第一篇：無機(jī)非金屬材料教案

●教學(xué)目標(biāo)

1.使學(xué)生對(duì)硅酸鹽工業(yè)及一些產(chǎn)品和新型無機(jī)非金屬材料有大致印象。

2.使學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)在社會(huì)、生活、生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)中的重要作用。用科學(xué)的奇妙和威力激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

3.通過介紹我國材料科學(xué)發(fā)展的成就，對(duì)學(xué)生進(jìn)行愛國主義教育。

4.通過社會(huì)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)新型材料的要求，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感?！窠虒W(xué)重點(diǎn)

水泥、玻璃、陶瓷工業(yè)的發(fā)展及其在現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)中的主要地位 新型無機(jī)非金屬材料的特點(diǎn)、用途和發(fā)展 ●教學(xué)難點(diǎn)

激發(fā)學(xué)生的求知欲

培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的情感 ●課時(shí)安排 2課時(shí)

●教學(xué)方法

實(shí)物展示、啟發(fā)誘導(dǎo)、引導(dǎo)歸納、自學(xué)、講述、實(shí)驗(yàn) ●教學(xué)用具 錄像機(jī)、投影儀 普通玻璃片、紅色玻璃片、藍(lán)色玻璃片各一塊，普通玻璃管、被碰損的搪瓷碗或杯，稀鹽酸、酒精噴燈、火柴、圖片、高壓鈉燈、光導(dǎo)纖維玩具。●教學(xué)過程 第一課時(shí)

［引言］請(qǐng)同學(xué)們看以下一些住宅圖，并注意它們各自的構(gòu)成材料。［圖片展示］圖片1：原始人居住的洞穴 圖片2：用茅草搭起來的房屋

圖片3：用樹枝、泥巴蓋起來的房子

圖片4：用石頭砌起來的石屋，用木棍、木板搭起來的房子 圖片5：用磚、水泥等蓋的住宅 圖片6：高樓大廈

圖片7：現(xiàn)代居室（包括電視機(jī)、音響、電腦等）［問］大家看了這些圖片以后，想到了什么? ［生］甲：人類社會(huì)是越來越進(jìn)步的。乙：所用材料越來越高級(jí)。丙：人類智慧的力量是無窮的。

?。喝祟惪梢栽谧匀粭l件材料的基礎(chǔ)上進(jìn)行再加工。

戊：人類加工自然資料的技術(shù)越來越高，以至于根本看不出它們的本來面目。??

［師］大家回答得很好。以上圖片說明這樣一個(gè)事實(shí)，即在人類社會(huì)發(fā)展的過程中，大自然饋贈(zèng)予人類的材料（如泥土、木材、石頭等），已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人類社會(huì)發(fā)展的需求。為了人類自身發(fā)展的需要，人們總是在大自然的饋贈(zèng)之外，用自己的聰明才智和勤勞的雙手，不斷地研制、創(chuàng)造著各種各樣的新材料，以滿足人類物質(zhì)文明和科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的需要。人類使用和制造材料有著悠久的歷史，從制造出第一種材料——陶開始，發(fā)展到今天，材料的品種越來越多，各種材料組成了一個(gè)龐大的材料家族。在材料家族中，有一類非常重要的材料叫無機(jī)非金屬材料。［板書］第三節(jié) 無機(jī)非金屬材料

［引言］請(qǐng)大家看錄像機(jī)展示的這些物品。

［錄像機(jī)展示］水泥、住宅玻璃、汽車、火車的車窗玻璃、擋風(fēng)玻璃、各種顏色的玻璃、光學(xué)儀器玻璃、器皿玻璃、缸、罐、茶具、瓷質(zhì)餐具、衛(wèi)生設(shè)施、藝術(shù)飾品。［板書］

一、硅酸鹽材料

［師］首先，我們來了解一下水泥的有關(guān)知識(shí)。［板書］1.水泥

［師］水泥是一種非常重要的建筑材料。請(qǐng)大家閱讀課本有關(guān)內(nèi)容，并填寫下表。［投影展示］水泥

主要原料主要設(shè)備反應(yīng)條件普通水泥的主要成分主要性質(zhì)

［學(xué)生閱讀完課本后，可由學(xué)生回答，教師填寫上表］ 答案：

［師］由上表可以看出，水泥最主要的性質(zhì)是水硬性。即跟水混合攪拌并靜置后，很容易凝固變硬，由于水泥具有這一優(yōu)良特性，被用作建筑材料。又由于它在水中也能硬化，因此是水下工程必不可少的材料。

［問］建筑用粘合劑——水泥沙漿的成分是什么？ ［生］是水泥、沙子和水的混合物。［問］混凝土又是由什么做成的呢？ ［生］是由水泥、沙子和碎石混合而成。

［師］目前，我國已成為世界上生產(chǎn)和使用水泥制品最多的國家。大家知道嗎？解放前我國的水泥曾被稱為“洋灰”，就是現(xiàn)在，也仍然還能聽到這種叫法。叫“洋灰”的原因是什么呢？

同學(xué)們能否從下面的圖表得到啟示呢？ ［投影展示］

1949~1998年我國水泥年產(chǎn)量示意圖

［學(xué)生看圖后回答］因?yàn)榻夥徘拔覈乃喈a(chǎn)量小，所使用的水泥主要靠外國進(jìn)口。［師］很正確。希望同學(xué)們現(xiàn)在能好好學(xué)習(xí)，將來在各個(gè)領(lǐng)域有很好的作為，以使這個(gè)“洋”字在我國越來越少，最后消失。

［過渡］水泥的知識(shí)我們就了解這些。下面我們就來學(xué)習(xí)在我們工作和生活中隨處可見的物質(zhì)——玻璃。［板書］2.玻璃

［師］請(qǐng)大家閱讀課本p150有關(guān)玻璃的內(nèi)容，并填寫下表。［投影展示］玻璃

主要用料反應(yīng)條件玻璃窯中發(fā)生的主要反應(yīng)成分

［學(xué)生閱讀完課本后，由學(xué)生回答，教師填寫上表］ 純堿 石灰石 na2sio3 sio2 ［師］上表所反映的是制造普通玻璃時(shí)所用的原料、主要反應(yīng)及普通玻璃的主要成分。［問題探究］據(jù)強(qiáng)酸制弱酸的規(guī)律，上述玻璃窯中發(fā)生的反應(yīng)，能否證明硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)呢？ ［生甲］能

［生乙］不能。強(qiáng)酸制弱酸的規(guī)律僅適用于溶液中進(jìn)行的反應(yīng)，而且，從碳和硅在周期表中的位置推斷，應(yīng)該是碳酸酸性強(qiáng)于硅酸。

［師］生乙回答的很準(zhǔn)確。二氧化硅能與碳酸鈣和碳酸鈉反應(yīng)生成二氧化碳，是由于該反應(yīng)的反應(yīng)物均為固體，在高溫下發(fā)生反應(yīng)時(shí)，生成的二氧化碳?xì)怏w脫離反應(yīng)體系使反應(yīng)得以進(jìn)行，但這不能說明硅酸的酸性比碳酸強(qiáng)，酸性強(qiáng)弱的本質(zhì)是酸電離出氫離子的難易程度。我們已學(xué)的復(fù)分解反應(yīng)的規(guī)律，僅是適用于溶液里的反應(yīng)，不能套用高溫條件下物質(zhì)之間的反應(yīng)。

［問題探究］有關(guān)氫氟酸的反應(yīng)可否在玻璃容器中進(jìn)行？

［生］不能。玻璃中含有sio2，sio2 能與氫氟酸反應(yīng)（4hf+sio2====sif4↑+2h2o），而使玻璃被腐蝕。

［展示一小塊普通玻璃］ ［問］大家看，這是一塊普通玻璃，當(dāng)我們把若干塊普通玻璃疊加，或從側(cè)面看這塊玻璃時(shí)，它都是綠色的。為什么？

［生］因?yàn)樵现谢煊卸r(jià)鐵的緣故。［展示一塊紅色玻璃，一塊藍(lán)色玻璃］

［問］它們和我剛才取的那塊普通玻璃的顏色不一樣，是什么造成了它們的這種差別呢？ ［師］很好。也就是說在制造玻璃的過程中，當(dāng)我們加入某些金屬氧化物時(shí)（如二氧化錳、二氧化錫等），會(huì)使玻璃呈現(xiàn)不同的顏色。

［問］請(qǐng)大家根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，說一下普通玻璃的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)是什么？ ［生甲］玻璃的透光性能好，但易碎，并且易傷人。

［生乙］玻璃的透明度高，比如可以讓我們看見試管里或燒瓶里的反應(yīng)，還可以看見商店櫥窗里的東西。

［生丙］用玻璃制成的物品美觀，但就是不結(jié)實(shí)，如窗戶上的玻璃，很容易被打破。［生?。莶ＡР荒蜔?，開水都能把它炸裂。??

［師］大家說得都很好。也正是為了讓玻璃“棄惡揚(yáng)善”，玻璃專家們進(jìn)行了深入的研究，并不斷地制成有各種各樣性能的特種玻璃。如石英玻璃、光學(xué)玻璃、玻璃纖維、鋼化玻璃等。［投影展示］

幾種玻璃的特性和用途 種類特性用途

普通玻璃在較高溫度下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等

石英玻璃膨脹系數(shù)小，耐酸堿，強(qiáng)度大，濾光化學(xué)儀器；高壓水銀燈、紫外燈等的燈殼；光導(dǎo)纖維、壓電晶體等

光學(xué)玻璃透光性能好，有折光和色散性眼鏡片；照相機(jī)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡用凹凸透鏡等光學(xué)儀器

玻璃纖維耐腐蝕、不怕燒、不導(dǎo)電、不吸水、隔熱、吸聲、防蟲蛀太空飛行員的衣服、玻璃鋼等

鋼化玻璃耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度大、質(zhì)輕、抗震裂運(yùn)動(dòng)器材；微波通訊器材；汽車、火車窗玻璃等 ［師］（手取一根玻璃管）大家看，這是由普通玻璃做成的一根玻璃管，現(xiàn)在，我把它放在酒精噴燈上灼燒，請(qǐng)大家看發(fā)生的現(xiàn)象。

［演示實(shí)驗(yàn)］取一根玻璃管，置于燃著的酒精噴燈上，燒軟后把玻璃管拉成兩支尖嘴管。［問］大家看到了什么？

［生］玻璃受熱、變軟，可拉細(xì)。

［師］實(shí)驗(yàn)室里的膠頭滴管就是這樣制出來的。這說明普通玻璃在高溫時(shí)易軟化、變形。但如果我們?cè)诓Ａ萜髦羞M(jìn)行的是高溫下的化學(xué)反應(yīng)，普通的玻璃儀器顯然是不能滿足要求的，這時(shí)我們可以用能承受較高溫度的石英玻璃容器。石英玻璃的主要成分是二氧化硅，它的膨脹系數(shù)小，不怕溫度的驟然變化，而且具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性，所以是一種制作高溫容器的良好材料。

［講述］鋼化玻璃是將普通玻璃在電爐里加熱軟化后急速冷卻而成的。其成分與普通玻璃一樣，但經(jīng)這樣處理后，玻璃的內(nèi)應(yīng)力消失，機(jī)械強(qiáng)度增大，不易破碎。一旦破碎，碎塊也沒有尖銳的棱角，不易傷人，是一種安全玻璃。

玻璃纖維是由熔融玻璃拉成或吹成的纖維，是玻璃鋼中的增強(qiáng)材料。玻璃鋼，是一種復(fù)合材料，質(zhì)輕而堅(jiān)硬，機(jī)械強(qiáng)度可與鋼材相比，因此得名。

光學(xué)玻璃又稱鉛玻璃，它與普通玻璃成分不相同，主要由硅酸鉀、硅酸鉛和石英組成。生產(chǎn)中對(duì)原料純度要求高、不能含有氧化鐵等雜質(zhì)，熔制過程要嚴(yán)格控制工藝，并采取攪拌等措施，排凈氣泡，保證料液高度均勻，只有這樣，才能使制成的玻璃質(zhì)地均勻，有很好的折光性等光學(xué)性能。

有關(guān)這幾種玻璃的特性和用途，請(qǐng)大家參看上面投影。

［問］看起來晶瑩透明的玻璃是不是晶體呢？請(qǐng)大家思考后回答，說出判斷的依據(jù)。［生甲］是。晶體都能反光，玻璃也能反光，所以是。

［生乙］是。因?yàn)椴Ａ且粋€(gè)規(guī)則的形體，看起來也是亮晶晶的。［生丙］不是。晶體都有規(guī)則的幾何形狀，玻璃沒有。［生丁］不是。晶體都有固定的熔點(diǎn)，而玻璃沒有。??

［師］好?？磥泶蠹叶己軔蹌?dòng)腦思考。事實(shí)上，玻璃不是晶體。因?yàn)榫w的外表特征是有一定的、整齊的、有規(guī)則的幾何外形（當(dāng)然，構(gòu)成晶體的那個(gè)最小的單元是我們?nèi)庋劭床灰姷模?，它有固定的熔點(diǎn)。而玻璃是介于結(jié)晶態(tài)和無定形態(tài)之間的一種物質(zhì)狀態(tài)，我們把它叫做玻璃態(tài)。

它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：它的粒子不像晶體那樣有嚴(yán)格的空間排列，但又不像無定形體那樣無規(guī)則排列，而是“短程有序、遠(yuǎn)程無序”。即從小范圍來看，它有一定的晶型排列；從整體來看，卻像無定形的物質(zhì)那樣是無晶形的排列規(guī)律。所以玻璃態(tài)物質(zhì)沒有一定的熔點(diǎn)，而是在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化變?yōu)橐簯B(tài)。

［過渡］上面我們學(xué)了水泥和玻璃。下面我們?cè)賮砹私庖幌掠烧惩粒ㄖ饕煞质枪杷猁}）做原料制成的產(chǎn)品——陶瓷。［2板書］3.陶瓷

［師］請(qǐng)同學(xué)們閱讀教材上“陶瓷”這一部分內(nèi)容，并了解以下知識(shí)。［投影展示］陶瓷

主要原料生產(chǎn)過程反應(yīng)條件種類性能

［上表可由學(xué)生閱讀課本后回答，教師填寫］

粘土①混合 ②成型 ③干燥 ④燒結(jié) ⑤冷卻高溫土器、陶器炻器、瓷器抗氧化、抗酸堿腐蝕耐高溫、絕緣、易成型

［問］我國最為著名的陶器產(chǎn)地在什么地方？有什么之稱？ ［生］江蘇宜興。有陶都之稱。

［師］陶器的產(chǎn)生是人類發(fā)展史上的一塊里程碑，是人類最早不用大自然的現(xiàn)成材料而制成的器具，制陶技術(shù)可以說是最古老的材料技術(shù)，是人類材料技術(shù)的發(fā)端。因此，恩格斯把陶器的出現(xiàn)作為新石器時(shí)代開始的標(biāo)志。

我國是世界上最早生產(chǎn)陶器的國家。有黑陶、白陶、彩陶等多個(gè)品種。陜西臨潼出土的秦始皇兵馬俑，被人們稱作“世界奇觀”，它們就是在燒成的陶胎上進(jìn)行彩繪而制成的，稱為彩繪陶，其工藝水平令世人嘆為觀止。

制瓷器的要求比制陶器高，它需要純凈的粘土作原料，燒制溫度也相對(duì)高一些。因此，瓷器比陶器瓷體白凈，質(zhì)地致密。

［問］我國素有“瓷都”之稱的地方在哪里？ ［生］江西景德鎮(zhèn)。

［師］對(duì)。景德鎮(zhèn)所燒制的薄胎瓷器被譽(yù)為：“潔如玉、明如鏡、薄如紙、聲如磬?！笨梢娪卸嗝吹木铝?。

［問］對(duì)于一般燒制的陶瓷制品，有什么共同的缺陷呢？ ［生甲］表面比較粗糙，而且有不同程度的滲透性。［生乙］容易碰破而損壞！［問］怎樣彌補(bǔ)？

［生］燒制前在坯體表面涂上一層釉，使成品光滑，不滲水。［師舉起一個(gè)搪瓷杯，上有破損］

［師］大家看，這個(gè)杯的外殼就是陶瓷，里面是鐵，它的陶瓷表面破損后，露出了其廬山真面目——鐵（呈褐色）。下面，我往這個(gè)杯里加酸，大家看有什么現(xiàn)象。［演示］在搪瓷杯里加稀鹽酸，并使酸接觸破損處。［請(qǐng)坐在前面的同學(xué)說一下觀察到的現(xiàn)象］

［生］酸遇搪瓷，無現(xiàn)象；當(dāng)酸接觸破損處時(shí)有氣泡產(chǎn)生。［問］大家知道這氣泡是什么嗎？怎么產(chǎn)生的？

［生］氣泡是氫氣。是酸與鐵發(fā)生了反應(yīng)而生成的。［問］這說明陶瓷有什么性質(zhì)？起什么作用？

［生］說明陶瓷耐腐蝕，不和酸反應(yīng)，但比較脆，易被碰損。在此起保護(hù)和裝飾作用。［師］回答得很好。關(guān)于陶瓷，科學(xué)家們一直在探索著揚(yáng)長避短的制作技術(shù)，并已取得了很大的進(jìn)展和突破。下節(jié)課我們將介紹這方面的知識(shí)。

思考：在多年使用的廚房里，久未更換的玻璃往往失去光澤，嚴(yán)重的還會(huì)形成白色斑點(diǎn)，這種現(xiàn)象化學(xué)上叫做“堿析”，產(chǎn)生堿析的化學(xué)方程式為___________________。

［小結(jié)］本節(jié)課我們以水泥、玻璃、陶瓷為例，簡單介紹了硅酸鹽材料，它們均是以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)過一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)變化而得到的產(chǎn)品。［布置作業(yè)］課本習(xí)題：

