非金屬材料及應(yīng)用 課件 第1、2章 緒論、無機非金屬材料

非金屬材料及應(yīng)用課程簡介課程編號：

學(xué)分：2英文名稱：NonmetalMaterialsandApplication課程性質(zhì)：選修適用專業(yè)：機類及材料類先修課程：物理、化學(xué)、材料力學(xué)、機械工程材料、金屬工藝學(xué)、機械設(shè)計等主要參考書目推薦教材：吳慶定，司家勇等.非金屬材料及應(yīng)用[M].機械工業(yè)出版社，2016參考書目：[1]戈曉嵐.機械工程材料[M].北京：北京大學(xué)出版社，2006；[2]朱張校.工程材料[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003；[3]夏淑華.機械工程非金屬材料[M].新疆：新疆大學(xué)出版社，1992.

緒論INTRODUCTION§1.1材料及其分類材料：人類用于制造各種有用物件及產(chǎn)品的總稱。

材料與社會12注意:材料是物質(zhì)，但不是所有物質(zhì)都可以稱為材料。大多數(shù)的物質(zhì)需通過一定的工藝過程才能轉(zhuǎn)化為材料。材料可由一種物質(zhì)或若干種物質(zhì)構(gòu)成。同一種物質(zhì),由于制備或加工方法不同,可成為用途不同—不同類型的材料。激光材料寶石基板材料高溫爐管切削工具催化劑載體Al2O313◆材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料與國民經(jīng)濟、國防建設(shè)和人民生活密切相關(guān)?！?/p>

20世紀70年代，人們把材料、信息和能源譽為當代文明的三大支柱。20世紀80年代，人們又把新材料、信息技術(shù)和生物技術(shù)并列，作為新技術(shù)革命的重要標志。1.1.1材料的含義14“材料”的含義：材料一般是指人類用于制造生活和生產(chǎn)所需的物品、器件、構(gòu)件、機器或其他產(chǎn)品的物質(zhì)。1.1.2材料的分類

構(gòu)材料是主要利用材料的強度、韌性、彈性等力學(xué)性能，用于制造在不同環(huán)境下工作時承受載荷的各種結(jié)構(gòu)件和零部件的一類材料，即機械結(jié)構(gòu)材料和建筑結(jié)構(gòu)材料。什么是“結(jié)構(gòu)材料”

？1.1.2材料的分類什么是“功能材料”

？

以特殊的電學(xué)性能或各種電效應(yīng)作為主要性能指標的一類材料?！?/p>

按用途對材料進行分類信息材料能源材料航空航天材料生物醫(yī)用材料建筑材料包裝材料，等等。●按組成與結(jié)構(gòu)進行分類金屬材料無機非金屬材料有機高分子材料復(fù)合材料151.1.2材料的分類●按應(yīng)用和發(fā)展程度對材料進行分類可將材料分為傳統(tǒng)材料和新型材料兩大類。1）傳統(tǒng)材料是生產(chǎn)技術(shù)成熟，可大量工業(yè)化生產(chǎn)的材料。2）新材料建立在新思路、新概念、新工藝、新技術(shù)基礎(chǔ)之上，以性能優(yōu)異、品質(zhì)高、穩(wěn)定性高為優(yōu)勢，其顯著特征是投資強度較高，更新?lián)Q代快，知識和技術(shù)密集程度高，不以規(guī)模取勝。1.1.2材料的分類16§1.2材料的地位和作用1.2.1材料與人類文明——材料是人類社會進步的里程碑。材料是社會進步的物質(zhì)基礎(chǔ)。材料是人類進步的主要標志。人類文明進程的劃分依據(jù)是什么?

所使用的、占主導(dǎo)地位的材料——石器時代、銅器時代、鐵器時代、鋼鐵時代、合成材料時代、復(fù)合材料時代……——發(fā)展得越來越快1.2.1材料與人類文明高層建筑材料劃時代

材料是人類文明、社會進步、科學(xué)技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)先導(dǎo)。在歷史上，人們將石器、青銅器、鐵器等當時的主導(dǎo)材料作為時代的標志，稱其為石器時代、青銅器時代和鐵器時代。

在近代材料種類極其繁多，各種新材料不斷涌現(xiàn)，很難用一種材料來代表當今時代的特征：新材料時代。1.2.1材料與人類文明

人類文明進化時代是以材料的使用來劃分的。從遠古的石器時代到鐵器時代再到如今的新材料時代，先后經(jīng)過了七個不同時代。公元前10萬年石器時代公元前3000年公元前1000年公元前0年1800年1950年1990年青銅器時代鐵器時代水泥時代鋼時代硅時代（合成材料）新材料時代以材料區(qū)分的七個時代1.2.1材料與人類文明燧石：神奇的石頭400,000BC—4,500BC

石器時代

(StoneAge)人類主要以石頭、骨頭、木制作簡單的工具。1.2.1材料與人類文明陶器(Pottery)陶器的出現(xiàn)是人類跨入新石器時代的重要標志之一據(jù)考古資料，中國陶器制作歷史至少有8000年以上西安半坡人面網(wǎng)紋陶盆戰(zhàn)國陶制四通水管1.2.1材料與人類文明4,500BC—1,000BC

