无机材料工艺学课件
无机精细化工工艺学课件
❖ 第三阶段（1994年到现在）纳米组装体系，人工组 装合成的纳米结构的材料体系。
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纳米材料的特性
❖1、基本物理效应
（1）小尺寸效应 当超微粒子尺寸与传导电子德布罗意波长（
λ=h/p=h/mv)相当或更小时，周期性的边界
条件将被破坏，非晶态纳米微粒表面层附 近原子密度减小，导致性质与普通粒子不 同（光吸收、磁性、内压、热阻、化学活性、催化活性、 熔点）。
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（2）界面与表面效应
纳米粒子由于尺寸小，表面积大，导致位于 表面的原子占有极大的比例，表面原子的 活性使纳米粒子具有明显的表面效应。
比表面积：F =3/r 1/r, 若r=1m, 则F > 104cm-1（1 m2） , 若r=5nm， F > 600 m2
❖ 运用生物纳米技术开发芯片－运用生物可以自建有 结构的 “自建结构”能力，利用蛋白质和DNA等材料 制作电路。研制运算速度高中央处理器，耗电量低 的记忆元件，开发计算机芯片，长时间无需充电的 笔记本电脑。
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（4）纳米微机械和机器人。
生物发动机（分子马达） －利用人体内的自然能源（三磷酸腺苷酸）作动
3
纳米科技的发展
❖ 20世纪60年代R.P.Feynman：若从原子和分子水平上控 制物质，将会出现新的作用力和新的效应。
❖ 日本上田良二提出“超微粒子结构”的新概念。 ❖ 70年代C.Hayash研究了纳米粉体的性质、生产方法及应
用，诞生了“纳米技术”。 ❖ 80年代先后制造了扫描隧道显微镜和原子力显微镜，从
❖ 单分散体系－分散相以大小、形貌均一致的状态被 分散在分散介质中即形成了单分散体系。
无机材料工艺学--陶瓷2-原料
3、粘土的颗粒组成：粘土中不同大小颗粒的体积百分比含量。
◆ 粘土的颗粒组成与其工艺性能密切相关： <1um的细颗粒愈 多，则可塑性愈强，干燥收缩大，干后强度高， 烧结温度低。 另外，片状颗粒比杆状颗粒接触面积大，塑性大，强度高。
绪言
第一章 陶瓷原料
◆ 原料选择的基本要求
质量达标（并非越纯越好）； 储量要大（原料来源稳定）； 价格合理； 性能稳定（对原料的最基本要求）； 运输方便。
◆ 原料选择原则：
● 原料的组成应能保证产品的质量性能要求； ● 原料的工艺性能应能满足生产加工过程的工艺要求。
2019/11/25
1
硅灰石
第一章 陶瓷原料
◆ 原料选择的重要性
● 陶瓷制品的性能由坯体显微结构决定，而坯体显微结 构则由原料的种类和加工工艺决定。
使用性能
Performance
加工工艺
Processing
物化性能
Property
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河南省组精织品课结程构——/成陶瓷分工艺原理
2
Structure/Composition
三、粘土的工艺性质
1.可塑性 ● 影响可塑性大小的因素
1. 矿物组成； 2. 颗粒组成（细度）及颗粒形状； 3. 阳离子交换容量； 4. 分散介质的含量及种类（润湿能力及
表面张力）。
● 改善粘土可塑性的途径
1. 淘洗除杂；
2. 风化处理；
3. 坯料陈腐和真空练泥处理；
4. 加入适量塑化剂。
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◆ 可塑性的产生机理
化工工艺学之无机化工概述课件
化工工艺学之无机化工概述课件1. 引言化工工艺学是化学工程的基础学科，研究化学产品的制备过程以及相关的工艺技术。
无机化工作为化工工艺学的重要分支之一，主要研究无机物的制备、加工及应用。
本课件将主要介绍无机化工的概述内容，包括无机化工的定义、发展历程、主要领域以及相关的工艺技术等方面。
无机化工是指以无机物为原料，通过化学反应和物理过程，制备化学产品的过程。
无机物是指不含碳元素的物质，如金属、无机酸、无机盐等。
无机化工主要研究无机物的制备工艺、产品的性质及应用，涉及到化学反应、催化、分离等方面的技术。
3. 无机化工的发展历程无机化工作为化工工艺学的重要分支，其发展历程如下：古代无机化工主要是对天然无机物的利用和加工。
例如，古代人类利用金属矿石制作工具、掌握炼铁技术，发展出了青铜器等。
此外，古代的陶瓷工艺和玻璃制造技术也是无机化工的重要组成部分。
3.2 现代化学革命18世纪至19世纪，化学的发展进入了现代化学革命阶段。
在这一时期，人们从理论和实验上对无机物进行了深入研究，提出了许多重要的化学概念和理论，奠定了无机化工的基础。
