无机材料工艺学培训课程课件

合肥学院化学与材料工程系

程继海

无机材料工艺学cjh@6/8/20231合肥学院化学与材料工程系课程简介无机材料工艺学6/8/20232合肥学院化学与材料工程系计划学时：40学时课程的目的与任务：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：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：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.无机材料典型生产工艺调研报告(1)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6/8/20233合肥学院化学与材料工程系0绪论0.1材料及无机非金属材料的定义与分类0.1.1材料的定义与分类

从广义的角度，材料定义为能够用以加工有用物质的物质。

材料分类

按性能、使用用途分类：

结构材料（受力，承载）功能材料（半导体，超导体，以及光、电、声、磁、应力转换等）

6/8/20234合肥学院化学与材料工程系按化学组成和显微结构特点分类：

材

料

大坝材

料

金属材料无机非金属材料有机高分子材料复合材料6/8/20235合肥学院化学与材料工程系0.1.2无机非金属材料的定义与分类无机非金属材料

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，是除金属材料和有机高分子材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料陶瓷胶凝材料天然材料玻璃普通玻璃特种玻璃普通陶瓷特种陶瓷水硬性胶凝材料气硬性胶凝材料6/8/20236合肥学院化学与材料工程系0.1.3无机非金属材料的特性

在晶体结构上，无机非金属材料组成元素之间的化学键主要为离子键或离子-共价混合键。与化学键为金属键的金属材料和共价键的有机高分子材料相比，无机非金属材料有以下特征：

具有复杂的晶体结构

没有自由电子

高熔点

高硬度

较好的耐化学腐蚀性

绝大多数是绝缘体

制成薄膜时大多是透明的

一般具有低导热性

大多数情况下变形微小6/8/20237合肥学院化学与材料工程系0.1.4无机非金属材料生产过程的共性与个性（1）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。

主要化学成分：CaO、SiO2、Al2O3、Na2O等。（2）原料的破碎

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行破碎。6/8/20238合肥学院化学与材料工程系（3）粉体制备

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，这些因素对产品的产量、质量有着极为重要的影响。粉体制备主要应用于水泥和陶瓷生产过程。

（4）成型

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。陶瓷成型在热加工之前；玻璃成型在热加工之后；

水泥成型主要在使用时，如加工混凝土制品等。

6/8/20239合肥学院化学与材料工程系（5）烘干

烘干是为了除去物料或坯体中一定量的自由水。

陶瓷成型后的坯体必须经过干燥，才能进入烧成。

（6）高温热处理

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，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。高温热处理是整个生产过程中的核心。

水泥煅烧

陶瓷烧结

玻璃熔融6/8/202310合肥学院化学与材料工程系0.2典型无机非金属材料0.2.1胶凝材料胶凝材料定义

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，统称为胶凝材料，又称胶结料。胶凝材料分类

按组成物质分类

有机胶凝材料，如沥青，各种树脂等。

无机胶凝材料

水硬性胶凝材料

气硬性胶凝材料

拌水后既能在空气中硬化又能在水中硬化，如水泥。拌水后只能在空气中硬化而不能在水中硬化，如石灰、石膏等。（1）胶凝材料的定义与分类

6/8/202311合肥学院化学与材料工程系用石灰、石膏作为胶凝材料6/8/202312合肥学院化学与材料工程系水泥的发明

19世纪初（1810~1824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。1824年，英国人阿斯普丁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“波特兰水泥”（PortlandCement)，并于1824年10月21日首先获得该产品的专利权。6/8/202313合肥学院化学与材料工程系（2）水泥的定义与分类

水泥的定义

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、石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。水泥的分类

按用途和性能分类

通用水泥：一般土木建筑工程通常采用的水泥；专用水泥：专门用途的水泥。

特性水泥：某种性能比较突出的水泥。6/8/202314合肥学院化学与材料工程系按组成分类：

硅酸盐水泥系列

铝酸盐水泥系列

氟铝酸盐水泥系列

硫铝酸盐水泥系列

铁铝酸盐水泥系列

其它:如

无熟料、少熟料水泥6/8/202315合肥学院化学与材料工程系（3）水泥的基本特性

作为水硬性胶凝材料的水泥具有以下特性：

水泥浆具有良好的可塑性，与其它材料混合后的混和物可拥有

适宜的和易性。

较强的适应性。

较好的耐侵蚀、防辐射性能。

硬化后的水泥浆体具有较高的强度，且强度随龄期的延长而逐

渐增长。

良好的耐久性。

通过改变水泥的组成，可适当调整水泥的质量。

可与纤维、聚合物等多种有机、无机材料匹配。

制得各种水泥基复合材料，充分发挥材料潜能。6/8/202316合肥学院化学与材料工程系0.2.2玻璃玻璃的定义

玻璃是由熔融物冷却、硬化而得到的非晶态固体，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一定的转变温度Tg。玻璃结构为短程有序，长程无序。

