非金屬材料

新型無機非金屬材料有哪些

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新型無機非金屬材料有哪些？“新材料全球交易網”收集整理最全新型無機非金屬材料知識點。更多增值

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一、重要概念

1、新型無機非金屬材料

（1）是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統稱。

（2）包括以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、

硼酸鹽等物質組成的材料。

2、陶瓷

（1）從制備上開看，陶瓷是由粉狀原料成型后在高溫作用下硬化而形成的制品。

（2）從組分上來看，陶瓷是多晶、多相（晶相、玻璃相和氣相）的聚集體。

3、玻璃

（1）狹義：熔融物在冷卻過程中不發生結晶的無機非金屬物質。

（2）一般：若某種材料顯示出典型的經典玻璃所具有的各種特征性質，則不管其組成如何都可稱為玻

璃（具有玻璃轉變溫度Tg）。

玻璃轉變溫度：玻璃態物質在玻璃態和高彈態之間相互轉化的溫度。

具有Tg的非晶態新型無機非金屬材料都是玻璃。

4、水泥

凡細磨成粉末狀，加入適量水后，可成為塑性漿體，能在空氣或水中硬化，并能將砂、石、鋼筋等材

料牢固地膠結在一起的水硬性膠凝材料，通稱為水泥。

5、耐火材料

耐火度不低于1580℃的新型無機非金屬材料

6、復合材料

由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀（微觀）上組成具有新性能的材

料。

通過復合效應獲得原組分所不具備的性能。可以通過材料設計使各組分的性能互相補充并彼此關聯，

從而獲得更優秀的性能。

二、陶瓷知識點

1、陶瓷制備的工藝步驟

原材料的制備→坯料的成型→坯料的干燥→制品的燒成或燒結

2、陶瓷的天然原料

（1）可塑性原料：黏土質陶瓷成瓷的基礎（高嶺石、伊利石、蒙脫石）

（2）弱塑性原料：葉蠟石、滑石

（3）非塑性原料：減塑劑——石英；助熔劑——長石

3、坯料的成型的目的

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將坯料加工成一定形狀和尺寸的半成品，使坯料具有必要的機械強度和一定的致密度。

