新型无机材料

新型无机材料（精选8篇）

1.新型无机材料 篇一

新型无机材料的合成与应用

姓名：李 猛

学号：52100602003

摘要：本文简单介绍了新型无机材料的分类、特点、应用等基本情况，着重强调了近年来的创新和发展及其巨大的应用价值和发展潜力。关键词：无机材料 合成 应用 1 前言

无机材料是多种元素以适当的组合形式所形成的无机化合物。无机材料一般可以分为传统无机材料和新型无机材料两大类。传统无机材料指以二氧化硅及其硅酸盐化合物为主要成分制备的材料，因此又称硅酸盐材料。新型无机材料指新近发展起来和正在发展中的具有优异性能和特殊功能的材料，其多用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各种非金属化合物经特殊的先进工艺制成。

新型无机材料为高技术密集型材料，具有以下显著特点[1]：（1）新型无机材料以经典和现代科学理论为基础；（2）综合运用现代先进的科学技术，多学科交叉，知识密集，与现代社会密切相关，具有特定的功能、结构，突破关键技术，能够充分实现材料的价值；（3）品种较多，生产规模一般较小，更新换代快，技术保密性强，发展迅速，具有一定的针对性；（3）高投入、耗时长、高风险、高技术、高性能、高产值、高效益。2 新型无机材料的创新和发展

新型无机材料可以根据各方面的因素，采用混合分类法，以应用为主线，分为新型陶瓷材料、纳米材料、新能源材料、半导体材料以及其他等几个领域。这几个领域在诸多情况下是相互交叉、彼此关联的。2.1 新型陶瓷材料

传统陶瓷主要采用天然的岩石、矿物、粘土等材料做原料。而新型陶瓷则采用人工合成的高纯度无机化合物或者精制的高纯天然无机物为原料，在严格控制的条件下经成型、烧结和其他处理而制成具有微细结晶组织的无机材料。它具有一系列优越的物理、化学和生物性能，其应用范围是传统陶瓷远远不能相比的，这类陶瓷又称为特种陶瓷或精细陶瓷。

新型陶瓷材料主要有电解质陶瓷、压电陶瓷、敏感陶瓷、铁电陶瓷、超导和磁性陶瓷、纳米陶瓷等种类，在国防、航空航天、能源、电子、机械、汽车、生物医药等领域有着重要的应用。以航空航天为例，随着航空航天技术的不断发展，对耐高温材料提出了越来越高的要求，传统材料已经无法满足这种需求。当前，对高温结构陶瓷的研究主要集中于SiC、Si3N4、Al2O3和ZrO2等，其中尤以Si3N4高温结构材料最为引人注目[2]。它们具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、质量轻等优异的综合特性。

近年来，Ti3AlC2这种新近发展起来的新型陶瓷材料也逐渐引起了人们的注意[3]。它兼具金属和陶瓷的优良性能，耐氧化、抗热震、高弹性模量、高断裂韧性，更为重要的是在高温下具有良好的塑性并能保持比目前最好的硬质合金还要高的强度，易加工、质量轻并且有良好的自润滑性能，在除了航空航天上的巨大应用价值之外，还在新一代电刷和电极材料等领域有着很好的前景。

目前，新型陶瓷材料的主要发展和创新方向有：陶瓷膜材料、陶瓷基复合材料、金属陶瓷、陶瓷涂层、纳米陶瓷、梯度陶瓷材料、仿生层状复合陶瓷材料等。相信，随着新型陶瓷材料的不断发展，其必将在推动社会发展、科技进步上起到更大的作用。2.2 纳米材料

纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料[4]。纳米材料能够体现出小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道等纳米效应，使得纳米材料的性能优越于粗晶粒组成的传统材料，拥有一些特殊的性质，并在催化、生物医药、机械、电子、能源等诸多方面有着重要的应用[5,6]。作为21世纪的重要学科，无机纳米材料的研究开发和应用必将对其他学科、产业、社会产生重大的影响。

