《无机非金属》PPT课件.ppt
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1、1第第4 4章章 无机非金属材料无机非金属材料n传统陶瓷、特种陶瓷传统陶瓷、特种陶瓷n水泥水泥n玻璃玻璃n耐火材料耐火材料材料概论材料概论2无机非金属材料概述无机非金属材料概述什么是无机非金属材料?什么是无机非金属材料?金属材料和有机高分子材料以外的固体材料金属材料和有机高分子材料以外的固体材料通称为无机非金属材料。通称为无机非金属材料。p硅酸盐材料:硅酸盐材料:陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料等以等以天然硅酸盐天然硅酸盐为原料的制品。为原料的制品。p新型新型无机材无机材料:料:用用人工合成方法人工合成方法制成的不含制成的不含硅或很少含硅或很少含SiO2的材料,如一些氧化物
2、、氮化的材料,如一些氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、卤化物、硫化物和碳素物、碳化物、硼化物、卤化物、硫化物和碳素材料等。材料等。可分为:可分为:3熔点高熔点高耐高温耐高温硬度高硬度高强度高强度高弹性模量大弹性模量大无机非金属材料主要特征无机非金属材料主要特征绝缘性好绝缘性好耐磨损耐磨损耐氧化耐氧化耐腐蚀耐腐蚀化学稳定性好化学稳定性好脆性大,韧性差脆性大,韧性差4正长石正长石 K2O.Al2O3.6SiO2 K2Al2Si6O16白云母白云母 K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O K2H4Al6(SiO4)6高岭土高岭土 Al2O3.2SiO2.2H2O Al2H4Si2O9石石 棉棉 C
3、aO.3MgO.4SiO2 Mg3Ca(SiO3)4滑滑 石石 3MgO.4SiO2.H2O Mg3H2(SiO3)4泡沸石泡沸石 Na2O.Al2O3.2SiO2.nH2O Na2Al2(SiO4)2.nH2O 天然硅酸盐在自然界中分布很广天然硅酸盐在自然界中分布很广,是构成地是构成地壳的主要组分。其化学式很复杂,可看成是二壳的主要组分。其化学式很复杂,可看成是二氧化硅和金属氧化物的复合氧化物。氧化硅和金属氧化物的复合氧化物。天然硅酸盐天然硅酸盐(silicate)矿物矿物5石棉片石棉片黄玉黄玉正长石正长石高岭石高岭石6水晶水晶7白云母白云母滑石滑石粘土粘土8天然硅酸盐不论组成多么复杂,在其
4、晶体内天然硅酸盐不论组成多么复杂,在其晶体内部,基本结构单元都是部,基本结构单元都是SiOSiO4 4四面体。硅占据四面体。硅占据四面体的中心,四面体的中心,4 4个氧则占据个氧则占据4 4个顶角。个顶角。OSi9SiO44-Si2O76-Si3O96-Si6O1812-104.2 陶瓷材料陶瓷材料 陶瓷与中国?陶瓷与中国?第一阶段:火与土的文明,陶器诞生第一阶段:火与土的文明,陶器诞生11第二阶段:瓷器诞生,从此瓷器与中国结缘;第二阶段:瓷器诞生,从此瓷器与中国结缘;西晋西晋青瓷青瓷羊!羊!China的来源?的来源?12白瓷诞生,精纯原料白瓷诞生,精纯原料KaolinKaolin的使用;的使
5、用;法门法门寺五寺五瓣花瓣花口瓷口瓷碗!碗!瓷器在中国的演变?瓷器在中国的演变?13中国瓷器的顶峰,青花及五彩中国瓷器的顶峰,青花及五彩彩色彩色瓷器瓷器的诞的诞生!生!14第三阶段,传统工业陶瓷,陶瓷技术第三阶段,传统工业陶瓷,陶瓷技术+工业革命;工业革命;瓷器文明中心的转移?瓷器文明中心的转移?15瓷器技术的飞跃?瓷器技术的飞跃?第四阶段:特种陶瓷的诞生,陶瓷理论的推动!第四阶段:特种陶瓷的诞生,陶瓷理论的推动!16 “陶瓷陶瓷陶瓷陶瓷”是指所有以粉状粘土为主要原料与其它是指所有以粉状粘土为主要原料与其它是指所有以粉状粘土为主要原料与其它是指所有以粉状粘土为主要原料与其它天然矿物原料经过粉碎
6、、混炼、成形、烧结等过程天然矿物原料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程天然矿物原料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程天然矿物原料经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程而形成而形成而形成而形成的的的的多晶、多相的聚集体多晶、多相的聚集体多晶、多相的聚集体多晶、多相的聚集体。性能:性能:耐高温、耐磨、耐腐蚀、高硬度、高强度及其耐高温、耐磨、耐腐蚀、高硬度、高强度及其它特殊性能它特殊性能(压电性、磁性和光学性能压电性、磁性和光学性能),但脆性大但脆性大4.2 陶瓷材料陶瓷材料 4.2.1 概述概述 174.2 陶陶 瓷瓷 材材 料料4.2.2 陶瓷材料的结构和性能陶瓷材料的结构和性能陶瓷材料的结合键陶瓷材料的
