无机非金属材料工学课件全

无机非金属材料工学无机非金属材料工学课件全第1页课程内容第一篇无机非金属材料成型第二篇水泥工艺学第三篇玻璃工艺学第四篇陶瓷工艺学第五篇水泥概述及其生产无机非金属材料工学课件全第2页材料分类：①金属材料；②无机非金属材料：⑴矿物岩石材料；⑵水泥、玻璃；⑶陶瓷、耐火材料；③高分子材料；④复合材料；无机非金属材料工学课件全第3页材料工艺

定义：我们将任何一个材料从原料→成品整个过程称为材料工艺过程。它包含原料制备工艺、成型工艺、溶制（窑炉工艺），制品工艺等。无机非金属材料工学课件全第4页无机非金属材料工艺：将原料选择→粉碎→配方设计→混合→高温（成型）→制品→后期处理整个过程称为工艺过程，研究工艺过程中各种物理化学改变、机械加工方法、生产各种控制等以确保产品质量过程称为工艺学。无机非金属材料工学课件全第5页不一样无机非金属材料其各自工艺过程不尽相同，但有着许多共性和相同性，下面就硅酸盐水泥、平板玻璃、普通陶瓷、惯用耐火材料制备工艺过程分别加以阐述。无机非金属材料工学课件全第6页第一篇

无机非金属材料成型无机非金属材料工学课件全第7页

第一节概述

成型是将配合料制成浆体、可塑泥团、半干粉料或融熔体，经适当伎俩和设备变成一定形状制品过程。成型普通由两个步骤组成：（1）使可流动变形物料成为所需要形状研究在外力作用下物料流动与变形规律，流变学研究内容；（2）经过不一样机制使其定形。

成型无机非金属材料工学课件全第8页几个体系：

1.无机胶凝材料浆体（如水泥、石灰、石膏等）：水化产物使浆体固化。

2.陶瓷泥料可塑成型：可塑性、定形、干燥后强度提升。

3.陶瓷泥浆：水分脱除，由粘塑性体变成高屈服值可塑体、干燥后深入定型。

4.压制：物料之间产生范德华力和氢键、成型和定形同时完成。

5.融熔体（如玻璃、铸石等）：粘度随温度降低而增加、到达完全“冻凝”。无机非金属材料工学课件全第9页第二节成型过程中流变特征

流变学：研究实际材料（不一样于刚体、虎克体、牛顿体等理想材料）在外力作用下所发生应力与应变，尤其是与时间原因相关流动。成型：是利用各种外力使浆体、泥团或熔体产生流动、变形到达所需形状。

成型过程中所关心问题：物料流动快慢、变形难易，作用力大小和变形量之间关系、每个制品到达所需形状时间等。无机非金属材料工学课件全第10页一、三种基本变形及流变模型

变形：按性质不一样可分为弹性变形、粘性流动和塑性流动。（一）弹性变形

定义：假如应力和应变间存在着一一对应关系，且它们互为单值函数，当应力消除以后，变形亦随之消失。

弹性体：假如弹性体应力和应变间成正比关系，则这种物体就称为线弹性体，也称胡克体。

其变形为弹性变形。无机非金属材料工学课件全第11页（二）粘性流动

粘性流动：液体在剪切应力作用下，剪切应变将随时间而不停增加。

牛顿液体：剪切应力与剪切应变速率成正比，则这种理想体为牛顿液体。其流变方程为：τ

剪切应力η

粘度系数剪切应变速率无机非金属材料工学课件全第12页（三）塑性流动

当剪切应力σ小于某一极限值f（屈服应力）时不发生剪切应变ε，当剪切应力到达该极限值时，就马上发生极大剪切应变，这种形变称为塑性流动，这种材料也称（刚）塑性体。

当σ＜f时ε＝0；当σ＝f时ε可为任意值，直到∞。

塑性变形：材料所产生变形，在外力除去以后将依然保留。包含：塑性流动和粘性流动所产生变形。成型主要利用材料塑性变形和粘性流动。无机非金属材料工学课件全第13页

二、胀流性液体与假塑性液体

当n=l时，为牛顿体；

n＜l时，称为假塑性液体；

n＞l时，称为胀流性液体。

实际液体极少完全符合牛顿液体情况，它们剪切应力与剪切应变速率之间关系可写成以下通式：无机非金属材料工学课件全第14页

牛顿液体粘度η等于剪应力τ与剪切应变速率比值，假如对非牛顿液体也一样处理，则：

ηa

为表观粘度当n=l时，为牛顿体，不随剪切应变速率改变而改变

n＜l时，称为假塑性液体，随剪切应变速率增大而降低

n＞l时，称为胀流性液体，随剪切应变速率增大而增加

氧化铝、石英等悬浮液含有胀流性；普通陶瓷泥浆为假塑性。无机非金属材料工学课件全第15页三、流变模型与本构方程又称流变状态方程，是联络应力、应变、应力速率和应变速率方程总称。同时含有两种或三种变形，流变模型能够经过各种基本元件串联及并联方式组成。油漆、水泥浆等：粘性液体，不致流下，含有固体性质。称宾汉体模型。

宾汉模型

当剪切力τ<f时，塑性元件不发生变形，与之并联粘性元件也只能保持不变。这时，弹性元件变形，就是整个系统变形，所以：无机非金属材料工学课件全第16页

当τ>f时，（τ-f）这个力就会使粘壶发生变形。设弹性元件剪应变为γ1，粘性元件剪应变为γ2，系统总应变为γ，则：

由上述三式消去γ1，γ2，可得宾汉体在τ≥f时流变方程：

当τ＝常量时，上式可改写为：宾汉模型无机非金属材料工学课件全第17页以上流变方程也称本构方程，它说明材料中任一点应力状态和应变状态之间有着亲密关系，能够用以下通式来表示：

这种函数关系当然和材料性质相关，是由材料本质与结构决定，所以称为本构方程。无机非金属材料工学课件全第18页

几个经典流变模型：

1、麦克斯韦模型：粘性流动为主，本质上是液体。

2、开尔文体：以弹性变形为主，本质上是固体。

3、三元件模型：（l）代表一个粘弹性固体，（2）代表一个粘弹性液体。

4、伯格斯体：麦克斯韦体和开尔文体串联，还是含有液体性质。无机非金属材料工学课件全第19页

流变学在塑料成型中己得到普遍应用。

玻璃熔体成型：粘性流体→麦克斯韦体→伯格斯体→三元件模型（2）→三元件模型（1）（a）麦克斯韦模型；（b）开尔文模型；（c）三元件模型（1）；（d）三元件模型（2）；（e）伯格斯体测试建立流变模型导出流变方程处理实际问题无机非金属材料工学课件全第20页四、流动曲线、应力曲线和应变曲线（一）流动曲线图1-4-4不一样类型流动曲线

由流动曲线可知在某应力下某种材料流动速度快慢，粘度、表观粘度大小。无机非金属材料工学课件全第21页（二）应力曲线和应变曲线应力曲线：应力随时间改变曲线；应变曲线：应变随时间改变曲线。麦克斯韦体应力与应变曲线成型时，已知加力情况时，可知经多少时间才能到达所要求变形量。无机非金属材料工学课件全第22页

五、徐变曲线和松弛曲线（一）徐变曲线应力不变时，应变随时间改变曲线，即σ＝常量时ε-t曲线。

麦克斯韦体和宾汉体在一定应力下，会不停变形，本质上是液体；开尔文体变形在迟缓增大，并以弹性变形为极限，本质上是固体；所不一样是这种固体有推迟弹性效应。徐变曲线（a）麦克斯韦体；（b）开尔文体；（c）宾汉体无机非金属材料工学课件全第23页

