第一篇：對(duì)無(wú)機(jī)非金屬材料的認(rèn)識(shí)與思考

張宏格論文.doc

山西輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文

對(duì)無(wú)機(jī)非金屬材料的認(rèn)識(shí)與思考

教 學(xué) 系：

輕工工程系

班

級(jí)；

材料工程1031

姓

名：

張宏格

指導(dǎo)老師：

馬建杰

山西輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 二零一三年四月二十二日

對(duì)無(wú)機(jī)非金屬材料的認(rèn)識(shí)與思考

摘要：隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,能源是制約經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要條件。而新材料是發(fā)展高新技術(shù)的基石，復(fù)合材料及無(wú)機(jī)非金屬材料科學(xué)的新興領(lǐng)域等方面，新型無(wú)機(jī)非金屬材料將在未來(lái)科技發(fā)展中發(fā)揮更大的作用，應(yīng)予以高度重視，而用新材料技術(shù)改造傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料行業(yè)，能促進(jìn)材料行業(yè)的整體飛躍。本文闡述了新型無(wú)機(jī)非金屬材料的研究開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，并對(duì)其未來(lái)發(fā)展動(dòng)向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：新型材料 新型無(wú)機(jī)非金屬材料 分類(lèi) 功能陶瓷材料 現(xiàn)狀 展望

正

文

一、無(wú)機(jī)非金屬材料的分類(lèi)和地位

材料一般分為無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料，無(wú)機(jī)材料中除金屬以外的材料都是無(wú)機(jī)非金屬材料。最早，無(wú)機(jī)非金屬材料只包含傳統(tǒng)的陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料，隨著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，又將半導(dǎo)體、先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷、新型功能玻璃、人工晶體、非晶態(tài)材料、碳素材料等都納入到無(wú)機(jī)非金屬材料領(lǐng)域中。

無(wú)機(jī)非金屬材料品種繁多，新材料層出不窮，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中的應(yīng)用極其廣泛。由于無(wú)機(jī)非金屬材料學(xué)科具有多學(xué)科交叉的時(shí)代特征，其發(fā)展蓬蓬勃勃，新的生長(zhǎng)點(diǎn)不斷涌現(xiàn)。

作為四大材料中(鋼鐵、有色、有機(jī)和無(wú)機(jī)非金屬材料)工業(yè)之一的無(wú)機(jī)非金屬材料工業(yè)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著重要的作用。近年來(lái)，無(wú)機(jī)非金屬材料不僅在品種上有了空前的發(fā)展，而且在內(nèi)涵上有了進(jìn)一步的延伸。傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料材料品種繁多，主要是指大宗無(wú)機(jī)建筑材料，包括水泥、玻璃、陶瓷與建筑（墻體）材料等。其產(chǎn)量占無(wú)機(jī)非金屬材料的絕大多數(shù)。建筑材料與人們的生活質(zhì)量息息相關(guān)。

新型無(wú)機(jī)非金屬材料是指具有如高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐磨、抗腐、耐高溫、抗氧化以及特殊的電、光、聲、磁等一系列優(yōu)異綜合性能的新型材料，是其它材料難以替代的功能材料和結(jié)構(gòu)材料。無(wú)機(jī)非金屬新材料具有獨(dú)特的性能，是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)不可缺少的關(guān)鍵材料。例如稀土摻雜石英玻璃廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈、衛(wèi)星及坦克火控武器等激光測(cè)距系統(tǒng)，耐輻照石英玻璃應(yīng)用于各種衛(wèi)星及宇宙飛船的姿控系統(tǒng)；光學(xué)纖維面板和微通道板作為像增強(qiáng)器和微光夜視元件在全天候兵器中得到應(yīng)用；航空玻璃為中國(guó)各類(lèi)軍用飛機(jī)提供了關(guān)鍵部件。人工晶體材料中激光、非線性光學(xué)和紅外等晶體，用于彈道制導(dǎo)、電子對(duì)抗、潛艇通訊、激光武器等。特種陶瓷中，耐高溫、高韌性陶瓷可用于航空、航天發(fā)動(dòng)機(jī)、衛(wèi)星遙感，可制作特殊性能的防彈裝甲陶瓷及特種纖維及用于電子對(duì)抗等。目前已開(kāi)發(fā)了近四千種高性能、多功能無(wú)機(jī)非金屬新材料新品種。這些高性能材料在發(fā)展現(xiàn)代武器裝備中起到十分重要的作用。

二、無(wú)機(jī)非金屬材料的發(fā)展現(xiàn)狀

雖然我國(guó)無(wú)機(jī)非金屬新材料取得了很多成就，但由于我國(guó)無(wú)機(jī)非金屬材料研制、開(kāi)發(fā)至產(chǎn)業(yè)的形成起步較晚，底子薄，投入強(qiáng)度小等原因，使之與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍有較大差距。1.基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)落后

我國(guó)的無(wú)機(jī)非金屬新材料是從試制起步的，發(fā)展過(guò)程也主要是隨從于型號(hào)的需要進(jìn)行。由于時(shí)間、人力的限制，加之我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)基礎(chǔ)研究重視不夠，投入較少，無(wú)機(jī)非金屬材料的系統(tǒng)的基礎(chǔ)非常薄弱。

2.材料性能低、品種少、批生產(chǎn)質(zhì)量不穩(wěn)定

雖然我國(guó)已基本上建立了無(wú)機(jī)非金屬材料的研究、開(kāi)發(fā)與部分產(chǎn)品的生產(chǎn)體系，但材料的品種尚不齊全，一些重要工程的關(guān)鍵配套材料還須進(jìn)口。性能低、質(zhì)量差的問(wèn)題仍然存在，而且在進(jìn)行批量生產(chǎn)時(shí)質(zhì)量不穩(wěn)定、成品率低、效益差的問(wèn)題嚴(yán)重，必須下大力氣解決。例如，電磁屏蔽玻璃目前我國(guó)只能達(dá)到屏蔽85dB的水平，而美國(guó)已達(dá)到110dB。我們?cè)谄帘尾ǘ畏秶确矫孢h(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足國(guó)防工業(yè)發(fā)展的需要。而航空玻璃方面高強(qiáng)、多功能(隱身、防激光等)圓弧整體風(fēng)擋在我國(guó)還剛起步研究，極大的制約了我國(guó)航空工業(yè)的發(fā)展。.制備技術(shù)落后

無(wú)機(jī)非金屬新材料工業(yè)，不但制備技術(shù)落后，而且生產(chǎn)能力低，效率低，直接影響高科技產(chǎn)品質(zhì)量(性能)、成本、能耗等三個(gè)方面。例如，國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家玻璃纖維生產(chǎn)大都采用800-6000孔漏板池窯拉絲法生產(chǎn)，已占總量95％以上，無(wú)紡材料全部用池窯法生產(chǎn)，坩堝拉絲法早已被淘汰，而我國(guó)現(xiàn)有的池窯拉絲大部分采用800-2000孔生產(chǎn)技術(shù)，4000孔技術(shù)正在開(kāi)發(fā)，坩堝拉絲還沒(méi)有完全淘汰，與國(guó)外相比還有較大的差距。我國(guó)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料機(jī)械化生產(chǎn)只占40％，60％仍采用落后的手工成型，與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家差距甚大。又如集成電路(IC)石英擴(kuò)散管的制備技術(shù)，國(guó)內(nèi)采用的單機(jī)間歇?dú)鉄捝a(chǎn)技術(shù)只能提供100mm以下IC 管，而國(guó)外采用一步法連熔拉管技術(shù)，生產(chǎn)∮200~300mm大口徑石英管供大規(guī)模集成電路用，使我國(guó)IC用石英擴(kuò)散管失去競(jìng)爭(zhēng)能力，完全依賴(lài)進(jìn)口。

4.技術(shù)裝備落后

目前我國(guó)無(wú)機(jī)非金屬新材料制備技術(shù)與裝備明顯落后，造成研制周期長(zhǎng)、新產(chǎn)品發(fā)展困難，預(yù)研成果不能及時(shí)進(jìn)入工程化研究，即便生產(chǎn)也會(huì)出現(xiàn)成品率低、規(guī)模小，經(jīng)濟(jì)效率差等問(wèn)題。

三、無(wú)機(jī)非金屬的發(fā)展動(dòng)態(tài) ,低維化發(fā)展

低維化發(fā)展主要表現(xiàn)在宏觀上和微觀上兩個(gè)方面。宏觀上的低維化是從體材料向薄膜材料和纖維材料的發(fā)展。例如現(xiàn)代信息功能器件如微電子和光電子等都是由集成化, 在這期間主要應(yīng)用的就是薄膜材料。薄膜材料的特殊作用更加體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)材料也用薄膜來(lái)改性,是結(jié)構(gòu)材料增強(qiáng)、增韌耐磨等效果。而作為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料主體的纖維也同樣起著尤為重要的作用, 如光通信中光信號(hào)的放大、調(diào)制、選模等都是通過(guò)纖維來(lái)完成,最終形成纖維光路和光網(wǎng)。而從微觀上看低維化, 即無(wú)機(jī)非金屬材料的織構(gòu)與結(jié)構(gòu)上的尺寸如毫米、微米趨向納米。目前人們更加關(guān)注的是納米尺度上的超晶格薄膜、納米線到納米點(diǎn)材料的結(jié)構(gòu)中, 在以后的發(fā)展中更是以納米器件為中心來(lái)研究納米材料的合成、組裝等性能進(jìn)行調(diào)控。2 ,復(fù)合化發(fā)展

