第三节 无机非金属材料(第一课时)

第三节无机非金属材料(第1课时)

●教学目标

1.使学生对硅酸盐工业及一些产品和新型无机非金属材料有大致印象。

2.使学生认识到化学在社会、生活、生产、科学技术中的重要作用。用科学的奇妙和威力激发学生学习化学的兴趣。

3.通过介绍我国材料科学发展的成就，对学生进行爱国主义教育。

4.通过社会及科学技术的发展对新型材料的要求，培养学生的社会责任感。

●教学重点

水泥、玻璃、陶瓷工业的发展及其在现代国民经济中的主要地位

新型无机非金属材料的特点、用途和发展

●教学难点

激发学生的求知欲

培养学生热爱科学的情感

●课时安排

2课时

●教学方法

实物展示、启发诱导、引导归纳、自学、讲述、实验

●教学用具

录像机、投影仪

普通玻璃片、红色玻璃片、蓝色玻璃片各一块，普通玻璃管、被碰损的搪瓷碗或杯，稀盐酸、酒精喷灯、火柴、图片、高压钠灯、光导纤维玩具。

●教学过程

第一课时

［引言］请同学们看以下一些住宅图，并注意它们各自的构成材料。

［图片展示］图片1：原始人居住的洞穴

图片2：用茅草搭起来的房屋

图片3：用树枝、泥巴盖起来的房子

图片4：用石头砌起来的石屋，用木棍、木板搭起来的房子

图片5：用砖、水泥等盖的住宅

图片6：高楼大厦

图片7：现代居室（包括电视机、音响、电脑等）

［问］大家看了这些图片以后，想到了什么?

［生］甲：人类社会是越来越进步的。

乙：所用材料越来越高级。

丙：人类智慧的力量是无穷的。

丁：人类可以在自然条件材料的基础上进行再加工。

戊：人类加工自然资料的技术越来越高，以至于根本看不出它们的本来面目。

……

［师］大家回答得很好。以上图片说明这样一个事实，即在人类社会发展的过程中，大自然馈赠予人类的材料（如泥土、木材、石头等），已远远不能满足人类社会发展的需求。为了人类自身发展的需要，人们总是在大自然的馈赠之外，用自己的聪明才智和勤劳的双手，不断地研制、创造着各种各样的新材料，以满足人类物质文明和科学技术不断发展的需要。

人类使用和制造材料有着悠久的历史，从制造出第一种材料——陶开始，发展到今天，材料的品种越来越多，各种材料组成了一个庞大的材料家族。

在材料家族中，有一类非常重要的材料叫无机非金属材料。

［板书］第三节无机非金属材料

［引言］请大家看录像机展示的这些物品。

［录像机展示］水泥、住宅玻璃、汽车、火车的车窗玻璃、挡风玻璃、各种颜色的玻璃、光学仪器玻璃、器皿玻璃、缸、罐、茶具、瓷质餐具、卫生设施、艺术饰品。

［师］录像机刚刚展示的这些物品可谓琳琅满目。大家是否能想到，这些形态不一，用途各异的物品却源自于同一类物质——含硅物质。它们都是以含硅物质为原料经加热制成的，这一制造工业叫做硅酸盐工业。硅酸盐工业的产品即为硅酸盐材料。本节课我们就来简单了解几种硅酸盐材料。

［板书］一、硅酸盐材料

［师］首先，我们来了解一下水泥的有关知识。

［板书］1.水泥

［师］水泥是一种非常重要的建筑材料。请大家阅读课本有关内容，并填写下表。

［投影展示］水泥

主要原料主要设备反应条件普通水泥的主要成分主要性质

［学生阅读完课本后，可由学生回答，教师填写上表］

答案：

粘土石灰石（石膏）适

量水泥回转窑高温

硅酸三钙：3CaO·SiO2

硅酸二钙：2CaO·SiO2

铝酸三钙：3CaO·Al2O3

水硬性

［师］由上表可以看出，水泥最主要的性质是水硬性。即跟水混合搅拌并静置后，很容易凝固变硬，由于水泥具有这一优良特性，被用作建筑材料。又由于它在水中也能硬化，因此是水下工程必不可少的材料。

［问］建筑用粘合剂——水泥沙浆的成分是什么？

［生］是水泥、沙子和水的混合物。

［问］混凝土又是由什么做成的呢？

［生］是由水泥、沙子和碎石混合而成。

［师］目前，我国已成为世界上生产和使用水泥制品最多的国家。大家知道吗？解放前我国的水泥曾被称为“洋灰”，就是现在，也仍然还能听到这种叫法。

叫“洋灰”的原因是什么呢？

同学们能否从下面的图表得到启示呢？

［投影展示］

1949~1998年我国水泥年产量示意图

［学生看图后回答］因为解放前我国的水泥产量小，所使用的水泥主要靠外国进口。

［师］很正确。希望同学们现在能好好学习，将来在各个领域有很好的作为，以使这个

“洋”字在我国越来越少，最后消失。

［过渡］水泥的知识我们就了解这些。下面我们就来学习在我们工作和生活中随处可见的物质——玻璃。

［板书］2.玻璃

［师］请大家阅读课本P150有关玻璃的内容，并填写下表。

［投影展示］玻璃

［师］上表所反映的是制造普通玻璃时所用的原料、主要反应及普通玻璃的主要成分。

［问题探究］据强酸制弱酸的规律，上述玻璃窑中发生的反应，能否证明硅酸的酸性比碳酸强呢？

［生甲］能

［生乙］不能。强酸制弱酸的规律仅适用于溶液中进行的反应，而且，从碳和硅在周期表中的位置推断，应该是碳酸酸性强于硅酸。

［师］生乙回答的很准确。二氧化硅能与碳酸钙和碳酸钠反应生成二氧化碳，是由于该反应的反应物均为固体，在高温下发生反应时，生成的二氧化碳气体脱离反应体系使反应得以进行，但这不能说明硅酸的酸性比碳酸强，酸性强弱的本质是酸电离出氢离子的难易程度。我们已学的复分解反应的规律，仅是适用于溶液里的反应，不能套用高温条件下物质之间的反应。

［问题探究］有关氢氟酸的反应可否在玻璃容器中进行？

［生］不能。玻璃中含有SiO2，SiO2能与氢氟酸反应（4HF+SiO2====SiF4↑+2H2O），而使玻璃被腐蚀。

［展示一小块普通玻璃］

［问］大家看，这是一块普通玻璃，当我们把若干块普通玻璃叠加，或从侧面看这块玻璃时，它都是绿色的。为什么？

［生］因为原料中混有二价铁的缘故。

［展示一块红色玻璃，一块蓝色玻璃］

［问］它们和我刚才取的那块普通玻璃的颜色不一样，是什么造成了它们的这种差别呢？

［生］是因为在制造玻璃的过程当中，加入了金属氧化物。在红色玻璃中加的是氧化亚铜（Cu2O），在蓝色玻璃中加的是氧化钴（Co2O3）。

［师］很好。也就是说在制造玻璃的过程中，当我们加入某些金属氧化物时（如二氧化锰、二氧化锡等），会使玻璃呈现不同的颜色。

［问］请大家根据生活经验，说一下普通玻璃的优点和缺点是什么？

［生甲］玻璃的透光性能好，但易碎，并且易伤人。

［生乙］玻璃的透明度高，比如可以让我们看见试管里或烧瓶里的反应，还可以看见商店橱窗里的东西。

［生丙］用玻璃制成的物品美观，但就是不结实，如窗户上的玻璃，很容易被打破。

［生丁］玻璃不耐热，开水都能把它炸裂。

……

［师］大家说得都很好。也正是为了让玻璃“弃恶扬善”，玻璃专家们进行了深入的研究，并不断地制成有各种各样性能的特种玻璃。如石英玻璃、光学玻璃、玻璃纤维、钢化玻璃等。