陶瓷泥料经可塑成型后还是属于类宾汉体，在干燥过程中，一些大型坯体在自重作用下还会继续发生变形，以致竖向尺寸降低许大于横向，为克服这个问题，制品竖向放尺普通要大于横向。无机非金属材料工学课件全第24页（二）松弛曲线

一定变形下，应力随时间改变曲线，即ε＝常量时σ-t曲线。

麦克斯韦体和伯克斯体能产生应力松弛，但开尔文体和三元件模型（1）体应力保持某一常量，所以开尔文体和三元件模型（l）体是一个非松弛体。松弛曲线（a）麦克斯韦体；（b）开尔文体；（c）伯格斯体；（d）三元件模型（1）无机非金属材料工学课件全第25页

玻璃在成型中，由粘性体向固体转化时，因内外温差大，制品内外层抵达固体时间不一样，当较高温度内层收缩固化时，对早己固化外层产生压应力，而本身受到拉应力。当各层温度都抵达室温时（属三元件模型体（1）），内外层存在较大内应力，它永久存在于玻璃中不会松弛，这种应力称永久应力。只有当重新加热到应力能松弛状态（伯克斯体），这种应力才能消失，这就是退火基本原理。无机非金属材料工学课件全第26页六、触变性与反触变性定义：粘土泥浆或可塑泥团受到振动或搅拌时，粘度会降低而流动性增加静置后能恢复原来状态。反之，相同泥浆放置一段时间后，在维持原有水分情况下会增加粘度，出现变稠和固化现象，上述现象可重复无数次，统称为触变性。

触变性是指在剪切应力保持一定时，表观粘度将伴随剪切应力作用时间连续而减小，剪切应变速率将不停增加性质。或者，当剪切应变速率保持不变时，剪切应力将逐步下降。含有这种性质材料称为正触变材料。反触变性：表观粘度伴随应力作用时间而增加。无机非金属材料工学课件全第27页触变环曲线a－正触变环；b－负触变环

成型泥料要有一定触变性，但不要太大。

触变性大小可用触变环大小和方向来表示：逆时针走向是正触变，顺时针走向代表反触变。无机非金属材料工学课件全第28页第三节浆料成型一、成型工艺原理

多属于粘塑性体，其中液相是连续（如水泥砂浆、混凝土浆、陶瓷泥浆、耐火材料浇注料等）。

成型基本过程：流动→充满模型→含有模型形状→脱水或水化→坯体→脱模→干燥或水化→完全固体（弹性体）。

控制浆体流动度适宜流动度，使在含水率较低情况下到达较高流动度。

无机非金属材料工学课件全第29页二、陶瓷注浆成型

将陶瓷配合料制成能流动浆体，注入模型，依靠模具脱水（或其它尤其）作用而成型都称注浆成型。此法适合成型各种形状复杂不规则空心薄壁制品和一些特殊空实结合制品如壶、花瓶、卫生陶瓷、电器元件等。（一）注浆成型工艺原理1.注浆成型基本方法

空心注浆和实心注浆两种实心注浆又称双面注浆无机非金属材料工学课件全第30页空心注浆（a）空石膏模；（b）注浆；（c）放浆；（d）坯体

适于浇注小型薄壁产品，如坩埚、花瓶、管件等。这种方法所用泥浆粘度比较小，不然空浆后坯体内表面有泥线和不光滑。坯体厚度决定于吸浆时间，模型湿度与温度，也和泥浆性质相关。无机非金属材料工学课件全第31页无机非金属材料工学课件全第32页实心注浆（a）装配好模型；（b）浇注及补浆；（c）坯体

适合于浇注两面形状和花纹不一样、大型、壁厚产品。实心注浆惯用较浓泥浆，以缩短吸浆时间。形成坯体过程中，模型从两个方向吸收泥浆中水分。靠近模壁处坯体较致密，坯体中心部分较疏松，所以对泥浆性能和注浆操作要求较严。无机非金属材料工学课件全第33页2.注浆过程物理、化学改变物理脱水：毛细管力化学凝聚过程：离子交换反应无机非金属材料工学课件全第34页

泥浆注入模型后，在毛细管作用下，泥浆中水分沿着毛细管排出，毛细管力是泥浆脱水过程推进力。毛细管愈细，水表面张力愈大，则脱水动力就越大。物理脱水（主要过程）当模型内表面形成一层坯体后，水分要继续排出必先经过坯体毛细孔，然后再到达模型毛细孔中。这时注浆过程阻力来自石膏模和坯体两方面。注浆开始时，模型阻力起主要作用。伴随吸浆过程不停进行，坯体厚度继续增加，坯体所产生阻力越显得主要，最终起主导作用。无机非金属材料工学课件全第35页化学凝聚过程

泥浆与石膏模接触时，在其接触表面上溶有一定数量CaSO4(25℃时l00克水中CaSO4溶解度为0.208克)。它和泥浆中Na-粘土及水玻璃发生离子交换反应：

使得靠近石膏模表面一层Na-粘土变为Ca-粘土，泥浆由悬浮状态转为聚沉。石膏起着絮凝剂作用，促进泥浆絮凝硬化，颗粒成棚架结构，有利于排水，降低泥坯阻力，缩短成坯时间。无机非金属材料工学课件全第36页3．成型速度

成型速度可由阿德柯克推导出来吸浆速度公式来计算：吸浆速率：

将上式移项积分得：

也就是说在其它条件固定不变情况下，坯体厚度平方l2与吸浆时间成正比。K值除依赖于泥浆和石膏模性质外，还和注浆时温度相关。可见K值为描述在一定条件下吸浆快慢常数，称为吸浆速度常数。若以l2-t或l-t1/2作图则得到一条直线。直线斜率即为吸浆速度常数K。K值越高则吸浆速度越大。

无机非金属材料工学课件全第37页增大吸浆速度方法：

(1)降低模型阻力：改变模型制造工艺(增加熟石膏与水比值，适当延长石膏浆搅拌时间，真空处理石膏浆等)。

(2)降低坯料阻力：坯料阻力取决于其结构，而结构又由泥浆组成、浓度、添加物种类等原因所决定。

(3)提升吸浆过程推进力。无机非金属材料工学课件全第38页4.强化注浆

压力注浆、离心注浆、真空注浆等

压力注浆普通增大泥浆压力方法是提升浆桶高度，利用泥浆本身重力从模型底部进浆，也可用压缩空气将泥浆注入模型内；采取压力注浆法浇注卫生洁具时，得到以下效果：(1)压力注浆能够缩短吸浆时间当压力为0.7MPa时，形成12.7mm厚坯体所需时间为13分钟。若压力增加到7MPa时仅需2分钟。无机非金属材料工学课件全第39页(2)压力注浆能够降低坯体干燥收缩常压下注浆时，与坯体表面平行方向上干燥收缩约为3％，与坯体表面垂直方向上干燥收缩为2％。在7MPa压力注浆时，上述二方向上收缩分别减小至0.8％及0.3％。(3)压力注浆可降低坯体脱模后留存水分常压注浆时，坯体平均留存水分约19.5％，在7MPa压力下成型坯体只含17％水分。无机非金属材料工学课件全第40页离心注浆在模型旋转运动情况下，将泥浆注入模型中。因为离心力作用泥浆紧靠模壁脱水后形成坯体。浆料中气泡较轻，在模型旋转时，多集中中部，最终破裂消失。这种方法得到坏体厚度较均匀，变形较少。模型转数应依据产品大小而定。大件产品转数要低些，以免不稳定。若转数较小，则会出现泥纹。普通转数在100rpm以下。