纳米材料的小孔径效应和表面效应与化学电源中的活性材料非常相关，作为电极的活性材料纳米化后，表面增大，电流密度会降低，极化减小，导致电容量增大，从而具有更良好的电化学活性。特别是最富特征的一维纳米材料纳米碳管在作为新型贮锂材料、电化学贮能材料和高性能复合材料等方面的研究己取得了重大突破，因而开辟了全新的科学研究领域[7]。纳米微粒作催化剂可以控制反应时间、提高反应效率及反应速度、决定反应路径、有优良的选择性和降低反应温度的特性，主要有金属（Ag、Pd、Pt、Fe等）、复合金属（多种金属负载与多空载体上）、相关化合物（MoS、ZnS等）。在生物医药上，科研人员已经成功地利用纳米SiO2微粒进行细胞分离，用金纳米颗粒进行定位病变治疗，减少了副作用。纳米涂料实现防紫外线辐射、抗降解、变色、杀菌保洁的功效，纳米级二氧化锡等可以与树脂复合，作为静电屏蔽涂层[8]。2.3 新能源材料

能源是人类社会进步的基础，能源结构的重大变革引起并促进了人类社会的革命性进步。从近现代的第一次工业革命的蒸汽机的应用、第二次工业革命的电力的应用、第三次工业革命的核能的应用，一直到现在正在发生的第四次工业革命中新能源的大规模开发、应用、推广，无不如此。随着时代的发展，原来作为人类社会发展的主要动力的化石能源正在日益枯竭，并造成了巨大的环境污染，引发了人们必须面对的巨大的生存危机，新能源的出现正在逐渐缓解这种危机，并注定在将来成为社会新的主要推动力。新能源的开发是以材料作为基础的，材料可以提高储能和能量转化效果，决定新能源的性能、安全性及环境协调性，决定了能源的投资和运行成本，并且可以将诸多的不适于大规模应用的能源转化成为可以广泛利用的新能源，如现在可以利用催化剂、电解质使氢与氧直接反应产生电能，应用于电动车等领域。

氢作为一种洁净的新能源受到了广泛的关注，但是其储存却成了很大的问题，近年来发展起来的固体无机物储氢材料为解决这一问题提供了很好的路径，浙江大学的林仁波等[9]发现，球磨2h无水CaCl2样品在温度20℃和氨压0.55MPa的条件下，15min内即可完全氨化，形成CaCl2(NH3)8，其吸氨量可达55.1wt％，相当于储氢量9.72wt％，CaCl2(NH3)8在20—300℃的范围内可通过三步反应实现完全脱氨，脱氨反应受温度和压力控制，其中6个NH3分子在常温、常压下即可脱附，如果与NH3分解催化剂联用，可能是一种较好的以NH3为介质的高容量储氢材料。球形纳米晶LiFeP04作为良好的正极材料，具有原料廉价、结构稳定、安全性高、循环和热稳定性明显优于其他材料等优点，同时Li4 Ti5 012作为负极材料具有充电平稳、首次库仑效率高、循环稳定性好等特点，二者的结合在1C倍率下的循环比容量分别高达140和130mAh/g，是组成高安全性动力锂离子电池的热点[10]。此外，新型无机材料钒掺杂纳米TiO2薄膜在太阳能电池的应用等都取得了很大的进展。2.4 半导体材料

通常来说，半导体是指常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，电阻率一般在104~1010Ω·cm之间。半导体材料是半导体器件的物质基础，从家用电器、太阳能到计算机、人造卫星，半导体材料与国民经济的发展、人民的日常生活息息相关，承担着信息交流、沟通等重要作用，也是目前无机新材料中取得最为迅速发展的科学与技术之一。

作为第三代半导体材料的典型代表，宽禁带半导体氮化镓(GaN)具有许多硅材料所不具备的优异性能，它具有禁带宽度宽、临界击穿电场强度大、饱和电子漂移速度高、介电常数小以及良好的化学稳定性等特点，是高频、高压、高温和大功率应用的优良半导体材料，在民用和军事领域具有广阔的应用前景，南加州大学研究了SiO2作为钝化层对高压AlGaN/GaN HEMT的影响，实现了击穿电压930 V，比导通电阻为2.43 mΩ·cm2的高压器件[11]。窄禁带的锑化物半导体材料近年来被国际上公认为第三代超高速、超低功耗集成电路和第三代焦平面阵列红外探测器的首选材料体系，而固体红外激光器在气体环境监测、化学物品探测、生物医学诊断、卫星遥感技术等领域中都有十分重要的应用。锑化物材料的禁带宽带正好对应于2～5μm中红外波段的大气窗口，是开发工作于该波段激光器的重要材料。研究和开发高性能的新型锑化物基红外激光器是近年来非常活跃的研究课题，取得了一系列重要研究成果，如A1GaAsSb／InGaAsSb多量子阱激光器等[12]。2.5 其他新型无机材料