2、3 ●板書設(shè)計(jì)

第三節(jié) 無機(jī)非金屬材料（第一課時(shí)）

一、硅酸鹽材料 1.水泥 2.玻璃 3.陶瓷 ●教學(xué)說明

本節(jié)課在知識(shí)的理解上，并無難點(diǎn)。難的是如何真正激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并讓其產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲。如若單純地讓學(xué)生去自學(xué)這部分知識(shí)，學(xué)生很容易讀懂，但日后的印象會(huì)如過眼煙云；若只是教師講述，學(xué)生會(huì)有單調(diào)乏味之感?；谝陨峡紤]，采取錄像展示（展示的資料很容易得到，且可不拘一格）、實(shí)物展示、學(xué)生自學(xué)、歸納、教師激疑引導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)問答等教學(xué)方法，以激活學(xué)生思維。如通過演示酸與搪瓷器具的反應(yīng)，可讓學(xué)生對(duì)陶瓷具有抗腐蝕性有較深的印象。另外，在課堂上還補(bǔ)充了一些課外知識(shí)，以擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面，讓他們愉快地接受知識(shí)。

建議教師在平時(shí)要注意多搜集資料，以使課堂內(nèi)容更加豐富、生動(dòng)。

第二篇：無機(jī)非金屬材料

緒論

1.在晶體結(jié)構(gòu)上，某結(jié)合力主要包括離子鍵，共價(jià)鍵或離子共價(jià)鍵混合離子。由于這些化學(xué)鍵的特點(diǎn)，例如高的鍵能和強(qiáng)大的鍵極性等，賦予了這一大類材料以高熔點(diǎn)，高強(qiáng)度，耐磨損，高硬度，耐腐蝕及抗氧化的基本屬性和寬廣的導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性，透光性以及良好的鐵電性，鐵磁性和壓電性等特殊性能，高溫超導(dǎo)性也是新近在這類材料上發(fā)現(xiàn)的。

2.在化學(xué)組成上，隨著無機(jī)新材料的發(fā)展，無機(jī)非金屬材料已不局限于硅酸鹽還包括其他含氧酸鹽，氧化物，氮化物，碳與碳化物，硼化物，氟化物，硫系化合物，硅，鍺，Ⅲ-V族及Ⅱ-VI族化合物等，其形態(tài)和形狀也趨于多樣化，復(fù)合材料，薄膜，纖維，單晶和非晶材料占有越來越重要的地位。

第一章 玻璃的結(jié)構(gòu) 和性質(zhì) 玻璃的結(jié)構(gòu)

晶態(tài)：周期性，對(duì)稱性，幾何形態(tài)，質(zhì)點(diǎn)排列，自限性，均一性，異向性，穩(wěn)定性，遠(yuǎn)程有序。非晶態(tài)：進(jìn)程有序，遠(yuǎn)程無序。玻璃的通性

1）各向同性

2）介穩(wěn)性：

玻璃是由熔體急劇冷卻而得，由于在冷卻過程中粘度急劇增大，質(zhì)點(diǎn)來不及形成晶體的有規(guī)則排列，系統(tǒng)的內(nèi)能尚未處于最低值，從而處于介穩(wěn)態(tài)，在一定的外界條件下，它們?nèi)跃哂?自發(fā)轉(zhuǎn)化為內(nèi)能較低的晶體的趨勢(shì)。

3）無固定熔點(diǎn)

4）性質(zhì)變化的連續(xù)性和可逆性 無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說

1）玻璃結(jié)構(gòu)與晶體一樣，具有三位方向發(fā)展的連續(xù)無序網(wǎng)架形式，硅氧四面體為最小結(jié)構(gòu)單位，但不象晶體那樣，對(duì)稱均勻地聯(lián)結(jié)成空間網(wǎng)絡(luò)（有序），而是相互不規(guī)則地聯(lián)結(jié)在一起（無序），配位數(shù)小的結(jié)構(gòu)團(tuán)構(gòu)成無限伸展的無序空間網(wǎng)絡(luò)。）玻璃中的質(zhì)點(diǎn)雖然不具有規(guī)則的格子 排列，但在大致固定的平衡位置上震動(dòng)的玻璃網(wǎng)絡(luò)中的正常離子數(shù)與晶體中的配位數(shù) 也應(yīng)該近似。）網(wǎng)絡(luò)外體的離子填充在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)空隙中，對(duì)于整體來說 是統(tǒng)計(jì)分布的，為了使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

具有一定的穩(wěn)定性，這些陽離子必須是半徑大而電荷小的。

4）形成氧化物玻璃必須滿足的四條規(guī)則: A 每個(gè)氧離子應(yīng)該與不超過兩個(gè)陽離子相聯(lián)。

B 在中心陽離子周圍的氧離子 配位數(shù)必須小于或等于4；

C 氧多面體相互共角而不共棱或共面。

D 每個(gè)多面體至少有三個(gè)頂角是共用的。

形成的氧多面體為三角體或四面體

RO2,R2O2,R2O5類型氧化物能滿足這一條件，并以玻璃形式出現(xiàn)

簡答題： 石英玻璃-堿硅玻璃-鈉鈣硅玻璃結(jié)構(gòu)性能發(fā)生很大的變化，分析堿金屬，堿土金屬氧化物在其中的作用：

1）熔融石英玻璃其硅氧比值1：2與SiO2分子式相同，可以把它近似的看成是由硅氧網(wǎng)絡(luò)形成的獨(dú)立‘大分子’

2）如果在熔融石英玻璃中形成加入堿金屬氧化物(如Na2O).就使原來的大分子發(fā)生解聚 作用，由于氧的比值增大，玻璃中每個(gè)氧已不可能都為兩個(gè)硅原子所共用，開始出現(xiàn)非橋氧，使硅氧網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生斷裂，非橋氧的存在，使【SiO4

】四面體失去原有 完整性和對(duì)稱性，結(jié)果使玻璃結(jié)構(gòu)減弱，疏松，并導(dǎo)致一系列物理化學(xué)性質(zhì)的變壞，而且堿金屬含量越高，性能變差越 嚴(yán)重，因此，二元堿硅玻璃一般無使用價(jià)值

3）當(dāng)在堿性二元玻璃中加入CaO時(shí)，性能變差情況大為改觀，使玻璃結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生明顯變化，主要表現(xiàn) 為使結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，從而表現(xiàn)為一系列物化性質(zhì)的加強(qiáng)，從而使鈉鈣硅玻璃性能優(yōu)良，CaO的這種作用，是由鈣離子和鈉離子半徑相似，但電荷比鈉離子大一倍，因此場強(qiáng)比鈉離子大得多，具有強(qiáng)化玻璃結(jié)構(gòu)和限制鈉離子活動(dòng)的作用

補(bǔ)網(wǎng)作用：使中間體氧化物全部或部分由6 配位變成4 配位的作用，主要是鋁離子取代硅離子。硼氧反常性：

堿金屬或堿土金屬氧化物加入B203玻璃中，將產(chǎn)生硼氧四面體[B04],而形成硼酸鹽玻璃。在一定范圍內(nèi)，堿金屬氧化物提供的氧使硼氧三角體[B03]轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆蓸蜓踅M成的硅氧四面體，導(dǎo)致B203玻璃從原來的兩度空間的層狀結(jié)構(gòu)部分轉(zhuǎn)變?yōu)槿瓤臻g的架狀結(jié)構(gòu)，從而加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)，使玻璃的各種物理性質(zhì)與相同條件下的硅酸鹽玻璃相比，相應(yīng)地向著相反的方向變化。玻璃結(jié)構(gòu)中的陽離子的分類

1）按元素與氧結(jié)合的單鍵能（即化合物分解能與配位數(shù)之商）的大小和能否生成玻璃，將氧化物分成：網(wǎng)絡(luò)生成體氧化物，網(wǎng)絡(luò)外體氧化物和中間體氧化物。2）網(wǎng)絡(luò)生成體氧化物應(yīng)滿足以下的條件：

A 每個(gè)氧化物應(yīng)與不超過兩個(gè)陽離子相連；

B 在中心陽離子周圍的 氧離子配位數(shù)必須小于或等于4；

C氧多面體相互共角而不共棱或共面；

D 每個(gè)多面體至少有三個(gè)頂角共用。3）這類氧化物主要有SiO2,B2O3,BO5,GeO2,As2O5等。網(wǎng)絡(luò)外體或網(wǎng)絡(luò)修飾體：某些氧化物不能單獨(dú)生成玻璃，不參加網(wǎng)絡(luò)而使其陽離子分布在四面體之間的空隙中，以保持網(wǎng)絡(luò)中局部地區(qū)的電中性，因?yàn)樗麄兊闹饕饔檬翘峁╊~外的氧離子，從而改變網(wǎng)絡(luò)，故稱為網(wǎng)絡(luò)外體或網(wǎng)絡(luò)修飾體。如Li2O,Na2O,K2O,CaO,SrO,BaO等。

1）中間體氧化物:比堿金屬和堿土金屬化合價(jià)高而配位數(shù)小的陽離子，可以部分地參加網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如BeO,MgO,ZnO, Al2O3等。各種氧化物在玻璃中的作用：

1）堿金屬氧化物

A 堿金屬氧化物加入到熔融石英玻璃何總，促使硅氧四面體間連接斷裂，出現(xiàn)非橋氧，使玻璃結(jié)構(gòu)疏松，導(dǎo)致一系列性能變化，但由于堿金屬離子的斷網(wǎng)作用使它具有了高溫助熔，加速玻璃融化的性能。

B 混合堿效應(yīng)：在二元堿硅玻璃中，當(dāng)堿金屬氧化物的總量不變，用 一種堿金屬 氧化物取代另一種時(shí)，玻璃的性質(zhì)不是呈直線變化的，而出現(xiàn)明顯的極值。2）二價(jià)金屬氧化物：

CaO是網(wǎng)絡(luò)外體氧化物，Ca2+離子的配位數(shù)一般為6，有極化橋氧和減弱硅氧鍵的作用，CaO的引入可以降低玻璃的高溫粘度，玻璃中CaO含量過多，一般會(huì)使玻璃的料性變短，脆性增大。

MgO在硅酸鹽礦物中存在著兩種配位狀態(tài)（4或6），但多數(shù)位于八面體中，屬于網(wǎng)絡(luò)外體，在鈉鈣硅玻璃中，若以MgO取代CaO，將使玻璃結(jié)構(gòu)疏松，導(dǎo)致玻璃的 密度，硬度下降，但卻可以降低玻璃的析晶能力和調(diào)節(jié)玻璃的料性，含鎂玻璃在水和堿液的作用下，易在表面形成硅酸鹽薄膜，在一定條件下剝落進(jìn)入溶液，產(chǎn)生脫片現(xiàn)象。

PbO 鉛離子位八個(gè)氧離子所包圍，其中四個(gè)氧離子與鉛離子距離較遠(yuǎn)（0.429nm）,另外四個(gè)較近（0.23nm）.形成不對(duì)稱配位鉛離子外層的 惰性電子對(duì)，受較近的四個(gè)氧的排斥，推向另外四個(gè)氧離子的一邊，因此在晶態(tài) PbO中組成一種四方錐體[PbO4]的結(jié)構(gòu)單元，一般 認(rèn)為，在高鉛玻璃中均存在這種四方錐體，它形成一種螺旋形的網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)使PbO-SiO2系統(tǒng)

具有很大的 玻璃形成區(qū)，同時(shí)也決定了PbO在硅酸鹽熔體中的高度助熔性。2）其他金屬氧化物：

玻璃中Al3+離子與在硅酸鹽礦物中一樣，有兩種配位狀態(tài)，在鈉硅酸鹽玻璃中，當(dāng)Na2O/Al2O3大于1 時(shí)，Al3+均位于四面體中，小于1時(shí)，則作用為網(wǎng)絡(luò)外體位于八面體中，當(dāng)Al3+位于鋁氧四面體[AlO4]中時(shí)，則與硅氧四面體組成了統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)，在一般的鈉鈣硅玻璃中，引入少量的Al2O3，Al3+就可以奪取非橋氧形成鋁氧四面體，進(jìn)入硅氧網(wǎng)絡(luò)中，把由于Na+的引入而產(chǎn)生的斷裂網(wǎng)絡(luò)通過[AlO4]重新連接起來，使玻璃結(jié) 構(gòu)趨向緊密，并使玻璃的許多性能得以改善，但它對(duì)玻璃的電學(xué)性能有不良影響，在硅酸樣玻璃中，當(dāng)以Al2O3取代SiO2時(shí)，介電損耗和導(dǎo)電率升高，故在真空玻璃中，一般不含或少含Al2O3.B2O3是玻璃形成氧化物，有良好的助熔性，可降低玻璃的高溫粘度和提高玻璃的低溫粘度，但使用B2O3時(shí)要注意硼反?，F(xiàn)象。玻璃的生成規(guī)律及其相變

簡答題： 怎樣避免在降溫過程中玻璃析晶？

為了避免玻璃析晶，關(guān)鍵是從動(dòng)力學(xué)角度研究以多快速度冷卻給定熔體，以避免出現(xiàn)可探測的晶體，卡曼認(rèn)為：A 晶核生成速率。B 晶體生長速度起主要作用。隨著典型玻璃熔體過冷度增加，粘度迅速增大，而成核速率和過冷度關(guān)系曲線，晶核生長速率與過冷關(guān)系曲線都是具有限量最大值，對(duì)典型玻璃熔體，其兩個(gè)極大值所在的過冷度，分開越大時(shí)，越容易冷卻成玻璃，因此成速率出現(xiàn)極大值時(shí)，熔體在此溫度設(shè)有適宜的結(jié)晶條件，當(dāng) 兩個(gè)極大值重合在一個(gè)過冷度時(shí)，熔體即具有最大的成核速率，又具有最大的生長速率，熔體較易析出晶體而不形成玻璃。影響玻璃生成的因素：

1）熱力學(xué)條件 2）動(dòng)力學(xué)條件 3）結(jié)晶化學(xué)條件:

①鍵強(qiáng)---元素與氧結(jié)合的單鍵強(qiáng)度，負(fù)離子團(tuán)[SiO4] 4-,[Si2O7] 6-

A 網(wǎng)絡(luò)形成體單鍵強(qiáng)度大于334.9。

B中間體251.2~334.9。

C 網(wǎng)絡(luò)外體（修飾體）小于251.2。

②鍵型---A 離子鍵化合物----離子，如NaCl.B 金屬鍵物質(zhì)—電子，正離子狀態(tài)，無方向性。C 共價(jià)鍵化合物---分子結(jié)構(gòu)---分子間范德華力。

D 離子鍵金屬鍵---共價(jià)鍵過度時(shí)或極性過渡鍵具有離子共價(jià)的雙重性質(zhì)，形成玻璃的概率越大.極性共價(jià)鍵成分促使生成具有固定結(jié)構(gòu)的配位多面體，構(gòu)成進(jìn)程有序性而離子成分促使配位多面體不按一定方向連接，造成不對(duì)稱變形，構(gòu)成遠(yuǎn)程無序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成玻璃的傾向大。

③熔體結(jié)構(gòu)----[SiO4] 4-,[Si2O7] 6,[Si6O8]12-,[SiO3]2n-n,[Si4O14]6n-n。O/Si從2到4，聚合程度降低，粘度變小，結(jié)晶易，形成玻璃難。O/Si決定著負(fù)離子團(tuán)的大小和聚合度。負(fù)離子團(tuán)結(jié)構(gòu)越大，越易形成玻璃。熔體和玻璃體的成核過程

1）均勻成核

定義：指在宏觀均勻的玻璃中，在沒有外來物質(zhì)參與下相界、結(jié)構(gòu)缺陷等無關(guān)的成核過程，又稱為本征成核或自發(fā)成核。

當(dāng)玻璃熔體處于過冷態(tài)時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)引起組成和結(jié)構(gòu)上的起伏，一部分變成晶相。晶相內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的有規(guī)則排列導(dǎo)致體積自由能減小。然而在新相產(chǎn)生的同時(shí)，又將在新生相和液相之間形成新的界面，引起界面自由能的增加，對(duì)成核造成勢(shì)壘。當(dāng)新相顆粒太小時(shí)，界面對(duì)體積的比例增大，整個(gè)體系自由能增大。當(dāng)新相達(dá)到一定大?。ㄅR界值）時(shí)，界面對(duì)體積的比例就減小，系統(tǒng)的自由能減小，這時(shí)新生相就可能穩(wěn)定成長。這種可能穩(wěn)定成長的新相區(qū)域成為晶核。那些較小的不能穩(wěn)定成長的新相區(qū)域成為晶胚。

2）非均勻成核

定義：依靠相界、晶界或基質(zhì)的結(jié)構(gòu)缺陷等不均勻部位而成核的過程，又稱為非本征成核。晶體生長

晶體的生長速度隨著過冷度的增大而增大。

影響結(jié)晶的因素主要有：

1）溫度

當(dāng)熔體從Tm冷卻時(shí)，ΔT增大，成核和晶體生長的驅(qū)動(dòng)力增大；與此同時(shí)，粘度上升，成核和晶體生長的阻力也增大。

2）粘度 當(dāng)溫度降低時(shí)（遠(yuǎn)在Tm點(diǎn)以下），粘度對(duì)質(zhì)點(diǎn)擴(kuò)散的阻礙作用限制著結(jié)晶速度，尤其是限制晶核長大的速度。

3）雜質(zhì) 雜質(zhì)的引入會(huì)促進(jìn)結(jié)晶，雜質(zhì)起成核作用，同時(shí)增加界面處的流動(dòng)度，使晶核更快的長大。雜志往往富集在分相玻璃的一相中，富集到一定濃度時(shí)將促使這些微相由非晶相轉(zhuǎn)變?yōu)榫唷?）界面能 固體的界面能越小，核的生長所需的能量越低，結(jié)晶速度越大。11 玻璃的分相

