复习题无机非金属材料Word格式.docx
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49纤维状→可用作具有高强度性能的优质绝热材料。
）
50
（2）无机非金属材料的特点
51在晶体结构上，无机非金属材料的结合力主要为：
52离子键、共价键或离子-共价混合键。
53高熔点、高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、
54导电性、导热性、透光性、铁电性、压电性、铁磁性等。
554新型无机非金属材料
56
（1）定义
57新型无机非金属材料（简称新型无机材料，或称先进无机
58非金属材料或无机新材料）是指那些正在发展的或将要发
59展的，具有优异性能或特殊功能，在不久的将来可能达到
60实用化阶段的无机非金属材料。
61
（2）新型无机材料的特点
62品种多、式样多、更新换代快；
对其性能的要求越来
63越趋向功能化、复合化和精细化。
64（3）新型无机材料与传统无机材料的区别
65①材料的组成已远超出了硅酸盐的范围；
66②在用途上，由主要利用材料的静态物理性状
67→利用各种物理效应和微观现象的功能性；
68电光效应→全固态电致变色窗；
69磁致伸缩效应→换能器、传感器、驱动器、精密控制器等。
70③制备的工艺方法、制品的形态。
71成型工艺：
可塑成型、注浆成型、压制成型→等静压成型、注射成型等;
72烧结工艺：
室温下加压成型后再烧结→热压烧结、热等静压烧结等；
73形态：
块状→复合材料、薄膜、纤维，单晶和非晶材料。
74第1章无机非金属材料的结构基础
751.1结合键
761.2晶体结构
771.3非晶体结构
781.4表面结构
791.5准晶体
801.1结合键
81依靠电子相互作用的结合键。
82化学键结合键中相互作用力强，为主价键，如：
离子键、
83共价键和金属键等。
84物理键键合较弱，为次价键，如氢键、范德华键等。
85在无机非金属材料结构中，主要含有离子键、共价键
86和离子-共价混合键。
87无机非金属材料也就包括了离子晶体、共价晶体、
88离子共价混合晶体以及非晶体几种类型。
891.3非晶体结构
90非晶态物质由无机玻璃（传统氧化物、重金属氧化物及氯化物玻璃等）、凝胶、
91非晶态半导体（硫系化合物及元素）、无定形炭以及金属玻璃等组成。
921.3.1非晶态材料的种类
93表1-5非晶态材料的种类
94又称非晶态合金,它既有
95金属和玻璃的优点,又克
96服了它们各自的弊病。
97金属玻璃强度高，硬度
98大，且具有一定的韧性和
99刚性。
所以,人们赞扬金
100属玻璃为“敲不碎、砸不
101烂”的“玻璃之王”。
102金属玻璃水果盘
1031.3.2非晶态的X射线散射特征
104非晶态物质呈现出非常宽的散射峰
1051.3.3非晶态结构
106非晶态结构的特征是原子排列是不规则的，
107即近程有序而长程无序，表现为各向同性，
108又称玻璃态，
109属于亚稳相。
1101.5准晶体
111准晶的发现，是一个划时代的发现
112准晶体对称性
113准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。
114准晶具有完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移
115对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。
116十分高的电阻值，磁性较强，在高温下比晶体更有弹性，
117十分坚硬，抗变形能力也很强，低摩擦、耐腐蚀、耐热性和
118非粘性，以及特殊的光学性能和足够的热稳定性。
119第2章无机非金属材料的性能
120使用性能
121工艺性能
122热学性能
123力学性能
124物理和化学性能
125可塑性
126成型性
127干燥收缩性等
1282.1热学性能
129热容
130蓄热材料要求比热大，而用于加热的材料要求比热小。
131热膨胀
132热传导
133线膨胀系数
134体积膨胀系数
135热传导系数
136热膨胀系数小的材
137料能耐温度的剧变
138与比热成正比