新型无机材料中还包含有环境材料、特种玻璃、人工晶体、多孔材料、无机纤维、薄膜材料、生物材料等等一系列方面和领域，它们之间往往没有清楚的界限，互相之间有所包容，这或许就是无机新材料得到迅速发展、应用广泛的奥秘所在吧。3 新型无机材料的展望和趋势

1、新型能源转换和储能材料：主要在电动汽车和混合动力车等新一代环境和谐型交通工具和如风能等新能源的发展上。

2、新型光电子材料及器件：集中在信息技术数字化、网络化、超大容量信息传输、超高密度信息储存、信息防破译传输方面发挥巨大作用，如量子通讯技术。

3、生物医用材料：除了人工骨、人工牙齿、HAP陶瓷、心脏瓣膜与血管支架等生物材料之外，还将利用特种纳米粒子，进行细胞分离、染色，生物探针标记及利用纳米制成药物或新型抗体进行临床疾病诊断、靶向治疗。

4、信息功能材料：主要应用于信息技术中，材料的制作将向着微型化和智能化方向发展，在新一代移动通讯及数字化信息技术中，能扮演重要角色。

5、复合智能型材料：在未来汽车工业、高速列车、航空航天等领域上，对新一代拥有轻质高强、高韧、自修复、自洁净、可感知等性能的复合材料提出了要求。

6、纳米无机材料：主要集中在光子电子纳米信息材料；纳米发光材料；纳米结构器件设计等方面。这类材料有可能成为下一代微电子和光电子器件的核心，以及新一代发光器件。

参考文献

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2.新型无机材料 篇二

1 实验

1.1 实验原料

实验用主要原料:42.5 级普通硅酸盐水泥, 南方水泥宁乡公司;GEM05水性环氧树脂, 上海绿嘉水性涂料公司;粉煤灰, 含水率10%, 大唐电力株洲电厂;松香皂、双氧水发泡剂, 液体, 制成5%浓度的溶液备用;玻璃纤维, 长度6~8 mm, 浙江巨石集团有限公司;明胶, 工业级, 配制成浓度为5%的溶液备用, 青海明胶有限公司;双氧水, 质量分数30%, 长沙明瑞化工有限公司;木纤维, 长度4~6 mm, 自制。

1.2 实验配方

由于泡沫混凝土具有质轻、隔热保温作用, 故其性能对外墙保温材料的整体性能至关重要。实验中首先为优化泡沫混凝土层设计了9 组配方, 依次编号为A1~A9, 其中发泡剂、明胶溶液、水性环氧树脂均以外加形式加入, 加入量以体积配料中水泥质量的比值表达, 泡沫混凝土层配方见表1。

注:A2 试样使用5%的松香皂发泡剂;其它试样均使用30%双氧水发泡剂。

以A1、A2 实验配方考察发泡剂的性能;其它组实验着重考察发泡改性剂种类、加入量对泡沫混凝土层性能的影响, 确定发泡剂及改性剂种类 (明胶溶液、水性环氧树脂) 的最佳用量, 以获得泡沫混凝土层的最佳配方, 最后制成2 层阶梯外墙保温材料。阶梯墙材的密实混凝土层配方为:m (水泥) ∶m (砂) ∶m (木屑) =49.1∶44.2∶6.7;水灰比0.636。

1.3 实验过程

试样采用100 mm×100 mm×100 mm的模具制备, 其中底层为密实混凝土层, 按表1 原料配方制成浆体并将其注入模中震动密实即为底层, 高15 mm;等底层基本硬化后, 注入配制的泡沫混凝土浆料, 抹平, 层高85 mm, 带模在空气中养护直到顶面硬化, 然后脱模置于水中养护, 泡沫混凝土层制备工艺流程见图1。