定義：玻璃在高溫下為均勻的熔體，在冷卻過程中或在一定溫度下熱處理時(shí)，由于內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)遷移，某些組分分別濃集（偏聚），從而形成化學(xué)組成不同的兩個(gè)相，此過程稱為分相。玻璃的理論強(qiáng)度和實(shí)際強(qiáng)度

1）實(shí)際玻璃的抗折強(qiáng)度比理論強(qiáng)度小2~3個(gè)數(shù)量級(jí)，是由于實(shí)際玻璃的脆性和玻璃中存在有微裂紋及不均勻區(qū)所致。

2）提高玻璃機(jī)械強(qiáng)度的方法： 退火，鋼化，表面處理與涂層，微晶化與其他材料成復(fù)合材料等。

鋼化：均熱后自然冷卻，形成溫度梯度內(nèi)應(yīng)力由粘滯流動(dòng)而松弛；冷卻到最后，溫度梯度消失，松弛的應(yīng)力保留為永久應(yīng)力。

表面處理：膨脹系數(shù)小的涂層。

微晶化：析出細(xì)小晶體，分散應(yīng)力，阻止裂紋擴(kuò)散。

第二、三章 玻璃原料及配合料制備

玻璃輔助原料: 澄清劑，著色劑，脫色劑，氧化劑和還原劑，乳濁劑和其他原料。

玻璃熔制的綜合結(jié)果是使隔著原料的化合物形成透明的玻璃液。玻璃熔制的五個(gè)階段：

硅酸鹽形成的階段：玻璃形成的階段；玻璃液的澄清階段； 玻璃液的均化階段；玻璃液的冷卻階段。硅酸鹽形成階段的七點(diǎn)變化：

多晶轉(zhuǎn)變； 鹽類分解； 生成低共融混合物； 形成復(fù)鹽； 生成硅酸鹽； 排出結(jié)晶水和吸附水； 固相熔融向液相轉(zhuǎn)變。玻璃的形成

玻璃形成過程的速度實(shí)際上取決于石英砂粒的溶解擴(kuò)散速度。

石英砂的分解擴(kuò)散過程分為兩步,首先是砂粒表面發(fā)生溶解，而后溶解的SiO2向外擴(kuò)散 玻璃液中氣體的三種狀態(tài)：（1）可見氣泡，（2）物理溶解的氣體，（3）化學(xué)結(jié)合的氣體。5 玻璃液的均化

玻璃液的均化包括對(duì)其化學(xué)均化和熱均化兩個(gè)方面的要求

1）定義：在玻璃形成階段結(jié)束后，在玻璃液中，仍帶有與主體玻璃化學(xué)成分不同的不均體，消除這種不均體的過程成為玻璃液的均化。

玻璃液的均化過程：

2)不均體的溶解與擴(kuò)散的均化過程；玻璃液的對(duì)流均化過程；因氣泡上升而引起的攪拌均化作用。玻璃液的冷卻

產(chǎn)生二次氣泡的原因:（1）硫酸鹽的熱分解；（2）物理溶解的氣體析出；（3）玻璃中某些組分易產(chǎn)生二次氣泡。玻璃的熔制制度：

溫度制度，壓力制度和氣氛制度 坩堝窯中玻璃熔制的溫度制度五個(gè)階段：

加熱熔窯；熔化；澄清與均化；冷卻；成型 玻璃的浮法成型

定義：指熔窯熔融的玻璃液流入錫槽后在熔融金屬錫液的表面上成型平板玻璃的方法。

金屬錫液的優(yōu)缺點(diǎn): 1)錫中所含各種雜質(zhì)都是組成玻璃的元素；

2）錫的密度大大高于玻璃的密度，有利于對(duì)玻璃托浮；

3）錫熔點(diǎn)遠(yuǎn)低于玻璃出錫槽口的溫度，有利于保持玻璃的拋光面； 4）錫的導(dǎo)熱率為玻璃的60~70倍，有利于玻璃版面溫度的均勻等； 5）錫液的表面張力高于玻璃的表面張力，有利于玻璃的拉??；

6）錫液有極低的粘度，這表明有良好的熱對(duì)流的運(yùn)動(dòng)性能，這對(duì)均勻浮法表面溫度有較大的影響。7）使用錫液作浮拋介質(zhì)的主要缺點(diǎn)是Sn極易氧化為SnO和SnO2，它不利于玻璃的拋光，同時(shí)又是產(chǎn)生虹彩、沾錫、光畸變等玻璃缺陷的主要原因，為此采用保護(hù)氣體。

第四章 玻璃的退火與淬火

玻璃的應(yīng)力：

熱應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力

1）熱應(yīng)力：玻璃中由于 存在溫差而產(chǎn)生的應(yīng)力。

按其存在特點(diǎn)分為：暫時(shí)應(yīng)力和永久應(yīng)力。

暫時(shí)應(yīng)力： 在溫度低于應(yīng)變點(diǎn)時(shí)，處于彈性變形溫度范圍內(nèi)（即脆性狀態(tài)）的玻璃在經(jīng)受不均勻的溫度變化時(shí)所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，隨著溫度梯度的存在而存在，隨溫度梯度的消失而消失，這種應(yīng)力成為暫時(shí)應(yīng)力。

永久應(yīng)力: 當(dāng)玻璃內(nèi)外溫度 相等所殘留的熱應(yīng)力

將一玻璃板加熱到高于玻璃應(yīng)變點(diǎn)以上的某一溫度，待均熱后板兩面均勻自然冷卻，經(jīng)一定時(shí)間后玻璃中的溫度場呈拋物線分布。玻璃外層為張應(yīng)力而內(nèi)層為壓應(yīng)力，由于應(yīng)變點(diǎn)以上的玻璃具有粘彈性，即此時(shí)的玻璃為可塑狀態(tài)，在受力后會(huì)產(chǎn)生位移和變形，使由溫度梯度 所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力消失。這個(gè)過程成為應(yīng)力松弛過程，這時(shí)的玻璃內(nèi)外層雖存在著溫度梯度但不存在應(yīng)力。當(dāng)玻璃冷卻到應(yīng)變點(diǎn)以下，玻璃已成為彈性體，以后的降溫與應(yīng)力變化與前述的產(chǎn)生暫時(shí)應(yīng)力情況相同，待冷卻到室溫時(shí)，雖然消除了應(yīng)變點(diǎn)以下產(chǎn)生的應(yīng)力，但不能消除應(yīng)變點(diǎn)以上所產(chǎn)生的應(yīng)力，此時(shí)，應(yīng)力方向恰好相反，即表面為壓應(yīng)力，內(nèi)部為張應(yīng)力，這種應(yīng)力為永久應(yīng)力。

結(jié)構(gòu)應(yīng)力：玻璃因化學(xué)組成不均導(dǎo)致結(jié)構(gòu)上的不均而產(chǎn)生的應(yīng)力。

機(jī)械應(yīng)力： 由外力作用在玻璃上引起的應(yīng)力，當(dāng)外力除去時(shí)應(yīng)力隨之消失，此應(yīng)力為機(jī)械應(yīng)力。玻璃的退火

定義：為了消除玻璃中的永久應(yīng)力，必須將玻璃加熱到低于玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg附近的某一溫度進(jìn)行保溫均熱，以消除玻璃各部分的溫度梯度，使應(yīng)力松弛。

這個(gè)選定的溫度成為退火溫度。玻璃的淬火

定義：將玻璃制品家人到轉(zhuǎn)變溫度Tg以上50~60度，然后在冷卻介質(zhì)中（淬火介質(zhì)）急速均勻冷卻，在這一過程中玻璃的內(nèi)層和表面將產(chǎn)生很大的溫度梯度，由此引起的應(yīng)力由于玻璃的粘滯流動(dòng)，所以造成了有溫度梯度而無應(yīng)力的狀態(tài)。

玻璃淬火后所產(chǎn)生的應(yīng)力大小與淬火溫度，冷卻速度，玻璃的化學(xué)組成以及厚度等有直接關(guān)系。

第五章 玻璃的缺陷

通常所謂玻璃缺陷是指 玻璃體內(nèi)存在的、引起玻璃體均勻性破壞的各種夾雜物，如 氣泡、結(jié)石、條紋、節(jié)瘤等。

結(jié)石：是出現(xiàn)在玻璃中的結(jié)晶夾雜物。結(jié)石是玻璃制品中最嚴(yán)重的缺陷，它不僅 破壞了玻璃制品的外觀和光學(xué)均一性，而且降低了制品的使用價(jià)值。

玻璃夾雜物（條紋和節(jié)瘤）：玻璃主體內(nèi)存在的異類玻璃夾雜物

第六章 建筑玻璃及其深加工

深加工的產(chǎn)品主要有： 鋼化玻璃、夾層玻璃、中空玻璃、鍍膜玻璃等。

微晶玻璃：把加工晶核劑（或不加晶核劑）的特定組成的玻璃在有控條件下進(jìn)行晶化處理，使原單一的玻 璃形成了有微晶和玻璃相均勻分布的復(fù)合材料，稱之為微晶玻璃。

微晶玻璃與傳統(tǒng)玻璃不同，它是利用晶核劑或紫外輻射等方法使玻璃內(nèi)形成晶核，再經(jīng)過 熱處理使晶核長大，成為一種受控結(jié)晶過程，形成玻璃與某些晶體共存的材料，能制成零膨脹，高強(qiáng)度及特定的電性質(zhì)和機(jī)械性質(zhì)的微晶玻璃。

夾層玻璃：是由兩片或兩片以上的玻璃用合成樹脂膠片（是聚乙烯丁醛薄膜）粘結(jié)在一起而制成的一種安全玻璃。

為什么又叫安全玻璃？ 由于透明樹脂膠片的粘結(jié)作用使得玻璃保持良好的透明性外，玻璃體的抗沖擊能力也得到提高。

第七章 陶瓷原料

陶瓷原料的分類：粘土，石英和長石。

可塑性：指粘土與適量的水混煉以后形成的泥團(tuán)，可在外力的作用下產(chǎn)生變形但不開裂；并在外力除去后，仍能保持原有形狀的性質(zhì)。

觸變性:指粘土泥漿或泥團(tuán)受到振動(dòng)或攪拌時(shí)，粘度降低而流動(dòng)性增加，靜置后漸恢復(fù)原狀或泥料在放置一段時(shí)間后，在水分不變時(shí)泥料變稠和固化的性質(zhì)。

石英在陶瓷生產(chǎn)中的作用：

1）是瘠性料，可降低可塑性，減少收縮變形，加快干燥；

2）在高溫時(shí)可部分 溶于長石玻璃中，增加液相粘度，減小高溫時(shí)的坯體變形； 3）未熔石英與莫來石一起可構(gòu)成坯體骨架，增加強(qiáng)度；

4）在釉料中增加石英含量可提高釉的熔融溫度和粘度，提高釉的耐磨性和抗化學(xué)腐蝕性。長石類原料對(duì)陶瓷的作用: 1)高溫下熔融在乳白色玻璃，溶解石英顆粒和部分高嶺土，分解物促進(jìn)成瓷反應(yīng)的進(jìn)行--助熔作用。2）高溫形成的玻璃具較大粘度，起到高溫?zé)崴茏饔煤透邷啬z結(jié)作用，防止高溫變形。

3）高溫形成的玻璃在冷卻時(shí)，不析晶，以透明玻璃體狀態(tài)存在，增加瓷的透明度，提高光澤度，改善瓷的外觀質(zhì)量和使用性能。

4）極性物料可提高坯的疏水性和干燥速度。硅灰石 Ca[SiO3]或CaO.SiO2 無水

因本身不含有機(jī)物和結(jié)構(gòu)水，干燥收縮和燒成收縮都很小，作為陶瓷原料有特殊的優(yōu)良性能，故用途很廣。其熱膨脹系數(shù)小，適于快速燒成。燒成后，瓷坯中的針狀硅灰石晶體交叉排列成網(wǎng)狀，使制品的強(qiáng)度提高，并有抗熱沖擊性能高、介電損失小等優(yōu)點(diǎn)。

第八章 配料計(jì)算及坯料制備

傳統(tǒng)陶瓷的坯料組成：瓷器、炻器、精陶

區(qū)別： 瓷器有良好的色澤，一定的透明度和熱穩(wěn)定性，機(jī)械強(qiáng)度

炻器介于陶器和瓷器之間，于陶的區(qū)別是氣孔率較低，是致密燒結(jié)；于瓷器的區(qū)別是坯體帶色且無半透明性。如鋪地磚，缸器，茶具。多孔性坯體結(jié)構(gòu)，機(jī)械強(qiáng)度不高，且有吸濕膨脹性。如建筑釉面瓷磚和衛(wèi)生器皿

其中瓷器分為三種：長石質(zhì)瓷、骨灰質(zhì)瓷、日用滑石質(zhì)瓷。

第九章 成型

坯料在加入（或含有）液體（一般是水）后，可形成一種特殊狀態(tài)，具有了鎖需要的工藝性能。加入大量的 水（28%~~35%）可使 坯料顆粒形成稠厚的懸浮液、為注漿坯料；少量的水時(shí)，則形成能捏成團(tuán)的粉料，在8%~15%時(shí)為水量干壓坯料；3%~~7%之間為 干壓坯料；水量適中時(shí)（18%~~25%）則形成可塑坯料。影響可塑性的因素：

1）液相含量與性質(zhì)； 2）顆粒尺寸和形狀； 3）礦物種類； 4）吸附陽離子 可塑成型工藝：

1）雕塑與拉坯； 2）旋壓成型； 3）滾壓成型； 4）擠壓與車坯成型； 5）塑壓成型； 6）注塑成型； 7）軋模成型 注漿成型工藝：

1）空心注漿； 2）實(shí)心注漿； 3）真空注漿； 4）離心注漿； 5）壓力注漿 壓制成型工藝：

1）干壓或半干壓成型 2)等靜壓成型

第十章 釉料制備及施釉 釉的分類：習(xí)慣以主要溶劑的名稱命名如鉛釉、石灰釉、長石釉等。

長石釉----釉式中的K2O+Na2O的摩爾數(shù)等于或少大于RO的摩爾數(shù)，長石釉的高溫粘度大，燒成范圍寬，硬度較大。各成分在釉料中的作用：

1）玻璃形成劑； 2）助溶劑； 3）乳濁劑； 4）著色劑； 5）其他輔助劑 釉料配方的總原則是--釉料必須適應(yīng)于坯料。釉料配方的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律：

1）(SiO2+B2O3):(R2O+RO)=(1:1)~(3:1),這樣不致使熔塊溫度太高而引起PbO,B22O3和堿性氧化物大量揮發(fā)； 2）在熔塊中堿性金屬氧化物與堿土金屬氧化物之比應(yīng)小于1；

3）含硼熔塊中，SiO2/B2O3應(yīng)在2以上； 4）熔塊中Al2O3的摩爾數(shù)應(yīng)小于0.2.4 坯釉中間層的形成與作用

由于坯釉化學(xué)組成上的差異，燒釉時(shí)釉的某些成分滲透到坯體的表層中，坯體的某些成分也會(huì)擴(kuò)散到釉中，熔解到釉中。通過熔解與擴(kuò)散的作用，使接觸帶的化學(xué)組成和物理性質(zhì)介于坯體與釉層之間，結(jié)果形成中間層。具體地說，該層吸收了坯體中的Al2O3,SiO2等成分，又吸收了釉料中的堿性氧化物及B2O3等。它對(duì)調(diào)整坯釉之間的差別、緩和釉層中應(yīng)力、改善 坯釉的結(jié)合性能起一定的作用。釉的熔融溫度范圍

化學(xué)組成對(duì)熔制性能的影響主要取決于釉式中的Al2O3, SiO2含量的增加，釉的成熟溫度相應(yīng)提高，而Al2O3的貢獻(xiàn)大于SiO2..堿金屬和金土金屬氧化物作為熔劑 可降低釉的熔融溫度。Li2O,Na2O,K2O,PbO和B2O3都是強(qiáng)助溶劑，又稱軟熔劑，在低溫下起助熔作用。而CaO,MgO,ZnO 等，主要在較高溫度下發(fā)揮熔劑作用而成硬熔劑。坯和釉的適應(yīng)性

坯釉適應(yīng)性是指熔融性能良好的釉熔體，冷卻后與坯體緊密結(jié)合成完美的整體，不開裂，不剝落的能力。

影響坯、釉適應(yīng)性的因素主要有四個(gè)方面： 1）熱膨脹系數(shù)對(duì)坯、釉適應(yīng)性的影響

因釉和坯是緊密聯(lián)系著的，對(duì)釉的要求是釉熔體在冷卻后能與坯體很好的結(jié)合，既不開裂也不剝落，為此要求坯和釉的熱膨脹性系數(shù)相適應(yīng)。一般要求釉的熱膨脹系數(shù)略小于坯。2）中間層對(duì)坯、釉適應(yīng)性的影響

中間層可促使坯釉間的熱應(yīng)力均勻。發(fā)育良好的中間層可填滿坯體表面的隙縫，減弱坯釉間的應(yīng)力，增大制品的機(jī)械強(qiáng)度。

3）釉的彈性、抗張強(qiáng)度對(duì)坯、釉適應(yīng)性的影響

具有較高彈性（即彈性模量較?。┑挠阅苎a(bǔ)償坯、釉接觸層中形變差所產(chǎn)生的應(yīng)力和機(jī)械作用所產(chǎn)生的應(yīng) 變，即使坯、釉熱膨脹系數(shù)相差較大，釉層也不一定開裂、剝落。釉的抗張強(qiáng)度高，抗釉裂的能力就強(qiáng)，坯釉適應(yīng)性就好?；瘜W(xué)組成與熱膨脹系數(shù)、彈性模量、抗張強(qiáng)度三者間的關(guān)系較復(fù)雜，難以同時(shí)滿足這三方面的要求，應(yīng)在考慮熱膨脹系數(shù)的前提下使釉的抗張強(qiáng)度較高，彈性較好為佳。4）釉層厚度對(duì)坯、釉適應(yīng)性的影響