离心注浆时，泥浆中固体颗粒尺寸不能相差太大，不然粗颗粒会集中在坯体内部，细颗粒轻易集中在模型表面，造成组织不均，收缩不匀。无机非金属材料工学课件全第41页真空注浆在石膏模外面抽取真空，增大模型内外压力差；另一个方式是在真空室中全部处于负压下注浆，都可加速坯体形成；真空注浆还可降低气孔和针眼，提升坯体强度。但操作时要迟缓抽真空和迟缓进气，模型要加固。无机非金属材料工学课件全第42页5.特种注浆成型溶胶－凝胶法（1）直接凝固注模法无机非金属材料工学课件全第43页该工艺思绪是：调整水基悬浮体pH值或加入少许分散剂以保持颗粒之间有静电斥力，从而制备低粘度、高固相体积分数悬浮体，然后，将悬浮体冷却至0～5℃之间，加入生物酶和底物，此时，生物酶在低温下保持惰性，不与底物发生作用，当将悬浮体温度升至20～50℃时，酶活性被激发，与底物发生作用，使悬浮体内部pH值调整至等电点或者增加悬浮体离子强度，使颗粒间排斥位垒下降，VanderWaals吸引能增加，颗粒发生团聚，悬浮体粘度剧增，从而原位凝固。凝固后坯体结构均匀，基本没有收缩，能够形成足以脱模湿坯。无机非金属材料工学课件全第44页

该成型方法优点是：有机物添加量少；生坯干燥收缩小、结构均匀；烧结体强度高、可靠性好；便于实施近净尺寸成型，可成型复杂形状产品。缺点是生坯强度偏低。无机非金属材料工学课件全第45页图1-4-11直接凝固成形法工艺流程图

经过选择适当分散剂制得固相体积分数大于50%高浓度悬浮体。加入活性酶进行催化反应，将浆料注入非多孔性模具内。注模后，经过提升温度促使酶催化反应，从而改变浆料PH值至等电点或增加反离子浓度，使悬浮体凝固。脱模、干燥或加工，烧结。

无机非金属材料工学课件全第46页（2）凝胶注模法

该工艺在上世纪80年代末开始研究，相关报道见于90年代初，是建立在传统陶瓷成型工艺技术和高分子化学理论基础之上。其关键是将陶瓷粉料分散于含有有机单体和交联剂水溶液或有机溶液中，制备出低粘度、高固含量浓悬浮体（>50vol%），然后加入引发剂和催化剂，将悬浮体注入非孔模具中，在一定温度下，引发剂引发有机单体交联聚合成三维网络结构，悬浮体粘度剧增并固化，从而使浓悬浮体原位固化成形。后经过严格干燥后，得到强度较高而且能够进行机加工坯体。

无机非金属材料工学课件全第47页

加人适量分散剂和单体(交联剂)制成预混溶液，再加入陶瓷粉料混磨，制成固相体积分数＞50%且含有良好流动性浆料。加入引发剂，进行浇注。浆料中有机单体在一定条件下发生原位聚合反应，形成坚固交叉链结构聚合溶剂凝胶，使坯体定型。然后经脱模，在相对湿度为50%～80%下干燥。用该法所浇注成注件尺寸准确，光洁度较高，也可进行机加工。经烧除有机结合剂，再进行烧结成产品。无机非金属材料工学课件全第48页

该工艺有机物总含量占坯体质量2wt～5wt%，生产工艺简单，有利于连续化和机械化。注凝成型工艺包含非水基注凝成型和水基注凝成型两种。水基注凝成型是在研究非水基注凝成型方法基础上发展起来，其优点是能够减小浆料粘度或提升浆料固相体积分数，降低环境污染和降低成本。所以，对于与水无化学反应粉体优先选取水基注凝成型方法。注凝成型优点是：对粉体适应性强，能够用于成型各种陶瓷粉体；浆料固相体积分数高、粘度低；生坯显微结构均匀、强度高，可进行机加工；烧结体强度高、可靠性好；便于实施近净尺寸成型，可成型复杂形状产品。其缺点主要是坯体干燥要求严格。无机非金属材料工学课件全第49页（二）注浆成型对泥浆要求1.流动性好；

2.稳定性好；

3.含有适当触变性；

4.含水量要少；

5.滤过性能好；

6.形成坯体要有足够强度。无机非金属材料工学课件全第50页（三）陶瓷泥浆流变性及外加剂作用图1-4-13泥浆流动曲线1－卫生瓷泥浆（1.53）；2－球土（1.34）（括号中数值为泥浆比重）

由图可见陶瓷泥浆流变特征靠近宾汉体，只是其表观粘度在屈服值以后不是马上为一常数，而是有一个由大变小过渡阶段。Worrall提议用下式表示粘土类泥浆流变方程：无机非金属材料工学课件全第51页

当剪切速率相当大时，变为，上式可改写为：

即相当于宾汉体流变方程，只是它屈服值为

从泥浆结构来解释，这种流动阻力来自粘土颗粒间存在吸引力。粘土颗粒和水之间也存在亲和力，只有当剪切力大于颗粒间吸引力时才能使泥浆流动，当剪切力深入加大逐步破坏颗粒和水亲和力后，才能充分表达液体流动状态。无机非金属材料工学课件全第52页

陶瓷泥浆含有触变性

根本原因：板状颗粒，板面负电荷，端面正电荷，端—板面相互吸引，形成“棚架”结构。很多水被包围在棚架中，不能自由流动，所以泥浆流动性差。搅动逐步打开，静置又渐渐恢复。图1-4-14“棚架”结构示意图无机非金属材料工学课件全第53页

由注浆成型对泥浆要求中看出，有几点是相互矛盾：如流动度要大往往要加入较多水，但这就难以满足含水量要少、泥浆要稳定要求。滤过性能好就要适当增加泥浆中瘠性料，但这么泥浆稳定性及形成坯体后强度就会下降。要处理这些矛盾就要寻找各种外加剂，使一样含水量泥浆变稀外加剂称为稀释剂。它也可使一样流动度泥浆含水量降低，故又称减水剂。无机非金属材料工学课件全第54页

它能溶于水，并在水中离解为正、负离于，使粘土颗粒板面吸附正离子，颗粒端面吸引负离子，可使端面正电荷中和，甚至使电荷改性，结果大大减弱了棚架作用。包裹在棚架中水变成自由水，泥浆粘度大大降低。作为稀释剂电解质大多符合以下条件：

1.含有水化能力大一价阳离子，如Na＋。

2.能直接离解或水解而提供足够OH－，使分散系统呈碱性。

3.它阴离子能与粘土中有害离子形成难溶盐类或稳定络合物。

水玻璃、碳酸钠、焦磷酸钠、腐植酸钠、单宁酸钠、六偏磷酸钠等都符合以上条件。无机非金属材料工学课件全第55页（四）模具

多孔模具脱水。纯石膏分子式CaSO4·2H2O。石膏模具是由半水石膏（CaSO4·1/2H20）加过量水调成石膏浆经浇注、硬化、干燥而制成。半水石膏有α型和β型之分，β半水石膏是在空气中常压炒制，晶面孔隙裂纹多、强度低，吸水性强。α半水石膏是在蒸汽存在条件下，加压蒸煮而得，它晶粒极少有孔隙和裂纹，制得模具强度高，但吸水性稍差。很多厂将α、β两种石膏混合使用，效果很好。在石膏中加入有稀释和增强作用有机添加剂（腐植酸钠、聚氯乙烯等）可改进石膏模质量。压力注浆，微孔树脂模具。无机非金属材料工学课件全第56页三、混凝土和耐火混凝土浆体成型

