无机非金属材料导论复习

第三章陶瓷

1 陶瓷是由粉状原料成型后在高温下作用硬化而成的制品，是多晶、多相的聚集体。

2 分为传统陶瓷和新型陶瓷。新型陶瓷根据功能分类包括：1力学功能陶瓷（叶片、转子）2热功能陶瓷（高温用坩埚、导弹）3电子功能陶瓷（大容量电容器、红外检测元件）4磁功能陶瓷（记忆运算元件、磁蕊）5光功能陶瓷（窗口材料、胃照相机）6化学功能陶瓷（传感器、催化剂）7放射性功能陶瓷（核燃料、减速剂）8吸声功能陶瓷（吸声板）9生物功能陶瓷（人造骨、生物陶瓷）。

3 陶瓷的制备工艺： 1原料的制备（天然原料，合成原料）；2胚料的成形和干燥（可塑成形，注浆成形，压制成形）；3烧结或烧成。

烧结方法：粉末在室温下加压成形后再进行烧结的传统方法、热等静压、水热烧结、热挤压烧结、电火花烧结、爆炸烧结、等离子体烧结等。

自蔓延高温合成法：利用金属与硅、硼、碳、氮等相互作用的强烈放热效应，不采取外部加热源，而利用元素内部潜在的化学能将原始粉末在几秒到几十秒的极短时间内转化成化合物或致密烧结体。优点：不需要高温炉，过程简单，几乎不消耗电能，制得的产品纯净，能获得复杂相和亚稳相。缺点：不易获得高密度材料，不易严格控制制品的性能，易燃，有毒。

4 陶瓷的典型组织结构：晶相，玻璃相，气相。

晶相是陶瓷的主要组成成分，数量较大，对性能影响较大。它的结构、数量、形态和分布，决定了陶瓷的主要特点和应用。

玻璃相作用(1)将晶相颗粒粘结起来，填充晶相之间的空隙，提高材料的致密度；（2）降低烧成温度，加速烧成过程；（3）阻止晶体转变，抑制晶体长大；（4）获得一定程度的玻璃特性，如透光性及光泽等。玻璃相对陶瓷的机械强度、介电性能、耐火性等是不利的，因此不能成为陶瓷的主导组成成分，一般含量为20%-40%.

气相是指陶瓷组织内部残留下来未排除的气体，通常以气孔形式出现。根据气孔含量可将陶瓷分为致密陶瓷、无开孔陶瓷和多孔陶瓷。除多孔陶瓷外，气孔都是不利的，它降低了陶瓷的强度和导热性能，也常常是造成裂纹的根源。一般普通陶瓷气孔率5%-10% ，特种陶瓷5%以下，金属陶瓷0.5%以下。

经历低温（室温至300℃）中温（300-950℃）高温（950℃至烧成温度）冷却（烧成温度至室温）四个阶段

5 陶瓷的性能

力学性能【刚度硬度】决定于化学键的强度

【强度】实际强度比理论值低—1组织中存在晶界 2陶瓷的实际强度受致密度、杂质和各种缺陷的影响很大。

【塑性】塑性变形是在剪切应力作用下由位错运动引起的密排原子面间的滑移变形。塑性开始的温度约为0.5Tm(Tm为熔点温度）。由于开始塑性变形的温度很高，所以陶瓷具有较高的高温强度。

【韧性或脆性】常温下陶瓷受载时都不发生塑性变形，就在较低的应力作用下断裂，因此，韧性极低或脆性很高。断裂包括裂纹的形成和扩展2个过程。脆性是陶瓷的最大缺点，是其作为结构材料被广泛应用的主要障碍。