139λ固体=λ晶格+λ电子
140λ无机材料≈λ晶格
141无机材料的热传导性比金属差
142材料气孔的多少，原子排列的有序性等都影响其热导性。
143热传导性好的材料耐温度的急变性强，适用于制造热交换器、蓄热器等；
144而对需要保温的部位，则要用热传导性低的材料。
1452.2力学性能
146弹性变形
147硬度
148强度
149弹性是指材料在外力作用下产生变形，当外力取消后，
150材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质。
151这种可恢复的变形称为弹性变形。
152工程上常用刚度来表征材料弹性变形抵抗力的大小。
153刚度愈大，材料在一定应力下产生的弹性变形愈小。
154硬度是指材料抵抗硬物压入其表面的能力，即压入硬度。
155一般无机非金属材料的硬度随温度升高而降低。
156强度是指在外力作用下，材料抵抗变形和断裂的能力。
157无机非金属材料强度主要是指抗拉、抗压和抗弯强度。
158导电性
159介电性能
1602.3物理和化学性能
1612.3.1导电性能导体：
电阻率<
10-4Ω·
cm
162绝缘体：
电阻率>
109Ω·
163磁性
164光学性能
165化学性能
1661.离子导电
167半导体：
10-4~109Ω·
168当固体中存在离子扩散运动时，就有可能产生离子导电。
1692.电子导电
170导体中主要的载流子为电子的导电过程
171导带
172导体：
禁带宽度<
0.5eV
173半导体：
0.5（0.1）~2.5eV
174绝缘体：
禁带宽度>
2.5（3或4）eV
175禁
176带
177能隙
178带隙
179价带
1802.3.2介电性能
181介电性能是指在电场作用下，表现出对静电能的储蓄和损耗的性质。
182相对介电常数：
介电质引起电容量增加的比例，即
183是表征绝缘能力特性的一个系数。
184介质损耗：
指电介质在交变电场中，由于消耗部分电能而使电解质
185本身发热的现象。
186介电损耗愈小，绝缘材料的质量愈好，绝缘性能也愈好。
1872.3.3磁性
188具有正磁化率的物质称为顺磁质，磁化率与温度成反比；
189具有负磁化率的物质为抗磁质，磁化率不随温度变化；
190磁化率超过一般物质许多倍的为铁磁质，T>
居里温度TC→顺磁性；
191反铁磁性:
磁畴是无磁性的，磁化率是正的，T>
尼尔温度TN→顺磁性；
192铁氧体磁性：
两种磁矩呈相反方向排列，有磁畴结构以及磁滞回线。
1932.3.4光学性能
194物质的光学性质来源于它与光线的相互作用，这种相互作
195用可以在整个物体上或只在物体表面上发生，与光的波长
196有紧密的联系。
197光的吸收率A、透过率T和反射率R有如下关系：
198A+T+R=1
199物质吸收光时，外层电子从基态跃迁到激发态，只要基态与
200激发态的能量差大于可见光的能量，物质就显示出颜色。
201能量差愈小，颜色愈深。
202呈现的颜色与物质吸收光的波长有关，利用这一原理可设计
203制造不同颜色的材料。
2042.3.5化学性能
205耐蚀性或化学稳定性是指材料抵抗外部物质侵蚀的能力。
206对于常温下使用的材料，其化学稳定性通常指的是抵抗周
207围介质中水、酸、碱的各种化学作用的能力，这种能力与
208材料化学组成、结构的稳定性等因素有关。
209对于高温下使用的材料的化学稳定性来说，除了受材料组
210成、结构、侵蚀介质影响外，还与温度关系密切。
211第3章陶瓷
2123.1陶瓷材料的分类和制备工艺
2133.2陶瓷的组织结构与性能
2143.3传统陶瓷材料
2153.4新型陶瓷
216众多学者认为我国陶瓷的发展历程，经历了三次
217重大的飞跃：
218第一次飞跃：
陶器→瓷器（汉代以后）
219第二次飞跃：
传统陶瓷→特种陶瓷（20世纪50~70年代）
220第三次飞跃：
特种陶瓷→纳米陶瓷（20世纪80年代中期）
221具有超塑性、高强度和高韧性的特点。
222三、陶瓷的定义
223陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品，
224是多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的聚集体。