混合料必须含有较大流动性，不然制品既无法成型，混凝土也是疏松。增加用水量，即增大水灰比，混凝土水灰比过大，（1）使混合料在运输、浇灌和密实成型过程中轻易产生离析；（2)在密实成型以后还会产生严重泌水现象；(3)水分蒸发以后，在混凝土内部遗留较多孔隙，严重降低了混凝土强度及其它相关性能。密实成型工艺：混凝土混合料振动密实成型压制密实成型离心脱水密实成型无机非金属材料工学课件全第57页（一）混凝土混合料振动密实成型

混凝土混合料是在搅拌后很快，水泥水化反应尚处早期，生成凝胶体还不丰富，混合料内主要是粗细不匀固体颗粒。在这种情况下施加振动，颗粒不停受到冲击力作用而引发颤动。这种颤动使混合料物理力学性质起了改变：无机非金属材料工学课件全第58页

（1）剪切应力作用使所生成胶体由凝胶转化为溶胶；

（2）振源所作功将颗粒接触点松开，从而破坏了因为毛细管压力所产生颗粒间粘结力，以及因为颗粒直接接触而产生机械啮协力，这就使内阻力大大降低；

（3）使混合料部分或全部地液化，含有靠近重质液体性质。

本质：由宾汉体转化为靠近于牛顿液体振动变稀过程。无机非金属材料工学课件全第59页

（V<V极限）（V≥V极限）

混合料V极限主要决定于振动频率和振幅，另外也与水泥种类和细度、水灰比、集料表面性质、级配及粒度、介质温度相关。极限剪应力与速度关系无机非金属材料工学课件全第60页两个基本参数

振幅和频率数值应该选得相互协调：使颗粒振动衰减小，并在振动过程中不致出现静止状态。

强迫振动频率如靠近混合料固有频率，则产生共振，这时衰减最小，振幅可达最大。

振动成型机械分类：动力：电动、内燃机驱动、气动和液压传动四种；

振动频率大小：高频（8000～15000次/min）中频（4500～8000次/min）和低频（1500～4500次/min）三种；按振动方式：振动台、内部振动器、表面振动器和附着式振动器无机非金属材料工学课件全第61页（二）压制密实成型

整体振动能耗很大，时间也较长，振幅衰减大，难到达较高密实度。

压制密实成型，不是将能量分布到混凝土整个体积，而是集中在局部区域内。应力集中，使混凝土轻易发生剪切位移，颗粒较易发生移动。这么，在外部压力作用下，混合料即发生排气和体积压缩过程，并逐步涉及其整体，最终到达很好密实成型效果。随压力大小及混合料性能之不一样，有时压制工艺仅起密实成型作用，有时密实成型同时还能够起到脱水作用。无机非金属材料工学课件全第62页

压制成型工艺普通有压制、压轧、挤压和振动加压、振动压轧、振动挤压及振动模压等方法。

压制密实工艺制度包含成型压力、压制延续时间及加压方式。

成型压力作为与其它成型方法配合辅助办法时，约为0.1至数兆帕；作为单一办法压制工艺，则应采取高压，约为1至数十兆帕。无机非金属材料工学课件全第63页极限成型压力

超出这一压力时，制品就会产生层裂现象。极限压力大小与制品在压制过程中残留空气量及物料颗粒情况相关，极限成型压力越大，制品强度也越高。

要有适当加压时间和加压方式。无机非金属材料工学课件全第64页

（三）离心脱水密实成型

是由离心力将混合料挤向模壁，从而排出混合料中空气和多出水分（20%～30%），使其密实并取得较高强度。

适合用于制造不一样直径及长度管状制品，如管材、电杆及管桩等。无机非金属材料工学课件全第65页无机非金属材料工学课件全第66页1.离心混凝土结构形成图1-4-18离心混凝土结构分层情况示意图（a）外分层（b）内分层（1）－水泥浆层（2）－砂浆层（3）混凝土层（4）－集料（5）－水膜层无机非金属材料工学课件全第67页混凝土混合料在离心以后，将产生以下主要改变：（1）密实度提升（2）外分层强度都要低于与离心后配合比和密实度相同匀质混凝土。因为破坏了毛细通道水泥浆层含有较高抗渗性，所以，在一定程度内，外分层对确保混凝土抗渗性是有利。（3）内分层内分层对混凝土强度、抗渗性是非常不利。无机非金属材料工学课件全第68页2.离心制度确定

（1）离心速度慢速为布料阶段，其主要目标是在离心力作用下，使混合料均匀分布并初步成型。快速为密实阶段，其主要目标是在离心力作用下使混合料充分密实。中速则为必要过渡阶段，不但是由慢速到快速调速过程，而且还可在继续布料及缓解增速过程中到达减弱内外分层目标。

（2）离心延续时间

慢速时间2～5min。快速时间15～25min。中速时间2～5min。无机非金属材料工学课件全第69页第四节可塑成型

可塑泥料是由固相、液相和少许气相组成弹塑性系统。当它受到外力作用而发生变形时，现有弹性性质，又出现塑性形变阶段，它能够在应力作用下模制成所需要形状，当模制应力消除后能够保持那个形状。利用模具或刀具等运动所产生外力（如压力、剪切、挤压等）使可塑泥料产生塑性变形而制成某种形状制品，称为可塑成型。

惯用可塑成型方法有：挤压法（粘土砖、各种陶瓷、陶瓷棍棒以及一些水泥制品）；车坯法（电瓷）；湿压法（包含旋坯法、滚压法、冷模湿压法等生产各种日用陶瓷）；雕塑、手拉坯（工艺美术品等）。无机非金属材料工学课件全第70页一、可塑泥料流变特征

属于宾汉体，只是因为它含水量低，固体含量大，所以有很高屈服值，成型后能克服自重影响而不变形。流变性惯用剪切应力和剪切应变图来表示。

可近似地用屈服值和允许变形量乘积来表示泥料成型能力。对于某种泥料来说，在适当水分下，这个乘积可到达最大值，也就含有最好成型能力。无机非金属材料工学课件全第71页

不一样可塑成型方法对泥料上述两个参数要求是不一样：

在挤压或拉坯成型时，要求泥料屈服值大些，使坯体形状稳定。在石膏模内旋坯或滚压成型时，因为坯体在模型中停留时间较长，受应力作用次数较多，屈服值能够低些。手工成型泥料允许变形量可小些，因为工人可依据泥料特征来适应它。机械成型时则要求允许变形量大些，以降低废品率。

无机非金属材料工学课件全第72页

由几个不一样成型方法对坯料所加扭力测定结果可知，三种旋坯泥料屈服值较小，而挤压法和拉坯法较大。图1-4-20可塑成型方法与坯料流变性质1～3－旋坯用；4－挤压用；5－拉坯用；6－手塑用无机非金属材料工学课件全第73页二、可塑成型方法

(一)挤压（挤出）成型

采取挤压法成型时，可塑料团被挤压机螺旋或活塞挤压向前、经过机嘴出来到达要求形状。各种管状产品(如高温炉管、热电偶套管、电容器瓷管等)、柱形瓷棒或轴(如电阻元件瓷棒)或断面形状规则产品(圆形、椭圆形、方形、六角形等)都可用挤压法成型。坯体外形由挤坯机机头内部形状所决定，坯体长度依据需要进行切割。无机非金属材料工学课件全第74页无机非金属材料工学课件全第75页图1-4-21挤坯机机头尺寸1、挤制压力主要决定于机头喇叭口锥度，挤嘴出口直径d和机筒直径D之比。普通当机嘴出口直径d≤l0mm时，α≈12°-13°；>10mm，α≈17°-20°。

