无机材料工学考试重点.docx

1、无机材料工学考试重点无机非金属材料：以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤化物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等所组成的材料，它几乎包括除金属材料、有机高分子材料外的所有材料。（传统无机非材料、新型无机非材料）特点：耐高温、化学稳定性好、强度硬度高、电绝缘性好、韧性差陶瓷：传统上，“陶瓷” 是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎、混炼、成形、烧成（结）等过程而制成的各种制品。广义的陶瓷概念：用陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料和制品的通称。按陶瓷的用途分类：普通陶瓷、特种陶瓷（结构陶瓷和功能陶瓷）粘土：一种颜色多样、细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体一次粘土：母岩风化

2、后残留在原地而成的黏土层二次粘土：由风化形成的粘土受风雨作用迁移到其他地点沉积而形成的黏土层成因：风化残积型、热液蚀变型、沉积型化学组成：主要化学成分为SiO2、A12O3和结晶水（H2O）矿物组成：高岭石类Al2O32SiO22H2O蒙脱石类：蒙脱石Al2O34SiO2nH2O（n2）叶蜡石Al2O34SiO2H2O伊利石类K2O3Al2O36SiO2 2H2O粘土中的杂质矿可塑性：可塑性是指粘土粉碎后用适量的水调和、混练后捏成泥团，在一定外力的作用下可以任意改变其形状而不发生开裂，除去外力后，仍能保持受力时的形状的性能。（1）塑性指数：塑限和液限 （的含水率）之差；塑限：粘土-水体系具有可

3、塑性所需的最小含水率；液限：粘土-水体系具有可塑性所允许的最大含水率；（2）塑性指标 ：工作水分下，粘土泥料受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积。触变性：粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加，静置后又能逐渐恢复原状。反之，相同的泥料放置一段时间后，在维持原有水分的情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象。上述情况可以重复无数次。粘土的上述性质统称为触变性。粘土泥料的收缩：干燥收缩 烧成收缩。粘土在陶瓷生产中的作用 1）粘土的可塑性是陶瓷坯泥赖以成形的基础：可成形、成形后保持形状。并且保持干燥、烧成过程中的形状和强度！ 2）粘土使注浆泥料与釉料具有悬浮性与稳定性。 3）粘土

4、一般呈细分散颗粒，同时具有结合性。 4）粘土是陶瓷坯体烧结时的主体。 5）烧成时在一定范围内熔融，利于烧结致密化。 6）粘土是形成陶器主体结构和瓷器中莫来石晶体的主要来源石英晶型转换应用：通过控制升温或冷却速度来避免体积效应引起的开裂；利用体积变化，对原料煅烧，利于粉碎。石英在陶瓷生产中的作用： 1) 石英是瘠性原料，可对泥料的可塑性起调节作用。 2) 在陶瓷烧成时，石英影响陶瓷坏体的体积收缩。 3) 在瓷器中，石英对坯体的力学强度有着很大的影响 。 4) 石英对陶瓷釉料的性能有很大影响。长石：碱金属和碱土金属的铝硅酸盐矿物钠长石Na2OAl2O36SiO2 钾长石K2OAl2O36SiO2钙

5、长石Ca OAl2O32SiO2 钡长石BaOAl2O32SiO2长石在陶瓷生产中的作用：1.降低烧成温度 长石是坯、釉中碱金属氧化物(K2O、Na2O)的主要来源，从而降低陶瓷的烧成温度。2.提高机械强度和化学稳定性熔融后的长石熔体能溶解部分高岭土分解产物和石英颗粒，促进莫来石晶体的形成和长大，提高瓷体的机械强度和化学稳定性3.提高透光度长石熔体填充于各颗粒间，促进坯体致密化。其液相过冷成为玻璃相，提高了陶瓷制品的透光度。滑石：3MgO4SiO2H2O; 白云石CaCO3MgCO3 菱镁矿MgCO3尖晶石MgOAl2O3绿泥石MgCO33Al2O35SiO28H2O蛇纹石3MgO4SiO22