225传统上，陶瓷是指所有以粘土为主要原料，与其他天然矿物
226原料经过粉碎混炼、成型、煅烧等过程而制成的各种制品。
227广义的陶瓷是用陶瓷生产方法（原料处理-成型-煅烧）
228制造的无机非金属固体材料和制品的通称。
2293.1陶瓷材料的分类和制备工艺
2303.1.1陶瓷的分类
2311、按陶瓷概念和用途来分类
232日用陶瓷、建筑陶瓷
233传统陶瓷（普通陶瓷、粘土陶瓷）
234氧化物陶瓷
235新型陶瓷（特种陶瓷、精密陶瓷）
2362、按坯体的物理性能特征来分类
237坯体结构较疏松，致密度较差，没有半透明性，
238陶器
239瓷器
240有一定的吸水率，断面粗糙无光，敲之声音粗哑。
241重度较小，很少变形，易于制造大件器物，脆性相对
242较小，原料易得，烧成温度低，工艺技术要求不高。
243坯体致密，有一定的半透明性，
244基本上不吸水，断面呈石状或贝壳状。
2453.1.2陶瓷的制备工艺
246原料（坯料）的制备
247坯料的成形
248坯料的干燥
249制品的烧成或烧结
250（表面加工）
251具有很好的可塑性和烧结性，
252是成型能够进行的基础，
253也是粘土质陶瓷成瓷的基础。
254粘土
255主要天然原料
256石英
257是减塑剂；
是耐熔的骨架成分。
258长石
259是助熔剂，促使烧结时玻璃相的形成。
2602.坯料的成型和干燥
261Ⅰ.坯料的定义及其制备
262定义：
坯料是指将陶瓷原料经拣选、破碎等工序后，
263进行配料，再经混合、细磨等工序后得到的具有成型
264性能的多组分混合物。
265注浆坯料（泥浆）：
含水量约28％~35％。
266可塑坯料（可塑泥料）：
含水量约18％~25％。
267粉料：
含水量约3％~l5％。
268原料处理
269坯
270料
271制配料
272备
273帮助碎化原料
274减少坯料收缩,提高纯度：
尤其是可塑性强的粘土→熟料。
275预烧改变结构形态：
片状结构的滑石→偏硅酸镁。
276稳定晶型：
避免具有同质异构转变的多晶型原料在晶型转变
277时的体积效应。
278物理方法：
有分级法、磁选、超声波选等。
279化学方法：
有溶解法和升华法（×
）等。
280电化学方法：
分解含铁杂质。
281表面电化学方法：
浮选剂（捕集剂）。
282增加颗粒比表面，有利于坯料的成型，降低
283细粉碎烧结温度、提高致密度。
湿磨>
干磨。
284泥浆的脱水：
机械脱水（20~25%）、热风脱水（喷雾干燥，<
8%）等。
285混合制备
286造粒:
细碎后的粉料→具有一定粒度的坯料。
287①水分分布更均匀；
288陈腐（陈化、困料）②使非塑性矿物水解为粘土物质；
289③提高泥坯的可塑性，降低坯件
290在成型及干燥时的破损率。
291使泥料中的各组分混合均匀。
292通过真空练泥机捏练、排除空气→强度可提高15~20%。
293Ⅱ.坯料的成型
294成型的目的是将坯料加工成一定形状和尺寸的半成品，
295使坯料具有必要的机械强度和一定的致密度。
296生产中成型方法的选择可按下列几方面来考虑：
297
（1）产品的形状、大小、薄厚等；
298
（2）坯料的性能；
299（3）产品的产量和质量要求。
300可塑成型
301注浆成型
302陶瓷常用的成型工艺
303压制成型
304注射成型、爆炸成型
305薄膜成型、反应成型
306雕塑与拉坯
307旋压成型
308滚压成型
309
（1）可塑成型
310（在传统陶瓷中应用最多）
311挤压与车坯成型
312塑压成型
313注塑成型
314轧模成型
315可塑成型是在可塑坯料中加入水或塑化剂，制成
316塑性泥料，然后通过手工、挤压或机加工成型。
3171、雕塑与拉坯
318雕塑是雕、刻、塑三种创制方法的总称。
指用各种可塑材料或可雕、可刻
319的硬质材料，创造出具有一定空间的可视、可触的艺术形象，借以反映社
320会生活、表达艺术家的审美感受、审美情感、审美理想的艺术。
321雕塑技术要求高，效率低，仅用于某些工艺品制作。
322拉坯是一种古老的制坯方法，是将坯料段放在转动的
323辘轳上，借旋转之力，用手工拉制出坯体的方法。
324此工艺纯系手工操作，不用模型，劳动强度大，