青銅時代

(BronzeAge)從礦石中提煉銅—冶金業(yè)的黎明埃及古墓壁畫是人類冶金業(yè)的最早紀錄之一

人類學(xué)會了用炭把銅加熱以造出純度更高的銅,而把銅和錫礦石熔合后可得一種堅度高的合金--青銅，以青銅來造出各種武器。

大量使用青銅工具及青銅禮器的時期。1.2.1材料與人類文明古稱金或吉金，是銅與其它元素（錫、鎳、鉛、磷等）的合金中國青銅時代大致對應(yīng)夏商周至秦漢，時間跨度約兩千年。春秋戰(zhàn)國時期，齊國工匠寫成《考工記》，提出“金有六齊”，是世界科技史上最早的冶銅經(jīng)驗總結(jié)。

青銅：第一種合金夏鉞戈1.2.1材料與人類文明三星堆突目面具鑄于商代晚期，高64.5cm，寬138cm，眼球柱狀外突長達13.5cm三星堆立人像鑄于商代晚期，高1.72m，底座高0.9m，通高2.62m，是世界上最大的青銅立人像1.2.1材料與人類文明四川三星堆青銅器司母戊鼎

司母戊鼎，商代大鼎，1939年出土，鼎高133cm，重875kg。為已知的中國古代體量最大的青銅器。1.2.1材料與人類文明銅禁，中國已知最早應(yīng)用失蠟法鑄造的作品，春秋時代的楚國王子午墓出土，年代為公元前6世紀。青銅樂器（戰(zhàn)國）錯金犀牛尊1.2.1材料與人類文明曾候乙尊盤湖北江陵楚墓出土越王勾踐寶劍1.2.1材料與人類文明鋒披天下的秦國青銅兵器秦劍秦劍的佩戴方式曾侯乙編鐘（戰(zhàn)國），鐘架長7.48米，寬3.35米，高2.73米，1978年湖北省隨縣擂鼓墩出土，現(xiàn)藏湖北省博物館

銅三足鳥西周

銅奔馬(馬踏飛燕)漢

秦始皇陵銅車馬秦

爵商

其它青銅制品1.2.1材料與人類文明1450BC鐵制車輪1500AD廉價的冶鐵業(yè)1000BC—

鐵器時代

(IronAge)

公元前14世紀至公元前13世紀，人類開始使用并鑄造鐵器，當青銅器逐漸被鐵器廣泛替代時，標志著人類進入了鐵器時代。1.2.1材料與人類文明戰(zhàn)國鐵犁頭戰(zhàn)國鐵鋤湖南長沙砂子塘戰(zhàn)國凹形鐵鋤

中國最早出現(xiàn)冶鐵制品大約是在公元前9世紀。到了春秋末期，中國人就發(fā)明了在高溫下用木炭還原鐵礦石生產(chǎn)鐵的方法，以及在半熔狀態(tài)下鍛造各種器具和武器的技術(shù)。1.2.1材料與人類文明水泥時代(CementAge)0BC—2000年前，希臘和古羅馬人在建筑中使用一種石灰和火山灰的混合物，它們在水中緩慢反應(yīng)生成堅硬的固體。為最早應(yīng)用的水泥。

19世紀初，英、法等將粘土化石灰(或泥灰?guī)r)燒結(jié)成為水硬性材料，其中Al2O3、

SiO2含量之和達到20~35%，稱為天然水泥。

1824，英國用石灰石和粘土的混合物燒成一種水硬性的膠凝材料，凝結(jié)硬固后的顏色、外觀和當時英國用于建筑的優(yōu)質(zhì)波特蘭石頭相似，故稱為波特蘭水泥。

1825，波特蘭水泥在英國建廠生產(chǎn)。水泥生產(chǎn)工藝以石灰石和粘土為主要原料，經(jīng)破碎、配料、磨細制成生料，喂入水泥窯中煅燒成熟料，加入適量石膏，磨細而成。1871年，日本開始建造水泥廠1889年，中國在唐山建造了第一座水泥廠。1.2.1材料與人類文明18世紀，出現(xiàn)了用鋼鐵制造的蒸汽機。19世紀發(fā)明的內(nèi)燃機和電動機對金屬材料提出了更高要求，同時對鋼鐵冶金技術(shù)產(chǎn)生了更大的推動作用。

18世紀至20世紀，金屬材料占據(jù)了結(jié)構(gòu)材料的主導(dǎo)地位。

比如，火車鐵軌的問世就是鋼鐵材料大量生產(chǎn)和應(yīng)用的成功例子。鋼鐵時代(SteelAge)1800—：1.2.1材料與人類文明1854年和1864年，歐洲先后出現(xiàn)了轉(zhuǎn)爐和平爐煉鋼技術(shù)。隨著電爐冶煉技術(shù)的出現(xiàn)，不同類型的特種鋼相繼問世：1887年——高錳鋼1900年——高速鋼1910年——鎳鉻不銹鋼1.2.1材料與人類文明35艾菲爾鐵塔鋼的應(yīng)用舊金山金門大橋建筑設(shè)備1.2.1材料與人類文明

同時，銅、鋁及其合金大量使用，鉛、鋅、鎂、鈦和很多稀有金屬相繼被發(fā)現(xiàn)。世界鋼產(chǎn)量從1850年的6萬噸突增到1900年的2800萬噸，人類進入了輝煌的鋼鐵時代。由此帶動了冶金業(yè)、紡織業(yè)、機械制造業(yè)、交通運輸業(yè)及航空工業(yè)等的迅速發(fā)展。輪船、汽車、飛機、電燈等的出現(xiàn)，使人類生活大大改善。1.2.1材料與人類文明2010年世界鋼產(chǎn)量達13.5億噸，中國突破6億噸，占44.3%。

