无机非金属材料(1)pdf

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1、化工材料学基础IntroductiontoMaterialsforChemicalEngineering第3讲无机非金属材料（1）陈建峰/毋伟北京化工大学教育部超重力工程研究中心有机无机复合材料国家重点实验室E-mail:wuwei@mail.buct.edu.cnTel:010-64443134内容绪论无机非金属材料第一节陶瓷概论第二节传统陶瓷材料第三节结构陶瓷材料第四节功能陶瓷材料第五节其它无机非金属材料无机非金属材料（Inorganicnonmetallicmaterials）：除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称无机非金属材料¾以

2、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、硼酸盐等物质组成的材料¾20世纪40年代以后，随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来陶瓷硅酸盐无机非金属材料无机非金属材料无机非金属材料的特点¾元素结合力主要为离子键、共价键或离子—共价混合键¾高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本特性¾宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性无机非金属材料玻璃日用陶瓷胶凝材料传统陶瓷普通工业陶瓷耐火材料陶瓷(狭义)氧化物陶瓷结构陶瓷非氧化物陶瓷（工程陶现代陶瓷瓷）导电陶瓷介电陶瓷功能陶瓷压电陶瓷

3、热电陶瓷电光陶瓷磁性陶瓷唐三彩玻璃胶凝材料传统陶瓷耐火材料日用陶瓷陶瓷氧化物陶瓷：AlO，ZrO232(广义)结构陶瓷非氧化物陶瓷：SiN34，（工程陶SiC，WC瓷）现代陶瓷导电、半导体、绝缘陶瓷介电陶瓷压电陶瓷功能陶瓷热电陶瓷电光陶瓷磁性陶瓷第一节陶瓷概论一、陶瓷材料的分类二、陶瓷材料的物质结构三、陶瓷材料的性能特点四、陶瓷材料的制造工艺什么是陶瓷？陶瓷是天然或人工合成的粉状化合物，经过成形和高温烧结制成的，由金属和非金属元素的无机化合物构成的多晶固体材料一、陶瓷材料的分类按性能分类：日用陶瓷（瓷器）传统陶瓷普通工业陶瓷（建筑陶瓷、卫陶瓷(狭义

4、)生陶瓷）结构陶瓷（工程陶瓷）现代陶瓷功能陶瓷按成分分类：氧化物陶瓷（AlO）陶瓷23非氧化物陶瓷（SiC、BN）清青花1．传统陶瓷（普通陶瓷）传统陶瓷主要指粘土制品以天然的硅酸盐矿物为原料经粉碎、成形、烧结制成的产品包括日用陶瓷、建筑陶瓷、卫生陶瓷、电器绝缘陶瓷、化工陶瓷和多孔陶瓷清彩瓷2．现代陶瓷（特种陶瓷）¾采用高度精选的原料，具有能精确控制的化学组成，按照便于控制的制造技术加工的，便于进行结构设计，并具有优异特性的陶瓷¾具有各种特殊力学、物理或化学性能¾也称为先进陶瓷、新型陶瓷、精细陶瓷、高技术陶瓷、高性能陶瓷等现代陶瓷结构（工程）具有机械

5、功能、热功能陶瓷：和部分化学功能的陶瓷材料功能陶瓷：具有电、光、磁、化学和生物体特性，且具有相互转换功能的陶瓷材料陶瓷材料分类现代陶瓷的应用现代陶瓷和传统陶瓷的主要区别¾原料上，突破了传统陶瓷以粘土为主要原料的界限，代之以“高度精选的原料”；¾成分上，传统陶瓷以粘土为主要原料，不同产地的陶瓷有不同的质地；现代陶瓷的原料一般为纯化合物，其成分由人工配比决定；¾制备工艺上，现代陶瓷突破了传统陶瓷以炉窑为主要生产手段的界限，广泛采用如真空烧结，保护气氛烧结，热压、热等静压等先进手段；¾性能上，现代陶瓷具有不同的特殊性能和功能，如高强度、高硬度、耐腐蚀、导

6、电、绝缘，以及磁、电、光、声、生物工程等各方面的特殊性能。陶瓷按化学成分分类氧化物陶瓷：如含AlO、MgO、CaO、23BeO、ThO、VO等的陶瓷22非氧化物陶瓷：如含碳化物、氮化物、硼化物、硅化物等的陶瓷二、陶瓷材料的物质结构1．陶瓷材料的结合键离子键（如MgO、AlO等）23共价键（如金刚石、SiN、BN等）34离子键和共价键的混合键¾陶瓷材料多以混合键结合，既有离子键结合，又有共价键结合。¾假定材料为A、B两类原子构成，如果价电子在A、B原子周围的电荷密度相等，就以共价键结合。如果B原子周围的价电子密度大大超过A原子周围的电荷密度，就形成离

7、子键。¾通常认为以离子键结合的MgO，其离子性结合键比例为84％，另有16％的共价键结合。而通常认为是共价键结合的SiC，另有18％的离子性结合。2．陶瓷材料的相组成及其结构晶体相、玻璃相和气相（气孔）1）晶体相¾晶体相是陶瓷材料最主要的组成相，为某些固溶体或化合物，其结构、形态、数量及分布决定了陶瓷的特性和应用。¾陶瓷常为多相，可分为主晶相、次晶相及第三晶相。2）玻璃相玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列的组成部分。陶瓷中玻璃相的作用：将分散的晶体相粘结起来，填充晶体之间的空隙，提高材料的致密度；降低烧成温度，加快烧结过程；阻止晶体转变，抑制晶体长大

8、并填充气孔间隙；获得一定程度的玻璃特性，如透光性等。玻璃相对陶瓷的强度、介电性能、耐热耐火性能不利，不能成为陶瓷的主导组成