碳化物、氮化物和硼化物
无机非金属材料复习重点
一．名词解释：无机非金属材料：无机非金属材料是由某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物及硅酸盐、铝酸盐等物质组成的材料。
陶瓷的显微结构是指各类显微镜所能观察到的结构相.显微结构描述结构中所有的相区及所包含的缺陷。
显微结构应包括: 晶粒和气孔的尺寸大小及分布，相组成及分布，晶界特性、缺陷及裂纹，还包括组成均匀性、畴结构等等。
高温荷重软化温度耐火材料的高温荷重软化温度也称为高温荷重变形温度，表示材料在温度与荷重双重作用下抵抗变形的能力，即指耐火材料试样在固定压力下，不断升高温度，试样发生一定变形量和坍塌时的温度。
不定形耐火材料是由合理级配的粒状和粉状料与结合剂共同组成的不经成型和烧成而直接供使用的耐火材料。
复合材料是指把两种以上在宏观上不同的材料，合理的进行复合，在新制得的材料中，原来各材料的特性得到充分的应用，并且得到了单一材料所不具有的新特性。
桥氧和非桥氧的概念。
（1）桥氧（或公共氧、非活性氧）：有限四面体群中连接两个Si4+的氧，其电价已饱和，一般不再与其它正离子配位。
（2）非桥氧（或非公共氧、活性氧）：有限四面体群中只有一侧与Si4+相连接的氧。
热容：是质点热运动的的能量随温度变化的一个物理量，是物体温度升高1K所需要增加的热量。
温度不同，物体的热容不一定相同。
电子显微分析：是利用聚焦电子束与试样相互作用所产生的各种物理信号，分析试样物质的微区形貌、晶体结构和化学组成的分析方法，包括透射电子显微分析、扫描电子显微分析和电子探针X射线显微分析等。
玻璃的概念：一般定义：经熔融冷却基本上不结晶的无机固体物质科学定义：具有玻璃转变现象的非晶态物质无机纤维：是由矿石与焦炭按比例经高温熔融经离心而产出。
二、简答题1、简述耐火材料主晶相与基质的两种结合形态陶瓷结合（硅酸盐结合）与直接结合。
陶瓷结合又称为硅酸盐结合，其结构特征是耐火制品主晶相之间由低熔点的硅酸盐非晶质和晶质联结在一起而形成结合，如普通镁砖中硅酸盐基质与方镁石之间的结合。
硬质合金
IVB、VB、VIB族金属的碳化物、氮化物、硼化物等，由于硬度和熔点特别高，征和应用。
硬质合金是怎样烧结而成的？
答硬质合金是将这种或多种难熔金属的碳化物和粘接剂金属，用粉末冶金方法制成的金属材料。
主要生产国家
世界上有50多个国家生产硬质合金，总产量可达27000～28000t-，主要生产国有美国、俄罗斯、瑞典、中国、德国、日本、英国、法国等，世界硬质合金市场基本处于饱和状态，市场竞争十分激烈。中国硬质合金工业是50年代末期开始形成的，60～70年代中国硬质合金工业得到了迅速发展，90年代初中国硬质合金总生产能力达6000t，硬质合金总产量达5000t，仅次于俄罗斯和美国，居世界第3位
除碳原子外，氮原子、硼原子也能进入金属晶格的空隙中，形成间充固溶体。它们与间充型碳化物的性质相似，能导电、导热、熔点高、硬度大，同时脆性也大。
硬质合金的基体由两部分组成：一部分是硬化相；另一部分是粘结金属。
硬化相是元素周期表中过渡金属的碳化物，如碳化钨、碳化钛、碳化钽，它们的硬度很高，熔点都在2000℃以上，有的甚至超过4000℃。另外，过渡金属的氮化物、硼化物、硅化物也有类似的特性，也可以充当硬质合金中的硬化相。硬化相的存在决定了合金具有极高硬度和耐磨性。
硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金广泛用作刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料。现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的数百倍。