19世紀末期，西方科學(xué)家發(fā)明了人造絲，這是人類改造自然材料的又一里程碑。20世紀初，各種人工合成有機高分子材料相繼問世。目前，全世界三大有機合成材料的年產(chǎn)量已達億噸以上。1909年——合成酚醛樹脂（電木）1920年——合成聚苯乙烯(PS)1931年——合成聚氯乙烯（PVC）1941年——合成聚酰胺、聚碳酸酯（尼龍）1.2.1材料與人類文明合成材料時代1900—：

在20世紀下半葉，合成高分子材料得到了飛速發(fā)展，已經(jīng)深入人類社會的方方面面。伴隨著核能的應(yīng)用、合成材料工業(yè)和以硅材料為支柱的半導(dǎo)體工業(yè)走向大規(guī)模工業(yè)化，人類開辟了以計算機技術(shù)、生物技術(shù)和空間技術(shù)為主要標志的新時代。

20世紀中后期，通過使用合成原料和新的制備技術(shù)，出現(xiàn)了一系列具有特殊功能的先進陶瓷材料。由于陶瓷具有資源豐富、密度小、耐腐蝕、耐高溫等特點，用途不斷擴大，成為世界各國材料研究的重點。1.2.1材料與人類文明硅時代(SiliconAge)1950—

第二次世界大戰(zhàn)中，開始用硅制作雷達的高頻晶體檢波器。所用的硅純度低，不是單晶體。

1950，制出第1只硅晶體管。

1952，用直拉法培育硅單晶成功。

1953，用無坩堝區(qū)域熔化法拉制單晶。

1955，采用Zn還原SiCl4法生產(chǎn)純硅，但不能滿足制造晶體管的要求

1956，氫還原SiHCl3法。

1960，用氫還原SiHCl3法進行工業(yè)生產(chǎn)，已具規(guī)模。硅整流器、硅閘流管問世，促使硅材料的生產(chǎn)一躍而居半導(dǎo)體材料的首位。

1960年代，硅外延生長單晶技術(shù)和硅平面工藝。硅晶體管制造技術(shù)趨于成熟，集成電路迅速發(fā)展。

1980年代初，全世界多晶硅產(chǎn)量達2500噸。1.2.1材料與人類文明20世紀90年代后，現(xiàn)代復(fù)合材料、各種新材料層出不窮，并得到快速發(fā)展，標志著人類已進入新材料時代。新材料使新技術(shù)得以產(chǎn)生和應(yīng)用，而新技術(shù)又促進了新工業(yè)的出現(xiàn)和發(fā)展。新材料時代1900—：1.2.1材料與人類文明

從人類利用材料的歷史中可以清楚地看到：每一種重要新材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，都會把人類支配自然的能力提高到一個新的水平。材料科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破都將引起生產(chǎn)技術(shù)的重大變革，甚至引發(fā)一場世界性的技術(shù)革命，大大加速社會發(fā)展的進程，給社會生產(chǎn)力和人類生活帶來巨大的變革，把人類物質(zhì)文明推向前進。1.2.1材料與人類文明材料是所有科技進步的核心。沒有鋼鐵材料，就沒有今天的高樓大廈。沒有專門為噴氣發(fā)動機設(shè)計的材料，就沒有靠飛機旅行的今天。沒有耐高溫復(fù)合涂層材料，就沒有人類探索外太空的飛船。沒有固體微電子電路，就沒有計算機。材料與建筑1.2.1材料與人類文明材料與交通1.2.1材料與人類文明材料與國防現(xiàn)代化

1.2.1材料與人類文明

材料的發(fā)展史1)

石器材料----對自然界天然物質(zhì)作簡單的打磨加工。

陶器材料----人類通過加工技術(shù)以一定的工藝制造非天然物質(zhì)材料的起點。2)

青銅、鐵器材料----加工、冶煉技術(shù)和工藝的改進。3)20世紀末主要的新材料----塑料、合成橡膠、化纖等各種高分子材料，特種陶瓷、特種玻璃、特種水泥、光導(dǎo)纖維、碳纖維、硼纖維等硅酸鹽和無機功能新材料，記憶合金、非晶態(tài)金屬、晶須、超導(dǎo)材料、超塑性金屬、超彈性合金等型金屬材料，以及纖維增強、疊層復(fù)合等新型復(fù)合材料。4)第四代、第五代材料----納米材料、超晶格膜、超純材料等“極限材料”和“分子設(shè)計”材料等。1.2.1材料與人類文明—材料是高新技術(shù)發(fā)展與社會現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和先導(dǎo)。1.2.2材料與新技術(shù)革命§1.2材料的地位和作用

材料既是人類社會進步的里程碑，又是社會現(xiàn)代化的物質(zhì)基礎(chǔ)。新材料的研究、開發(fā)與應(yīng)用從根本上反映著一個國家的科學(xué)技術(shù)與工業(yè)水平。電子管→晶體管→集成電路時代

電子管——晶體管——集成電路鎢、鉬電極鍺、硅半導(dǎo)體單晶硅片，高純鈦、SiO2、鉻薄膜1.2.2材料與新技術(shù)革命1）電子技術(shù)的發(fā)展

新材料的研發(fā)對電子工業(yè)的發(fā)展無疑起到了決定性作用。2）光通信的產(chǎn)生和發(fā)展1.2.2材料與新技術(shù)革命

光導(dǎo)纖維、激光技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展是促進通信技術(shù)進步的重要因素，而這些都與材料密切相關(guān)。正是由于新材料的發(fā)展，20世紀90年代初期人們提出的“信息高速公路”的設(shè)想今天已成為現(xiàn)實。