4、陶瓷的成型方法

（1）可塑成型：在坯料中加入水或塑化劑，制成塑性泥料，然后通過手工、擠壓或機加工成型；（傳

統陶瓷）

（2）注漿成型：將漿料澆注到石膏模中成型

（3）壓制成型：在金屬模具中加較高壓力成型；（特種陶瓷）

5、燒結

將初步定型密集的粉塊（生坯）高溫燒成具有一定機械強度的致密體。

固相燒結：燒結發生在單純的固體之間

液相燒結：有液相參與，加助溶劑產生液相

好處：降低燒結溫度，促進燒結

6、陶瓷的組織結構：晶相、玻璃相、氣相

（1）晶相：陶瓷的主要組成；分為主晶相和次晶相

（2）玻璃相：玻璃相對陶瓷的機械強度、介電性能、耐熱性等不利，不能成為陶瓷的主導組成部分。

玻璃相在陶瓷中的作用：粘結；粘結晶粒，填充空隙，提高致密度

降低燒成溫度，促進燒結

（3）氣相：氣孔；降低強度，造成裂紋。

7、陶瓷力學性能的特點

（1）硬度：高

（2）強度：抗拉強度很低、抗壓強度非常高

（3）塑性：塑性極差

（4）韌性：韌性差、脆性大

8、陶瓷熱學性能的特點

（1）導熱性：差，良好的絕熱材料

（2）熱穩定性（抗熱震性）：概念：材料承受溫度的急劇變化而不至于被破壞的能力。

陶瓷抗熱震性一般較差

9、結構陶瓷

（1）概念：能作為工程結構材料使用的陶瓷，一般具有高強度、高硬度、高彈性模量、耐磨損、耐高

溫、耐腐蝕、抗氧化等優異性能，可以承受金屬材料和高分子材料難以勝任的嚴酷工作環境。

（2）常見種類：Al

2

O

3

、ZrO

2

、SiC、Si

3

N

4

……陶瓷

（3）應用：……

10、陶瓷增韌技術：【機理：阻礙裂紋的擴展】

（1）相變增韌：相變可吸收能量；體積膨脹可松弛裂紋尖端的拉應力，甚至產生壓應力。

（2）微裂紋增韌：溫度變化引起的熱膨脹差或相變引起的體積差，均會產生彌散分布的微裂紋；

微裂紋與主裂紋聯結，使主裂紋分叉，改變主裂紋尖端應力場，吸收其能量，阻礙其擴展。

（3）第二相顆粒彌散增韌：在基體中彌散分布的第二相顆粒阻礙裂紋的擴展。

（4）與金屬復合增韌：金屬是一種韌性相，通過其自身的塑性變形，可松弛裂紋尖端應力，并吸收裂

紋能量。

（5）增強纖維或晶須增韌阻礙裂紋擴展。

11、功能陶瓷

概念：具有光、電、磁、聲、力、生物、化學等功能的陶瓷材料。

12、透明陶瓷

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（1）概念：能透過可見光的陶瓷材料

（2）使陶瓷透明的方法：

不透明原因：雜質、氣孔、晶界使光線吸收和散射

透明的手段：采用高純度、高細度的原料，同時摻入添加物或采取其他工藝上得措施，把氣孔充分排

除，適當控制晶粒尺寸，使制品接近于理論密度，盡可能減少陶瓷材料對光的吸收和散射

13、壓電陶瓷

（1）壓電效應：機械力→應變?表面荷電

（2）壓電陶瓷是一種多晶燒結體

（3）壓電陶瓷的壓電效應機理：材料內部自發極化產生電疇。

極化處理前：電疇分布無序，宏觀極化強度為零。

極化處理后：電疇在一定程度上按外電場取向排列，宏觀極化強度不為零，表現為束縛電荷。

機械作用導致電疇轉向，束縛電荷發生變化。

壓電陶瓷只有經極化處理后才具有壓電效應。

14、熱釋電陶瓷

（1）熱釋電效應：溫度變化→應變?表面荷電

（2）機理：跟壓電陶瓷類似

15、半導體陶瓷

PTC半導體陶瓷：

（1）PTC效應：正電阻溫度系數效應

（2）應用：限流、恒溫發熱、過熱保護……

三、玻璃知識點

1、可形成玻璃的物質

（1）硅酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽

（2）重金屬氧化物③硫化物、鹵化物，等

2、玻璃制備方法的通性

使材料不發生結晶、或破壞晶體的有序結構使其非晶化

（1）熔體冷卻法：冷卻速度必須大于原子調整成晶體的速度。

（2）非熔融法：氣相沉積法、水解法、高能射線輻照法、沖擊波法、濺射法等。

3、玻璃性能上的通性

（1）各向同性：玻璃態物質的質點排列無規則，滿足統計均勻分布，因此其物理、化學性質在任何方

向都是相同的

（2）介穩性：玻璃介于熔融態和晶態之間，屬于介穩態

（3）無固定熔點

（4）物理化學性質的漸變性：玻璃態物質從熔融狀態冷卻（或加熱）過程中，其物理化學性質產生逐

漸、連續地變。

4、形成玻璃的手段

（1）冷卻速度足夠快。冷卻速度快到足夠使熔體中原子來不及重組成有序的點陣，從而使液態或氣態

的無定形結構得以被保留。

（2）使原子無序堆積，不形成晶格。

（3）破壞晶體的有序結構，使之非晶化機械研磨；高能輻照、強沖擊波。

5、傳統玻璃熔制

玻璃液的澄清：排除液中的可見氣泡

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玻璃液的均化：消除尚未熔化的砂粒、條紋等不均勻相，以保證玻璃液中化學組分的均勻，溫度較高，