6、H2O 方解石CaCO3硅灰石CaOSiO2透辉石CaOMgO2SiO2、绢云母（KAl2AlSi3O7(OH,F)2) 锂辉石Li2OAl2O34SiO2锂云母又称鳞云母LiFKFAl2O33SiO2。坯料：（天然或人工合成）原料和添加剂等经过配料和加工后得到的具有成形性能的多组分混合物。坯料制备：原料预处理、原料破碎、过筛和除铁、泥浆的脱水、造粒、陈腐、练泥坯釉适应性：指陶瓷坯体与釉层有互相适应的物理性质使釉面不致龟裂或剥脱的性能。影响因素：膨胀系数、中间层、釉层厚度、吸湿膨胀造粒：在原料细粉中加入一定量的塑化剂，制成粒度较粗、具有一定假颗粒度级配、流动性较好的团粒（约2080目），以利于

7、新型陶瓷坯料的压制成形。成形：将配合料制成浆体、可塑泥团、粉料等坯料或熔融体，经适当的手段和设备变成具有一定形状、强度和性能的坯体或制品的过程。粘性流动：流体受剪切力作用，剪切应变随时间不断增大，此种变形称为粘性流动。塑性流动：当理想体受剪切应力小于某极限值（屈服值）时不发生剪切应变，达到该极限值，则此种形变称为塑性流动。塑性变形：由粘性流动和塑性流动所产生的变形。影响浆料流动性和稳定性的因素（1）固相的含量、颗粒大小和形状的影响浆料流动的阻力来自：1）水分子本身的相互吸引力；2）固相分子与水之间的吸引力；3）固相颗粒相对位移时的碰撞阻力（2） 泥浆温度的影响 ：温度升高，粘度下降。（3） 粘

8、土及泥浆处理方法的影响：原料处理、浆料处理。（4）泥浆的pH值的影响釉：根据陶瓷坯体性能的要求，利用天然矿物原料及某些化工原料按比例配合，在高温作用下熔融而覆盖在坯体表面的富有光泽的玻璃质层釉的作用：1）提高坯体化学稳定性：提高对液体和气体不透过性。2）覆盖于坯体表面：美感、增加瓷器艺术价值与欣赏价值。提高瓷体的表面光洁度。3）防止沾污坯体，便于洗涤。4）赋予产品特定的物理和化学性能5）改善陶瓷制品的性能：釉与坯体高温下反应，冷却后成为一个整体，正确选择釉料配方，可以使釉面产生均匀的压应力，从而改善陶瓷制品的力学性能、热性能、电性能等影响釉的熔融温度的因素主要有：釉的化学组成、矿物组成、细度、

9、混合均匀程度、烧成温度、时间等。脱水：全部或部分排除（物料）原料或坯体中的水分。干燥 ：是脱水的一种形式，一般是指通过加热方法脱除物料中的水分烘干。物料中水分的结合方式：化学结合水、（大气）吸附水、自由水（机械结合水）干燥过程：加热阶段、等速干燥阶段、降速干燥阶段、平衡阶段影响干燥速度的因素：1）内扩散速度2）外扩散速度3）其他因素：坯体形状、尺寸、设备的结构与尺寸、干燥方法等。烧成：成形坯体经高温处理，发生一系列物理化学变化，形成预期的矿物组成和显微结构，达到固定外形并获得所需性能的过程。烧结：粉末或粉末压坯在一定的气氛中，在低于其主要成分熔点的温度下加热而获得具有一定组织和性能的材料或制品

10、的过程。 烧结侧重考察显微组织（孔隙）变化，一般认为烧结以物理变化为主!煅烧：粉末状原料加热至一定温度，发生化学反应和相变，获得所需要组成和相结构的过程。 煅烧多对原料进行，主要实现某些组分的排除（分解）和结构转变。烧成过程1.化学反应 分解、氧化、固相反应、共熔、相变 2.热量传递 对流、传导、辐射传热3.质量传递 扩散4.动量传递 气体流动烧成制度：是指烧成时所执行的温度、压力和气氛规范，包括温度制度、气氛制度和压力制度。 压力制度是保证温度制度及气氛制度实现的条件零压位：零压位控制在预热（负压）、烧成（正压）两带之间，便于分隔焰性，使氧化、还原阶段分明。烧成温度：陶瓷坯体烧成时获得最优性