3.3 工业化生产20世纪初，人类开始将无机化工应用于工业生产中。
通过引入新的工艺技术和设备，提高了无机化工产品的产量和质量。
同时，无机化工也逐渐涉及到新的领域和应用，如电子材料、光学材料、能源材料等。
3.4 现代化工工艺随着科学技术的进步，现代化工工艺在无机化工中得到广泛应用。
例如，通过优化反应条件、改进催化剂和提高分离技术等手段，提高了无机化工产品的产率和选择性。
4. 无机化工的主要领域无机化工在很多领域都有广泛的应用，主要包括以下几个方面：无机化工在金属材料的制备和加工中起到重要的作用。
例如，金属的提取和精炼过程、金属合金的制备以及金属表面处理等都涉及到无机化工的技术。
4.2 无机非金属材料无机非金属材料包括陶瓷材料、玻璃材料和水泥材料等。
无机化工在这些材料的制备和加工中发挥着重要的作用，例如陶瓷的成型和烧结技术、玻璃的熔制工艺以及水泥的生产工艺等。
无机非金属材料ppt课件
05
CATALOGUE
无机非金属材料的未来发展趋 势与挑战
发展趋势
01
高性能陶瓷材料
由于其优异的性能，陶瓷材料在许多领域都有广泛的应用，如航空航天
、汽车、医疗等。未来，陶瓷材料的研究将更加深入，应用领域更加广
泛。
02
纳米无机非金属材料
纳米无机非金属材料由于其尺寸效应和量子效应，具有许多优异的性能
THANKS
感谢观看
。随着纳米科技的不断发展，纳米无机非金属材料的研究和应用也将得
到更广泛的推广。
03
绿色无机非金属材料
随着环保意识的不断提高，绿色无机非金属材料将成为未来研究的热点
。这类材料具有低能耗、低污染、高循环利用的特点，符合可持续发展
的要求。
挑战与问题
材料性能的提升
尽管陶瓷等无机非金属材料的性能已经有所提升，但是与金属材料相比，仍然存在一定的 差距。因此，提高无机非金属材料的性能是当前面临的一个重要挑战。
02
CATALOGUE
无机非金属材料的性质与用途
性质
01
02
03
04
一般性质
无机非金属材料具有较高的熔 点、硬度，良好的化学稳定性
，但脆性较大。
力学性质
无机非金属材料具有较高的抗 压强度、抗拉强度，耐磨性较
好，但韧性较差。
电学性质
无机非金属材料具有较好的绝 缘性能和导热性能。
光学性质
无机非金属材料具有较好的光 学性能，如透光性、反射性等
根据性质和用途，无机非金属材料可 分为陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料等 几大类。
无机非金属材料的重要性
无机非金属材料在国民经济发展中扮演着重要角色，特别是 在高技术领域，如航空航天、电子、新能源等领域具有不可 替代的作用。
无机非金属材料工艺学
一、填空1、根据化学组成和显微结构特点，材料可分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料。
2、无机非金属材料主要有陶瓷、胶凝材料、玻璃、耐火材料及天然矿物材料。
3、无机非金属材料生产过程都得共性:原料及破碎、粉体制备、成型、烘干和高温热处理。
4、胶凝材料可分为水硬性胶凝材料和气硬性胶凝材料，前者包括水泥，后者包括石灰、石膏。
5、水泥可分为通用水泥、专用水泥和特性水泥。
6、玻璃按组成分类有元素玻璃、氧化物玻璃和非氧化物玻璃。
7、黏土中的主要矿物可分为高岭石、蒙脱石和伊利石。
8、着色剂分为离子着色剂、胶态着色剂和硫硒化物着色剂。
9、陶瓷坯料中混有铁质将使制品的外观质量受到影响，如降低白度和半透明性，也会产生斑点。
10、玻璃原料中铁杂质不但对生产工艺造成不良影响，而且使玻璃着成黄绿色，透明度降低。
11、陶瓷由结晶物质，玻璃态物质和气孔组成。
12、坯料组成的表示方法：配料比表示；矿物组成表示；化学组成表示；实验公式表示。
13、陶瓷坯料可分为注浆坯料，可塑坯料和压制坯料。
14、陶瓷的成型方法可分为可塑法成型，注浆法成型和干压法成型。
15、日用陶瓷的可塑成型可分为雕塑、印坯、拉坯、旋压和滚压等。
16、注浆成型可分为吸浆成坯和巩固脱模两个过程。
17、干燥过程可分为加热阶段、等速干燥阶段和降速干燥阶段。
18、回转窑可分为干燥带、预热带、分解带、放热反应带、烧成带和冷却带。
19、坯体的烧成过程：水分蒸发期；氧化分解与晶型转变期；玻化成瓷期；冷却期。
20、烧成制度包括温度制度、气氛制度和压力制度。
21、温度制度包括升温速度、烧成温度、保温时间和冷却速度。
22、玻璃溶体的质量缺陷有气泡、条纹和结石。
23、玻璃制品的退火过程包括加热、保温、慢冷以及快冷四个阶段。
24、活性混合材分为粒化高炉矿渣、粉煤灰和火山灰质混合材料。
25、混凝土的主要组成为胶结料、细集料、粗集料和水。
26、平板玻璃的深加工分为钢化和镀膜。
无机材料合成与制备课件
2. 将硅酸乙酯、乙醇和氨水按一定比例混合，搅拌均匀。