2、d/D比值愈小则对泥料挤制压力愈大，普通比值在1／1.6-1／2范围内。

3、为了使挤出泥段或坯体表面光滑、质量均匀，机嘴出口处有一段定型带，其长度L依据机嘴出口直径d而定，普通为L＝2-2.5d。无机非金属材料工学课件全第76页4、当挤制压力固定后，挤出速率主要决定于主轴转速和加料快慢。出料太快时，因为弹性后效，坯体轻易变形。

5、管壁厚度挤出管子时，管壁厚度必须能承受本身重力作用和适应工艺要求；管壁薄则其机械强度低(尤其是径向强度低)，轻易变成椭圆形。6、挤压法成型对泥料要求：（1）粉料细度和形状：细度要求较细，外形圆润。（2）溶剂、增塑剂、粘结剂等用量要适当，同时必须使泥料高度均匀，不然挤压坯体质量不好。无机非金属材料工学课件全第77页挤压法优缺点是：污染小，操作易于自动化，产品截面相同，可连续生产，效率高。适合管状、棒状、蜂窝状产品生产。但挤嘴及模具结构复杂，加工精度要求高。因为溶剂和结合剂较多，所以坯体在干燥和烧成时收缩较大，性能受到影响。无机非金属材料工学课件全第78页挤压成型产品缺点：

(1)气孔：因为练泥时真空度不够，或者手工揉料不均匀，经过挤泥机出口后坯体断面上出现裂纹。

(2)弯曲变形：坯料太湿，组成不均匀，承接坯体托板不光滑均会出现这种缺点。

(3)管壁厚度不一致：型芯和机嘴中心不一样心。

(4)表面不光滑：挤坯时压力不稳定，坯料塑性不好或颗粒呈定向排列都可能产生这种缺点。挤制大型泥段时，机头锥度过大，机嘴润滑不良也会使坯体表面粗糙或呈波浪形。无机非金属材料工学课件全第79页无机非金属材料工学课件全第80页（二）旋坯成型

是利用型刀(又叫样板刀)和石膏模进行成型一个方法。阴模旋坯(内旋)、阳模旋坯(外旋)。旋坯时系依据坯体直径来决定陶车主轴转速。直径大于300mm坯体转速为120-140rpm，小于300mm时转速为270-250rpm甚至更高，如200mm直径盘子转速可达420rpm，饭碗转速可达440rpm。无机非金属材料工学课件全第81页

旋坯用型刀普通用5-6厘米钢板制成，锉成30°-45°角，方便排出余泥，降低阻力。旋坯成型设备简单，型刀制作和更换比较轻易。但轻易造成产品变形，尤其薄壁产品愈加显著。适合用于生产日用瓷碗、盘碟及陶器缸、盆、罐、坛等制品，也用于鱼盘、壶类制品，其特点是生产效率高。无机非金属材料工学课件全第82页无机非金属材料工学课件全第83页无机非金属材料工学课件全第84页（三）滚压成型

滚压成型是由旋坯法发展而来，这种方法把扁平型刀改变为尖锥形或圆柱形回转体——滚压头。成型时，盛放着泥料模型和滚压头分别绕自己轴线以一定速度旋转。滚压头一面转动一面压紧泥料，坯体外形和尺寸完全取决于滚压头与模面所形成“空腔”。这种方法广泛用于成型日用陶瓷器皿。

无机非金属材料工学课件全第85页

滚压成型可分为阳模滚压和阴模滚压。前者是指用滚头来决定坯体外表面形状和大小，所以又叫外滚；后者系指用该头来形成坯体内表面，又叫内滚。无机非金属材料工学课件全第86页

普通说来，阳模滚压时因泥料在模型外表，水分少些才不致甩离模型。同时，要求泥料一面延展开来，一面向下弯曲，因而希望可塑性强些。而阴模滚压时，水分可稍多，可塑性可稍低些。滚压成型与旋坯成型相比，其优点是坯体致密度高，机械强度大，变形较小，劳动强度低，易于机械化、自动化生产。无机非金属材料工学课件全第87页（四）塑压成型

是将可塑泥料放在模型内在常温下压制成坯方法。它上下模普通为蒸压型α半水石膏（制模时膏水比约为100：37）模型，内部盘绕一根多孔性纤维管，能够通压缩空气以及抽真空。安装时应将上下模之间留有0～25mm左右空隙，方便扫除余泥。无机非金属材料工学课件全第88页塑压成型成型工艺以下：

l.将切至一定厚度塑性泥团置于底摸上；

2.上下模抽真空，挤压成型；

3.向底模内通压缩空气，促使坯体与底模快速脱离，同时，从上模中抽真空将坯体吸附在上模上；

4.向上模内通压缩空气，使坯体脱模承放在托板上；

5.上下模通压缩空气，使模型内水分渗出，用布擦去。无机非金属材料工学课件全第89页

塑压成型优点：适合于成型各种异型盘碟类制品，如鱼盘、方盘、多角形盘碟及内外表面有花纹制品。同时，因为成型时施以一定压刀，坯体致密度较旋坯法、滚压法都高。

缺点：石膏模使用寿命短，轻易破损。当前国外己经采取多孔树脂模、多孔金属模等高强度模型，但此法只能成型板、盘等形状简单扁平制品。无机非金属材料工学课件全第90页（五）轧膜成型

一些薄片状陶瓷产品(如晶体管底座、厚膜电路基板、独石及圆片电容器等)因为比较薄(厚度普通在1mm以下，甚至为0.04-0.05mm)，挤压、旋坯等成型不能满足这个要求，生产中广泛采取轧膜成型工艺。这是由橡胶和塑料工业移植来一个成型方法。无机非金属材料工学课件全第91页

轧膜成型是将准备好陶瓷粉料，拌以一定量有机粘结剂(如PVA，聚乙烯醇等)和溶剂，经过粗轧和精轧成膜片后再进行冲片成型。不宜过早地把轧辊调近，急于得到薄片坯体。因为这么会使坯料和结合剂混合不均，坯件质量不好。压延辊（精轧）增塑剂粘合剂瓷粉水混合，粉碎干燥

混料辊压（粗轧）成型无机非金属材料工学课件全第92页轧膜成型问题

(1)定向排列，如杆状、片状粉体

(2)干燥和烧结时，横向收缩大

(3)易出现变形和开裂

(4)坯体性能上也会出现各向异性

(5)对于厚度要求在0.08mm以下超薄片，轧膜成型是极难轧制，质量也不易控制。无机非金属材料工学课件全第93页（六）注塑成型

（注射成型）是瘠性物料与有机添加剂混合加压挤制成型方法，它是由塑料工业移植过来。1.坯料制备

注塑成型采取坯料不含水。它由陶瓷瘠性粉料和结合剂（热塑性树脂）润滑剂、增塑剂等有机添加物组成。无机非金属材料工学课件全第94页无机非金属材料工学课件全第95页

有机添加物灰分和碳含量要低，以免脱脂时产生气泡或开裂。

有机物含量直接影响坯料成型性能及烧结收缩性能。为提升制品准确度，要求尽可能降低有机物用量。坯料含有足够流动性，必须使粉末粒子完全被树脂包裹住，通常有机物含量约在20～30%之间，特殊可高达50%左右。无机非金属材料工学课件全第96页无机非金属材料工学课件全第97页

2.注塑成型设备注塑成型机主要由加料、输送、压注、模型封合装置、温度及压力控制装置等部分组成。注塑成型机有柱塞式和螺旋式两种主要类型。采取金属模具。无机非金属材料工学课件全第98页无机非金属材料工学课件全第99页3.脱脂