325要求操作工有熟练的技术。
326适用于生产批量较小、器形简单的陶瓷器。
3272、旋压成型
328阴模成型
329旋压成型是指用样板刀使放置在旋转石膏模型中的可塑性坯料
330受到挤压、刮削和剪切的作用而形成坯体的方法。
331旋压成型——阴模成型
332阴模成型的石膏模内凹，模内放坯
333旋压成型——阳膜成型
334阳模成型的石膏模凸起,模上放坯料,
335料，模型内壁决定坯体外形，样板
336模型的凸面决定坯体的内表面,
337样板
338刀决定坯体内部形状，阴模成型可
339在器物外部压制花纹。
340多用于杯、碗等器形较大、内孔较
341深、口径小的产品的成型。
342刀旋转决定其外表面,可在器物内部压
343制出各种花纹。
344多用于盘、碟等器形较浅、口径较大
345的产品的成型。
3463、滚压成型
347阴模成型
348滚压成型是指用旋转
349的滚压头对同方向旋
350转的模型中的可塑坯
351料进行滚压，使坯料
352均匀展开而形成坯体
353的方法。
354陶瓷滚压成型机
355由滚压头形成坯体内表面的称阴模滚压（或内滚压），适于
356口小而深的制品成型。
多用于杯、碗等产品的成型。
357由滚压头决定坯体外形的称阳模滚压（或外滚压），适于扁平状宽口
358器皿和内表面有花纹的坯体成型。
多用于盘、碟等产品的成型。
3594、挤压与车坯成型
360挤压成型是由真空挤泥机等将坯泥挤压成各
361种管状、棒状，及断面和中孔一致的产品。
362具有产量大，操作简单、可连续化生产的特
363点，但坯体形状简单，有些尚需经车坯成
364型，且形体较软易变形。
365挤压成型的陶瓷制品
366车坯成型是在车床上将挤压成型的泥段再加工成外形复杂的柱状制品。
367可分干车和湿车，干车时泥段含水6％~11％；
湿车时泥段含水16％~18％。
368干车坯体尺寸精确，但粉尘大，效率低，刀具磨损大，已逐渐由湿车替代；
369但湿车精度低，有变形。
3705、塑压成型
371亦称兰姆成型，是将泥料放在模型内，常温下压制成坯。
372塑压成型适于生产非旋转对称的花盆、盘、碟类制品，
373坯体致密，自动化程度高。
但模寿命短、成本高。
3746、注塑成型
375又称注射成型，是瘠性物料与有
376机添加剂混合加压挤制成型的方
377法，由塑料工业移植而来。
378可用于复杂形状的大型制品的成型。
379成本高，多用于特种陶瓷。
380直立式注塑机
3817、轧模成型
382轧模成型是将坯料（多由瘠性物料和有机粘合剂构成）在轧
383模机上反复混练反复粗轧，以保证坯料均匀并排除气泡；
然
384后逐渐减小轧辊间距进行精轧，直至轧成所需薄膜的厚度。
385特点：
工艺简单，练泥与成型同时进行，膜片表面光滑、
386均匀、致密，适于电容器坯片等薄片状制品。
387空心注浆
388实心注浆
389强化注浆
390注浆成型是指泥浆注入具有吸水性能的模具中而得到坯体
391的一种成型方法。
392传统的注浆成型是利用石膏的毛细作用，吸去泥浆中粘土
393的水分而形坯的过程。
394现在的注浆成型泛指具有流动性的坯料成型过程。
395注浆成型适于形状复杂、薄的、体积较大且尺寸要求不严的制品。
396坯体结构较均匀，不需专用设备，易投产。
397但含水量大，干燥与烧成收缩较大。
398①空心注浆
399空心注浆是指将泥浆注入多孔模型内，当附着于模壁的泥
400浆失水形成泥层达到要求的厚度时，倾倒出多余的泥浆而
401形成空心注件的注浆法。
其外形取决于模的工作面。
由于
402采用的石膏模没有型芯，故亦称单面注浆。
403适于薄壁类小型坯件的成型。
一般日用陶瓷中的花瓶、
404茶壶、糖缸等都可用空心注浆法成型。
405②实心注浆
406实心注浆是指将泥浆注入有内外两层模的夹缝中，泥浆中的
407水分被模型从两面吸收，在两模之间形成注件，而没有多余
408的泥浆排出的注浆法。
亦称双面注浆。
409适于内外表面形状、花纹不同的厚壁、大件的成型。
410实际生产中，可根据产品结构的要求，将空心注浆和
411实心注浆结合起来。
412空心注浆和实心注浆均属传统工艺，成型周期长，
413劳动强度大的缺点，不适于连续化、自动化生产。
414?
