无机非金属材料定义和高分子材料

1、无机非金属材料定义和高分子材料材料按化学组成分类1.金属材料2.无机非金属材料3.高分子材料（聚合物）绪论无机非金属材料定义无机非金属材料是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的材料。是除金属材料、高分子材料以外所有材料的总称。它与广义的陶瓷材料有等同的含义。无机非金属材料种类繁多，用途各异，目前还没有统一完善的分类方法。一般将其分为传统的（普通的）和新型的（先进的）无机非金属材料两大类。第一章 概述 无机非金属材料生产过程的共性1. 原料2. 粉料的制备与运输3. 高温加热4. 成型：由原料的粉体变成一种具有一定用途的无机材料产品，都有一

2、个成型过程，其目的是使粉体又快又好的形成某种特定的形状，并且有较高强度和准确尺寸的制品。5. 干燥：目的不同第三章 粉粒体制备3.1.1 粉碎的定义与分类 以外力克服固体物料质点间内聚力而使物理几何尺寸减小的过程称为粉碎。由于粉碎机械均有一定的粉碎比，并需要考虑适宜的经济入磨粒度，因此，粉碎作业只能分段进行。根据粉碎前后物料尺寸减小的程度，可将粉碎分为破碎、粉磨和超细粉碎三个阶段。硬度 固体物料（岩矿）的坚硬程度可用莫氏(Mohs)硬度指数来划分，数值大，硬度大。莫氏硬度以滑石为1，金刚石为10作为基准相对划分的。粉碎的施力方式(共有5种)(1) 压碎(2) 击碎 (3) 磨剥(4) 弯折 (

3、5) 劈碎对于任何一种粉碎机，通常不会只用一种力粉碎物料，而是以某种力为主，兼施其他种类的力。要求掌握球磨机的工作原理球磨机的性能特点：对物料适应性强，生产能力大；粉碎比高，易于调整产品粒度；可进行干法或湿法操作；结构简单，能长期连续允许，基本没有扬尘现象。缺点：粉磨效率低，大部分能量转变为粉碎过程中的热量和噪音耗散，因此工作环境较差，机体笨重；最大的缺点由于磨介和衬板金属磨耗量大，很容易对物料造成污染。分级的定义与分类分级是对由不同粒径组成的固体颗粒，按尺寸大小进行不同粒度级别分离的过程。根据分级原理或方法，可分为筛分和流体分级两类。 (1) 筛分是利用具有一定孔径尺寸的筛面进行固体颗粒的分

4、级； (2) 流体分级是利用颗粒在流体介质中的力学作用，进行固体颗粒的分级。 根据所使用的流体介质，流体分级又分为： 以气体（通常是空气）为介质的称为气力分级，又称干式分级； 以液体（通常是水）为介质的称为水力分级，又称湿式分级。第四章 物料输送及混合气力输送装置的类型 气力输送装置主要有吸送式、压送式和混合式三类。要求掌握吸送式及压送式工作原理，及特点。 影响混合过程的因素有下列三个方面：固体粒子的性质固体粒子性质包括：粒子粒度与粒度分布、粒子形状、粒子密度；松散体积密度、表面性质；静电荷；水分含量、脆碎性；休止角；流动能力；抗结团性。混合机性质混合机性质包括：机身尺寸与几何形状；所用搅拌部

5、件的尺寸、几何形状及清洗性能；进料口的大小与部位；结构材料及其表面加工质量，进料与卸料装置的性能。运转条件运转条件包括：混合料内组分的多少及其占据混合机体积的比率，各组分进入混合机的方法、次序和速率，搅拌部件或混合机容器的旋转速率。影响混合的因素第五章 熔化和相变电熔窑工作原理以电能为热源的熔窑。利用玻璃本身作为电阻发热体，通电后使其内部发热而熔化玻璃的熔窑。特点：电的热能在玻璃体内释放，电流均匀的通过全部玻璃，所以电熔窑温差小，热效率高，且加热方式是最合理的。利用电熔窑熔化玻璃，可以防止空气污染，减少有挥发性的配合料用量，玻璃均匀，缺陷少。但电力资源消耗大。 电熔窑可自动控制，管理人员少，劳

