无机非金属资料.doc

《无机非金属资料.doc》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、3.1无机材料概述1.定义：无机非金属材料:以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤化物、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。无机非金属材料学:一门多学科相互交叉的新兴科学,主要研究无机非金属材料的成分、制备工艺、组织结构、材料性能和使用性能四个要素,以及它们之间相互关系的科学。2.晶体的宏观特征：自范性，F(晶面数)+V(顶点数)=E(晶棱数)+2；均匀性（源于周期性均匀排布）；物理性质的异向性；稳定性，固定熔点；对称性3.晶体的微观特征：短程有序，长程也有序，具点阵结构4.非晶的宏观特征：只有玻璃转化温度，无固定熔点；无规则多面体几何外型，可制成玻

2、璃体，丝，薄膜等特殊形态；物理性质各向同性；均匀性（源于原子无序分布的统计性规律，无晶界）。5非晶体的微观特征：长程无序，无平移对称性；短程有序，双体概率分布函数6.传统无机材料优点：抗腐蚀，耐高温，高强度缺点：质脆，经不起热冲击，抗拉强度低，韧性差7.现代科学对无机材料的要求：高强度，耐高温，特殊性能（有利于无机材料的发展）新型无机材料的电学特性：一些新型无机非金属材料可以作为半导体、导体、超导体等，一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板。光学特性：有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。生物特性：有些新型无机非金属材料强度高

3、、无毒、不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植入人体内。人造牙齿、人造骨骼，已应用于医疗。课堂练习：•晶体和非晶体的宏观性质差别体现在哪几个方面？•简述晶体和非晶的微观结构差异。•列举五种你所知的无机非金属材料。思考题：阐述传统无机材料和新型无机材料的特性差别。•谈谈无机非金属材料与人类文明的关系3.2典型无机材料——玻璃1.玻璃简介：（1）玻璃：由熔融体经冷却、固化而成的非晶态固体玻璃态：非晶态固体的一种。技术词典定义:“从熔体冷却,在室温下还保持熔体结构的固体物质状态”。广义：单质/有机/无机玻璃；狭义：无机玻璃（2）类型：——普通玻璃　硅酸盐玻璃，用石英砂、纯

4、碱和石灰石共熔而制得的一种无色透明的熔体Na2CO3+CaCO3+6SiO2=Na2O×CaO×6SiO2+2CO2——特殊玻璃　改变普通玻璃的化学组成或对玻璃特殊处理，得到各种特殊性能的玻璃（3）玻璃态的物理通性：非晶特性：各向同性；无固定熔点；玻璃特性：介稳性；性质变化的连续性和可逆性（4）玻璃的结构-含义：玻璃结构：离子或原子在空间的几何配置及它们在玻璃中形成的结构形成体近代玻璃结构的假说：晶子学说，无规则网络学说，凝胶学说，五角形对称学说，高分子学说（5）.玻璃的结构假说：晶子学说（兰德尔，1930）　　基本观点：玻璃由无数“晶子”组成，分散于无定形介质中，且“晶

5、子”部分到无定形部分过渡是逐步完成的，两者无明显界线，是高分散晶子的集合体。评价：玻璃微观不均匀性的首次揭示，描述玻璃结构近程有序的特点。不足之处：晶子尺寸太小，无法用x-射线检测晶子的含量、组成。（6）玻璃的结构：无规则网络学说(查哈里阿明森,1932)基本观点：近程有序与晶体相似，形成氧离子多面体(三角形、四面体)，多面体间顶角相连形成三度空间连续网络，为拓扑无序。评价：玻璃为宏观均匀、远程无序的结构，呈各向同性不足之处：对分相研究不利，不能完满解释玻璃的微观不均匀性和分相现象（7）玻璃的结构-假说两种学说的异同点　　相同点：玻璃为近程有序、远程无序结构的无定形物质不

6、同点：晶子假说着重于玻璃结构的微观不均匀和有序性（短程有序）无规则网络学说着重于玻璃结构的无序、连续、均匀和统计性（长程无序）2.玻璃的常见类型Ø（1）石英玻璃Ø硅氧四面体[SiO2]呈顶角相连的三维网络Ø主体氧化物SiO2（决定性作用）Ø当R2O或RO加入玻璃中，由于增加O/Si比例，使O/Si比为主的三维结构破坏，导致性质变化。Ø（2）钠钙硅玻璃Ø结构：熔融石英玻璃中加入碱金属氧化物(如Na2O),Si-O网络发生断裂，碱金属离子处于非桥氧附近的网穴中，性能不好，无实用价值。Ø解决方法：加入CaO使玻璃的结构和性质改善，得到性能优良的钠钙硅玻璃。（3）硼酸盐玻璃硼氧三

7、角体[BO3]相接的硼氧三元环集团，低温下呈由桥氧连接硼氧三角体和硼氧三元环形成的向两度空间发展的网络，属层状结构。引入RO或R2O，产生硼氧四面体[BO4]，形成碱硼酸盐玻璃，平面的层状结构立体的架状结构，网络加强。“硼氧反常性”：与相同条件下的硅酸盐玻璃相比，引入RO或R2O后，玻璃的各种物理性质向相反的方向变化3.玻璃的性质：（1）粘度：面积S的二平行液层，以一定速度梯度移动所需克服的内磨擦力f影响因素：温度：T低时粘度大成分：增粘：SiO2,Al2O3,ZrO等；降粘：R2O,PbO,CdO,Bi2O3,SnO减高温粘