无机非金属材料科学基础01课件

无机非金属材料科学基础教师：赵宇龙

很高兴认识各位同学！课程说明材料科学基础≈金属学原理材料科学与工程（1994）==金属+无机非+高分子无机（非金属）材料科学基础≈无机材料物理化学≈硅酸盐物理化学本门课程与固体化学在内容上交集较多！固体化学与固体物理凝聚态的基础知识！相对容易一些！正式学习之前，先来看一下“本门课程”在所有“课程”的位置！金属学原理与硅酸盐物理化学的异同晶体结构：多元素的方向性和饱和性，结构复杂（原子级结构对金属性能影响不大，不太关心原子级的结构）；缺陷：脆性断裂，晶界为主要影响因素，不太关心线、面缺陷，关注点缺陷；相变：关心液-固成核、长大等，固-固相变有，但水玻陶高温冷却后不再变化，没金属热处理要求高；相图：以生成化合物的三元相图为主，多为化合物，固溶体不是主要研究对象！扩散：双方要求差异不大，理论相同；无机非和金属同属无机材料，与高分子不同，在知识方向有许多共用！下面看一下双方基础的异同！课程大纲绪论1晶体学基础2缺陷化学基础3非晶态基础4固相反应5烧结6第一章绪论

无机非金属材料概述1无机非金属材料地位及应用2关于本门课程4

典型无机非金属材料3无机非方向1.1无机非金属材料概述1.1.3无机非材料制备的共性1.1.2无机非金属材料的特性1.1.1无机非金属材料定义与分类什么是无机非金属材料？除金属材料、高分子材料以外的材料。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、硼酸盐和非氧化物等物质组成的材料。外延内涵如何下定义呢？外延？内涵？无机非金属学胶凝材料天然材料陶瓷气硬性传统陶瓷玻璃普通玻璃水硬性特种陶瓷特种玻璃耐火材料传统分法那么哪些材料是我们常说的无机非金属材料呢？最新分类方法？无机非金属材料学结构陶瓷功能陶瓷信息材料人工晶体能源材料生物材料传统无机非金属碳化物氮化物氧化物电磁声光热生物单晶硅磁存储激光晶体、光学晶体太阳能电池超导生物陶瓷、玻璃、水泥水泥玻璃陶瓷国家自然科学基金委员会--工程与材料科学部--学科发展战略研究报告（2006-2010）--无机非金属材料学。从科学研究的角度讲，传统无机非已是非热点领域？大材料视野制备1.1.3无机非制备的共性金属金属的冶炼→金属的加工高分子无机非高分子合成→高分子加工粉体的制备→高温下制备还是先来看一下材料的制备吧？材料应用状态颗粒固体无机非原料初始状态多为粉体块状固体高温处理要理解无机非的工艺共性，先看一下材料的使用状态？常见无机非制备工艺原料破碎粉体成型干燥高温传统无机非传统无机非物理和化学法块状固体应用外形并不全需要

玻璃：坚硬的透明材料！没有玻璃之前的窗子？建筑工业：平板玻璃---浮法玻璃---世界第一生产大国，世界产量的30%左右，与英国、美国同为浮法原创国家。汽车工业：平板玻璃的深加工产品光电子产业：光纤、基板玻璃、激光玻璃等；

