无机非金属材料研究方法重点

材料研究方法重点

一、光学显微分析

（一）晶体光学基础

1、自然光经过某些物体的反射、折射及吸收等作用，得到只在一个固定方向振动的光波，

这种光波被称为偏振光，简称偏光。

2、光性均质体：在光学性质上显示各向同性的物体。一切非晶质体，对称性极高的立方（等

轴）晶系的晶体属于光性均质体。特点：光波在均质体中的传播速度不因传播方向的变化而变化。

3、光性非均质体：在光学性质上显示各向异性的物体。中级晶族和低级晶族的晶体属于光

性非均质体，中级晶族的晶体有一根光轴，称为一轴晶；低级晶族的晶体有两根光轴，称为二轴晶。

4、光性非均质体光率体：一轴晶光率体为以c轴为旋转轴的旋转椭球体（二轴椭球体）；二

轴晶光率体为三轴椭球体，三个互相垂直的轴代表了二轴晶的三个主要光学方向，称为光学主轴(简称主轴)。

（二）偏光显微镜

1、物镜的分辨率是物镜重要的性能指标，是指物镜分辨物体上细微特征的本领，具体来说

就是能够分开两点之间的最短距离。显微镜的分辨率取决于物镜的分辨率，而与目镜无关。

2、提高显微镜的分辨率的措施：

（1）降低波长λ值；

（2）增大观察试样与物镜前透镜间介质折射率N的值；

（3）增大孔径半角α以提高数值孔径。

3、利用偏光显微镜系统研究透明矿物的光学性质，一般按下面三个光学系统和程序进行：

单偏光、正交偏光和聚敛偏光（锥光）。

（1）单偏光系统是指只使用下偏光镜，推出上偏光镜、勃氏镜和拉索聚光镜的光学系统，它是其它光学系统的基础。

A、根据晶体不同的形貌特征划分为自形晶、半自形晶、他形晶。

B、矿物的解理：矿物晶体在外力作用下沿一定方向裂开成光滑平面的性质。

C、矿物的糙面：P24。

D、贝克线：当缓慢提升镜筒时，贝克线移向折射率较高的矿物一边；下降镜筒时，贝

克线朝向折射率较低的矿物一边移动，根据贝克线的移动规律，可以比较相邻两种

矿物的折射率大小。

（2）同时使用上、下两个偏光镜，并使两者振动方向互相垂直，构成近似平行传播的正交偏光系统。

A、消光现象：在上、下偏光镜之间放置非均质体薄片时，对于垂直于光轴的切片，由

于光率体的切面为圆切面。其光学效应与均质体薄片完全一样，呈现全消光现象。

B、对于非均质体垂直于光轴以外任意方向的切片，不在消光位时，由于发生双折射现

象，一条光线分解成为两条传播速度不同且振动方向互相垂直的平面偏光，两偏光

将会发生干涉作用，产生干涉色。

（3）聚敛偏光：是指在正交偏光系统的基础上加拉索聚光镜，换上高倍物镜，再推入勃氏镜（或去掉目镜）。

（三）反光显微镜

1、反光显微镜的构造与偏光显微镜基本相同，只是增加了一个供反射照明用的垂直照明器

装置。

2、在白光照射偏光显微镜单偏光条件下矿物呈现的颜色，称为矿物的颜色；而反光显微镜

下光片上矿物颗粒所显示的颜色，则称为矿物的反射色。

3、当一束白光照射到矿物的抛光面上，除了部分光线被反射的吸收外，还有一部分光线入

射到矿物内部，当入射光遇到矿物内部的解理、裂隙、空洞及包裹体等，则在不同介质的分界面处被反射回来。这就是内反射作用。

4、矿物的颜色、反射色和内反射色三者有着不同的概念：矿物的颜色是矿物对白光中七色

波选择性吸收的结果；反射色（表面）是指矿物的光滑表面或磨光面上，因选择性反射作用所造成的颜色；内反射色（体色）是矿物内部反射作用（包括光的干涉作用）所形成的颜色。由于三种颜色的成因不同，在不同的矿物上会呈现不同的特征。

二、X射线衍射分析

（一）X射线的物理基础

1、X射线是波长极短的电磁波，其波长范围在0.001～10nm，波长介于紫外线和γ射线之间。

2、产生X射线必须具备以下四个条件：

（1）有产生自由电子的电源，如加热钨丝发射热电子。

（2）设置自由电子撞击靶，如阳极靶用以产生X射线。

（3）施加在阴极和阳极之间的高压。

（4）将阴阳两极封闭在高真空中。

3、X射线谱

（1）连续X射线谱又称为白色X射线谱，它有一个强度的最大值和波长的最小值，强度最大值所对应的波长用λmax表示，波长的最小值称为短波限，用λ0表示。

（2）特征X射线谱又称为标识X射线谱，它是由若干条特定波长的谱线构成，谱线的波长与X射线管的管电压、管电流等工作条件无关，只取决于阳极靶材料，特征X射线谱具有一定的激发电压，每种物质的激发电压是一个定值。