［投影展示］

几种玻璃的特性和用途

放在酒精喷灯上灼烧，请大家看发生的现象。

［演示实验］取一根玻璃管，置于燃着的酒精喷灯上，烧软后把玻璃管拉成两支尖嘴管。

［问］大家看到了什么？

［生］玻璃受热、变软，可拉细。

［师］实验室里的胶头滴管就是这样制出来的。这说明普通玻璃在高温时易软化、变形。但如果我们在玻璃容器中进行的是高温下的化学反应，普通的玻璃仪器显然是不能满足要求的，这时我们可以用能承受较高温度的石英玻璃容器。石英玻璃的主要成分是二氧化硅，它的膨胀系数小，不怕温度的骤然变化，而且具有很高的化学稳定性，所以是一种制作高温容器的良好材料。

［讲述］钢化玻璃是将普通玻璃在电炉里加热软化后急速冷却而成的。其成分与普通玻璃一样，但经这样处理后，玻璃的内应力消失，机械强度增大，不易破碎。一旦破碎，碎块也没有尖锐的棱角，不易伤人，是一种安全玻璃。

玻璃纤维是由熔融玻璃拉成或吹成的纤维，是玻璃钢中的增强材料。玻璃钢，是一种复合材料，质轻而坚硬，机械强度可与钢材相比，因此得名。

光学玻璃又称铅玻璃，它与普通玻璃成分不相同，主要由硅酸钾、硅酸铅和石英组成。生产中对原料纯度要求高、不能含有氧化铁等杂质，熔制过程要严格控制工艺，并采取搅拌等措施，排净气泡，保证料液高度均匀，只有这样，才能使制成的玻璃质地均匀，有很好的折光性等光学性能。

有关这几种玻璃的特性和用途，请大家参看上面投影。

［问］看起来晶莹透明的玻璃是不是晶体呢？请大家思考后回答，说出判断的依据。

［生甲］是。晶体都能反光，玻璃也能反光，所以是。

［生乙］是。因为玻璃是一个规则的形体，看起来也是亮晶晶的。

［生丙］不是。晶体都有规则的几何形状，玻璃没有。

［生丁］不是。晶体都有固定的熔点，而玻璃没有。

……

［师］好。看来大家都很爱动脑思考。事实上，玻璃不是晶体。因为晶体的外表特征是有一定的、整齐的、有规则的几何外形（当然，构成晶体的那个最小的单元是我们肉眼看不见的），它有固定的熔点。而玻璃是介于结晶态和无定形态之间的一种物质状态，我们把它叫做玻璃态。

它的结构特点是：它的粒子不像晶体那样有严格的空间排列，但又不像无定形体那样无规则排列，而是“短程有序、远程无序”。即从小范围来看，它有一定的晶型排列；从整体来看，却像无定形的物质那样是无晶形的排列规律。所以玻璃态物质没有一定的熔点，而是在某一温度范围内逐渐软化变为液态。

［过渡］上面我们学了水泥和玻璃。下面我们再来了解一下由粘土（主要成分是硅酸盐）做原料制成的产品——陶瓷。

［2板书］3.陶瓷

［师］请同学们阅读教材上“陶瓷”这一部分内容，并了解以下知识。

［问］我国最为著名的陶器产地在什么地方？有什么之称？

［生］江苏宜兴。有陶都之称。

［师］陶器的产生是人类发展史上的一块里程碑，是人类最早不用大自然的现成材料而制成的器具，制陶技术可以说是最古老的材料技术，是人类材料技术的发端。因此，恩格斯把陶器的出现作为新石器时代开始的标志。

我国是世界上最早生产陶器的国家。有黑陶、白陶、彩陶等多个品种。陕西临潼出土的秦始皇兵马俑，被人们称作“世界奇观”，它们就是在烧成的陶胎上进行彩绘而制成的，称为彩绘陶，其工艺水平令世人叹为观止。

制瓷器的要求比制陶器高，它需要纯净的粘土作原料，烧制温度也相对高一些。因此，瓷器比陶器瓷体白净，质地致密。

瓷器是中华文明的象征。在许多拉丁语系国家中，“瓷器”和“中国”都以“CHINA”这同一种字母拼音表示。

［问］我国素有“瓷都”之称的地方在哪里？

［生］江西景德镇。

［师］对。景德镇所烧制的薄胎瓷器被誉为：“洁如玉、明如镜、薄如纸、声如磬。”可见有多么的精致了。

［问］对于一般烧制的陶瓷制品，有什么共同的缺陷呢？

［生甲］表面比较粗糙，而且有不同程度的渗透性。

［生乙］容易碰破而损坏！

［问］怎样弥补？

［生］烧制前在坯体表面涂上一层釉，使成品光滑，不渗水。

［师举起一个搪瓷杯，上有破损］

［师］大家看，这个杯的外壳就是陶瓷，里面是铁，它的陶瓷表面破损后，露出了其庐山真面目——铁（呈褐色）。下面，我往这个杯里加酸，大家看有什么现象。

［演示］在搪瓷杯里加稀盐酸，并使酸接触破损处。

［请坐在前面的同学说一下观察到的现象］

［生］酸遇搪瓷，无现象；当酸接触破损处时有气泡产生。

［问］大家知道这气泡是什么吗？怎么产生的？

［生］气泡是氢气。是酸与铁发生了反应而生成的。

［问］这说明陶瓷有什么性质？起什么作用？

［生］说明陶瓷耐腐蚀，不和酸反应，但比较脆，易被碰损。在此起保护和装饰作用。

［师］回答得很好。关于陶瓷，科学家们一直在探索着扬长避短的制作技术，并已取得了很大的进展和突破。下节课我们将介绍这方面的知识。

思考：在多年使用的厨房里，久未更换的玻璃往往失去光泽，严重的还会形成白色斑点，这种现象化学上叫做“碱析”，产生碱析的化学方程式为___________________。

解析：这是一道运用所学知识解释实际问题的题目，经常尝试既有利于掌握化学理论知识，还利于培养自己的实践能力。玻璃的主要成分有Na2SiO3、CaSiO3和SiO2。厨房中CO2、H2O（g）浓度相对较高，碳酸酸性强于硅酸，时间长了玻璃中的Na2SiO3将会在CO2、H2O（g）的持续作用下析出白色H2SiO3，所以往往失去光泽，严重的会形成白色斑点。