6、动条件好。适用于熔制难熔玻璃、易挥发玻璃和深色玻璃。 玻璃的熔融-浮法玻璃 原理固体物料高温火焰5.2.1 熔体和玻璃体的成核与晶体生长过程从玻璃、耐火材料熔体或铸石熔体中析出晶体一般要经过两个过程，即形成晶核过程和晶体生长过程。晶核的形成即为新相的产生，晶体长大为新相的进一步扩展。核化过程可分为均相核化和非均相核化（1）均相核化发生在均匀基质内部，而与相界、结构缺陷等无关的成核过程（2）异相成核 （较常见）指依靠晶界、相界，或基质的结构缺陷等不均匀部位而成核的过程，异相核化比均相核化广泛 把加有晶核剂或不加晶核剂的特定组成的玻璃，在有控条件下进行晶化热处理，使原单一的玻璃相形成了有微晶相和玻

7、璃相均匀分布的复合材料。5.2.2 微晶玻璃（CRYSTOE and NEOPARIES）微晶玻璃和普通玻璃区别是：前者部分是晶体，后者全是非晶体。微晶玻璃表面可呈现天然石条纹和颜色的不透明体，而玻璃则是各种颜色、不同程序的透明体。微晶玻璃又称微结晶化玻璃或玻璃陶瓷。概述 成型是将配合料制成的浆体、可塑泥团、半干粉料或熔融体，经适当的手段和设备变成一定形状制品的过程。 无机非金属材料的成型基本上由两个步骤组成：一是使可流动变形的物料成为所需要的形状，其主要是研究在外力作用下物料流动与变形的规律。二是通过不同的机制使其定形，不同材料各不相同，大致有以下几种：（1）各种无机胶凝材料浆体（如水泥、石

8、灰、石膏等浆体）是由胶凝材料和水作用，形成新的水化产物而使浆体固化。此类材料定形时间较长，其强度随时间的延长而不断增加。 （2）陶瓷注浆成型的坯料是泥浆，在石膏模中的定形是由于石膏模将泥浆的水分吸去，使体系由粘塑性体变成具有高屈服值的可塑性而初步定形，随后通过干燥进一步定形。 陶瓷可塑成型的坯料是泥浆，主要是靠粘土提供的可塑性，在外力作用下浆料变形，外力除去后泥料能抵御自重下的变形而定形。它们在随后的干燥中，随着水分的不断除去，粘土颗粒的相互靠拢，强度提高。 陶瓷压制成型的坯料是粉料，靠强大的压力使含有一定粘性颗粒的粉料在模具内非常紧密的靠拢，它们之间产生范德华力和氢键，使制品具有一定的强度，

9、成型和定形同时完成。陶瓷成型只提供半成品强度，其最终强度还要通过烧成达到。（3）熔融体（如玻璃、铸石等）的定形，则完全依靠成型后期玻璃的粘度随着温度的降低而迅速增长，以至达到完全“冻凝”的程度而定形。6.4.5 浮法成型 浮法是指玻璃液流入锡槽后在熔融金属锡的表面上成型为平板玻璃的方法。熔窑内已冷却至1150-1100的玻璃液，通过连接熔窑与锡槽的流槽，流到熔融的 锡液表面上，在自身重力，表面张力以及拉引力的作用下，摊开成玻璃带，并在锡槽中被抛光与拉薄，在锡槽末端玻璃带已冷却到600左右，将即将硬化的玻璃 板引出锡槽，通过过渡辊台进入退火窑。浮法玻璃介质的选择：用作玻璃液的浮抛金属液必须具备以

10、下条件：1、在1050oC温度下密度要大于玻璃2、金属的熔点低于600oC，沸点高于1050oC，1000oC左右的蒸气压应尽可能低。3、在1000oC左右温度下，不与玻璃发生化学反应。 能满足以上条件的金属有镓、铜、锡三种，其中锡最便宜，无毒，所以选择锡液作为浮抛介质，但它易被氧化为SnO、SnO2或与硫反应生成SnS，所以，要用还原性气体进行保护，一般用氮气加氢气作为保护气体。保护气体中即使有微量的氧都会使锡液恶化，导致玻璃下表面产生雾点、沾锡、彩虹等缺陷。玻璃的退火消除玻璃制品在成型或热加工后残留在制品内的永久应力的过程称为退火。目的是防止炸裂和提高玻璃的机械强度。 第七章 干燥与脱水从