作為無(wú)機(jī)非金屬材料與金屬材料和有機(jī)高分子材料的復(fù)合化發(fā)展趨勢(shì)。復(fù)合化的最終是以應(yīng)用為目標(biāo), 如無(wú)機(jī)非金屬材料已廣泛應(yīng)用在鋼筋混凝土、玻璃鋼等方面其中主要就是用有機(jī)高分子與無(wú)機(jī)玻璃纖維來(lái)組成, 這種結(jié)構(gòu)材料為主的復(fù)合材料, 這也是復(fù)合材料具有單一材料所無(wú)法滿(mǎn)足的是使用功能,更是建筑材料發(fā)展趨勢(shì)。3, 智能化發(fā)展

作為材料的只能花是人們關(guān)注的焦點(diǎn),材料的智能化即是材料性能的多元化,等接受外部環(huán)境變化的信息, 并能實(shí)時(shí)進(jìn)行反饋。智能化功能材料大部分為多片壓電和鐵電陶瓷的復(fù)試結(jié)構(gòu), 目前應(yīng)用領(lǐng)域較廣的建筑智能化,提高建筑材料的安全性智能等方面。4, 節(jié)能、降耗的發(fā)展

由于傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料產(chǎn)業(yè)是一個(gè)相對(duì)能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重的領(lǐng)域。隨著可持續(xù)發(fā)展觀的提出, 要全面、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展的理念, 就必須改變這種落后的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式和經(jīng)營(yíng)理念,進(jìn)行科研研發(fā),探索出低能耗、少污染的新的合成工藝,提高產(chǎn)品性能和節(jié)耗的技術(shù)途徑, 改變生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和合理的利用方法。如汽車(chē)和柴油機(jī)尾氣三效催化劑或者是載體材料以解決汽車(chē)和柴油機(jī)的尾氣處理方案。特別是建材行業(yè)是環(huán)境材料的一個(gè)重要領(lǐng)域,尤其在我國(guó)具有特別重要的意義。我國(guó)目前的建筑材料工業(yè)每年毀田6～10萬(wàn)畝,耗土石50億t、標(biāo)準(zhǔn)煤2億t。排放二氧化碳61591億t,占全國(guó)總排放量的35%～40%。因此,我國(guó)急需發(fā)展節(jié)省資源和能源及環(huán)保型生態(tài)建材;有益于健康及凈化功能的生態(tài)建材;拓展生存空間和增加可利用資源的生態(tài)建材。

四．無(wú)機(jī)非金屬材料的應(yīng)用

1、水泥的應(yīng)用

在修復(fù)骨缺損的同時(shí)，保持局部組織中有效 的藥物濃度是確保組織正常修復(fù)的必要條件。因此，尋找一種既可填充骨缺損又能將藥物載入其 中，使之在局部緩慢釋放藥物的生物材料是許多科研和臨床工作者追求的目標(biāo)。研究表明，多種骨修復(fù)材料可以充當(dāng)藥物緩釋載體，如聚甲基丙 烯酸甲酯、陶瓷型磷酸鈣類(lèi)人工骨和可吸收有機(jī)高分子材料等。磷 酸鈣骨水泥又稱(chēng)羥基磷灰石骨水 泥，是1985年研制成功的自固化非陶瓷型羥基磷灰石類(lèi)人工骨材料，在修復(fù)骨缺損方面具有明顯的優(yōu)越性，是一種較理想的新型骨骼修復(fù)材料。CPC 克服了陶瓷型羥基磷灰石難以修整、不易降解等缺點(diǎn)，具有良好的生物相容性、優(yōu)良的生物活性，可降解性，自固化能力以及易塑性和骨傳導(dǎo)能力 j。以CP C為載體的藥物緩釋體系材料的發(fā)展趨勢(shì)。

材料科學(xué)技術(shù)是兼具基礎(chǔ)性和先導(dǎo)性的學(xué)科。該學(xué)科的交叉性很強(qiáng)，從傳統(tǒng)意義上看，它交叉了物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)和工程等幾個(gè)大的學(xué)科，近年來(lái)的發(fā)展使該學(xué)科又交叉了生物、力學(xué)、醫(yī)學(xué)等一大批學(xué)科；該學(xué)科的技術(shù)性也很強(qiáng)，因?yàn)樗徊媪艘苯?、化工、機(jī)械、信息、電子、激光等一大批工程技system，DDS)是一種新型的給藥方式，植入生物體內(nèi)骨骼后載體所負(fù)載的藥物能持續(xù)、穩(wěn)定、高效地緩慢釋放，達(dá)到修復(fù)骨缺損和藥物治療的雙重目的，從而配合全身治療以達(dá)到良好的效果。CPC藥物緩釋體系在骨髓炎、骨結(jié)核、骨腫瘤、骨折、骨不連和人工關(guān)節(jié)置換等領(lǐng)域有 廣闊的應(yīng)用前景，有望成為骨骼系統(tǒng)理想的藥物緩釋載體。（磷酸鈣骨水泥藥物緩釋體系的研究應(yīng)用）

2、玻璃的應(yīng)用

目前．在整彤外科、牙科及上須骨整形等臨床方面．對(duì)于骨移植物的需求正 日趨增加，傳統(tǒng)的髂峙部采骨用作骨移植物的手術(shù)操作存在著許多問(wèn)題，如殘留的髂峙處的人為骨折和行走時(shí)的疼痛、不適及局部觸痛都是潛在的并發(fā)癥，更不用說(shuō)其有限的骨的可利用性。同種異體骨，人源的凍千骨必須經(jīng)過(guò)加工處理以降低其抗原性。減少其傳播疾病的潛能，但同時(shí)亦可能減少其骨再生所必瘦的成骨蛋白數(shù)量。異種骨、球干小牛骨都是廉價(jià)的可選擇移植物，但是其處理過(guò)程的不同又決定了它的不穩(wěn)定性。正如同種異體骨那樣可能降低其成骨能力。因而臨床上強(qiáng)烈需要發(fā)展一種廉價(jià)的可臺(tái)成的骨移植材料，以單獨(dú)的或與有限的津移植共同用于機(jī)體自然的愈合過(guò)程。

PerloGlas與自體骨混合用于截骨術(shù)中的植骨，手術(shù)后5個(gè)月x線片顯示移植區(qū)有明顯骨形成征象。通過(guò) 2 5年的術(shù)后隨 訪表明成骨區(qū)的密度逐漸濃聚，手術(shù)區(qū)域的臨床測(cè)量選擇在

移植木后的6個(gè)月、1 年、2 年，結(jié)果表明缺陷區(qū)的范圍明顯縮小，在每一個(gè)手術(shù)移植 的病例中，缺損都大大的減小了，并且填充有一種堅(jiān)硬的、血管化的、類(lèi)似于骨的組織（生物玻璃的研究進(jìn)展和臨床應(yīng)用）。

3、陶瓷的應(yīng)用

五、無(wú)機(jī)非金屬行業(yè)的現(xiàn)存問(wèn)題

1、產(chǎn)品等級(jí)低

在傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料中，無(wú)論是水泥、玻璃還是陶瓷的產(chǎn)品等級(jí)普遍偏低。例如：發(fā)達(dá)國(guó)家的水泥熟料強(qiáng)度一般都在70MPa以上，而我國(guó)平均強(qiáng)度僅為50 MPa。我國(guó)高等級(jí)水泥（ISO≥42.5）僅占18%，大量生產(chǎn)的是中、低等級(jí)水泥（ISO≤32.5），而很多發(fā)達(dá)國(guó)家的高等級(jí)水泥占90％以上。

2、資源消耗高

在資源的消耗方面，水泥和陶瓷工業(yè)更為突出。由于大量的無(wú)序開(kāi)采，未能充分利用有限資源，造成了極大浪費(fèi)。例如：生產(chǎn)水泥熟料的主要原料是相對(duì)優(yōu)質(zhì)的石灰石，其化學(xué)成份須滿(mǎn)足CaO含量不低于45%、MgO不高于3%等要求。我國(guó)符合水泥生產(chǎn)要求，可以使用的量?jī)H約250億噸。目前每年生產(chǎn)水泥消耗的優(yōu)質(zhì)石灰石約5.5億噸，因此該儲(chǔ)量?jī)H可生產(chǎn)水泥熟料約200億噸，僅能提供約40年的水泥生產(chǎn)需要。