实验一：溶胶-凝胶法制备二氧化硅薄膜
3. 将混合液滴加到玻 璃基板上，放入烘箱 中加热至一定温度。
5. 观察和测试二氧化 硅薄膜的形貌和性能 。
4. 取出玻璃基板，用 去离子水冲洗，晾干 后进行热处理。
无机材料合成与制备课件
• 无机材料概述 • 无机材料合成方法 • 无机材料制备技术 • 无机材料合成与制备的研究进展 • 无机材料合成与制备的前景与挑战 • 无机材料合成与制备实验课程设计
01
无机材料概述
无机材料的定义与分类
无机材料定义
无机材料是指不含碳元素的化合物或 单质，主要由无机化合物组成的一类 材料。
实验二：化学气相沉积法制备氮化硅薄膜
01 实验步骤
02
1. 准备试剂和仪器，如硅烷、氨气、氢气、氮气、反
应腔等。
03
2. 将反应气体按一定比例通入反应腔中，加热至一定
温度。
实验二：化学气相沉积法制备氮化硅薄膜
3. 保持反应一定时间，使反应 物在基材表面沉积形成薄膜。
4. 停止反应，取出基材，进行 后处理。
5. 观察和测试氮化硅薄膜的形 貌和性能。
实验三：物理气相沉积法制备钛合金薄膜
实验目的
通过物理气相沉积法合成钛合金薄膜，了解 物理气相沉积法的合成过程和原理，掌握钛 合金薄膜的制备技术。
实验原理
物理气相沉积法是一种常用的材料合成方法 ，通过将金属蒸发或溅射成原子或分子，在 基材表面沉积形成薄膜。钛合金薄膜具有高 强度、耐腐蚀等特性，常用于航空、化工等 领域。
05
无机材料合成与制备的前景与挑战
无机非金属材料PPT课件
性质
与碱性氧化 物反应
二氧化碳(CO2) CO2+Na2O=Na2CO3
二氧化硅(SiO2)
高温
SiO2+ CaO == CaSiO3
与碱反应 CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O
与水反应 CO2+H2O=H2CO3
——Biblioteka 与氢氟酸反应——SiO2+4HF=SiF4 ↑+2H2O
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一、二氧化硅和硅酸
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2.硅酸(H2SiO3)
硅酸是一种白色粉末状的固体，它不溶于水； 是一种弱酸，不能使指示剂变色。
实验探究： 实验4-1：向饱和Na2SiO3溶液 中滴入酚酞，再滴入稀盐酸。
现象
①滴入酚酞溶液呈红色 ②滴入盐酸有凝胶产生
结论
① Na2SiO3溶液呈碱性 ②硅酸难溶于水
方程式 Na2SiO3+2HCl = H2SiO3（胶体） +2NaCl
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
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一、二氧化硅和硅酸
粘土
9
一、二氧化硅和硅酸
硅元素
画出硅的原子结构示意图
与哪种原子的结构相似？ 碳
分析： 既不易失电子，又不易得电子，主要
形成四价的化合物。
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1、二氧化硅
（1）存在
水晶
硅石
结晶形：石英 无定形
玛瑙
（2）用途：
光导纤维 石英：耐高温化学仪器、石英电子表、石英钟 水晶：电子工业的重要部件、光学仪器、
物理性质:__硬___度__大__、__熔__点__高__、__难__溶__于__水____ 化学稳定性:____通__常__条__件__下__，__很___稳__定____
无机非金属材料工艺学
无机非金属材料工艺学传统的无机非金属材料工艺学包罗那几个局部？水泥工艺学玻璃工艺学陶瓷工艺学现代的无机非金属材料工艺学包罗那几个局部？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的课程根底课：物理化学专业根底课：硅酸盐物理化学为什么要学习无机非金属材料工艺学？开阔视野，提高阐发问题，解决问题的能力。
1绪论1.1 材料及无机非金属材料的定义与分类材料的定义与分类定义：能够用以加工有用物质的物质。
无机非金属材料的定义与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的所有材料的总称。
无机非金属材料的特性1、与金属材料和有机高分子材料的区别〔a〕化学组成：〔1〕无机非金属材料：氧化物、碳化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、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：一般为固体单质材料〔除水银外〕。
