无机非金属材料-PPT课件.ppt

1、1主讲人：黄艳琴主讲人：黄艳琴南京邮电大学材料科学与工程学院2011年12月1日 陶瓷，水泥和陶瓷，水泥和玻璃均是以含硅物玻璃均是以含硅物质为原料，在高温质为原料，在高温下经过一系列复杂下经过一系列复杂的物理和化学变化的物理和化学变化而得到的硅酸盐产而得到的硅酸盐产品。品。 瓷器由陶器脱胎而来，制瓷器的要求比制陶器高，它需要纯净的粘土作原料，烧制温度也相对较高。因此，瓷器比陶器瓷体白净，质地致密，完全改变了陶器多孔与透水的缺点。这是陶器发展过程的重大飞跃，由此在公元元年左右形成了水泥时代。l 主要包括陶瓷、玻璃、水泥等主要包括陶瓷、玻璃、水泥等l 陶瓷按性能和用途分类：传统陶瓷和广义陶瓷陶瓷按

2、性能和用途分类：传统陶瓷和广义陶瓷 传统陶瓷（普通陶瓷），以天然的黏土（含水的硅酸盐矿物，主要含SiO2, Al2O3, H2O、Fe2O3等）为主要原料，经粉碎、成形、烧结制成，产量大，应用广。 广义陶瓷（特种陶瓷、精细陶瓷、高技术陶瓷、先进陶瓷），是以非硅酸盐矿物高纯化工原料和合成矿物为原料，沿用传统陶瓷的工艺制得的新材料，具有各种特殊的力学、物理或化学性能；可分为金属氧化物陶瓷（如Al2O3、MgO、CaO等）和非氧化物陶瓷，如C、N、B、Si等的化合物。一、一、 结合键结合键 离子键离子键 离子晶体强度高、硬度高、熔点高，但脆性大，无延展性，受热膨胀小，固态时绝缘，熔融后可导电，例如M

3、gO、Al2O3、ZrO2等金属氧化物。 共价键共价键 共价晶体强度高、硬度高、熔点高，但脆性大，无延展性，受热膨胀小，固态和熔融后均不导电，例如金刚砂SiC、高温陶瓷Si3N4、BN等。 离子键与共价健的混合键离子键与共价健的混合键 比较不同元素间的电负性，可以大体看出它们形成化合物时不同键成分的比例。 陶瓷材料多数以混合键结合。通常认为以离子键结合的MgO，离子键比例为84%，而通常认为以共价键结合的SiC，有18%的离子键结合。三、三、晶体缺陷晶体缺陷1.1.点缺陷点缺陷 存在置换原子、间隙原子、空位等缺陷； 当晶体的温度高于绝对零度时，晶格内原子吸收能量，在其平衡位置附近热振动。温度越

4、高，热振动幅度加大，原子的平均动能随之增加。热振动的原子在某一瞬间可以获得较大的能量，挣脱周围质点的作用，离开平衡位置，进入到晶格内的其它位置，而在原来的平衡格点位置上留下空位空位。 点缺陷意味着局部电子浓度的缺乏或过剩，其运动可以提高晶体的导电性。2.2.面缺陷面缺陷 陶瓷一般是多晶体。 固体从蒸汽、溶液或熔体中结晶出来时，只有在一定条件下，例如有籽晶存在时，才能形成单晶，而大多数固体属于多晶体。多晶是由许多小晶粒组成。这些小晶粒本身可以近似看作单晶，且在多晶体内做杂乱排列。多晶体中晶粒与晶粒的交界区域称为晶界。 晶界的影响巨大，晶界两侧晶粒取向的不同可以阻止裂纹的扩展，因此细化晶粒是提高陶

5、瓷材料强韧性的有效手段。 性能与化学键、晶体结构、显微组织（包括组成相分布，晶粒形状和大小，气孔的分布、大小和数量，杂质和缺陷等）等多种因素有关，波动范围大，但仍有一定共性。 人面网纹陶器人面网纹陶器景德镇瓷器被誉为：景德镇瓷器被誉为：洁如玉，明如镜，薄洁如玉，明如镜，薄如纸，声如馨如纸，声如馨。 制瓷器的要求比制陶器高，它们生产工艺过程的对比：1.选料选料。首先，陶器是普通粘土烧成的，而瓷器则需要纯净的粘土作原料，瓷器的胎必须是瓷土，瓷土主要成份是高岭土（现在国际上通用的高岭土学名-Kaolin，就是来源于景德镇东郊的高岭村边的高岭山；高岭土理想的化学式为AL2O3-2SiO2-2H2O。2