3、能源消耗高

在建筑材料的生產(chǎn)過(guò)程中，要消耗大量的能源。例如：水泥工業(yè)每年消耗標(biāo)煤9106萬(wàn)噸，電力 650億度。我國(guó)水泥生產(chǎn)能耗遠(yuǎn)高于世界先進(jìn)水平，以每噸熟料的綜合能耗計(jì)算，世界先進(jìn)水平為117Kg標(biāo)煤，我國(guó)為173.5Kg標(biāo)煤，高出達(dá)50%以上。在國(guó)外，全氧燃燒技術(shù)已經(jīng)在玻璃行業(yè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，而僅有為數(shù)不多玻璃纖維生產(chǎn)線使用了該項(xiàng)技術(shù)。

4、環(huán)境污染嚴(yán)重

水泥工業(yè)每年排放溫室氣體CO2約5.55億噸、SO2 68.6萬(wàn)噸、NOx約206萬(wàn)噸；目前其他先進(jìn)國(guó)家平均噸熟料的粉塵排放<1Kg，而我國(guó)高達(dá)13Kg，全國(guó)水泥生產(chǎn)年排放的粉塵竟高達(dá)1000萬(wàn)噸以上。

5、單線生產(chǎn)規(guī)模小，落后工藝大量存在

以懸浮預(yù)熱和預(yù)分解技術(shù)為核心技術(shù)的“新型干法”工藝，是目前世界水泥工業(yè)普遍采用的最先進(jìn)的現(xiàn)代化水泥生產(chǎn)技術(shù)。日本有96%、意大利96.5%、韓國(guó)100%、泰國(guó)90%的水泥產(chǎn)量采用這種新型干法生產(chǎn)線，而我國(guó)僅為15％。我國(guó)水泥制造業(yè)處于先進(jìn)工藝與落后工藝并存的復(fù)雜狀態(tài)。在玻璃行業(yè)，我國(guó)浮法玻璃生產(chǎn)線的平均生產(chǎn)規(guī)模為450噸/天，而西方國(guó)家的法玻璃生產(chǎn)線的平均生產(chǎn)規(guī)模為550噸/天。而且在玻璃產(chǎn)品的品質(zhì)上與國(guó)外相比有非常的差距。

六、無(wú)機(jī)非金屬材料發(fā)展的建議

針對(duì)我國(guó)無(wú)機(jī)非金屬材料工業(yè)的現(xiàn)狀，要實(shí)現(xiàn)其快速、健康、穩(wěn)定的發(fā)展，就必須開(kāi)展以下幾個(gè)方面的工作。

(1)加強(qiáng)政府在建材工業(yè)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中的政策引導(dǎo)；

(2)加強(qiáng)資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)的立法并嚴(yán)肅執(zhí)法；

(3)促進(jìn)形成若干個(gè)有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大型建材工業(yè)集團(tuán)，建立以企業(yè)為主體的新型建材工業(yè)科技創(chuàng)新體系，促進(jìn)產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合；

(4)加強(qiáng)“綠色”和節(jié)能型建材工業(yè)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，加強(qiáng)建材工業(yè)實(shí)驗(yàn)基地建設(shè)，促進(jìn)工程技術(shù)創(chuàng)新；

(5)強(qiáng)化行業(yè)管理，建立科學(xué)、先進(jìn)、合理的標(biāo)準(zhǔn)體系，建立產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證制度，發(fā)揮行業(yè)協(xié)會(huì)、學(xué)會(huì)和各類(lèi)中介機(jī)構(gòu)的作用；

(6)應(yīng)盡快制定適應(yīng)我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科研體制和政府體制改革的科學(xué)、有力的政策措施和管理體系，加大投資力度和項(xiàng)目審計(jì)，以保證無(wú)機(jī)非金屬新材料研究、開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)的健康發(fā)展;

(7)應(yīng)根據(jù)需求牽引和科技推進(jìn)的原則，并結(jié)合無(wú)機(jī)非金屬材料科學(xué)體系特點(diǎn)，統(tǒng)籌兼顧、協(xié)調(diào)發(fā)展，合理安排中長(zhǎng)期科研項(xiàng)目。應(yīng)重視和加強(qiáng)基礎(chǔ)研究，充分注意相關(guān)領(lǐng)域科技前沿，提高我國(guó)無(wú)機(jī)非金屬新材料的科技水平和開(kāi)發(fā)能力;

(8)為適應(yīng)無(wú)機(jī)非金屬材料的飛速發(fā)展，必須加快人才的培養(yǎng)，不斷革新無(wú)機(jī)非金屬材料教育的課程設(shè)置和教材，盡快反映本領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域不斷增加的新知識(shí)。應(yīng)重視以基本的物理、化學(xué)原理為基礎(chǔ)，加強(qiáng)原始創(chuàng)新，研究探索有應(yīng)用前景的未知新材料、研究新材料的合成、制備，特別是用基礎(chǔ)分析和計(jì)算機(jī)建模、微觀尺度結(jié)構(gòu)控制、仿生等方法，發(fā)展具有創(chuàng)新意義的高性能低成本無(wú)機(jī)非金屬新材料。應(yīng)加強(qiáng)新設(shè)備、包括重大儀器的研究和裝備，沒(méi)有先進(jìn)的儀器、裝備就不可能在材料的科技前沿進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)工作。7對(duì)無(wú)機(jī)非金屬材料未來(lái)的展望

新材料是發(fā)展高新技術(shù)的物質(zhì)基礎(chǔ),新材料及與其直接相關(guān)的研究領(lǐng)域,如信息存儲(chǔ)材料、微電子材料、生物材料、納米材料、超導(dǎo)材料及高溫電子學(xué)等,在當(dāng)今高新技術(shù)領(lǐng)域及未來(lái)技術(shù)中均占有重要地位。因此世界各國(guó)都給予高度重視,很多國(guó)家把新材料的研究與開(kāi)發(fā)列為關(guān)鍵技術(shù)。而在新材料中,新型無(wú)機(jī)非金屬材料又是特別活躍的領(lǐng)域,在整個(gè)新材料中占據(jù)主要地位。它對(duì)我國(guó)的、對(duì)世界各國(guó)來(lái)說(shuō)都是一個(gè)新型的產(chǎn)業(yè), 更應(yīng)抓住這個(gè)機(jī)遇去研發(fā)、去運(yùn)用到更行各業(yè)中,提高國(guó)家的更項(xiàng)水平,當(dāng)然困難也是與此存在的,所以要克服困難, 迎難而進(jìn), 創(chuàng)造出新的佳績(jī)。

七、結(jié)論

無(wú)機(jī)非金屬材料品種和名目極其繁多,用途各異。傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料是工業(yè)和基本建設(shè)所必需的基礎(chǔ)材料。新型無(wú)機(jī)非金屬材料是20世紀(jì)中期以后發(fā)展起來(lái)的,具有特殊性能和用途的材料。它們是現(xiàn)代新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造、現(xiàn)代國(guó)防和生物醫(yī)學(xué)所不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)。主要有先進(jìn)陶瓷、非晶態(tài)材料、人工晶體、無(wú)機(jī)涂層、無(wú)機(jī)纖維等。

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現(xiàn)在陶瓷材料及技術(shù) 上海華東理工大學(xué)出版社

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15、趙稼祥 無(wú)機(jī)非金屬材料概論 上海華東理工大學(xué)出版社

2008

第二篇：無(wú)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(lèi)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(lèi)材料上發(fā)現(xiàn)的。

2.在化學(xué)組成上，隨著無(wú)機(jī)新材料的發(fā)展，無(wú)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(lái)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(chēng)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(wú)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(guò)程中粘度急劇增大，質(zhì)點(diǎn)來(lái)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(wú)固定熔點(diǎn)

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

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(wú)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(chēng)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(wú)序），配位數(shù)小的結(jié)構(gòu)團(tuán)構(gòu)成無(wú)限伸展的無(wú)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(lái)說(shuō) 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(yáng)離子必須是半徑大而電荷小的。

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

B 在中心陽(yáng)離子周?chē)难蹼x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(lèi)型氧化物能滿(mǎn)足這一條件，并以玻璃形式出現(xiàn)

簡(jiǎn)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(lái)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(kāi)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(chēng)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(wú)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(chǎng)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(lái)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(yáng)離子的分類(lèi)

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(mǎn)足以下的條件：

A 每個(gè)氧化物應(yīng)與不超過(guò)兩個(gè)陽(yáng)離子相連；

B 在中心陽(yáng)離子周?chē)?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(lèi)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(yáng)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(chēng)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(yáng)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(guò)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(chēng)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?shī)Z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(guò)[AlO4]重新連接起來(lái)，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(jiǎn)答題： 怎樣避免在降溫過(guò)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(cè)的晶體，卡曼認(rèn)為：A 晶核生成速率。B 晶體生長(zhǎng)速度起主要作用。隨著典型玻璃熔體過(guò)冷度增加，粘度迅速增大，而成核速率和過(guò)冷度關(guān)系曲線，晶核生長(zhǎng)速率與過(guò)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(guò)冷度，分開(kāi)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(guò)冷度時(shí)，熔體即具有最大的成核速率，又具有最大的生長(zhǎng)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(wú)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(guò)度時(shí)或極性過(guò)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(chēng)變形，構(gòu)成遠(yuǎn)程無(wú)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(guò)程

