材料导论复习要点(全)(共8页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上 1. 化学键（离子键、共价键、金属键）-主价键组合键 氢键-介于范德华键和主价键之间物理键（范德华键）-次价键无机非金属结构主要包含：离子键、共价键和混合键无机非金属材料包括：离子晶体、共价晶体、混合晶体1.1.1 离子键定义：正负离子间的静电作用为离子键。决定离子晶体的结构因素包括以下几个方面：离子半径、球体最紧密堆积程度、配位数、离子的极化形成两种空隙：四面体空隙和八面体空隙极化：带电离子所产生电场对另一离子的电子云发生作用，使离子大小形状发生改变，这种现象。 极化率：离子自身被极化的作用； 极化力：极化周围离子的作用。影响：离子极化偶极离子间距变化离子配位数变

2、化晶体结构类型变化1.共价键定义：由两个或者多个原子共同使用它们的外层电子，在理想情况下，达到电子饱和的状态，由此组成较为稳定和坚固的化学结构叫做共价键2.金属键性能特点： 1)良好的导电性及导热性； 2)正的电阻温度系数； 3)良好的强度及塑性； 4)特有的金属光泽。3.范德华键分子间以微弱静电引力相引而结合在一起。没有方向饱和性 例：NaCl 晶体中，已知Na+ 离子和Cl-半径分别为0.102nm 和 0.181nm，确定正负离子的配位数并计算一个晶胞中有多少个NaCl分子？ 解：配位数：R+/R_=0.102/0.181=0.56在0.4140.732之间，可以确定Na: CN=6分子

3、数 Na: ¼*12+1=4, Cl:1/8*8+1/2*6=4 ,即Z=4例：CsCl 晶体中，已知Cs+ 离子和Cl-半径分别为0.174nm 和 0.181nm，确定正负离子的配位数并计算一个晶胞中有多少个CsCl分子？ 解：配位数 R+/R_=0.174/0.181=0.96在0.7321之间，可以确定Cs: CN=8分子数 Cs: 1 Cl:1/8*8=1 ,即Z=12、硅酸盐结构特点： 结构中Si4+间没有直接的键，而它们是通过O2连接起来的。 结构是以硅氧四面体为基础的。 每一个O2只能连接2个硅氧四面体。硅氧四面体的联接方式氧原子用于键合的是两个具有方向性的轨道：(1

4、)共顶：SiO4各单元之间通常以共顶的方式相联接 (SiO4顶角上氧与相邻硅氧四面体共用)。(2)偶尔共棱：相邻两个SiO4两个顶角上氧共用。(3)从不共面:(相邻两个SiO4 三个顶角上氧共用)。 4.硅酸盐结构根据SiO4间的共顶情况，硅酸盐结构形式：一、岛状结构硅酸盐二、组群状结构硅酸盐 三、链状结构硅酸盐 四、层状结构硅酸盐五、架状结构 桥氧：部分氧的价键被饱和，如连接两个硅氧四面体，达到饱和的氧；-非活性氧非桥氧：价键未被饱和，如两个硅氧四面体连接后，剩余的氧。-活性氧1.2.3 晶体结构缺陷缺陷的含义：通常把晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。理想晶体：质点严格按照空

5、间点阵排列。实际晶体：存在着各种各样的结构的不完整性。分类方式：几何形态：点缺陷、线缺陷、面缺陷等形成原因：热缺陷、杂质缺陷、非化学计量缺陷等1、点缺陷定义：理想晶体中一些原子被外界原子所取代，或者在晶格间隙中掺入原子、或者留有原子空位，从而破坏了晶体结构中质点有规则的周期性排列，引起质点间势场的畸变或者造成结构的不完整或者缺陷。分类：晶格位置缺陷、组成缺陷和电荷缺陷类型:弗仑克尔缺陷（Frenkel defect）和肖特基缺陷（Schottky defect）弗伦克尔缺陷特点：空位与间隙粒子成对出现，数量相等；晶体体积不变；正负离子半径相差大，易形成该缺陷。肖特基缺陷特点：晶体体积增大；离子

