无机非金属材料new

《无机非金属材料new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、4.3无机非金属材料4.3.1无机非金属材料分类无机非金属材料指某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物（包括硫化物、硒化物及碲化物）和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料。包括陶瓷、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型无机材料等。其中陶瓷一词，随着与陶瓷工艺相近的无机材料的不断出现，其概念的外延也不断扩大。最广义的陶瓷概念几乎与无机非金属材料的含意相同。无机非金属材料是当代材料体系中的一个重要组成部分。无机非金属材料的名目繁多，用途各异，目前尚没有统一而完善的分类方法。通常把它们分为传统（普通）无机非金属材料和新型（特种）无机

2、非金属材料两大类（见表4.3-1）。前者指以硅酸盐为主要成分的材料并包括一些生产工艺相近的非硅酸盐材料，如碳化硅、氧化铝陶瓷、硼酸盐、硫化物玻璃、镁质或铬质耐火材料和碳素材料等。这一类材料通常生产历史较长、产量较高、用途也很广。后者主要指20世纪以来发展起来的、具有特殊性质和用途的材料，如压电、导体、半导体、磁性、超硬、高强度、超高温、生物工程材料以及无机复合材料等。上述这种分类并不是绝对的，由于新型材料是从传统材料逐渐发展起来的，有些材料的归属很难确定。习惯上无机非金属材料沿用传统生产工艺分为陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、碳素材料等类，同时，新型材料按其生

3、产工艺、用途和发展状况，又逐步形成一些新的材料类别，如无机复合材料、无机多孔材料等。有些品种按习惯并入传统分类中，如压电陶瓷并入陶瓷；微晶玻璃、光导纤维等并入玻璃。有时又可按照材料的主要成分分类，如硅酸盐、铝酸盐、氧化物、氮化物材料等；也可以根据材料的用途分为日用、建筑、化工、电子、航天、通信、医学材料等；也有按材料性质分的，如胶凝、耐火、耐磨、导电、绝缘、半导体材料等；还有根据材料的物质状态分的，如晶体（单晶体、多晶体、微晶体）、非晶体及复合材料等；或从材料的外观形态分，有块状、多孔、纤维、晶须、薄膜材料等。表4.3-1无机非金属材料分类材料品种示例水泥和其他

4、胶凝材料硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石灰、石膏等陶瓷粘土质、长石质、滑石质和骨灰质陶瓷等耐火材料硅质、硅酸盐质、高铝质、镁质、铬镁质等传统玻璃硅酸盐、硼酸盐、氧化物、硫化物和卤素化合物玻璃等无机搪瓷钢片、铸铁、铝和铜胎等非金铸石辉绿石、玄武岩、铸石等属材研磨材料氧化硅、氧化铝、碳化硅等料多孔材料硅藻土、沸石、多孔硅酸盐和硅酸铝等碳素材料石墨、焦炭和各种碳素制品等非金属矿粘土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金刚石等氧化铝、氧化铍、滑石、镁橄榄石质陶瓷、石英玻璃和微晶玻璃高频绝缘材料等铁电和压电材料钛酸钡系、锆钛酸铅系材料等磁性材料锰-锌、镍-锌、锰-镁、锂-锰等铁氧

5、体、磁记录和磁泡材料等导体陶瓷钠、锂、氧离子的快离子导体和碳化硅等新型钛酸钡、氧化锌、氧化锡、氧化钒、氧化锆等过渡金属元素氧化半导体陶瓷无物系材料等机非钇铝石榴石激光材料，氧化铝、氧化钇透明材料和石英系或多组光学材料金分玻璃的光导纤维等属材高温结构陶瓷高温氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等难熔化合物料超硬材料碳化钛、人造金刚石和立方氮化硼等人工晶体铌酸锂、钽酸锂、砷化镓、氟金云母等生物陶瓷长石质齿材、氧化铝、磷酸盐骨材和酶的载体等无机复合材料陶瓷基、金属基、碳素基的复合材料4.3.2碳素材料以单质形式存在的碳的同素异构体种类较多，除少量瞬间存在的气态低碳分子：Cl

6、，C2，C3，C4，C5等外，主要的存在形式有金刚石、石墨、球碳和无定形碳等。下面分别予以介绍。图4.3-1金刚石、石墨、和无定形碳1.金刚石3在金刚石中，C原子以sp杂化轨道和相邻C原子一起形成按四面体向排布的4个C—C单键，共同将C原子结合成无限的三维骨架，可以说一粒金刚石晶体就是一个大分子。绝大多数天然的和人工合成所得的金刚石均属立方晶系。晶体的7空间群为O−Fd3m，晶胞参数(298K)a＝356.688pm。C—C键键长154.45pm，h(a)(b)图4.3-2金刚石的晶体结构(a)立方金刚石(b)六方金刚石（图示为拼在一起的3个晶胞）CCC键角10

7、9.47°。图4.3-2(a)示出立方金刚石的结构。在金刚石晶体结构中，碳原子形成呈椅式构象的六元环，每个C—C键的中心点为对称中心，这使得和C—C键两端相连接的6个C原子形成交错式排列，是一种最稳定的构象。在金刚石晶体中，C—C键贯穿整个晶体，各个方向都结合得完美，因而金刚石抗压强度高，耐磨性能好。它的晶体不易滑动和进行解理(cleavage)，使金刚石成为天然存在的最硬的物质。金刚石的堆积虽然较空旷，若按硬球接触模型计，堆积系数仅为34.01％，但它的可压缩性很小。金刚石熔点是所有单质中最高的一种，达4100土100K。在金刚石中，C原子的全部价电子都参与成

8、键，所以纯净而完整的金刚