11、物料中除去湿分的操作称为去湿，去湿的方法按作用原理可以分类为：机械去湿法 通过浓缩和过滤等机械方法出去湿分，也是一种固液分离的脱水操作。通常，浓缩是固液分离的第一步，过滤是固液分离的第二步。该法去湿快而成本较低，但去湿程度不高。化学去湿法 利用吸湿剂，如浓硫酸，无水氯化钙，分子筛等除去气体，液体和固体物料中少量水分。该方法去湿有限，成本高，用于少量物料的去湿。加热（或冷冻）去湿法 利用热能加热物料，使物料湿分蒸发而干燥，或利用冷冻法使湿分冷冻后由固态直接升华为气态而除去湿分。干燥的物理过程7.2.1 物料与水分的结合方式按照水与物料结合程度的强弱，物料内的水分可分为三种结合方式：化学结合水：包

12、括水分与物料的离子结合和结晶型分子结合。化学结合水与物料的结合最为牢固，若脱掉结晶水，晶体必遭破坏。物理化学结合水：物理化学结合水与物料的结合较化学结合水要弱，在干燥过程中可以部分排除。机械结合水：机械混合水与物料的结合最弱，干燥过程中最先被排除。第八章 煅烧与烧成悬浮预热器的构成及功能 悬浮预热器的主要功能在于充分利用回转窑及分解炉内排出的炉热气流中所具有的热焓加热生料，使之进行预热及部分碳酸盐分解，然后进入分解炉或回转窑内继续加热分解，完成熟料烧成任务。 必须具备使气、固两相能充分分散均布、迅速换热、高效分离等三个功能。8.2.4 分解炉的作用 预分解窑或称为窑外分解窑，它是在悬浮预热器和

13、回转窑之间增设一个分解炉，把大量吸热的碳酸钙分解反应从窑内传热速率较低的区域移到单独燃烧的分解炉中进行。 在分解炉中，生料颗粒分散呈悬浮或沸腾状态，以最小的温度差，在燃料无焰燃烧的同时，通过高速传热过程，使生料迅速完成分解反应。入窑生料的表观分解率可达到8595，从而大大减轻了回转窑的负荷，使窑的产量成倍增加，同时延长了耐火衬料使用寿命，提高了窑的运转周期。第九章 气硬性无机胶凝材料胶凝材料的定义 能够将散粒材料（如砂子和石子）或块状材料（如砖和石块）粘结为一个整体，并经过自身的一系列物理、化学作用后具有一定机械强度的物质，统称为凝胶材料。 凝胶材料根据化学成分分为无机凝胶材料和有机凝胶材料两

14、类。无机凝胶材料： 气凝胶材料：石膏、石灰、水玻璃 水硬性凝胶材料：各种水泥有机凝胶材料：沥青、树脂、橡胶等 气硬性凝胶材料又称为非水硬性材料，只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续发展其强度。已硬化并具有强度的制品在水的长期作用下，强度会显著下降以至破坏。 水硬性凝胶材料既能在空气中硬化，又能更好的在水中硬化，保持并继续发展其强度。石灰的原料及制备制造石灰的原料主要有天然石灰岩、白垩、白云质石灰岩等，以及一些化工副产品，这些原料主要包含碳酸钙（CaCO3）及少量MgCO3、SiO2、Al2O3等杂质。其煅烧反应式为：石灰的另一来源是化学工业副产品。例如用水作用于碳化钙（即电石） 以制取乙

15、炔时，所产生的电石渣，其主要成分是氢氧化钙，即消石灰（或称熟石灰）：CaC22H2O C2H2 Ca(OH)2 CaCO3 CaO + CO2900-1000第十章 水泥加入适量水后可形成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能将砂、石等材料牢固的胶结在一起的细粉状水硬性胶凝材料，通常称为水泥。水泥的种类很多，按其用途和性能可分为：通用水泥、专用水泥、特性水泥三类。（三）组分材料1、硅酸盐水泥熟料 凡以适当成分的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的产物称为硅酸盐水泥熟料（简称熟料）。2、石膏 石膏主要为天然石膏矿、无水硫酸钙等 。3、活性混合材料 粒化高炉矿渣、粉煤灰、火山灰质混