答案：Na2SiO3+CO2+H2O====Na2CO3+H2SiO3

［小结］本节课我们以水泥、玻璃、陶瓷为例，简单介绍了硅酸盐材料，它们均是以含硅物质为原料，经过一系列复杂的物理、化学变化而得到的产品。

［布置作业］课本习题：2、3

●板书设计

第三节无机非金属材料（第一课时）

一、硅酸盐材料

1.水泥

2.玻璃

3.陶瓷

高分子材料与无机非金属、金属材料的区别

高分子材料与无机非金属材料、金属材料的区别有机高分子化合物简称高分子化合物或高分子，又称高聚物，与无机非金属材料、高分子材料并称三大材料。高分子材料一般具有以下特点: （1）力学性能：比强度高,韧性高，耐疲劳性好，但易应力松弛和蠕变; （2）反应性:大多数是惰性的，耐腐蚀，但粘连时要表面处理，加聚合物共混时需要表面处理，另外，有的高分子材料容易吸收紫外线或红外线及可见光发生降解; （3）物理性能：密度小，很高的电阻率，熔点相比金属较低，限制了使用领域高分子化合物的一般具有特殊的结构，使它表现出了非同凡响的特性。例如，高分子主链有一定内旋自由度，可以弯曲，使高分子链具有柔性；高分子结构单元间的作用力及分子链间的交联结构，直接影响它的聚集态结构，从而决定高分子材料的主要性能。 此外高分子材料可用纤维增强（复合材料）制成高性能的新型材料，可设极性大，部分性能超过金属。当前，高分子材料正趋向功能化，合金化发展，比传统材料有更大的发展空间和更广阔使用的领域。 高分子化合物固、液、气三种存在状态的变化一般并不很明显。固体高分子化合物的存在状态主要有玻璃态、橡胶态和纤维态。固体状态的高分子化合物多是硬而有刚性的物体。无定形的透明固体高分子化合物很像玻璃，故称它为玻璃态。在橡胶态下，高分子链处于自然无规则和卷曲状态，在应力作用下被拉伸，去掉应力又恢复卷曲，表现出弹性。纤维是由高分子化合物构成的长度对直径比大很多倍的纤细材料。 通常使用的高分子材料，常是由高分子化合物加入各种添加剂所形成，其基本性能取决于所含高分子化合物的性质，各种不同添加剂的作用在于更好地发挥、保持、改进高分子化合物的性能，满足不同的要求，用在更多的方面。 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮

新型无机非金属材料有哪些

新型无机非金属材料有哪些 新材料全球交易网 新型无机非金属材料有哪些？“新材料全球交易网”收集整理最全新型无机非金属材料知识点。更多增值服务，请关注“新材料全球交易网”。 一、重要概念 1、新型无机非金属材料 （1）是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。 （2）包括以某些元素的氧化物、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。 2、陶瓷 （1）从制备上开看，陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品。 （2）从组分上来看，陶瓷是多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的聚集体。 3、玻璃 （1）狭义：熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机非金属物质。 （2）一般：若某种材料显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质，则不管其组成如何都可称为玻璃（具有玻璃转变温度 Tg）。 玻璃转变温度：玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互转化的温度。 具有Tg的非晶态新型无机非金属材料都是玻璃。 4、水泥 凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，能在空气或水中硬化，并能将砂、石、钢筋等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。 5、耐火材料 耐火度不低于1580℃的新型无机非金属材料 6、复合材料 由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。 通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能。 二、陶瓷知识点 1、陶瓷制备的工艺步骤 原材料的制备→坯料的成型→坯料的干燥→制品的烧成或烧结 2、陶瓷的天然原料 （1）可塑性原料：黏土质陶瓷成瓷的基础（高岭石、伊利石、蒙脱石） （2）弱塑性原料：叶蜡石、滑石 （3）非塑性原料：减塑剂——石英；助熔剂——长石 3、坯料的成型的目的

第四节 无机非金属材料的结构

首页 >> 网络课程 >> 第二章 >> 第四节 绪论 第一章第一章 工程材料的分工程材料的分类类及性能 第二章第二章 材料的材料的结结构 第三章第三章 材料制材料制备备的基本知的基本知识识 第四章第四章 二元相二元相图图及应用 第五章第五章 材料的材料的变变形 第六章第六章 钢的热处热处理理 第七章第七章 工业用钢 第八章第八章 铸铁 第九章第九章 有色金有色金属属及其合金 第十章第十章 常用非金常用非金属属材料 第十一章第十一章 工程材料的工程材料的选选用 第四节 无机非金属材料的结构 一、陶瓷材料的结构特点 对工程师来说，陶瓷包括种类繁多的物质，例如玻璃、砖、石头、混凝土、磨料、搪瓷、介 磁性材料、高温耐火材料和许多其它材料。所有这些材料的共同特征是：它们是金属和非金 合物由离子键和共价键结合在一起。陶瓷材料的显微组织由晶体相、玻璃相和气相组成，而且很大，分布也不够均匀。 与金属相比，陶瓷相的晶体结构比较复杂。由于这种复杂性以及其原子结合键强度较大，所以 例如，正常冷却速率的玻璃没有充分时间使其重排为复杂的晶体结构，所以它在室温下可长 二、陶瓷晶体 1． AX型陶瓷晶体 AX型陶瓷晶体是最简单的陶瓷化合物，它们具有数量相等的金属原子和非金属原子。它们可以 如MgO，其中两个电子从金属原子转移到非金属原子，而形成阳离子（Mg3+）和阴离子（O2－）是共价型，价电子在很大程度上是共用的。硫化锌（ZnS）是这类化合物的一个例子。 AX化合物的特征是：A原子只被作为直接邻居的X原子所配位，且X原子也只有A原子作为第一或离子是高度有序的，在形成AX 化合物时，有三种主要的方法能使两种原子数目相等，且有如 位。属于这类结构的有： （1）CsCl型 这种化合物的结构见图2-25。A原子（或离子）位于8个X原子的中心，X原子（或离子）也处但应该注意的是，这种结构并不是体心立方的。确切的说，它是简单立方的，它相当于把简单 子晶格相对平移a/2，到达彼此的中心位置而形成。 重庆大学精品课程－工程材料

无机非金属材料总结(完整版)

第一章 1. 粘土的定义：是一种颜色多样，细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体。 粘土是自然界中硅酸盐岩石（主要是长石）经过长期风化作用而形成的一种疏松的或呈胶状致密的土状或致密块状矿物，是多种微细矿物和杂质的混合体。 2. 粘土的成因：各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化，水解，热液蚀变等作用可变为粘土。一次粘土（原生粘土）风化残积型：母岩风化后残留在原地所形成的粘土。（深层的岩浆岩（花岗岩、伟晶岩、长石岩）在原产地风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的矿床，一般称为一次粘土）。 二次粘土（次生粘土）沉积型：风化了的粘土矿物借雨水或风力的迁移作用搬离母岩后，在低洼地方沉积而成的矿床，成为二次粘土。 一次粘土与二次粘土的区别： 分类化学组成耐火度成型性 一次粘土较纯较高塑性低 二次粘土杂质含量高较低塑性高 3. 高岭土、蒙脱土的结构特点： 高岭土晶体结构式：Al4[Si4O10](OH)8，1:1型层状结构硅酸盐，Si-O四面体层和Al-(O,OH)八面体层通过共用氧原子联系成双层结构，构成结构单元层。层间以氢键相连，结合力较小，所以晶体解理完全并缺乏膨胀性。 蒙脱土（叶蜡石）是2:1型层状结构，两端[SiO4]四面体，中间夹一个[AlO6]八面体，构成单元层。单元层间靠氧相连，结合力较小，水分子及其它极性分子易进入晶层中间形成层间水，层间水的数量是可变的。 4. 粘土的工艺特性：可塑性、结合性、离子交换性、触变性、收缩、烧结性。 1)可塑性：粘土—水系统形成泥团，在外力作用下泥团发生变形，形变过程中坯泥不开裂， 外力解除后，能维持形变，不因自重和振动再发生形变，这种现象称为可塑性。 表示方法：可塑性指数、可塑性指标 可塑性指数（w）：W=W2-W1W降低——泥浆触变厚化度大，渗水性强，便于压滤榨泥。 W1塑限：粘土或（坯料）由粉末状态进入塑性状态时的含水量。 W2液限：粘土或（坯料）由粉末状态进入流动状态时的含水量。 塑限反映粘土被水润湿后，形成水化膜，使粘土颗粒能相对滑动而出现可塑性的含水量。 塑限高，表明粘土颗粒的水化膜厚，工作水分高，但干燥收缩也大。 液限反映粘土颗粒与水分子亲和力的大小。W2上升表明颗粒很细，在水中分散度大，不易干燥，湿坯强度低。 可塑性指标：在工作水分下，粘土（或坯料）受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积，也可以以这时的相应含水率表示。 反应粘土的成型性能：应力大，应变小——挤坯成型；应力小，应变大——旋坯成型根据粘土可塑指数或可塑指标分类： i.强塑性粘土：指数＞15或指标＞3.6 ii.中塑性粘土：指数7～15，指标2.5～3.6 iii.弱塑性粘土：指数l～7，指标<2.5 iv.非塑性粘土：指数<1。 2)结合性：粘土的结合性是指粘土能够结合非塑性原料而形成良好的可塑泥团，并且有一

