无机非金属材料工学课件

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主要内容绪论 第一篇 第二篇 第三篇 生产过程原理与设备 主要品种各论 环境保护

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绪

论

一、无机非金属材料的定义与分类 1、定义(inorganic nonmetallic materials) 是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅 酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。 有机高分子材料

三大材料：2、特点:

金属材料

无机非金属材料

比金属的晶体结构复杂；没有自由电子；具有稳定的离子键和混合键； 结晶化合物的熔点高；硬度高，抗化学腐蚀能力强；大多数是绝缘体，高 温 导电能力低；光学性能优良，制成薄膜大多是透明的；一般比金属导热性 低；大多数情况下观察不到变形等。 3、性能: 导电性、隔热性、透光性、铁电性、铁磁性、压电性。

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4、分 类材料按化学成份 和显微特点分为

金属材料 无机非金属材料(普通的和先进的或新型的) 有机高分子材料 复合材料 结构材料

根据性能特征

功能材料 建筑材料 航空材料 电子材料

根据用途分

半导体材料 普通的(传统的) 如：水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料、非金属矿等。先进的(新型的) 如：先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、

无机纤维

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无机非金属材料 胶凝材料 混凝土 纤维增强混凝土 纤维增强塑料 金属搪瓷 增强陶瓷 天然矿物材料 玻璃 氧化物陶瓷 非氧化物陶瓷

复 合 材 料

钢筋混凝土

金属陶瓷

有机高分子金属

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二、无机非金属材料的发展史 从传统的硅酸盐材料演变而来 陶瓷：旧石器时代(石器工具),原始部落(粗陶器),商代(原 始瓷器、上釉的彩陶),东汉时期(青瓷),唐、宋、元、 明、清(不断发展)。 耐火材料：从青铜器时代—铁器时代—近代钢铁 (对工业的兴起，起重要作用) 玻璃：距今五六千年前的古埃及文物有绿色玻璃珠饰品，中国白 色玻璃珠有3000年的历史。 胶凝材料：古埃及 有石灰、石膏，气硬性性胶凝材料 19世纪初发明水泥，水硬性胶凝材料。 以上传统材料主要成分：硅酸盐 随着技术发展成分扩大到其它氧化物、氮(硼、碳、硫)系化合 物和钛(铝、磷)酸盐等，几乎一切无机化合物，不少制品已不含 硅酸盐，称无机非金属材料较确切。

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三、无机非金属材料特征 1、比金属的晶体结构复杂； 2、没有自由电子； 3、具有稳定的离子键和混合键； 4、结晶化合物的熔点高； 5、硬度高，抗化学腐蚀能力强； 6、大多数，是绝缘体，高温导电能力低； 7、光学性能优良，制成薄膜大多是透明的； 8、一般比金属导热性低； 9、大多数情况下观察不到变形。

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四、无机非金属材料的地位和作用(三大支

柱材料之一) 普通性，功能性，超前性。资源丰富，成本低廉，生产能耗低。不同材料的生产能耗

材料种类

钢

铝

塑料

工业玻璃 工业陶瓷 水泥

3~5 10~15 6 0.6~1 1.5~2.5 0.4 能耗(104KJ Kg-1) 五、无机非金属材料工业的进展 水泥设备：立窑—回转窑(湿法)—立波尔窑—悬浮预热器窑—窑外分解窑。

大型化：单机10000t/d熟料； 热耗3000KJ/Kg.sh 以下；电耗100kw.h/t水泥以 下水泥产量:居世界地一位,2003年达8亿多吨. 陶瓷：竖穴窑、横穴窑—物焰式圆窑、方窑—倾斜式龙窑(南方)、 半倒焰 的 馒头窑(北方)——阶级窑(明代)——蛋形窑(明末清初)即景德镇 窑—倒焰窑、隧道窑、辊道窑。

玻璃传统工艺：槽法、无槽法、平拉法、对辊法、格拉伯尔法—浮法(英专利)1957年(达400t/d至700t/d最高900t/d全自动化控制)。

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六、无机非金属材料工学的研究对象和任务 先进陶瓷：多相结构—单相结构—多相复合结构； 纳米陶瓷，陶瓷的强化和增韧；机敏陶瓷，生物和仿生陶瓷。 非晶态材料的制备： 玻璃超导体，玻璃快离子和质子导体，热释电微晶玻璃，非线性光学玻璃。 材料学：就是有关材料的组成、结构与工艺流程对于材料性能与用途的影响规 律的知识与运用。 胶凝材料：用仿生、复合技术，获得高强、高韧性能，代替钢、 塑料。 如：DSP水泥—超微密水泥，含超细颗粒(20~25%硅灰 W/C 0.12~0.15 200~700MPa) MDF水泥—无大孔水泥，加入有机高分子乳液，W/C<0.2,总 孔隙 率<2%,达150MPa。 混凝土：UHPC—超高性能混凝土；GHPC—绿色高性能混凝土 (无机非金属材料制备由经验积累—材料科学型转变)