16、合材料等。4、非活性混合材料 石灰石粉、磨细石英砂等。5、窑灰 窑灰是从回转窑窑尾废气中收集下来的粉尘。凝胶时间对水泥使用过程中的影响初凝时间为水泥加水拌合起，至水泥浆开始失去塑性所需的时间。终凝时间从水泥加水拌合起，至水泥浆完全失去塑性并开始产生强度所需的时间。水泥凝结时间在施工中有重要意义，初凝时间不宜过短，终凝时间不宜过长。 可以通过加入适量石膏调节水泥的凝结时间和提高水泥强度等，但石膏掺入量过多，会降低水泥强度。强度是水泥的一个重要指标，又是设计混凝土配合比的重要数据。水泥水化硬化过程中，强度是逐渐增长的。早期强度：3d时的强度后期强度：28d及其后的强度长期强度：3个月以后的强度 硅

17、酸盐水泥熟料的组成化学组成 氧化钙（CaO） 二氧化硅（SiO2） 氧化铝（Al2O3） 氧化铁（Fe2O3） 硅酸盐水泥熟料主要由以下四种矿物组成： 硅酸三钙3CaOSiO2， 硅酸二钙2CaOSiO2， 铝酸三钙3CaOA12O3， 铁相固熔体通常以铁铝酸四钙4CaOA12O3Fe2O3作为其代 表式补充材料： 硅酸盐水泥的生产 硅酸盐水泥生产工艺流程可分为生料制备、熟料煅烧和水泥制成（粉磨）三个阶段。1、生料制备 石灰质原料、粘土质原料及少量的校正材料经破碎后按一定的比例配合、细磨，并经过均化调配为成分合适、分布均匀的生料。2、熟料煅烧 将生料在水泥工业窑内煅烧至部分熔融，经冷却后得到以

18、硅酸钙为主要成分的熟料的过程。3、水泥的制成 将熟料、石膏，有时加入适量混合材共同磨细成水泥的过程。 以上三个阶段可以简称为“两磨一烧”。 硅酸盐水泥熟料的煅烧过程：1、干燥与脱水2、碳酸盐的分解：碳酸盐分解的特点3、固相反应4、熟料的烧结：最低共熔温度5、熟料的冷却第十一章 混凝土混凝土的定义及分类 混凝土是由胶凝材料、水和粗、细骨料按适当比例配合、拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的具有所需形状、强度和耐久性的人造石材。混凝土的特点： 混凝土材料具有诸多优点：可浇注性。新拌混凝土有良好的可塑性和流动性，能按所要求的性状和轮廓进行浇注成型。经济性好。混凝土中砂石占80以上，这些材料价格低廉。强

19、度高、耐久性好。优质混凝土是一种强度高、耐久性非常好的材料，经过多年都无需保养。匹配性好。各组成材料之间有良好的匹配性，与钢筋、钢纤维或其它增强材料，可组成共同的具有互补性的受力整体。环保性好。可固化各种工作废渣，是较好的环境协调材料。钢筋混凝土结构可代替钢、木结构，节省大量钢材和木材。混凝土的缺点：1、混凝土是一种抗拉强度很低的脆性材料，因此，通常混凝土不应承受拉应力。拉力载荷需要由钢筋来承受，如忽视拉伸载荷会引起开裂。混凝土延性低，意味着它的抗冲击强度以及韧性比金属差。2、混凝土的自重大，比强度小，尤其是体积稳定性是工程中必须要注意的问题。由于在室温下水分的丧失，混凝土的不可逆收缩相当大；

20、在承受荷载时，即使在正常的使用条件下，也还有相当可观的徐变。普通混凝土的组成材料 普通混凝土是由水泥、砂、石和水所组成，另外还常加入适量的掺合料和外加剂。配制混凝土时对细骨料的质量要求：1、有害物质2、颗粒形状及表面特征3、砂的颗粒级配及粗细程度4、砂的坚固性为什么要考虑砂的颗粒级配及粗细程度 砂的颗粒级配，即表示砂大小颗粒的搭配情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由水泥浆所填充，为达到节约水泥和提高强度的目的，就应尽量减小砂粒之间的空隙。 在拌制混凝土时，砂的颗粒级配和粗细程度应同时考虑。当砂中含有较多的粗粒径砂，并以适当的中粒径砂及少量细粒径砂填充其空隙，则可达到空隙率及总表面积均较小，这样的

