无机材料工艺学培训课程

1、4/17/2022合肥学院化学与材料工程系1合肥学院化学与材料工程系合肥学院化学与材料工程系 4/17/2022合肥学院化学与材料工程系2课课程程简简介介4/17/2022合肥学院化学与材料工程系3计划学时：计划学时：40学时学时 课程的目的与任务：课程的目的与任务：加强学生的基础知识，拓宽知识面，全面系统地建立无机材料工艺知识体系，培养智能型与复合型人才。课程要求：课程要求：具有扎实的基础知识。 全面系统地掌握无机材料的基本概念、 基本理论、制备原理、生产过程的共性与个性及无机材料的基本性能。 成绩考核：成绩考核：N+2考核，其中N的内容为： 1.课堂测验(1) 2.课程阶段测试(1) 3.

2、无机材料典型生产工艺调研报告(1)主要参考资料：主要参考资料： 无机非金属材料工艺学王琦主编，中国建材工业出版社 无机材料工艺学宋晓岚、叶昌、余海湖 ，冶金工业出版社 水泥工艺学 沈威等编著，武汉工业大学出版社 玻璃工艺学 西北轻工业学院主编，中国轻工业出版社 陶瓷工艺学 华南工学院等合编 4/17/2022合肥学院化学与材料工程系4结构材料结构材料（受力，承载受力，承载） 功能材料功能材料（半导体，超导体，以及光、电、声、磁、应力转换等半导体，超导体，以及光、电、声、磁、应力转换等） 4/17/2022合肥学院化学与材料工程系5大坝大坝4/17/2022合肥学院化学与材料工程系6 以某些元素

3、的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、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、硼酸盐和非氧化物硼化物、以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐和非氧化物 等物质组成的材料，是除金属材料和有机高分子材料以外的等物质组成的材料，是除金属材料和有机高分子材料以外的 所有材料的统称。所有材料的统称。 无机非金属材料无机非金属材料陶瓷陶瓷胶凝材料胶凝材料天然材料天然材料玻璃玻璃普通普通玻璃玻璃特种特种玻璃玻璃普通普通陶瓷陶瓷特种特种陶瓷陶瓷水硬性胶水硬性胶凝材料凝材料气硬性胶气硬性胶 凝材料凝材料4/17/2022合肥学院化学与材料工程系7具有复杂的晶体结构具有复

4、杂的晶体结构 v 没有自由电子没有自由电子 v 高熔点高熔点 v 高硬度高硬度 v 较好的耐化学腐蚀性较好的耐化学腐蚀性 v 绝大多数是绝缘体绝大多数是绝缘体 v 制成薄膜时大多是透明的制成薄膜时大多是透明的 v 一般具有低导热性一般具有低导热性 v 大多数情况下变形微小大多数情况下变形微小 4/17/2022合肥学院化学与材料工程系8 无机非金属材料的生产以铝硅酸盐（粘土、长石等）原料、无机非金属材料的生产以铝硅酸盐（粘土、长石等）原料、 硅质（石英砂等）原料、石灰质原料、铝质原料等为主。硅质（石英砂等）原料、石灰质原料、铝质原料等为主。 主要化学成分：主要化学成分：CaO、SiO2、Al2

5、O3、Na2O等。等。 无机非金属材料生产所用的主要原料，绝大多数是质地坚无机非金属材料生产所用的主要原料，绝大多数是质地坚 硬的大块状物料，为了均化、烘干、配料等工艺过程的需要进硬的大块状物料，为了均化、烘干、配料等工艺过程的需要进 行破碎。行破碎。4/17/2022合肥学院化学与材料工程系9粉体具有较高的比表面积，一定的形状及一定范围的颗粒粉体具有较高的比表面积，一定的形状及一定范围的颗粒 级配，同时在粉体制备过程中，物料得到进一步均化，这些因级配，同时在粉体制备过程中，物料得到进一步均化，这些因 素对产品的产量、质量有着极为重要的影响。素对产品的产量、质量有着极为重要的影响。粉体制备主要

6、应用于水泥和陶瓷生产过程。粉体制备主要应用于水泥和陶瓷生产过程。 无机非金属材料产品由于使用、进一步加工等过程的需要，无机非金属材料产品由于使用、进一步加工等过程的需要， 成型是生产的环节之一。成型是生产的环节之一。4/17/2022合肥学院化学与材料工程系10无机非金属材料工业所用原料具有很好的稳定性和耐无机非金属材料工业所用原料具有很好的稳定性和耐 高温性，它们互相反应生成新的物质或使其形成熔融体，高温性，它们互相反应生成新的物质或使其形成熔融体， 必须在较高的温度下进行，因此大部分无机非金属材料生产必须在较高的温度下进行，因此大部分无机非金属材料生产 都需要高温热处理。都需要高温热处理。