有机添加剂必须在制品烧结以前从坯体中去除出未，不然就会引发各种缺点。除去有机添加剂工序称为脱脂。

脱脂普通为24～96小时，特殊时需要几个星期。脱脂后坯体强度非常低，残留百分之几碳化物，需采取氧化气氛烧成。注塑成型适合于生产形状复杂、尺寸精度要求严格制品，且产量较大，能够连续化生产。缺点是有机物使用较多，脱脂工艺时间长，金属模具易磨损、造价高等。无机非金属材料工学课件全第100页（七）热压铸成型工艺

热压铸法是在压力作用下，把熔化含蜡浆料(简称蜡浆)注满金属模具，等到坯体冷却凝固后，再行脱模。这种方法所成型产品尺寸较准确、光洁度较高、结构紧密、现己广泛用于制造形状复杂，尺寸和质量要求高工业陶瓷产品，如电子工业用装置瓷件、电容器瓷件、氧化物陶瓷产品、金属陶瓷、磁性瓷(即铁氧体)及化工陶瓷部件等。热压铸法工艺流程以下：无机非金属材料工学课件全第101页无机非金属材料工学课件全第102页无机非金属材料工学课件全第103页蜡浆制备过程1、预烧坯料热压铸用坯料大多数情况下，先经预烧，再配成蜡浆。预烧作用：确保蜡浆有要求流动性，降低石蜡用量；预烧后可降低产品收缩，确保产品规格。瓷粉经过烘干后才用来配浆(含水量在0.5％以下)。因为假如瓷粉吸附较多水分，则颗粒表面水膜会妨碍石蜡与瓷粉均匀分布，而且瓷粉与石蜡混合时，水分易蒸发，在蜡浆中会形成气泡。无机非金属材料工学课件全第104页2、塑化剂选择热压铸所用塑化剂是热塑性材料。最惯用是石蜡。它是饱和碳氢化合物CnH2n+2，熔点为55-60℃，熔化后粘度小，密度为0.88-0.9g／cm3。150℃石蜡会挥发。采取石蜡作塑化剂有以下优点：

(1)石蜡熔化后粘度小，易填满模型；有润滑性，对模具不致磨损；冷却后会凝固，坯体有一定强度;(2)它熔点低，因而成形时操作温度无须太高，通常为70-80℃；

(3)石蜡冷却后体积收缩约7-8％，所以成型后坯体轻易脱模；

(4)不与瓷粉发生反应；

(5)起源丰富，价格低廉。无机非金属材料工学课件全第105页3、蜡浆性质指标

(1)稳定性：蜡浆稳定性就是指长时间加热而不搅拌条件下，蜡浆保持均匀不致分层性能。（2）可注性：它表示蜡浆注满模型并保持要求外形能力，是确定蜡浆粘度和凝固速度综合指标。（3）瓷粉装填密度：在热压铸成型坯体中，单位体积内所含瓷粉数量称为装填密度，用装填系数K来表示。装填系数大，表示瓷粉颗粒排列较紧，烧成时收缩变形小，烧后结构稳定致密。

(4)收缩率：蜡浆由熔化液体凝固为固体时体积会收缩，收缩率=固体体积/液体体积×100%

无机非金属材料工学课件全第106页

注塑成型与热压铸成型比较：二者都经瘠性料与有机添加剂混合、成型、脱脂（排蜡）三个主要工序；在一定温度和压力下进行成型。不一样是：

1、热压铸用浆料须在浇注前加温制成能够流动蜡浆。而注塑成型用是粒状干粉料，成型时将粉料填入缸筒内加热至塑性状态，在注人模具瞬间，因为高温和高压作用坯料呈流动状态，充满模具空间；

2、热压铸成型压力为0.3～0.5MPa，注塑成型普通为130MPa。

无机非金属材料工学课件全第107页第五节压制成型

压制成型是将粉状坯料在钢模中压成致密坯体一个成型方法。压制成型坯料水分少、压力大，因而坯体较致密，收缩较小、形状准确、基本不用干燥设备。压制成型工艺简单，生产效率高、缺点少，便于连续化、机械化和自动化生产。一、压制成型工艺原理

粉料经压力作用聚合成有一定强度坯体过程，实质上是将分散固体颗粒经过外力将其最大程度推近，并经过含有一定水分和其它粘结剂表面，使物料颗粒间能形成一定键合（分子键、氢键），从而成为含有一定强度弹性体。无机非金属材料工学课件全第108页1、密度改变

压力增大，气体被排除、固体颗粒尽可能靠近，密度不停增加：

1、加压早期，密度急剧增加；

2、坯体密度增加迟缓，后期几乎无改变；

3、压力继续增加，坯体密度有可能出现下降。坯体密度与压力关系

无机非金属材料工学课件全第109页2、强度改变

三个阶段：第一阶段压力较低，虽因为粉料颗粒位移填充孔隙，坯体孔隙减小，但颗粒间接触面积仍小，所以坯体强度并不大；第二阶段是成型压力增加，颗粒位移填充孔隙继续进行，而且可使颗粒发生弹塑性变形，颗粒间接触面积大大增加，出现原子间力相互作用，所以强度直线提升；

第三阶段，坯体密度及孔隙改变不显著，强度改变亦较平坦。

无机非金属材料工学课件全第110页3、坯体中压力分布

坯体中压力分布不均匀，坯体各部分密度出现差异。原因：颗粒移动重新排列时，颗粒之间内磨擦力，颗粒与模壁之间外磨擦力，妨碍着压力传递。H/D越大，不均匀分布现象越严重。高而细产品不适于采取压制法成型：坯体各部位密度不一样，烧成时收缩不一样，轻易引发产品变形和开裂。无机非金属材料工学课件全第111页

坯体压力分布还和加压方式相关，最均匀压力分布是等静压法。等静压成型是指粉料各个方面同时均匀受压一个加压方式。传递压力介质通常为流体，因为流体压缩性很小，而且能够均匀传递压力，所以压制出坯体密度大且均匀。无机非金属材料工学课件全第112页二、压制成型对粉料要求（一）体积密度

应尽可能提升粉料体积密度，以降低其压缩比：1.造粒将细颗粒经初步造粒，使物料得到初步聚集。造粒方法：通惯用轮碾造粒所得坯粉体积密度为0.90～1.10g/cm3，喷雾干燥制备坯粉体积密度为0.75～0.90g/cm3。无机非金属材料工学课件全第113页2.调整颗粒级配无机非金属材料工学课件全第114页

合理粒度分布能提升颗粒自由堆积密度。不一样大小球体堆积，小球可能填塞在等径球体空隙中，提升密度。单一粒度粉料堆积时最低孔隙率为40%，若采取三级颗粒配合，则可得到更大堆积密度。粗颗粒50%、中颗粒10%、细颗粒40%粉料，其孔隙率仅23%。三级颗粒粉料堆积后孔隙曲线无机非金属材料工学课件全第115页（二）流动性

粉料流动性好，颗粒间内摩擦力小，粉料就能顺利地填满模型各个部分，在以后重排致密化时也轻易滑移。颗粒是圆形，流动性很好。多角形，流动性差，轻易产生拱桥效应。无机非金属材料工学课件全第116页（三）含水量

粉料含水率很低，加压成型时，颗粒相互移动摩擦阻力就大，难以使坯体到达高致密度，将水分逐步增加时，因为水润滑作用，坯料轻易密实。成型压力到达一定值，对于含水量适当坯料可得到极小孔隙率坯体。含水量高于适当值时，在一样压力下成型之坯体致密度反而降低，而且轻易沾模。粉料含水率与坯体密度关系水分均匀性也很主要。无机非金属材料工学课件全第117页（四）易碎性