按图1 工艺制成泡沫混凝土后, 切取泡沫混凝土层试样, 按JC/T 1062—2007《泡沫混凝土砌块》, 测试试样的体积密度、吸水率和3、7、28 d抗折抗压强度, 同时分析试样的显微结构, 根据测试结果优化泡沫混凝土层的配方。

2 结果分析

2.1 各配方泡沫混凝土层的性能

按表1 实验配方测试泡沫混凝土层试样的体积密度、吸水率和3、7、28 d的抗折、抗压强度, 结果见表2。

从表2 可以看出, 9 组泡沫混凝土层试样的密度为403.57~721.66 kg/m3, 相比于普通混凝土的密度[3] (一般为1900~2500 kg/m3) 要小很多。而一般情况下, 泡沫混凝土的密度越小、吸水率越低、孔径越小、分布越均匀, 其导热系数越小, 保温隔热效果越好;但泡沫混凝土层随着密度的下降其抗折和抗压强度都会出现明显的降低, 因此, 实现低体积密度下泡沫混凝土层强度性能的提高是配方的关键。表2 中A7 组试样在体积密度较小情况下, 其吸水率和强度明显优于其它组试样。

2.1.1发泡剂种类和加入方式对泡沫混凝土层性能的影响

实验中采用了双氧水和松香皂发泡剂, A1 组的发泡剂为双氧水, 采取的方法是混合发泡, 即搅拌和发泡同时进行;而A2 组是松香皂发泡剂, 只宜采取预制发泡, 即先把泡发好然后再进行混合。泡沫混凝土层的力学强度直接受到发泡剂的影响, 泡沫混凝土层的气孔直径大小均一且分布均匀, 则力学强度及其它各项性能指标就好。从表2 中A1 组和A2 组试样可得, 二者密度相差不大, 但抗折和抗压强度出现了比较明显的差别, A1 组的抗折和抗压强度均大于A2 组试样。从试样断面分析, A1 组试样断面气泡的直径大小均匀, 贯通性气泡较少, 而A2 组试样断面气泡大小分布呈现不均匀, 且存在一定的贯通性气泡 (见图2) 。其原因主要是A2 组以松香皂为发泡剂, 采取预制发泡, 下层的气泡在压力作用下, 尚未固化的气泡会缓慢地由下层向表面层移动, 下层气泡体积逐步缩小, 而上层的气泡尺寸逐步增大, 并伴有贯通性气泡。这些都导致A2 组的强度不如A1 组, 所以实验中最终选择了双氧水作为发泡剂, 采用混合发泡方式制备泡沫混凝土层。

2.1.2 发泡改性剂对泡沫混凝土层性能的影响

加入明胶溶液和水性环氧树脂的主要作用是改善泡沫混凝土层气孔直径的大小和分布, 从表2 中A3、A4 和A5 组试样的28 d抗折及抗压强度对比可知, A4 和A5 组的强度明显高于A3 组。而根据表1 配方可知, A3 组没有添加明胶溶液和水性环氧树脂, A4 组添加了明胶溶液但未添加水性环氧树脂, 而A5 组两者都添加了。由此得出, 明胶溶液和水性环氧树脂的添加可以提高泡沫混凝土的强度。这主要由于明胶溶液在泡沫混凝土层泡沫剂发泡过程中起到稳泡作用[4], 使气泡不至于长的过快过大, 且增大气泡表面强度使其不易破裂, 这样在混合搅拌时, 大大减少了贯通性气孔, 从而使泡沫混凝土的孔结构更趋合理, 强度提高。A3、A4 组从泡沫混凝土层结构见图3。