1）均勻成核

定義：指在宏觀均勻的玻璃中，在沒(méi)有外來(lái)物質(zhì)參與下相界、結(jié)構(gòu)缺陷等無(wú)關(guān)的成核過(guò)程，又稱(chēng)為本征成核或自發(fā)成核。

當(dāng)玻璃熔體處于過(guò)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)到一定大小（臨界值）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(zhǎng)。這種可能穩(wěn)定成長(zhǎng)的新相區(qū)域成為晶核。那些較小的不能穩(wěn)定成長(zhǎng)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(guò)程，又稱(chēng)為非本征成核。晶體生長(zhǎng)

晶體的生長(zhǎng)速度隨著過(guò)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(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)力增大；與此同時(shí)，粘度上升，成核和晶體生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)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(guò)程稱(chēng)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(lèi)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(guò)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(guò)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(jiàn)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(guò)程成為玻璃液的均化。

玻璃液的均化過(guò)程：

2)不均體的溶解與擴(kuò)散的均化過(guò)程；玻璃液的對(duì)流均化過(guò)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?。?/p>

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?。?/p>

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(chǎng)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(guò)程成為應(yīng)力松弛過(guò)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(guò)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(wú)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(lèi)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(chēng)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(guò) 熱處理使晶核長(zhǎng)大，成為一種受控結(jié)晶過(guò)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(shù)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(shù)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(lèi)：粘土，石英和長(zhǎng)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(kāi)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(zhǎng)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(lái)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(zhǎng)石類(lèi)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(wú)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(wú)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(zhǎng)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(lèi)； 4）吸附陽(yáng)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(chē)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(lèi)：習(xí)慣以主要溶劑的名稱(chēng)命名如鉛釉、石灰釉、長(zhǎng)石釉等。

長(zhǎng)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(zhǎng)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(guò)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(shuō)，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(chēng)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(kāi)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(kāi)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(mǎn)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(kāi)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(mǎn)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(kāi)裂及其它缺陷，而釉層過(guò)薄則易發(fā)生于釉想象，一般釉層通常小于0.3mm或通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)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(guò)程中變化的主要特征是隨干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，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(guò)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(guò)程中沒(méi)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(kāi)始氧化分解，這類(lèi)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(chēng)為?；纱善冢菬蛇^(guò)程中溫度最高的階段。在本階段坯體開(kāi)始燒結(jié)，釉層開(kāi)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(zhǎng)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(lái)石的生成和發(fā)育，降低燒成溫度，促進(jìn)燒結(jié)。莫來(lái)石晶體長(zhǎng)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(guò)燒膨脹的影響

瓷石-高嶺土瓷坯在還原氣氛中過(guò)燒，產(chǎn)生的膨脹比在氧化氣氛小得多；高嶺土-長(zhǎng)石-石英-膨潤(rùn)土瓷坯卻在還原氣氛下的過(guò)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(zhǎng)石和膨潤(rùn)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(kāi)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(guò)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(guò)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(zhǎng)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(guò)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(guò)飽和度有關(guān)。過(guò)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(guò)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(guò)飽和度仍然過(guò)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(lèi)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(guò)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(guò)少，生成的C3S就少； 若CaO過(guò)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(guò)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(guò)高時(shí)，會(huì)給煅燒帶來(lái)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(zhǎng)，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(lái)；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(zhǎng)，類(lèi)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(guò)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(guò)小，則煅燒過(guò)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(chēng)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(shuō)明C3S的水化過(guò)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(kāi)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(lái)表示。8 水泥漿體的水化硬化：

水泥的水化反應(yīng)在開(kāi)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(guò)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(mǎn)原來(lái)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(lái)，夠長(zhǎng)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(guò)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(lái)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(lái)沖水的空間。這樣，隨著水化過(guò)程的進(jìn)展，原來(lái)沖水的空間減少，而沒(méi)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(guò)長(zhǎng)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(lèi):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(wú)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(guò)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(guò)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(guò)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(zhǎng)、膨脹過(guò)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(guò)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(guò)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(lèi)，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(lái)說(shuō)，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)。基質(zhì)又稱(chēng)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(guò)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(lèi):（1）封閉氣孔；（2）開(kāi)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(chēng)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(chēng)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(wú)機(jī)非金屬材料工學(xué)（本站推薦）

1無(wú)機(jī)非金屬材料的制備方法可以分為兩大類(lèi)：普通燒制和高技術(shù)制備，前者主要包括集中具體的制備方法？不論哪一種方法，燒制過(guò)程又包括哪幾個(gè)階段？

固相燒結(jié)、液相燒結(jié)、熔化；預(yù)熱 燒成 冷卻三個(gè)階段。根據(jù)作業(yè)性質(zhì)來(lái)，無(wú)機(jī)非金屬熱工設(shè)備（窯爐）可分為間歇式、連續(xù)式窯爐，各舉一例。按火焰進(jìn)行的方向，無(wú)機(jī)非金屬熱工設(shè)備（窯爐）可分為哪幾種，并解釋什么是倒煙爐。間歇式：倒煙窯 連續(xù)式：隧道窯 按火焰進(jìn)行方向分可以分為：直煙窯 橫煙窯 倒煙窯 倒煙窯：是一種間歇式窯爐。燃燒所產(chǎn)生的火焰都從燃燒室的噴火口上行至窯頂然后下降經(jīng)匣缽柱間傳熱給窯爐，窯爐氣氛對(duì)材料的燒制具有重要的影響，根據(jù)氣體的性質(zhì)，窯內(nèi)氣氛可分為哪幾種，與空氣過(guò)剩系數(shù)之間的關(guān)系如何？

分為氧性氣氛 還原氣氛 中性氣氛；空氣過(guò)剩系數(shù)：a>1為氧化氣氛 a<1為還原氣氛 a=1中性氣氛目前工業(yè)上水泥窯有哪兩大類(lèi)？SP窯和NSP窯分別指的什么窯？其主要差別是什么？ 立窯和回轉(zhuǎn)窯；SP窯是指懸浮預(yù)熱器窯，NSP窯是指窯外分解窯；SP窯沒(méi)有分解爐嗎，窯尾只有懸浮預(yù)熱器；NSP窯有分解爐。新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)由哪幾大部分組成？每一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器由哪兩部分組成？什么是懸浮預(yù)熱技術(shù)？

預(yù)熱器系統(tǒng)、分解爐、回轉(zhuǎn)窯、熟料冷卻機(jī)、燃料燃燒器等設(shè)備組成。每一級(jí)旋風(fēng)預(yù)熱器由旋風(fēng)筒及其聯(lián)接管道所構(gòu)成。旋風(fēng)預(yù)熱技術(shù)：水泥回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)中通入空氣被分為三個(gè)部分（一次、二次、三次風(fēng)），各有什么作用？對(duì)他們的溫度有何要求，為什么？

一次風(fēng)的作用：攜帶從窯頭煤粉倉(cāng)下來(lái)的煤粉經(jīng)噴煤管高速?lài)娙牖剞D(zhuǎn)窯內(nèi)高效燃燒來(lái)保持剛噴出的火焰有一定的“剛度”；二次風(fēng)的作用：是從窯頭進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)成為窯內(nèi)煤粉燃燒的主要助燃空氣；三次風(fēng)的作用：成為分解爐內(nèi)煤粉燃燒所需的助燃空氣。二次空氣和三次空氣的預(yù)熱溫度不受限制，越高越好，而一次空氣不允許被預(yù)熱，否則溫度較高的一次風(fēng)會(huì)使煤粉中的揮發(fā)分在噴煤管中提前逸出，從而造成煤粉爆炸事故。一般來(lái)說(shuō)，玻璃制品的生產(chǎn)過(guò)程，都要經(jīng)過(guò)哪幾個(gè)階段？洛陽(yáng)浮法

配合料制備、玻璃液熔制、玻璃制品成型、玻璃產(chǎn)品退火浮法平板玻璃生產(chǎn)過(guò)程的三大熱工設(shè)備是什么？玻璃池窯通常要用什么樣的耐火材料做成？

玻璃池窯 錫槽 退火窯；玻璃池窯使用耐火磚砌成。在浮法平板玻璃的熱源供給部分，為什么要設(shè)置蓄熱室？其結(jié)構(gòu)中最重要的部分是什么？簡(jiǎn)述蓄熱室的工作原理？

蓄熱室不僅僅是回收余熱，節(jié)能，也是為了達(dá)到熔制高質(zhì)量玻璃所要求的高溫而必須采取的措施。格子體結(jié)構(gòu)是蓄熱室結(jié)構(gòu)中最重要的部分。工作原理：利用廢氣與空氣交替地通過(guò)其內(nèi)的格子體，以格子體為傳熱的中間體，從而使得空氣間接地獲得廢氣的余熱。10 影響玻璃帶成型的因素是？玻璃的自然厚度約為？