无机非金属材料的现状与前景

无机非金属材料的现状与前景 【摘要】无机非金属材料是以某些元素的氧化物、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。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。在材料学飞速发展的今天，无机非金属材料有这广阔的应用前景和良好的就业形势。 【关键字】无机非金属材料方向前景智能 1. 无机非金属材料的特点及应用 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、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。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20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的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。 在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。 无机非金属材料品种和名目极其繁多,用途各异,因此,还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料两大类。 普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上，陶瓷在耐蚀、介电性能上，耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。

济南大学无机非金属材料工艺性能与测试期末复习重点.doc

材料工艺性能与实验期末复习重点 1.火山灰反应：材料木身不只备水硬性，但是在碱性条件下，其水硬性能够被激发，发生 水化反应产生强度。 2.当硅酸盐水泥混凝土建筑工程遇到硫酸盐侵蚀的条件，应如何调整？ 答：⑴减少熟料中的GA的含量； ⑵增加活性混合才掺量，减少水化产物中03（014）2的含量； ⑶增加水泥细度，提高水泥混凝土的致密度； ⑷使用抗硫酸盐水泥或硫铝酸盐水泥。 3.水泥的三个率值：石灰石饱和系数、硅率、铝率。 IM铝率乂称铁率，其数学表达式为：IM = Al2O3/Fe2O3铝率表示熟料中氧化铝与氧化铁含量的质量比，也表示熟料熔剂矿物中铝酸三钙与铁铝酸四钙的比例。 硅率表示熟料中氧化硅含量氧化铝、氧化铁之和的质量比。（表示熟料中硅酸盐矿物 与熔剂矿物的比例。）SM=———— ^2°3 + Fe2°3 K H =CaO-' 65Al:O r035Fe A石灰饱和系数KH是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙 2.8S Z O2 （C3S + C25 ）所需的氧化钙量与全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙所需的氧化钙含量的比值。（即KH表熟料中二氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度. 4.碳酸钙滴定值的测定意义及测定原理： （1）测定原理：水泥生料中所有的碳酸盐（包括碳酸钙、碳酸镁）均能与标准盐酸溶液作用，生成相应的盐与碳酸（又分解为（：02与1420）,然后用NaOH标准溶液滴定过剩的盐酸， 根据消耗XaOH标准溶液的体积毫升数与浓度、计算生料中的碳酸钙的滴定值。 ⑵测定意义：①水泥生料的主耍成分是石灰石，提供所需的CaO量，以确保熟料中形成足够 的C3S;②控制生料中CaO含量，亦即控制KH;③控制生料成分的均匀性；④是对生料质量控 制的主要项目之一，可以很好地控制水泥的连续化生产。。 5.游离氧化钙：游离氧化钙是指熟料中没有以化合状态存在而是以游离状态存在的氧化钙，又称游离石灰（f-CaO）o 6.为什么过量的游离氧化钙会引起水泥安定性不良？ 答：游离氧化钙水化很慢，在水泥浆体硬化后体积继续膨胀，造成硬化水泥局部膨胀应力。因而若游离氧化钙过量，会使水泥的强度下降，造成水泥的安定性不良。 7.为什么过量的游离三氧化硫会引起水泥的安定性不良？ 答：水泥熟料在粉磨过程中，必须加入适量的石膏起到缓凝作用，石膏和C3A反应生成钙矶石，包裹在C3A表面，阻止了快速水化和闪凝，AFt （钙矾石）形成需要大量结晶水， 如果水泥中含有过量的S03,水化后会有该反应，在硬化后的水泥中产生针棒状的Aft 晶体， 造成水泥体积膨胀，从而造成水泥安定性不良。

高一化学人教版必修第二册 第五章 第三节 无机非金属材料

无机非金属材料 核心知识点一： 一、硅酸盐材料 硅酸盐是由盐、氧和金属组成的化合物的总称，在自然界分布极广。硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质，大多不溶于水，化学性质很稳定。 1. 硅酸 （1）物理性质 不溶于水、无色透明、胶状（硅胶）。 硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用催化剂的载体。 （2）化学性质 ①弱酸性：所以在与碱反应时只能与强碱反应

H2SiO3 + 2NaOH＝Na2SiO3 + H2O H2SiO3 + 2OH－＝SiO32－+ 2H2O 比碳酸酸性弱：Na2SiO3+CO2+H2O＝Na2CO3+ H2SiO3 ②硅酸的热稳定性较弱，受热易分解为SiO2和水：H2SiO3H2O＋SiO2 （3）制备方法 由于SiO2不溶于水，所以硅酸只能用间接的方法制取，一般用可溶性硅酸盐+酸制得。 Na2SiO3 + 2HCl＝2NaCl + H2SiO3 ↓ SiO32－+ 2H+＝H2SiO3 ↓ 【注意】①硅酸不溶于水，不能用SiO2与水反应制取硅酸 ②硅酸的酸性比碳酸的酸性还弱，所以往可溶性硅酸盐溶液中通入CO2也可以制取硅酸： Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3 ↓ SiO32－＋CO2＋H2O＝CO32－＋H2SiO3 ↓ ③如前所述， SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，该反应在高温条件下进行，有利于CO2从体系中挥发出来，而SiO2为高熔点固体，不能挥发，所以反应可以进行，符合难挥发性酸酐制取易挥发性酸酐的原理；而上述反应“Na2SiO3+CO2+H2O＝Na2CO3+ H2SiO3↓”可以进行，是因为该反应是在溶液中进行的，符合复分解反应的原理，两者反应原理不矛盾【想一想】碳酸和硅酸的酸性比较 2. 硅酸钠 （1）物理性质：最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。 【注意】①硅酸钠溶液可用玻璃瓶盛装，但是不能用玻璃塞，应用橡胶塞或木塞。 ②玻璃中含有二氧化硅，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。 （2）化学性质