為1200~1400℃，此時玻璃液粘度極小。

6、玻璃形成的熱力學條件

同組成的晶體與玻璃體的內能差別越大，玻璃越容易結晶，即越難形成玻璃。

7、玻璃形成的動力學條件

形成玻璃的關鍵是熔體的冷卻速度（粘度增大的速度）大于質點排列成晶體的速度

8、玻璃形成的結晶化學條件

（1）熔體中陰離子團的聚合程度

陰離子團低聚合：位移、轉動、重排容易，易調整成晶體，不易形成玻璃。

陰離子團高聚合：位移、轉動、重排困難，難調整成晶體，容易形成玻璃。

（2）化學鍵的性質

只有當離子鍵和金屬鍵向共價鍵過渡時，形成由離子—共價、金屬—共價混合鍵所組成的大陰離子時，

就最容易形成玻璃。

（3）化學鍵的強度

網絡形成體氧化物：能單獨形成玻璃，如SiO

2

、B

2

O

3

、P

2

O

5

、GeO

2

。

網絡變性體氧化物：不能單獨形成玻璃，但能改變網絡結構，一般使結構變弱，如Na

2

O、K

2

O、CaO。

網絡中間體：兩者之間，能改善玻璃性能，如Al

2

O

3

、TiO

2

、ZnO、BeO。

9、氧化物玻璃的無規網絡模型

結構單元：金屬離子——氧多面體

正離子在多面體中央；氧在頂角，為公共氧，一個氧最多與兩個形成網絡的正離子相連。

多面體頂角無規則相連，通過公共氧（橋氧）搭成無規則網絡。

R

2

O或RO（如Na

2

O、CaO），氧橋被切斷出現非橋氧。

10、氧化物玻璃的晶子模型

晶子：晶格極不完整、有序區域極小的晶體。

晶子模型：晶子分散在無定形介質中，晶子與無定形區域無明顯界限。

玻璃有近程有序，遠程無序的結構特點。

11、高分子玻璃的結構模型

無規線團模型：分子鏈成無規線團狀，各線互相交織、互相穿插。

12、金屬玻璃的結構模型

無規硬球堆積模型：把原子視為硬球，盡可能地緊密堆積，球的排列是無規則的（金屬鍵無方向性，

原子具有密堆傾向）。

13、硼反常

在B

2

O

3

中加入加R

2

O，剛開始加時，和硅酸鹽相反，非但不會破壞橋氧，反而加固網絡。這是因為

剛開始加R

2

O時，R

2

O給出了游離氧，使一部分硼由三角體[BO

3

]變成四面體[BO

4

]。

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14、微晶玻璃

將加有成核劑的特定組成的基礎玻璃，在一定溫度下熱處理后，就會變成具有微晶體和玻璃相均勻分

布的復合材料，又稱玻璃陶瓷。

四、水泥知識點

1、硅酸鹽水泥

熟料+石膏；也稱為純熟料水泥，又叫波特蘭水泥。

2、普通硅酸鹽水泥（普通水泥）

熟料+石膏+5%~20%的混合材料

3、礦渣硅酸鹽水泥（礦渣水泥）

熟料+石膏+20%~70%的粒化高爐礦渣

4、火山灰質硅酸鹽水泥（火山灰水泥）

熟料+石膏+20%~40%的火山灰質材料

5、粉煤灰硅酸鹽水泥（粉煤灰水泥）

熟料+石膏+20%~40%的粉煤灰

6、硅酸鹽水泥熟料的化學成分

氧化鈣(CaO)、氧化硅(SiO

2

)、氧化鋁(Al

2

O

3

)和氧化鐵(Fe

2

O

3

)

7、硅酸鹽水泥熟料的礦物組成

硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵酸鋁四鈣、玻璃相

8、生成硅酸鹽水泥熟料所用的工業原料

石灰質原料、粘土質原料和校正性原料

9、石膏在水泥中的作用

石膏的作用主要是調節凝結時間；適量的石膏對提高水泥強度有利，尤其是早期強度；但石膏也不宜

過多，否則會使水泥產生體積膨脹而使強度降低，甚至影響水泥的安定性。

10、硅酸鹽水泥的生產工藝：兩磨一燒

生料的配制與磨細→將生料煅燒使之部分熔融形成以硅酸鈣為主要成分的熟料礦物→將熟料與

適量石膏或適量混合材料共同磨細為水泥。

11、水泥的強度等級

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五、耐火材料知識點

1、耐火材料按其主成分的化學性質可分為

酸性：含較多SiO2；硅質、半硅質、黏土質

中性：碳質、高鋁質、鉻質

堿性：含大量的MgO和CaO；鎂質和白云石質耐火材料（強堿性）；鉻鎂系、鎂橄欖石質、尖晶石

耐火材料（弱堿性）

2、幾個指標

氣孔率=氣孔氣體/制品總體積(表觀體積)

體積密度：試樣烘干后的質量與其體積之比值，即制品單位體積(表觀體積)的質量。

真密度：耐火材料的質量與其真體積（即不包括氣孔體積）之比。

3、耐火材料熱導率~氣孔

耐火材料中所含氣孔對其熱導率的影響最大。一般說來，氣孔率越大，熱導率越低。

4、耐火度

耐火材料在無荷重條件下，抵抗高溫作用而不熔化的性質。