6、晶体，正负离子成对出现；一般离子半径相差不大容易形成。2、线缺陷（位错）分类：依据:位错根据位错线和滑移方向;分为：刃位错(垂直)和螺位错(平行)位错线：晶体中质点滑移时，滑移面和未滑移面的一条交界线。4、固溶体分类：（一）根据外来组元在主晶相中所处位置 ，可分为置换固溶体和间隙固溶体。（二）按外来组元在主晶相中的固溶度，可分为连续型(无限型)固溶体和有限型固溶体。影响置换型固溶体的因素：1）离子大小；2）离子价；3）晶体结构；4）电负性以r1和r2分别代表半径大和半径小的溶剂(主晶相)或溶质(杂质)原子(或离子)的半径，当 时，溶质与溶剂之间可以形成连续固溶体。当超过15% ，则为部分互溶固

7、溶体。1.3.1 非晶态的类型非晶态物质由无机玻璃（传统氧化物、重金属氧化物及氟化物玻璃等）、凝胶、非晶态半导体、无定型炭以及金属玻璃等组成。1.3.2 非晶态的X射线散射特征晶体：晶体能够看到尖峰，主要是由于原子规则排列构成 一定间隔的晶面，而在那些晶面发生X衍射；非晶体：原子排列不规则，形成散射。3.粘度-组成关系在硅酸盐熔体中，粘度随着碱金属氧化物含量的增加而急剧降低。-粘度大小由熔体中硅氧四面体连接程度决定，碱金属氧化物增加，导致硅氧四面体连接程度下降。当：O:Si比值很低，SiO4的聚合度高，对粘度起主要作用的是SiO4的Si¡ªO键的强度，随着R2O中R+半径减

8、小，R+对于四面体中Si¡ªO键的削弱能力加强，因此粘度按照半径增加增大；当O:Si比值较高时，对粘度起主要作用的是连接SiO4的R+键的强度，故键强较大的离子，其碱金属硅酸盐熔体粘度高。材料的性能包括使用性能和工艺性能两方面。使用性能是材料在使用条件下表现出的性能，如热学、力学、电学、磁学、光学、化学性能以及由各种物理效应现实的功能等；如金属的以及均较好。2.2.2 硬度硬度是物质抵抗机械变形能力的总和。主要取决于键的强度测试方法：压入试验；划痕试验，回跳试验理论强度远远大于实际强度？实际材料内部存在缺陷和表面微裂纹，缺陷部位和基体的弹性模量或热膨胀系数往往不同，微裂纹常

9、常就从这些缺陷部位触发出来，而在裂纹端部产生应力集中。1、电子导电材料的导电能力大小，主要由载流子的浓度和它们的迁移速率决定的，载流子可以是：电子、空穴或者离子2.3.5 化学性能化学侵蚀来源：周围介质中水、酸和碱材料因素：化学组成和结构稳定性 硅酸盐水泥的概念及生产工艺 国标GB175-2006规定：凡由硅酸盐水泥熟料、05%的石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为硅酸盐水泥，也称波特兰水泥。 不掺加混合材料的称为I型硅酸盐水泥，代号P·I； 掺加不超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称为II型硅酸盐水泥，代号PII硅酸盐水泥的生产工艺“两磨一烧”工

10、艺生产水泥的方法主要有干法立窑生产和湿法回转窑生产两种冷却目的： 改善熟料质量与易磨性；降低熟料的温度，便于运输、储存、 和粉磨 回收热量，预热二次空气，降低热耗、提高热利用率。冷却方式：急冷归纳硅酸三钙结构特征1）硅酸三钙常温介稳状态的高温型矿物，其结构式热力 学不稳定的；（2）Al3+ 、Mg2+进入晶格并形成固溶体，固溶程度越高，活性越大；（3）Ca2+离子较正常配位数低，并且处于不规则状态，因而Ca2+具有较高的活性；（4）结构中存在较大的空穴或通道，可以使OH-离子很容易进入晶格。归纳- C2S 结构特征（1）- C2S 常温介稳状态的高温型矿物，其结构式热力 学不稳定的；（2）钙离