无机非金属材料的分类
无机非金属材料的分类无机非金属材料是指不含金属元素的无机材料，包括陶瓷、玻璃、高分子材料等。
根据其化学成分和结构特点，可以将无机非金属材料分为以下几类：1. 氧化物材料氧化物材料是指由氧元素和其他元素组成的化合物，如二氧化硅、氧化铝、氧化锌等。
这类材料具有高熔点、高硬度、高耐腐蚀性等特点，广泛应用于电子、光学、陶瓷等领域。
2. 碳化物材料碳化物材料是指由碳元素和其他元素组成的化合物，如碳化硅、碳化钨等。
这类材料具有高硬度、高耐磨性、高耐高温性等特点，广泛应用于切削工具、陶瓷等领域。
3. 氮化物材料氮化物材料是指由氮元素和其他元素组成的化合物，如氮化硅、氮化铝等。
这类材料具有高硬度、高耐磨性、高耐高温性等特点，广泛应用于电子、光学、陶瓷等领域。
4. 硼化物材料硼化物材料是指由硼元素和其他元素组成的化合物，如硼化硅、硼化铝等。
这类材料具有高硬度、高耐磨性、高耐高温性等特点，广泛应用于切削工具、陶瓷等领域。
5. 硅酸盐材料硅酸盐材料是指由硅元素、氧元素和其他元素组成的化合物，如石英、长石等。
这类材料具有高硬度、高耐磨性、高耐高温性等特点，广泛应用于建筑、陶瓷等领域。
6. 玻璃材料玻璃材料是指由硅元素、氧元素和其他元素组成的无定形物质，如玻璃、光纤等。
这类材料具有透明、硬度低、易加工等特点，广泛应用于光学、建筑、电子等领域。
总之，无机非金属材料具有多种不同的分类方式，每种分类方式都有其独特的特点和应用领域。
在未来的发展中，无机非金属材料将继续发挥重要作用，为各个领域的发展做出贡献。
高考化学传统无机材料与新型无机材料
高考化学传统无机材料与新型无机材料
无机材料一般可以分为传统的和新型的两大类。
传统的无机材料主要是以SiO2及其硅酸盐化合物为主要成分制成的材料，因此又被称为硅酸盐材料，包括陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等。
此外，搪瓷、磨料、铸石（辉绿岩、玄武岩等）、碳素材料、非金属矿（石棉、云母、大理石等）也属于传统的无机材料。
新型无机材料则是用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。
主要包括新型陶瓷、特种玻璃、人工晶体、半导体材料、薄膜材料、无机纤维、多孔材料等。
总的来说，传统无机材料和新型无机材料在成分、制备工艺和应用领域等方面存在显著差异。
传统无机材料以硅酸盐为主要成分，历史悠久，制备工艺相对简单，但应用范围有限。
新型无机材料则更加多样化，可以通过特殊的先进工艺制备出高性能的材料，应用范围广泛，具有巨大的发展潜力。
半导体的结构类型
半导体的结构类型
半导体是一种介于导体和绝缘体之间的材料，其电子结构决定了其导
电性质。
半导体的结构类型可以分为两类：共价键型和离子键型。
共价键型半导体
共价键型半导体是由元素硅（Si）和锗（Ge）构成的。
在这些材料中，原子通过共价键相互连接，形成晶格结构。
每个原子都有四个电子与
邻近原子形成共价键，因此这些材料也被称为四面体晶系。
在室温下，共价键型半导体中的电子几乎没有足够的能量跃迁到传导
带中。
只有在施加外部能量或加热时，才会激发出足够的电子跃迁到
传导带中，从而产生电流。
离子键型半导体
离子键型半导体包括硼化物、氮化物和碳化物等化合物。
这些材料由
正负离子相互连接而成，因此被称为离子晶体。
与共价键型半导体不同，在室温下离子键型半导体中就已经存在足够
