第五章2节概述.ppt

* 5.2 化学与无机非金属材料 5.2.1 无机非金属材料概论 5.2.2 硅酸盐材料 5.2.3 半导体材料 5.2.4 新型无机非金属材料 5.2.1 无机非金属材料概论 无机非金属材料(inorganic non-metallic material)简称无机材料。可分为： 硅酸盐材料：陶瓷、玻璃、水泥、耐火材 料、搪瓷等以天然硅酸盐为原料的制品。 新型无机材料：用人工合成方法制成的不 含硅或少含SiO2的材料，如一些氧化物、氮化 物、碳化物、硼化物、卤化物、硫化物和碳素 材料等。 无机材料的特点：耐高温、抗氧化、耐磨、耐腐蚀和硬度大。而脆性差：经不起碰撞摔打，即抗机械冲击性能差；经不起冷热冲击，即抗热震动性能差。 其中的无机工程结构材料主要是利用其强度，特别是耐高温强度。而无机功能材料还有诸如热、声、光、电、磁学等方面的特殊性能，已成为许多科学技术领域中的关键性材料。 5.2.2 硅酸盐材料 1.天然硅酸盐(silicate) 正长石 K2O.Al2O3.6SiO2或K2Al2Si6O16 白云母 K2O.3Al2O3.6SiO2.2H2O或K2H4Al6(SiO4)6 高岭土 Al2O3.2SiO2.2H2O或Al2H4Si2O9 石 棉 CaO.3MgO.4SiO2或Mg3Ca(SiO3)4 滑 石 3MgO.4SiO2.H2O或Mg3H2(SiO3)4 泡沸石 Na2O.Al2O3.2SiO2. nH2O 或Na2Al2(SiO4)2. nH2O 天然硅酸盐在自然界中分布很广,是构成地壳的主要组分。其化学式很复杂，可看成是二氧化硅和金属氧化物的复合氧化物。 石棉片 黄玉 正长石 水晶 白云母 滑石 粘土 天然硅酸盐不论组成多么复杂，在其晶体内部，基本结构单元都是SiO4四面体。硅占据四面体的中心，4个氧则占据4个顶角。 天然硅酸盐的用途很广，是工业上的重要材料，也是制造陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料等的原料。 O Si 2.水泥(cement) 按组成可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等。 硅酸盐水泥又称波特兰(Portland)水泥，是由粘土和石灰石按比例在旋转窑中于1450℃以上温度煅烧成熟料，再混入少量石膏，磨粉后制成。 硅酸盐水泥熟料的矿物组成及含量 组 分 化 学 式 符号 质量分数 硅酸三钙 3CaO.SiO2 C3S 0.37～0.60 硅酸二钙 2CaO.SiO2 C2S 0.15～0.37 铝酸三钙 3CaO.Al2O3 C3A 0.07～0.15 铁铝酸四钙 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 0.10～0.18 符号C表示CaO，S表示SiO2 ，A表示Al2O3 ， F表示Fe2O3。 3. 玻璃(glass) (2) 有色玻璃 在玻璃原料中加入某些 金属氧化物,可制成有色玻璃。 如加入CoO，玻璃呈蓝色； 加入Mn2O3，呈紫色；加入 Cu2O，呈红色；加入Cr2O3， 呈绿色。 (1)普通玻璃(钠玻璃) 是用石英砂、纯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 (3) 微晶玻璃 在玻璃中加入晶核形成剂(如金、银、铜的盐类)，经过热处理，可制成各种性能的微晶玻璃(又称玻璃陶瓷)。 (4) 钢化玻璃 将玻璃进行淬火处理或用化学方法处理可制成钢化玻璃。它的抗弯强度比普通玻璃大5~7倍，只有受到强烈冲击时才会破坏，而且碎片棱角圆滑，不易飞溅，不易伤人，是很好的安全玻璃。 4. 耐火材料(refractory material) 耐火材料是指耐火温度不低于1580℃,并在高温下能耐气体、熔融金属、熔融炉渣等物质侵蚀，而且有一定机械强度的无机非金属材料。 常用耐火材料的主要组分是一些高熔点氧化物，按其化学性质可分为酸性、碱性和中性。酸性耐火材料的主要组分是SiO2等，如硅砖；碱性耐火材料的主要组分是Mg