耐火材料：优良的高温强度！

高温技术基础材料，与科学研究和尖端技术紧密相关，70%用于冶金行业，我国占世界比重越来越大？2.新型无机非金属材料

结构陶瓷：近20年来，最活跃的研究领域之一，对许多领域有巨大的推动作用。

高性能陶瓷：氮化物、碳化物等，切削、摩擦等。

信息产业陶瓷：基板，氮化硅、碳化硅、氧化铝。

航空航天陶瓷：航空航天的高温部件。

生物陶瓷：人工关节、人工骨及其它组织工程领域；新型无机非：结构陶瓷、功能陶瓷、信息材料、纳米材料、人工晶体、能源材料、生物材料等未来最活跃的材料领域？结构-未知

功能陶瓷：

绝缘陶瓷：陶瓷基片、陶瓷封装；

电容器陶瓷：高频、大容量，片式陶瓷电容器；

半导体陶瓷：温敏、热敏、压敏、气敏等；

超导陶瓷：高温超导陶瓷；

透明陶瓷：透明氧化铝？

纳米材料：纳米颗粒、纳米线、纳米杆、纳米管、纳米孔材料；

虽然有纳米金属和纳米高分子，但只占很少一部分！信息材料以半导体为基础，目前的半导体大部分从无机非金属发展而来！

能源材料：能量产生：太阳能—硅、化合物、聚合物；能量存储：锂离子电池；能量传输：超导材料！

1.3典型无机非金属材料陶瓷1玻璃2水泥3晶体4碳材料5耐火材料6矿物材料51.陶瓷–日用陶瓷从各种无机非金属的应用看这些典型无机非金属材料？与金属、高分子日用器相比优点、缺点？电工陶瓷与金属、高分子比优点是什么？化工陶瓷1吨酸如何存储和使用？高温：坩埚、内衬绝缘：基板、封装外壳；硬度：刀具加工飞机零件；透明氧化铝陶瓷下面看一下几种特种陶瓷？先来看一下氧化铝陶瓷！为什么氧化铝陶瓷具有这些性能，传统陶瓷不具备呢？氧化铍陶瓷导热与绝缘的完美结合！良好的中子减速能力！超强的抗金属腐蚀能力！我们先来看一个导热系数的数据？氧化锆陶瓷硬度高：切削工具、整形工具；抗腐蚀：浇铸口，与钢水不浸润可做钢水内衬！强度高、韧性好：迄今为止研究最好的增韧陶瓷；发动机构件，如内衬、活塞等。高温-氧化氛围。。。。敏感性：氧化物半导体，气敏材料之一！碳化硅陶瓷碳化物中抗氧化性最好的，1000-1500℃发热元件！氧化物抗氧化不更好吗？高强：拉丝、成型模具；喷砂嘴、泵零件！微电子工业：封装和基板；不是导电吗？核工业：耐辐射，作为密封套；航空航天：火箭喷嘴！碳化钛陶瓷碳化钛陶瓷硬度大，是生产硬质合金的重要材料耐磨：切削刀具氮化硅和氮化硼陶瓷氮化硅高温耐磨：陶瓷发动机活塞顶盖氮化硅抗热震性：热电偶套管，抗热振的性能要求？氮化硼仅次于金刚石的耐高温、超硬材料，磨料！纳米陶瓷纳米陶瓷：平均晶粒小于100nm的陶瓷；低熔点：颗粒小，在较低的温度下可以被烧结；高强高韧：纳米二氧化钛陶瓷可以被弯曲；磁化率高：纳米磁性金属是普通金属磁化率的20多倍吸收电磁波红外辐射陶瓷红外辐射陶瓷：在一定红外波段范围内，有较强辐射率和辐射强度的陶瓷！主要是热辐射型！常见陶瓷：碳化硅、氧化锆加热干燥：均匀、速度快航天：太阳直射，散热！发光陶瓷发光陶瓷：把从外界获得的其它能量变成光的陶瓷；路标标志牌、装饰等透明陶瓷透明陶瓷：可以透过可见光的陶瓷；玻璃不透明吗？透明氧化铝：工业最可行强度、温度和透明：高压钠灯、高温窗口材料；激光陶瓷激光陶瓷：能够激发产生单色光的陶瓷；红宝石、掺钕的钇铝石榴石、铝酸钇、钕玻璃。单色光、激光器抗菌陶瓷抗菌陶瓷：能够抑制和杀灭微生物的陶瓷；有含有金属粒子如银的抗菌陶瓷，二氧化钛光催化型产生杀死微生物的基团！多孔陶瓷多孔陶瓷：含有大量开口、贯通气孔的陶瓷；多孔陶瓷用途：腐蚀、溶解、高温过滤气体或液体！如汽车尾气！高温金属液体过滤、酸碱液体过滤、热交换器等！导电陶瓷导电陶瓷：具有电子、空穴或离子导电能力的陶瓷；高温发热元件：碳化硅、二硅化钼、氧化锆等。超导陶瓷：电线、发电机线圈等！生物陶瓷生物陶瓷：用作特定生物或生理功能的陶瓷；骨、牙、心脏瓣膜、整形外科、药物传递等！生物惰性：氧化铝、碳；生物活性：HA、TCP敏感陶瓷敏感陶瓷：对某一信号敏感的陶瓷；信息技术中传感器技术的基础！电阻变化、电动势变化、磁变化温度、压力、气氛、湿度、光强、电场、射线等！2.玻璃夹丝玻璃压花玻璃大规模、高强度透明材料？原料丰富、成本低！万能成型！想想所有透明材料都用树脂时树脂的价格！建筑玻璃平板玻璃中空玻璃日用玻璃瓶瓶罐罐保温瓶玻璃仪器玻璃瓶瓶罐罐实验室中的瓶瓶罐罐光学玻璃显微镜、眼镜、照相机等光学玻璃电真空玻璃电子工业中的玻壳、芯柱和封装彩色玻璃反射玻璃：反射凉爽光致变色玻璃灯具玻璃玻璃纤维玻璃纤维主要用途光纤激光玻璃棒基板玻璃生物玻璃3.水泥桥梁水泥道路水泥力学性能不是最适合的，但原料、成本却是最划算的？想象如果力学材料全用钢铁时，钢铁的价格？理解传统无机非金属材料的基础地位？（都是天然矿物原料，是大规模生产和应用的基础）建筑水泥油井水泥框架为高层产生、为墙体材料的要求降低奠定基础？大坝水泥：并不是任何水泥都可在任何场合应用彩色水泥快硬水泥低热水泥耐高温水泥？4.晶体材料非线性光学晶体压电石英晶体晶体生产成本相对较高，能用陶瓷、玻璃的地方一般不用晶体，但晶体的高度均一性所体现出来的性能其它做不到的？电光晶体：折射率红外光学晶体热释电晶体超硬晶体半导体晶体单晶硅碳化硅单晶早期晶体管：事物发展初期都很弱小硅单晶上的信息技术氧化铝单晶：高温窗口材料光学晶体材料激光晶体闪烁晶体5.碳材料碳纤维碳纤维与碳有关的材料多是软的，但要破坏CC键却非常难！石墨坩埚石墨电极润滑石墨耐腐蚀石墨石墨密封粘土砖6.耐火材料硅质砖碳砖氧化铝砖7.矿物材料矿物与岩石的区别？高岭土：陶瓷、造纸、涂料吸附、白、可塑膨润土：泥浆悬浮、农药载体、脱色澄清吸附、不白、可塑方解石：塑料制品、橡胶制品、造纸、牙膏、涂料、油墨、胶粘剂、食品和医药