薄釉層在煅燒時(shí)組分的改變比厚釉層大，釉的熱膨脹系數(shù)降低得多，而且中間層相對(duì) 厚度增加，有利于提高釉中的壓力，有利于提高釉適應(yīng)性。對(duì)于厚釉層，坯、釉中間層厚度相對(duì)降低，因而不足以緩和兩者之間因熱膨脹 系數(shù)差異而出現(xiàn)的有害應(yīng)力，不利于坯釉適應(yīng)性。

釉層厚度對(duì)于釉面外觀質(zhì)量有直接影響，釉層厚會(huì)加重中間層的負(fù)擔(dān)，易造成釉面開裂及其它缺陷，而釉層過薄則易發(fā)生于釉想象，一般釉層通常小于0.3mm或通過實(shí)驗(yàn)來確定。7 基本施釉的方法有浸釉、燒釉和噴釉。

發(fā)展中的施釉方法：流化床施釉、熱噴施釉、干壓施釉。

第十一章 干燥 坯體在干燥過程中變化的主要特征是隨干燥時(shí)間的延長，坯體溫度升高，含水率降低，體積收縮；氣孔率提高，強(qiáng)度增加。影響干燥速度的因素及其作用

1）坯料的性質(zhì) 粘土的可塑性越強(qiáng)，加入量越多，顆粒越細(xì)，干燥速度就越難提高；瘠性物料越多，顆粒越粗，越有利于提高干燥速度。

2）坯體形狀、大小和厚度 形狀復(fù)雜，體大壁厚的坯體在干燥時(shí)易產(chǎn)生收縮應(yīng)力，故其干燥速度應(yīng)加以控制，不宜太快。

3）坯體溫度 坯體溫度高，水的粘度小，有利于水分表面移動(dòng)。

4）干燥介質(zhì)的性質(zhì) 干燥介質(zhì)溫度越高，濕度越小，則吸收水分的能力越大。增大干燥介質(zhì)速度，減小邊界層的厚度，增大對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)，則可加快干燥速度。

5）使熱擴(kuò)散與濕擴(kuò)散的方向一致 坯體中水分的內(nèi)擴(kuò)散包括濕擴(kuò)散和熱擴(kuò)散。濕擴(kuò)散是坯體內(nèi)部由于存在濕度梯度引起的水分移動(dòng)，其方向由坯體內(nèi)部指向坯體外部；熱擴(kuò)散是坯體內(nèi)部由于存在溫度梯度而使水分移動(dòng)，其方向由坯體表面指向坯體中心。當(dāng)溫度梯度與濕度梯度方向一致時(shí)會(huì)顯著加快內(nèi)擴(kuò)散速度。

第十二章 燒成 燒成過程中的物理化學(xué)變化

1）低溫階段（室溫~300度）

低溫階段也成坯體水分蒸發(fā)期。主要是排除在干燥過程中沒有除掉的殘余水分。隨水分的 排除，組成坯體的固體顆粒逐漸靠攏，坯體發(fā)生少量收縮哦，氣孔率增加。2）中溫階段（300~950度）

坯體內(nèi)部發(fā)生較復(fù)雜的物理化學(xué)變化，瓷坯中所含有機(jī)物、碳酸鹽、硫酸鹽及鐵的化學(xué)物等，大多要在此階段發(fā)生氧化與分解，此外還伴隨有晶型轉(zhuǎn)變，結(jié)構(gòu)水排除和一些物理變化。

坯體中存在的碳素及有機(jī)物在600度以上開始氧化分解，這類反應(yīng)一直要進(jìn)行到高溫。碳素、硫化物及有機(jī)物必須在本階段氧化，產(chǎn)生的氣體必須完全排除掉，不然會(huì)引起坯體起泡。3）高溫階段（950度~~最高燒成溫度）

高溫階段也稱為?；纱善冢菬蛇^程中溫度最高的階段。在本階段坯體開始燒結(jié)，釉層開始融化。由于各地陶瓷制品晶胚、釉組成和性能的不同，對(duì)燒成溫度和燒成氣氛的要求也不相同。

弱還原階段：在此階段，由于熔融長石和其他低共融物形成的液相大量增加液相的表面張力作用，使坯體顆粒重新排列緊密，使顆粒相互膠結(jié)并填充空隙，顆粒間距縮小，坯體逐漸致密。同時(shí)促進(jìn)莫來石的生成和發(fā)育，降低燒成溫度，促進(jìn)燒結(jié)。莫來石晶體長大并 形成‘骨架’，坯體強(qiáng)度增大。2 燒成制度包括溫度制度、氣氛制度和壓力制度。氣氛的作用：

1）氣氛對(duì)陶瓷坯體過燒膨脹的影響

瓷石-高嶺土瓷坯在還原氣氛中過燒，產(chǎn)生的膨脹比在氧化氣氛小得多；高嶺土-長石-石英-膨潤土瓷坯卻在還原氣氛下的過燒膨脹較大。2）氣氛對(duì)坯體的收縮和燒結(jié)的影響

二者在還原氣氛中的燒結(jié)溫度都比在氧化氣氛中低，隨含鐵量的減少而減小。瓷石質(zhì)坯體在還原氣氛中的收縮大，長石和膨潤土坯則相反。

3）氣氛對(duì)坯的顏色和透光性以及釉層質(zhì)量的影響 A 影響鐵、鈦的價(jià)數(shù)

氧化焰燒成產(chǎn)生膠態(tài)Fe2O3而顯黃色，還原焰則形成FeO顯淡青色。含鈦坯料應(yīng)避免還原焰，因?yàn)槠鋾?huì)使坯體顏色加深，而失去增白作用。

B 使SiO2和CO還原 SiO2經(jīng)還原分解作用，生成單質(zhì)硅，產(chǎn)生黑斑；CO則會(huì)分解出C而產(chǎn)生煙熏，也可產(chǎn)生釉泡。瓷器的燒成缺陷： 記五個(gè)

開裂；變形；氣泡； 毛孔和桔釉； 色黃、火刺、落渣、斑點(diǎn)、煙熏； 生燒和過燒； 釉裂（驚釉）； 釉縷與缺釉。

第十四章 氣硬性膠凝材料 石膏的脫水轉(zhuǎn)變圖 P170-圖14-2 2 石膏漿體的硬化

石膏哦漿體硬化并形成具有強(qiáng)度的人造石，一般認(rèn)為其結(jié)構(gòu)變化經(jīng)歷兩個(gè)階段，即凝聚結(jié)構(gòu)形成階段和結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)的形成和發(fā)展階段。在凝聚結(jié)構(gòu)形成階段，石膏漿體中的微粒彼此之間存在一個(gè)薄膜，粒子之間通過水膜以范德華分子引力互相作用，僅具有低的強(qiáng)度，這種結(jié)構(gòu)具有觸變復(fù)原的特性。在結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)的形成和發(fā)展階段，水化物晶粒已大量形成，結(jié)晶不斷長大，且晶粒之間相互接觸和連生，使整個(gè)石膏漿體形成一個(gè)結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)，具有較高的強(qiáng)度，并且不再具有觸變復(fù)原的特點(diǎn)。

尤為指出的是，石膏漿體在其自身硬化過程中，存在著結(jié)構(gòu)的形成和結(jié)構(gòu)的破壞這一對(duì)矛盾，其影響因素是多方面的，但是最本質(zhì)的因素是與過飽和度有關(guān)。過飽和度較高時(shí)液相中形成的晶核數(shù)量多，晶粒細(xì)小，因而產(chǎn)生的結(jié)晶接觸點(diǎn)多，容易形成結(jié)構(gòu)網(wǎng)，反之，過飽和度較低則液相中形成的晶核數(shù)量少，晶粒粗大，因而結(jié)晶接觸點(diǎn)也較少，形成同等結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)所消耗的水化物較多。在初始結(jié)構(gòu)形成以后，水化物繼續(xù)生成，有利于結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)的密實(shí)強(qiáng)化。但是，當(dāng)達(dá)到某一限度值后，若過飽和度仍然過大，水化物勢(shì)必會(huì)繼續(xù)增加，就會(huì)對(duì)已形成的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)產(chǎn)生一種內(nèi)應(yīng)力（成為結(jié)晶應(yīng)力），當(dāng)結(jié)晶應(yīng)力大于結(jié)構(gòu)所能承受的限度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。此外，在結(jié)晶接觸點(diǎn)的區(qū)段，晶格不可避免地發(fā)生歪曲和變形，因此，它與規(guī)則晶體相比較，具有較高的溶解度。所以，在潮濕條件下，產(chǎn)生接觸點(diǎn)的溶解和較大晶體的再結(jié)晶，也會(huì)明顯地影響石膏硬化漿體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)注意控制石膏的質(zhì)量和細(xì)度、養(yǎng)護(hù)溫度、水灰比以及外加劑的 種類和摻量，從而保證石膏制品的質(zhì)量。

3石灰漿體的硬化： 干燥硬化和碳化硬化。

第十五章 硅酸鹽水泥 煅燒過程中的物理和化學(xué)變化

1）干燥和脫水； 2）碳酸鹽分解； 3）固相反應(yīng)； 4）孰料燒結(jié)； 5）孰料冷卻。水泥孰料中各種氧化物的作用;1)CaO.CaO是水泥孰料的主要成分。作用：與酸性氧化物作用，生成C2S,C3S,C3A,C4AF等孰料礦物，其中C3S是由CaO與C2S作用后形成的，因此CaO的含量會(huì)直接影響到C3S的含量。CaO含量過少，生成的C3S就少； 若CaO過量，會(huì)產(chǎn)生游離CaO，使水泥的安定性不良。一般含量在62~68%。

2）SiO2.SiO2也是水泥的主要成分之一，其含量決定水泥孰料中CaSiO3礦物的數(shù)量。當(dāng)CaO含量一定時(shí)，SiO2的含量影響C3S和C2S的相對(duì)含量。SiO2含量較高時(shí)，C3S的生成量減少，其含量一般在20~24%。

3）Al2O3,Fe2O3.與CaO作用，生成C3A,C4AF.在CaO-Al2O3-Fe2O3組成中，首先是CaO+ Al2O3形成C3A，隨后C3A+ Fe2O3生成C4AF.只有Fe2O3及時(shí)作用完了，才有C3A的存在，所以配比應(yīng)考慮Al2O3/ Fe2O3比。4）MgO.MgO超過一定含量時(shí)，會(huì)以方鎂石的形式存在，使水泥安定性不良。水泥孰料的組成：

1）硅酸三鈣

A礦：硅酸三鈣并不以純的形式存在，而是含有少量氧化鎂，氧化鋁等形成的固溶體。

硅酸三鈣加水調(diào)和后，凝結(jié)時(shí)間正常。它水化較快，粒徑為40μm~45μm的硅酸三鈣顆粒，加水后28D其水化程度可達(dá)到70%左右。所以硅酸三鈣強(qiáng)度發(fā)展比較快，早期強(qiáng)度較高，且強(qiáng)度增進(jìn)率較大，28D強(qiáng)度可以達(dá)到其一年強(qiáng)度的70%~80%。但硅酸三鈣水化熱較高，抗水性較差，且孰料中硅酸三鈣含量過高時(shí)，會(huì)給煅燒帶來困難，往往使孰料中游離氧化鈣增高，從而降低水泥強(qiáng)度，甚至影響水泥安定性。2）硅酸二鈣

B礦：以固熔有少量氧化物的β-C2S的形式存在的硅酸二鈣。

貝利特水化較慢，至28D 齡期僅水化20%左右，凝結(jié)硬化緩慢，早期強(qiáng)度較低，但28D以后，強(qiáng)度仍能較快增長，在一年后，可以趕上阿里特。貝利特水化熱較小，抗水性較好，因而對(duì)大體積工程或處于一定侵蝕環(huán)境下的工程用水泥，適量提高貝利特含量，降低阿里特含量是有利的。3）中間相

填充在阿里特，貝利特之間的鋁酸鹽，鐵酸鹽，組成不定的玻璃體和含堿化合物等成為中間相。

A.鋁酸鈣：鋁酸三鈣水化迅速，放熱多，凝結(jié)很快，如不加石膏等緩凝劑，易使水泥急凝。鋁酸三鈣硬化也很快，它的強(qiáng)度3天內(nèi)就大部分發(fā)揮出來；故其早期強(qiáng)度較高，但絕對(duì)值不高，以后幾乎不再增大，甚至倒縮。鋁酸三鈣的干縮變形大，抗硫酸鹽性能差。

B.鐵鋁酸四鈣的水化速度在早期介于鋁酸三鈣與硅酸三鈣之間，但隨后的發(fā)展不如硅酸三鈣。它的強(qiáng)度早期發(fā)展較快，后期還能不斷增長，類似于硅酸二鈣，才利特（C礦）的抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好，但有一定的水硬性。

4）游離氧化鈣和方鎂石 4 孰料的率值

率值作為生產(chǎn)控制的一種指標(biāo)，可以比較方便地表示化學(xué)成分和礦物組成之間的關(guān)系，明確地表示對(duì)水泥孰料的性能和煅燒的影響。

1）硅率：表示孰料中SiO2與Al2O3,Fe2O3之和的質(zhì)量比值，以SM或n表示。

硅率表達(dá)了水泥孰料礦物中硅酸鹽礦物與熔劑性礦物C3A+C4AF)之間的數(shù)量對(duì)比關(guān)系。硅率越大，則硅酸鹽礦物含量越高，熔劑性礦物含量越少，煅燒過程中出現(xiàn)的液相含量越小，所要求的燒成溫度越高；但硅率過小，則煅燒過程中容易形成孰料大塊甚至結(jié)圈。通常硅率控制在1.7~2.7之間。

2）鋁率：又稱鐵率，表示孰料中Al2O3和Fe2O3含量的質(zhì)量比，以IM或P表示。

若孰料中Al2O3和Fe2O3的總含量已確定，那么鋁率表示C3A和C4AF的相對(duì)含量。3）石灰飽和系數(shù)

在水泥孰料中，氧化鈣總是與酸性氧化物Al2O3,Fe2O3飽和生成C3A，C4AF，在生成上述礦物后，所余下的CaO與使SiO2飽和形成C3S所需的CaO的比值成為石灰飽和系數(shù)，以KH表示。它表示SiO2與CaO 飽和形成C3S的程度。C3S的水化

C3S的水化作用、產(chǎn)物以及所形成的結(jié)構(gòu)對(duì)硬化水泥漿體的性能起主導(dǎo)作用。P198-圖15-4說明C3S的水化過程五個(gè)階段。表15-10.6 硅酸鹽水泥的水化（三個(gè)階段）：

1)鈣礬石形成期 C3A率先水化，在石膏存在條件下，迅速形成鈣礬石，是導(dǎo)致第一放熱峰的主要因素。2）C3S水化期 C3S開始迅速水化，大量放熱，形成第二放熱峰。有時(shí)會(huì)有第三放熱峰或在第二放熱峰上，出現(xiàn)一個(gè)‘峰肩’，一般認(rèn)為是由于鈣礬石轉(zhuǎn)化成單硫型水化硫鋁（鐵）酸鈣而引起的，當(dāng)然，C2S與鐵相亦以不同程度參與了這兩個(gè)階段的反應(yīng)，生成相應(yīng)的 水化產(chǎn)物。

3)結(jié)構(gòu)形成和發(fā)展期 放熱速率很低，趨于穩(wěn)定。隨著各種水化產(chǎn)物的增多，填入原先由水所占據(jù)的空間，再逐漸連接，相互交織，發(fā)展成硬化的漿體結(jié)構(gòu)。水化速度 ：常以單位時(shí)間內(nèi)的水化程度或水化深度來表示。8 水泥漿體的水化硬化：

水泥的水化反應(yīng)在開始主要為化學(xué)反應(yīng)所控制；當(dāng)水泥顆粒四周形成較為完整的水化物膜層后，反應(yīng)歷程又受到離子通過水化產(chǎn)物層時(shí)擴(kuò)散速率的影響。隨著水化產(chǎn)物層的不斷增厚，離子擴(kuò)散速率即成水化歷程動(dòng)力學(xué)行為的決定性因素。在所生成的水化產(chǎn)物中，有許多是屬于膠體尺寸的晶體。隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，各種水化產(chǎn)物逐漸填滿原來由水所占據(jù)的空間，固體粒子 逐漸接近。由于鈣礬石針、棒狀晶體的相互搭接穿插，特別是大量箔片 狀、纖維狀C-S-H的交叉攀附，從而使原先分散的水泥顆粒以及水化產(chǎn)物連結(jié)起來，夠長一個(gè)三維空間牢固結(jié)合、密實(shí)的整體?？追植技翱偪紫堵?/p>

在水化過程中，水化產(chǎn)物的體積要大于孰料礦物的體積。據(jù)計(jì)算，每1cm3的水泥水化后約需占據(jù)2.2cm3的空間。即約45%的水化產(chǎn)物處于水泥顆粒原來的周界之內(nèi)，成為內(nèi)部水化產(chǎn)物；另有55% 則為外部水化產(chǎn)物，占據(jù)著原來沖水的空間。這樣，隨著水化過程的進(jìn)展，原來沖水的空間減少，而沒有被水化產(chǎn)物填充的空間，則逐漸被分割成形狀極不規(guī)則的毛細(xì)孔。另外，在C-S-H凝膠所占據(jù)的空間內(nèi)還存在著孔，尺寸極為細(xì)小，用掃描電鏡也難以分辨。

