无机非金属材料知识总结.pdf

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1、无机非金属材料知识总结定义：金属材料和有机高分子材料以外的固体材料通称为无机非金属材料。主要组成：各种金属元素与非金属元素形成的无机化合物和非金属单质材料。分类：陶瓷、玻璃、水泥1.陶瓷材料定义：陶瓷的概念较宽泛，通常指矿物或化工原料经预处理、成型、烧成等工序获得的无机非金属材料与产品。性能：高强度、高耐磨、高耐候性、高硬度，以及在电、磁、声、光等方面的特殊性能。用途：不局限于传统的日用、卫生和建筑陶瓷，已拓展到化工、纺织、汽车、航空航天等领域。先进陶瓷：牙科陶瓷：陶瓷义齿、正畸用陶瓷托槽陶瓷卷发器，95瓷发热体陶瓷面板，热效率高陶瓷制动器防弹陶瓷航天飞机隔热瓦光敏陶瓷压电

2、陶瓷（1）陶瓷材料的显微结构陶瓷材料的结合键：离子键（MgO、Al2O3）共价键（金刚石、SiO2）离子键与共价键的混合键（大部分陶瓷材料）晶体相晶体相是陶瓷材料最主要的组成相，主要是某些固溶体或化合物。晶体相又分为主晶相、次晶相和第三相。陶瓷中晶体相主要有含氧酸盐（硅酸盐、钛酸盐等）、氧化物（MgO、Al2O3）、非氧化物（SiC，Si3N4）等。晶体相的结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料的特性和应用。玻璃相玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列的组成部分，其结构类似于玻璃。玻璃相的作用是：1.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；2.降低烧成温度，加

3、快烧结过程；3.阻止晶体转变、抑止晶粒长大。玻璃相对陶瓷强度、介电常数、耐热性能是不利的。气相陶瓷中气孔主要是坯体各成分在加热过程中单独或互相发生物理、化学作用所生成的空隙。这些空隙可由玻璃相来填充，还有少部分残留下来形成气孔。气孔含量可在0~90%间变化。气孔对陶瓷的性能是不利的，它降低材料的强度，是造成裂纹的根源。（2）陶瓷材料的性能特点力学性能弹性模量：原子间结合强度的一个标志，反映材料抵抗变形的能力。陶瓷材料的弹性模量约为10~500GPa，是金属材料的2倍以上。硬度：陶瓷的硬度很高，多为1000～1500HV，（普通淬火钢的硬度500～800HV）。强度：陶瓷材料

4、的强度取决于键的结合力，理论强度很高。但陶瓷中由于组织的不均匀性，内部杂质和各种缺陷的存在，使得陶瓷材料的实际强度要比理论强度低100多倍。陶瓷材料的强度取决于键的结合力，理论强度很高。但陶瓷中由于组织的不均匀性，内部杂质和各种缺陷的存在，使得陶瓷材料的实际强度要比理论强度低100多倍。塑性与韧性：陶瓷材料最突出的弱点是塑性和韧性很低。只有极少数具有简单晶体结构的陶瓷材料在室温下具有塑性，如MgO，KBr等。一般陶瓷材料在室温下塑性为零。陶瓷材料是脆性的，陶瓷材料受到荷载时，不发生塑性变形就已经断裂。原因：脆性的本质与陶瓷材料主要是共价键、离子键有关。一方面，陶瓷材料中位错

5、的柏氏矢量大，位错形成能高，导致位错密度低，陶瓷中滑移系统少；另一方面，键的结合力强，位错运动的阻力高，使位错难于运动，如产生相对位移，将破坏结合键，引起破裂。减轻脆性的途径：制造微晶、高密度、高纯度的陶瓷在陶瓷表面引入压应力复合强化热学性能熔点：陶瓷材料由离子键和共价键结合，因此具有较高的熔点。导热性：陶瓷材料的导热性比金属小，多为较好的绝热材料。－5－6热膨胀：陶瓷材料的热膨胀系数小，这是由晶体结构和化学键决定的。一般为10～10/K。光学性能陶瓷材料由于晶界和气孔的存在，一般是不透明的。可以通过烧结方法的改变和控制晶粒的大小，制备出透明的氧化物陶瓷。部分陶瓷材料具有透

6、光性、导光性、光反射等功能，可作为透明材料、红外光学材料、光传输材料、激光材料等。电学性能陶瓷材料是良好的绝缘体，可用于隔电的绝缘材料；陶瓷还具有介电特性，可作为电器的介质；陶瓷材料的介电损耗很小，可大量制造高频、高温下工作的器件。（3）普通陶瓷材料生产工艺普通陶瓷材料的生产工艺过程原料配制胚料成型制品烧成日用陶瓷材料生产工艺过程混合成型干燥烧结冷却陶瓷器（4）普通陶瓷材料日用陶瓷：一般应具有良好的白度、光泽度、透光性、热稳定性和强度。日用陶瓷主要应用于茶具、餐具和工艺品普通工业陶瓷建筑陶瓷：以黏土为主要原料而制得的用于建筑物的陶瓷卫生陶瓷：以高岭土为主要原料而制得的用于卫

7、生设施的带釉陶瓷制品，有陶质、炻瓷质和瓷质等。电器绝缘陶瓷：又称电瓷，是作为隔电、机械支撑及连接用的瓷质绝缘器件。分为低压电瓷、高压电瓷和超高压电瓷等。化工陶瓷：要求耐酸、耐高温、具有一定强度。主要用于化学、化工、制药、食品等工业。、（5）结构陶瓷材料结构陶瓷的生产工艺与普通陶瓷主要有以下区别：原料：突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的局限，特种陶瓷一般以纯度较高的氧化物、氮化物、碳化物等为主要原料；制备：突破了传统陶瓷以炉窑为主要烧结设备的界限，广泛采用真空烧结、保护气氛烧结，采用热压、热等静压等手段；性质：特种陶瓷