〔3〕有机高分子材料：碳、氢、氧、氮、氯等元素组成的化合物。
〔b〕化学键组成：〔1〕无机非金属材料：主要为离子键〔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、无机非金属材料的特征〔1〕具有复杂的晶体布局〔2〕没有自由电子〔石墨除外〕〔3〕高硬度〔4〕较好的耐化学腐蚀能力〔5〕绝大大都是绝缘体〔6〕制成薄膜时大多是透明的〔7〕一般具有低导热性〔8〕大大都情况下变形微小3、无机非金属材料的底子属性〔1〕高熔点、高硬度、高抗压〔2〕耐腐蚀、耐磨损〔3〕良好的抗氧化性、隔热性〔4〕优良的介电、压电、光学、磁学性能及功能转换特性〔5〕抗拉强度低、韧性差无机非金属材料出产过程的共性与个性1、原料共性：都是以铝硅酸盐〔粘土、长石等〕、硅质、石灰质、铝质原料为主。
个性：化学组成不同2、原料的破碎共性：绝大大都原料都需要破碎为什么绝大大都原料都需要破碎？因为为什么绝大大都原料都是质地坚硬的大块状物料，为了均化、烘干、配料等工艺过程的需要。
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等物质组成的材料，是除金属材料和有机高分子材料以外的
所有材料的统称。
无机非金属材料
胶凝材料
天然材料
玻璃
陶瓷
气硬性胶 水硬性胶 凝材料 凝材料
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普通 玻璃
特种 玻璃
合肥学院化学与材料工程系
普通 陶瓷
特种 陶瓷
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0.1.3 无机非金属材料的特性
在晶体结构上，无机非金属材料组成元素之间的化学键 主要为离子键或离子-共价混合键。与化学键为金属键的金属 材料和共价键的有机高分子材料相比，无机非金属材料有以下 特征： ❖ 具有复杂的晶体结构
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合肥学院化学与材料工程系
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（5）烘干
烘干是为了除去物料或坯体中一定量的自由水。
陶瓷成型后的坯体必须经过干燥，才能进入烧成。 （6）高温热处理
无机非金属材料工业所用原料具有很好的稳定性和耐 高温性，它们互相反应生成新的物质或使其形成熔融体， 必须在较高的温度下进行，因此大部分无机非金属材料生产 都需要高温热处理。
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（2）水泥的定义与分类
水泥的定义
凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在 空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维 材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。
水泥的分类 通用水泥：一般土木建筑工程通常采用的水泥；
按用途和性能分类 专用水泥：专门用途的水泥。
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合肥学院化学与材料工程系
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0 绪论
0.1 材料及无机非金属材料的定义与分类
0.1.1 材料的定义与分类 从广义的角度，材料定义为能够用以加工有用物质的物质。
材料分类 按性能、使用用途分类： 结构材料（受力，承载） 功能材料（半导体，超导体，以及光、电、声、磁、应力转换等）
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❖ 水泥浆具有良好的可塑性，与其它材料混合后的混和物可拥有 适宜的和易性。
❖ 较强的适应性。 ❖ 较好的耐侵蚀、防辐射性能。 ❖ 硬化后的水泥浆体具有较高的强度，且强度随龄期的延长而逐
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水泥的发明
19世纪初（1810~1824年），用人工配合粘土与石灰石 经煅烧、磨细以制造水硬性胶凝材料已经开始组织生产。 1824年，英国人阿斯普丁将粘土与石灰石配合烧制成块（熟 料），再经磨细而成水硬性胶凝材料，加水拌和后能硬化制 成人工石，并具有较高强度，其外观与当时建筑上常用的英 国波特兰岛上出产的岩石相似，故称之为“波特兰水泥” （Portland Cement)，并于1824年10月21日首先获得该产品 的专利权。