热学性能【热膨胀】温度升高时物质原子振动振幅增加及原子间距增大所导致的体积增大现象。

【导热性】热传导主要依靠原子的热振动。几乎没有自由电子参与传热，导热性差，用作绝热材料。

【热稳定】即抗热震性，热稳定性低是陶瓷的另一个主要缺点

其他性能导电性耐火性化学稳定性（陶瓷的结构非常稳定）

总结：陶瓷具有不可燃烧性、高耐热性、高化学稳定性、高的硬度和良好的抗压能力，但脆性很高，热稳定性差，抗拉强度较低。

第四章玻璃

1 定义：广义--呈现玻璃转变现象的非晶态固体一种较为透明的固体物质，在熔融时形成连续网络结构，冷却过程中粘度逐渐增大并硬化而不结晶的硅酸盐类非金属材料。

狭义--熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机物质。

2 通性：各向同性介稳性无固定熔点物理化学性质渐变性

3 形成玻璃的方法：熔体冷却法（常规的熔体冷却和极端骤冷）气相冷却技术固态方法溶胶-凝胶法

4 玻璃形成的条件：热力学条件（介稳状态）动力学条件结晶化学条件

5 玻璃的结构模型：无序密堆硬球模型无规线团模型晶子模型无规网络模型

第五章水泥

1 定义凡细磨成粉末状，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、钢筋等材料牢固的胶结在一起的水硬性胶凝材料。

2 硅酸盐水泥定义凡是以适当成分的生料烧至部分熔融得到的以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适当的石膏，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥，也称为纯熟料水泥，又称为波特兰水泥。

3 水泥的生产工艺可用‘两磨一烧’来概括，即生料的配制与磨细 1生料的制备包括生料的配合、粉磨与均化（干法湿法） 2熟料的烧成 (1)干燥与脱水（2）碳酸盐分解（3）固相反应

4 水泥熟料的矿物组成——硅酸三钙0.

5 硅酸二钙 0.2 铝酸三钙和铁铝酸四钙0.3

结构特征：（1）硅酸三钙（C3S) 1.常温下存在的介稳的高温型矿物，结构是热力学不稳定性； 2.Al离子和Mg离子进入晶格形成固溶体，固溶程度越高，活性越大；3.Ca离子配位数较正常情况低，处于不规则状态，具有较高的活性； 4.具有大的水化速度。（2）硅酸2钙(C2S) 1在常温下存在的介稳的高温型矿物，其结构具有热力学不稳定性； 2.钙离子具有不规则配位,具有较高的活性；3.杂质和稳定剂的存在，使之形成固溶体，提高了他的结构活性；4.水化速度比硅酸三钙慢。（3)铝酸三钙（C3A）钙离子铝离子具有较大活性水化速度较大。（4）铁铝酸四钙（C4AF）以固溶体形式存在，降低晶格稳定性，提高水化活性。

5 硅酸三钙的水化 ; 一初始水解期二诱导期三加速期四衰退期五稳定期

6 硫铝酸盐快硬水泥以铝质原料（如矾土）、石灰质原料（如石灰石）和石膏，经适当配合后煅烧成含有适量无水硫铝酸钙的熟料，再掺合适量石膏，共同磨细，即可制得。

无水硫铝酸钙熟料的主要矿物为3CaO~3Al2O3~CaSO4(C3~A3~CaSO4)和β~C2S。此外还有少量的CaSO4，钙钛矿和含铁相等。

第六章耐火材料

1 定义：耐火度不低于1580℃的无机非金属材料

2 分类 1按组成：硅质制品、硅酸铝质制品、白云石制品、铬质制品、碳质制品、锆质制品、纯氧和非纯氧制品。2按工艺方法：泥浆浇筑制品、可塑成形制品、半干压成形制品等。3根据耐火度：普通耐火材料制品1580-1770℃、高级耐火材料制品1770-2000℃、特级耐火材料制品2000℃以上。4根据耐火材料外形：定形耐火材料制品、不定形耐火材料制品、耐火纤维。

3 高温使用性能： 1耐火度耐火材料在午荷重时抵抗高温作用而不熔化的性质；2抗热震稳定性耐火材料抵抗温度急剧变化而不被破坏的性能。

4 不定形耐火材料定义：是由耐火骨料和粉料，结合剂或另掺外加剂以一定比例组合的混合料，在使用地点才制成所需要的形状并进行热处理，故称为不定形耐火材料。

第七章无机非金属基复合材料

1 定义：以无机非金属类物质为基础组成，包括单质（C 、Si)、氧化物及复合氧化物(AL2O3 、ZrO

2 、BeO)、非氧化物(SiC 、B4C 、ZrB2) 、无机盐类(硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐），也包括上述各基体的复合物（C-SiC 、ZrB2-Si-C)，还包括上述基体复合而成的材料(陶瓷、玻璃、耐火材料、水泥、搪瓷）。

2 复合材料复合方法：无序复合、有序复合。

3 复合的目的：使材料的性能达到最佳效果，实现材料功能的转换或使功能更齐全。