福建农林大学无机非金属材料.doc

无机非金属材料 化学组成和显微结构划分： 金属材料 无机非金属材料 高分子材料 复合材料 无机非金属材料的特点和性能 化学组分：主要是氧化物和硅酸盐，其次是碳酸盐、硫酸盐和非氧化物 显微结构：比金属的晶体结构复杂 力学性能： 强度高、硬度大、脆性 热学性能：熔点高、低导热性、热膨胀系数小 电学性能：绝大多数是绝缘体，高温导电能力比金属低 光学性能：制成薄膜时大多是无色或浅色透明的 耐化学腐蚀能力较好 提问：汽车行驶的时候为什么要加水？ 陶瓷发动机为什么有这么优越的性能呢？ 耐热性好，可以提高工作温度，使发动机效率提高，且燃料充分燃烧。 热传导性比金属低，从而节省能源。 陶瓷具有较高的高温强度和热稳定性，可以延长发动机的使用寿命。 无机非金属材料的优势： 性能优越 原料资源丰富，生产成本低廉 能量消耗低 第一章 玻璃 一、定义 我国的技术词典把玻璃定义为“从熔体冷却，在室温下还能保持熔体结构的固体物质状态”，习惯上称之为“过冷的液体”。 二、玻璃的通性 各向同性 介稳性 无固定熔点 物理化学性质随成分变化的连续性和可逆性 三、玻璃的分类 元素玻璃：由单一元素的原子构成的玻璃，有硫玻璃、硒玻璃等。 氧化物玻璃：借助氧桥形成聚合结构的玻璃。 非氧化物玻璃 ：卤化物玻璃和硫族化合物玻璃。 氧化物玻璃的命名 含单一的氧化物组分：玻璃的名称和组分的名称一致 含有两种或两种以上不同的氧化物组分：按照在玻璃中的摩尔分数从小到大排列 提问： 一种玻璃的主要生成物是SiO2，其余考虑命名的氧化物中，占第二位的是Al3O2，占第三位的是B2O3。怎么命名这种玻璃？ 硼铝硅酸盐玻璃 一价元素氧化物，按照分子量从小到大排列； 二价主族元素氧化物，接着是二价副族元素氧化物； 三价以上的氧化物，按照摩尔分数由小到大排列； 主要的玻璃生成氧化物。 提问： 一种玻璃的生成物是SiO2，其余考虑命名的氧化物有Na2O和CaO，这种玻璃怎么命名？ 钠钙硅酸盐玻璃（Na2O-CaO-SiO2） 四、玻璃的结构 1、玻璃的结构理论 无规则网络学说 ：玻璃的结构与相应的晶体结构相似，形成连续的三维空间网络结构。它们的结构单元相同，不同只在于玻璃体的网络结构是不规则，非周期性的，因而它的内能大于晶体。 晶子学说 ：玻璃是高度分散的晶体的集合体。 无规则网络学说强调了玻璃结构的连续性、均匀性和无序性。 晶子学说强调了玻璃结构的微不均匀性和有序性。 常见的几类玻璃 硅酸盐玻璃：平板玻璃、瓶罐玻璃、 餐具玻璃等 硼酸盐玻璃：仪器玻璃 磷酸盐玻璃：激光放大器介质材料， 动植物痕量元素检测、生物功能材料 非氧化物玻璃：光学材料、半导体材 料、易熔封接材料 2、硅酸盐玻璃结构（1）石英玻璃结构 （2）碱硅酸盐玻璃结构 混合碱效应 在二元碱硅玻璃中，当碱金属氧化物的总量不变，用一种碱金属氧化物取代另一种时，玻璃的性质不是呈直线变化，而是出现明显的极值，这一现象称之为混合碱效应。 （3）钠钙硅酸盐玻璃结构 Na2O-CaO-SiO2三元系统玻璃 中，CaO的加入强化了NaO-SiO2的 结构，也限制了Na离子的运动。成为 大多数实用玻璃的基础成分。 3、硼酸盐玻璃结构 硼氧反常性 碱金属或碱土金属氧化物加入B2O3中，使玻璃的各种物理性质，与相同条件下的碱硅酸盐玻璃相比，相应地向着相反的方向变化。 “硼-铝反常”现象： 硅酸盐玻璃中不存在B2O3时，SiO2能使折射率、密度上升； 玻璃中存在B2O3时，用Al2O3代替SiO2，随B2O3含量不同出现不同变化： Na2O/B2O3=4时出现极大值。 Na2O/B2O3≥1时，折射率和密度显著下降。 Na2O/B2O3＜1时，性质变化曲线上出现极小值。 4、磷酸盐玻璃结构 P2O5玻璃的基本结构单元是有一个带双键的氧的【PO4】，结构中具有不对称中心，导致磷酸盐玻璃的理化性能较差。随着RO、R2O的引入，结构中的P-O-P键断裂，影响了磷酸盐玻璃的化学稳定性和热膨胀系数等性能。 5、非氧化物玻璃 卤化物玻璃：光学材料、易熔封接材料 硫属化合物玻璃：半导体材料、透红外光材料、易熔封接材料等，具有特殊的开关效应。 第二节 玻璃的制作原理 一、玻璃的形成条件 来说，同组成的玻璃体与晶体的内能差别越大，晶化倾向越大，越难以形成玻璃；反之，越容易形成玻璃 。 2、动力学条件 生成玻璃的关键是熔体的冷却速度，也就是粘度的增大速 度。 泰曼：晶核生成速率与晶体生 长速度对应的温度范围越接近， 越难以形成玻璃；反之，越容易 形成玻璃。 乌尔曼：临界冷却速度越大， 越难以形成玻璃；反之则容易 些（