21、砂比较理想，不仅水泥浆用量较少，而且还可提高混凝土的密实性与强度。可见控制砂的颗粒级配和粗细程度有很大的技术经济意义 。 混凝土的性能 主要有以下几项： 一和易性 和易性又称为工作性，是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇灌、捣实），并能获得质量均匀、成型密实的混凝土的性能、和易性是一项综合的技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。（1）流动性 流动性是指混凝土拌合物在本身自重或施工机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实的填满模板的性能。流动性好的混凝土操作方便，易于捣实、成型。（2）粘聚性 粘聚性是指混凝土拌合物在施工过程中其组成材料之间有一定的粘聚力，不致产生分层合离析

22、的现象。（3）保水性 保水性是指混凝土拌合物在施工过程中，具有一定的保水能力，不致产生严重的泌水现象。泌水性又称为析水性，是指从混凝土拌合物中泌出部分水的性能。保水性不良的混凝土，易出现泌水，水分泌出后会形成连通孔隙，影响混凝土的密实性；泌出的水还会聚集到混凝土表面，引起表面疏松；泌出的水积聚在骨料或钢筋的下面会形成空隙，从而削弱了骨料或钢筋与水泥的粘结力，影响混凝土质量。和易性测定方法： 混凝土拌和物的和易性内涵比较复杂，测定时是根据我国现行标准【普通混凝土拌和物性能试验方法】（GB/T50080）规定，用坍落度和维勃稠度来测定混凝土拌合物的流动性，并辅以用直观经验来评定粘聚性和保水性，以综

23、合评定新拌混凝土的易和性. 混凝土的耐久性指什么？包括哪些方面？ 混凝土的耐久性是指混凝土能抵抗环境介质的长期作用，并保持其良好的使用性能和外观完整性，从而具有维持混凝土结构的安全、正常使用的能力。 混凝土的耐久性，主要包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化性、抗碱骨料反应，以及混凝土中的钢筋耐锈蚀等。 减水剂的作用机理 减水剂是指在混凝土坍落度基本相同的条件下，能显著减少混凝土拌和用水量的外加剂。 高效减水剂和普通减水剂基本上都是阴离子表面活性剂，它们在混凝土中所起的表面活性作用，主要包括分散作用和润滑作用。(1) 分散作用水泥加水拌和后，由于水泥颗粒间分子引力的作用，而产生许多絮状物，形成絮

24、凝结构，在这种结构中，水泥颗粒周围包裹着很多拌合水，从而降低了混凝土拌合物的和易性。 这时如果加入适量的减少剂，则由于其表面活性作用，致使憎水基端定向吸附于水泥颗粒表面，亲水基端指向水溶液，于是使水泥颗粒表面均带上相同的电荷，加大了水泥颗粒间的静电斥力，导致水泥颗粒互相分散。絮凝结构解体，包裹的游离水被释放出来，从而有效的增加了混凝土拌和物的流动性。 另一方面，由于减水剂对水泥的分散作用，使水泥颗粒与水接触的表面增多，水化比较充分，从而可提高混凝土的强度。（2）润滑作用 减水剂的极性亲水端朝向水溶液，多以氢键形式与水分子缔合，再加上水分子之间的氢键缔合，构成了水泥微粒表面的一层水膜，阻止水泥颗

25、粒间的接触，起到润滑作用。 如果加入了引气剂，水泥浆中的微小气泡同样被减水剂分子的定向吸附极性基团所包裹，使气泡与气泡及气泡与水泥微粒间也因同电性相斥而类似在水泥微粒间加入许多滚珠产生润滑作用。第十二章玻璃的通性 1各向同性 2亚稳性 3无固定熔点。 4性质变化的连续性与可逆性玻璃结构的假说1、晶子学说2、无规则网络学说 13.1.2.2 陶瓷强度的控制和脆性的改善陶瓷材料的实际强度为理论强度的1/101/100。这是因为多晶的陶瓷材料结构中实际上存在多种缺陷，这些缺陷强烈影响着材料的断裂性与强度值。因此，提高陶瓷强度的关键就是控制其裂纹和位错。比如说，我们如果能将裂纹长度控制到原子间距同一数量级，则材料的实际强度可以接近理论强度。陶瓷材料的另一个强度特征是室温下具有脆性，表现为在外加应力作用下会突然断裂，其抗冲击强度低，承受温