莫塞莱定律：√1／λ＝K（Z-σ）表明物质发出的特征波长与它本身的原子序数间关系。

4、X射线散射分为相干散射和非相干散射。

5、光电效应：是光子激发原子所产生的激发辐射过程。

6、俄歇效应：由光电效应使原子内层出现空位，外层电子跳入此空位会产生荧光X射线，

或能量传递给其他外层电子，使之脱离原子。

7、X射线强度衰减规律，计算题，P61。

8、质量吸收系数与波长的关系图像中，曲线突变点处所对应的波长称为吸收限。

9、阳极靶材料最合理的选择：靶元素的特征波长λkα必须稍大于试样元素的K系吸收限λk。

10、滤波片选择：选取适当的材料使其K系吸收限λk正好位于所用Kα和Kβ线的波长之间。（二）X射线衍射的几何条件

1、布拉格方程：干涉加强条件，2dsinθ=nλ。

2、衍射产生的必要条件：选择反射（反射定律+布拉挌方程）。

（三）X射线衍射强度

1、因｜F HKL｜∧2=0而使衍射线消失的现象称为系统消光。

2、衍射产生的充分必要条件：选择反射和｜F HKL｜∧2≠0。

3、吸收因子：由于入射线和衍射线在通过试样时会被吸收而使衍射强度下降，所以在衍射

强度计算公式中引入吸收因子A(θ)以校正试样吸收对衍射强度的影响。

（四）X射线衍射方法

1、单晶体衍射方法

（1）劳埃法：是用连续X射线照射固定的单晶试样产生的衍射方法。

（2）转晶法：是用单色特征X射线照射转动的单晶试样产生的衍射方法。

2、多晶体衍射方法，粉末法是采用单色特征X射线照射多晶粉末试样的衍射方法。

3、德拜相机，根据底片圆孔位置和开口所在位置不同，安装方法分：正装法、反装法、

偏装法。

4、衍射花样指数标定，计算题，P90。

5、衍射图中衍射线的强度一般可直接通过峰高强度和积分强度确定。

（五）物相分析

1、物相分析就是利用X射线衍射方法，确定材料由哪些相组成（物相定性分析），即确定物

质中所包含的结晶物质以何种结晶状态存在，在此基础上可进一步确定各相的含量（物相定量分析）。

2、衍射线的位置取决于晶胞的形状和大小，而衍射线的强度取决于晶胞中原子的种类、位

置和数目。

3、PDF卡片索引总可分为有机物索引和无机物索引，按检索方法每类又分为数值索引和字

母索引。

4、数值索引是按d值数列检索，常用的有哈那瓦特索引和芬克索引。

5、物相定量分析:多相混合物中各相衍射线的强度随该相含量的增加而增加，但由于试样吸

收等因素的影响，一般，某相的衍射强度与某相对含量并不呈直线关系，而是曲线关系。

如果用实验测量或理论分析等方法确定了该关系曲线，就可以从实验测得的强度算出该相的含量，这就是定量分析的依据。

三、电子显微分析

（一）电子光学基础

1、电子波可以作为照明光源，由此形成电子显微镜。

2、静电透镜P113，透射式电子显微镜中的电子枪就是一个静电透镜。

3、电磁透镜P113，电子显微镜中除电子枪以外的其他透镜常采用电磁透镜。

4、电磁透镜是一个可变焦距的透镜，所以在透射电子显微镜中，电磁透镜的位置是固定的，

物距也保持不变，物或图像的聚集和放大是通过改变电磁透镜的焦距来实现的。

5、电磁透镜的像差主要有球差、像散和色差等。

6、球差的产生是由于电磁透镜磁场的区和远轴区对电子束的会聚能力不同。

7、球差是像差影响透镜分辨本领的最产要因素。

8、像散的产生是由于透镜磁场不是理想的旋转对称磁场引起的。

9、色差是由于成像电子的波长（或能量）不同引起的像差。

10、电磁透镜的分辨率，影响：像差、衍射效应。

11、场深又称景深，是指在不影响透镜成像分辨本领的前提下，物平面可沿透镜轴移动的距

离，反映了样品可在物平面上、下沿镜轴移动的距离或样品超过物平面所允许的厚度。

12、焦深又称焦长，是指在不影响透镜成像分辨本领的前提下，像平面可沿透镜轴移动的距

离，反映了观察屏或照相底板可在像平面上、下沿镜轴移动的距离。

（二）透镜电子显微分析

1、工作原理，P121。

2、在电子显微镜中常使用两类电子源：热发射（热阴极）三级电子枪和场发射电子枪。阴

极材料常用钨丝或六硼化镧（LaB6）。

3、透射电镜成像系统主要由物镜、中间镜和投影镜三组电磁透镜组成。

4、在透射电镜操作过程中，主要是利用中间镜的可变倍率来控制电镜的放大倍数。

5、选区电子衍射，P130。在物镜像平面处插入一个限定孔径的选区光阑。

6、简单电子衍射花样的标定，P131。

7、明场成像、暗场成像、中心暗场成像，P135。

8、像衬度是指图像上不同区域间明暗程度的差别。

9、非晶体样品透射电镜显微图像衬度是由于样品不同微区间存在原子序数或厚度的差异而

形成的，即质量厚度衬度，简称质厚衬度。

10、由样品各处衍射强度的差异所形成的衬度称为射衬度

11、高分辨电子显微图像的形成原理是相位衬度原理。

（三）扫描电子显微分析

1、工作原理，P145。

2、在扫描电镜中，用来成像的信号主要是二次电子，其次是背散射电子和吸收电子，X射

线和俄歇电子主要用于成分分析。

3、扫描电镜的分辨率通常就是指二次电子像的分辨率。

4、扫描电镜中各透镜都不作为成像透镜，而是作聚光镜用。

5、扫描系统的作用是提供入射电子束在样品表面上及显像管电子束在荧光屏上的同步扫描

信号，通过改变入射电子束在样品表面的扫描幅度，以获得所需放大倍数的图像。

6、由于扫描电镜荧光屏尺寸是固定不变的，所以放大倍数的变化是通过改变入射电子束在

样品表面的扫描幅度A s来实现的。

7、影响扫描电镜图像分辨率的主要因素有：

（1）扫描电子束束斑大小。

（2）入射电子束在样品中的扩展效应。低原子序数样品，电子束散射的区域形状为“梨形作用体积”，高原子序数样品，电子束散射的区域形状为“半球形作用体积”。（3）成像信号所用的种类。

8、二次电子像具有较高的分辨率（几个纳米），常以二次电子像的分辨率作为衡量扫描电镜

分辨率的主要指标。

9、表面形貌衬度是由于样品表面形貌的差别而形成的衬度，是扫描电镜最经常遇到的衬度

机制。形貌衬度的形成是由于某些信号，如二次电子、背散射电子等。二次电子像的衬度是最典型的表面形貌衬度。

10、原子序数衬度是由于样品表面物质原子序数（或化学成分）差别面形成的衬度。信号主

要有背散射电子、吸收电子和特征X射线等。

（四）电子探针X射线显微分析

1、工作原理，P158。波谱仪、能谱仪。

2、电子探针的三种基本工作方式，定点分析、线扫描分析和面扫描分析，定点分析又称为

定点元素全分析，它既可以作定性分析又可以作定量分析。

四、热分析

1、热分析，是指在程序控制温度的条件下，测量物质的物理性质随温度变化的函数关系的

技术。

2、差热分析：在程序控制温条件下，测量物质与参比物（热中性体）的温度差与温度或时

间关系的一种热分析方法。

3、典型的差热曲线，P177。

4、差热分析的应用：

（1）含水矿物的脱水。

（2）矿物分解放出气体。

（3）氧化反应。

（4）非晶态物质转变为晶态物质。

（5）晶型转变。

5、差示扫描量热分析是在程序控制温度条件下测量输入到物质和参比物的能量差与温度（或时间）关系的一种热分析技术。可定量地测定各种热力学、动力学参数（如热焓、熵、比热容等）。