一般在水化24h以后，硬化漿體中絕大部分（70~80%）的孔已經(jīng)在100nm以下。隨著水化過長的進(jìn)展，孔徑小于10nm，即凝膠孔的數(shù)量由于水化產(chǎn)物的增多而增加，毛細(xì)孔則逐漸填充減小，總的孔隙率則相應(yīng)降低。凝結(jié)速度

從礦物組成后，鋁酸三鈣水化最為迅速，硅酸三鈣水化也快，數(shù)量也多，因而這兩種礦物與凝結(jié)速度的關(guān)系最為密切。強(qiáng)度及影響因素： 1）漿體組成和強(qiáng)度的關(guān)系； 2）密實(shí)度和強(qiáng)度的關(guān)系； 3）溫度和壓力對(duì)強(qiáng)度的影響 環(huán)境介質(zhì)的侵蝕

對(duì)水泥侵蝕的環(huán)境介質(zhì)主要有：淡水、酸和酸性水、硫酸鹽溶液和堿溶液等。其侵蝕作用可以概括為：溶解浸析、離子交換以及膨脹性產(chǎn)物等三種形式。

第十六章 摻混合材料的水泥 水泥混合材料

常用的激發(fā)劑有兩類:堿性激發(fā)劑（石灰或水化時(shí)能析出Ca(OH)2的 硅酸鹽水泥孰料）和硫酸鹽激發(fā)劑（二水石膏、半水石膏、無水石膏或以CaSO4為主要成分的化工廢渣，如磷石膏、氟石膏等），起作用機(jī)理如下: 堿性激發(fā)劑的Ca(OH)2與活性混合材料中所含呈活性狀態(tài)的SiO2和Al2O3發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，發(fā)生水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。在同時(shí)有硫酸鹽激發(fā)劑存在的條件下，石膏與活性Al2O3化合，生成水化硫鋁酸鈣。礦渣水泥的水化硬化過程

礦渣水泥調(diào)水后，首先是 孰料礦物與水作用，生成水化硅酸鹽，水化鋁酸鈣、氫氧化鈣、水化硫（鐵）鋁酸鈣等。還可能生成水化鋁硅酸鈣（C2ASH3）等水化產(chǎn)物。因此，礦渣水泥早期硬化速度就較慢。礦渣水泥的性質(zhì)和用途：礦渣水泥早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度可趕上甚至超過硅酸鹽水泥。

第十七章 其他品種水泥

高鋁水泥的水化，主要是鋁酸一鈣的水化，其水化產(chǎn)物與溫度關(guān)系極大。2 膨脹水泥:是指在水化過程中，由于生成膨脹性水泥產(chǎn)物，使水泥在硬化后體積不收縮或膨脹的水泥。由強(qiáng)度組分和膨脹組分組成。

鋁酸鹽自應(yīng)力水泥

鋁酸鹽自應(yīng)力水泥加水拌和后，高鋁水泥中的CA和CA2等鋁酸鹽礦物與石膏進(jìn)行水化。

在水化形成鈣礬石的同時(shí)，會(huì)析出相當(dāng)數(shù)量的氫氧化鋁（AH3）凝膠，不但有效地增進(jìn)了水泥石的密實(shí)性，而且在鈣礬石晶體生長、膨脹過程中，起著極為重要的塑性襯墊作用，使水泥石在不斷增高強(qiáng)度的情況下，具有較大的變形能力。又由于鈣礬石析晶時(shí)的過飽和度較小，生成的鈣礬石就比較分散，而且分布均勻，結(jié)晶壓力不會(huì)過分集中，對(duì)水泥石結(jié)構(gòu)的破壞就相對(duì)較小。因此，可以任務(wù)鈣礬石和氫氧化鋁凝膠共同構(gòu)成了強(qiáng)度因素和膨脹因素。

第十八章 耐火材料的組成、結(jié)構(gòu)和性能 耐火材料

定義: 是由多種不同化學(xué)成分及不同結(jié)構(gòu)礦物組成的非均質(zhì)體。

耐火材料的若干性質(zhì)取決于其中的物相組成、分布和各相的特性。

1）化學(xué)組成： 是耐火材料的基本特征。為了抵抗高溫作用，必須選擇高熔點(diǎn)化合物。2）礦物組成

耐火材料一般是多相組成體，其礦物相可分為結(jié)晶相和玻璃相兩類，又可分為主晶相和基質(zhì)。主晶相是構(gòu)成耐火材料的主題，一般來說，主晶相是熔點(diǎn)較高的晶體，其性質(zhì)、數(shù)量及結(jié)合狀態(tài)決定制品性質(zhì)?；|(zhì)又稱為結(jié)合相，是填充在主晶相之間的結(jié)晶礦物和玻璃相。其含量不多，但對(duì)制品的某些性質(zhì)影響極大，是制品使用過程中容易損壞的薄弱環(huán)節(jié)。耐火材料中氣孔可分為三類:（1）封閉氣孔；（2）開口氣孔；（3）貫通氣孔 高溫蠕變性： 在高溫條件下，承受應(yīng)力作用的耐火制品隨時(shí)間變化而發(fā)生的等溫變形 4 抗熱震性

耐火材料對(duì)于急熱急冷式的溫度變動(dòng)的抵抗能力較抗熱震性，又稱為抗溫度急變性、耐火熱崩裂性、耐熱沖擊性、熱震穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、耐急冷急熱性等。

第十九章 耐火材料生產(chǎn)工藝 陶瓷結(jié)合：主晶相間低熔點(diǎn)的硅酸鹽非晶質(zhì)和晶質(zhì)聯(lián)結(jié)在一起而形成的結(jié)合較陶瓷結(jié)合 2 化學(xué)結(jié)合

化學(xué)結(jié)合指耐火材料制品中由化學(xué)結(jié)合劑形成的結(jié)合，即加入少量結(jié)合物質(zhì)，在低于燒結(jié)溫度的條件下，發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng)使制品硬化而形成的結(jié)合。直接結(jié)合

由耐火主晶相直接接觸所產(chǎn)生的一種結(jié)合方式稱之為直接結(jié)合，它既不同于化學(xué)結(jié)合，也不屬于陶瓷結(jié)合。

第三篇：無機(jī)非金屬主角硅教案

第一節(jié) 無機(jī)非金屬材料的主角——硅

教材分析：

硅是帶來人類文明的重要元素之一，硅及其化合物是元素化合物知識(shí)的重要基礎(chǔ)知識(shí)。本節(jié)內(nèi)容不僅為形成化學(xué)基本觀念提供感性基礎(chǔ)，也為了解化學(xué)與生活，化學(xué)與社會(huì)發(fā)展，化學(xué)與技術(shù)進(jìn)步之間的密切關(guān)系提供了豐富的素材。

本節(jié)的主要內(nèi)容有硅在自然界中的存在形式、二氧化硅的性質(zhì)、硅酸鹽的性質(zhì)、硅及化合物的用途。在教學(xué)中可采用碳和硅（同一主族相鄰的兩種元素）進(jìn)行對(duì)比，突出它們的相似性與不同性。另外多運(yùn)用日常生活中的事例進(jìn)行教學(xué)，聯(lián)系生產(chǎn)生活的實(shí)際，充分利用實(shí)物、模型、彩圖、實(shí)物照片等形式，增強(qiáng)教學(xué)的直觀行，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的情感。教學(xué)目標(biāo)：

知識(shí)與技能

1、了解硅的重要化合物的主要性質(zhì)，認(rèn)識(shí)硅及其化合物的主要用途。

2、聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的遷移能力。

過程與方法

1、采用對(duì)比的方法，聯(lián)系碳、二氧化碳大等學(xué)生已有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)來介紹硅、二氧化硅等新知識(shí)。

2、運(yùn)用日常生活中事例進(jìn)行教學(xué)，增強(qiáng)教學(xué)的直觀性。

科技的象征。

[師]既然硅這么重要，那么他是如何存在，有些什么性質(zhì)呢？

[板書]§4-1無機(jī)非金屬材料的主角——硅 [師]主角，我們足以看出硅的地位。我們看課本P46 圖3-1，硅在地殼中的含量居第二，僅次與氧。

硅的氧化物及硅酸鹽構(gòu)成了地殼中大部分的巖石、沙子和土壤、約占地殼總量的90%以上。[學(xué)生活動(dòng)]看圖4-1 [師]大家在元素周期表中找到硅，并且寫出硅和碳的原子結(jié)構(gòu)示意圖。[學(xué)生活動(dòng)] C

Si

[師]它們最外層均為四個(gè)電子，既不容易得到也不容易失去，性質(zhì)穩(wěn)定。但他們卻是不可以忽視的：碳--統(tǒng)治了有機(jī)界：碳是構(gòu)成有機(jī)物的主要元素；硅—統(tǒng)治了無機(jī)礦物界：硅是構(gòu)成巖石與許多礦物的基本元素。

下面我們的學(xué)習(xí)就圍繞著碳和硅的相似性進(jìn)行學(xué)習(xí)。[學(xué)生活動(dòng)]回顧碳的相關(guān)知識(shí)

存在酸性氧化物

弱酸

性質(zhì)

[學(xué)生活動(dòng)] [歸納、總結(jié)、板書] ① 物理性質(zhì)：熔點(diǎn)高、硬度大 ② 用途：建筑材料、飾品、工藝品 ③ 化學(xué)性質(zhì)：穩(wěn)定性好

[過渡]下面我們一起來看看SiO2的化學(xué)性質(zhì)，玻璃的主要成分是二氧化硅和硅酸鹽，我們通過其性質(zhì)，來看SiO2的性質(zhì)。

[師]我們可以用玻璃瓶來裝試劑：酸、堿、鹽，這可以看出其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不能夠跟一般的酸發(fā)生反應(yīng)，除HF外。[板書]a、不與酸反應(yīng)，氫氟酸除外

SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O

用途：可以在玻璃上雕刻花紋等

[師]因?yàn)镠F酸可以和SiO2反應(yīng)，所以HF的保存就不能使用玻璃瓶，而用塑料或橡膠瓶，我們可以用這個(gè)性質(zhì)在玻璃上雕刻花紋，量器上雕刻刻度等。

[展示]裝有NaOH的試劑瓶

[思考]一般的試劑瓶都使用玻璃瓶塞，而這個(gè)試劑瓶使用的是橡膠塞，為什么？ [思考、討論] [總結(jié)]我們開始將CO2和SiO2比較，CO2是酸性氧化物，SiO2也是酸性氧化物，所以其具有酸性氧化物的通性，即能與堿、堿性氧化物反應(yīng)。

制取、用途。需要重點(diǎn)掌握二氧化硅的性質(zhì)和硅酸的制取。

板書設(shè)計(jì)：

§4-1無機(jī)非金屬材料的主角——硅

1、二氧化硅

SiO2 ① 物理性質(zhì)：熔點(diǎn)高、硬度大 ② 用途：建筑材料、飾品、工藝品 ③ 化學(xué)性質(zhì)：穩(wěn)定性好

a、不與酸反應(yīng)，氫氟酸除外

SiO2＋4HF＝SiF4↑＋2H2O

用途：可以在玻璃上雕刻花紋等

b、與堿性氧化物反應(yīng)

SiO2?CaO ? CaSiOC、與堿反應(yīng)

SiO2＋2NaOH＝Na2SiO3＋H2O

2、硅酸

實(shí)驗(yàn)過程：

現(xiàn)象：紅色消失，生成白色凝膠

結(jié)論：硅酸鈉轉(zhuǎn)化為硅酸

反應(yīng)：Na2SiO3＋2HCl＝H2SiO3(膠體)+2NaCl

高溫

第四篇：第四章：無機(jī)非金屬材料.

材料導(dǎo)論 第四章

第四章：無機(jī)非金屬材料 本章主要內(nèi)容

無機(jī)非金屬材料概論

結(jié)構(gòu)陶瓷材料

功能陶瓷材料

傳統(tǒng)日用、建筑材料 什么是無機(jī)非金屬材料

金屬材料和有機(jī)高分子材料以外的固體材料通稱為無機(jī)非金屬材 料。

主要特性：

熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、耐氧 化、彈性模量大、強(qiáng)度高。一般為脆性材料

陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu) 陶瓷材料的結(jié)合鍵

陶瓷材料的組成相的結(jié)合鍵為離子鍵（MgO、Al2O3）、共價(jià)鍵（金 剛石、Si3N4）以及離子鍵與共價(jià)鍵的混合鍵

以離子鍵結(jié)合的晶體稱為離子晶體。離子晶體在陶瓷材料中占有很 重要的地位。它具有強(qiáng)度高、硬度高、熔點(diǎn)高、等特點(diǎn)。但這樣的 晶體脆性大，無延展性，熱膨脹系數(shù)小，固態(tài)時(shí)絕緣，但熔融態(tài)可 導(dǎo)電等特點(diǎn)。金屬氧化物晶體主要以離子鍵結(jié)合，一般為透明體。以共價(jià)鍵結(jié)合的晶體稱為共價(jià)晶體。共價(jià)晶體具有方向性和飽和性，因而共價(jià)鍵晶體的原子堆積密度較低。共價(jià)鍵晶體具有強(qiáng)度高、硬 度高、熔點(diǎn)高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)。但它脆性大，無延展性，熱膨脹 系數(shù)小，固態(tài)、熔融態(tài)時(shí)都絕緣。最硬的金剛石、SiC、Si3N4、BN 等材料都屬于共價(jià)晶體。

陶瓷材料的相組成 晶體相

晶體相是陶瓷材料最主要的組成相，主要是某些固溶體或化合物，其結(jié)構(gòu)、形態(tài)、數(shù)量及分布決定了陶瓷材料的特性和應(yīng)用。晶體相 又分為主晶相、次晶相和第三相。陶瓷中晶體相主要有含氧酸鹽（硅 酸鹽、鈦酸鹽等）、氧化物（MgO、Al2O3）、非氧化物（SiC，Si3N4）等。

硅氧四面體是硅酸鹽陶瓷中最基本的結(jié)構(gòu)單元。

材料導(dǎo)論 第四章

玻璃相

玻璃相是陶瓷材料中原子不規(guī)則排列的組成部分，其結(jié)構(gòu)類似于玻 璃。

玻璃相的作用是：將分散的晶體相粘結(jié)起來，填充晶體之間的空隙，提高材料的致密度；降低燒成溫度，加快燒結(jié)過程；阻止晶體轉(zhuǎn)變、抑止晶粒長大。

玻璃相對(duì)陶瓷強(qiáng)度、介電常數(shù)、耐熱性能是不利的。氣相（氣孔）

陶瓷中氣孔主要是坯體各成分在加熱過程中單獨(dú)或互相發(fā)生物理、化學(xué)作用所生成的空隙。這些空隙可由玻璃相來填充，還有少部分 殘留下來形成氣孔。

氣孔對(duì)陶瓷的性能是不利的。它降低材料的強(qiáng)度，是造成裂紋的根 源。

陶瓷材料的晶體缺陷 點(diǎn)缺陷

陶瓷材料晶體中存在的置換原子、間隙原子和空位等缺陷稱之為點(diǎn) 缺陷。陶瓷材料的很多性質(zhì)如導(dǎo)電性與點(diǎn)缺陷有直接關(guān)系。此外，陶瓷材料的燒結(jié)、擴(kuò)散等物理化學(xué)過程也與點(diǎn)缺陷有關(guān)。線缺陷

位錯(cuò)是陶瓷材料晶體中存在線缺陷。陶瓷材料中位錯(cuò)形成所需要的 能量較大，因此，不易形成位錯(cuò)。陶瓷材料中位錯(cuò)密度很低。

陶瓷材料主要是離子鍵和共價(jià)鍵。這兩種結(jié)合鍵造成位錯(cuò)的可動(dòng)性 降低。當(dāng)位錯(cuò)滑移事，離子鍵中同號(hào)離子相斥，導(dǎo)致離子鍵斷裂； 而共價(jià)鍵的方向性和飽和性，具有確定的鍵長和鍵角，位錯(cuò)的滑移 也會(huì)導(dǎo)致共價(jià)鍵的破斷。

面缺陷

陶瓷材料一般是多晶材料。多晶材料中存在的晶界和亞晶界就是陶 瓷材料中的面缺陷。

我們知道晶粒細(xì)化可以提高材料的強(qiáng)度。晶界對(duì)金屬材料和陶瓷材 料強(qiáng)度的提高作用機(jī)理是不同的。對(duì)金屬材料來說，晶界阻礙位錯(cuò) 的運(yùn)動(dòng)，從而強(qiáng)化了材料；而對(duì)陶瓷材料來說，利用晶界兩側(cè)晶粒 取向的不同來阻止裂紋的擴(kuò)展，提高強(qiáng)度 陶瓷材料的性能特點(diǎn) 力學(xué)性能 硬度

陶瓷的硬度很高，多為1000Hv～1500Hv（普通淬火鋼的硬度500～ 800Hv）。陶瓷硬度高的原因是離子晶體中離子堆積密度大、以及共 價(jià)晶體中電子云的重疊程度高引起的。剛度

陶瓷的剛度很高。剛度是由彈性模量衡量的，而彈性模量又反映其 化學(xué)鍵的鍵能。離子鍵和共價(jià)鍵的鍵能都要高于金屬鍵，因此陶瓷 材料的彈性模量要高于金屬材料。強(qiáng)度

陶瓷材料的強(qiáng)度取決于鍵的結(jié)合力，理論強(qiáng)度很高。但陶瓷中由于

材料導(dǎo)論 第四章

組織的不均勻性，內(nèi)部雜質(zhì)和各種缺陷的存在，使得陶瓷材料的實(shí) 際強(qiáng)度要比理論強(qiáng)度低100多倍。

陶瓷材料的強(qiáng)度也受晶粒大小的影響。晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高。此外，陶瓷材料一般具有優(yōu)于金屬材料的高溫強(qiáng)度，高溫抗蠕變能力強(qiáng)，且有很高的抗氧化性。常用于高溫材料。塑性與韌性