无机非金属材料性能

无机材料光学性能 1、折射率定义，影响因素 介质对光的折射性质 光在真空和材料中的速度之比即为材料的绝对折射率。介质材料的折射率一般为大于1的正数。折射实质：介质密度不同 光通过时速度不懂 折射率的影响因素（1）构成材料元素的离子半径(离子半径+ 介电系数+ 折射率+)（2）材料的结构、晶型、非晶态（3）材料的内应力（4）同质异构体 温度+折射率- 2、散射本质：光波遇到不均匀结构产生次级波，与主波方向不一致，与主波合成出现干涉现象，使光偏离原来的方向，引起散射。 8、影响材料透光性的原因。影响材料散射的原因？晶体双折射对散射的影响？ 吸收系数:材料的性质相关。反射系数:相对折射率、表面粗糙度相关 散射系数: 影响透光性的主要因素。影响材料散射的原因： （1）材料的宏观及显微缺陷：材料中的缺陷与主晶相不同，于是与主晶相具有相对折射率，此值越大，反射系数越大，散射因子也越大，散射系数变大。 （2）晶粒排列方向的影响：各向异性体，存在双折射。多晶无机材料，相邻晶粒之间的结晶取向不同,晶粒之间会产生折射率的差别，引起晶界处的反射与散射损失。影响多晶无机材料透光率的主要因素就是晶体的双折射率。 左晶粒的寻常光折射率n0与右晶粒的非寻常光折射率ne 两个晶粒相对折射率相同， n0/n0=1，无反射损失； n0/ne =1，S=0,K=0;n0/ne >1，S 、K 都较大（S 吸收系数K 散射因子） 应用：α-Al2O3晶体的n0=1.76，ne =1.768，若相邻晶粒的取向互相垂直，晶界面的反射系数为：m=(n0/ne-1)^2/(no/ne+1)^2 材料厚2mm ，晶粒平均直径为10μm ，理论晶界为200个，由于晶界的反射损失，剩余光强： 反射损失小 d >>λ时，S=3KV/4R, n 21=n0/ne =1.768/1.76≈1，K ≈0，S ≈0，折射损失小 （3）气孔引起的散射损失：所以气孔引起的反射、散射损失比杂质、不等向晶粒排列等因素引起的损失大。气孔引起的散射损失与气孔的直径有关。 应用：改善烧结工艺（热等静压烧结、热压烧结），使气孔直径减小到0.01μm （小于可见光波长的1/3)，气孔的含量0.63%， Al2O3陶瓷透光: 材料厚3mm ： 9、材料吸收带边/带隙宽度的计算，光吸收的一般律及光散射的一般规律、公式计算？ 材料厚度计算： α 取决于材料的性质和光的波长。 1． 一入射光以较小的入射角i 和折射角r 通过一透明玻璃板,若玻璃对光的衰减可忽略不计,试证明：透过后的光强为(1-m)2、 W ，W ′，W ′′分别为单位间内通过单位面积的入射光、反射光和折射光的能量流。 反射系数m = W ′/W 透射系数T ：W ′′/W=1-m=1- W ′/W 621014.51760.1/768.11760.1/768.1-?=??? ??+-=m 0 2000%897.99)1(I m I =-())(0032.0276.1176.1106.00063.0)10005.0(322132122243334222434---=??? ? ??+-????=???? ??+-=mm n n V R S πλπ0 030032.00%99.099.0I I e I I ===?-

无机非金属材料中的常见结构类型

无机非金属材料中的常见结构类型
尹从岭
（北京大学化学与分子工程学院）
摘要：本文综述了无机非金属材料中的常见结构类型，介绍了它们之间的联系与区别。 关键词：钙钛矿；钨青铜；尖晶石；六方密堆积；立方密堆积 无机化合物的结构型式复杂多样，本文选择一些简单而重要的结构型式加以讨论。 1． MX 型化合物的结构 1． NaCl 型的晶体结构 在 NaCl 的晶体中，Na+和 Cl-交替排列，具有正八面体配位，晶体属于面心立方点阵 Oh 点群。 NaCl 晶体结构可看作 Cl-作立方最密堆积， 在这堆积的每个八面体空隙中填入 Na+。 晶体结构示于图 1 中。属于 NaCl 型结构的化合物有离子键型的 碱金属卤化物和氢化物，碱土金属的氧化物和硫化物；有过渡 键型的金属氧化物、硫化物以及间隙型的碳化物和氮化物。 LiVO2 是与 NaCl 结构相关的化合物。LiVO2 结构中氧离子 构成立方密堆积，金属离子沿体对角线方向交替占据八面体空 隙，形成锂原子层和钒原子层。图 2 Li+ 给出了 LiVO2 的晶体结构。LiVO2 可 以看作是有序的 NaCl 结构，具有三 图 1 NaCl 的结构 2O 方对成行，空间群为 R32/m。在较高 的温度下，LiVO2 结构中的两种阳离子趋于无序分布，LiVO2 转 变成典型的 NaCl 立方结构。 3+ NbO 是另外一个与 NaCl 结构相关的化合物。 NbO 结构中， 在 V 有 1/4 的铌和氧格位未被占据， 因而可以看作 NaCl 的有序缺陷结 构。 NbO 结构中， 是平面四方配位。 在 Nb NbO 结构也可以看作是由八面体金属原 子簇 Nb6 共用顶点而形成的骨架结构。 NbO 的结构如图 3 所示。 CaC2 是另外一个与 NaCl 结构相关的 图2. LiVO2的结构 化合物。CaC2 有多种晶型，四方晶系的 图 3. NbO 的结构 22+ CaC2 由 Ca 和 C2 组成，Ca2+和 C22-的分布和 NaCl 相似，但由于 C22-离子是哑铃状，而不是球形，使结构沿 c 轴方向拉长成四方晶系。结构的图形示于图 4。 2．CsCl 型的晶体结构 在 CsCl 的晶体结构中，Cl-作简单立方堆积，Cs+填入 立方体空隙中，正、负离子的配位数均为 8，其结构示于 图 5。 CsCl 型结构属于简单立方点 阵，Oh 点群。属于 CsCl 型的例子 化合物有 CsCl， CsBr， CsI， RbCl， ThCl， TlCl， TlBr， 4Cl， 4Br， NH NH
图 5. CsCl 的结构
C2
Ca2
图 4. CaC2 的结构

高分子材料与无机非金属金属材料的区别

高分子材料与无机非金属材料、金属材料的区别 有机高分子化合物简称高分子化合物或高分子，又称高聚物，与无机非金属材料、高分子材料并称三大材料。高分子材料一般具有以下特点: （1）力学性能：比强度高,韧性高，耐疲劳性好，但易应力松弛和蠕变; （2）反应性:大多数是惰性的，耐腐蚀，但粘连时要表面处理，加聚合物共混时需要表面处理，另外，有的高分子材料容易吸收紫外线或红外线及可见光发生降解; （3）物理性能：密度小，很高的电阻率，熔点相比金属较低，限制了使用领域高分子化合物的一般具有特殊的结构，使它表现出了非同凡响的特性。例如，高分子主链有一定内旋自由度，可以弯曲，使高分子链具有柔性；高分子结构单元间的作用力及分子链间的交联结构，直接影响它的聚集态结构，从而决定高分子材料的主要性能。 此外高分子材料可用纤维增强（复合材料）制成高性能的新型材料，可设极性大，部分性能超过金属。当前，高分子材料正趋向功能化，合金化发展，比传统材料有更大的发展空间和更广阔使用的领域。 高分子化合物固、液、气三种存在状态的变化一般并不很明显。固体高分子化合物的存在状态主要有玻璃态、橡胶态和纤维态。固体状态的高分子化合物多是硬而有刚性的物体。无定形的透明固体高分子化合物很像玻璃，故称它为玻璃态。在橡胶态下，高分子链处于自然无规则和卷曲状态，在应力作用下被拉伸，去掉应力又恢复卷曲，表现出弹性。纤维是由高分子化合物构成的长度对直径比大很多倍的纤细材料。 通常使用的高分子材料，常是由高分子化合物加入各种添加剂所形成，其基本性能取决于所含高分子化合物的性质，各种不同添加剂的作用在于更好地发挥、保持、改进高分子化合物的性能，满足不同的要求，用在更多的方面。 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、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。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料一般具有高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化性等基本属性,以及宽广的导电性、隔热性、透光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。金属材料则一般具有导电、导热、磁性的物理性能，并能表现出一定的强度、硬度和可塑性。