信息材料指用于信息的探測、傳輸、顯示、運算和處理的光電信息材料。主要包括監(jiān)測和傳感(獲取)信息的材料、傳輸信息的材料、存儲信息的材料、運算和處理信息的材料。

人類在步入信息時代的同時，也進入信息材料競爭的時代。

3）磁技術(shù)的廣泛應(yīng)用

磁性材料在現(xiàn)代化社會中應(yīng)用十分廣泛，電視機、計算機，電動機等都離不開各種磁性材料。1.2.2材料與新技術(shù)革命稀土NdFeB永磁合金4）超導(dǎo)技術(shù)的開發(fā)自1911年發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象以后，到了20世紀80年代，超導(dǎo)材料所達到的最高臨界溫度僅有23.2K，還沒有脫離液氦溫度。1986年，由于人們發(fā)現(xiàn)了氧化物超導(dǎo)體，超導(dǎo)材料才有了重大突破，此后，超導(dǎo)溫度跳躍式地升高到95～100K，已達到液氮溫區(qū)。超導(dǎo)技術(shù)的引入，將會使許多方面發(fā)生飛躍式發(fā)展。1.2.2材料與新技術(shù)革命超導(dǎo)電纜已安裝調(diào)試的超導(dǎo)電纜系統(tǒng)

5）航空航天技術(shù)的進步1.2.2材料與新技術(shù)革命

航空航天材料主要包括新型金屬材料（如先進鋁合金、超高強度鋼、高溫合金、高熔點合金、鈹及其合金）、燒蝕防熱材料和新型復(fù)合材料此外，還包括一些功能材料，如涂層材料、隔熱材料、透明材料、阻尼材料、密封材料、潤滑材料、粘合劑材料等。這些材料大部分屬于高分子材料和陶瓷材料，也有少量是阻尼合金等金屬材料。

三高一低的結(jié)構(gòu)材料（高強度、高模量、耐高溫、低密度)。在美國卡拉維納爾角航天基地待升空的航天飛機。應(yīng)用了成千上萬種材料，特別是一些高技術(shù)的新型材料。1.2.2材料與新技術(shù)革命

材料，特別是新材料與現(xiàn)代文明的關(guān)系十分密切，新材料的重要性是不言而喻的。美國國家委員會的一份研究報告指出，先進材料和先進材料工藝對國家的生活水平、安全及經(jīng)濟實力起著關(guān)鍵性的作用。

1986年，《科學(xué)的美國人》雜志指出：“先進材料對未來的宇航、電子設(shè)備、汽車以及其他工業(yè)的發(fā)展是必要的，材料科學(xué)的進展決定了經(jīng)濟關(guān)鍵部門增長速度的極限范圍?！?.2.2材料與新技術(shù)革命自工業(yè)革命后，人類社會的進步主要是材料推動的結(jié)果！

四次技術(shù)革命第一次技術(shù)革命18世紀后期

蒸汽機的發(fā)明及廣泛應(yīng)用為主要標志高爐、轉(zhuǎn)爐、平爐制造優(yōu)質(zhì)鋼材的工業(yè)化第二次技術(shù)革命19世紀末

電的發(fā)明和廣泛應(yīng)用為標志

遠距離輸送電材料以及通訊、照明用材料第三次技術(shù)革命20世紀中期

原子能應(yīng)用為主要標志

合成材料、半導(dǎo)體材料等大規(guī)模工業(yè)化、民用化第四次技術(shù)革命20世紀70年代計算機，特別是微電子、生物工程和空間技術(shù)為主要標志相關(guān)的新型結(jié)構(gòu)與功能材料1.2.2材料與新技術(shù)革命

以電子工程、空間技術(shù)、海洋工程、能源工程、生物工程為代表的第四次新技術(shù)革命浪潮同樣離不開新材料。

電子信息技術(shù)需要高性能電子材料、光電子材料、非線性光學(xué)材料、波導(dǎo)纖維和薄膜材料等功能材料；

能源工程技術(shù)離不開耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、高可靠以及壽命可預(yù)測的結(jié)構(gòu)材料；

先進的航天飛行器離不開耐高溫、耐低溫、耐輻射、耐腐蝕、耐燒蝕的輕質(zhì)高強結(jié)構(gòu)材料；

新能源的開發(fā)離不開實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換的各種功能材料。

各種材料的制備、加工和應(yīng)用，無一例外地都需要依賴適當?shù)氖侄尾拍軐崿F(xiàn)?？梢?，新材料的開發(fā)與應(yīng)用，對人類社會文明與經(jīng)濟發(fā)展，有著不可估量的作用。1.2.2材料與新技術(shù)革命材料是人類生存、社會發(fā)展、科技進步的物質(zhì)基礎(chǔ)、現(xiàn)代科技發(fā)展的先導(dǎo)。我國是材料大國，但不是材料強國。“神舟六號”飛船始返前后圖片

1.2.2材料與新技術(shù)革命

新材料

高新技術(shù)產(chǎn)品的出現(xiàn)

推動社會進步1.2.3新材料與可持續(xù)發(fā)展MATERIALSMETALPOLYMERINORGANIC非金屬材料物理化學(xué)的科學(xué)內(nèi)涵性能使用效能合成與制備組成與結(jié)構(gòu)非金屬材料科學(xué)與工程非金屬材料科學(xué)與工程是一門研究非金屬材料合成與制備、組成與結(jié)構(gòu)、性能、使用效能