6、. 配料加工配料加工。瓷器的特点是质地紧密坚硬，这就要求瓷土“细滑”。一般是采用舂舂（把东西放在石臼或乳钵里捣掉皮壳或捣碎）方法，把瓷土舂细，并在水池中经过淘洗，然后沉淀滤去水分，从而得到细滑、纯净的瓷土。 青瓷是瓷器的起源，瓷器之母：青瓷是瓷器的起源，瓷器之母： 降低铁的含量，呈白色则是白瓷。初期的白瓷，釉色泛青，胎质细腻，有显著的从青瓷到白瓷的过度特征形态。上等白瓷的胎和釉中的含铁量必须控制在1%以下，方能烧成。红色釉瓷器的呈色剂是铜元素，青花瓷器则是以锰元素为呈色剂。釉上彩：釉上彩：瓷器上的彩色图案一般是在烧结后加绘的，用金属颜料加透明釉调成颜料在素的瓷器上描画彩色图案，也有用镶金、贴花

7、的方法的，即把金纸条或印花纸贴在瓷器上，再刷上透明釉。釉上图案制成后，把器物再放入烘炉中烘烤，便可得到美丽的彩绘瓷器。烘烤温度一般为七百至八百摄氏度。普通陶瓷普通陶瓷特种陶瓷特种陶瓷n 1. 结构陶瓷（又称为工程陶瓷）：结构陶瓷（又称为工程陶瓷）：以承受载荷为主，以承受载荷为主，具有良好的机械功能和热功能，硬度大、熔点高、化学性质具有良好的机械功能和热功能，硬度大、熔点高、化学性质稳定，如稳定，如氧化物陶瓷（氧化物陶瓷（AlAl2 2O O3 3、BeOBeO、ZrOZrO2 2）、非氧化物陶瓷）、非氧化物陶瓷（SiCSiC、SiSi3 3N N4 4、BNBN）。）。n 2. 功能陶瓷：功能

8、陶瓷：具有电、光、磁、生物、化学特性的陶瓷，具有电、光、磁、生物、化学特性的陶瓷，如电子陶瓷、超导陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷、生物陶瓷、如电子陶瓷、超导陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷、生物陶瓷、敏感陶瓷等。敏感陶瓷等。氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷生物陶瓷生物陶瓷钢筋、水泥、玻璃钢筋、水泥、玻璃水泥水泥：细磨材料，加入适当水后，成为塑性浆体，既能在空气细磨材料，加入适当水后，成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，能把砂、石材料牢固地胶结在一起中硬化，又能在水中硬化，能把砂、石材料牢固地胶结在一起的水硬性凝胶材料。（混凝土的水硬性凝胶材料。（混凝土 ：水泥，沙子，碎石）：水泥，沙子，

9、碎石）CaSO42H2O（生石膏）CaSO41/2 H2O（熟石膏）CaSO4（硬石膏）H2O 在玻璃原料中加入一定量的着色剂，使玻璃呈现不同的颜色。如加在玻璃原料中加入一定量的着色剂，使玻璃呈现不同的颜色。如加入锰化合物使玻璃呈紫色，加入氧化亚铜使玻璃呈现红色，加入氧化入锰化合物使玻璃呈紫色，加入氧化亚铜使玻璃呈现红色，加入氧化钴可使玻璃呈现蓝色等；钴可使玻璃呈现蓝色等； 在玻璃表面喷涂、镀膜等可以制得。在玻璃表面涂镀一层或多层金在玻璃表面喷涂、镀膜等可以制得。在玻璃表面涂镀一层或多层金属、合金或金属化合物薄膜，例如属、合金或金属化合物薄膜，例如热反射玻璃热反射玻璃一般是在玻璃表面镀一一般是在玻璃表面镀一层或多层诸如铬、钛或不锈钢等金属或其化合物组成的薄膜，不仅使层或多层诸如铬、钛或不锈钢等金属或其化合物组成的薄膜，不仅使产品呈丰富的色彩，对于可见光有适当的透射率，对红外线有较高的产品呈丰富的色彩，对于可见光有适当的透射率，对红外线有较高的反射率，对紫外线有较高吸收率，因此，也称为阳光控制玻璃，主要反射率，对紫外线有较高吸收率，因此，也称为阳光控制玻璃，主要用于建筑和玻璃幕墙。用于建筑和玻璃幕墙。42