6、典型的DSC曲线，P193。

7、热重分析是在程序控制温度条件下，测量物质的质量与温度的关系的热分析方法。

8、典型的热重曲线和微商热曲线，P197。

9、热膨胀分析，通过热膨胀仪可以测定物质的线膨胀系数和体膨胀系数。

10、DTA、DSC、TG 各自分析的内容。

对应教材：无机非金属材料研究方法，张颖、任耘、刘民生主编，冶金工业出版社。

适用于：西安建筑科技大学华清学院。

无机非金属材料复习资料

C3S水化反应水泥水化的化学收缩与胶孔比 ASR 与ACR的鉴别方式（LiOH）（1）利用Bingham方程定量描述水泥基材料流变性能时存在的问题：具有不同粘度的材料可能具有相同的屈服应力（图a），而具有不同屈服应力的材料也可能具有相同的粘度。（a）（b）（2）水泥水化产物：钙矾石碱-硅凝胶水化硅酸钙氢氧化钙（3）熟练掌握平均原子序数计算主要元素的原子序数： H-1；O-8；Na-11；Mg-12；Al-13；Si-14；S-16；K-19 ；Ca-20 ；Fe-26

i i Z C Z =∑ Ci 为质量百分数。钙矾石3CaO·Al 2O 3·3 CaSO 4·32H 2O: 10.77 单硫型3CaO·Al 2O 3·CaSO 4·12H 2O:11.66 C4AH13: 4CaO·Al 2O 3·13H 2O: 11.11 3CaO·Al 2O 3·6H 2O: 11.95 单碳型C 3A.CaCO 3.11H 2O: 11.54 C-S-H: 1.7CaO·SiO 2·4H 2O: 12.08 示例：计算C-S-H 的平均原子序数 i i Z C Z =∑ =（1.7×20×40+14×28+7.7×8×16+8×1×1）/227.2 =12.08 （4）熟练掌握Powers 理论的应用：水灰比小于0.42时，水泥最大水化程度α=2.386（w/c ）自养护时，水泥最大水化程度α=2.81（w/c ），水灰比小于等于0.36 自养护时需要的内引水量：水灰比小于0.36时为0.18（w/c ）水灰比为0.36~0.42时：0.42-（w/c ）化学收缩Vcs=0.2(1-P) α，P=（w/c ）/*(w/c)+(ρw /ρc )] 100克水泥完全水化，化学收缩约为6.4ml 胶孔体积Vgs=1.52(1-P) α 毛细孔体积Vcw=P-1.32(1-P) α 水泥达到最大水化程度时，毛细孔体积为零。（5）1molC3S 水化生成1.3mol 氢氧化钙、1molC2S 水化生成0.3mol 氢氧化钙（6）类Tobermotite 的C-S-H 的钙硅比为0.83 （7）AFm 是水泥水化过程中形成的与水化铝酸盐相关的一类特定水化产物的缩写，以下几种AFm 较为常见：羟基型AFm ：C 3A·Ca(OH)2·xH 2O 。单硫型AFm ：C 3A·CaSO 4·12H 2O 。单碳型AFm ：C 3A·CaCO 3·11H 2O 。半碳型AFm ：C 3A·Ca[(OH)0.5(CO 3)0.5]·xH 2O 。（8）1体积水泥完全水化占据2.06体积空间，胶空比计算公式如下：式中：X pc 为胶空比

高分子材料与无机非金属、金属材料的区别

高分子材料与无机非金属材料、金属材料的区别有机高分子化合物简称高分子化合物或高分子，又称高聚物，与无机非金属材料、高分子材料并称三大材料。高分子材料一般具有以下特点: （1）力学性能：比强度高,韧性高，耐疲劳性好，但易应力松弛和蠕变; （2）反应性:大多数是惰性的，耐腐蚀，但粘连时要表面处理，加聚合物共混时需要表面处理，另外，有的高分子材料容易吸收紫外线或红外线及可见光发生降解; （3）物理性能：密度小，很高的电阻率，熔点相比金属较低，限制了使用领域高分子化合物的一般具有特殊的结构，使它表现出了非同凡响的特性。例如，高分子主链有一定内旋自由度，可以弯曲，使高分子链具有柔性；高分子结构单元间的作用力及分子链间的交联结构，直接影响它的聚集态结构，从而决定高分子材料的主要性能。此外高分子材料可用纤维增强（复合材料）制成高性能的新型材料，可设极性大，部分性能超过金属。当前，高分子材料正趋向功能化，合金化发展，比传统材料有更大的发展空间和更广阔使用的领域。高分子化合物固、液、气三种存在状态的变化一般并不很明显。固体高分子化合物的存在状态主要有玻璃态、橡胶态和纤维态。固体状态的高分子化合物多是硬而有刚性的物体。无定形的透明固体高分子化合物很像玻璃，故称它为玻璃态。在橡胶态下，高分子链处于自然无规则和卷曲状态，在应力作用下被拉伸，去掉应力又恢复卷曲，表现出弹性。纤维是由高分子化合物构成的长度对直径比大很多倍的纤细材料。通常使用的高分子材料，常是由高分子化合物加入各种添加剂所形成，其基本性能取决于所含高分子化合物的性质，各种不同添加剂的作用在于更好地发挥、保持、改进高分子化合物的性能，满足不同的要求，用在更多的方面。无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮

新型无机非金属材料有哪些

新型无机非金属材料有哪些新材料全球交易网新型无机非金属材料有哪些？“新材料全球交易网”收集整理最全新型无机非金属材料知识点。更多增值服务，请关注“新材料全球交易网”。一、重要概念 1、新型无机非金属材料（1）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）包括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。 2、陶瓷（1）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。（2）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（1）狭义：熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机非金属物质。（2）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：玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互转化的温度。具有Tg的非晶态新型无机非金属材料都是玻璃。 4、水泥凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，能在空气或水中硬化，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℃的新型无机非金属材料 6、复合材料由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。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（1）可塑性原料：黏土质陶瓷成瓷的基础（高岭石、伊利石、蒙脱石）（2）弱塑性原料：叶蜡石、滑石（3）非塑性原料：减塑剂——石英；助熔剂——长石 3、坯料的成型的目的