7、4/17/2022合肥学院化学与材料工程系11凡能在物理、化学作用下，从浆体变成坚固的石状体，凡能在物理、化学作用下，从浆体变成坚固的石状体， 并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝并能胶结其他物料而具有一定机械强度的物质，统称为胶凝 材料，又称胶结料。材料，又称胶结料。4/17/2022合肥学院化学与材料工程系12用石灰、石膏作为胶凝材料4/17/2022合肥学院化学与材料工程系13 19世纪初（世纪初（18101824年），用人工配合粘土与石灰石年），用人工配合粘土与石灰石 经煅烧、磨细以制造水硬性胶凝材料已经开始组织生产。经煅烧、磨细以制造水硬性胶凝材料已经开始组织生产。

8、1824年，英国人年，英国人阿斯普丁阿斯普丁将粘土与石灰石配合烧制成块（熟将粘土与石灰石配合烧制成块（熟 料），再经磨细而成水硬性胶凝材料，加水拌和后能硬化制料），再经磨细而成水硬性胶凝材料，加水拌和后能硬化制 成人工石，并具有较高强度，其外观与当时建筑上常用的英成人工石，并具有较高强度，其外观与当时建筑上常用的英 国波特兰岛上出产的岩石相似，故称之为国波特兰岛上出产的岩石相似，故称之为“波特兰水泥波特兰水泥” ” （Portland Cement) )，并于，并于18241824年年1010月月2121日首先获得该产品日首先获得该产品 的专利权。的专利权。 4/17/2022合肥学院化学与材

9、料工程系14 凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在 空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维 材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。 一般土木建筑工程通常采用的水泥；一般土木建筑工程通常采用的水泥； 专门用途的水泥。专门用途的水泥。 某种性能比较突出的水泥。某种性能比较突出的水泥。4/17/2022合肥学院化学与材料工程系154/17/2022合肥学院化学与材料工程系164/17/2022合肥学院化学与材料工程

10、系17玻璃是由熔融物冷却、硬化而得到的玻璃是由熔融物冷却、硬化而得到的非晶态固体非晶态固体，其，其 内能和构形熵高于相应的晶体，从熔融态转变为固态时有内能和构形熵高于相应的晶体，从熔融态转变为固态时有 一定的转变温度一定的转变温度Tg。v 透明，坚硬，良好的耐蚀、耐热、电学和光学性质；透明，坚硬，良好的耐蚀、耐热、电学和光学性质； v 通过调整化学组成，并结合各种工艺方法可大幅度调整玻璃的和物理通过调整化学组成，并结合各种工艺方法可大幅度调整玻璃的和物理 化学性能；化学性能； v 能够用多种成型制成各种形状和大小的制品；能够用多种成型制成各种形状和大小的制品； v 通过焊接和粉末烧结等加工方法

11、制成形状复杂、尺寸严格的器件。通过焊接和粉末烧结等加工方法制成形状复杂、尺寸严格的器件。 4/17/2022合肥学院化学与材料工程系18 在任何方向上都具有相同的性质。在任何方向上都具有相同的性质。 玻璃态物质比相应的晶态物质含较大的内能，它不是处于玻璃态物质比相应的晶态物质含较大的内能，它不是处于 能量最低的稳定状态，而是处于介稳状态。能量最低的稳定状态，而是处于介稳状态。 玻璃态物质由固体转变为液体是在一定温度区域内进行的。玻璃态物质由固体转变为液体是在一定温度区域内进行的。 （4）固态和熔融态间转化的渐变性和可逆性（）固态和熔融态间转化的渐变性和可逆性（图图0-2-1、图图0-2-2）

12、（5）性质随成分变化的连续性和渐变性（）性质随成分变化的连续性和渐变性（图图0-2-3） 4/17/2022合肥学院化学与材料工程系19 4/17/2022合肥学院化学与材料工程系20元素玻璃元素玻璃 氧化物玻璃氧化物玻璃 非氧化物玻璃非氧化物玻璃硫系玻璃硫系玻璃 硒玻璃硒玻璃卤化物玻璃卤化物玻璃 硫族化学物玻璃硫族化学物玻璃4/17/2022合肥学院化学与材料工程系21建筑玻璃建筑玻璃 日用轻工玻璃日用轻工玻璃 仪器玻璃仪器玻璃 光学玻璃光学玻璃 电真空玻璃电真空玻璃 如光学特性玻璃、热学特性玻璃、耐高温玻璃；导电玻璃、半导体玻璃、如光学特性玻璃、热学特性玻璃、耐高温玻璃；导电玻璃、半导体玻