重力 粘度 表面張力；6~7mm在成型部，如何控制玻璃的厚度？如想得到薄玻璃，如何操作？

生產(chǎn)薄玻璃的控制方法：機(jī)械拉邊法；生產(chǎn)厚玻璃：擋墻法 負(fù)角度機(jī)械拉邊法 擋墻拉邊法； 得到薄玻璃可采用機(jī)械拉邊法，在錫槽中段玻璃原版的兩邊放置若干個(gè)橫向拉邊器，玻璃越薄，拉邊器越多。在錫槽內(nèi)為什么要通入保護(hù)氣體？何種氣體？

為防止錫液被氧化；N2、H2

13什么叫泡界線，它有何作用？

在橫焰玻璃池窯的熔化部，由于熱點(diǎn)與投料池的溫度差，表層玻璃液會(huì)向投料池方向回流，使得五泡沫的玻璃和有泡沫的玻璃之間有一條明顯的成分界限，稱(chēng)為泡界線。泡界線的為之和形狀是判斷橫焰窯熔化作業(yè)正常與否的標(biāo)志，它還會(huì)影響到玻璃池窯的產(chǎn)量和玻璃池窯的質(zhì)量。玻璃池窯的作業(yè)制度包括:溫度制度，壓力制度，泡界線制度，液面制度，氣氛制度！一大穩(wěn):熱工制度穩(wěn)，四小穩(wěn):溫度穩(wěn)，壓力穩(wěn)，泡界線穩(wěn)，液面穩(wěn)！山型，橋型橋型 15 隧道窯用來(lái)制備:陶瓷制品包括微晶玻璃，燒結(jié)型耐火材料，磚瓦！通過(guò)曲折密封的方式！16采用由許多平行排列的轉(zhuǎn)動(dòng)的輥?zhàn)咏M成的輥道來(lái)代替窯車(chē)來(lái)作為被燒制胚件的盛載工具，胚件可以直接放在輥道上，也可以放在墊板上！

17傳統(tǒng)的余熱鍋通常由省煤器，蒸發(fā)器，過(guò)熱器和汽包等幾部分組成，汽包的作用:匯集省煤器來(lái)的水，匯集蒸發(fā)器來(lái)的汽水混合物。提供合格的飽和蒸汽進(jìn)入過(guò)熱器或供給用戶(hù)！加熱蒸發(fā)器，過(guò)程的分界點(diǎn)，有一定蓄熱能力，能快速適應(yīng)外界負(fù)荷度，提高蒸汽品質(zhì)，使運(yùn)行安全！自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)的余熱鍋爐中，汽包是必不可少的重要部分。汽包內(nèi)裝有汽水分離設(shè)備，來(lái)自蒸發(fā)器的汽水混合物進(jìn)行分離！

第四篇：無(wú)機(jī)非金屬材料1

一、概念題 連續(xù)性與可逆性以及可變性。④多孔材料法。（四選三）

1.無(wú)機(jī)非金屬材料：是以某些元素的氧化物，碳化物，10.石英在陶瓷生產(chǎn)中發(fā)揮的主要作用。7.試述陶瓷三大原料之一的長(zhǎng)石的化學(xué)式、結(jié)構(gòu)式氮化物，鹵素化合物，硼化物以及硅酸鹽，鋁酸鹽，答：①在燒成前是瘠性原料，可對(duì)泥料的可塑性起調(diào)節(jié)作及作用。

磷酸鹽，硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料，是除有機(jī)高分用，能降低坯體的干燥收縮，縮短干燥時(shí)間并防止坯體變答：化學(xué)式子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱(chēng)。形。結(jié)構(gòu)式

2.熔塊釉：在制釉過(guò)程中，把一些毒性原料或易溶于②在燒成時(shí)，石英的加熱膨脹可部分抵消坯體收縮的影響，鉀長(zhǎng)石K2O·Al2O3·6SiO2水的原料預(yù)先制成不溶于水或微溶于水、無(wú)毒的硅當(dāng)玻璃質(zhì)大量出現(xiàn)時(shí)，在高溫下石英能部分熔解于液相中，K[AlSi3O8]

酸鹽熔塊。增加熔體的粘度，而未熔解的石英顆粒，則構(gòu)成坯體的骨鈉長(zhǎng)石Na2O·Al2O3·6SiO2

3.生料釉：直接以釉料配方稱(chēng)料混合磨細(xì)的釉料。架，可防止坯體發(fā)生軟化變形等缺陷。Na[AlSi3O8]

4.二次燒成：分兩種，一種是“高溫素?zé)?，低溫釉燒”，③在瓷器中，石英?duì)坯體的力學(xué)強(qiáng)度有著很大的影響，合鈣長(zhǎng)石CaO·Al2O3·2SiO2一種是“低溫素?zé)?，高溫釉燒”，目的是為了減少釉理的石英顆粒能大大提高瓷器坯體的強(qiáng)度，否則效果相反，Ca[Al2Si2O8]

面和產(chǎn)品的其他缺陷。同時(shí)，石英也能使瓷坯的透光度和白度得到改善。鋇長(zhǎng)石BaO·Al2O3·6SiO2

5.開(kāi)始燒結(jié)溫度：粘土在加熱過(guò)程中，體積開(kāi)始劇烈④在釉料中二氧化硅是生成玻璃質(zhì)的主要成分，增加釉料Ba[Al2Si2O8]

變化氣孔率明顯減少時(shí)的溫度。中石英含量能提高釉的熔融溫度，并減少釉的熱膨脹系數(shù)。①長(zhǎng)石在高溫下熔融，形成粘稠的玻璃熔體，是

6.示性礦物組成：坯料配方組成以純理論的粘土，石同時(shí)它是賦予釉以高的力學(xué)強(qiáng)度、硬度、耐磨性和耐化學(xué)坯料中堿金屬氧化物（K2O、Na2O）的主要來(lái)源，英，長(zhǎng)石等礦物來(lái)表示的方法。侵蝕性的主要因素。能降低陶瓷坯體組分的熔化溫度，有利于成瓷和

7.耐火度：材料在高溫下，雖已發(fā)生軟化而沒(méi)有全部

三、問(wèn)答題 降低燒成溫度 ②熔融后的長(zhǎng)石熔體能溶解部分熔融，在使用中所能承受的最高溫度。1.試述坯—釉中間層對(duì)坯釉適應(yīng)性的影響。高嶺土分解產(chǎn)物和石英顆粒 ③長(zhǎng)石熔體能填充

8.觸變性：粘土泥漿或可塑泥團(tuán)在靜置以后變稠或凝答：①降低了釉的膨脹系數(shù)，消除釉裂②若中間層生成了于各結(jié)晶顆粒之間，有助于坯體致密和減少空隙 固，當(dāng)受到攪拌或振動(dòng)時(shí)，粘度降低而流動(dòng)性增加，與坯體性質(zhì)相近的晶相，則有利于坯釉結(jié)合；反之，則不④在釉料中長(zhǎng)石是主要的熔劑 ⑤長(zhǎng)石作為瘠性再放置一段時(shí)間后又能恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)，這種性質(zhì)稱(chēng)利于坯釉結(jié)合③有熔解了部分坯體表面，并滲入坯體，坯原料，在生坯中還可以縮短坯體干燥時(shí)間，減少為觸變性。釉接觸面積增大，有利于釉的粘附，增加了坯釉適應(yīng)性。坯體的干燥收縮和變形等。

9.混凝土：是由膠凝材料，水和粗，細(xì)骨料按適當(dāng)比2.試述陶瓷工業(yè)用二氧化硅原料主要結(jié)晶礦物—石英隨溫8.試述提高坯料可塑性的措施。

例配合拌制成拌合物，經(jīng)一定時(shí)間硬化而成的具有度變化發(fā)生晶型轉(zhuǎn)化的情況。答： 提高坯料可塑性的措施有：①將粘土原料進(jìn)所需形狀，強(qiáng)度和耐久度的人造石材。答：石英類(lèi)原料在加熱過(guò)程中會(huì)發(fā)生復(fù)雜的多晶轉(zhuǎn)變，同行淘洗或長(zhǎng)期風(fēng)化 ②將潤(rùn)濕的粘土或坯料長(zhǎng)期

10.水泥：加入適量水后可形成塑性漿體，既能在空時(shí)伴隨體積變化，這是使用石英類(lèi)原料時(shí)必須注意的一個(gè)陳腐 ③將泥料進(jìn)行真空連泥 ④加入無(wú)機(jī)或有機(jī)氣中硬化又能在水中硬化，并能將砂，石等材料牢重要性質(zhì)。具體見(jiàn)書(shū)無(wú)非材料22頁(yè) 塑化劑。