11、子具有不规则配位，具有较高活性；（3）- C2S 中有杂质和稳定剂存在，使之形成固溶体，提高了它的结构活性；（4）结构中不存在较大的空穴或通道，水化速度慢。铝酸三钙组成 AlO69- 八面体 CaO610- 八面体 AlO45- 四面体钙离子配位不规则，松散连结，具有较大活性铝离子有两种配位（4、6），AlO45- 四面体变形，铝离子活性大；结构内部有较大孔穴，OH-离子容易进入，易水化铁铝酸四钙（1）结构是由FeO4四面体和AlO6八面体相互交叉组成（2）固溶体形式存在。总结归纳：高温时形成的一种固溶体，在铝离子取代铁离子时引起晶格稳定性降低。5.2.4 玻璃相孰料烧至熔融时，部分液相在冷却

12、过程中来不及析晶的结果-热力学不稳定。水化的五个阶段-硅酸三钙水化反应过程诱导前期特点：加水立即发生急剧反应，放热速率很快，持续时间大约15min；C3s与水作用：钙离子溶出-富硅层（吸引钙离子）-双电层原因：球磨冷却使表面有很多活性点诱导期-静止期特点：反应速率及其缓慢过程：溶液中Ca2+离子浓度增加单未达到饱和，故C3S中溶出Ca2+离子速度减缓，产生诱导。 加速期特点：反应重新加快，反应速率岁随时间而增长，出现第二次放热高峰，浆体逐渐凝结硬化诱导期结束-初凝加速期结束-终凝；过程：溶液中Ca2+离子和OH-离子浓度增加，达到饱和，形成CH晶核，使双电层作用减弱，故C3S中溶出Ca2+离子

13、速度重新加快。注意：C-S-H在C3S表面沉淀，使钙离子溶出速度减慢，当加速作用=减速作用时，速度最大。衰退期特点：反应速率随时间而下降，水化作用逐渐受扩散速率控制。过程：C-S-H覆盖在C3S表面，阻碍离子迁移，导致水化速度降低或者水化作用衰退。 稳定期特点：反应速率很低，反应过程基本趋于稳定，水化完全受扩散速度控制。过程：新生成的水化产物沉淀在C3S颗粒周围，并且水化物的微结构越来越密实，对H2O阻碍作用更大，故速度很慢，水化完全为扩散速率控制。硅酸二钙的水化- C2S和C3S水化过程极其相似，只是反应速率为前者的1/20-结构决定。铝酸三钙的水化问题： C3A形成的水化物不稳定，易转换成

14、立方装的C3AH6，不利于浆体网状结构的形成与稳定；纯水中，C3A水化较快，浆体凝结很大；水化产物转化时，孔隙率大大增加，进而引起强度降低。问题：OH-比H2O更易渗入C3A结构中，使其解体更迅速，所以水化更快，短时间既有大量的板状C4AH13形成而使浆体速凝。总结概括硅酸盐水泥的水化 ：阶段-钙矾石形成阶段：孰料遇水，水泥中的C3A首先水化，并在石膏存在的条件下迅速生成钙矾石（AFT），AFT覆盖在颗粒表面，使水化速率减慢，导致诱导期开始；阶段-C3S水化阶段：由于C3S开始水化，形成C-S-H和CH相，当石膏体系消耗完毕，AFT向AFm转变，此过程C4AF和C2S都参与了反应；阶段-结构形

15、成和发展随着水化产物的增多，相互交织连生，浆体逐渐开始硬化。水化过程中的几种情况a. 水化不是在纯水中，而是在各种离子的溶液中，且各离子浓度随水化时间不断发生变化；b. 可能发生二次水化c. 各种矿物之间对水化过程产生影响。水化速度及其影响因素水化速率：单位时间内的水化程度或水化深度。水化程度：一定时间内发生水作用的量与完全水化量的比值。影响因素： 矿物组成与结构；-C3A >C4AF > C3S > C2S 水泥粒子大小；-颗粒小，水化速度快； 水灰比；-加水了增加，水化速度快； 温度；温度升高，水化速度加快； 混合材料及外加剂类型和数量：-减水剂或者缓凝剂；影响因素： 矿