415强化注浆是指在注浆过程中，人为地对料浆施加外力，以加速
416注浆过程进行，提高注浆速度，使坯体致密度与强度得到提高。
417?
418真空注浆
419离心注浆
420压力注浆
421（3）压制成型
422主要用于特种陶瓷和金属陶瓷的制备
423压制成型是指在坯料中加入少量水分或塑化剂，然后
424再在金属模具中经较高压力被压制成型的工艺过程。
425生产过程简单、坯体收缩小、致密度高、产品尺寸精确。
426（4）其他成型
427注射成型
428爆炸成型
429反应成型
430薄膜成型
431注射成形是将粉末和有机粘结剂混合后，用注射成形机将
432混合料在130~300℃下注射入金属模内，冷却后粘结剂固
433化，取出毛坯经脱脂处理就可按常规工艺进行烧结。
434爆炸成形是利用炸药爆炸后在瞬间产生的巨大冲击压力作用在
435粉末体上，使粉体压坯获得接近理论值的密度和很高的强度。
436反应成形则是通过多孔坯体同气相或液相发生化学反应，
437使坯体质量增加，孔隙减小，并烧结成具有一定强度和精
438确尺寸的产品，用这种方法可使成形和烧结同时完成。
439Ⅲ.坯料的干燥
440①制取符合水分要求的物料；
441②使生坯具有一定的强度便于运输和加工；
442③提高烧成窑的效率；
443④缩短烧成周期。
444干燥：
用加热蒸发的方法除去物料中部分水分的过程。
445干燥的必要条件：
物料表面的水气压强必须
446大于干燥介质中水气的分压。
447a.物料中水分类型
448存在于物料表面的润湿水份、孔隙中的水份以及直径>
10-5cm毛细管中的水份。
449干燥时容易除去。
体积收缩≈自由水排出体积。
450自由水（机械结合水、收缩水）
451吸附水（物理化学结合水、平衡水）
452化学结合水
453指包含在物料分子结构内的水
454分，如结晶水、结构水等。
455化学结合水的排出属烧成问题。
456存在于物料内直径<
10-5cm毛细管中、胶体颗粒
457表面及纤维皮壁所含的水份。
取决于外界条件
458的温度和相对湿度。
是物料在一定的空气状态
459下干燥的极限。
干燥时较难除去。
460干燥时不能除去。
461坯体干燥过程的实质是排除自由水。
462b.干燥过程
463坯体表面的水分以蒸汽形式从表面扩散到周围介质中
464?
465外扩散（或表面蒸发）
466热扩散：
内部存在温度梯度，坯体外部→坯体内部。
467内扩散
468：
内部存在湿度梯度，坯体内部→坯体外部。
469当表面水分蒸发后，坯体内部和表面形成湿度梯度，
470使坯体内部水分沿着毛细管迁移至表面。
471坯体在干燥过程变化的主要特征是：
随干燥时间的延长，坯体
472温度升
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