四者之間的關(guān)系與規(guī)律的科學(xué)。

掌握非金屬材料的基礎(chǔ)知識；了解高分子化合物的特征；熟悉各種機械工程用非金屬材料的名稱（代號）性能及應(yīng)用范圍；了解非金屬工程材料的發(fā)展動向、新工藝及新技術(shù)。本課程學(xué)習(xí)目的及要求

抓好基本學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)注重理論知識的實際應(yīng)用總結(jié)歸納本課程學(xué)習(xí)方法非金屬材料的特點高分子材料的特點比重小、質(zhì)量輕耐腐蝕性好電絕緣性好減摩、耐磨性好消音和吸震性好無機非金屬材料的特點熔、沸點較高，硬度較大是電、熱的不良導(dǎo)體或非導(dǎo)體脆性較大第二章無機非金屬材料常用無機非金屬材料及應(yīng)用本章主要內(nèi)容無機非金屬材料的概念與特點無機非金屬材料的地位和作用什么是無機非金屬材料？金屬材料和有機高分子材料以外的固體材料通稱為無機非金屬材料。主要特性：熔點高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、耐氧化、彈性模量大、強度高。一般為脆性材料傳統(tǒng)陶瓷無機非金屬材料的種類陶瓷水泥玻璃特種陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷功能陶瓷常見陶瓷制品陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的結(jié)合鍵陶瓷材料的組成相的結(jié)合鍵為離子鍵（MgO、Al2O3）、共價鍵（金剛石、Si3N4）以及離子鍵與共價鍵的混合鍵以離子鍵結(jié)合的晶體稱為離子晶體。離子晶體在陶瓷材料中占有很重要的地位。它具有強度高、硬度高、熔點高、等特點。但這樣的晶體脆性大，無延展性，熱膨脹系數(shù)小，固態(tài)時絕緣，但熔融態(tài)可導(dǎo)電等特點。金屬氧化物晶體主要以離子鍵結(jié)合，一般為透明體。陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的結(jié)合鍵以共價鍵結(jié)合的晶體稱為共價晶體。共價晶體具有方向性和飽和性，因而共價鍵晶體的原子堆積密度較低。共價鍵晶體具有強度高、硬度高、熔點高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特點。但它脆性大，無延展性，熱膨脹系數(shù)小，固態(tài)、熔融態(tài)時都絕緣。最硬的金剛石、SiC、Si3N4、BN等材料都屬于共價晶體。陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的相組成晶體相晶體相是陶瓷材料最主要的組成相，主要是某些固溶體或化合物，其結(jié)構(gòu)、形態(tài)、數(shù)量及分布決定了陶瓷材料的特性和應(yīng)用。晶體相又分為主晶相、次晶相和第三相。陶瓷中晶體相主要有含氧酸鹽（硅酸鹽、鈦酸鹽等）、氧化物（MgO、Al2O3）、非氧化物（SiC，Si3N4）等。硅氧四面體是硅酸鹽陶瓷中最基本的結(jié)構(gòu)單元。陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的相組成玻璃相玻璃相是陶瓷材料中原子不規(guī)則排列的組成部分，其結(jié)構(gòu)類似于玻璃。玻璃相的作用是：熔點低，將分散的晶體相粘結(jié)起來，填充晶體之間的空隙，提高材料的致密度；降低燒成溫度，加快燒結(jié)過程；阻止晶體轉(zhuǎn)變、抑止晶粒長大。玻璃相對陶瓷強度、介電常數(shù)、耐熱性能是不利的。陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的相組成氣相（氣孔）陶瓷中氣孔主要是坯體各成分在加熱過程中單獨或互相發(fā)生物理、化學(xué)作用所生成的空隙。這些空隙可由玻璃相來填充，還有少部分殘留下來形成氣孔。氣孔對陶瓷的性能是不利的。它降低材料的強度，是造成裂紋的根源。陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的晶體缺陷點缺陷陶瓷材料晶體中存在的置換原子、間隙原子和空位等缺陷稱之為點缺陷。陶瓷材料的很多性質(zhì)如導(dǎo)電性與點缺陷有直接關(guān)系。此外，陶瓷材料的燒結(jié)、擴散等物理化學(xué)過程也與點缺陷有關(guān)。陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的晶體缺陷線缺陷位錯是陶瓷材料晶體中存在線缺陷。