无机非金属材料结构知识点整理

一概述 1.材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质。材料性能关系到材料的应用材料含义在于应用，材料的什么决定应用的概念和设计，决定了应用的基础——综合的性能决定最终产品的形态和应用…… 2.材料研究的核心问题：以材料的结构和性能为研究对象，并重点研究结构与材料性能之间的关系，为材料性能的改进和新材料的开发提供指导。 3材料结构层次：原子结构，晶体结构——功能材料密切相关；显微结构，微观组织——结构材料密切相关；宏观结构——复合材料相关；、 4材料的电子结构——指材料中的电子分布和状态，它不同于单个的分子和原子的电子结构，因为这两者不是长程的完整的材料。它是决定材料晶体结构的主要和本质原因。 5. 电子波动反映到原子中，为驻波。 6.现代材料结构和性能测量的重要原理和基础：X光衍射和电子显微技术——微观结构，磁性分布和能隙空间分布等等，其中大都以微观过程或性能直接体现了量子效应和作用…… 7.量子理论是解决电子结构的惟一工具。是以能量的量子化和波函数概念为核心的，可依照薛定额方程确定的第一性原理分析方法。 二、晶体结构 1晶体的特征：均匀性；各向异性；自发地形成多面体外形；晶体具有明显确定的熔点；晶体的对称性；晶体对X射线的衍射； 2晶体的宏观特性是由晶体内部结构的周期性决定的,即晶体的宏观特性是微观特性的反映。 3晶体结构即晶体的微观结构，是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况 4晶体与非晶体的最本质差别在于组成晶体的原子、离子、分子等质点是规则排列的（长程序），而非晶体中这些质点除与其最近邻外，基本上无规则地堆积在一起（短程序）。晶体与非晶体之间的主要差别在于它们是否有三维长程点阵结构。 5晶体――原子或原子团、离子或分子在空间按一定规律呈周期性地排列构成的固体 6固体分类(按结构)――晶体:长程有序；非晶体:不具有长程序的特点,短程有序；准晶体:有长程取向性，而没有长程的平移对称性。 7在晶体中适当选取某些原子作为一个基本结构单元，这个基本结构单元称为基元，基元是晶体结构中最小的重复单元，基元在空间周期性重复排列就形成晶体结构。晶格+基元=晶体结构 8晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的点子在空间有规则地做周期性无限分布，通过这些点做三组不共面的平行直线族，形成一些网格，称为晶格(或者说这些点在空间周期性排列形成的骨架称为晶格)。9取一格点为顶点，由此点向近邻的三个格点作三个不共面的矢量，以此三个矢量为边作平行六面体即为固体物理学（简称原胞）。 10结晶学原胞（简称单胞）构造：使三个基矢的方向尽可能地沿着空间对称轴的方向，它具有明显的对称性和周期性。 11维格纳--塞茨原胞构造：以一个格点为原点，作原点与其它格点连接的中垂面(或中垂线)，由这些中垂面(或中垂线)所围成的最小体积(或面积)即为W--S原胞。特点：它是晶体体积的最小重复单元，每个原胞只包含1个格点。其体积与固体物理学原胞体积相同。 12原胞与分类—7大晶系 晶系晶轴轴间夹角实例 立方 a = b = c α=β=γ= 900Cu, NaCl 四方 a = b ≠ c α=β=γ= 900Sn, SiO2 正交 a = ≠ b ≠ c α=β=γ= 900I2, BaCO3 三方 a = b = c α=β=γ≠ 900As, Al2O3 a = b ≠ c α=β= 900，γ = 1200 单斜 a ≠ b ≠ c α= γ= 900，β≠ 900KClO3 三斜 a ≠ b ≠ c α≠ β≠ γ≠ 900 K2CrO7 六方 a = b ≠ c α=β= 900，γ =1200 Mg,CuS

无机非金属材料性能

●一、填空题[每空1分，共12分] ●二、名词解释题[每题5分，共20分] ●三、问答题（每题8分，共48分） ●四、计算题（共20分，每题10分） ●弹性模量E的本质 ●上限和下限弹性模量及有气孔陶瓷的E ●金属、非金属晶体塑性变形难易程度不同的机理 ●材料的理论强度 ●微裂纹强度 关于微裂纹强度公式的4个讨论 Griffith关于裂纹扩展的能量判据 ?线性断裂力学判据KI=KIC ?应力强度因子、断裂韧性（物理意义、区别、联系） ?应力、应力强度因子 ?克服材料脆性和改善其强度的措施及机理 ?格波的分类 ?热容理论的发展（经典、爱因斯坦、德拜） ?晶态固体热容规律 ?热膨胀的本质 ?热膨胀机理 ?热膨胀系数滞后现象、原因 ?比较同一组成的单晶、多晶、非晶态物质的热导率 ?抗热震性概念、陶瓷材料在热冲击下的损坏类型 ?抗热冲击断裂和抗热冲击损伤因子与σ、E关系为何相反? ?热稳定性评价因子及其适用条件. ?载流子、离子电导、电子电导及物理效应 ?离子晶体中有什么电导机制? ?离子晶体里的离子都是载流子? ?载流子的迁移率的物理意义 ?电导率的微观本质 ?离子电导率与温度关系 ?关于离子载流子电导活化能的计算 ?绝缘体、半导体、导体的能带结构 ?电介质半导化：杂质缺陷、本征缺陷；价控半导体(结合例题) ?玻璃电导特点 ?降低玻璃电导的措施 ?电极化、偶极子、电偶极矩、质点的极化率、局部电场、极化强度等的概念?克劳修斯-莫索蒂方程的使用范围、意义、讨论 ?电介质的基本极化机制及区别 ?介电损耗的形式 ?降低陶瓷介质的tg 方法 ?本征击穿与热击穿 ?影响电介质击穿强度下降的因素(结合例子) ?画出铁电体的电滞回线,各物理量的物理意义

无机非金属材料专业考试试卷

(无机非金属材料专业)试卷 一、单选：（每题1分，共20分） 1、影响熟料安定性的主要因素是（）。 A. 一次游离氧化钙 B.二次游离氧化钙 C.固溶在熟料中的氧化镁 D.固溶在熟料中的氧化钠 2、粉磨水泥时，掺的混合材料为：矿渣16% ，石灰石5%，则这种水泥为（） A. 矿渣硅酸盐水泥 B.普通硅酸盐水泥 C.复合硅酸盐水泥 D.硅酸盐水泥 3、以下哪种措施有利于C3S的形成？（） A.降低液相粘度 B.减少液相量 C.降低烧成温度 D.缩短烧成带 4、国家规范规定，通用硅酸盐水泥中各个品种的初凝时间均不得早于（） A. 45分钟 B.55分钟 C. 60分钟 D.390分钟 5、和硅酸盐水泥相比，掺有混合材料的水泥的如下那个性质较差（） A. 耐水性 B.后期强度 C.抗冻性 D.泌水性 6、引起硅酸盐水泥熟料发生快凝主要原因是（） A.C3S水化快 B. C3A水化快 C.C4AF水化快 D.C2S水化快 7、水泥产生假凝的主要原因是（） A.铝酸三钙的含量过高 B.石膏的掺入量太少 C.磨水泥时石膏脱水 D.硅酸三钙的含量过高 8、根据GB/T175-2007，下列指标中属于选择性指标的是（）

