无机非金属材料复习.doc

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1、无机非金属材料复习无机非金属材料本章主要内容无机非金属材料概论陶瓷材料玻璃与非晶态材料传统H用、建筑材料无机非金属材料概论什么是无机非金属材料？金属材料和冇机高分子材料以外的固体材料通称为无机非金属材料。主要特性：熔点高、硬度高、化学稳定性好、耐高温、耐腐蚀、耐蘑损、耐氧化、弹性模量大、强度高。一般为脆性材料无机非金属材料的种类陶瓷：传统陶瓷、特种陶瓷玻璃：普通玻璃、新型玻璃还有水泥、胶凝材料、混凝土、耐火材料陶瓷?陶瓷概述陶瓷涵义与分类?陶瓷制备技术?陶瓷结构陶瓷组成、结构与性能关系：组成通过结构决定性能传统陶瓷生产工艺p76原

2、料加工一坯料制备一成型一素烧或干燥一施釉一烧成陶瓷材料的物质结构p85陶瓷材料的键性陶瓷材料的组成相的结合键为离子键（MgO、AI2O3）、共价键（金刚石、Si3N4）以及离子键与共价键的混合键以离子键结合的晶体称为离子晶体。离子晶体在陶瓷材料中占有很重要的地位。它具有强度高、硬度高、熔点高等特点。但这样的晶体脆性大，无延展性，热膨胀系数小，固态时绝缘，但熔融态可导电等特点。陶瓷材料的物质结构p85陶瓷材料的键性以共价键结合的晶体称为共价晶体。共价晶体具有方向性和饱和性,因而共价键晶体的原子堆积密度较低。共价键晶体具有强度高、硬度

3、高、熔点高、结构稳定等特点。但它脆性大，无延展性，热膨胀系数小，固态、熔融态时都绝缘。最硬的金刚石、SiC、Si3N4、BN等材料都属于共价晶体。陶瓷材料的物质结构p85陶瓷材料的相组成晶体相晶体相是陶瓷材料最主要的组成相，主要是某些固溶体或化合物，英结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料的特性和应用。晶体相乂分为主晶相、次晶相和第三相。陶瓷屮晶体相主耍有含氧酸盐(硅酸盐、钛酸盐等)、氧化物(MgO>AI2O3)、非氧化物(SiC,Si3N4)等。硅氧四面体是硅酸盐陶瓷中最基木的结构单元。陶瓷材料的物质结构p85陶瓷材料的相组成玻璃

4、相玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列的组成部分，其结构类似于玻璃。玻璃相的作用是：将分散的晶体相粘结起来，填充晶体之间的空隙，提高材料的致密度；降低烧成温度，加快烧结过程；阻止晶体转变、抑止晶粒长大。玻璃相对陶瓷强度、介电常数、耐热性能是不利的。陶瓷材料的物质结构p86陶瓷材料的相组成气相(气孔)陶瓷屮气孔主耍是坯体各成分在加热过程屮单独或互相发生物理、化学作用所生成的空隙。这些空隙可由玻璃相来填充，还有少部分残留下来形成气孔。气孔对陶瓷的性能是不利的。它降低材料的强度，是造成裂纹的根源。陶瓷材料的物质结构★陶瓷材料的晶体缺陷（点缺

5、陷）陶瓷材料晶体屮存在的置换原子、间隙原子和空位等缺陷称Z为点缺陷。陶瓷材料的很多性质如导电性与点缺陷冇直接关系。此外，陶瓷材料的烧结、扩散等物理化学过程也与点缺陷有关。陶瓷材料的晶体缺陷（线缺陷）位错是陶瓷材料晶体中存在线缺陷。陶瓷材料中位错形成所需要的能量较大，因此，不易形成位错。陶瓷材料中位错密度很低。陶瓷材料主要是离子键和共价键。这两种结合键造成位错的可动性降低。当位错滑移时，离子键中同号离子相斥，导致离子键断裂；而共价键的方向性和饱和性，具有确定的键长和键角，位错的滑移也会导致共价键的破断。陶瓷材料的晶体缺陷（面缺陷）陶

6、瓷材料一般是多晶材料。多晶材料中存在的晶界和亚晶界就是陶瓷材料屮的面缺陷。我们知道晶粒细化可以提高材料的强度。晶界对金属材料和陶瓷材料强度的提高作用机理是不同的。对金属材料来说，晶界阻碍位错的运动，从而强化了材料；而对陶瓷材料来说，利用晶界两侧晶粒取向的不同来阻止裂纹的扩展，提高强度。陶瓷材料的性能力学性能硬度：陶瓷的硬度很高，多为1000Hv~1500Hv（普通淬火钢的硬度500~800Hv）o陶瓷硬度高的原因是离子晶体屮离子堆积密度大、以及共价晶体中电子云的重叠程度高引起的。★刚度：刚度是由弹性模量衡量的，弹性模量乂反映其化学

7、键的键能。离子键和共价键的键能都要高于金属键，因此陶瓷材料的弹性模量要高丁金属材料。弹性模量对组织不敏感，但结构中存在气孔将降低弹性模量,温度升高也使弹性模量降低强度:陶瓷材料的强度取决于键的结合力，理论强度很高。但陶瓷中由于组织的不均匀性，内部杂质和各种缺陷的存在，使得陶瓷材料的实际强度耍比理论强度低100多倍。陶瓷材料的强度也受晶粒大小的影响。晶粒越细，强度越高。此外,陶瓷材料一般具有优于金属材料的高温强度，高温抗蠕变能力强，且有很高的抗氧化性。常用于高温材料。塑性与韧性:陶瓷材料的塑性和韧性较低，这是陶瓷最大的弱点。断裂包括

8、裂纹形成和扩展的两过程陶瓷内部和表面因表面划伤、化学侵蚀、热胀冷缩不均匀等易产生的微裂纹，载荷时，裂纹尖端产生应力集中，而陶瓷材料不能由塑性变形将应力松弛，因此内部裂纹很快扩展，导致陶瓷材料断裂，这也是陶瓷材料脆性大的根本原因。热学性能熔点:陶瓷材