固地膠結(jié)在一起的細(xì)粉狀水硬性膠凝材料。3.試述我國(guó)傳統(tǒng)細(xì)瓷生產(chǎn)的主要原料—瓷石的主要成分及9.試述陶瓷配料的主要依據(jù)。

二、簡(jiǎn)答題 其作用。答：①充分考慮產(chǎn)品的物理化學(xué)性能和使用性能

1.簡(jiǎn)述釉的組成（按其在釉中所起的作用）。答：絹云母、石英為主要成分或未風(fēng)化巖石狀礦物是多種要求 ②參考前人的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù) ③了解各種原料答：① 網(wǎng)絡(luò)形成劑：作用是氧化物在釉層中以四面狀物的集合體，石英40~40%；長(zhǎng)石 5~30%；絹云母15~30%；對(duì)產(chǎn)品性能的影響 ④應(yīng)滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求⑤ 體的形式相互結(jié)合的不規(guī)則網(wǎng)絡(luò) 高嶺石 0~10%?？伤苄圆桓撸Y(jié)合強(qiáng)度大，但干燥速度了解原料的品味、來(lái)源和到廠價(jià)格。

②助熔劑：這類(lèi)成分能促進(jìn)高溫分化反應(yīng)，加速高快，一般玻化溫度在1150~1350C之間，燒成溫度較寬。燒10.試述釉料配方常用的助熔劑并給出使用注意事熔點(diǎn)晶體化學(xué)鍵的斷裂和生成共熔物。成時(shí)能生成莫來(lái)石及玻璃相，起促進(jìn)成瓷及燒結(jié)作用，還項(xiàng)。

2.在陶瓷生產(chǎn)中對(duì)坯料質(zhì)量有哪些基本要求？ 可以用于配制釉果。答：① CaO主要由方解石、大理石、白云石、答：要求有：配方準(zhǔn)確，組分均勻，細(xì)度合理，氣4.試述玻璃的兩大結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)，并比較兩者的不同。石灰石、白堊、硅石灰、鈣長(zhǎng)石等引入。一般用孔少。答：玻璃的兩大結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)，是晶子學(xué)說(shuō)和無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)。量不超過(guò)18%，否則導(dǎo)致釉層濕透，形成無(wú)光釉 ②

3.簡(jiǎn)述真空練泥的作用。晶子學(xué)說(shuō)認(rèn)為玻璃是由無(wú)數(shù)“晶子”所組成。晶子是具有MgO主要由菱鎂礦、白云石、滑石等引入。以菱答：可排除泥餅中的殘留空氣，提高泥料的致密度晶格變形的有序排列區(qū)域，分散在無(wú)定形介質(zhì)中，從“晶鎂礦引入時(shí)，MgO用量一般不超過(guò)3%，否則釉面和可塑性，并使泥料組織均勻，改善成形性能，提子”部分到無(wú)定形部分是逐步過(guò)渡的，兩者之間并無(wú)明顯難以控制，與CaO同時(shí)引入時(shí)，對(duì)于高溫瓷來(lái)說(shuō)高干燥強(qiáng)度和成瓷后的力學(xué)強(qiáng)度。界限。無(wú)規(guī)則網(wǎng)絡(luò)學(xué)說(shuō)認(rèn)為像石英晶體一樣，熔融石英玻一般應(yīng)使CaO/MgO摩爾比小于1 ③ Li2O、Na2O、4.簡(jiǎn)述耐火材料的使用性質(zhì)。璃的基本結(jié)果單元也是硅氧四面體[SiO4]，石英玻璃是由K2O來(lái)源于鋰云母、鋰輝石、鈦酸鋰、硅酸鋰、答：耐火度，荷重軟化溫度，高溫體積穩(wěn)定性，耐[SiO4]作為結(jié)構(gòu)單元，相互連接而成的三度空間網(wǎng)絡(luò)，但鋯酸鋰、碳酸鋰等。Li2O引入少量效果就很好，熱震性，抗渣性，耐真空性，制品形狀規(guī)整性和尺[SiO4]的排列是無(wú)序的，缺乏對(duì)稱(chēng)性和周期性的重復(fù)，故Na2O與K2O一般同時(shí)引入，其最佳摩爾比為2~4寸的準(zhǔn)確性。不同于晶態(tài)石英結(jié)構(gòu)。前者強(qiáng)調(diào)了不連續(xù)性、微不均勻性④ZnO直接以氧化鋅或碳酸鋅引入，一般用量

05.簡(jiǎn)述陳化的作用。和有序性；后者強(qiáng)調(diào)了玻璃中多面體間排列的連續(xù)性、均不宜過(guò)多，且ZnO在使用前，要經(jīng)過(guò)1250~1280C

答：陳化即陳腐，作用有：使坯料中水分更加均勻，勻性和無(wú)序性。的高溫煅燒⑤PbO其有毒，且易揮發(fā)，對(duì)提高坯料的可塑性，5.試述粘土在陶瓷生產(chǎn)中的主要作用。生鉛釉，如果操作不當(dāng)，易被還原，使釉面呈現(xiàn)

6.玻璃退火和淬火的目的是什么？各包括幾個(gè)階答：粘土在陶瓷中的作用：①粘土可塑性是陶瓷坯泥賴(lài)以灰黑色。一般做熔塊釉使用⑥ B2O3 由硼砂、段？ 形成的基礎(chǔ)②粘土使注漿泥料與釉料具有懸浮性與穩(wěn)定性硼酸、硼鈣石、硼鎂石、方硼石引入。用量適當(dāng)答：退火的目的是為了減小和消除玻璃的永久應(yīng)力③粘土一般是細(xì)分散顆粒，同時(shí)具有結(jié)合性，這可在坯料否則熱膨脹增大，并降低釉的耐酸和抗水侵蝕能

0和提高玻璃的光學(xué)均勻性，包括加熱，保溫，慢冷，中結(jié)合其它瘠性原料使坯料具有一定干燥強(qiáng)度，有利于坯力。B2O3在1000C左右時(shí)揮發(fā)加快，故在配方設(shè)

快冷四個(gè)階段。淬火的目的是？ 體的成形，另細(xì)分散度顆料與較細(xì)瘠性原料相結(jié)合，且可計(jì)時(shí)，需要考慮此項(xiàng)損失⑦BaO 有碳酸鋇、7.粘土礦物的按照成因分類(lèi)。得到較大堆積密度而有利于燒結(jié)④Al2O3 形成莫來(lái)石，決定硫酸鋇、氯化鋇引入。鋇的化合物大部分有毒，答：可分為：①原生粘土：是母巖風(fēng)化崩解在原地?zé)沙潭娶菡惩列纬商沾芍黧w原料。使用時(shí)注意。

殘留下來(lái)的粘土②次生粘土：是由風(fēng)化形成的粘土，6.試述輕質(zhì)耐火材料的優(yōu)缺點(diǎn)，并列舉至少三個(gè)生產(chǎn)輕質(zhì)耐

經(jīng)雨水河流的沖刷與漂流及有時(shí)外加風(fēng)力的作用以火材料的方法。

后，遷移到盆地或水流緩慢的湖泊沼澤地沉積下來(lái)，答 ：輕質(zhì)耐火材料優(yōu)點(diǎn)是，熱導(dǎo)率低，可節(jié)省材料消耗；

而形成的粘土層?？梢钥焖偕郎睾屠鋮s，提高設(shè)備生產(chǎn)效率；減輕爐體質(zhì)量；

8.坯料的類(lèi)型有哪些？ 降低環(huán)境溫度，改善勞動(dòng)條件。缺點(diǎn)是，氣孔率較大，組

答：有長(zhǎng)石瓷，絹云母瓷，骨灰瓷，滑石瓷?？検杷桑乖阅懿?，熔渣會(huì)很快地侵入磚體氣孔內(nèi)，使

9.玻璃的通性是什么？ 之碎裂；力學(xué)強(qiáng)度低，耐磨性能差；熱穩(wěn)定性不好。生產(chǎn)

答：各向異性，無(wú)固定熔點(diǎn)，亞穩(wěn)性，性質(zhì)變化的氣質(zhì)耐火材料的方法：①燃燼加入物法②泡沫法③化學(xué)法

第五篇：無(wú)機(jī)非金屬材料論文

無(wú)機(jī)非金屬材料的研究與應(yīng)用前景

摘要

無(wú)機(jī)非金屬材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳 化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料。是除有機(jī)高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱(chēng)。無(wú)機(jī)非金屬材料的提法是20世紀(jì)40 年代以后,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展從傳統(tǒng)的硅酸鹽材料演變而來(lái)的。無(wú)機(jī)非金屬材料是與有機(jī)高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一。在材料學(xué)飛速發(fā)展的今天，無(wú)機(jī)非金屬材料有這廣闊的應(yīng)用前景和良好的就業(yè)形勢(shì)。