从图3 可以看出, A3 组泡沫混凝土结构有明显的贯通性气孔, 而A4 组泡沫混凝土结构中贯通性气孔明显减少;水性环氧树脂是把环氧树脂以微粒或液滴的形式分散在以水为连续相的分散介质中而配得的稳定树脂材料, 当加入固化剂后, 水乳液内的环氧树脂即开始固化反应, 逐渐积聚并排析水分, 形成水“脂”分离, 最后环氧树脂固化, 水分被排出, 而最终排析的水分越多, 强度就越高;同时水性环氧树脂具有较强的粘结力, 其黏度可达到800 m Pa·s, 在泡沫混凝土层中提高气泡之间的混凝土的粘结力, 使其形成一个整体, 共同受力, 提高了泡沫混凝土层的强度以及泡沫混凝土层与密实混凝土层的结合牢固程度;另外, 添加水性环氧树脂后, 试样表面会更平滑, 其脱模后试样形态更加完整, 因此, 水性环氧试样树脂还起到了定型和防止开裂的作用[5]。这就是A7 组与A4、A5 和A6 组密度相当的情况下, 其抗折和抗压强度明显较高的原因, 试样A6 和A7 剖面孔结构见图4。

2.2 阶梯墙材的制备

作为外墙用保温材料, 对材料的防水性能要求较高。由表2 可以看出, 泡沫混凝土层的吸水率较高, 即使是孔径结构较好的A7 组试样, 吸水率也有17.06%。为了减小外墙保温材料表面的吸水, 将外墙保温材料设计成阶梯材料, 表层为密实混凝土层, 厚度15 mm, 泡沫混凝土层厚度为85 mm, 其制作工艺流程见图5, 阶梯墙材结构见图6。

从图6 可见, 阶梯状外墙保温材料制备中要特别注意密实混凝土层与泡沫混凝土层的结合。密实混凝土层中掺入了木纤维, 一方面减轻了密实混凝土层的质量, 另一方面可使密实混凝土层中因塑性收缩、干缩等导致材料内部的微裂纹及微裂纹的扩散得到有效的抑制, 可大大减少外墙保温材料的表面吸水, 提高其防水性能的同时使墙材的抗折和抗压强度均得到提高。由于纤维可以与混凝土配合料均匀混合, 进而形成三维不定向支撑体系, 对注入的泡沫混凝土层有较好的牵连作用, 使得密实混凝土层与泡沫混凝土层能较好地结合[6]。加之泡沫混凝土层添加了水性环氧树脂, 其具有较强的粘结力, 加强了与混凝土密实混凝土层的结合;而环氧树脂水“脂”分离固化反应使泡沫混凝土层与其接触的密实混凝土层形成了一种类似过渡层, 界面的相互渗透, 进一步提高了泡沫混凝土层与混凝土密实混凝土层的结合牢固程度。

3 结论

(1) 双氧水发泡剂制备的泡沫混凝土的孔结构及力学性能均要优于松香皂发泡剂制备的泡沫混凝土。

(2) 明胶溶液和水性环氧树脂可以起到稳泡固泡的作用, 保证孔结构大小均匀;环氧树脂加入有利于提高泡沫混凝土层材料的强度, 同时提高泡沫混凝土层性能以及与密实混凝土层结合的牢固程度。

(3) 泡沫混凝土层拌合料的配比为:m (水泥) ∶m (粉煤灰) ∶m (玻璃纤维) =70.7∶18.8∶10.5, 控制水灰比为0.33, 外加双氧水发泡剂、明胶溶液、环氧树脂用量分别为0.100 ml/g水泥、0.167 ml/g水泥、0.033 ml/g水泥, 获得的泡沫混凝土层密度小、孔结构大小均匀、强度高、与密实混凝土层结合牢固。

(4) 制备密实混凝土层与泡沫混凝土层结合的外墙保温材料, 可大大减少外墙保温材料的表面吸水, 同时提高材料的强度。

摘要：设计一种以泡沫混凝土层与密实混凝土层相结合组成的新型无机外墙保温材料, 研究泡沫混凝土层拌合料配比、发泡剂种类和加入量等对泡沫混凝土层孔结构、强度、泡沫混凝土层与密实混凝土层的结合牢固度等的影响。结果表明, 双氧水发泡剂的发泡效果优于松香皂发泡剂;明胶溶液和水性环氧树脂可以起到稳泡、固泡的作用, 同时提高泡沫混凝土层性能以及与密实混凝土层结合的牢固程度;泡沫混凝土层拌合料中, m (水泥) ∶m (粉煤灰) ∶m (玻璃纤维) =70.7∶18.8∶10.5, 控制水灰比为0.33, 外加双氧水发泡剂、明胶溶液、水性环氧树脂掺量分别为0.100 ml/g水泥、0.167 ml/g水泥、0.033 ml/g水泥时, 制得的泡沫混凝土层密度小、孔结构大小均匀、强度高、与密实混凝土层结合牢固。

关键词：外墙保温材料,泡沫混凝土层,密实混凝土层,发泡剂,双氧水,孔结构

参考文献

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[2]李龙珠, 夏勇涛, 刘文斌, 等.泡沫混凝土的发展现状及应用前景[J].混凝土, 2011 (7) :11-13.