陶瓷材料的塑性和韌性較低，這是陶瓷最大的弱點(diǎn)。陶瓷材料受到 載荷時(shí)在不發(fā)生塑性變形的情況下，就發(fā)生斷裂。斷裂是裂紋形成 和擴(kuò)展的過程。陶瓷內(nèi)部和表面所產(chǎn)生的微裂紋，由于裂紋尖端的 應(yīng)力集中，內(nèi)部裂紋在受到外應(yīng)力時(shí)擴(kuò)展很快，這是導(dǎo)致陶瓷材料 斷裂的根本原因。熱學(xué)性能

熔點(diǎn)陶瓷材料由離子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合，因此具有較高的熔點(diǎn)。熱容

陶瓷材料在低溫下熱容小，在高溫下熱容增大。熱膨脹

陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)小，這是由晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵決定的。一般為 10－5～10－6/K。陶瓷材料加工方法

配料——成形——煅燒 結(jié)構(gòu)陶瓷材料 結(jié)構(gòu)陶瓷的種類

氧化物結(jié)構(gòu)陶瓷

炭化物結(jié)構(gòu)陶瓷

氮化物結(jié)構(gòu)陶瓷 氧化物結(jié)構(gòu)陶瓷

特點(diǎn)：化學(xué)穩(wěn)定性好、抗氧化性強(qiáng)、熔融溫度高、高溫強(qiáng)度高。Al2O3陶瓷

Al2O3陶瓷又稱高鋁陶瓷，主要成分是Al2O3和SiO2。主晶相為剛 玉（α－Al2O3），隨著SiO2質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的增加，還出現(xiàn)莫來石和玻 璃相。根據(jù)陶瓷坯中主晶相的不同，分為剛玉瓷、剛玉－莫來石瓷 和莫來石瓷。Al2O3有三中結(jié)晶形態(tài)，即α、β、γ型。α型是高溫 型，而γ型是低溫型。其中剛玉瓷的性能最佳 Al2O3陶瓷的性能及應(yīng)用

1。強(qiáng)度高

2。硬度高：機(jī)械加工磨料、磨具、切削工具等

3。熔點(diǎn)高、抗腐蝕：耐火材料、爐管、熱電偶保護(hù)套等

4。化學(xué)穩(wěn)定性好：坩堝、人體關(guān)節(jié)、人工骨骼

5。電絕緣性好：基板、火化塞、電路外殼

6。光學(xué)性能好：制成透光材料、微波整流罩窗口、激光振蕩元件等 ZrO2陶瓷

ZrO2陶瓷有三種晶型。常溫下是單斜晶系，1000度以上轉(zhuǎn)變?yōu)樗?方晶系，到2300度以上又轉(zhuǎn)變成立方晶系。由單斜向四方的轉(zhuǎn)變

材料導(dǎo)論 第四章

是可逆的，并伴隨7％的體積變化。導(dǎo)致陶瓷在燒結(jié)時(shí)容易開裂，為此，要加入適量的穩(wěn)定劑，如Y2O3。

ZrO2陶瓷的特點(diǎn)是熱導(dǎo)率小，是理想的高溫絕熱材料?；瘜W(xué)穩(wěn)定性 好，能抵抗酸性或中性熔渣的侵蝕，可用作特種耐火材料；硬度高，可制作冷成型工具、整形模、切削工具、剪刀等；強(qiáng)度高、韌性好，可制作發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件等。BeO陶瓷

BeO晶體無色，屬六方晶系，在固態(tài)下無晶型轉(zhuǎn)變，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定

BeO陶瓷的導(dǎo)熱系數(shù)大，線膨脹系數(shù)不大，抗熱震性高，高溫電絕 緣性好，電導(dǎo)率低，介電常數(shù)高；硬度與Al2O3差不多，化學(xué)穩(wěn)定 性好，是抵抗炭還原作用最強(qiáng)的一種氧化物.Mgo陶瓷

耐高溫，抗金屬及堿性熔渣腐蝕，可以用作坩堝冶煉高純度Fe、Mo、Cu、Mg等。也可用于高溫?zé)犭娕急Ｗo(hù)套等

炭化物結(jié)構(gòu)陶瓷

特點(diǎn)：高耐火度、高硬度、高耐磨性。

SiC陶瓷有兩種晶體結(jié)構(gòu)：α－SiC和β－SiC。前者屬六方晶系，是 高溫穩(wěn)定相；后者屬等軸晶系，是低溫穩(wěn)定相。SiC陶瓷的莫氏硬 度13，在1400度的高溫下仍能保持相當(dāng)高的彎曲強(qiáng)度；SiC陶瓷 有很高的熱傳導(dǎo)能力，抗蠕變性能好，對(duì)酸性熔體有很強(qiáng)的抵抗力，但不抗強(qiáng)堿。SiC陶瓷主要用作高溫結(jié)構(gòu)材料。如火箭尾噴管的噴 嘴，熱電偶套管等高溫零件。還可用于高溫下熱交換器。

氮化物結(jié)構(gòu)陶瓷

特點(diǎn)：高耐火度、高硬度、高耐磨性

Si3N4陶瓷是強(qiáng)共價(jià)鍵材料，原子結(jié)合力強(qiáng)，屬六方晶系。Si3N4陶瓷具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能抵抗除氫氟酸以外的 各種酸、堿和熔融金屬的侵蝕；具有優(yōu)異的絕緣性；硬度高，摩擦系數(shù)小，是一種優(yōu)良的耐磨材料；線膨脹系數(shù)小，熱導(dǎo) 率高，抗熱震性好；室溫強(qiáng)度雖然不高，但高溫強(qiáng)度較高。

功能陶瓷材料

功能陶瓷是指具有電、光、磁以及部分化學(xué)功能的多晶無機(jī)固體材 料，其功能的實(shí)現(xiàn)主要來自于它所具有的特定的電絕緣性、半導(dǎo)體 性、導(dǎo)電性、壓電性、鐵電性、磁性、生物適應(yīng)性等

功能陶瓷的種類

電子陶瓷

生物陶瓷

光學(xué)陶瓷

磁性陶瓷

超導(dǎo)陶瓷

敏感陶瓷 電子陶瓷 壓電陶瓷

當(dāng)外力作用于晶體時(shí)，發(fā)生與應(yīng)力成比例的介質(zhì)極化，同時(shí)在晶體 兩端將出現(xiàn)正負(fù)電荷，這種由于形變而產(chǎn)生的電效應(yīng)，稱為壓電效 應(yīng)。反之，當(dāng)在晶體上施加電場引起極化時(shí)，將產(chǎn)生與電場成比例 的變形或壓力，稱之為逆壓電效應(yīng)。材料的壓電效應(yīng)取決于晶體結(jié) 構(gòu)的不對(duì)稱性，晶體必須有極軸，才有壓電效應(yīng)。

材料導(dǎo)論 第四章

壓電陶瓷是具有壓電效應(yīng)的陶瓷材料 壓電陶瓷的種類

壓電陶瓷主要有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鋇（PZT）、改性PZT等。

壓電陶瓷的晶體結(jié)構(gòu)隨溫度的變化而變化。對(duì)鈦酸鋇和鈦酸鉛，當(dāng) 溫度高于居里溫度Tc時(shí)，為立方晶體，具有對(duì)稱性，無壓電效應(yīng)； 低于Tc時(shí)，為四方晶體，具有非對(duì)稱性，有壓電效應(yīng)。壓電陶瓷的應(yīng)用

壓電陶瓷的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜，可以批量生產(chǎn)，能控制極化方向，添 加不同成分，可改變壓電特性。

壓電陶瓷可用作超聲波發(fā)生源的振子或水下測聲聘儀器上的振子； 也可用作聲轉(zhuǎn)換器。但壓電陶瓷收到機(jī)械應(yīng)力的作用時(shí)，由壓電效 應(yīng)發(fā)生的電能可用于煤氣灶的點(diǎn)火器和打火機(jī)等；壓電陶瓷還可用 于濾波器等。電子陶瓷 光電陶瓷

光電陶瓷是具有光電導(dǎo)效應(yīng)的陶瓷材料

當(dāng)光電陶瓷受到光照射時(shí)，由于能帶間的遷移和能帶與能級(jí)間的遷 移而引起光的吸收現(xiàn)象時(shí)，能帶內(nèi)產(chǎn)生自由載流子，而使電導(dǎo)率增 加，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)現(xiàn)象。

利用光電導(dǎo)效應(yīng)檢測光強(qiáng)度的元件稱為光敏元件。檢測從波長 很短的X射線到波上很長的紫外線的光敏元件主要是燒結(jié)GdS多 晶；如果在GdS中添加Cu雜質(zhì)，可以用作檢測可見光的光敏元件 超導(dǎo)陶瓷

1986年超導(dǎo)陶瓷的出現(xiàn)，使超導(dǎo)體的臨界溫度Tc有了很大提高。出現(xiàn)了高溫超導(dǎo)體。超導(dǎo)陶瓷主要有：

1。鑭系高溫超導(dǎo)陶瓷：以La2CuO3為代表；

2。釔系高溫超導(dǎo)陶瓷：以YBa2Cu2Oy為代表；

3。鉍系高溫超導(dǎo)陶瓷：以Bi-Sr-Cu-O為代表；

4。鉈系高溫超導(dǎo)陶瓷：以Ta-Ba-Ca-Cu-O為代表； 超導(dǎo)陶瓷的應(yīng)用

在信息領(lǐng)域：用作高速轉(zhuǎn)換元件、通信元件和連接電路。

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：用于核磁共振斷層攝像儀、量子干涉儀、粒子線 治療裝置等。

在交通運(yùn)輸領(lǐng)域：完全抗磁體制造的磁懸浮列車、電磁推進(jìn)器、飛 機(jī)航天飛機(jī)發(fā)射臺(tái)等。

在電子能源領(lǐng)域：用于超導(dǎo)磁體發(fā)電、超導(dǎo)輸電、超導(dǎo)儲(chǔ)能等

在宇宙開發(fā)、軍事領(lǐng)域：潛艇的無螺旋漿無噪聲電磁推進(jìn)器、超導(dǎo) 磁炮等。磁性陶瓷

什么是鐵氧體？鐵氧體是鐵和其他金屬的復(fù)合氧化物，MO-Fe2O3，M代表一價(jià)、二價(jià)金屬。鐵氧體屬半導(dǎo)體，電阻率在1-1010Ωm。由 于電阻率高，渦流損失小，介質(zhì)耗損低，故廣泛用于高頻和微波領(lǐng)域。

磁性陶瓷主要指鐵氧體

鐵氧體;軟磁鐵氧體

硬磁鐵氧體

材料導(dǎo)論 第四章

軟磁鐵氧體

主要有：尖晶石型的Mn-Zn鐵氧體、Ni-Zn鐵氧體、Mg-Zn鐵氧體、Li-Zn鐵氧體和磁鉛石型的甚高頻鐵氧體（Ba3Co2Fe24O41）。軟磁鐵氧體要求起始磁化率高，磁導(dǎo)率溫度系數(shù)小，矯頑力小，比 損耗因數(shù)小。

軟磁鐵氧體主要用于無線電電子學(xué)和電訊工程等弱點(diǎn)技術(shù)中，如各 種電感線圈的磁芯、天線磁芯、變壓器磁芯、濾波器磁芯以及錄音 與錄像磁頭等。硬磁鐵氧體

主要有兩類：一類是CoFe2O4-Fe2O3；

另一類是BaO-xFe2O3。

軟磁鐵氧體要求具有較大的矯頑力Hc、較高的剩余磁Br和高的最 大磁積能（BH）max。

硬磁鐵氧體可用作永磁體，用于高頻磁場領(lǐng)域。由于Hc值大，可制成片狀或粉末狀，應(yīng)用在與橡膠和樹脂混合制成的復(fù)合磁鐵上。光學(xué)陶瓷

什么是光學(xué)陶瓷？能夠透光的陶瓷材料.要求：具有優(yōu)良的耐熱性、耐風(fēng)化性、耐膨脹性；除了能透過可見光外，還能夠波長更長或波 長更短的光；光損耗低，能在遠(yuǎn)距離進(jìn)行光傳播；經(jīng)光的照射，其 性質(zhì)發(fā)生可逆或不可逆變化.陶瓷材料怎樣才能透明

在各向同性晶體構(gòu)成的多晶體中，晶界不產(chǎn)生散射，但不存在氣孔 等缺陷時(shí)，是透明的；在各向異性的晶體中，光從一個(gè)晶粒向鄰近的晶粒入射時(shí)，由于雙折射現(xiàn)象而產(chǎn)生散射，是不透明的。若要得 到透明多晶體，雙折射必須很小。

制造透明陶瓷的關(guān)鍵：消除氣孔和控制晶粒異常長大！消除氣孔和控制晶粒異常長大的常用方法;

1。添加微量或少量的添加劑

2。改變燒結(jié)氣氛

3。改變?cè)?/p>

4。采用先進(jìn)的燒結(jié)技術(shù) 氧化物透明陶瓷

Al2O3、Gd2O3、CaO、LiAl5O8、MgO、HfO、BeO等 非氧化物透明陶瓷 紅外光學(xué)陶瓷

隨著紅外技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了很多新型的材料和器件。這些材料包 括濾光材料、紅外接受材料和紅外探測材料。以往這類材料主要采 用單晶或玻璃，最近已開始使用多晶陶瓷。這樣的陶瓷材料就稱為 紅外光學(xué)陶瓷。

氧化釔是一種優(yōu)良的高溫紅外材料，主要用于紅外導(dǎo)彈的窗口和整 體罩、天線罩、微波基板、絕緣支架、紅外發(fā)生器管殼、紅外透鏡 和其他高溫窗口。激光陶瓷

激光陶瓷的實(shí)質(zhì)是具有適當(dāng)?shù)哪芗?jí)結(jié)構(gòu)，通過激勵(lì)，使粒子從低能

材料導(dǎo)論 第四章

級(jí)向高能級(jí)躍遷。激光晶體通常包括兩部分：組成晶格的稱為基質(zhì) 晶體，其主要作用是為激活離子提供適當(dāng)?shù)木Ц駡?；另一部分是發(fā) 光中心，即少量的摻雜離子。

幾種典型的激光陶瓷材料：

1。紅寶石激光晶體：α-Al2O3單晶為基質(zhì)，摻入Cr3＋

2。摻釹的釔鋁石榴石晶體。生物陶瓷

什么是生物陶瓷？用于人體器官替換、修補(bǔ)以及外科矯形的陶瓷材 料。

要求：具有良好的力學(xué)性能，在體內(nèi)難于溶解，不易氧化，不易腐 蝕變質(zhì)，熱穩(wěn)定性好，耐磨且有一定的潤滑性，和人體組織的親和 性好，組成范圍寬，易于成形等。生物陶瓷的種類 1。生物惰性陶瓷

該陶瓷的物理、化學(xué)性能穩(wěn)定，在生物體內(nèi)完全呈惰性狀態(tài) 2。生物活性陶瓷

具有優(yōu)異的生物相容性，能與骨形成結(jié)合面，結(jié)合強(qiáng)度高，穩(wěn)定性 好，參與代謝。生物惰性陶瓷

1）氧化鋁陶瓷：傳統(tǒng)的生物陶瓷，穩(wěn)定性好，純度高?？芍瞥蓡尉?、多晶或多孔材料。

2）氧化鋯陶瓷：生物相容性好，穩(wěn)定性高，具有更高

的斷裂韌性和更耐磨。

3）碳素類陶瓷：與血液相容性、抗血栓性好，與人體

組織親和性好，耐蝕、耐疲勞、量輕。生物活性陶瓷

1。磷酸鈣陶瓷：具有生物降解性，能被人體吸收。

2。生物活性玻璃陶瓷

3。Na2O-K2O-MgO-CaO-SiO2-P2O5陶瓷

4。BCG人工骨頭 敏感陶瓷

指某些性能隨外界條件（溫度、濕度、氣氛）的變化而發(fā)生改變的 陶瓷材料

1。熱敏電阻陶瓷

2。壓敏電阻陶瓷

3。磁敏電阻陶瓷

4。氣敏電阻陶瓷

5。濕敏電阻陶瓷 熱敏電阻陶瓷

電阻隨溫度發(fā)生明顯變化的陶瓷材料。

正溫度系數(shù)陶瓷（PCT）

負(fù)溫度系數(shù)陶瓷（PCT）

臨界溫度系數(shù)陶瓷（PCT）正溫度系數(shù)陶瓷（PCT

電阻隨溫度升高而增加的陶瓷材料。

鈦酸鋇陶瓷或以鈦酸鋇為主晶相的陶瓷

材料導(dǎo)論 第四章

應(yīng)用：

1.馬達(dá)的過熱保護(hù)、液面深度測量、溫度控制和報(bào)警、非破壞

性保險(xiǎn)絲、晶體管過熱保護(hù)、溫度電流控制器等。

2。彩色電視機(jī)自動(dòng)消磁、馬達(dá)啟動(dòng)器、自動(dòng)開關(guān)等；

3。等溫發(fā)熱件、空調(diào)加熱器等 負(fù)溫度系數(shù)陶瓷（NCT）

電阻隨溫度升高而減小的陶瓷材料。

多為尖晶石型氧化物，有二元和三元等。如：MnO-CuO2-O2;Mn-Co-Ni 等。壓敏電阻陶瓷

電阻值對(duì)外加電壓敏感的陶瓷材料。電壓提高，電阻率下降。

壓敏陶瓷有SiC、Si、Ge、ZnO等。以ZnO的性能最優(yōu)。具有高非線 形、大電流和高能量承受能力。

稀土氧化鐠為主要添加劑的ZnO壓敏陶瓷。

應(yīng)用：微型馬達(dá)電噪聲、彩色顯像管放電吸收、繼電器節(jié)點(diǎn)保護(hù)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)異常輸出功率吸收、電火花、穩(wěn)壓元件等。磁敏電阻陶瓷