關(guān)鍵字 無(wú)機(jī)非金屬，材料，方向，前景，智能

引言

新材料涉及的領(lǐng)域眾多，無(wú)機(jī)非金屬新材料領(lǐng)域是其重要的一個(gè)組成部分?！笆濉逼陂g，我國(guó)無(wú)機(jī)非金屬新材料應(yīng)，圍繞功能材料確定發(fā)展重點(diǎn)無(wú)機(jī)非金屬材料包括水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料、人工晶體和半導(dǎo)體材料等，下面就其無(wú)機(jī)非金屬材料的研究與應(yīng)用前景進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

一、無(wú)機(jī)非金屬材料的特點(diǎn)及應(yīng)用

無(wú)機(jī)非金屬材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽等物質(zhì)組成的材料。是除有機(jī)高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱(chēng)。無(wú)機(jī)非金屬材料的提法是20世紀(jì)40年代以后隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展從傳統(tǒng)的硅酸鹽材料演變而來(lái)的。無(wú)機(jī)非金屬材料是與有機(jī)高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一。

在晶體結(jié)構(gòu)上,無(wú)機(jī)非金屬的晶體結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)比金屬?gòu)?fù)雜，并且沒(méi)有自由的電子。具有比金屬鍵和純共價(jià)鍵更強(qiáng)的離子鍵和混合鍵。這種化學(xué)鍵所特有的高鍵能、高鍵強(qiáng)賦予這一大類(lèi) 材料以高熔點(diǎn)、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強(qiáng)度和良好 的抗氧化性等基本屬性,以及寬廣的導(dǎo)電性、隔熱性、透光性及良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性。

無(wú)機(jī)非金屬材料品種和名目極其繁多,用途各異,因此,還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一而完 善的分類(lèi)方法。通常把它們分為普通的(傳統(tǒng)的)和先進(jìn)的(新型的)無(wú)機(jī)非金屬材 料兩大類(lèi)。

普通無(wú)機(jī)非金屬材料的特點(diǎn)是：耐壓強(qiáng)度高、硬度大、耐高溫、抗腐蝕。此 外，水泥在膠凝性能上，玻璃在光學(xué)性能上，陶瓷在耐蝕、介電性能上，耐火材 料在防熱隔熱性能上都有其優(yōu)異的特性，為金屬材料和高分子材料所不及。但與 金屬材料相比，它抗斷強(qiáng)度低、缺少延展性，屬于脆性材料。與高分子材料相比，密度較大，制造工藝較復(fù)雜。特種無(wú)機(jī)非金屬材料的特點(diǎn)是：①各具特色。例如： 高溫氧化物等的高溫抗氧化特性；氧化鋁、氧化鈹陶瓷的高頻絕緣特性；鐵氧體 的磁學(xué)性質(zhì)；光導(dǎo)纖維的光傳輸性質(zhì)；金剛石、立方氮化硼的超硬性質(zhì)；導(dǎo)體材 料的導(dǎo)電性質(zhì)；快硬早強(qiáng)水泥的快凝、快硬性質(zhì)等。②各種物理效應(yīng)和微觀現(xiàn)象。例如：光敏材料的光-電、熱敏材料的熱－電、壓電材料的力－電、氣敏材料的 氣體-電、濕敏材料的濕度-電等材料對(duì)物理和化學(xué)參數(shù)間的功能轉(zhuǎn)換特性。③不 同性質(zhì)的材料經(jīng)復(fù)合而構(gòu)成復(fù)合材料。例如：金屬陶瓷、高溫?zé)o機(jī)涂層，以及用 無(wú)機(jī)纖維、晶須等增強(qiáng)的材料。

傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料是工業(yè)和基本建設(shè)所必需的基礎(chǔ)材料。如水泥是一種 重要的建筑材料;耐火材料與高溫技術(shù),尤其與鋼鐵工業(yè)的發(fā)展關(guān)系密切;各種規(guī) 格的平板玻璃、儀器玻璃和普通的光學(xué)玻璃以及日用陶瓷、衛(wèi)生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和電瓷等與人們的生產(chǎn)、生活休戚相關(guān)。它們產(chǎn)量大,用途廣。其他產(chǎn) 品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化鋁)、鑄石(輝綠巖、玄武巖等)、碳素材料、非金屬礦(石棉、云母、大理石等)也都屬于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料。新型無(wú)機(jī)非金屬材料是20世紀(jì)中期以后發(fā)展起來(lái)的,具有特殊性能和用途的材料。它們是現(xiàn)代新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、傳統(tǒng)工業(yè)技術(shù)改造、現(xiàn)代國(guó)防和生物醫(yī)學(xué)所不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)。主要有先進(jìn)陶瓷、非晶態(tài)材料、人工晶體、無(wú)機(jī)涂層、無(wú)機(jī)纖維等。

二、無(wú)機(jī)非金屬材料材料的發(fā)展現(xiàn)狀及前景

20世紀(jì)以來(lái)，隨著電子技術(shù)、航天、能源、計(jì)算機(jī)、通信、激光、紅外、光電子學(xué)、生物醫(yī)學(xué) 和環(huán)境保護(hù)等新技術(shù)的興起，對(duì)材料提出了更 高的要求，促進(jìn)了特種無(wú)機(jī)非金屬材料的迅速發(fā)展。30～40年代出現(xiàn)了高頻 絕緣陶瓷、鐵 電陶瓷和壓電陶瓷、鐵氧體（又稱(chēng)磁性瓷）和熱敏電阻陶瓷等。50～60年代開(kāi) 發(fā)了碳化硅和氮化硅等高溫結(jié)構(gòu)陶瓷、氧化鋁透明陶瓷、β－氧化鋁快離子導(dǎo)體 陶瓷、氣敏和濕敏陶瓷等。至今，又出現(xiàn)了變色玻璃、光導(dǎo)纖維、電光效應(yīng)、電 子發(fā)射及高溫超導(dǎo)等各種新型無(wú)機(jī)材料。近些年，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)論是傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料，還是無(wú)機(jī)非金屬材料都有了一些新的發(fā)展趨勢(shì)。

1、生態(tài)與環(huán)保意識(shí)加強(qiáng),建立科學(xué)的評(píng)價(jià)體系,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展

西方發(fā)達(dá)國(guó)家在促進(jìn)傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料產(chǎn)業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展方面的采取 了許多重要措施。世界發(fā)達(dá)國(guó)家十分重視建材工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展與綠色評(píng)價(jià)。生 態(tài)評(píng)價(jià)也成為世界可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要手段。目前,許多國(guó)家正在進(jìn)行“生態(tài)城市”的建設(shè)與實(shí)踐,推廣建筑節(jié)能技術(shù)材料,使用可循環(huán)材料等,改善城市生態(tài)系統(tǒng)狀況。由此，提出了綠色建材、環(huán)保建材與節(jié)能建材的概念,并開(kāi)展了大量的研究與實(shí)踐工作。與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)還存在很大的差距,特別是缺乏立法支持與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)以及相應(yīng)組織的管理與監(jiān)督,使我國(guó)的傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料工業(yè)發(fā)展還有很大的提升空間。面對(duì)資源和環(huán)境對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的嚴(yán)峻考驗(yàn),國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略顯得愈加重要。

2、向著節(jié)能、降耗的方向發(fā)展

傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)非金屬材料工業(yè)是能源消耗大戶(hù),在世界能源日益短缺的今天,如何生產(chǎn)節(jié)能、降耗,以及如何生產(chǎn)出高質(zhì)量的建筑節(jié)能、保溫產(chǎn)品是建材工業(yè)發(fā)展的重要趨勢(shì)。選擇資源節(jié)約型、污染最低型、質(zhì)量效益型、科技先導(dǎo)型的發(fā)展方式。新型墻體材料、高質(zhì)量門(mén)窗、中空玻璃將大量應(yīng)用。向著提高材料性能、使用壽命的方向發(fā)展。低壽命設(shè)計(jì)、大量重復(fù)建設(shè)已經(jīng)嚴(yán)重制約城市建設(shè)的發(fā)展?，F(xiàn)代化建筑需要高性能建筑材料的支持,而提高建筑的耐久性又對(duì)建筑材料的使 用壽命提出了更高的要求。

3、單線生產(chǎn)能力向大型化發(fā)展

無(wú)論是水泥工業(yè)、玻璃工業(yè)，還是陶瓷工業(yè)，單條生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力有大型 化的趨勢(shì)。生產(chǎn)線的大型化可以有效提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低能源消耗。

4、向著智能化方向發(fā)展

建筑的智能化需要建筑材料的支持。隨著技術(shù)的進(jìn)步和生活水平的提高,建筑材料的安全性智能診斷等智能技術(shù)將更多的應(yīng)用于建筑中。

5、向著復(fù)合化、多功能化方向發(fā)展

復(fù)合材料具有單一材料所無(wú)法滿(mǎn)足的使用功能,是建筑材料的發(fā)展趨勢(shì),對(duì)建筑材料的功能要求越來(lái)越趨向于多功能化。

