多SiO2；硅质、半硅质、黏土质中性：碳质、高铝质、铬质碱性：含大量的MgO和CaO；镁质和白云石质耐火材料（强碱性）；铬镁系、镁橄榄石质、尖晶石耐火材料（弱碱性）2、几个指标气孔率 = 气孔气体/制品总体积(表观体积)体积密度：试样烘干后的质量与其体积之比值，即制品单位体积(表观体积)的质量。真密度：耐火材料的质量与其真体积（即不包括气孔体积）之比。3、耐火材料热导率 气孔耐火材料中所含气孔对其热导率的影响最大。一般说来，气孔率越大，热导率越低。4、耐火度耐火材料在无荷重条件下，抵抗高温作用而不熔化的性质。