13、璃、超导玻璃；力学方面的高强玻璃、耐磨玻璃；化学稳定性方面的耐碱玻璃、超导玻璃；力学方面的高强玻璃、耐磨玻璃；化学稳定性方面的耐碱玻璃、耐酸玻璃等。耐酸玻璃等。 4/17/2022合肥学院化学与材料工程系22本书中所述陶瓷是指以无机非金属天然矿物或化工产品本书中所述陶瓷是指以无机非金属天然矿物或化工产品 为原料，经原料处理、成型、干燥、烧成等工序制成的产品，为原料，经原料处理、成型、干燥、烧成等工序制成的产品， 是陶器和瓷器的总称。是陶器和瓷器的总称。 随着生产和科学技术的发展，陶瓷产品的种类也日益增多。随着生产和科学技术的发展，陶瓷产品的种类也日益增多。 按组成可分为硅酸盐陶瓷、氧化物陶瓷、

14、非氧化物陶瓷；按性按组成可分为硅酸盐陶瓷、氧化物陶瓷、非氧化物陶瓷；按性 能可分为普通陶瓷、特种陶瓷；按用途可分为日用瓷、艺术瓷、能可分为普通陶瓷、特种陶瓷；按用途可分为日用瓷、艺术瓷、 建筑瓷、化工瓷等。建筑瓷、化工瓷等。4/17/2022合肥学院化学与材料工程系23v 此外陶瓷的此外陶瓷的脆性大，理论强度高，但实际强度较低，脆性大，理论强度高，但实际强度较低，这是这是 陶瓷性能改善的主要方面之一。陶瓷性能改善的主要方面之一。 4/17/2022合肥学院化学与材料工程系24陶瓷陶瓷 玻璃玻璃 水泥水泥4/17/2022合肥学院化学与材料工程系25陶瓷发展史陶瓷发展史 瓷器与中国齐名(chin

15、a)，可见瓷器与中国历史发展关系密切。陶瓷发展史介绍各个历史时期中国与世界陶瓷发展状况。陶瓷发展对中国文化和世界文化发展做出了非凡的贡献。宋代五大名陶瓷宋代五大名陶瓷 官、哥、定、钧、汝The four typical specialisties of Jing De zhen porcelainAs white as jade /as bright as a mirror /as thin as paper /as resonant as chime4/17/2022合肥学院化学与材料工程系26水泥发展简史：水泥发展简史：（1）天然胶凝材料阶段400010000年前新石器粘土稻草不抗水，抹彻

16、简易建筑物强度低（2）火发明石灰、石膏阶段埃及金字塔（煅烧石膏调砂浆），万里长城（煅烧石灰）？（3）石灰火山石灰阶段公元初，要求强度较高且抗水的凝胶材料（4）水硬性石灰、天然水泥阶段18世纪后半期（5）硅酸盐水泥1824年英国阿斯普丁波特兰水泥专利人工配料、烧、磨细（6）不同品种的水泥阶段快硬、早强硅酸盐水泥、油井水泥、中低热水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥4/17/2022合肥学院化学与材料工程系27玻璃发展简史：玻璃发展简史：绿玻璃球（50006000年）白玻璃（3000年400年）工业纯碱代草木灰石灰石 NaCaSi1957年英国人皮尔金顿PB浮法专利 1975年美匹兹堡公司

17、PPG新浮法专利。4/17/2022合肥学院化学与材料工程系28v 对科学技术发展的作用对科学技术发展的作用 v 对工业及社会进步的作用对工业及社会进步的作用 v 对巩固国防、发展军用技术的作用对巩固国防、发展军用技术的作用 v 在生物医学方面的作用在生物医学方面的作用 4/17/2022合肥学院化学与材料工程系29合成与制备合成与制备结结 构构组组 成成性性 能能4/17/2022合肥学院化学与材料工程系30市场应用无原则，要更多、更高、更新的材料。 物理性能显微结构工艺、配方 从宏观微观 从定性定量 从粗制精细制作（新工艺） 从大颗粒纳米材料4/17/2022合肥学院化学与材料工程系31n节能化、大型化、大型化、自动化、环境协调化节能化、大型化、大型化、自动化、环境协调化生产工艺生产工艺n加强基础理论研究加强基础理论研究理论理论n我国存在的问题：我国存在的问题： 能耗高、成本高、劳动生产率低、质量不稳定、人才能耗高、成本高、劳动生产率低、质量不稳定、人才缺乏、劳动强度大、品种单一、环境污染厉害。缺乏、劳动强度大、品种单一、环境污染厉害。4/17/2022合肥学院化学与材料工程系32几个概念几个概念1、工艺：工艺：生产方法和生产过程。2、工艺学：工艺学：研究生产方法过程及其原理的 一门科学。3、工艺学主线：工艺学主线：研究产品性