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3.无机材料物理性能的实验教学 篇三

关键词：物理性能；实验教学；改革

一、无机材料物理性能教学存在的问题

山东建筑大学材料科学与工程学院所用的教材是1992年由清华大学出版社出版的《无机材料物理性能》，这本经典教材一直被国内众多知名高校作为本科或者研究生的教材，该教材虽然经过了多次出版，但是教材内容已经明显落后于科技的发展。

1.教材知识面较窄，且与《大学物理》等教材有重复的部分。该教材主要讲述了材料的声光电热磁和力学，介绍深度较浅。另外，该教材侧重于公式推导和来源，对于面向工程类就业的学生来说，这部分学生并不需要详细了解、掌握该公式的来源，因此教学内容对于大部分学生来说显得枯燥，难度较大，内容过于抽象，没有直观认识难以理解。

2.缺少实践环节。该教材虽然被众多高校使用，但是缺少与之配套的实验教材，教材中也没有体现出实践环节的重要性。学生学习完成后，仅仅靠死记硬背来理解这些现象的机理和本质，一方面造成理解不够全面，另一方面给学生学习造成了很大的压力，学生最后靠记忆背下来公式，却不知道如何解释某一种物理现象或者本质。

二、实践教学环节

1.无机材料的受力和断裂。这部分主要讲述了无机材料微观的受力和裂纹扩展。对于材料受力方面，可以利用万能试验机对金属材料、高分子材料和陶瓷材料分别进行拉伸实验，来验证课本上所讲述的内容，这部分内容比较直观，容易理解。对于材料的应变和应力部分，学生通过宏观实验不容易理解，需要教师采用现代化的多媒体教学进行讲解，特别是做成动画更容易理解虎克定律、材料的晶格滑移和微裂纹的扩展。

2.无机材料的热学性能。这部分内容可以进行材料的验证实验，利用材料热膨胀仪就可以测试陶瓷或者其他材料的热膨胀性。待测试样（玻璃、陶瓷等），小砂轮片（磨平试样端面用），卡尺（量试样长度用），秒表（计时用），石英膨胀仪（包括管式电炉、特制石英玻璃管、石英玻璃棒、千分表、电热偶等）。在这部分实验里面可以开设一些创新性的实验，如设计一种材料在高温时是否符合杜隆-帕替定律，在低温下符合德拜T3定律。验证一下材料的热容是否符合单个材料的加法规律。测试石英玻璃和石英晶体的热膨胀系数，利用所学的知识解释出现这种现象的本质是什么。这些实验都可以用课本上的机理来解释实验现象，加深学生对知识点的理解。

3.无机材料的电导。这部分内容主要讲述了无机材料微观的电导现象，掌握如何判断材料中存在电子电导和离子电导。利用变温霍尔效应测试，不但可以测试常温和变温下的霍尔系数和电导率，还可以确定半导体禁带宽度、杂质电离能以及迁移率的温度系数等。可以设计一个实验，利用电解效应判断材料中存在离子电导。利用这部分知识点可以验证在玻璃里面添加不同的碱金属以后，对玻璃电导率的影响，双碱效应和压碱效应。双碱效应是玻璃中碱金属离子总浓度较大时，含有两种碱金属离子的玻璃要比一种碱金属离子玻璃的电导率要低。压碱效应指玻璃里面加入二价金属氧化物后，玻璃的电导率降低很多。