將磁性物理量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的陶瓷材料。

應(yīng)用：可用來檢測磁場、電流、角度、轉(zhuǎn)速、相位等。

在汽車工業(yè)中：用于無觸點(diǎn)汽車點(diǎn)火開關(guān)；

在計(jì)算機(jī)工業(yè)中：用于霍爾鍵盤；

在家用電器和工業(yè)上：用于無刷電機(jī)和無觸點(diǎn)開關(guān)等 氣敏電阻陶瓷

將氣體參量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的陶瓷材料。它能以物理或化學(xué)吸附的方 式吸附氣體分子。

氣敏陶瓷有氧化鐵系氣敏陶瓷、氧化鋅系氣敏陶瓷、氧化錫系氣敏 陶瓷等。

應(yīng)用：可燃?xì)怏w和毒氣的檢測、檢漏、報(bào)警、監(jiān)控等。它的 靈敏度高，對(duì)被測氣體以外的氣體不敏感。濕敏電阻陶瓷

將濕度信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)的陶瓷材料。

MgCr2O4－TiO2陶瓷

Zn－Cr2O3－Fe2O3陶瓷

應(yīng)用：用于濕度指示、記錄、預(yù)報(bào)、控制和自動(dòng)化等。傳統(tǒng)日用、建筑材料

普通陶瓷

水泥

玻璃

耐火材料 普通陶瓷

1。日用陶瓷

2。普通工業(yè)陶瓷

1）建筑陶瓷

2）衛(wèi)生陶瓷

3）電器絕緣陶瓷 4）化工陶瓷 1。日用陶瓷

一般應(yīng)具有良好的白度、光澤度、透光性、熱穩(wěn)定性和強(qiáng)度。

日用陶瓷主要應(yīng)用于茶具、餐具和工藝品

材料導(dǎo)論 第四章

1）建筑陶瓷

以黏土為主要原料而制得的用于建筑物的陶瓷

粗陶瓷：以難熔黏土為主要原料，包括磚、瓦、盆罐等

精陶瓷：以瓷土和高嶺土為主要原料，包括釉面磚、建筑衛(wèi)生陶瓷等

炻瓷：以陶土和黏土為主要原料，包括地磚、外墻磚、耐酸陶瓷等 2）衛(wèi)生陶瓷

以高嶺土為主要原料而制得的用于衛(wèi)生設(shè)施的帶釉陶瓷制品，有陶質(zhì)、炻瓷質(zhì)和瓷質(zhì)等。3）電器絕緣陶瓷

又稱電瓷，是作為隔電、機(jī)械支撐及連接用的瓷質(zhì)絕緣器件。分為低 壓電瓷、高壓電瓷和超高壓電瓷等。4）電器絕緣陶瓷

要求耐酸、耐高溫、具有一定強(qiáng)度。主要用于化學(xué)、化工、制藥、食 品等工業(yè)。水泥

什么是水泥？水泥是一種加入適量水后，成為塑性漿體的，既能在空 氣中硬化，又能在水中硬化的，并能把砂、石等材料牢固地膠結(jié)在一 起的水硬性膠凝材料。水泥的種類

硅酸鹽水泥 鋁酸鹽水泥 硫鋁酸鹽水泥 氟鋁酸鹽水泥

火山灰水泥

材料導(dǎo)論 第四章

硅酸鹽水泥的主要礦物成分

硅酸三鈣 3CaO·SiO2，C3S

硅酸二鈣 2CaO·SiO2，C2S

鋁酸三鈣 3CaO·Al2O3，C3A

鐵鋁酸四鈣 4CaO·Al2O3·Fe2O3，C4AF 硅酸鹽水泥的主要礦物成分對(duì)水泥性能的影響

提高C3S可以提高水泥的強(qiáng)度，得到高強(qiáng)水泥

提高C3A，C3S，可以得到快硬水泥

降低C3A和C3S，提高C2S，可以得到中低熱水泥

提高C4AF，降C3A，可以得到道路水泥 衡量水泥性質(zhì)和質(zhì)量的指標(biāo)

密度

容重

細(xì)度

需水性

凝結(jié)時(shí)間

安定性

強(qiáng)度

標(biāo)號(hào)

水化熱 玻璃

什么是玻璃？凡熔融體通過一定方式冷卻，因黏度逐漸增加而具有 固體性質(zhì)與一定結(jié)構(gòu)特征的非晶態(tài)物質(zhì)，都稱為玻璃。玻璃的種類

鈉鈣玻璃

鋼化玻璃

磨光玻璃

鉛玻璃

微晶玻璃

磨砂玻璃

硼硅酸鹽玻璃

彩色玻璃

壓花玻璃

石英玻璃

變色玻璃

夾層玻璃 玻璃的性質(zhì)

力學(xué)性質(zhì);理論強(qiáng)度高，實(shí)際強(qiáng)度低。抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低。硬度高，脆性大。

物理性質(zhì);高度透明，具有很重要的光學(xué)性質(zhì)。能透可見光和紅外 線。

化學(xué)性質(zhì);

化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定?？顾岣g，但不抗堿。玻璃的生產(chǎn)方法

壓制成形

拉制成形

吹制成形

加工纖維 耐火材料

什么是耐火材料？耐火度不低于1580度的材料。廣泛應(yīng)用于冶金、硅酸鹽、化工、機(jī)械等領(lǐng)域的窯爐以及高溫容器的耐高溫材料。常見的耐火材料

耐火磚;黏土磚

輕質(zhì)磚

半硅磚

高鋁磚

鎂磚

碳磚

耐火纖維

耐火混凝土 耐火材料的性能指標(biāo)

耐火度;材料在高溫下不熔化的性質(zhì)。

荷重軟化溫度;指耐火材料在溫度和荷重的作用下抵抗變形的能力。

高溫體積穩(wěn)定性

;

在高溫下外形體積及線度保持穩(wěn)定的能力。

抗熱震性;在高溫下，溫度急劇變化不破壞的能力。

抗渣性;抵抗熔渣或熔融液侵蝕的能力。

耐真空性;在真空和高溫下服役的能力。

第五篇：無機(jī)非金屬材料復(fù)習(xí)

無機(jī)非金屬材料

本章主要內(nèi)容

無機(jī)非金屬材料概論 陶瓷材料

玻璃與非晶態(tài)材料 傳統(tǒng)日用、建筑材料

無機(jī)非金屬材料概論 什么是無機(jī)非金屬材料？

金屬材料和有機(jī)高分子材料以外的固體材料通稱 為無機(jī)非金屬材料。

主要特性：

熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、耐氧化、彈性模量大、強(qiáng)度高。一般為脆性材料

無機(jī)非金屬材料的種類

陶瓷：傳統(tǒng)陶瓷、特種陶瓷 玻璃：普通玻璃、新型玻璃

還有水泥、膠凝材料、混凝土、耐火材料

陶瓷

? 陶瓷概述 陶瓷涵義與分類 ? 陶瓷制備技術(shù) ? 陶瓷結(jié)構(gòu)

陶瓷組成、結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系：組成通過結(jié)構(gòu)決定性能

傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)工藝p76 原料加工→

坯料制備→

成型→

素?zé)蚋稍铩?/p>

施釉→

燒成

陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)p85 陶瓷材料的鍵性

陶瓷材料的組成相的結(jié)合鍵為離子鍵（MgO、Al2O3）、共價(jià)鍵（金剛石、Si3N4）以及離子鍵與共價(jià)鍵的混合鍵以離子鍵結(jié)合的晶體稱為離子晶體。離子晶體在陶瓷材料中占有很重要的地位。它具有強(qiáng)度高、硬度高、熔點(diǎn)高等特點(diǎn)。但這樣的晶體脆性大，無延展性，熱膨脹系數(shù)小，固態(tài)時(shí)絕緣，但熔融態(tài)可導(dǎo)電等特點(diǎn)。

陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)p85 陶瓷材料的鍵性

以共價(jià)鍵結(jié)合的晶體稱為共價(jià)晶體。共價(jià)晶體具有方向性和飽和性，因而共價(jià)鍵晶體的原子堆積密度較低。共價(jià)鍵晶體具有強(qiáng)度高、硬度高、熔點(diǎn)高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點(diǎn)。但它脆性大，無延展性，熱膨脹系數(shù)小，固態(tài)、熔融態(tài)時(shí)都絕緣。最硬的金剛石、SiC、Si3N4、BN等材料都屬于共價(jià)晶體。

陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)p85 陶瓷材料的相組成 晶體相

晶體相是陶瓷材料最主要的組成相，主要是某些固溶體或化合物，其結(jié)構(gòu)、形態(tài)、數(shù)量及分布決定了陶瓷材料的特性和應(yīng)用。晶體相又分為主晶相、次晶相和第三相。陶瓷中晶體相主要有含氧酸鹽（硅酸鹽、鈦酸鹽等）、氧化物（MgO、Al2O3）、非氧化物（SiC，Si3N4）等。

硅氧四面體是硅酸鹽陶瓷中最基本的結(jié)構(gòu)單元。

陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)p85 陶瓷材料的相組成 玻璃相

玻璃相是陶瓷材料中原子不規(guī)則排列的組成部分，其結(jié)構(gòu)

類似于玻璃。玻璃相的作用是：將分散的晶體相粘結(jié)起來，填充晶體之 間的空隙，提高材料的致密度；降低燒成溫度，加快燒結(jié) 過程；阻止晶體轉(zhuǎn)變、抑止晶粒長大。

玻璃相對(duì)陶瓷強(qiáng)度、介電常數(shù)、耐熱性能是不利的。

陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)p86 陶瓷材料的相組成 氣相（氣孔）

陶瓷中氣孔主要是坯體各成分在加熱過程中單獨(dú)或互相 發(fā)生物理、化學(xué)作用所生成的空隙。這些空隙可由玻璃 相來填充，還有少部分殘留下來形成氣孔。

氣孔對(duì)陶瓷的性能是不利的。它降低材料的強(qiáng)度，是造 成裂紋的根源。

陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)★

陶瓷材料的晶體缺陷

（點(diǎn)缺陷）

陶瓷材料晶體中存在的置換原子、間隙原子和空位等缺陷稱之為點(diǎn)缺陷。陶瓷材料的很多性質(zhì)如導(dǎo)電性與點(diǎn)缺陷有直接關(guān)系。此外，陶瓷材料的燒結(jié)、擴(kuò)散等物理化學(xué)過程也與點(diǎn)缺陷有關(guān)。

陶瓷材料的晶體缺陷（線缺陷）

位錯(cuò)是陶瓷材料晶體中存在線缺陷。陶瓷材料中位錯(cuò)形成所需要的能量較大，因此，不易形成位錯(cuò)。陶瓷材料中位錯(cuò)密度很低。陶瓷材料主要是離子鍵和共價(jià)鍵。這兩種結(jié)合鍵造成位錯(cuò)的可動(dòng)性降低。當(dāng)位錯(cuò)滑移時(shí)，離子鍵中同號(hào)離子相斥，導(dǎo)致離子鍵斷裂；而共價(jià)鍵的方向性和飽和性，具有確定的鍵長和鍵角，位錯(cuò)的滑移也會(huì)導(dǎo)致共價(jià)鍵的破斷。

陶瓷材料的晶體缺陷(面缺陷)陶瓷材料一般是多晶材料。多晶材料中存在的晶界和亞晶界就是陶瓷材料中的面缺陷。我們知道晶粒細(xì)化可以提高材料的強(qiáng)度。晶界對(duì)金屬材料和陶瓷材料強(qiáng)度的提高作用機(jī)理是不同的。對(duì)金屬材料來說，晶界阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，從而強(qiáng)化了材料；而對(duì)陶瓷材料來說，利用晶界兩側(cè)晶粒取向的不同來阻止裂紋的擴(kuò)展，提高強(qiáng)度。

陶瓷材料的性能

力學(xué)性能

硬度：陶瓷的硬度很高，多為1000Hv～1500Hv（普通淬火鋼的硬度500～800Hv）。陶瓷硬度高的原因是離子晶體中離子堆積密度大、以及共價(jià)晶體中電子云的重疊程度高引起的?！?/p>

剛度：剛度是由彈性模量衡量的，彈性模量又反映其化學(xué)鍵的鍵能。離子鍵和共價(jià)鍵的鍵能都要高于金屬鍵，因此陶瓷材料的彈性模量要高于金屬材料。彈性模量對(duì)組織不敏感，但結(jié)構(gòu)中存在氣孔將降低彈性模量，溫度升高也使彈性模量降低

強(qiáng)度:陶瓷材料的強(qiáng)度取決于鍵的結(jié)合力，理論強(qiáng)度很高。但陶瓷中由于組織的不均勻性，內(nèi)部雜質(zhì)和各種缺陷的存在，使得陶瓷材料的實(shí)際強(qiáng)度要比理論強(qiáng)度低100多倍。

陶瓷材料的強(qiáng)度也受晶粒大小的影響。晶粒越細(xì)，強(qiáng)度越高。此外，陶瓷材料一般具有優(yōu)于金屬材料的高溫強(qiáng)度，高溫抗蠕變能力強(qiáng)，且有很高的抗氧化性。常用于高溫材料。

塑性與韌性:陶瓷材料的塑性和韌性較低，這是陶瓷最大的弱點(diǎn)。斷裂包括裂紋形成和擴(kuò)展的兩過程陶瓷內(nèi)部和表面因表面劃傷、化學(xué)侵蝕、熱脹冷縮不均勻等易產(chǎn)生的微裂紋，載荷時(shí)，裂紋尖端產(chǎn)生應(yīng)力集中，而陶瓷材料不能由塑性變形將應(yīng)力松弛，因此內(nèi)部裂紋很快擴(kuò)展，導(dǎo)致陶瓷材料斷裂，這也是陶瓷材料脆性大的根本原因。

熱學(xué)性能

熔點(diǎn):陶瓷材料由離子鍵和共價(jià)鍵結(jié)合，因此具有較高的熔點(diǎn)。熱容: 陶瓷材料在低溫下熱容小，在高溫下熱容增大。

熱膨脹:陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)小，這是由晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵決定的。一般為10－5～10

－6/K。

電學(xué)性能

陶瓷材料是良好的絕緣體。可用于隔電的絕緣材料；陶瓷還具有介電特性，可作為電器的介質(zhì)。陶瓷材料的介電損耗很小，可大量制造高頻、高溫下工作的器件。

光學(xué)性能 陶瓷材料由于晶界和氣孔的存在，一般是不透明的。可以通過燒結(jié)方法的改變和控制晶粒的大小，制備出透明的氧化物陶瓷。

陶瓷材料 之普通陶瓷p79 ? 瓷器用原料：

長石質(zhì)瓷的主要原料有高嶺石、長石和石英；

絹云母質(zhì)瓷的主要原料有高嶺石、長石、石英和絹云母； 滑石質(zhì)瓷的主要原料有高嶺石、長石、石英和滑石； 骨灰質(zhì)瓷的主要原料有高嶺石、長石、石英和骨灰

? 普通陶瓷按用途分為日用陶瓷和普通工業(yè)陶瓷

? 普通工業(yè)陶瓷主要為粗陶瓷、精陶瓷、炻器和瓷器，按用途分為建筑陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、電器絕緣陶瓷、化工陶瓷等

? 日用陶瓷主要為瓷器，長石質(zhì)瓷、絹云母質(zhì)瓷、滑石質(zhì)瓷和骨灰質(zhì)瓷

日用陶瓷

? 一般應(yīng)具有良好的白度、光澤度、透光性、熱穩(wěn)定性和強(qiáng)度。? 日用陶瓷主要應(yīng)用于茶具、餐具和工藝品

普通工業(yè)陶瓷

1）建筑陶瓷: 以黏土為主要原料而制得的用于建筑物的陶瓷

2）衛(wèi)生陶瓷: 以高嶺土為主要原料而制得的用于衛(wèi)生設(shè)施的帶釉陶瓷制品，有陶質(zhì)、炻瓷質(zhì)和瓷質(zhì)等。

3）電器絕緣陶瓷: 又稱電瓷，是作為隔電、機(jī)械支撐及連接用的瓷質(zhì)絕緣器件。分為低壓電瓷、高壓電瓷和超高壓電瓷等。

4）化學(xué)、化工陶瓷: 要求耐酸、耐高溫、具有一定強(qiáng)度。主要用于化學(xué)、化工、制藥、食品等工業(yè)。

新型陶瓷★

（與傳統(tǒng)陶瓷或稱普通陶瓷比較）

? 原料方面：普通陶瓷以粘土為主要原料；新型陶瓷通常以氧化物、氮化物、硅化物、碳化物等為主要原料

? 化學(xué)組成控制方面：普通陶瓷化學(xué)組成和性能由粘土的成分、產(chǎn)地等決定；新型陶瓷的原料是化合物，成分有人工配比決定，其性質(zhì)由原料的純度和工藝決定

? 制備工藝上：普通陶瓷以普通爐窯為主要設(shè)備燒結(jié)而成；新型陶瓷廣泛采用真空燒結(jié)、保護(hù)氣氛燒結(jié)、熱壓、熱等靜壓等手段制備。

? 性能方面：新型陶瓷又不同于普通陶瓷的特殊性能，如高強(qiáng)度、高硬度、耐腐蝕、導(dǎo)電以及在電、磁、光、聲、生物工程等方面的特殊功能。

? 應(yīng)用方面：新型陶瓷除普通陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域外，廣泛用于現(xiàn)代科技中高、精、尖端領(lǐng)域.玻璃、非晶態(tài)材料