无机非金属材料的主角——硅重点知识归纳及典型习题

重点突破锁定高考热点探究规律方法考点1 碳、硅元素单质及其化合物的特征熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。 2．一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。 3．一般情况，较强氧化剂＋较强还原剂===较弱氧化剂＋较弱还原剂，而碳却能还原出比它更强的还原剂：SiO 2＋2C===== 高温Si ＋2CO ↑，FeO ＋C===== 高温Fe ＋CO ↑。 4．硅为非金属，却可以和强碱溶液反应，放出氢气： Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑。 5．一般情况，较活泼金属＋酸===盐＋氢气，然而Si 是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑。 6．一般情况，碱性氧化物＋酸===盐＋水，SiO 2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O 。 7．一般情况，较强酸＋弱酸盐===较弱酸＋较强酸盐。虽然酸性：H 2CO 3＞H 2SiO 3，却能发生如下反应：Na 2CO 3＋SiO 2===== 高温Na 2SiO 3＋CO 2↑。 8．一般情况，非常活泼金属(Na 、K 等)才能够置换出水中的氢，但C ＋H 2O(g)=====高温CO ＋H 2 。 9．一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如SO 3＋H 2O===H 2SO 4，但SiO 2不溶于水，不与水反应。题组训练

1．某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素() A．在自然界中只以化合态的形式存在 B．单质常用作半导体材料和光导纤维 C．最高价氧化物不与酸反应 D．气态氢化物比甲烷稳定解析该短周期非金属元素为Si，硅在自然界中只以化合态形式存在，A项正确；单质硅可用作半导体材料，而光导纤维的主要成分是SiO2，B项错误；Si的最高价氧化物为SiO2，其可以与氢氟酸反应，C项错误；由于非金属性Si

第四节无机非金属材料的结构

首页 >> 网络课程 >> 第二章 >> 第四节绪论第一章第一章工程材料的分工程材料的分类类及性能第二章第二章材料的材料的结结构第三章第三章材料制材料制备备的基本知的基本知识识第四章第四章二元相二元相图图及应用第五章第五章材料的材料的变变形第六章第六章钢的热处热处理理第七章第七章工业用钢第八章第八章铸铁第九章第九章有色金有色金属属及其合金第十章第十章常用非金常用非金属属材料第十一章第十一章工程材料的工程材料的选选用第四节无机非金属材料的结构一、陶瓷材料的结构特点对工程师来说，陶瓷包括种类繁多的物质，例如玻璃、砖、石头、混凝土、磨料、搪瓷、介磁性材料、高温耐火材料和许多其它材料。所有这些材料的共同特征是：它们是金属和非金合物由离子键和共价键结合在一起。陶瓷材料的显微组织由晶体相、玻璃相和气相组成，而且很大，分布也不够均匀。与金属相比，陶瓷相的晶体结构比较复杂。由于这种复杂性以及其原子结合键强度较大，所以例如，正常冷却速率的玻璃没有充分时间使其重排为复杂的晶体结构，所以它在室温下可长二、陶瓷晶体 1． AX型陶瓷晶体 AX型陶瓷晶体是最简单的陶瓷化合物，它们具有数量相等的金属原子和非金属原子。它们可以如MgO，其中两个电子从金属原子转移到非金属原子，而形成阳离子（Mg3+）和阴离子（O2－）是共价型，价电子在很大程度上是共用的。硫化锌（ZnS）是这类化合物的一个例子。 AX化合物的特征是：A原子只被作为直接邻居的X原子所配位，且X原子也只有A原子作为第一或离子是高度有序的，在形成AX 化合物时，有三种主要的方法能使两种原子数目相等，且有如位。属于这类结构的有：（1）CsCl型这种化合物的结构见图2-25。A原子（或离子）位于8个X原子的中心，X原子（或离子）也处但应该注意的是，这种结构并不是体心立方的。确切的说，它是简单立方的，它相当于把简单子晶格相对平移a/2，到达彼此的中心位置而形成。重庆大学精品课程－工程材料

无机非金属材料物理化学知识点整理完整版

无机非金属材料物理化学知识点整理无机非金属材料为北航材料学院2009年考研新加科目，考试内容包括大三金属方向限选课《无机非金属材料物理化学》（60%左右）和大四金属方向限选课《特种陶瓷材料》（40%左右）。参考书：陆佩文主编《无机材料科学基础》，武汉理工大学出版社，1996年。本资料由陆晨整理录入。祝愿大家考出好成绩。第一章无机非金属材料的晶体结构第一节：概述一、晶体定义：晶体是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。二、晶体结构=空间点阵+结构单元三、晶体的基本性质： 1、均一性 2、各向异性 3、自限性 4、对称性 5、稳定性四、对称性、对称元素、七大晶系、十四种布拉菲格子结晶符号1、晶面符号——米勒指数(hkl) 2、晶棱符号[ uvw] PS：其实只要看了金属学，这些就都会了，懒得写了… 第二节：晶体化学一、离子键、共价键、金属键、分子间力、氢键定义、特点（大家都知道的东西…）二、离子极化：三、鲍林规则（重点）：鲍林第一规则──配位多面体规则，其内容是：“在中，在正离子周围形成一个负离子多面体，正负离子之间的距离取决于离子半径之和，正离子的配位数取决于离子半径比”。鲍林第二规则──电价规则指出：“在一个稳定的离子晶体结构中，每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的静电键强度的总和，其偏差≤1/4价”。静电键强度S=正离子数Ｚ＋/正离子配位数n ，则负离子数Ｚ