陶瓷材料中位錯形成所需要的能量較大，因此，不易形成位錯。陶瓷材料中位錯密度很低。陶瓷材料主要是離子鍵和共價鍵。這兩種結(jié)合鍵造成位錯的可動性降低。當位錯滑移時，離子鍵中同號離子相斥，導(dǎo)致離子鍵斷裂；而共價鍵的方向性和飽和性，具有確定的鍵長和鍵角，位錯的滑移也會導(dǎo)致共價鍵的破斷。陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)陶瓷材料的晶體缺陷面缺陷陶瓷材料一般是多晶材料。多晶材料中存在的晶界和亞晶界就是陶瓷材料中的面缺陷。我們知道晶粒細化可以提高材料的強度。晶界對金屬材料和陶瓷材料強度的提高作用機理是不同的。對金屬材料來說，晶界阻礙位錯的運動，從而強化了材料；而對陶瓷材料來說，利用晶界兩側(cè)晶粒取向的不同來阻止裂紋的擴展，提高強度。陶瓷材料的性能特點力學(xué)性能硬度陶瓷的硬度很高，多為1000Hv～1500Hv（普通淬火鋼的硬度500～800Hv）。陶瓷硬度高的原因是離子晶體中離子堆積密度大、以及共價晶體中電子云的重疊程度高引起的。剛度陶瓷的剛度很高。剛度是由彈性模量衡量的，而彈性模量又反映其化學(xué)鍵的鍵能。離子鍵和共價鍵的鍵能都要高于金屬鍵，因此陶瓷材料的彈性模量要高于金屬材料。陶瓷的硬度很高，多為1000Hv～1500Hv（普通淬火鋼的硬度500～800Hv）。陶瓷硬度高的原因是離子晶體中離子堆積密度大、以及共價晶體中電子云的重疊程度高引起的。陶瓷的剛度很高。剛度是由彈性模量衡量的，而彈性模量又反映其化學(xué)鍵的鍵能。離子鍵和共價鍵的鍵能都要高于金屬鍵，因此陶瓷材料的彈性模量要高于金屬材料。陶瓷材料的性能特點力學(xué)性能強度陶瓷材料的強度取決于鍵的結(jié)合力，理論強度很高。但陶瓷中由于組織的不均勻性，內(nèi)部雜質(zhì)和各種缺陷的存在，使得陶瓷材料的實際強度要比理論強度低100多倍。陶瓷材料的強度也受晶粒大小的影響。晶粒越細，強度越高。此外，陶瓷材料一般具有優(yōu)于金屬材料的高溫強度，高溫抗蠕變能力強，且有很高的抗氧化性。常用于高溫材料。陶瓷材料的性能特點力學(xué)性能塑性與韌性陶瓷材料的塑性和韌性較低，這是陶瓷最大的弱點。陶瓷材料受到載荷時在不發(fā)生塑性變形的情況下，就發(fā)生斷裂。斷裂是裂紋形成和擴展的過程。陶瓷內(nèi)部和表面所產(chǎn)生的微裂紋，由于裂紋尖端的應(yīng)力集中，內(nèi)部裂紋在受到外應(yīng)力時擴展很快，這是導(dǎo)致陶瓷材料斷裂的根本原因。陶瓷材料的性能特點熱學(xué)性能熔點陶瓷材料由離子鍵和共價鍵結(jié)合，因此具有較高的熔點。熱容熱膨脹陶瓷材料在低溫下熱容小，在高溫下熱容增大。陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)小，這是由晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵決定的。一般為10－5～10－6/K。陶瓷材料在低溫下熱容小，在高溫下熱容增大。陶瓷材料由離子鍵和共價鍵結(jié)合，因此具有較高的熔點。陶瓷材料在低溫下熱容小，在高溫下熱容增大。陶瓷材料的熱膨脹系數(shù)小，這是由晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵決定的。一般為10－5～10－6/K。陶瓷材料由離子鍵和共價鍵結(jié)合，因此具有較高的熔點。陶瓷材料在低溫下熱容小，在高溫下熱容增大。陶瓷材料的性能特點電學(xué)性能陶瓷材料是良好的絕緣體?？捎糜诟綦姷慕^緣材料；陶瓷還具有介電特性，可作為電器的介質(zhì)。陶瓷材料的介電損耗很小，可大量制造高頻、高溫下工作的器件。陶瓷材料由于晶界和氣孔的存在，一般是不透明的?？梢酝ㄟ^燒結(jié)方法的改變和控制晶粒的大小，制備出透明的氧化物陶瓷。光學(xué)性能陶瓷材料是良好的絕緣體。可用于隔電的絕緣材料；陶瓷還具有介電特性，可作為電器的介質(zhì)。陶瓷材料的介電損耗很小，可大量制造高頻、高溫下工作的器件。陶瓷材料由于晶界和氣孔的存在，一般是不透明的?？梢酝ㄟ^燒結(jié)方法的改變和控制晶粒的大小，制備出透明的氧化物陶瓷。陶瓷材料的性能特點化學(xué)性能陶瓷的結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，很難與介質(zhì)中的氧發(fā)生作用。例如在以離子晶體為主的陶瓷中，金屬離子被氧離子所包圍，被屏蔽在其緊密排列的間隙之中，不但室溫下不會氧化，甚至在1000℃以上的高溫也不會氧化。

