材料化学基础论文

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1、非金属材料概述摘要：新材料是发展高新技术的基石，新型无机非金属材料将在未来科技发展中发挥更大的作用，促进材料行业的整体飞跃。本文阐述了非金属材料的研究开发现状，介绍了它们在科学领域中的应用及其它们的重要作用。关键词：非金属材料、陶瓷材料、水泥。非金属材料一般是指无机非金属陶瓷材料。陶瓷是人类在征服自然过程中获得的第一种经化学变化而制成的产品，它的出现比金属材料早得多，陶瓷材料作为材料科学的一个分支，其名称与含义也几经变迁。早期，陶瓷是陶器与瓷器的总称，陶瓷是指以各种粘土为主要原料，成型后在高温窑炉中烧成的制品；硅酸盐材料曾是这一材料科学的分

2、支的另一名称，它包括陶瓷器、玻璃、水泥和耐火材料。在近代，陶瓷材料是无机非金属材料的同义词，不仅包括传统的陶瓷，还包括了硅酸盐材料和氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等新型材料。在无机非金属材料领域中，陶瓷、水泥等已经形成相当规模的产业，被广泛应用于工业、农业、国防和人们的日常生活中，成为国民经济的支柱产业之一。一、陶瓷材料1.1陶瓷材料的性能所谓陶瓷材料是指以天然硅酸盐（粘土、石英、长石等）或人工合成化合物（氮化物、氧化物、碳化物等）为原料，经过粉制、配料、成型、高温烧结而成的无机非金属材料。工业陶瓷可分为普通陶瓷和特种陶瓷两大类。普通陶瓷用

3、于工艺品、餐具等日常生活用品。特种陶瓷具有特殊的力学、物理或化学性能，主要用于高温、机械、电子、航天、航空、医疗工程等尖端科学技术领域。陶瓷材料通常具有强度高、硬度高、化学和热稳定性好，且耐高温、耐腐蚀等特点。由于陶瓷的键和特点，陶瓷材料还具有绝缘、绝热的性能。但陶瓷的最大缺点是塑性很差，可以认为多数陶瓷材料在常温下没有塑性，因此，陶瓷材料应用面临的主要问题是‘‘增韧’’。1.2陶瓷材料的化学组成大多数非金属材料如陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料等都是由石英、粘土、长石三部分组成的，只是各组分的含量及加工工艺不同，因而其用途和性能各异。石英、粘土

4、、长石这三种矿物在自然界广泛存在。1.21石英石英的化学组成为Si，石英不受HF以外的所有无机酸的侵蚀，在室温下与碱不发生化学反应，硬度较高，所以石英是一种具有耐热性、耐腐蚀性、高硬度等特征的优异物质。在陶瓷中，石英构成陶瓷制品的骨架，赋予制品耐热、耐腐蚀等特性。石英的外观视其种类不同而异，呈乳白色或者半透明状，其相对密度依晶型而异，一般在2.23~2.65之间，石英在受热过程中发生晶型的转变。石英晶型转变的结果，会引起一系列的物理变化（如体积、密度、质量、强度等），其中对陶瓷生产较大的是体积的变化。石英的粘性很低，属于非可塑性原料，无法做

5、成制品的形状，为了使其具有成形性需要掺入粘土。1.22粘土粘土是一种含水铝硅酸盐矿物，主要化学成分为Si，A，F，Ti，水等，粘土具有独特的可塑性和结合性，调水后成为软泥，能塑造成型，烧结后变的紧密坚硬。粘土有矿物多种，其中以高岭土最为重要。1.23长石长石是一组矿物的总称，为架势硅酸盐结构，长石可以分为四类：钠长石、钾长石、钙长石、钡长石。长石在高温下为有粘性的熔的融液体，并且润湿粉体，冷却至室温后，可以使粉体中的各组分牢固的结合在一起，成为致密的陶瓷制品。陶瓷制品中使用的长石是几种长石的互溶物，并且含有其它杂质，所以没有固定的熔融温度，

6、它只是在一个温度范围内逐渐融化，成为乳白色黏稠玻璃态物质。熔融后的玻璃态物质，能够溶解在一部分粘土分解物质以及部分石英，促进陶瓷反应的进行，并且降低烧结温度，长石的这种作用称为助融作用。冷却后，以长石为主的低共融体，以玻璃态存在与陶瓷制品中，构成陶瓷的玻璃基质。供可塑性，长石为助熔剂。应该指出的是：真正不可以缺少的组分只有骨架成分，其余两个组分的存在，破坏了骨架成分所需要的耐高温、耐腐蚀、高硬度等特性。1.3陶瓷材料的分类常用的陶瓷主要有以下几类：氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、硼化物陶瓷。1.31氧化物陶瓷常用的陶瓷包括：A、Zr、M

7、gO、CaO、BeO、Th等，其熔点大多在2000以上，烧成温度在1800左右。1）氧化铝陶瓷：氧化铝陶瓷是高熔点（熔点2050）氧化物中被研究和应用最成熟、最多、最广泛的一种，原料来源丰富。A中的构成密排六方结构，A占据间隙位置，三氧化二铝陶瓷按氧化铝的含量可以分为75瓷、95瓷和99瓷。由于氧化铝熔点高，热强度大，抗氧化，故耐热性好。常温硬度仅次于金刚石，而且具有高的电阻率，低的热导率，所以氧化铝除了用作高温结构材料、绝热、绝缘材料以外，重要的应用就是制作切削刀具。2）氧化铍陶瓷除了具备一般陶瓷的特性外，其最大的特点是导热性极好，因而具

8、有很高的热稳定性。虽然其强度不高，但是抗热冲击性较高。由于氧化铍陶瓷消散高能辐射的能力强，热中子阻尼系数较大等，所以经常用于制造坩埚，还可以做真空陶瓷和原子反应堆陶瓷等。另外，气