7、结合键离子键、共价键以及离子键与共价键的混合键离子键、共价键以及离子键与共价键的混合键离子晶体离子晶体以离子键结合的晶体。以离子键结合的晶体。金属氧化物晶体:金属氧化物晶体:MgO、Al2O3共价晶体共价晶体共价键结合的晶体。共价键结合的晶体。金刚石、金刚石、SiC、Si3N4、BNAl2O3 金刚石金刚石181.1.结晶相结晶相:主要组成相,由离子键主要组成相,由离子键或共价键结合而成,决定陶瓷的性能:或共价键结合而成,决定陶瓷的性能:高熔点、高耐热性、高化学稳定性、高熔点、高耐热性、高化学稳定性、高绝缘性、高脆性。高绝缘性、高脆性。2.2.玻玻璃璃相相:非非晶晶态态固固体体,将将晶晶相相粘
8、粘结结在在一一起起,降降低低烧烧结结温温度度,抑抑制制晶晶相相晶晶粒长大和填充气孔。粒长大和填充气孔。3.3.气相气相:气孔(:气孔(5 51010)。)。对对性性能能的的不不利利影影响响:增增加加脆脆性性、降降低低强强度度、是是造造成成裂裂纹纹的的根源。根源。电击穿强度降低,绝缘性能降低。电击穿强度降低,绝缘性能降低。对性能的有利影响:对性能的有利影响:提高吸振性,使陶瓷密度减小提高吸振性,使陶瓷密度减小陶瓷的组成陶瓷的组成19陶瓷材料的性能陶瓷材料的性能力学性能力学性能20l理论强度高理论强度高离子键和共价键离子键和共价键l实际强度要较理论强度低实际强度要较理论强度低组织的不均匀性,组织的
9、不均匀性,内部杂质和各种缺陷内部杂质和各种缺陷l晶粒越细,强度越高。晶粒越细,强度越高。l高温强度、高温抗蠕变能力、抗氧化性优于金高温强度、高温抗蠕变能力、抗氧化性优于金属材料属材料常用于高温材料常用于高温材料陶瓷材料的力学性能陶瓷材料的力学性能强强 度度21u陶瓷的塑性和韧性较低,无塑性变形,脆陶瓷的塑性和韧性较低,无塑性变形,脆性断裂性断裂陶瓷最大的弱点。陶瓷最大的弱点。u断裂过程断裂过程:裂纹形成和扩展的过程:裂纹形成和扩展的过程u断裂的原因断裂的原因:陶瓷内部和表面所产生的微:陶瓷内部和表面所产生的微裂纹,在受到外应力时快速扩展。裂纹,在受到外应力时快速扩展。陶瓷材料的力学性能陶瓷材料
10、的力学性能塑性与韧性塑性与韧性22陶瓷材料的热学性能陶瓷材料的热学性能23陶瓷材料的电学和光学性能陶瓷材料的电学和光学性能244.2.3 4.2.3 陶瓷的分类陶瓷的分类结构陶瓷结构陶瓷功能陶瓷功能陶瓷日用陶瓷日用陶瓷建筑陶瓷建筑陶瓷电绝缘瓷电绝缘瓷化工陶瓷化工陶瓷传统陶瓷传统陶瓷陶瓷陶瓷特种陶瓷特种陶瓷按性能按性能划分划分区区别别常见陶瓷分类方法?常见陶瓷分类方法?25区别区别传统陶瓷传统陶瓷特种陶瓷特种陶瓷原料原料原料原料天然矿物材料天然矿物材料天然矿物材料天然矿物材料人工精致合成原料人工精致合成原料人工精致合成原料人工精致合成原料成型成型成型成型注浆、可塑成型注浆、可塑成型注浆、可塑成型
11、注浆、可塑成型注射、轧膜、等静压、流注射、轧膜、等静压、流注射、轧膜、等静压、流注射、轧膜、等静压、流延等延等延等延等烧成烧成烧成烧成1350135013501350以下,煤、油、气以下,煤、油、气以下,煤、油、气以下,煤、油、气结构陶瓷需结构陶瓷需结构陶瓷需结构陶瓷需1600160016001600,功能,功能,功能,功能陶瓷需精确控制,电、油、陶瓷需精确控制,电、油、陶瓷需精确控制,电、油、陶瓷需精确控制,电、油、气气气气性能性能性能性能外观效果为主外观效果为主外观效果为主外观效果为主内在质量为主,高强、耐内在质量为主,高强、耐内在质量为主,高强、耐内在质量为主,高强、耐磨、耐高温、耐腐蚀
12、等磨、耐高温、耐腐蚀等磨、耐高温、耐腐蚀等磨、耐高温、耐腐蚀等加工加工加工加工一半不需要加工一半不需要加工一半不需要加工一半不需要加工切割、打孔、研磨、抛光切割、打孔、研磨、抛光切割、打孔、研磨、抛光切割、打孔、研磨、抛光传统陶瓷与特种陶瓷的区别传统陶瓷与特种陶瓷的区别262728293031323334结构陶瓷结构陶瓷 35强度较高,绝缘电阻大,硬度大,耐磨、耐蚀强度较高,绝缘电阻大,硬度大,耐磨、耐蚀 介电损耗低介电损耗低 透光性透光性 耐高温耐高温 用途最广泛,原料最丰富,价格最低廉用途最广泛,原料最丰富,价格最低廉 金属熔炼的坩埚、金属熔炼的坩埚、炉管、炉芯、热炉管、炉芯、热电偶保护管
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