【材料课堂】史上最全的无机非金属知识点汇总

一、重要概念无机非金属材料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...





一、重要概念

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。

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。

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的非晶态无机非金属材料都是玻璃。

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。

耐火材料

耐火度不低于1580℃的无机非金属材料

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

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；（传统陶瓷）

②注浆成型：将浆料浇注到石膏模中成型

③压制成型：在金属模具中加较高压力成型；（特种陶瓷）

5.烧结

将初步定型密集的粉块（生坯）高温烧成具有一定机械强度的致密体。

固相烧结：烧结发生在单纯的固体之间

液相烧结：有液相参与，加助溶剂产生液相

好处：降低烧结温度，促进烧结

6.陶瓷的组织结构：晶相、玻璃相、气相

①晶相：陶瓷的主要组成；分为主晶相和次晶相

②玻璃相：玻璃相对陶瓷的机械强度、介电性能、耐热性等不利，不能成为陶瓷的主导组成部分。

玻璃相在陶瓷中的作用：粘结；粘结晶粒，填充空隙，提高致密度

降低烧成温度，促进烧结

③气相：气孔；降低强度，造成裂纹。

7.陶瓷力学性能的特点

硬度：高

强度：抗拉强度很低、抗压强度非常高

塑性：塑性极差

韧性：韧性差、脆性大

8.陶瓷热学性能的特点

①导热性：差，良好的绝热材料

②热稳定性（抗热震性）：概念：材料承受温度的急剧变化而不至于被破坏的能力。

陶瓷抗热震性一般较差

9.结构陶瓷

①概念：能作为工程结构材料使用的陶瓷，一般具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等优异性能，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷工作环境。

②常见种类：Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4……陶瓷

10.陶瓷增韧技术：【机理：阻碍裂纹的扩展】

①相变增韧：相变可吸收能量；

体积膨胀可松弛裂纹尖端的拉应力，甚至产生压应力。

②微裂纹增韧：温度变化引起的热膨胀差或相变引起的体积差，均会产生弥散分布的微裂纹；

微裂纹与主裂纹联结，使主裂纹分叉，改变主裂纹尖端应力场，吸收其能量，阻碍其扩展。

③第二相颗粒弥散增韧：在基体中弥散分布的第二相颗粒阻碍裂纹的扩展。

④与金属复合增韧：金属是一种韧性相，通过其自身的塑性变形，可松弛裂纹尖端应力，并吸收裂纹能量。

⑤增强纤维或晶须增韧阻碍裂纹扩展。

11．功能陶瓷

概念：具有光、电、磁、声、力、生物、化学等功能的陶瓷材料。

12．透明陶瓷

①概念：能透过可见光的陶瓷材料

②使陶瓷透明的方法：

不透明原因：杂质、气孔、晶界使光线吸收和散射

透明的手段：采用高纯度、高细度的原料，同时掺入添加物或采取其他工艺上得措施，把气孔充分排除，适当控制晶粒尺寸，使制品接近于理论密度，尽可能减少陶瓷材料对光的吸收和散射