陶瓷材料加工方法配料成形煅燒普通陶瓷的生產(chǎn)工藝及種類普通陶瓷的生產(chǎn)工藝1、原料配制黏土、石英、長石，各種氧化物或其它物質(zhì)2、坯料成形可塑成形法，注漿成形法、模壓成形法3、制品的燒結(jié)蒸發(fā)階段、氧化物分解和晶型轉(zhuǎn)化階段、?；纱呻A段、冷卻階段1。日用陶瓷2。普通工業(yè)陶瓷1）建筑陶瓷2）衛(wèi)生陶瓷4）化工陶瓷3）電器絕緣陶瓷普通陶瓷的種類（1）日用陶瓷一般應(yīng)具有良好的白度、光澤度、透光性、熱穩(wěn)定性和強度。日用陶瓷主要應(yīng)用于茶具、餐具和工藝品長石瓷質(zhì)，絹云母瓷質(zhì)，骨灰瓷質(zhì)，日用瓷質(zhì)1）建筑陶瓷以黏土為主要原料而制得的用于建筑物的陶瓷粗陶瓷：以難熔黏土為主要原料，包括磚、瓦、盆罐等精陶瓷：以瓷土和高嶺土為主要原料，包括釉面磚、建筑衛(wèi)生陶瓷等炻瓷：以陶土和黏土為主要原料，包括地磚、外墻磚、shi耐酸陶瓷等(紫砂)（2）普通工業(yè)陶瓷2）衛(wèi)生陶瓷以高嶺土為主要原料而制得的用于衛(wèi)生設(shè)施的帶釉陶瓷制品，有陶質(zhì)、炻瓷質(zhì)和瓷質(zhì)等。3）電器絕緣陶瓷又稱電瓷，是作為隔電、機械支撐及連接用的瓷質(zhì)絕緣器件。分為低壓電瓷、高壓電瓷和超高壓電瓷等。4）化工陶瓷要求耐酸、耐高溫、具有一定強度。主要用于化學(xué)、化工、制藥、食品等工業(yè)。結(jié)構(gòu)陶瓷材料的制造工藝結(jié)構(gòu)陶瓷材料結(jié)構(gòu)陶瓷的生產(chǎn)工藝1、粉末制備固相法，氣相法，液相法，機械法，熔劑蒸發(fā)法2、成形冷等靜壓成形，注射成形，爆炸成形3、燒結(jié)常壓燒結(jié)，氣氛壓力燒結(jié)，熱壓燒結(jié)，熱等靜壓燒結(jié)，反應(yīng)燒結(jié)，電火花燒結(jié)，自擴散高溫合成常用結(jié)構(gòu)陶瓷材料結(jié)構(gòu)陶瓷的種類氧化物陶瓷非氧化物陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷材料氧化物陶瓷特點：化學(xué)穩(wěn)定性好、抗氧化性強、熔融溫度高、高溫強度高。Al2O3陶瓷BeO陶瓷ZrO2陶瓷MgO/CaO陶瓷ThO2/VO2陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷材料Al2O3陶瓷Al2O3陶瓷又稱高鋁陶瓷，主要成分是Al2O3和SiO2。主晶相為剛玉（α－Al2O3），隨著SiO2質(zhì)量百分數(shù)的增加，還出現(xiàn)莫來石和玻璃相。根據(jù)陶瓷坯中主晶相的不同，分為剛玉瓷、剛玉－莫來石瓷和莫來石瓷。Al2O3有三種結(jié)晶形態(tài)，即α、β、γ相。α型是高溫型，而γ相是低溫型。其中剛玉瓷的性能最佳。結(jié)構(gòu)陶瓷材料Al2O3陶瓷的性能及應(yīng)用1。強度高2。硬度高：機械加工磨料、磨具、切削工具等3。熔點高、抗腐蝕：耐火材料、爐管、熱電偶保護套等4?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好：坩堝、人體關(guān)節(jié)、人工骨骼5。電絕緣性好：基板、火化塞、電路外殼6。光學(xué)性能好：制成透光材料、微波整流罩窗口、激光振蕩元件等結(jié)構(gòu)陶瓷材料BeO陶瓷BeO晶體無色，屬六方晶系，在固態(tài)下無晶型轉(zhuǎn)變，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。BeO陶瓷的導(dǎo)熱系數(shù)大，線膨脹系數(shù)不大，抗熱震性高，高溫電絕緣性好，電導(dǎo)率低，介電常數(shù)高；硬度與Al2O3差不多，化學(xué)穩(wěn)定性好，是抵抗炭還原作用最強的一種氧化物。結(jié)構(gòu)陶瓷材料ZrO2陶瓷ZrO2陶瓷有三種晶型。常溫下是單斜晶系，1000度以上轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄?，?300度以上又轉(zhuǎn)變成立方晶系。由單斜向四方的轉(zhuǎn)變是可逆的，并伴隨7％的體積膨脹。導(dǎo)致陶瓷在燒結(jié)時容易開裂，為此，要加入適量的穩(wěn)定劑，如Y2O3。ZrO2陶瓷的特點是熱導(dǎo)率小，是理想的高溫絕熱材料。化學(xué)穩(wěn)定性好，能抵抗酸性或中性熔渣的侵蝕，可用作特種耐火材料；硬度高，可制作冷成型工具、整形模、切削工具、剪刀等；強度高、韌性好，可制作發(fā)動機構(gòu)件等。結(jié)構(gòu)陶瓷材料MgO/CaO陶瓷耐高溫，抗金屬及堿性熔渣腐蝕，可以用作坩堝冶煉高純度Fe、Mo、Cu、Mg等。也可用于高溫?zé)犭娕急Ｗo套等。ThO2/VO2陶瓷具有高熔點、高密度、低熱傳導(dǎo)性、低揮發(fā)性。主要用于制造熔煉Lr、Pt、Ag和其他金屬的坩堝，電爐構(gòu)件，核動力反應(yīng)堆中的發(fā)熱元件等。結(jié)構(gòu)陶瓷材料非氧化物陶瓷特點：高耐火度、高硬度、高耐磨性。