假颗粒，中空，压力加大后假颗粒裂解填空，并被深入压实。三、压制成型过程（一）造粒

粒化过程，指将粉体（或浆液）加工成形状和尺寸都比较匀整球块机械过程。颗粒大小依据用途而不一样，普通限制在50mm以下，最小约到0.3mm。无机非金属材料工学课件全第118页粉体粒化意义：1、混合物均匀度不发生改变；2、有利于改进物理化学反应过程（包含固一气、固一液、固一固相互反应）；3、提升物料流动性；4、大大降低粉尘飞扬；5、扩大微粉状原料适用范围；6、便于计量以及满足商业上要求等。无机非金属材料工学课件全第119页

在水泥立窑烧成中，物料首先要成球，以利反应进行，在立窑中煅烧，便于通风，燃烧完全，能到达反应所需高温。陶瓷压制成型时为了提升粉料体积密度、增加物料流动性等，常将泥浆喷雾干燥造粒。1.转动粒化（1）圆筒粒化机

筒内设有加水装置，制得粒化料，粒度不均匀，必须经过筛分。优点是单机产量大，运转比较平稳。圆筒内装料率较低，普通仅为筒身容积10%以下。筒身倾角在60以内，转速为5～25r／min。无机非金属材料工学课件全第120页（2）圆盘粒化机

圆盘粒化机当前应用较为广泛，由斜置带边圆盘、垂直于盘底中心轴、安在盘面上刮刀及加水装置所组成。粉状料与水或粘结剂自上方连续供入，因为未粒化料与己粒化料在摩擦系数上差异，后者逐步移向上层，最终越过盘边而排出。这种分离作用使球粒均匀，不需过筛。圆盘倾斜角能够借助螺旋杆在300～600间作调整。当前水泥厂生料成球惯用此法。无机非金属材料工学课件全第121页

粒化过程普通可分为三个阶段：形成球粒，球粒长大，长大了球粒变得紧密。上述三个阶段主要依靠加水润湿和用滚动方法产生机械作用力来实现。

水分是粒化过程先决条件，干粉料不可能滚动成球粒。分四个阶段进行：先是形成吸附水，然后是薄膜水、毛细管水，最终为重力水。影响粒化原因：

1、颗粒表面亲水性

2、形状

3、孔隙率

4、粘结剂无机非金属材料工学课件全第122页2.喷雾干燥造粒

喷雾干燥是从浆体中排除水分并得到近于球形粉状颗粒过程。（脱水＋造粒）

雾化→热气流→水分蒸发→表面张力→粒状空心球。无机非金属材料工学课件全第123页

优点：料浆脱水效率高，同时，又能够得到流动性（成型性能）好粉状颗粒。是一个较理想造粒方法。喷雾干燥制得粉料性能对压制坯体乃至产品质量含有主要影响。其中最主要是粉料水分和颗粒级配。调整粉料水分普通可采取以下两种方法：（1）当粉料水分与预定水分相差较大时，可调整热风炉温度。通常其可调热风温度普通为400～650℃。（2）当粉料水分与预定水分相差1%左右时，则可调整柱塞泵压力。通常其压力可调范围为0.2～0.3MPa。（3）调整出口尾气温度等。

影响粉料颗粒级配原因：料浆含水率、料浆粘度、供料压力、喷嘴孔径无机非金属材料工学课件全第124页第二篇

水泥工艺学

无机非金属材料工学课件全第125页第一章

引言无机非金属材料工学课件全第126页一、胶凝材料定义和分类1、定义：在物理化学作用下，能从浆体变成坚硬石状体，并能胶结其它物料而含有一定机械强度物质，统称为胶凝材料。无机非金属材料工学课件全第127页2、分类：①有机：沥青，树脂等；②

无机：

a

水硬性：拌水后在空气中或水中硬化。如：各种水泥、化学溶胶凝胶；

b

非水硬性：又称气硬性，只在空气中硬化，不在水中硬化。如：石灰、石膏、耐酸胶结料等。无机非金属材料工学课件全第128页二、凝胶材料发展史公元前2000—30如中国（长城—石灰）、埃及（金子塔—煅烧石膏）、罗马（庞贝圣庙—石灰）使用石膏胶凝材料，十八世纪后期发展水硬性石灰，十九世纪初(1810—1825)，Portland水泥即硅胶盐水泥制成。英国（J.Aspdin）1824年首获Portlandcement专利。1907—1909，制成快硬性高铝水泥，近年又发展了硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等。（要学会用材料眼光看世界，你会有意想不到收获）。无机非金属材料工学课件全第129页三、水泥定义和分类

1、定义：加入水后成塑性浆体，能在空气和水中硬化，并能胶结砂、石等材料细粉状水硬性胶凝材料称为水泥。无机非金属材料工学课件全第130页2、分类：

①

通用水泥：Portland等各种硅酸盐水泥；②

专用水泥：油井、砌筑水泥、大坝水泥等；③

特征水泥：快硬、抗硫酸、膨胀、自应力水泥等。

当前，水泥种类已达200各种。无机非金属材料工学课件全第131页四、水泥在国民经济中地位和作用水泥是建筑工业三大基本材料之一，可广泛用于民用、工业、农业、水利、交通和军事等工程。即使制造水泥能耗较多，但它与砂、石等集料制成混凝土却是一个低能耗建筑材料。所以，水泥工业含有极其辽阔前景。无机非金属材料工学课件全第132页五、水泥工艺发展概况及方向

1、规模扩大；

2、窑炉改变；3、粉末工艺改进；4、能源、资源、环境无机非金属材料工学课件全第133页第二章

硅酸盐水泥国家标准

及其生产

无机非金属材料工学课件全第134页第一节

国家标准

一、定义：是以硅酸钙为主要成份熟料所制得水泥统称为硅酸盐水泥。二、分类：1、硅酸盐水泥：熟料＋（0---5%）石灰石或炉渣＋石膏即波特兰水泥：P·Ⅰ为不掺混合料（Ⅰ型）P·Ⅱ为掺混合料<5%（Ⅱ型）2、普通硅酸盐水泥：熟料＋（6%---15%）混合料＋石膏。代号P·O.无机非金属材料工学课件全第135页二、分类：1、硅酸盐水泥：熟料＋（0---5%）石灰石或炉渣＋石膏即波特兰水泥：P·Ⅰ为不掺混合料（Ⅰ型）P·Ⅱ为掺混合料<5%（Ⅱ型）2、普通硅酸盐水泥：熟料＋（6%---15%）混合料＋石膏。代号P·O.无机非金属材料工学课件全第136页三、水泥组成及要求：

1、熟料：以适当成份生料，烧至部分熔融，所制得以硅酸钙成份为主产物称为硅酸盐水泥熟料高分子熟料。无机非金属材料工学课件全第137页2、石膏：满足GB5483。作用：缓凝。无机非金属材料工学课件全第138页3、活性混合料：符合GB1596粉煤灰；GB2847火山灰；GB203炉渣。无机非金属材料工学课件全第139页4、非活性混合料：活性指标终于GB1596，GB2847，GB203，AI2O3≤2.5%。无机非金属材料工学课件全第140页5、窑灰：符合ZBQ1。回转窑粉尘。6、助磨剂：<1%无机非金属材料工学课件全第141页四、标号：Portlandcement分为：425R，525，525R，625，625R，725R，6个标号普通硅酸盐水泥分为：325，425，425R，525，525R，625，625R，7个标号R：快硬型