在美國(guó)、日本、西歐等所有發(fā)達(dá)國(guó)家在其科技發(fā)展戰(zhàn)略中都把無(wú)機(jī)非金屬新 材料的發(fā)展放在優(yōu)先發(fā)展的重要位置。例如，美國(guó)為了保持在高技術(shù)和軍事裝備 方面的領(lǐng)先地位，在先后制定的《先進(jìn)材料與技術(shù)計(jì)劃（AMPP）》和《國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)報(bào)告》中，新材料為六大關(guān)鍵技術(shù)之首，而無(wú)機(jī)非金屬新材料占有相當(dāng)比例；日本發(fā)表的《21世紀(jì)初期產(chǎn)業(yè)支柱》所列的新材料領(lǐng)域的14項(xiàng)基礎(chǔ)研究計(jì)劃中，其中七項(xiàng)涉及無(wú)機(jī)非金屬新材料的研究領(lǐng)域。

未來(lái)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)各種無(wú)機(jī)非金屬材料，尤其是對(duì)特種新型材料提出 更多更高的要求。材料學(xué)科有廣闊的發(fā)展前景，復(fù)合材料、定向結(jié)晶材料、增韌 陶瓷以及各種類(lèi)型的表面處理和涂層的使用，將使材料的效能得到更大發(fā)揮。由 于對(duì)材料科學(xué)基礎(chǔ)研究的日益深入，各種精密測(cè)試分析技術(shù)的發(fā)展，將有助于按 預(yù)定性能設(shè)計(jì)材料的原子或分子組成及結(jié)構(gòu)形態(tài)的早日實(shí)現(xiàn)。

三、個(gè)人研究方向的選擇及分析

經(jīng)過(guò)對(duì)無(wú)機(jī)非金屬材料發(fā)展的歷史及現(xiàn)狀的研究與分析，以及對(duì)其未來(lái)發(fā)展方向的展望，我初步的確定了個(gè)人在無(wú)機(jī)非金屬材料技術(shù)的研究方面的方向選 擇。

現(xiàn)代技術(shù)中的信息、航空航天、能源、生物工程、環(huán)境工程等的迅速發(fā)展對(duì)于材料的性能提出了各種需求，促進(jìn)了無(wú)機(jī)非金屬材料的發(fā)展。由此出現(xiàn)許多新型材料，其中工程陶瓷材料，陶瓷高臨界溫度Tc超導(dǎo)材料和智能材料等的出現(xiàn)提出了無(wú)機(jī)非金屬材料學(xué)的新的研究方向，而復(fù)合材料和納米材料則為無(wú)機(jī)非金屬材料開(kāi)辟了新的研究領(lǐng)域。

近10年來(lái)，整個(gè)世界從信息時(shí)代進(jìn)入了高智能化的人機(jī)交互時(shí)代，人機(jī)交互技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了每個(gè)人生活的方方面面。前一段時(shí)間，蘋(píng)果公司出的一個(gè)視頻 很受歡迎，里面描述了對(duì)未來(lái)高智能化生活的展望，而標(biāo)題是“玻璃中的一天”，新型無(wú)機(jī)非金屬智能材料，在這個(gè)對(duì)未來(lái)生活的展望中，占據(jù)著不可或缺的地位。雖然這只是個(gè)簡(jiǎn)單的視頻，但我們可以從中看到未來(lái)的影子，以及智能材料的廣 闊的發(fā)展前景。

智能材料是指對(duì)環(huán)境具有可感知、可響應(yīng)并具有功能發(fā)現(xiàn)能力的新材料。日本高木俊宜教授將信息科學(xué)融于材料的物性和功能，于1989年提出了智能材料概念。至此智能材料與結(jié)構(gòu)的研究也開(kāi)始由航空航天及軍事部門(mén)逐漸擴(kuò)展到土木工程、醫(yī)藥、體育和日常用品等其他領(lǐng)域。

自l989年以來(lái)，先是在日本、美國(guó)，爾后是西歐，進(jìn)而世界各國(guó)的材料界 均開(kāi)始研究智能材料。科學(xué)家們研究將必要的仿生(biominetic)功能引入材料，使材料和系統(tǒng)達(dá)到更高的層次，成為具有自檢測(cè)、自判斷、自結(jié)論、自指令和執(zhí)行功能的新材料。智能結(jié)構(gòu)常常把高技術(shù)傳感器或敏感元件與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料和功能材料結(jié)合在一起，賦予材料嶄新的性能，使無(wú)生命的材料變得有了“感覺(jué)”和“知覺(jué)”，能適應(yīng)環(huán)境的變化，不僅能發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，而且還能自行解決問(wèn)題。而其理論意義就在于此，智能材料給了新型材料無(wú)限的可能性。

同時(shí)，智能材料的實(shí)踐意義在目前已有的應(yīng)用中可見(jiàn)一斑：

1、智能陶瓷

材料中的t-ZrO2 晶粒在燒成后冷卻至室溫的過(guò)程中仍保持四方相形態(tài)，當(dāng)材料受到外應(yīng)力的作用時(shí)，受應(yīng)力誘導(dǎo)發(fā)生相變，由t相轉(zhuǎn)變?yōu)閙相。由于ZrO2晶粒相變吸收能量而阻礙裂紋的繼續(xù)擴(kuò)展，從而提高了材料的強(qiáng)度和韌性。相轉(zhuǎn)變發(fā)生之處的材料組成一般不均勻，因結(jié)晶結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)熱和導(dǎo)電率等性能隨之而變，這種變化就是材料受到外應(yīng)力的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)了材料的自診斷。

2、智能水泥基材料

在現(xiàn)代社會(huì)中，水泥作為基礎(chǔ)建筑材料應(yīng)用極為廣泛，使水泥基材料智能化具有良好的應(yīng)用前景。智能水泥基材料包括：應(yīng)力、應(yīng)變及損傷自檢水泥基材料；自測(cè)溫水泥基材料；自動(dòng)調(diào)節(jié)環(huán)境濕度的水泥基材料；仿生自愈合水泥基材料及仿生自生水泥材料等。

水泥基材料中摻加一定形狀、尺寸和摻量的短切碳纖維后，材料的電阻變化與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化是相對(duì)應(yīng)的。因此，該材料可以監(jiān)測(cè)拉、彎、壓等工況及靜態(tài) 和動(dòng)態(tài)載荷作用下材料內(nèi)部情況。在水泥凈漿中0.5%（體積）的碳纖維用做傳感器，其靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般的電阻應(yīng)變片。

在水泥凈漿中摻加多孔材料，利用多孔材料吸濕量與溫度的關(guān)系，能夠使材 料具有調(diào)濕功能。

目前，智能材料尚處在研究發(fā)展階段，它的發(fā)展和社會(huì)效應(yīng)息息相關(guān)。飛機(jī) 失事和重要建筑等結(jié)構(gòu)的損壞，激勵(lì)著人們對(duì)具有自預(yù)警、自修復(fù)功能的靈巧飛 機(jī)和材料結(jié)構(gòu)的研究。以材料本身的智能性開(kāi)發(fā)來(lái)滿(mǎn)足人們對(duì)材料、系統(tǒng)和結(jié)構(gòu) 的期望，使材料結(jié)構(gòu)能“剛”“柔”結(jié)合，以自適應(yīng)環(huán)境的變化。在未來(lái)的研究中，應(yīng)以以下幾個(gè)方面為重點(diǎn)。（1）如何利用飛速發(fā)展的信息技術(shù)成果，將軟件功能引入材料、系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)中；

（2）進(jìn)一步加強(qiáng)探索型理論研究及材料復(fù)合智能化的機(jī)理研究，加速發(fā)展智能材料科學(xué)；

（3）加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)TCO 玻璃的鍍膜技術(shù)及設(shè)備被少數(shù)國(guó)外廠商壟斷。國(guó)內(nèi)只有深圳南玻集團(tuán)引進(jìn)的一條離線TCO 玻璃生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，生產(chǎn)規(guī)模為46 萬(wàn)m2/ 年。國(guó)內(nèi)薄膜電池生產(chǎn)廠家需要的TCO 玻璃基片幾乎全部依賴(lài)進(jìn)口。國(guó)內(nèi)薄膜 太陽(yáng)能電池組件生產(chǎn)商對(duì)TC O 玻璃的需求存在較大缺口?！笆濉逼陂g，實(shí)現(xiàn)TCO 玻璃的技術(shù)、裝備國(guó)產(chǎn)化是發(fā)展的重點(diǎn)。新材料涉及的領(lǐng)域眾多，無(wú)機(jī)非金屬新材料領(lǐng)域是其重要的一個(gè)組成部分?！笆濉逼陂g，我國(guó)無(wú)機(jī)非金屬新材料應(yīng)圍繞功能材料確定發(fā)展重點(diǎn)。隨著我國(guó)新能源、航空航天、節(jié)能環(huán)保、電子信息等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，特別是風(fēng)力發(fā)電、大飛機(jī)、高速列車(chē)等重大工程的 推進(jìn)，對(duì)高性能無(wú)機(jī)材料的需求會(huì)快速增長(zhǎng)。

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