＝∑Si=∑(Zi+/ni)。鲍林第三规则──多面体共顶、共棱、共面规则，其内容是：“在一个配位结构中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。其中高电价，低配位的正离子的这种效应更为明显”。鲍林第四规则──不同配位多面体连接规则，其内容是：“若晶体结构中含有一种以上的正离子，则高电价、低配位的多面体之间有尽可能彼此互不连接的趋势”。例如，在镁橄榄石结构中，有[SiO4]四面体和[MgO6]八面体两种配位多面体，但Si4+电价高、配位数低，所以[SiO4]四面体之间彼此无连接，它们之间由[MgO 6]八面体所隔开。鲍林第五规则──节约规则，其内容是：“在同一晶体中，组成不同的结构基元的数目趋向于最少”。例如，在硅酸盐晶体中，不会同时出现[SiO4]四面体和[[Si2 O7]双四面体结构基元，尽管它们之间符合鲍林其它规则。这个规则的结晶学基础是晶体结构的周期性和对称性，如果组成不同的结构基元较多，每一种基元要形成各自的周期性、规则性，则它们之间会相互干扰，不利于形成晶体结构。第三节：典型的晶体结构（参考课件或复印的资料）型型型和A2X5型型型型 8.硅酸盐晶体结构第二章无机非金属材料的晶体缺陷第一节：晶体缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷（参考金属学吧…）第二节：缺陷化学反应表示法（重点）一、点缺陷符号：克罗格-明克（Kroger-Vink）符号 ①主符号，表明缺陷种类； ②下标，表示缺陷位置；“i”表示填隙位置 ③上标，表示缺陷有效电荷，“?”表示有效正电荷，用“'”表示有效负电荷，用“?”表示有效零电荷，零电荷可以省略 ①空位：V VM ——M 原子空位 VX ——X 原子空位在金属材料中，只有原子空位对于离子晶体，如果只是M2+ 离子离开了格点形成空位，而将 2 个电子留在

无机非金属材料总结(完整版)

第一章 1. 粘土的定义：是一种颜色多样，细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体。粘土是自然界中硅酸盐岩石（主要是长石）经过长期风化作用而形成的一种疏松的或呈胶状致密的土状或致密块状矿物，是多种微细矿物和杂质的混合体。 2. 粘土的成因：各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化，水解，热液蚀变等作用可变为粘土。一次粘土（原生粘土）风化残积型：母岩风化后残留在原地所形成的粘土。（深层的岩浆岩（花岗岩、伟晶岩、长石岩）在原产地风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的矿床，一般称为一次粘土）。二次粘土（次生粘土）沉积型：风化了的粘土矿物借雨水或风力的迁移作用搬离母岩后，在低洼地方沉积而成的矿床，成为二次粘土。一次粘土与二次粘土的区别：分类化学组成耐火度成型性一次粘土较纯较高塑性低二次粘土杂质含量高较低塑性高 3. 高岭土、蒙脱土的结构特点：高岭土晶体结构式：Al4[Si4O10](OH)8，1:1型层状结构硅酸盐，Si-O四面体层和Al-(O,OH)八面体层通过共用氧原子联系成双层结构，构成结构单元层。层间以氢键相连，结合力较小，所以晶体解理完全并缺乏膨胀性。蒙脱土（叶蜡石）是2:1型层状结构，两端[SiO4]四面体，中间夹一个[AlO6]八面体，构成单元层。单元层间靠氧相连，结合力较小，水分子及其它极性分子易进入晶层中间形成层间水，层间水的数量是可变的。 4. 粘土的工艺特性：可塑性、结合性、离子交换性、触变性、收缩、烧结性。 1)可塑性：粘土—水系统形成泥团，在外力作用下泥团发生变形，形变过程中坯泥不开裂，外力解除后，能维持形变，不因自重和振动再发生形变，这种现象称为可塑性。表示方法：可塑性指数、可塑性指标可塑性指数（w）：W=W2-W1W降低——泥浆触变厚化度大，渗水性强，便于压滤榨泥。 W1塑限：粘土或（坯料）由粉末状态进入塑性状态时的含水量。 W2液限：粘土或（坯料）由粉末状态进入流动状态时的含水量。塑限反映粘土被水润湿后，形成水化膜，使粘土颗粒能相对滑动而出现可塑性的含水量。塑限高，表明粘土颗粒的水化膜厚，工作水分高，但干燥收缩也大。液限反映粘土颗粒与水分子亲和力的大小。W2上升表明颗粒很细，在水中分散度大，不易干燥，湿坯强度低。可塑性指标：在工作水分下，粘土（或坯料）受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积，也可以以这时的相应含水率表示。反应粘土的成型性能：应力大，应变小——挤坯成型；应力小，应变大——旋坯成型根据粘土可塑指数或可塑指标分类： i.强塑性粘土：指数＞15或指标＞3.6 ii.中塑性粘土：指数7～15，指标2.5～3.6 iii.弱塑性粘土：指数l～7，指标<2.5 iv.非塑性粘土：指数<1。 2)结合性：粘土的结合性是指粘土能够结合非塑性原料而形成良好的可塑泥团，并且有一

无机非金属材料知识点

无机非金属材料知识点一、重要概念 1、无机非金属材料 ①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。 ②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 ①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。 ②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 ①狭义：熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机物质 ②一般：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 ①可塑性原料：黏土质陶瓷成瓷的基础（高岭石、伊利石、蒙脱石） ②弱塑性原料：叶蜡石、滑石 ③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 ①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） ②注浆成型：将浆料浇注到石膏模中成型 ③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 ①晶相：陶瓷的主要组成；分为主晶相和次晶相 ②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 ③气相：气孔；降低强度，造成裂纹。 7、陶瓷力学性能的特点 ①硬度：高②强度：抗拉强度很低、抗压强度非常高 ③塑性：塑性极差④韧性：韧性差、脆性大 8、陶瓷热学性能的特点 ①导热性：差，良好的绝热材料 ②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 ①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。 ②常见种类：Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4…陶瓷 ③应用：…… 10、陶瓷增韧技术：【机理：阻碍裂纹的扩展】 ①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

无机非金属材料的现状与前景

无机非金属材料的现状与前景【摘要】无机非金属材料是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。在材料学飞速发展的今天，无机非金属材料有这广阔的应用前景和良好的就业形势。【关键字】无机非金属材料方向前景智能 1. 无机非金属材料的特点及应用无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是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。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后,随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上，陶瓷在耐蚀、介电性能上，耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。