A. KH减小，SM减小，铝率增大。 B. KH增大，SM减小，铝率增大。 C. KH减小，SM增大，铝率减小。 D. KH增大，SM增大，铝率增大。 9、硅酸盐水泥熟料的烧结范围一般在（） A.50-80℃ B. 80-100℃ C. 100-150℃ D.150-200℃ 10、国家规范规定矿渣硅酸盐水泥中SO3（） A ＜3.5% B ≤3.5% C ＜4.0% D ≤4.0% 11、复合硅酸盐水泥的代号是（） A P·S B P·O C P·F D P·C 12、国家规范规定骨质瓷的热稳定性为（） A. 140℃ B.160℃ C. 180℃ D.200℃ 13、一般来说，凡烧成温度降低幅度在( ）以上者，且产品性能与通常烧成的性能相近的烧成方法可称为低温烧成。 A. 40-60 ℃ B.60-80℃ C. 80-100℃ D.100-120℃ 14、炉温为1250-1400℃的电炉，电热体可采用（）。 A.镍铬丝 B. 铁铬钨丝 C. 硅碳棒 D.二硅化钼棒 15、一般将日用陶瓷的烧成过程分为几个阶段。（） A. 2 B. 3 C. 4 D.5 16、干燥过程中，最容易引起坯体变形的阶段是（） A. 升速干燥阶段 B. 等速干燥阶段 C. 降速干燥阶段 D.平衡阶段 17、改善泥浆流动性一般不用NaOH作稀释剂的原因是（） A. 碱性太强 B. Ca(OH)2溶解度较大

无机非金属材料物理化学知识点整理

无机非金属材料物理化学知识点整理无机非金属材料为北航材料学院2009年考研新加科目，考试内容包括大三金属方向限选课《无机非金属材料物理化学》（60%左右）和大四金属方向限选课《特种陶瓷材料》（40%左右）。参考书：陆佩文主编《无机材料科学基础》，武汉理工大学出版社，1996年。本资料由陆晨整理录入。祝愿大家考出好成绩。 第一章无机非金属材料的晶体结构 第一节：概述 一、晶体定义：晶体是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。 二、晶体结构=空间点阵+结构单元 三、晶体的基本性质： 1、均一性 2、各向异性 3、自限性 4、对称性 5、稳定性 四、对称性、对称元素、七大晶系、十四种布拉菲格子 结晶符号1、晶面符号——米勒指数(hkl) 2、晶棱符号[ uvw] PS：其实只要看了金属学，这些就都会了，懒得写了… 第二节：晶体化学 一、离子键、共价键、金属键、分子间力、氢键定义、特点（大家都知道的东西…） 二、离子极化： 三、鲍林规则（重点）： 鲍林第一规则──配位多面体规则，其内容是：“在离子晶体中，在正离子周围形成一个负离子多面体，正负离子之间的距离取决于离子半径之和，正离子的配位数取决于离子半径比”。 鲍林第二规则──电价规则指出：“在一个稳定的离子晶体结构中，每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的静电键强度的总和，其偏差≤1/4价”。静电键强度S=正离子数Ｚ＋/正离子配位数n ，则负离子电荷数Ｚ＝∑Si=∑(Zi+/ni)。 鲍林第三规则──多面体共顶、共棱、共面规则，其内容是：“在一个配位结构中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。其中高电价，低配位的正离子的这种效应更为明显”。

§4 无机非金属材料及其性能特点

§4 无机非金属材料及其性能特点 4.1 陶瓷 陶瓷是陶器与瓷器的总称。它是一种既古老而又现代的材料，亦称无机非金属材料，具有耐高温、耐腐蚀、硬度高、绝缘等优点。按其原料的来源不同，陶瓷可分为普通陶瓷和特种陶瓷。 4.1.1 普通陶瓷 普通陶瓷是以天然硅酸盐矿物为原料（粘土、长石、石英），经过原料加工、成型、烧结而成，因此又叫硅酸盐陶瓷。普通陶瓷分为日用陶瓷和工业陶瓷两大类。日用陶瓷主要是用作各种日用器皿。工业陶瓷包括建筑卫生瓷、化学化工瓷、电工瓷等。 表3.6各类日用陶瓷的配料、性能特点及应用 4.1.2 特种陶瓷 特种陶瓷，又称现代陶瓷、精细陶瓷、先进陶瓷、高性能陶瓷等，包括特种结构陶瓷和特种功能陶瓷，是采用纯度较高的人工合成化合物（如Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4、BN等），经配料、成型、烧结而制得。常见的特种陶瓷及其性能特点和应用在下表给出。

表3.7 常用特种陶瓷的性能特点及应用

4.2 玻璃 玻璃是一类非晶态的无机非金属材料，在现代科学技术和日常生活中有着重要的应用。玻璃的主要组分及其功能有： SiO2：硅酸盐玻璃的主要成份，构成玻璃的骨架； Na2O：是制造玻璃的助熔剂，可以大大降低玻璃液粘度； CaO：加速玻璃熔化，提高玻璃稳定性； Al2O3：提高玻璃机械强度、降低玻璃热膨胀系数等。 表3.8 常用玻璃的成分、性能特点及应用 4.3 水泥及混凝土 水泥是一种能在空气、水中硬化并将砂子、石头等颗粒黏结成一个整体的水硬性胶凝性材料。由水泥将砂石黏结成一个整体，就是混凝土，大量应用于修桥铺路工程。建筑工程中常用的钢筋混凝土是将钢筋搭乘骨架，而后浇筑混凝土而成。 硅酸盐水泥由熟料、石膏和混合材料组成。熟料主要以硅酸钙为主要成分，是水泥的主要成份。石膏以天然石膏为主，用来调整水泥的凝结时间。混合材料主要是用来提高水泥抗水性、降低水泥成本、调整水泥标号。

§7 无机非金属材料结构

§7 无机非金属材料结构 7.1 金刚石型结构 晶体中各原子以共价键结合，构成正四面体，键角是109度，如：C,Si, Ge 等。 图2.36 金刚石晶格结构 a：晶格结构；b：四面体配位 7.2 硅酸盐结构 这是陶瓷的主要结构，其结构基本单元是硅氧四面体。按照硅氧四面体在空间的不同连接方式，硅酸盐结构可分为： （1）链状结构：该结构中硅氧四面体共有一个氧，连接成链状，如石棉纤维；

图2.37 链状硅氧四面体 a：单链；b：双链 （2）层状结构：该结构中硅氧四面体连接成片状，许多片叠合在一起形成层状，层之间以分子间作用力结合，由于该作用力小而容易裂开，如滑石、云母 等； 图2.38 层状硅氧四面体 a：立体图；b：投影图 （3）网状结构：该结构中硅氧四面体在三维方向上相互结合，形成网状结 构，如石英，由于结合力强而质地坚硬。 7.3 玻璃结构 玻璃是由熔融体过冷而形成的非晶结构透明固体材料，在结构上具有长程无 序、短程有序的特点，热力学上具有亚稳性，存在熔融态向玻璃态转变的渐变性。