SiC陶瓷有兩種晶體結(jié)構(gòu)：α－SiC和β－SiC。前者屬六方晶系，是高溫穩(wěn)定相；后者屬等軸晶系，是低溫穩(wěn)定相。SiC陶瓷的莫氏硬度13，在1400度的高溫下仍能保持相當高的彎曲強度；SiC陶瓷有很高的熱傳導(dǎo)能力，抗蠕變性能好，對酸性熔體有很強的抵抗力，但不抗強堿。SiC陶瓷主要用作高溫結(jié)構(gòu)材料。如火箭尾噴管的噴嘴，熱電偶套管等高溫零件。還可用于高溫下熱交換器。SiC陶瓷Si3N4陶瓷BN陶瓷B4C陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷材料氮化物陶瓷特點：高耐火度、高硬度、高耐磨性。Si3N4陶瓷是強共價鍵材料，原子結(jié)合力強，屬六方晶系。Si3N4陶瓷具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能抵抗除氫氟酸以外的各種酸、堿和熔融金屬的侵蝕；具有優(yōu)異的絕緣性；硬度高，摩擦系數(shù)小，是一種優(yōu)良的耐磨材料；線膨脹系數(shù)小，熱導(dǎo)率高，抗熱震性好；室溫強度雖然不高，但高溫強度較高。此外，還有BN陶瓷和B4C陶瓷等。結(jié)構(gòu)陶瓷材料耐火陶瓷什么是耐火材料？耐火度不低于1580度的材料。廣泛應(yīng)用于冶金、硅酸鹽、化工、機械等領(lǐng)域的窯爐以及高溫容器的耐高溫材料。常見的耐火材料黏土磚輕質(zhì)磚半硅磚高鋁磚鎂磚碳磚耐火磚耐火纖維耐火混凝土1）耐火材料的性能指標耐火度材料在高溫下不熔化的性質(zhì)。荷重軟化溫度指耐火材料在溫度和荷重的作用下抵抗變形的能力。高溫體積穩(wěn)定性在高溫下外形體積及線度保持穩(wěn)定的能力?？篃嵴鹦钥乖栽诟邷叵?，溫度急劇變化不破壞的能力。抵抗熔渣或熔融液侵蝕的能力。耐真空性在真空和高溫下服役的能力。2）常見耐火磚粘土磚中性耐火材料，使用溫度不超過1000℃，抗熱震性。輕質(zhì)磚輕質(zhì)磚含有較多的氣孔，不僅耐火而且絕熱。半硅磚重?zé)€收縮很小，抗渣性也好。硅磚高鋁磚硅磚高溫強度好，荷重軟化溫度幾乎接近耐火度?？乖院?，耐壓強度大，抗熱震性很好。鎂質(zhì)耐火磚堿性耐火材料，耐火度很高，但抗熱震性很差。炭磚耐火度高，抗渣性強，抗熱震性好，強度高，耐磨。3）耐火纖維4）耐火混凝土具有一般纖維的特性（如柔韌、強度高等），可加工成各種紙、帶、線繩、氈和毯等，又具有普通纖維所沒有的耐高溫、耐腐蝕和抗氧化的性能，克服了一般耐火材料的脆性，同時，有非常顯著的節(jié)能效果。目前發(fā)展最快應(yīng)用最多的是硅酸鋁耐火纖維。硅酸鋁纖維及其制品的耐火度多數(shù)可達1700℃以上。具有彈性好、熱導(dǎo)率低、熱膨脹小、質(zhì)量輕、抗熱震性好、安裝容易等特點，因而得到廣泛應(yīng)用。主要用于加熱爐以及窯爐、管道隔熱和密封大件。一般由骨料、膠結(jié)料、摻和料三部分按一定比例制成混合料直接澆注而成，有時還要加促凝劑。根據(jù)膠結(jié)料的不同，耐火混凝土可分為：鋁酸鹽耐火混凝土、水玻璃耐火混凝土、磷酸鹽耐火混凝土和硫酸鋁耐火混凝土等。玻璃什么是玻璃？凡熔融體通過一定方式冷卻，因黏度逐漸增加而具有固體性質(zhì)與一定結(jié)構(gòu)特征的非晶態(tài)物質(zhì)，都稱為玻璃。玻璃的分類鈉鈣玻璃鉛玻璃硼硅酸鹽玻璃石英玻璃鋼化玻璃微晶玻璃彩色玻璃變色玻璃磨光玻璃磨砂玻璃壓花玻璃夾層玻璃玻璃的發(fā)展簡史玻璃的制造已有5000年以上的歷史。古時候的玻璃也叫謬琳、琉璃、陸璃、頗璃等。玻璃的性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)理論強度高，實際強度低?？箟簭姸雀撸估瓘姸鹊?。硬度高，脆性大。物理性質(zhì)高度透明，具有很重要的光學(xué)性質(zhì)。能透可見光和紅外線?；瘜W(xué)性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定?？顾岣g，但不抗堿。玻璃的生產(chǎn)壓制成形吹制成形拉制成形加工纖維常見玻璃品種-17種鈉鈣玻璃鉛玻璃硼硅酸鹽玻璃石英玻璃鋼化玻璃微晶玻璃彩色玻璃光致變色玻璃夾層玻璃夾絲玻璃吸熱玻璃中空玻璃防護玻璃磨光玻璃磨砂玻璃壓花玻璃電熱玻璃石棉什么是石棉？是天然纖維狀的硅質(zhì)礦物的泛稱，是一種被廣泛應(yīng)用于建材防火板的硅酸鹽類礦物纖維，也是唯一的天然礦物纖維，它具有良好的耐火、耐熱、保溫、隔音、絕緣、防蝕性能和高的抗拉強度，故被廣泛應(yīng)用。石棉的種類很多，最常見的三種是溫石棉（白石棉）、鐵石棉（褐石棉）及青石棉（藍石棉），其中以溫石棉含量最為豐富，用途最廣。根據(jù)不同礦產(chǎn)成分可分為蛇紋石類石棉和角閃石類石棉等兩大類。蛇紋石類石棉角閃石類石棉名稱來源：Serpentine一字，是指一種具有像蛇般云彩的綠色塊狀巖石。石棉制品與應(yīng)用石棉線石棉繩石棉盤根石棉條石棉紙和石棉板石棉制動制品石棉對人體的危害與作業(yè)防護（1）廣泛宣傳教育（2）限制石棉制品（3）嚴格按石棉作業(yè)規(guī)程作業(yè)（4）采取妥善的防護