无机非金属材料热工设备重点

无机非金属材料热工设备重点 1，无机非金属材料与有机（高分子）材料、金属材料并列为三大基础材料。除了这三种基础材料以外，材料的另一个重要分支就是基于这三大基础材料而发展迅速的复合材料。（P3） 2，热工设备的主要代表就是：窑炉。（P3） 3，烧结的本质就是在物料温度低于融化温度的高温条件下，物料内部产生致密化的过程。（P4） 4，热工设备主要是指窑炉，窑炉是一个能够产生高温的空间，构成这个空间的窑体材料叫做：筑炉材料，显然筑炉材料包括耐火材料、保温材料、普通建筑材料。（P9）5，新型干法水泥回转窑系统是以“悬浮预热”和“窑外分解”技术为核心。（P19）6，“二磨一烧”：生料磨、水泥窑和水泥磨。（P19） 7，P20 图2.1 NSP窑系统的流程图（a）和（b）要求：注解物料流程新型干法水泥回转窑：预热器系统，分解炉，回转窑，熟料冷却机，燃料燃烧器。 8，整个系统内燃料燃烧所需要的助燃空气被分成三部分：第一部分来自窑头的鼓风机，被称为：一次空气（或称：一次风），其主要作用是：携带从窑头煤粉舱下来的煤粉经喷煤管高速喷入回转窑内高效燃烧来保持喷出的火焰有一定的“刚度”(平、顺、直)。另外两部分的助燃空气则是来自于水泥熟料冷却机内的预热空气，它们分别被称为：二次空气（或称：二次风）和三次空气（或称：三次风）。二次空气是从窑头进入回转窑内成为窑头煤粉燃烧的主要助燃空气。三次空气则是通过专门设立的三次风管进入分解炉而成为分解炉内煤粉燃烧所需的助燃空气。在这三种空气中，二次空气和三次空气的预热温度不受限制，越高越好；而一次空气不允许被预热，否则温度较高的一次风会使煤粉中的挥发分在喷煤管中提前逸出，从而有可能造成煤粉爆炸的事故。（P21） 9，新型干法水泥回转窑系统的两个主要评价指标：一是产量；二是热耗。即：产量是否达标（产量是否高于设计产量）；热耗是否达标（热耗是否低于设计热耗）。（P21）10，表观分解率e：是指从窑尾入窑的下料管中取料样，经测定其烧失量后计算而得到的分解率。真实分解率et：在已知出窑飞灰的数量m fh和出窑飞灰的分解率所求出的分解率。（P24） 11，回转窑的五个重要性能指标：回转窑的发热能力，回转窑内燃烧带的截面、表面、容积热力强度，回转窑内燃烧带的空气过剩系数。（P25） 12，设置悬浮预热器是为了实现气(废气)、固（生料粉）之间的高效换热，从而达到提高生料温度，降低排出废气温度的目的。（P26） 13，一个换热单元必须同时具备以下三个功能才能完成其任务：第一，生料粉在废气中的分散与悬浮；第二，气、固相之间的换热；第三，气、固相之间的分离：气体被排走，生料粉被收集。（P26） 14，各个旋风筒之间的联接管道在换热方面起着主要作用，所以有人干脆将其称为“换热管道”。而旋风筒的主要功能则是完成气、固相的分离和固相生料粉的收集。（P27）15，影响旋风预热器换热效率的三个因素：一是粉料在管道内的悬浮状况；二是气、固之间的换热效果；三是气、固之间的分离程度。（P29） 16，旋风预热器系统需要若干个换热单元相串联的原因：在管道内的悬浮态，由于气流速度较大，气、固之间的换热速度极快，经过0.02～0.04s的时间，气、固两相之间就可以达到温度的动态平衡，而且气、固两相换热过程主要发生在固相刚刚加入到气相后的加速段，尤其是加速的初始段。然后再增加气、固两相之间的接触时间，其意义已经不大，所以这时只有实现气、固相分离进入下一个换热单元，才能够起到强化气、固两相之间传热的作用。（P31）

高一化学人教版必修第二册第五章第三节无机非金属材料

无机非金属材料核心知识点一：一、硅酸盐材料硅酸盐是由盐、氧和金属组成的化合物的总称，在自然界分布极广。硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质，大多不溶于水，化学性质很稳定。 1. 硅酸（1）物理性质不溶于水、无色透明、胶状（硅胶）。硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用催化剂的载体。（2）化学性质 ①弱酸性：所以在与碱反应时只能与强碱反应

H2SiO3 + 2NaOH＝Na2SiO3 + H2O H2SiO3 + 2OH－＝SiO32－+ 2H2O 比碳酸酸性弱：Na2SiO3+CO2+H2O＝Na2CO3+ H2SiO3 ②硅酸的热稳定性较弱，受热易分解为SiO2和水：H2SiO3H2O＋SiO2 （3）制备方法由于SiO2不溶于水，所以硅酸只能用间接的方法制取，一般用可溶性硅酸盐+酸制得。 Na2SiO3 + 2HCl＝2NaCl + H2SiO3 ↓ SiO32－+ 2H+＝H2SiO3 ↓ 【注意】①硅酸不溶于水，不能用SiO2与水反应制取硅酸 ②硅酸的酸性比碳酸的酸性还弱，所以往可溶性硅酸盐溶液中通入CO2也可以制取硅酸： Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3 ↓ SiO32－＋CO2＋H2O＝CO32－＋H2SiO3 ↓ ③如前所述， SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，该反应在高温条件下进行，有利于CO2从体系中挥发出来，而SiO2为高熔点固体，不能挥发，所以反应可以进行，符合难挥发性酸酐制取易挥发性酸酐的原理；而上述反应“Na2SiO3+CO2+H2O＝Na2CO3+ H2SiO3↓”可以进行，是因为该反应是在溶液中进行的，符合复分解反应的原理，两者反应原理不矛盾【想一想】碳酸和硅酸的酸性比较 2. 硅酸钠（1）物理性质：最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。【注意】①硅酸钠溶液可用玻璃瓶盛装，但是不能用玻璃塞，应用橡胶塞或木塞。 ②玻璃中含有二氧化硅，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。（2）化学性质