数量的自由电荷载流子（即空穴和电子），因此这些材料具有较高的
导电性。
总结
总体来说，半导体的结构类型可以分为共价键型和离子键型两类。
共价键型半导体由元素硅和锗构成，原子通过共价键相互连接；离子键型半导体由硼化物、氮化物和碳化物等化合物构成，由正负离子相互连接。
两种类型的半导体在室温下都不具备足够的电流传输能力，需要外部能量激发才能产生电流。
特种陶瓷分类的依据及方法(多图)
科众陶瓷是一家专业生产加工工业陶瓷的厂家，包括氧化锆陶瓷、氧化铝陶瓷、碳化硅陶瓷等。
特种陶瓷分类很多，那下面跟随科众陶瓷一起来看看特种陶瓷分类有哪些吧。
特种陶瓷科众陶瓷生产的特种陶瓷是一种拥有优异性能的陶瓷，被广泛应用于工业等方面。
下面我们一起来看看吧。
一、特种陶瓷按照化学组成划分有：氧化物陶瓷氧化物陶瓷：氧化铝、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化铍、氧化锌、氧化钇、二氧化钛、二氧化钍、三氧化铀等。
氮化物陶瓷氮化物陶瓷：氮化硅、氮化铝、氮化硼、氮化铀等。
碳化物陶瓷碳化物陶瓷：碳化硅、碳化硼、碳化铀等。
硼化物陶瓷硼化物陶瓷：硼化锆、硼化镧等。
硅化物陶瓷硅化物陶瓷：二硅化钼等。
氟化物陶瓷氟化物陶瓷：氟化镁、氟化钙、三氟化镧等。
硫化物陶瓷硫化物陶瓷：硫化锌、硫化铈等。
其他还有砷化物陶瓷，硒化物陶瓷，碲化物陶瓷等。
特种陶瓷特种陶瓷材料根据所需的特性不同，可作为机械材料、耐热材料、化学材料、光学材料、电气材料和生物医学材料，在不同的领域得到广泛的应用。
二、根据性能及用途的不同，特种陶瓷可分为结构材料用陶瓷(主要是用于耐磨损、高强度、耐热、耐热冲击、高刚性、低热膨胀性和隔热等结构陶瓷材料) 和功能陶瓷(包括电磁功能、光电功能和生物—化学功能等陶瓷制品和材料，另外还有核陶瓷材料和其他功能材料等)两大类。
此外，为了改善陶瓷的性能，有时要在陶瓷基体中添加各种纤维、晶须、超细微粒等，这样就构成了多种陶瓷基复合材料。
以上就是有关于特种陶瓷分类的相关信息，你了解特种陶瓷分类了吗？更多关于特种陶瓷分类的内容欢迎咨询科众陶瓷。
氮化硼及碳化硼
氮化硼氮化硼（BN）是一种由相同数量的氮原子和硼原子组成的双化合物，因此它的实验式是BN。
氮化硼和碳是等电子的，并和碳一样，氮化硼是多形的：其中一形体类似于钻石而另一个则类似于石墨。
类似于钻石的形体是现时所知的几乎最硬的物质，即立方氮化硼；类似于石墨的形体是一种十分实用的润滑剂，即六方氮化硼。
一.六方氮化硼1.1简介形态相似于石墨的氮化硼，也称六方氮化硼、h-BN、α-BN或g-BN （graphitic BN），有时也称“白石墨”，它是最普遍使用的氮化硼形态。
和石墨相似，六方形态是由许多片六边形组成。
这些薄片层与层之间的相关结构（registry）不同，但是从石墨的排列模式中看出，这是由于硼原子在氮原子上面使氮化硼的原子变成椭圆的。
如此结构反映出硼—氮链的极性。
氮化硼中较低的共价性质，使它成为导电性相对于石墨较低的半金属，电在它六边形薄片中pi-链的网络中流通。
六方氮化硼的缺乏颜色，显示较低的电子离域性，表示其能隙较大。
六方氮化硼在极低和极高（900℃）的温度甚至是氧气下都是一种很好的润滑剂，它在石墨的导电性和与其它物质的化学反应造成困难时特别有用。
由于它的润滑机理并不涉及到层面之间的水分子，氮化硼润滑剂还可以在真空下使用，如在太空作业时。
六方氮化硼在空气中高达1000℃、真空中1400℃和在惰性气体中2800℃都仍然稳定，也是其中一种导热性最好的绝缘体。
它对多数物质都不产生化学反应，也不被许多融化物质所沾湿（如：铝、铜、锌、铁和钢、铬、硅、硼、冰晶石、玻璃和卤化盐）。