关于玻璃结构的理论，主要有两种学说： （1）无规则网络学说：玻璃是由离子多面体构成，它们之间通过公共氧搭桥作三维无规则连续排列，形成空间网络结构； （2）晶子学说：认为玻璃是由晶子构成，晶子是与该玻璃成分一致的晶态化合物，但尺寸远小于一般的晶粒。 有关玻璃态的形成机制，尚待进一步的研究探讨。 图2.39 石英晶体与石英玻璃结构对比 a：石英晶体；b：石英玻璃 7.4 氧化物和非氧化物结构 氧化物和非氧化物的结构主要取决于：a）阴阳离子的电荷（决定化学式）；b）阴阳离子的半径（决定阳离子周围最近邻阴离子的配位数）。典型的结构有：（1）NaCl结构：又称岩盐型结构，属于立方晶系，面心立方点阵，是典型的离子晶体，氯离子形成密堆的面心立方晶格，钠离子占据其八面体间隙，如：NaCl,KCl,LiF,KBr,NaI,MgO,CaO,BaO等。 （2）CsCl结构：属于立方晶系，简单立方点阵，铯离子处于氯离子的正六面体间隙位置，如：CsCl,LiHg,LiAl,MgTl等。 （3）立方ZnS结构：又称闪锌矿型结构，属于立方晶系，面心立方点阵，其中硫离子组成面心立方晶格，锌离子相间地占据其一半的四面体间隙，如：

无机非金属材料复习题0001

.言 1.无机材料中除金属以外统称为无机非金属材料。传统上的无机非金属材料主要有陶瓷，玻璃，水泥和耐火材料四种。 2.无机非金属材料学主要研究无机非金属材料的成分和制备工艺，组织结构，材料性能和使用性能四个要素。 3.玻璃结构的物质特点是：短程有序和长程无序。 4.网络生成体氧化物四个要素： (1)每个氧离子应与不超过两个阳离子相连 (2)在中心阳离子周围的氧离子配位数必须小于等于 4 (3)氧互相共角而不共棱或共面 (4)每个多面体至少有三个顶角是共用的。 5.分相：玻璃在高温下为均匀的熔体，在冷却过程中或在一定温度下热处理时，由 于内部质点迁移，某些组分分别浓集，从而形成化学组成不同的亮个相，此过程称 为分相。 6.玻璃的粘性：粘度随温度变化的快慢是一个重要的玻璃生产指标； 短性玻璃：粘度随温度变化的快的玻璃0 7.影响玻璃机械强度的因素： (1)化学组成(2)玻璃中的缺陷(3)温度(4)玻璃中的应力 第二章 1 . 玻璃的原料：凡能用于制造玻璃的矿物原料，化工原料，碎玻璃等统称; ________ 配合料：为熔制具有某种组成的玻璃所采用的，具有一定配比的各种玻璃原料的混 合物 2.玻璃原料通常按其用量和作用的不同分为主要原料和辅助原料°

3.一般配合料的制备过程是：计算出玻璃配合料的料方，根据料方称取各种原料，再用混合机混匀即制得了玻璃配合料。 4.选择原料是应遵循以下原则： (1)原料的质量应符合玻璃制品的技术要求 (2)便于日常生产中调整成分 (3)适于融化与澄清，挥发与分解的气体无毒性 (4)对耐火材料的侵蚀要小 (5)原料应易加工，矿藏量大，运输方便，价格低 5.设计玻璃组成的原则： (1)根据组成，结构和性质的关系，使设计的玻璃能满足预定的性能要求 (2)根据玻璃形成图和相图，使设计的组成能够形成玻璃析晶倾向小 (3)根据生产条件使设计的玻璃能适应熔制，成型，加工等工序的实际要求。 (4)所设计的玻璃应当价格低廉，原料易于获得。 第三章 1.从加热配合料直到熔成玻璃液分为五个阶段：(1)硅酸盐形成阶段 (2)玻璃形成 阶段 (3)玻璃液的澄清阶段(4)玻璃液的均化阶段(5)玻璃液的冷却阶段。 2.两者膨胀系数不同，则在两者界面上将产生结构应力，这就是玻璃制品炸裂的原因。 3.产生二次气泡的主要原因： (1)硫酸盐的热分解(2)物理熔解的气体析出(3)玻璃中某些组分易产生二次 气泡 4.配合料的湿润能改善配合料的均匀性：因为配合料中保持一定的水分，能使配合料 中的芒硝和纯碱等助熔剂覆盖粘附于石英砂颗粒表面，提高了内摩擦系数，并使配 合料颗粒的位置相互巩固，减小分层倾向，提高配合料的反应能力及减轻飞料现象。

无机非金属材料结构和性能1

无机非金属材料结构与性能 第一章：绪论 一、材料的定义与分类 1.材料：将原料通过物理或化学方法加工制成的金属、无机非金属、有机高 分子和复合材料等固体物质，它们一方面作为构件、器件或物品的原材料或半成品，另一方面可以在单级工艺过程中制成最终产品。 ●材料是物质，但它通常不包括：燃料、化学原料、工业化学品、药品、食 品 2.分类： 1)按物理化学属性分；金属、无机非金属、有机高分子、复合材料 2)按用途分：电子材料、生物材料、核材料、建筑材料、能源材料…… 3)按性能分：结构材料（以力学性质为基础用以制造以受力为主的构件）、 功能材料（以物理、化学及生物等性质为主） 4)按材料发展分：传统材料（在工业中已批量生产并得到广泛应用的材料）、 先进材料（刚刚投产或正在发展并具有优异性能和广泛应用前景的材料） 二、无机非金属材料的定义、特点和科学内涵 1.定义：以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素等物质组成 的材料。是除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（inorganic non-metallic materials）是20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的。 ●传统的“硅酸盐”材料：是指以天然的硅酸盐矿物（SiO2和金属氧化物所 形成的盐类，如粘土、石英、长石等）为主要原料，经高温窑烧制而成的一大类材料，故又称为窑业材料。包括日用及工业用陶瓷、玻璃、耐火材料、水泥、搪瓷、砖瓦等。 ●在40所代中期，50年代初期，国内曾使用“陶业”与国际上广义的“陶 瓷”（Ceramics）以及日本的“窑业”具有同一涵义。由于历史的原因，在

无机非金属材料知识点

无机非金属材料知识点 一、重要概念 1、无机非金属材料 ①以某些元素的氧化物、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。 ②是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。 2、陶瓷 ①从制备上开看，陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品。 ②从组分上来看，陶瓷是多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的聚集体。 3、玻璃 ①狭义：熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机物质 ②一般：若某种材料显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质，则不管其组成如何都可称为玻璃 （具有玻璃转变温度Tg）。 玻璃转变温度：热膨胀系数和比热等物理性质的突变温度。 具有Tg的非晶态材料都是玻璃。 4、水泥凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬 化，并能将砂、石、钢筋等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。 5、耐火材料 耐火度不低于1580C的无机非金属材料 6、复合材料复合材料是两种或两种以上物理、化学性质不同的物质组合而成的一种新的多相固体材料。 通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能。 二、陶瓷知识点 1、陶瓷制备的工艺步骤 原材料的制备-坯料的成型-坯料的干燥-制品的烧成或烧结 2、陶瓷的天然原料 ①可塑性原料：黏土质陶瓷成瓷的基础（高岭石、伊利石、蒙脱石） ②弱塑性原料：叶蜡石、滑石 ③非塑性原料：减塑剂：石英助熔剂：长石 3、坯料的成型的目的 将坯料加工成一定形状和尺寸的半成品，使坯料具有必要的机械强度和一定的致密度 4、陶瓷的成型方法 ①可塑成型：在坯料中加入水或塑化剂，制成塑性泥料，然后通过手工、挤压或机加工成型；