13．压电陶瓷

①压电效应：机械力→应变↔表面荷电

②压电陶瓷是一种多晶烧结体

③压电陶瓷的压电效应机理：材料内部自发极化产生电畴。

极化处理前：电畴分布无序，宏观极化强度为零。

极化处理后：电畴在一定程度上按外电场取向排列，宏观极化强度不为零，表现为束缚电荷。

机械作用导致电畴转向，束缚电荷发生变化。

压电陶瓷只有经极化处理后才具有压电效应。

14．热释电陶瓷

①热释电效应：温度变化→应变↔表面荷电

②机理：跟压电陶瓷类似

15．半导体陶瓷

PTC半导体陶瓷：①PTC效应：正电阻温度系数效应

②应用：限流、恒温发热、过热保护……

三、玻璃知识点

1．可形成玻璃的物质

①硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐

②重金属氧化物

③硫化物、卤化物，等

2．玻璃制备方法的通性

使材料不发生结晶、或破坏晶体的有序结构使其非晶化

①熔体冷却法：冷却速度必须大于原子调整成晶体的速度。

②非熔融法：气相沉积法、水解法、高能射线辐照法、冲击波法、溅射法等。

3．玻璃性能上的通性

①各向同性：玻璃态物质的质点排列无规则，满足统计均匀分布，因此其物理、化学性质在任何方向都是相同的

②介稳性：玻璃介于熔融态和晶态之间，属于介稳态

③无固定熔点

④物理化学性质的渐变性：玻璃态物质从熔融状态冷却（或加热）过程中，其物理化学性质产生逐渐、连续地变。

4．形成玻璃的手段

①冷却速度足够快

冷却速度快到足够使熔体中原子来不及重组成有序的点阵，从而使液态或气态的无定形结构得以被保留。

②使原子无序堆积，不形成晶格。

③破坏晶体的有序结构，使之非晶化机械研磨；高能辐照、强冲击波。

5．传统玻璃熔制

玻璃液的澄清：排除液中的可见气泡。

玻璃液的均化：消除尚未熔化的砂粒、条纹等不均匀相，以保证玻璃液中化学组分的均匀，温度较高，为1200~1400℃，此时玻璃液粘度极小。

6．玻璃形成的热力学条件

同组成的晶体与玻璃体的内能差别越大，玻璃越容易结晶，即越难形成玻璃。

7．玻璃形成的动力学条件

形成玻璃的关键是熔体的冷却速度（粘度增大的速度）大于质点排列成晶体的速度。

8、玻璃形成的结晶化学条件

①熔体中阴离子团的聚合程度

阴离子团低聚合：位移、转动、重排容易，易调整成晶体，不易形成玻璃。

阴离子团高聚合：位移、转动、重排困难，难调整成晶体，容易形成玻璃。

②化学键的性质

只有当离子键和金属键向共价键过渡时，形成由离子—共价、金属—共价混合键所组成的大阴离子时，就最容易形成玻璃。

③化学键的强度

网络形成体氧化物：能单独形成玻璃，如SiO2、B2O3、P2O5、GeO2。

网络变性体氧化物：不能单独形成玻璃，但能改变网络结构，一般使结构变弱，如Na2O、K2O、CaO。

网络中间体：两者之间，能改善玻璃性能，如Al2O3、TiO2、ZnO、BeO。

9．氧化物玻璃的无规网络模型

结构单元：金属离子——氧多面体



正离子在多面体中央；氧在顶角，为公共氧，一个氧最多与两个形成网络的正离子相连。

多面体顶角无规则相连，通过公共氧（桥氧）搭成无规则网络。

R2O或RO（如Na2O、CaO），氧桥被切断出现非桥氧。

10．氧化物玻璃的晶子模型

晶子：晶格极不完整、有序区域极小的晶体。

晶子模型：晶子分散在无定形介质中，晶子与无定形区域无明显界限。

玻璃有近程有序，远程无序的结构特点。

11．高分子玻璃的结构模型

无规线团模型：分子链成无规线团状，各线互相交织、互相穿插。

12．金属玻璃的结构模型

无规硬球堆积模型：把原子视为硬球，尽可能地紧密堆积，球的排列是无规则的（金属键无方向性，原子具有密堆倾向）。

13．硼反常

在B2O3中加入加R2O，刚开始加时，和硅酸盐相反，非但不会破坏桥氧，反而加固网络。这是因为刚开始加R2O时，R2O给出了游离氧，使一部分硼由三角体[BO3]变成四面体[BO4]。

14．微晶玻璃

将加有成核剂的特定组成的基础玻璃，在一定温度下热处理后，就会变成具有微晶体和玻璃相均匀分布的复合材料，又称玻璃陶瓷。

四、水泥知识点

1．硅酸盐水泥

熟料 + 石膏；也称为纯熟料水泥，又叫波特兰水泥。

2．普通硅酸盐水泥（普通水泥）

熟料 + 石膏 + 5%~20%的混合材料

3．矿渣硅酸盐水泥（矿渣水泥）

熟料 + 石膏 + 20%~70%的粒化高炉矿渣

4．火山灰质硅酸盐水泥（火山灰水泥）

熟料 + 石膏 + 20%~40%的火山灰质材料

5．粉煤灰硅酸盐水泥（粉煤灰水泥）

熟料 + 石膏 + 20%~40%的粉煤灰

6．硅酸盐水泥熟料的化学成分

氧化钙(CaO)、氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化铁(Fe2O3)

7．硅酸盐水泥熟料的矿物组成

硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁酸铝四钙、玻璃相

8．生成硅酸盐水泥熟料所用的工业原料

石灰质原料、粘土质原料和校正性原料

9．石膏在水泥中的作用

石膏的作用主要是调节凝结时间；适量的石膏对提高水泥强度有利，尤其是早期强度；但石膏也不宜过多，否则会使水泥产生体积膨胀而使强度降低，甚至影响水泥的安定性。

10．硅酸盐水泥的生产工艺：两磨一烧

生料的配制与磨细

→

将生料煅烧使之部分熔融形成以硅酸钙为主要成分的熟料矿物

→

将熟料与适量石膏或适量混合材料共同磨细为水泥。

11．水泥的强度等级



五．耐火材料知识点

1．耐火材料按其主成分的化学性质可分为

酸性：含较多SiO2；硅质、半硅质、黏土质

中性：碳质、高铝质、铬质

碱性：含大量的MgO和CaO；镁质和白云石质耐火材料（强碱性）；铬镁系、镁橄榄石质、尖晶石耐火材料（弱碱性）

2．几个指标

气孔率 = 气孔气体/制品总体积(表观体积)

体积密度：试样烘干后的质量与其体积之比值，即制品单位体积(表观体积)的质量。

真密度：耐火材料的质量与其真体积（即不包括气孔体积）之比。

3．耐火材料热导率 ~ 气孔

耐火材料中所含气孔对其热导率的影响最大。一般说来，气孔率越大，热导率越低。

4．耐火度

耐火材料在无荷重条件下，抵抗高温作用而不熔化的性质。

（来源：网络）

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