1.2制备工艺：①国内传统的合成方法是无水硼砂与氯化铵或尿素等混合后，1000℃下在管式炉中于氨气保护下反应，再经水洗、酸洗得到氮化硼产品。
Na2B4O7+2NH4Cl+NH3=4BN+2NaCl+7H2O②使用无水硼砂和三聚氰胺作为硼源及氮源进行反应，制得氮化硼，其反应式为：此方法与上述方法合成出的产品有所不同，其合成出的六方结晶形态不完整，有些外国厂商认为此方法合成出的氮化硼为六方乱层结构（hexagonal turbostratic crystals），也简称为t-BN，由于该种氮化硼的结晶在低温下不完整，当在高温（1600-2000℃）下，其结晶反而会生长的较大且完整，因此该方法生产出的产品如经过高温精制工序，会生成3-5微米的较大结晶。
常见九种典型的晶体结构
TiSe2, TiTe2, SnS2, MnI2, NiTe2, PdTe2, PtS2,
CdI2, MgI2, CaI2, CoBr2, FeBr2, FeI2, ZrS2,
ZrSe2, MnBr2等。 具有反CaI2结构的物质有：
Ag2F，B2O， Ni2C
4 萤石结构
空间群：Fm3m，立方面心结构。 Ca分布于晶胞的角顶及面心；F分布在晶胞8等分 之后每个小立方体的中心。
BaTiO3 NaWO3 CaSnO3 CsPbO3 KZnF3
NaNbO3 LaVO3 BaZrO3 KFeF3 PbCsCl3
更有意义的是具有钙钛矿衍生结构的物质
如PbTiO3
(1) Pb-O键 长不相等。 中间的4个 为2.80A， 下面的4个 为2.51A， 上面的4个 为3.24A
物质名称 化学式 金刚石 C 0.3567 10 单晶硅 Si 0.5431 7 锗 Ge 0.5623 6 α锡 Sn 0.6489 5
a0/nm
H
D / g/cm3 颜色 熔点(‴)
主要用途
3.51 无色 3550
超硬材料
2.336 黑色 1410
半导体材料
5.47 淡灰色 958
半导体材料
5.77 白色 937
具有尖晶石型结构的部分物质
Fe3O4 γ -Fe2O3 VMn2O4 LiTi2O4 NiAl2O4 CoAl2O4 ZnAl2O4 Co3O4 GeCo2O4 NiGa2O4 Co3S4 TiZn2O4 VZn2O4
MgGa2O4 NiCo2S4
MnFe2O4 MnTi2O4 MgFe2O4 ZnCr2O4 Ti Fe2O4 CoCr2O4
阴离子配位立方体：全部共棱形成萤石结构。 [CaF8] 配位立方体沿3维方向相间排列而成。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
小
结
碳化物、氮化物和硼化物对于钢件表面 处理有重要意义。把N、B、C等渗入低 碳钢的表面层，能增强其硬度和抗腐蚀 的性能，而其内部仍保持可塑性和韧性。
14
15
陶 瓷
6
碳化物—碳化硅
碳化硅的性质: SiC有两种晶型：－SiC 和－SiC。－ SiC真密度为3.21g/cm3 和－SiC真密度为 3.22g/cm3。热膨胀系数2.3410-6/C。碳
化硅高于2400C开始分解为蒸气和C。
碳化硅的化学稳定性好，耐酸侵蚀性强。 1000 C开始氧化，1700 C迅速分解。 用途：磨料，耐火材料。
3
碳化物性质
4
如何划分硬度
除金刚石硬度为十莫氏硬度外，其它硬质 金属、硬质合金或硬质化合物常用显微硬 度表示，两者关系如下表： 莫氏硬度 显微硬度 （㎏· ㎜-2） 7 820 8 1340 9 1800 10 7000
5
碳化物