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按化学组成和显微结构特点分类：
金属材料
无机非金属材料
大坝
材料
有机高分子材料
复合材料
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0.1.2 无机非金属材料的定义与分类
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、硼酸盐和非氧化物
❖ 没有自由电子 ❖ 高熔点 ❖ 高硬度 ❖ 较好的耐化学腐蚀性 ❖ 绝大多数是绝缘体 ❖ 制成薄膜时大多是透明的 ❖ 一般具有低导热性 ❖ 大多数情况下变形微小
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合肥学院化学与材料工程系
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0.1.4 无机非金属材料生产过程的共性与个性
（1）原料 无机非金属材料的生产以铝硅酸盐（粘土、长石等）原料、
级配，同时在粉体制备过程中，物料得到进一步均化，这些因 素对产品的产量、质量有着极为重要的影响。
粉体制备主要应用于水泥和陶瓷生产过程。 （4）成型
无机非金属材料产品由于使用、进一步加工等过程的需要， 成型是生产的环节之一。
陶瓷成型在热加工之前；
玻璃成型在热加工之后；
水泥成型主要在使用时，如加工混凝土制品等。
程继海
合肥学院化学与材料工程系
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课 程 简 介
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计划学时：40学时
课程的目的与任务：加强学生的基础知识，拓宽知识面，全面系统地建立无机材 料工艺知识体系，培养智能型与复合型人才。
课程要求：具有扎实的基础知识。 全面系统地掌握无机材料的基本概念、 基本理 论、制备原理、生产过程的共性与个性及无机材料的基本性能。
特性水泥：某种性能比较突出的水泥。
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按组成分类：
硅酸盐水泥系列 铝酸盐水泥系列 氟铝酸盐水泥系列 硫铝酸盐水泥系列 铁铝酸盐水泥系列 其它:如 无熟料、少熟料水泥
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（3）水泥的基本特性
作为水硬性胶凝材料的水泥具有以下特性：
硅质（石英砂等）原料、石灰质原料、铝质原料等为主。 主要化学成分：CaO、SiO2、Al2O3、Na2O等。
（2）原料的破碎
无机非金属材料生产所用的主要原料，绝大多数是质地坚 硬的大块状物料，为了均化、烘干、配料等工艺过程的需要进 行破碎。
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（3）粉体制备 粉体具有较高的比表面积，一定的形状及一定范围的颗粒
成绩考核：N+2考核，其中N的内容为： 1.课堂测验(1) 2.课程阶段测试(1) 3.无机材料典型生产工艺调研报告(1)
主要参考资料： 《无机非金属材料工艺学》王琦主编，中国建材工业出版社 《无机材料工艺学》宋晓岚、叶昌、余海湖 ，冶金工业出版社 《水泥工艺学》 沈威等编著，武汉工业大学出版社 《玻璃工艺学》 西北轻工业学院主编，中国轻工业出版社 《陶瓷工艺学》 华南工学院等合编
并能胶结其拌他水物后料只能而在具空有气一定机械强度的物质，统泥称。为胶凝 材料，又称中中胶硬硬结化化料而，不如。能 石在 灰水 、
胶凝材料分类石膏等。
有机胶凝材料，如沥青，各种树脂等。
按组成物质分类 无机胶凝材料
水硬性胶凝材料 气硬性胶凝材料
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合肥学院化学与材料工程系
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用石灰、石膏 作为胶凝材料
高温热处理是整个生产过程中的核心。 ❖ 水泥煅烧 ❖ 陶瓷烧结 ❖ 玻璃熔融
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合肥学院化学与材料工程系
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0.2 典型无机非金属材料
0.2.1 胶凝材料 （1）胶凝材料的定义与分类
胶凝材料定义
拌水后既能在空
凡能在物理、化学作用下，从浆体变成坚气中固硬的化石又状能体在 ，
水中硬化，如水