11、质时的相应温度，即操作时的止火温度。烧成方法：一次烧成(本烧)：施釉后的生坯一次直接烧成得到产品二次烧成(此时将一次烧制称为“素烧”、二次烧制称为“釉烧”)“两点一度”：氧化转强还原的温度点、强还原转弱还原、还原气氛的温度陶瓷制品在烧成过程中容易产生的缺陷：变形：起泡：桔釉和釉面针孔（猪毛孔）：坯体染色、烟熏和形成黑斑： 釉裂、釉缕、缺釉和缩釉： 开裂、落渣玻璃：由熔融物冷却而不析晶得到的无机物（狭义） 表现出玻璃转变现象的非晶态物质（广义）通性：各向同性，无固定熔点，介稳性，凝固的渐变性和可逆性（变化的可逆性），由熔融态向玻璃态转化时，物理、化学性质随温度变化的连续性（可变性）。玻璃形成温度

12、（Tg），又称脆性温度。它是玻璃出现脆性的最高温度，由于在这个温度下可以消除玻璃制品因不均匀冷却而产生的内应力，所以也称退火温度上限。Tg=1/22/3Tm软化温度（Tf ），它是玻璃开始出现液体状态典型性质的温度。相当于粘度109dPaS，也是玻璃可拉成丝的最低温度。玻璃的组成：硅酸盐玻璃以SiO2 为主成分，还有其他氧化物：玻璃形成体、玻璃中间体、玻璃调整体（网络外体）。玻璃结构的基本特点：近程有序，远程无序。晶子学说：玻璃的有序性、不均匀性和不连续性。无规则网络学说：多面体排列的连续性、均匀性和无序性硼氧反常：纯B2O3玻璃中加入Na2O ，各种物理性质出现极值。而不象SiO2中加入Na

13、2O后性质变坏。硼反常现象：在钠硅酸盐玻璃中加入氧化硼时，性质曲线上产生极值的现象。逆性玻璃：当存在两种以上金属离子且它们大小、电荷不同时， Y1013.6Pa.S)即脆性状态时，经受不均匀的温度变化时产生的热应力。特点：随温度梯度的产生而产生，随温度梯度的消失而消失。B）永久应力：玻璃在高于其应变点时，温度梯度会引起玻璃结构变化，这种玻璃结构变化在低于应变点时产生并保持的应力。特点：温度梯度消失之后，永久应力不消失。退火原理：在经过转变温度区域（TfTg）时，玻璃由典型的液态转变成脆性状态。而在Tg点以下的相当的温度范围内玻璃分子仍然能够进行迁移，可以消除玻璃中的热应力和结构的不均匀性。与此

14、同时：粘度相当大，以致玻璃几乎不发生其外形的改变。退火过程：将玻璃放置在某一温度下保持足够时间后再以缓慢的速度冷却，以便不再产生超过允许范围的永久应力和暂时应力。实质就是减小或消除应力并防止新的应力产生。在退火温度范围内确定某一保温均热的温度，称之为退火温度。退火工艺：玻璃的退火工艺过程包括四个阶段：A、加热：加热时玻璃制品表面为压应力，升温速度可较快B、保温：目的：消除加热过程产生的温度梯度，并消除制品中所固有的内应力。注：先确定保温温度，然后确定保温时间。C、慢冷：为了使制品在冷却后不再产生永久应力或仅产生微小的永久应力，冷却速度要求较慢，常采用线性降温。D、快冷：为提高生产效率、降低燃耗

15、，只要使该阶段的暂时应力不超过极限强度，可适当加快降温速度。一次退火：玻璃制品成形后不冷却直接退火的工艺过程。二次退火：玻璃制品成形后先冷却后加热再退火的工艺过程。胶凝材料：在物理、化学作用下，能从具有流动性的浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料、具有一定机械强度的物质，又称胶结料。 无机胶凝材料 有机胶凝材料。水泥：细磨成粉末状，加水拌和成塑性浆体后，能胶结砂、石等适当材料并能在空气中硬化的粉状水硬性胶凝材料。简言之，水泥是一种水硬性胶凝材料。凝结时间：是水泥从加水开始到失去流动性，从可塑状态发展到固体状态所需要的时间，凝结时间分初凝时间和终凝时间。 初凝时间：水泥从加水开始到标准稠度净浆