? 玻璃、無定形、非晶態(tài)材料定義

非晶態(tài)定義：組成物質(zhì)的原子、分子的空間排列不呈現(xiàn)周期性和平移對(duì)稱性，即長程無序；但原子間的相互關(guān)聯(lián)作用，使其在小于幾個(gè)原子間距的小區(qū)域內(nèi)保持著形貌和組分的有序性，即短程有序；這樣的物質(zhì)狀態(tài)★ 玻璃、無定形固體實(shí)質(zhì)上就是非晶態(tài)材料

玻璃、無定形、非晶態(tài)材料關(guān)系

? 一般非晶態(tài)材料包含玻璃、無定形材料；具有玻璃轉(zhuǎn)變溫度的非晶態(tài)材料，即玻璃材料；除此之外其他非晶態(tài)材料，即無定形材料★

非晶態(tài)材料: 低分子非晶態(tài)固體.氧化物玻璃、非氧化物玻璃.非晶態(tài)高分子聚合體

玻璃分類

? 按組成分類：元素玻璃、氧化物玻璃、非氧化物玻璃

? 按性能或功能分類：光敏玻璃、聲光玻璃、光致變色玻璃、低膨脹玻璃、半導(dǎo)體玻璃、超導(dǎo)玻璃等

玻璃的制備方法

玻璃的制備方法:

熔體冷卻法

液相析出法

氣相凝聚法

晶體能量泵入法

玻璃的形成 熱力學(xué)條件（玻璃的生成的熱力學(xué)理論）玻璃的能量

?G=?H – T?S

高溫熔體

– T?S 起主導(dǎo)作用

?G<0 低溫玻璃

?H 占主導(dǎo)

?G>0 玻璃態(tài)內(nèi)能>相應(yīng)結(jié)晶態(tài)物質(zhì)，有析晶傾向

形成玻璃的熱力學(xué)條件:玻璃態(tài)與晶態(tài)的內(nèi)能差越小越易形成玻璃 2 動(dòng)力學(xué)條件（玻璃的生成的動(dòng)力學(xué)理論）

? 玻璃形成與過冷度?T、粘度、成核速率Ir、晶體生長速率u等有關(guān)。? 熔體冷卻速率非常關(guān)鍵 熔體結(jié)構(gòu)、鍵性和鍵強(qiáng)對(duì)生成玻璃的作用（結(jié)晶化學(xué)理論）

Ⅰ熔體結(jié)構(gòu)

熔體冷卻時(shí)，分子、原子動(dòng)能減小，聚合形成大陰離子，熔體粘度增大。熔體中陰離子基團(tuán)是低聚合→難于形成玻璃 熔體中陰離子基團(tuán)是高聚合→易于形成玻璃 Ⅱ鍵性★

1)離子鍵

：無方向性、飽和性，原子相對(duì)位置容易改變，組合成晶格容易。

2)共價(jià)鍵

：有方向性、飽和性，作用范圍小。純共價(jià)鍵化合物為分子結(jié)構(gòu)，以范氏力結(jié)合成分子晶體。

3)金屬鍵

：無方向性、飽和性。傾向于最緊密堆積，原子間易成晶格。最不易成玻璃。4)過渡鍵（離子-共價(jià)、金屬-共價(jià)）：形成大陰離子，易成玻璃。如離子-共價(jià)鍵，既有離子鍵的易變鍵角、形成無對(duì)稱變形的趨勢(shì)，造成長程無序；又有共價(jià)鍵的方向、飽和性，不易改變鍵長、鍵角傾向，造成短程有序。Ⅲ 孫光漢單鍵能理論

鍵能大，鍵的破壞、重組也難，成核位壘高，不易析晶。鍵能>335 KJ/mol的氧化物可單獨(dú)成玻。

玻璃的結(jié)構(gòu)

玻璃的結(jié)構(gòu)是指玻璃中質(zhì)點(diǎn)在空間的幾何配置、有序程度及它們彼此間的結(jié)合狀態(tài)

玻璃的結(jié)構(gòu)學(xué)說(或稱玻璃的結(jié)構(gòu)理論)：凝膠學(xué)說、高分子學(xué)說、晶子學(xué)說（微晶模型）、無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說、五角對(duì)稱學(xué)說、無規(guī)堆積硬球?qū)W說、近程有序論等。主要的玻璃結(jié)構(gòu)學(xué)說是：晶子學(xué)說、無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說

主要的玻璃結(jié)構(gòu)學(xué)說之晶子學(xué)說

1)晶子學(xué)說（1921年前蘇聯(lián)學(xué)者列別捷夫提出）

列別捷夫主要論點(diǎn)：

玻璃是由無數(shù)“晶子”所組成，晶子是具有晶格變形的有序排列的區(qū)域，分散在無定形的介質(zhì)中，從“晶子”部分到無定形部分是逐步過渡的，兩者之間沒有明顯的界限。晶子的化學(xué)性質(zhì)取決于玻璃的化學(xué)組成 實(shí)驗(yàn)證據(jù)：

成分遞變的鈉硅雙組分玻璃的X射線散射強(qiáng)度曲線

結(jié)晶氧化硅和玻璃態(tài)氧化硅在3~26?m的波長范圍內(nèi)的紅外反射光譜

鈉硅雙組分玻璃系統(tǒng)的原始玻璃態(tài)和析晶態(tài)的紅外反射和吸收光譜

? 成功之處：

玻璃的結(jié)構(gòu)特征是微不均勻性以及近程有序

? 未解決的問題：

晶子的大小、含量和化學(xué)組成等未得到理論確定★ 主要的玻璃結(jié)構(gòu)學(xué)說之無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說

無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說（1932年德國學(xué)者扎哈里阿森）扎哈里阿森認(rèn)為：

凡是成為玻璃態(tài)的物質(zhì)與相應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)一樣，也是由一個(gè)三度空間網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成。這種網(wǎng)絡(luò)是離子多面體（四面體或三角體）構(gòu)筑起來的。玻璃中結(jié)構(gòu)多面體的重復(fù)沒有規(guī)律。實(shí)驗(yàn)證據(jù)：

瓦倫對(duì)玻璃的X射線衍射光譜的一系列研究結(jié)果，石英玻璃、方石英和硅膠的X射線衍射光譜的對(duì)比；用傅立葉分析法和物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)得到近距離內(nèi)原子排列的圖形，從而得到玻璃結(jié)構(gòu)有序部分距離在1.0~1.2nm附近

? 成功之處：

玻璃的結(jié)構(gòu)特征是玻璃中的離子與多面體相互間排列的均勻性、連續(xù)性以及無序性。

? 未解決的問題：

玻璃的結(jié)構(gòu)中微不均勻、不連續(xù)性和近程有序等問題無法解釋。

無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)派：陽離子在玻璃結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中所處的位置不是任意的，而是有一定配位關(guān)系。多面體的排列也有一定的規(guī)律，并且在玻璃中可能不止存在一種網(wǎng)絡(luò)。因此承認(rèn)了玻璃結(jié)構(gòu)的近程有序和微不均勻性。

晶子學(xué)派：玻璃是具有近程有序（晶子）區(qū)域的 無定形物質(zhì)

玻璃的通性

各向同性、亞穩(wěn)性、無固定熔點(diǎn)、熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化的可逆與漸變性、熔融態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化時(shí)物理、化學(xué)性質(zhì)隨溫度變化的連續(xù)性

玻璃無固定熔點(diǎn)原因

? 玻璃不像晶體在析晶時(shí)，有新相形成而產(chǎn)生突變，形成熔點(diǎn)

? 物質(zhì)由熔體向固態(tài)玻璃轉(zhuǎn)變時(shí)，隨著溫度降低，熔體的粘度逐漸增大，最后形成固態(tài)玻璃，此凝固過程中，相應(yīng)溫度變化范圍寬

? 在此溫度變化范圍內(nèi)，始終沒有結(jié)晶，即沒有晶相形成，因此沒有所謂的結(jié)晶溫度點(diǎn)存在。

玻璃具有亞穩(wěn)性原因

? 玻璃從熔體經(jīng)快速冷卻的過程中，由于冷卻速度快，粘度急劇增大，質(zhì)點(diǎn)來不及作有規(guī)則的排列而釋放出結(jié)晶潛熱，玻璃態(tài)物質(zhì)比相應(yīng)晶態(tài)物質(zhì)含有較大內(nèi)能，使玻璃在常溫下不處于能量最低的穩(wěn)定狀態(tài)，而是亞穩(wěn)態(tài)

? 從動(dòng)力學(xué)角度分析，在常溫下，玻璃粘度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于析晶粘度，玻璃析晶必須克服很大的析晶勢(shì)壘，阻力大，玻璃結(jié)晶速度非常小，即析晶可能性很小，因此常溫下玻璃能夠穩(wěn)定存在

? 從熱力學(xué)角度分析，玻璃態(tài)處于高能態(tài)，不穩(wěn)定，必然有向低能態(tài)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)，即有析晶傾向。

玻璃性質(zhì)

1、玻璃熔體的工藝性質(zhì)：粘度、表面張力和密度★

2、玻璃的力學(xué)性質(zhì)：彈性、強(qiáng)度、硬度、致密化和內(nèi)耗（理論強(qiáng)度高，實(shí)際強(qiáng)度低；抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度低；硬度高，脆性大。）

3、熱學(xué)性質(zhì)：熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、熱穩(wěn)定性等

4、玻璃光學(xué)性質(zhì)：光吸收、折射和色散、反射、透光率等（高度透明，具有很重要的光學(xué)性質(zhì)；能透可見光和紅外線。）

5、化學(xué)穩(wěn)定性：化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗酸腐蝕，有一定抗堿。

粘度?特征點(diǎn)、工藝意義

?（Pa ? S）

對(duì)應(yīng)溫度

108~1010

膨脹軟化點(diǎn)Tf 1012

退火上限 1012.4

轉(zhuǎn)變點(diǎn)Tg 1013.5

應(yīng)變點(diǎn)（退火下限）1.熔化

石英砂的熔化包括表面溶解和擴(kuò)散，粘度小利于擴(kuò)散。2.澄清

氣泡上升速度與粘度成反比。3.均化

實(shí)際是質(zhì)點(diǎn)的擴(kuò)散，粘度小有利。

4.成形

料性短的玻璃可較快成形。TW–TL過小易析晶。5.退火

在? =1011.5~1013帕? 秒內(nèi)通過粘滯流動(dòng)消除應(yīng)力，溫度較低（?>1013帕?秒）時(shí)有部分應(yīng)力通過彈性松弛消除。表面張力?的工藝意義 ? ? ? ? 1.澄清

V?r2 ?大，氣泡長大難，澄清難。2.均化

?大時(shí)，力求成球，均化難。3.成形

拉邊器

自拋光 4.熱加工

燒口

火拋光

注：熔化過程：化合物形成、玻璃液形成、澄清、均化、冷卻

生產(chǎn)者關(guān)心的性能或性質(zhì)：

粘度、表面性質(zhì)、熱膨脹性、導(dǎo)熱率、比熱容、密度、彈性、脆性等隨溫度變化的規(guī)律

用戶關(guān)心的性能或性質(zhì)：

機(jī)械強(qiáng)度、硬度、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性、光學(xué)性能、電磁性能等

常見玻璃結(jié)構(gòu)參數(shù)與物理性質(zhì)：基于玻璃無規(guī)則網(wǎng)絡(luò)的基本概念，為便于比較玻璃各種物理性質(zhì)，引用一些基本結(jié)構(gòu)參數(shù)來描述玻璃的網(wǎng)絡(luò)特性。

若X表示多面體的平均非橋氧數(shù)；Y表示多面體的平均橋氧數(shù)；Z表示網(wǎng)絡(luò)形成正離子的配位數(shù)；R表示玻璃中全部氧離子與全部網(wǎng)絡(luò)形成體離子數(shù)之比，則：

常見玻璃：

1、硅酸鹽玻璃：石英玻璃、鈉鈣硅玻璃、鉀鋇硅玻璃（又稱鋇冕玻璃）、鈉鈣硅玻璃、鉀鋇硅玻璃主要產(chǎn)品：瓶罐玻璃、藝術(shù)玻璃、建筑玻璃、汽車玻璃、鏡片玻璃等。石英玻璃可制備高硅氧儀器特種玻璃、電光源玻璃

鈉鈣硅玻璃以硅砂、純堿、石灰石等為原料采用熔融冷卻法制備。其結(jié)構(gòu)：以硅氧四面體為結(jié)構(gòu)單元向三度空間發(fā)展的無序的架狀結(jié)構(gòu)；Na+、Ca2+均勻分布于硅氧網(wǎng)絡(luò)空穴中以維持網(wǎng)絡(luò)中局部電中性。

2、硼酸鹽玻璃：B2O3玻璃、鈉硼酸鹽玻璃、鈉硼硅酸鹽玻璃（或稱派萊克斯、安瓿玻璃）

鈉硼酸鹽玻璃、鈉硼硅酸鹽玻璃主要產(chǎn)品：儀器玻璃、醫(yī)藥用玻璃、光致變色玻璃、電光源玻璃（B2O3玻璃結(jié)構(gòu)：以硼氧三角體或硼氧三元環(huán)為結(jié)構(gòu)單元，頂角相連組成向二度空間發(fā)展的層狀結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)松散并且層與層之間作用力為分子間力，這一弱鍵導(dǎo)致B2O3玻璃的一系列性能變壞，加適量Na2O后，Na2O提供的氧使硼氧三角體轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆蓸蜓踅M成的硼氧四面體，導(dǎo)致玻璃從原來的層狀結(jié)構(gòu)部分轉(zhuǎn)化為架狀結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)變得致密，部分分子引力也隨之轉(zhuǎn)化為鍵強(qiáng)較強(qiáng)的極性共價(jià)鍵，從而加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)，使鈉硼酸鹽玻璃的各種物理性質(zhì)與相同條件下的B2O3玻璃相比，相應(yīng)向著相反方向變化,即發(fā)生硼反常現(xiàn)象）

新型玻璃：

? 光學(xué)功能玻璃：磷酸鹽玻璃、氟化物玻璃、鋁硼酸鹽玻璃、鋁磷酸鹽玻璃、硫系玻璃、碲酸鹽玻璃

? 熱學(xué)功能玻璃：Li2O-Al2O3-SiO2系微晶玻璃

? 力學(xué)功能玻璃：Li2O-Al2O3-SiO2系微晶玻璃、MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃

? 生物及化學(xué)功能玻璃： MgO-Al2O3-TiO2-SiO2系生物玻璃、Na2O-CaO-SiO2-P2O5系生物活性玻璃；SiO2系、P2O5 系、稀土類多孔玻璃

傳統(tǒng)玻璃與新玻璃材料

玻璃工業(yè)新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

? 能源、材料、環(huán)保、信息、生物等五大領(lǐng)域的發(fā)展

產(chǎn)品方面：玻璃原片的生產(chǎn)向大片、薄片、厚片、白片四大類發(fā)展；

研發(fā)新技術(shù)方面：從玻璃產(chǎn)品的表面和內(nèi)在改性應(yīng)用、功能等方面著手，使玻璃在強(qiáng)度、隔熱、耐火、安全、陽光控制、隔音、自潔（環(huán)保）等功能上優(yōu)化。

水泥

什么是水泥？水泥是一種加入適量水后，成為塑性漿體的，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化的，并能把砂、石等材料牢固地膠結(jié)在一起的水硬性膠凝材料。

水泥的種類：硅酸鹽水泥

鋁酸鹽水泥

硫鋁酸鹽水泥

氟鋁酸鹽水泥

火山灰水泥

硅酸鹽水泥

原料：石灰石（CaO）、黏土（Al2O3SiO2）、鐵粉(Fe2O3)、煤粉、礦化劑等

工藝：配料、粉磨（水泥的生料）、成球、煅燒（水泥的熟料）、粉磨、包裝。

水泥的熟料和石膏→礦渣、粉煤灰、火山灰→普通水泥、礦渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥

硅酸鹽水泥的主要礦物成分：硅酸三鈣 3CaO·SiO2，C3S、硅酸二鈣 2CaO·SiO2，C2S、鋁酸三鈣 3CaO·Al2O3，C3A、鐵鋁酸四鈣 4CaO·Al2O3·Fe2O3，C4AF。

硅酸鹽水泥的主要礦物成分對(duì)水泥性能的影響：提高C3S可以提高水泥的強(qiáng)度，得到高強(qiáng)水泥；提高C3A，C3S，可以得到快硬水泥；降低C3A和C3S，提高C2S，可以得到中低熱水泥；提高C4AF，降C3A，可以得到道路水泥。

衡量水泥性質(zhì)和質(zhì)量的指標(biāo)：密度、凝結(jié)時(shí)間、水化熱、容重、安定性、細(xì)度、強(qiáng)度、需水性。

p113/p114

耐火材料

什么是耐火材料？耐火度不低于1580度的材料。廣泛應(yīng)用于冶金、硅酸鹽、化工、機(jī)械等領(lǐng)域的窯爐以及高溫容器的耐高溫材料。

常見的耐火材料：耐火磚、耐火纖維、耐火混凝土

耐火材料的性能指標(biāo)

耐火度：材料在高溫下不熔化的性質(zhì)。

荷重軟化溫度：指耐火材料在溫度和荷重的作用下抵抗變形的能力。高溫體積穩(wěn)定性：在高溫下外形體積及線度保持穩(wěn)定的能力。抗熱震性：在高溫下，溫度急劇變化不破壞的能力?？乖裕旱挚谷墼蛉廴谝呵治g的能力。耐真空性：在真空和高溫下服役的能力。