白、硬石灰石：轻质碳酸钙、水泥、玻璃、饲料、钙肥石英：玻璃、铸造砂、单晶硅、光纤、石英玻璃、硅微粉、碳化硅滑石：造纸增强吸附，橡胶、电缆、油漆涂料、陶瓷海泡石：孔道，过滤、增稠剂、香烟滤嘴、杀虫剂载体从应用角度有时很难区分？1.3关于本门课程1.课程定位材料科学与工程金属材料无机非金属材料在材料科学的基础上，拓宽无机非金属材料科学基础的相关内容！有一定难度！根据我院材料科学与工程专业现状？主要包括课程定位、参考书籍、成绩评定、答疑时间、课堂纪律等？2.参考书籍教材：

《无机材料物理化学》贺蕴秋建材工业出版社；

参考书：《无机材料科学基础》张其土华东理工大学出版社《无机材料科学基础》宋晓岚化学工业出版社

《无机非金属材料科学基础》樊先平浙江大学出版《无机材料科学基础教程》胡志强

化学工业出版社

武汉理工：硅酸盐物理化学、无机材料物理化学、无机材料科学基础等3.成绩评定4.答疑时间5.课堂纪律总成绩=作业成绩+考勤成绩+考试成绩课程期间周一下午严肃活波：课堂活跃而不失严肃！1.方向背景

热处理专业的拓展，与成型（铸锻焊）专业的成立一样，拓宽我院材料的内涵！金属与无机非在基础知识需求上有许多交叉部分！不需要另起炉灶！金属及传统无机非为量大面广方向，有萎缩趋势，需求多但非垄断条件不算太好！且我校非金属及无机非强校，很难进大型、好条件金属材料企业！信息材料的就业环境、工资水平、产业发展、人才需求上有较好的前景！但我国电子材料还没起来从科学研究的角度讲，无机非方向由于其内涵的丰富性有较好的前途！

关于无机非方向电子材料领域信息电子材料；电子元器件、集成电路陶瓷、玻璃、水泥、矿物、晶体、炭材料无机非金属材料领域无机非金属材料方向材料科学与工程专业（不缺金属基础）2.课程设置金属成型及模具设计、现代铸造技术、现代焊接技术！陶瓷材料、矿物材料加工及应用、水泥及混凝土工程电子材料、电子产品及工艺基础、电子封装工程！建议同时选修表面。老无机非方向包括无机非和电子材料！金属或无机非对另外方向感兴趣的可适当交叉选择！

3.关于考研

有些学校的