无机非金属材料中的常见结构类型

无机非金属材料中的常见结构类型
尹从岭
（北京大学化学与分子工程学院）
摘要：本文综述了无机非金属材料中的常见结构类型，介绍了它们之间的联系与区别。关键词：钙钛矿；钨青铜；尖晶石；六方密堆积；立方密堆积无机化合物的结构型式复杂多样，本文选择一些简单而重要的结构型式加以讨论。 1． MX 型化合物的结构 1． NaCl 型的晶体结构在 NaCl 的晶体中，Na+和 Cl-交替排列，具有正八面体配位，晶体属于面心立方点阵 Oh 点群。 NaCl 晶体结构可看作 Cl-作立方最密堆积，在这堆积的每个八面体空隙中填入 Na+。晶体结构示于图 1 中。属于 NaCl 型结构的化合物有离子键型的碱金属卤化物和氢化物，碱土金属的氧化物和硫化物；有过渡键型的金属氧化物、硫化物以及间隙型的碳化物和氮化物。 LiVO2 是与 NaCl 结构相关的化合物。LiVO2 结构中氧离子构成立方密堆积，金属离子沿体对角线方向交替占据八面体空隙，形成锂原子层和钒原子层。图 2 Li+ 给出了 LiVO2 的晶体结构。LiVO2 可以看作是有序的 NaCl 结构，具有三图 1 NaCl 的结构 2O 方对成行，空间群为 R32/m。在较高的温度下，LiVO2 结构中的两种阳离子趋于无序分布，LiVO2 转变成典型的 NaCl 立方结构。 3+ NbO 是另外一个与 NaCl 结构相关的化合物。 NbO 结构中，在 V 有 1/4 的铌和氧格位未被占据，因而可以看作 NaCl 的有序缺陷结构。 NbO 结构中，是平面四方配位。在 Nb NbO 结构也可以看作是由八面体金属原子簇 Nb6 共用顶点而形成的骨架结构。 NbO 的结构如图 3 所示。 CaC2 是另外一个与 NaCl 结构相关的图2. LiVO2的结构化合物。CaC2 有多种晶型，四方晶系的图 3. NbO 的结构 22+ CaC2 由 Ca 和 C2 组成，Ca2+和 C22-的分布和 NaCl 相似，但由于 C22-离子是哑铃状，而不是球形，使结构沿 c 轴方向拉长成四方晶系。结构的图形示于图 4。 2．CsCl 型的晶体结构在 CsCl 的晶体结构中，Cl-作简单立方堆积，Cs+填入立方体空隙中，正、负离子的配位数均为 8，其结构示于图 5。 CsCl 型结构属于简单立方点阵，Oh 点群。属于 CsCl 型的例子化合物有 CsCl， CsBr， CsI， RbCl， ThCl， TlCl， TlBr， 4Cl， 4Br， NH NH
图 5. CsCl 的结构
C2
Ca2
图 4. CaC2 的结构

无机非金属材料的分类

无机非金属材料的分类 (1)传统陶瓷（其中，瓷是在陶的基础上上一层釉）陶瓷在我国有悠久的历史，是中华民族古老文明的象征。从西安地区出土的秦始皇陵中大批陶兵马俑，气势宏伟，形象逼真，被认为是世界文化奇迹，人类的文明宝库。唐代的唐三彩、明清景德镇的瓷器均久负盛名。传统陶瓷材料的主要成分是硅酸盐，自然界存在大量天然的硅酸盐，如岩石、土壤等，还有许多矿物如云母、滑石、石棉、高岭石等，它们都属于天然的硅酸盐。此外，人们为了满足生产和生活的需要，生产了大量人造硅酸盐，主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。硅酸盐制品一般都是以黏土（高岭土）、石英和长石为原料经高温烧结而成。黏土的化学组成为Al?O3·2SiO?·2H?O，石英为SiO?，长石为K?O·Al?O3·6SiO?（钾长石）或Na2O·Al2O3·6SiO2（钠长石）。这些原料中都含有SiO2，因此在硅酸盐晶体结构中，硅与氧的结合是最重要也是最基本的。硅酸盐材料是一种多相结构物质，其中含有晶态部分和非晶态部分，但以晶态为主。硅酸盐晶体中硅氧四面体[SiO4]是硅酸盐结构的基本单元。在硅氧四面体中，硅原子以sp杂化轨道与氧原子成键，Si—O键键长为162 pm，比起Si和O的离子半径之和有所缩短，故Si—O键的结合是比较强的。 (2)精细陶瓷精细陶瓷的化学组成已远远超出了传统硅酸盐的范围。例如，透明的氧化铝陶瓷、耐高温的二氧化锆（ZrO2）陶瓷、高熔点的氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC）陶瓷等，它们都是无机非金属材料，是传统陶瓷材料的发展。精细陶瓷是适应社会经济和科学技术发展而发展起来的，信息科学、能源技术、宇航技术、生物工程、超导技术、海洋技术等现代科学技术需要大量特殊性能的新材料，促使人们研制精细陶瓷，并在超硬陶瓷、高温结构陶瓷、电子陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷、超导陶瓷和生物陶瓷等方面取得了很好的进展，下面选择一些实例做简要的介绍。高温结构陶瓷汽车发动机一般用铸铁铸造，耐热性能有一定限度。由于需要用冷却水冷却，热能散失严重，热效率只有30%左右。如果用高温结构陶瓷制造陶瓷发动机，发动机的工作温度能稳定在1 300 ℃左右，由于燃料充分燃烧而又不需要水冷系统，使热效率大幅度提高。用陶瓷材料做发动机，还可减轻汽车的质量，这对航天航空事业更具吸引力，用高温陶瓷取代高温合金来制造飞机上的涡轮发动机效果会更好。目前已有多个国家的大的汽车公司试制无冷却式陶瓷发动机汽车。我国也在1990年装配了一辆并完成了试车。陶瓷发动机的材料选用氮化硅，