16、物组成与结构；-C3A >C4AF > C3S > C2S 水泥粒子大小；-颗粒小，水化速度快； 水灰比；-加水了增加，水化速度快； 温度；温度升高，水化速度加快； 混合材料及外加剂类型和数量：-减水剂或者缓凝剂；(二)水泥的凝结和硬化第一阶段-加水拌合到初凝为止第二阶段-初凝到24小时为止第三阶段-24h到水化结束硅酸盐水泥主要水化产物水化硅酸钙凝胶C-S-H约占70%氢氧化钙晶体CH约占20%水化硫铝酸钙晶体（AFt和AFm）约占7%水化铁酸一钙凝胶CFH水化铝酸三钙晶体C3AH6（四）水泥石结构1 未水化水泥颗粒2 水化产物晶体、胶体3 毛细孔、毛细孔水4 凝胶孔毛细孔

17、未被水化产物所填充的原充水空间凝胶孔C-S-H内部的结构孔水泥石是多相（固、液、气）多孔体系，水泥石的工程性质取决于水泥石的结构组成，即决定于水化物的类型和相对含量、内部孔的大小、形状和分布状态。四、硅酸盐水泥的技术要求(一) 细度 水泥的细度指水泥的粗细程度或分散度。细度决定了水泥与水接触的表面积。从而影响水泥的水化、凝结速度和性质。水泥的细度可用(80m或45m方孔筛筛余)和(勃氏法)检验。 比表面积法是通过测量一定量空气通过水泥时流速的变化来测定颗粒粒径分布情况。（一）初凝：从水泥加水拌和起至标准稠度净浆开始失去可塑性所需的时间。1国标规定：初凝时间45min，国产水泥一般为1-3h。2

18、.实验：以试针距离底板4±1mm为准。3.工程意义：水泥的初凝时间不宜过早，以便施工时有充分的时间搅拌、运输、浇捣和砌筑等操作。(二) 终凝：从水泥加水拌和起至标准稠度净浆完全失去可塑性并开始产生强度所需的时间。5.国标规定：终凝时间6.5h，国产水泥一般为5-6h。6.实验：以试针下沉0.5mm为准。7.工程意义：终凝时间不宜过迟，以便施工完毕后更快硬化，达到一定的强度，以利于下一步施工工艺的进行。8.影响水泥凝结时间的因素：熟料的矿物组成、石膏掺量、混合材的品种与掺量、水泥细度、温度、水灰比等。（三）水泥在出厂和使用前必须检验的技术指标有四项：细度、凝结时间、强度和体积安定性。这

19、四项指标中，除强度外，其它任何一项指标不合格，则水泥不能使用；反之，若仅强度一项指标不合格，而其它三项指标合格，则水泥可降等级使用。 三 掺混合材料的硅酸盐水泥(一)非活性混合材料 定义：凡与水泥不发生化学作用或化学作用甚微的人工的或天然的磨细矿物质材料都属于非活性混合材料。品种： 磨细的石灰石、石英砂、粘土、慢冷矿渣及各种废渣。(二)活性混合材料定义：混合材料磨细与水拌和后，本身并不具有胶凝性质，或胶结能力很小，但磨细的混合材料与石灰、石膏或硅酸盐水泥一起加水拌和后，在常温下能生成具有水硬性的水化产物，称为活性混合材料。品种：粉煤灰、粒化高炉矿渣、火山灰质混合材料。1. 粒化高炉矿渣 将炼铁

20、高炉中的熔融矿渣经水淬等急冷方式而成的松软颗粒称为粒化高炉矿渣，又称水淬矿渣。 活性成分为活性氧化硅和活性氧化铝。 2. 火山灰质混合材料 是火山喷发沉积物及其它具有类似活性的材料的统称。 按其化学成分可分为含水硅酸质（如硅藻土等）、铝硅玻璃质（如火山灰、浮石等）、烧粘土质（如烧粘土、煤渣等）。 3. 粉煤灰 从燃煤发电厂的烟道气体中收集的粉末，又称飞灰。1。碱性激发剂：石灰和能在水化时析出氢氧化钙的水泥熟料2硫酸盐激发剂：各种石膏四、普通硅酸盐水泥(一) 定义与组成 普通水泥硅酸盐水泥熟料615%活性混合材料+适量石膏，代号P·O。(二)技术要求 与硅酸盐水泥不同的有： 1. 细度 80m方孔筛筛余不得超过10%。 2. 凝结时间 初凝不得早于45min，终凝不得迟于10h。 3. 强度等级 根据3d