种类很多，碳与过渡金属、 碱土类元素、非金属元素和 稀土元素反应生成碳化物。 合成方法：1）金属与碳粉 直接化合；2）金属与碳气 体作用；3）碳和金属氧化 物作用。 代表物：碳化硅（SiC）， 碳化钛（TiC）
11
氮化物—氮化硅
硼化物
高熔点金属的硼化物一般具有2000~3000 ℃ 的高熔点，电阻低，强度高，难发挥，稳定性 高，高温下易氧化，必须在中性或还原性气氛 中使用。是真空中唯一可以使用到2500 ℃以 上的耐高温材料。 耐火原料：ZrB、TiB2等。 代表物：硼化锆。
12
硼化物—硼化锆
硼化锆制品：在Zr-B系统中存在三个硼化物，即 ZrB，ZrB2和ZrB12，其中ZrB2是在很宽的温度 范围内最稳定的化合物。 ZrB2合成： 1） 3ZrO2+B4C+8C+B2O3 = 3ZrB2+9CO 2） Zr(OH)2+B(氢气中还原BCl3)=ZrB2+H2O 用途：高温热电偶套管，电极材料，坩埚，火箭 喷嘴等。
第六章 元素和某些无机化合物
第三节 非金属及其某些化合物
初教院 小教理 11-2班 柴叶君
1
四、碳化物、氮化物和硼化物 内容简介
本节课学习内容包括: 碳化物 氮化物 硼化物
人民教育出版社出版 大学本科小学教育专业教材P287~P289
2
半径较小的碳原子、氮原子和硼原子会进入到过 渡金属晶体的间隙中 （1）当碳、氮、硼的含量小于过渡金属溶解度 时会形成金属固溶物，原金属晶格不发生变化； （2）当碳、氮、硼的含量大于过渡金属溶解度 时则会形成金属化合物（或间隙化合物），原金 属晶格也就发生了变化。 总结：原子半径大于130pm的过渡金属才能与碳氮 硼形成间隙化合物，其共同特点是：不透明，有 金属光泽，熔点极高，硬度大，能导电、导热且 有化学惰性，但比较脆。所有碳化物中性能最好的一种，高熔点， 高抗氧化性，密度小，硬度高。密度为 4.93g/cm3,熔点3107℃，热膨胀系数 7.7×10-6 ℃-1（20-1000 ℃），热导率 24.3W/m ℃，电阻率58×106欧姆每厘米， 耐压强度1352Mpa。 用途：金属陶瓷，火箭零件，燃气轮机叶片， 热电偶保护管（2500 ℃，还原或惰性气氛 中）。
8
氮化物
元素周期表中Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ族金属元素的氮化物 熔点高，硬度大，但 Ⅵ族（Cr、Mo、W）的 氮化物在1500 ℃以上的分解压较高，不宜作 耐火材料，与此相反，B、Be、Si及La、Ac 系的元素可制成稳定的高熔点氮化物。 代表物：BN和Si3N4。
9
氮化物—氮化硼
氮化硼（BN）制品：立方和六方晶系两种。立方 氮化硼硬度大，六方氮化硼构造类似石墨，可作耐 热润滑剂。熔点高（>3000℃）,硬度高，良好的 电绝缘性，良好的热震稳定性 。 合成方法： 1）硼砂（Na2B4O7）+氯化铵（NH4Cl）在氨 气下反应合成； 2）BCl3和氨气的混合气体在1600-1900℃ 高 温下合成； 3）用硼酸与白垩混合加热制块，粉碎后与 NH4Cl配料，在NH3介质中合成； 4）硼粉在高温下与氮气反应。 用途：熔炼贵金属的坩埚，高温热电偶保护管等。
10
氮化硅制品： －Si3N4 和－Si3N4两种，均 属六方晶系。氮化硅硬度大，热膨胀系数小，热 震稳定性好，化学性质稳定，耐各种熔融金属的 侵蚀，抗氧化性好（1200 ℃）。 合成方法： 1）硅粉在氮或氨气中加热到1200 ℃ ~1450 ℃ 反应合成；（ －Si3N4 ） 2）还原、氮化SiO2原料，在氮气中加热反应 合成。 （ －Si3N4） 用途：熔炼坩埚，陶瓷发动机叶片、高温轴承、切 削工具等。