16、失去流动性并开始失去塑性的时间； 终凝时间：水泥从加水开始到标准稠度净浆完全失去塑性，开始产生机械强度的时间安定性：硬化水泥浆体体积变化的均匀性称为水泥体积安定性，简称安定性。引起水泥安定性不良的原因主要是游离氧化钙、氧化镁含量过高或石膏掺量过多。生产过程 生料制备：石灰质、粘土质原料及少量校正原料破碎后，按比例配合、磨碎，获得成分合适、质量均匀的生料；熟料煅烧：生料在窑内煅烧至部分熔融得到的以硅酸钙为主要成分的熟料 水泥制成（水泥粉磨）：水泥熟料加少量石膏及混合材料或外加剂共同磨碎。 水泥熟料: 凡以适当成分的生料烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物化学组成 硅酸盐水泥熟料主要由CaO

17、、SiO2、Al2O3、Fe2O3四种氧化物组成矿物组成硅酸三钙：3CaOSiO2 硅酸二钙：2CaOSiO2铝酸三钙：3CaOAl2O3 铁铝酸四钙：4CaOAl2O3Fe2O3四种熟料矿物的水化速率C3A C3S C4AF C2S煅烧过程1）物料中自由水分的蒸发（干燥）: RT-150oC（干燥带，）2）生料预烧物料中粘土矿物脱水，少量MgCO3分解:150600oC（预热带，）3）生料分解主要为碳酸盐（钙）的分解: 600900oC（分解带，）4）碳酸盐分解结束，固相反应继续进行，大量放热: 9001200oC（放热反应带，）5）煅烧(烧成）：液相出现并迅速增加，游离CaO被迅速吸收，熟

18、料矿物形成，125014501250oC(烧成带，）6）熟料冷却: 遇二次空气，温度降低（冷却带，）急速冷却熟料对改善熟料质量有许多优点： (1) 防止或减少-C2S 转化成- C2S (2) 防止或减少C3S的分解 (3) 改善水泥的安定性 (4) 减少熟料中C3A结晶体，提高抗硫酸盐性能 (5) 提高熟料易磨性一种物质从无水状态变成含水状态叫做水化作用。水化: 水泥加适量的水拌合后，立即发生化学反应，各组分开始溶解并发生复杂的物理、化学与物理化学及力学变化，称为水化。包括：熟料矿物的水化、水泥的水化。水泥的（凝结）硬化：水泥加水拌合后形成的包括砂集料在内的可塑性浆体，逐渐失去流动性，转变为

19、具有一定强度的石状体，称为水泥的（凝结）硬化。硅酸三钙（C3S）的水化简写为：C3S + nH = C-S-H +（3-x）CH水化产物为水化硅酸钙C-S-H凝胶和氢氧化钙CH在不同条件下，水化所得的水化硅酸钙的成分不同：xCaOSiO2yH2O（C-S-H）中x、y值不同。影响C-S-H组成的因素：C-S-H周围CaO（Ca（OH）2）的浓度、水固比C3S水化产物的结构形态： C-S-H(I)薄片状； C-S-H(II) 纤维状、棒状晶体 C-S-H(I)、C-S-H(II)的尺寸都很小-胶体尺寸范围； Ca(OH)2具有固定成分的六方板状晶体C3S水化过程的五个阶段： 1初始水解期； 2.

20、 诱导期； 3. 加速期； 4. 衰退期； 5. 稳定期 水化程度指已经水化的水泥量和水泥浆中原有水泥量的比值的百分率。水化深度指水泥颗粒已经水化层的厚度。水化速度就是指单位时间内的水泥水化程度或水化深度。石膏的作用可以控制水泥的水化速度、调节水泥的凝结时间。改善水泥的性能。如提高早期强度，降低干缩变形，改善耐久性等。 主要作用是调节水泥的凝结时间石膏的缓凝机理 水泥中掺加适宜石膏时，3在石膏-石灰的饱和溶液中，生成溶解度极低的三硫型水化硫铝酸钙（AFt），又称钙矾石。棱柱状的小晶体生长在水泥颗粒表面，形成覆盖层或薄膜，阻滞了水分子及离子的扩散，降低了水化速度，延长了凝结时间，防止了快凝现象发