无机非金属材料结构知识点整理

一概述 1.材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质。材料性能关系到材料的应用材料含义在于应用，材料的什么决定应用的概念和设计，决定了应用的基础——综合的性能决定最终产品的形态和应用…… 2.材料研究的核心问题：以材料的结构和性能为研究对象，并重点研究结构与材料性能之间的关系，为材料性能的改进和新材料的开发提供指导。 3材料结构层次：原子结构，晶体结构——功能材料密切相关；显微结构，微观组织——结构材料密切相关；宏观结构——复合材料相关；、 4材料的电子结构——指材料中的电子分布和状态，它不同于单个的分子和原子的电子结构，因为这两者不是长程的完整的材料。它是决定材料晶体结构的主要和本质原因。 5. 电子波动反映到原子中，为驻波。 6.现代材料结构和性能测量的重要原理和基础：X光衍射和电子显微技术——微观结构，磁性分布和能隙空间分布等等，其中大都以微观过程或性能直接体现了量子效应和作用…… 7.量子理论是解决电子结构的惟一工具。是以能量的量子化和波函数概念为核心的，可依照薛定额方程确定的第一性原理分析方法。二、晶体结构 1晶体的特征：均匀性；各向异性；自发地形成多面体外形；晶体具有明显确定的熔点；晶体的对称性；晶体对X射线的衍射； 2晶体的宏观特性是由晶体内部结构的周期性决定的,即晶体的宏观特性是微观特性的反映。 3晶体结构即晶体的微观结构，是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况 4晶体与非晶体的最本质差别在于组成晶体的原子、离子、分子等质点是规则排列的（长程序），而非晶体中这些质点除与其最近邻外，基本上无规则地堆积在一起（短程序）。晶体与非晶体之间的主要差别在于它们是否有三维长程点阵结构。 5晶体――原子或原子团、离子或分子在空间按一定规律呈周期性地排列构成的固体 6固体分类(按结构)――晶体:长程有序；非晶体:不具有长程序的特点,短程有序；准晶体:有长程取向性，而没有长程的平移对称性。 7在晶体中适当选取某些原子作为一个基本结构单元，这个基本结构单元称为基元，基元是晶体结构中最小的重复单元，基元在空间周期性重复排列就形成晶体结构。晶格+基元=晶体结构 8晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的点子在空间有规则地做周期性无限分布，通过这些点做三组不共面的平行直线族，形成一些网格，称为晶格(或者说这些点在空间周期性排列形成的骨架称为晶格)。9取一格点为顶点，由此点向近邻的三个格点作三个不共面的矢量，以此三个矢量为边作平行六面体即为固体物理学（简称原胞）。 10结晶学原胞（简称单胞）构造：使三个基矢的方向尽可能地沿着空间对称轴的方向，它具有明显的对称性和周期性。 11维格纳--塞茨原胞构造：以一个格点为原点，作原点与其它格点连接的中垂面(或中垂线)，由这些中垂面(或中垂线)所围成的最小体积(或面积)即为W--S原胞。特点：它是晶体体积的最小重复单元，每个原胞只包含1个格点。其体积与固体物理学原胞体积相同。 12原胞与分类—7大晶系晶系晶轴轴间夹角实例立方 a = b = c α=β=γ= 900Cu, NaCl 四方 a = b ≠ c α=β=γ= 900Sn, SiO2 正交 a = ≠ b ≠ c α=β=γ= 900I2, BaCO3 三方 a = b = c α=β=γ≠ 900As, Al2O3 a = b ≠ c α=β= 900，γ = 1200 单斜 a ≠ b ≠ c α= γ= 900，β≠ 900KClO3 三斜 a ≠ b ≠ c α≠ β≠ γ≠ 900 K2CrO7 六方 a = b ≠ c α=β= 900，γ =1200 Mg,CuS

无机非金属材料

无机非金属材料以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料的泛称。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型无机材料等。其中陶瓷一词，随着与陶瓷工艺相近的无机材料的不断出现，其概念的外延也不断扩大。最广义的陶瓷概念几乎与无机非金属材料的含意相同。无机非金属材料也和金属材料以及有机高分子材料等一样，是当代完整的材料体系中的一个重要组成部分。普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上,陶瓷在耐蚀、介电性能上,耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。特种无机非金属材料的特点是：①各具特色,例如:高温氧化物等的高温抗氧化特性；氧化铝、氧化铍陶瓷的高频绝缘特性；铁氧体的磁学性质；光导纤维的光传输性质;金刚石、立方氮化硼的超硬性质;导体材料的导电性质；快硬早强水泥的快凝、快硬性质等。②各种物理效应和微观现象,例如：光敏材料的光-电、热敏材料的热－电、压电材料的力－电、气敏材料的气体-电、湿敏材料的湿度-电等材料对物理和化学参数间的功能转换特性。③不同性质的材料经复合而构成复合材料，例如：金属陶瓷、高温无机涂层，以及用无机纤维、晶须等增强的材料。沿革旧石器时代人们用来制作工具的天然石材是最早的无机非金属材料。在公元前6000～前5000年中国发明了原始陶器。中国商代（约公元前17世纪初～约前11世纪）有了原始瓷器，并出现了上釉陶器。以后为了满足宫廷观赏及民间日用、建筑的需要，陶瓷的生产技术不断发展。公元 200年（东汉时期）的青瓷是迄今发现的最早瓷器。陶器的出现促进了人类进入金属时代，中国夏代（约公元前22世纪末至约前21世纪初～约前17世纪初）炼铜用的陶质炼锅，是最早的耐火材料。铁的熔炼温度远高于铜，故铁器时代的耐火材料相应地也有很大发展。18世纪以后钢铁工业的兴起，促进耐火材料向多品种、耐高温、耐腐蚀方向发展。公元前3700年，埃及就开始有简单的玻璃珠作装饰品。公元前1000年前，中国也有了白色穿孔的玻璃珠。公元初期罗马已能生产多种形状的玻璃制品。1000～1200年间玻璃制造技术趋于成熟，意大利的威尼斯成为玻璃工业中心。1600年后玻璃工业已遍及世界各地区。公元前3000～前2000年已使用石灰和石膏等气硬性胶凝材料。随着建筑业的发展，胶凝材料也获得相应的发展。公元初期有了水硬性石灰，火山灰胶凝材料，1700年以后制成水硬性石灰和罗马水泥。1824年英国J.阿斯普丁发明波特兰水泥（见水泥）。上述陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等的主要成分均为硅酸盐，属于典型的硅酸盐材料。 18 世纪工业革命以后，随着建筑、机械、钢铁、运输等工业的兴起，无机非金属材料有了较快的发展，出现了电瓷、化工陶瓷、金属陶瓷、平板玻璃、化学仪器玻璃、光学玻璃、平炉和转炉用的耐火材料以及快硬早强等性能优异的水泥。同时，发展了研磨材料、碳素及石墨制品、铸石等。 20世纪以来，随着电子技术、航天、能源、计算机、通信、激光、红外、光电子学、生物医学和环境保护等新技术的兴起，对材料提出了更高的要求，促进了特种无机非金属材料的迅速发展。30～40年代出现了高频绝缘陶瓷、铁电陶瓷和压电陶瓷、铁氧体（又称磁性瓷）和热敏电阻陶瓷（见半导体陶瓷）等。50～60年代开发了碳化硅和氮化硅等高温结