玻璃的特性：

透明，坚硬，良好的耐蚀、耐热、电学和光学性质；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；能够用多种成型制成各种形状和大小的制品；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。6/8/202317合肥学院化学与材料工程系玻璃的通性

（1）各向同性

在任何方向上都具有相同的性质。（2）介稳性

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。（3）无固定熔点

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（图0-2-1、图0-2-2）（5）性质随成分变化的连续性和渐变性（图0-2-3）6/8/202318合肥学院化学与材料工程系图0-2-3R2O-SiO2系统玻璃的弹性变化

1-Li2O；2-Na2O；3-K2O图0-2-2不同冷却速度下玻璃的比容与温度的关系

图0-2-1物质内能与体积随温度的变化

6/8/202319合肥学院化学与材料工程系玻璃的分类

按组成分类元素玻璃氧化物玻璃非氧化物玻璃硫系玻璃硒玻璃卤化物玻璃硫族化学物玻璃6/8/202320合肥学院化学与材料工程系按用途分类

建筑玻璃日用轻工玻璃仪器玻璃光学玻璃电真空玻璃

玻璃还可以按性能分类，一般用于一些专门用途、具有某一方面的特定性能的玻璃。

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、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。6/8/202321合肥学院化学与材料工程系0.2.3陶瓷陶瓷的定义

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，是陶器和瓷器的总称。

通常按吸水率划分。陶瓷的分类

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、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、建筑瓷、化工瓷等。6/8/202322合肥学院化学与材料工程系陶瓷的基本特性与特点

陶瓷的显微结构由结晶相、气孔和玻璃相组成。陶瓷材料的离子键、共价键赋予该种材料许多优良的性能：

较高的弹性模量

强度高，抗压强度远远大于抗拉强度

耐磨性能良好

好的耐久性，如耐腐蚀、耐高温、抗氧化

硬度高

优良的电绝缘性能

此外陶瓷的脆性大，理论强度高，但实际强度较低，这是陶瓷性能改善的主要方面之一。6/8/202323合肥学院化学与材料工程系0.3无机非金属材料的现状及发展趋势陶瓷

玻璃

水泥6/8/202324合肥学院化学与材料工程系陶瓷发展史瓷器与中国齐名(china)，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

官、哥、定、钧、汝ThefourtypicalspecialistiesofJingDezhenporcelainAswhiteasjade/asbrightasamirror/asthinaspaper/asresonantaschime6/8/202325合肥学院化学与材料工程系水泥发展简史：（1）天然胶凝材料阶段——4000——10000年前新石器——粘土＋稻草不抗水，抹彻简易建筑物强度低（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6/8/202326合肥学院化学与材料工程系玻璃发展简史：绿玻璃球（5000――6000年）白玻璃（3000年――400年）工业纯碱代草木灰＋石灰石Na－Ca－Si1957年英国人皮尔金顿PB浮法专利1975年美匹兹堡公司PPG新浮法专利。6/8/202327合肥学院化学与材料工程系0.4无机非金属材料在人类生活中的地位与作用

对科学技术发展的作用

对工业及社会进步的作用

对巩固国防、发展军用技术的作用

在生物医学方面的作用6/8/202328合肥学院化学与材料工程系0.5无机非金属材料工艺学的研究内容

合成与制备结

构组

成性

能6/8/202329合肥学院化学与材料工程系市场应用无原则，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6/8/202330合肥学院化学与材料工程系节能化、大型化、大型化、自动化、环境协调化——生产工艺加强基础理论研究——理论我国存在的问题：能耗高、成本高、劳动生产率低、质量不稳定、人才缺乏、劳动强度大、品种单一、环境污染厉害。6/8/202331合肥学院化学与材料工程系几个概念1、工艺：生产方法和生产过程。2、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：研究产品性能、显微结构、原料及工艺关系的科学。4、矿物：由地质作用所形成的天然单质或化合物，是组成岩石和矿石的基本单元。岩石：矿物的集合体，由多种矿物按一定的规律组合而成。

6/8/202332合肥学院化学与材料工程系典型生产工艺流程机械化立窑水泥生产工艺流程图6/8/202333合肥学院化学与材料工程系6/8/202334合肥学院化学与材料工程系回转窑水泥生产工艺流程图6/8/202335合肥学院化学与材料工程系玻璃类（浮法）