21、生。 石膏掺量过多或过少都会导致不正常凝结。石膏的适宜掺量 碱集料反应：水泥属碱性物质,一般能够抵抗碱类的侵蚀，但当水泥结构中碱含量较高，而配制混凝土的集料中含有活性物质时，水泥结构经过一定时间后会出现明显的膨胀开裂，甚至剥落溃散等现象，称为碱集料反应。耐火材料:耐火度不小于1580的无机非金属材料矿物组成可分为两大类：结晶相与玻璃相，其中结晶相又分为主晶相和次晶相。主晶相 是指构成耐火制品结构的主体而且熔点较高的结晶相。主晶相的性质、数量、结合状态直接决定着耐火制品的性质。次晶相 又称第二固相，是在高温下与主晶相共存的第二晶相。基质：填充于主晶相之间的不同成分的结晶矿物（次晶相）和玻璃相统称

22、为基质，或结合相。耐火度 ：耐火材料在无荷重条件下，抵抗高温作用而不熔化的性质称为耐火度。高温荷重软化温度 ：表示材料在温度与荷重双重作用下抵抗变形的能力。耐火制品荷重软化温度的测定一般是在0.2MPa的固定载荷下，以一定的升温速度均匀加热，测定试样压缩0.6%、4%、40% 时的温度。测定荷软的意义： 可以作为材料最高的使用温度。热震稳定性：耐火材料抵抗温度急剧变化而不被破坏的性能称为热震稳定性或抗热冲击性能。 矿化剂选择原则：有二液区；形成液相温度 1470（鳞石英的最高稳定温度） 矿化剂CaO-SiO2 FeO-SiO2 不定形耐火材料：由耐火骨料和粉料、结合剂、外加剂以一定比例共同组成

23、的，不经成形和烧成而直接使用或加适当液体调配后使用。不定形耐火材料的分类1、按耐火骨料品质分类 硅质、粘土质、高铝质、镁质等等 2、按所用结合剂分类 水泥结合、粘土结合、水玻璃结合、超微粉结合等等 3、按施工和使用方法分类（该方法在实际使用中最多） 耐火浇注料：耐火捣打料：耐火喷涂、喷补、涂抹料：耐火泥（浆）:耐火投射料：碳复合耐火材料：由两种或两种以上不同性质的耐火氧化物（MgO、CaO、Al2O3、ZrO2等）和碳素材料及非氧化物材料为原料，用碳素材料作为结合剂而制成的一种多相复合耐火材料。主要组成碳素耐火材料 无定形碳 石墨耐火材料 结晶型石墨 碳化硅耐火材料 SiC陶瓷的成形方法：（1

24、）产品的形状、大小、厚薄等。（2）坯料的工艺性能。（3）产品的产量和质量要求。 （4）成形设备要简单，劳动强度要小，劳动条件要好。 （5）技术指标要高，经济效益要好。浆料成形法：石膏模注浆成型：陶瓷浆料注入一定形状的（石膏）模型（模具）中，依靠模具的脱水作用而成形称为注浆成形。热压铸成型：压力作用下, 将融化的含蜡浆料(蜡浆)注入金属模具中,冷却后脱模,得到陶瓷坯体的成形方法。流延法成型：超细粉末与塑化剂配合，在溶剂中混合均匀，制得可流动性浆料，通过加料嘴向运动的基带上流出，逐渐延展，干燥后得到带状薄膜的成形方法。可塑成形法：利用模具或刀具等的运动所造成的压力、剪力，挤压等外力对具有可塑性的坯

25、料进行加工，迫使坯料在外力的作用下发生可塑变形，制成坯体的过程。拉坯成型 车坯成型 旋压成型 滚压成型 挤压成型 轧膜成型 压制成形法：粉状坯料（0.1-1mm）装于模具中，在压机上在压力作用下形成具有一定形状、尺寸和强度的坯体。优点：生产过程简单，致密度高，制品尺寸精确，表面质量高，设备机械化、自动化程度高，可以连续化生产。局限性：对于制品形状复杂的制品难于成型，模具磨损大；压力分布不均，致密度不均。模压成形：将经过造粒、流动性好、假颗粒级配合适的粉料，装入模具内，通过施加外压力使粉料压制成一定形状的坯体的方法。特点：工艺简单，操作方便，宜于大批量生产；周期短、工效高；坯体致密度高；形状、尺寸精度高；复杂形状制品、大型制品成形受限等静压制：粉末装于弹性（柔性）模具（包套）中，以流体为传压介质，各向均匀受压。特点：压坯形状、尺寸范围大，尤大尺寸、形状复杂压坯或制