矿物材料展望.ppt

矿物材料学 主讲人 任 飞 绪 论 矿物材料的定义与分类 矿物材料的发展简史 矿物材料的进展和作用 矿物材料的展望 矿物材料学及研究内容和任务 矿物的分类 根据对矿物不同的研究目的、任务与要求，有三种分类法：工 业分类、成因分类和晶体化学分类。 矿物依其成因可分为原生矿物和次生矿物两类。 由地壳深处的岩浆冷凝而成的矿物，成为原生矿物，如：长石、 云母等。 由原生矿物经过化学变化（如变质作用和风化作用）形成新的 矿物，成为次生矿物，如方解石、高岭石、蛇纹石等。 形成岩石的矿物称为造岩矿物。 形成矿物的地质作用 ???? 岩石组成了整个地壳，而岩石又是矿物的集合体，所以尽管矿 物的种类很多，五彩缤纷，但从和岩石的成因关系来看，可以分为 火成作用、沉积作用和变质作用三种成因类型。 电子时代。1883年，爱迪生发明了电灯泡，奠定了电子工业的基 础。 计算机及信息时代。20世纪，计算机的出现，人类社会进入了贝 尔的“后工业社会”、托夫勒的“第三次浪潮社会”、奈斯比特的“信息 社会”、堺屋太一的“知识价值社会”、尼葛洛庞帝（Negroponte）的 “数字化生存社会”。 ……？ 粉体矿物材料 粉体矿物材料在结构材料和功能材料中发挥着重要作用。 粉体矿物材料的涂料领域不断涌现高科技产品 如陶瓷吸波涂料 是密度小、吸波性能好，可有效减弱红外辐射的材料；在高分子涂料 中加入无机矿物紫外线吸收剂(UV剂)，对紫外线散射和吸收性能好， 比有机UV剂的耐热、耐久性强，可有效防止涂料因光照的老化现象。 这种无机UV剂是用纳米TiO2在云母或滑石微粒片表面形成涂层后制 成的；生物陶瓷涂层是用人造矿物复合材料替代人体因伤病无法复原 的天然组织的人工骨、关节、齿根等移植替代材料。如羟基磷灰石生 物陶瓷，金属—生物陶瓷人工骨材料，用等离子喷涂法，通过工艺控 制可使涂层有一定粗糙度和孔隙，具有更好的生物相容性。 目前，粉体矿物材料用量最大的仍然是在塑料、造纸、建材等行 业的碳酸钙、高岭土、滑石等矿物填料、涂料。但矿物材料类别也随 技术进步而发生着变化。如造纸技术由酸性施胶向碱性施胶转变，重 钙(GCC)因其自身的优势正在越来越多地取代滑石、高岭土。塑料工 业中，矿物材料占塑料制品中的填充率约10%，主要是碳酸钙和滑石。 美国塑料业中的碳酸钙填料在80年代中期已近70万t，并作为功能性填 料，增加塑料制品的刚度、光泽、耐擦伤性、耐冲击强度和其他有关 的物理性能。欧洲塑料业碳酸钙年用量约50万t。涂料工业中，碳酸钙 既是体质颜料，又是减光性好和抗老化的功能性材料。美国涂料业年 消耗碳酸钙填料超过26万t，欧洲约52万t(主要是水基涂料)。 粉体矿物材料的矿物种类和产品随着技术发展正在不断增加和更 新 ，如硅藻土铸管涂料；沸石、硅藻土清新涂料；硅灰石水性涂料； 海泡石、纤蛇纹石、膨润土、膨胀珍珠岩等矿物制成的保温隔热料； 膨润土无碳复写纸涂料; 钙基膨润土防水建筑涂料; 用高岭土或膨润土 或沸石岩生产4A分子筛材料；用高岭土或蛇纹岩或膨润土生产白炭黑 等。 曾泽斌等（非金属矿，1997，4期）研究了代替纤维增强摩擦材料 蛭石摩擦材料。蛭石这种片状矿物在酚醛树脂基体中的增强效率比纤 维高两倍，产品摩擦系数为0.4～0.6，高温磨损比纤维摩擦材料小，抗 冲击强度达到国际标准。 在水镁石阻燃材料与高分子材料的相容性改造方面，在日本，己 利用脂肪酸或硅烷或钛酸脂偶联剂等多种方法处理水镁石，使其表面 形成有机结构基团包覆层，因而使之与高分子化合物共混时实现界面 相容。 近几年来，国内外都十分重视粘土层间化合物(Clay Intercalation Compounds, 缩写为CICs)(也称为柱撑粘土矿物材料，Pillared InterlayerClay Material，缩写为PILC)，这一种分子级复合功能材料 的开发应用。它是利用某些层状粘土矿物的离子或分子可交换性，用 所需的原子、分子或多核笼状离子基团作为插层剂(或称柱化剂)插入 层间域形成新的化合物及复合材料。不同的基体粘土矿物与插层剂的 组合，或者用不同的制造方法，可制成不同理化性能的CICs，满足不 同应用领域的要求。如层柱粘土催化剂(新型分子筛催化材料); 用于液 体的分离、离子交换、络合物交换等用途的新型吸附材料；择形分子 筛;纳米工程塑料(如用蒙脱石矿物的柱撑纳米微粒作分散相与有机聚 合物基