6/8/202336合肥学院化学与材料工程系陶瓷（釉面砖类）6/8/202337合肥学院化学与材料工程系碳素材料类

6/8/202338合肥学院化学与材料工程系

1、最孤独的时光，会塑造最坚强的自己。

2、把脸一直向着阳光，这样就不会见到阴影。

3、永远不要埋怨你已经发生的事情，要么就改变它，要么就安静的接受它。

4、不论你在什么时候开始，重要的是开始之后就不要停止。

5、通往光明的道路是平坦的，为了成功，为了奋斗的渴望，我们不得不努力。

6、付出了不一定有回报，但不付出永远没有回报。

7、成功就是你被击落到失望的深渊之后反弹得有多高。

8、为了照亮夜空，星星才站在天空的高处。

9、我们的人生必须励志，不励志就仿佛没有灵魂。

10、拼尽全力，逼自己优秀一把，青春已所剩不多。

11、一个人如果不能从内心去原谅别人，那他就永远不会心安理得。

12、每个人心里都有一段伤痕，时间才是最好的疗剂。

13、如果我不坚强，那就等着别人来嘲笑。

14、早晨给自己一个微笑，种下一天旳阳光。

15、没有爱不会死，不过有了爱会活过来。

16、失败的定义：什么都要做，什么都在做，却从未做完过，也未做好过。

17、当我微笑着说我很好的时候，你应该对我说，安好就好。

18、人不仅要做好事，更要以准确的方式做好事。

19、我们并不需要用太华丽的语言来包裹自己，因为我们要做最真实的自己。

20、一个人除非自己有信心，否则无法带给别人信心。

21、为别人鼓掌的人也是在给自己的生命加油。

22、失去金钱的人损失甚少，失去健康的人损失极多，失去勇气的人损失一切。

23、相信就是强大，怀疑只会抑制能力，而信仰就是力量。

24、那些尝试去做某事却失败的人，比那些什么也不尝试做却成功的人不知要好上多少。

25、自己打败自己是最可悲的失败，自己战胜自己是最可贵的胜利。

26、没有热忱，世间便无进步。

27、失败并不意味你浪费了时间和生命，失败表明你有理由重新开始。

28、青春如此华美，却在烟火在散场。

29、生命的道路上永远没有捷径可言，只有脚踏实地走下去。

30、只要还有明天，今天就永远是起跑线。

31、认真可以把事情做对，而用心却可以做到完美。

32、如果上帝没有帮助你那他一定相信你可以。

33、只要有信心，人永远不会挫败。

34、珍惜今天的美好就是为了让明天的回忆更美好。

35、只要你在路上，就不要放弃前进的勇气，走走停停的生活会一直继续。

36、大起大落谁都有拍拍灰尘继续走。

37、孤独并不可怕，每个人都是孤独的，可怕的是害怕孤独。

38、宁可失败在你喜欢的事情上，也不要成功在你所憎恶的事情上。

39、我很平凡，但骨子里的我却很勇敢。

40、眼中闪烁的泪光，也将化作永不妥协的坚强。

41、我不去想是否能够成功，既然选了远方，便只顾风雨兼程。

42、宁可自己去原谅别人，莫等别人来原谅自己。

43、踩着垃圾到达的高度和踩着金子到达的高度是一样的。

44、每天告诉自己一次：我真的很不错。

45、人生最大的挑战没过于战胜自己！

46、愚痴的人，一直想要别人了解他。有智慧的人，却努力的了解自己。

47、现实的压力压的我们喘不过气也压的我们走向成功。

48、心若有阳光，你便会看见这个世界有那么多美好值得期待和向往。

49、相信自己，你能作茧自缚，就能破茧成蝶。

50、不能强迫别人来爱自己，只能努力让自己成为值得爱的人。

51、不要拿过去的记忆，来折磨现在的自己。

52、汗水是成功的润滑剂。

53、人必须有自信，这是成功的秘密。

54、成功的秘密在于始终如一地忠于目标。

55、只有一条路不能选择――那就是放弃。

56、最后的措手不及是因为当初游刃有余的自己

57、现实很近又很冷，梦想很远却很温暖。

58、没有人能替你承受痛苦，也没有人能抢走你的坚强。

59、不要拿我跟任何人比，我不是谁的影子，更不是谁的替代品，我不知道年少轻狂，我只懂得胜者为。

60、如果你看到面前的阴影，别怕，那是因为你的背后有阳光。

61、宁可笑着流泪，绝不哭着后悔。

62、觉得自己做得到和做不到，只在一念之间。

63、跌倒，撞墙，一败涂地，都不用害怕，年轻叫你勇敢。

64、做最好的今天，回顾最好的昨天，迎接最美好的明天。

65、每件事情都必须有一个期限，否则，大多数人都会有多少时间就花掉多少时间。

66、当你被压力压得透不过气来的时候，记住，碳正是因为压力而变成闪耀的钻石。

67、现实会告诉你，不努力就会被生活给踩死。无需找什么借口，一无所有，就是拼的理由。

68、人生道路，绝大多数人，绝大多数时候，人都只能靠自己。

69、不是某人使你烦恼，而是你拿某人的言行来烦恼自己。

70、当一个人真正觉悟的一刻，他放弃追寻外在世界的财富，而开始