第一章矿物材料引言03概要.ppt

1-1 定义 1-2 材料分类 1-3 研究内容 1-4 矿物材料结构 1-5 矿物材料的物理性能 1.4.1 矿物材料的主要化学元素 无机材料大多数是金属和非金属的含氧酸盐和氧化物的水化物，前者如硅酸盐、硅铝酸盐等；后者如铝矾土（ Al2O3.xH2O ）等，其主要化学成分为钙、硅、铝、镁、碳、硫及少量铁、钾等元素的氧化物（含量最多的是硅二氧化物）和硅酸盐类。 注：非金属材料化学 非金属材料 （1）、硅 Si + 2OH- + H2O = SiO32- + 2H2 ↑ (2)、 钙 CaCO3 CaO+CO2 → (3)、 铝 Al3+ + 3OH- Al(OH)3 凝胶状 → ↓ (4)、 镁 MgCO3 MgO+CO2 → 540oc (5)、 碳 （6）、铁 （7）、硫 1.4.2 矿物材料的组织材料（晶体结构） 结构复杂，可归纳为晶体相、玻璃相、气相三种。 晶体结构分类： （1）、 氧化物结构： 特点：氧原子紧密堆积，正离子位于适当的空隙 MgO 结构、空心表示O、黑点表示Mg TiO 结构：红的表示O、白的表示Ti （2）、硅酸盐结构 硅酸盐矿物占三分之一，常见的有长石、云母、粘土、石棉、滑石，化学式复杂，可认为是酸性氧化物、碱性氧化物和水组成的化合物，所有的硅酸盐都是硅氧四面体结构单元组成的。 硅酸盐中的硅酸根（SiO44-）离子为正4面体结构，氧原子有两个未成对的电子，可和两个硅氧4面体中的硅形成共价键，这种氧原子为桥氧原子。 根据桥氧原子的连接方式，将硅酸盐分为五类： 特点：2个4面体共用一个氧原子顶点 硅原子：氧原子=1:3.5 举例: Si2O76- , 如钪硅矿Sc2(Si2O7) 分为单链和双链两类： 硅原子：氧原子数=1:3 单链结构中，每个硅氧4面体有两个桥氧原子；如锂辉石LiAl(SiO3)2,石棉Mg3Ca(SiO3)4. 双链结构中，一半4面体含两个桥氧原子，另一半含3个桥氧原子。 硅原子数：氧原子数=(1+1):{（2+2x0.5)x1+3x0.5} =4:11 双链结构含多硅酸根Si4O116-，如透闪石Ca2Mg5(Si4O11)2(OH)2，链间易断裂成纤维，可织成纱布或作绝缘材料。 3个硅4面体，每个4面体有两个桥氧原子，硅:氧=1:3，含多硅酸根离子Si3O66-，如硅灰石Ca3(SiO9); 6个硅4面体组成的环状结构，含多硅酸根离子Si6O1812-，如绿柱石(Be3Al2Si6O18); 含3个桥氧原子的层状结构，含多硅酸根离子Si2O52-；硅：氧=2:5，层之间结合力弱，容易分离，如滑石Mg3(Si2O5)2(OH)2; 含4个桥氧原子的网状结构。4个氧原子都是桥氧原子，Si:O=1:2，如石英SiO2； 层状或网状结构中的硅酸盐，硅可部分被铝原子取代形成铝硅酸盐，这种铝硅酸经特殊处理后，会形成许多整齐的多面体孔穴，比表面积大，孔径均匀，作分子筛，干燥剂，吸附剂，催化剂。 （3）、其它晶体结构-主要在陶瓷中： R碳/R金0.59,碳嵌入到金属晶格间隙中，为间隙相；R碳/R金0.59,结构复杂； 过渡金属碳化物中，金属和碳之间的键属于共价和金属键之间的过渡状态，SiC为共价键； 碳化物耐高温材料，熔点3000oC，硬度大，碳化硼仅次于金刚石； 例：氮化硼、氮化铝，高温强度好，抗氧化； 结构复杂、抗高温、 耐腐蚀； 1-1 定义 1-2 材料分类 1-3 研究内容 1-4 矿物材料结构 1-5 矿物材料的物理性能 1.5 矿物材料的物理性能 （杨，非金属矿物材料学、P29-34） 材料发生形变、断裂等现象与外加作用力之间的关系称为力学性能。 根据力的4种施加方式（拉、压、弯、扭），力学性能可用4个指标描述：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗扭强度。 材料强度最终取决于化学键和晶体结构，常温下，材料破坏取决于晶粒强度，高温下取决于晶界强度，单晶体因无晶界，高温时强度低的多；同时，根据化学键和表面能计算得到的理论强度低于实测强度，原因是晶体缺陷； 包括热容、热膨胀、热传导、热稳定性、熔化和升华等，其本质与晶格热振动有关。 晶