特种无机非金属材料

• 硅酸盐水泥 • 铝酸盐类水泥 • 硫铝酸盐水泥 • 氟铝酸盐水泥 • 铁铝酸盐水泥
按矿物 组成 分类
Chapter7 Non-metallic Inorganic Materials
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Chapter7 Non-metallic Inorganic Materials
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硅酸盐水泥
• 熟料成分：
钛酸钡系、锆钛酸铅系材料等
锰—锌、镍—锌、锰—镁、锂—锰等铁氧体、磁记录 和磁泡材料等 钠、锂、氧离子的快离子导体和碳化硅等 钛酸钡、氧化锌、氧化锡、氧化钒、氧化锆等过滤金 属元素氧化物系材料等 钇铝石榴石激光材料，氧化铝、氧化钇透明材料和石 英系或多组分玻璃的光导纤维等 高温氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等难熔化合物 碳化钛、人造金刚石和立方氮化硼等 铝酸锂、钽酸锂、砷化镓、氟金云母等 长石质齿材、氧化铝、磷酸盐骨材和酶的载体材料等 陶瓷基、金属基、碳素基的复合材料
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7.1 无机非金属材料的分类及特点
• 无机非金属材料——以氧化物、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。
传统（普通）无机非金属材料 新型（特种）无机非金属材料
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离子键比例 (%)
68 57 45 28 10
共价键比例 (%)
32 43 55 72 90
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7.2 水泥与玻璃
7.2.1 水泥（cement）
——一种水硬性胶凝材料，通过水化过程发生凝 结和硬化，硬化后甚至在水中也可保持强度和稳 定性。
• 离子键与共价键混合
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部分陶瓷化合物化学键混合特征
陶瓷化合物 结合原子 电负性差
MgO Al2O3 SiO2 Si3N4 SiC
Mg-O Al-O Si-O Si-N Si-C
2.13 1.83 1.54 1.14 0.65
CaCO3
CaO + CO2
2CaCO3 + SiO2 1000－ 1300℃ 2CaO SiO2 （ 硅 酸 二 钙 ） 3CaCO3 + Al2O3 1000－ 1300℃ 3CaO Al2O3 （ 铝 酸 三 钙 ）
4CaCO3 + Al2O3 + Fe2O3 1000－ 1300℃ 4CaO Al2O3 Fe2O3 （铁铝酸四钙）
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结构特征
• 离子键：无方向性、无饱和性
– 紧密堆积；键强较高 – 密度大，高强度、高硬度、高脆性、耐热
• 共价键：具有方向性与饱和性
– 键强度较高，具有稳定化学结构 – 密度较小，熔点高，硬度大，脆性大，热膨胀
系数小，绝缘性好。
– 硅酸三钙（3CaO·SiO2），C3S – 硅酸二钙（2CaO·SiO2），C2S – 铝酸三钙（3CaO·Al2O3），C3A – 铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3），C4AF
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硅酸盐水泥
• 熟料比例对水泥性质的影响
–提高C3S的含量,可得到高强硅酸盐水泥 –提高C3S和C3A的含量,即可制得快硬硅酸盐
水泥 –降低C3S和C3A的含量,提高C2S的含量可得低
热或中热硅酸盐水泥.
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硅酸盐水泥生产
熟料制备的化百度文库过程：
750－ 1000 ℃
用原理、结构及用途。
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学习参考书目
1. 杨兴钰. 材料化学导论. 武汉：湖北科学技术出版社， 2003
2. 戴金辉，葛兆明 主编，无机非金属材料概论，哈尔滨 工业大学出版社，1999
3. H. F.W. Taylor, Cement Chemistry, Academic Press, 1990
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传统（普通）无机非金属材料
品种 水泥等胶凝材料 陶瓷 耐火材料 玻璃 搪瓷 铸石 研磨材料 多孔材料 碳素材料 非金属矿
品种示例 硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石灰、石膏等 粘土质、长石质、滑石质和骨灰质陶瓷等 硅质、硅酸铝质、高铝质、镁质、铬镁质等 硅酸盐 钢片、铸铁、铝和铜胎等 辉绿岩、玄武岩、铸石等 氧化锆、氧化铝、碳化硅等 硅藻土、蛭石、沸石、多孔硅酸盐和硅酸铝等 石墨、焦炭和各种碳素制品等 粘土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金刚 石等
4. M. W. Barsoum, Fundamentals of Ceramics, IOP, 2003 5. J. G. P.Binner, Advanced Ceramic Processing and
Technology, Vol. 1, Noyes, 1990
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CaO SiO2 + 2CaO 1300－ 1400℃ 3CaO SiO2 （硅酸三钙）
所得熟料经碾磨成细粉，加少量石膏，用以调节水 泥的水硬化时间，即得水泥成品。
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新型（特种）无机非金属材料
品种 绝缘材料
铁电和压电材料 磁性材料
导体陶瓷 半导体陶瓷
光学材料
高温结构陶瓷 超硬材料 人工晶体 生物陶瓷 无机复合材料
品种示例 氧化铝、氧化铍、滑石、镁橄榄石质陶瓷、石英玻璃 和微晶玻璃等
本章内容
7.1 无机非金属材料的分类和特点 7.2 水泥与玻璃 7.3 陶瓷 7.4 半导体材料 7.5 超导材料
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学习目的
• 结合前面所学内容，理解无机非金属材料结构 与性能特点；
• 了解常用无机非金属材料的合成和工艺。 • 了解各种新型无机非金属材料的特殊性能、作