无机非金属材料工学课件全第142页

水泥标号含义：普通以28d抗压强度值作为水泥标号。而特征水泥和专用水泥则不一样。

无机非金属材料工学课件全第143页五、技术指标：

1、不溶物：P.Ⅰ.<0.75%;P.Ⅱ.<1.5%2、MgO:<5.0%3、SO3<3.5%无机非金属材料工学课件全第144页4、烧矢量<3.0%(P.Ⅰ.);<3.5%(P.Ⅱ.);普通<5.0%.5、细度：P.>300m2/Kg比表面积；普通：80μm方孔筛余<10%；6、凝结时间：P初凝>45min,终凝<6.5h；普通初凝>45min,终凝<10h。无机非金属材料工学课件全第145页7、安定性：煮沸检验合格；8、碱：Na2O＋0.658K2O<0.60%9、强度：满足下表。无机非金属材料工学课件全第146页表2-1GB175-92各龄期、各类型水泥强度

品种标号抗压强度（Mpa）抗折强度（Mpa）3d28d3d28d硅酸盐水泥425R22.042.54.06.5525525R23.027.052.552.54.05.07.07.0625625R28.032.062.562.55.05.08.08.0725R37.072.56.08.5普通水泥32512.032.52.55.5425425R16.021.042.542.53.54.06.56.5525525R22.026.052.552.54.05.07.07.0625625R27.031.062.562.55.05.58.08.0无机非金属材料工学课件全第147页六、废品与不合格：1、废品：MgO、SO3、初凝时间、安定性之一不合格为废品；2、不合格品：细度、终凝、不溶物、烧矢量之一不合格或掺入物超标为不合格品。

无机非金属材料工学课件全第148页第二节硅酸盐水泥生产无机非金属材料工学课件全第149页一、生产步骤：a、生料制备：石灰＋粘土＋铁粉+少许校正材料→粉磨。b、熟料煅烧：部分熔融→硅酸钙为主成份。c、水泥制备：熟料＋石膏＋少许混合料→粉磨。

即：“两磨一烧”。无机非金属材料工学课件全第150页二、生产方法：1、干法：“两磨一烧”2、湿法：原料加入水→（磨）生料浆→烧→磨。目：生料均化。无机非金属材料工学课件全第151页三、工艺过程：

图2—1立窑生产工艺过程

1破碎机；2烘干机；3原料库；4原煤库；5生料磨；6生料库；7成球盘；8立窑；9碎煤机；10熟料库；11烘干机；12混合材料；13水泥磨；14水泥库；15包装机无机非金属材料工学课件全第152页图2—2窑外分解窑（回转窑）工艺过程

1石灰石；2黏土；3铁粉；4煤；5石膏；6一级破碎；7二级破碎；8碎石库；9均化库；10破碎机；11生料磨；12提升泵；13搅拌库；14悬浮预热器；15窑外分解窑；16回转窑；17冷却；18电收尘；19加热塔；20煤磨；21煤库；22熟料库；23熟料磨；24选粉机；25输送泵；26水泥库；27包装机；28袋装出厂；29散装出厂

无机非金属材料工学课件全第153页第三章

硅酸盐水泥熟料矿物组成及配料计算

无机非金属材料工学课件全第154页熟料主要化学组成：普通水泥：CaO62—67%；SiO220—24%；Al2O34—7%；Fe2O32.5—15%.白水泥：Fe2O3<0.5%：SiO224—27%.少许：MgO，SO3，K2O，Na2O，CaO，TiO2，P2O5.无机非金属材料工学课件全第155页第一节

矿物组成

无机非金属材料工学课件全第156页水泥矿物组成主要有：一、硅酸三钙

二、硅酸二钙

三、铝酸三钙（中间相）

四、铁铝酸四钙（中间相）五、玻璃体（中间相）六、游离氧化钙和方镁石

无机非金属材料工学课件全第157页一、硅酸三钙3CaO·SiO2(C3S)含量50---60%；它有三种晶系七种变形；R[三方（含杂质）]←→（1070℃）MⅢ（单斜）←→（1060℃）MⅡ←→（990℃）MⅠ←→（960℃）TⅢ[三斜（纯C3S）]←→（920℃）TⅡ←→（520℃）TⅠ无机非金属材料工学课件全第158页在C3S中含有MgO，Al2O3，Fe2O3等固溶体时称为阿利特（Alite）或A矿（即不太纯C3S）C3S：水化较快，粒径为40---50μm，28d水化70%.在四种水泥矿物中强度最高。无机非金属材料工学课件全第159页二、硅酸二钙

2CaO·SiO2(C2S)含量20%左右；是硅酸盐水泥熟料主要矿物之一，熟料中硅酸二钙并不是以纯形式存在，而是与少许MgO，Al2O3，Fe2O3，RaO等氧化物形成固溶体，通常称为贝利特（Belite）或B矿。纯C2S在1450℃以下有以下多晶转变。

无机非金属材料工学课件全第160页晶型：α←→（1425℃）αH←→（1160℃）αL←→（630---680℃）/690℃780--860℃↑β（单斜）—→（<500℃）γ------------------α型不稳定，熟料中普通不存在，β型只有在高温快冷水泥中，T<500℃，普通为γ型。无机非金属材料工学课件全第161页通常所指C2S或B矿为β型硅酸二钙。β型B矿：单斜晶体，圆锥状，双晶纹，交叉为高温，平行为低温。水化反应较慢，28d水化20%.凝结硬化慢，一年后硬度可赶上Alite，抗水性好。

无机非金属材料工学课件全第162页三、铝酸三钙（中间相）

3CaO·Al2O3（C3A），为中间相。即A矿和B矿之间产物。含量7%—5%。水化快速，放热多。3d硬化99%，加入石膏起缓凝作用。绝对强度小。

无机非金属材料工学课件全第163页四、铁铝酸四钙（中间相）

4CaO·Al2O3·Fe2O3（C4AF），为中间相。含量10%--18%。水化借于A矿和B矿之间，抗冲击性和抗酸性好。

无机非金属材料工学课件全第164页五、玻璃体（中间相）

主要成份：CaO、Al2O3、Fe2O3及少许MgO。水泥冷却速度越快，含量越高。水泥熟料中含量为：0—22%不等。无机非金属材料工学课件全第165页六、游离氧化钙和方镁石

游离氧化钙又称离石灰：指经高温煅烧而未化合氧化钙。水化很慢，3d后显著，水化后生成Ca（OH）2。体积增加97.9%，形成膨胀效应。所以，水泥中要严格控制游离氧化钙。回转窑小于1.5%，立窑小于2.5%。

无机非金属材料工学课件全第166页方镁石是指游离氧化钙晶体，普通存在于：①主成份固溶体；②溶于玻璃体中；③游离态。前二者不超出2%，对水泥无显著副作用。而游离氧化钙（方镁石）则回造成水泥安定性不良。因其需要1.5—1年后才水化，体积膨胀148%。国家标准：MgO于5%，同时粒径越小，影响也越小。无机非金属材料工学课件全第167页第二节

熟料率值

无机非金属材料工学课件全第168页一、水硬率（HM）

指熟料中氧化钙与酸性氧化物之和质量百分比。HM=CaO/(SiO2＋Al2O3＋Fe2O3)普通：HM=1.8—2.4无机非金属材料工学课件全第169页二、硅率或硅酸率（SM）

指熟料中氧化硅与氧化铝及氧化铁之和质量百分比。SM=SiO2/(Al2O3＋Fe2O3)普通：SM=1.7—2.7当Al2O3/Fe2O3>0.64时：SM=（C3S＋1.325C2S）/(1.43C3A＋2.406C4AF)无机非金属材料工学课件全第170页SM过高，熟料煅烧困难，C3S不易形成；若CaO过高则熟料易粉化；SM过低，则液相过多，熟料易结块。无机非金属材料工学课件全第171页三、铝率或铁率（IM）

IM=Al2O3/Fe2O3普通：IM=0.9—1.7或IM=1.15C3A/C4AF＋1.64(A/F>0.64时)IM过高液相黏度大，凝结快；I