4.无机材料的介电、压电和铁电性能。这部分内容主要讲述了无机材料常见的几种电学性能，既可以测试陶瓷块体的电学性能，也可以测试薄膜材料的电学性能。陶瓷块体的电学性能测试。并不是所有的陶瓷材料都具有以上电学性能，只是很少一部分电子陶瓷的组成具有以上性能。首先利用以前所学的知识，利用混料、预烧、成型、烧结、被银等工艺过程制备出陶瓷块体，然后测试陶瓷块体的各种电学性能。这里的陶瓷块体配方可以是直接给出的，也可以让学生参考资料设计出一种电子陶瓷，陶瓷的制备过程相当于将以前学习过的无机材料工艺学实验陶瓷制备实验、压制成型从新做了一遍。陶瓷薄膜电学性能测试。将陶瓷块体做成薄膜材料，主要的衬底材料是白金片或者含有电极的玻璃基体。主要有溶胶凝胶法和溅射的方法。学生实验成本最低、最簡单的是溶胶凝胶法，在沉积好的薄膜上面制备顶电极进行测试，可以利用四探针法测试薄膜的电阻等。因此薄膜从制备到测试可以让学生学会如何进行配料、沉积薄膜、测试等全方位的实验。

三、实验教学对策

可以看出，无机材料物理性实验教学需要专业程度较高的实验设备，特别是一些专用设备，经济投入较大，但是实验的设备利用率不太高。因此建议将无机材料物理性能实验与学院教师研究的相关课题结合进行，利用这些专用的实验设备增加分组进行。对于一些成本比较高的实验，可以利用现代化的教学手段进行模拟。学院在加大实验设备投入和扩大实验室面积的基础上，还开设了“开放性”的实验，要求每一个教师都拿出一部分课题题目，让学生选择教师的课题，每人选择一个，形成一个组，学院对于每一个选择课题的学生进行科研经费补贴。这样一方面可以克服现有实验设备的不足，另外还可以让学生做一些自己感兴趣的实验，提高了学生的积极性。

参考文献：

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[2]张小文，陈国华，袁昌来，许积文.《材料物理性能实验》中导电性与介电性相结合的创新性综合实验验设计[J].科技信息，2012（34）：172-173.

4.无机材料复习资料 篇四

(一)接触式

热膨胀温度计（-200℃-600 ℃）

压力表式温度计

热电阻温度计（-258 ℃-900 ℃）

热电偶（-200 ℃-1800 ℃）(二)非接触式

光学高温计（800 ℃-3200 ℃）

辐射高温计（400 ℃-2000 ℃）

比色高温计（50 ℃-3200 ℃）

4.热电偶高温计的工作原理：是以热电偶作为测温元件，以测得与温度相对应的热电动势，再通过仪表显示温度。5.热电偶高温计的特点：

1、体积小,使用方便 ；

2、有良好的热感度；

3、能直接与被测物相接触 ；

4、测温范围较广；

5、测量讯号可远距离传送

6.高温合成反应类型：高温下的固相合成反应（制陶反应）；高温下的化学转移反应；高温下的固－气合成反应；高温下的熔炼和合金制备；高温下的相变合成；高温熔盐电解；等离子体激光、聚焦等作用下的超高温合成；高温下的单晶生长和区域熔融提纯 7.获得低温的方法（常用的有气体绝热膨胀制冷和相变制冷）：一般半导体制冷；三级级联半导体制冷；菲利普制冷机；液体减压蒸发(He)；氦涡流制冷；He绝热压缩相变制冷；绝热去磁

8、常见的低温源：冰盐共熔体系；干冰浴；液氮；相变致冷浴

9、常见的低温温度计：低温热电偶、电阻温度计、蒸汽压温度计，实验室中最常用的是蒸汽压温度计。

10、低温的控制方法：恒温冷浴，低温恒温器，相变制冷浴，干冰浴

11、低温分离的方法：低温下的分级冷凝、低温下的分级减压蒸发、低温吸附分离、低温分馏、低温化学分离

12、静高压的定义：利用外界机械加载方式，通过缓慢逐渐施加负荷挤压所研究的物体或试样，当其体积缩小时，就在物体或试祥内部产生高压强。由于外界施加载荷的速度缓慢(通常不会伴随着物体的升温)，所产生的高压力称为静态高压。

13、动高压的定义：利用爆炸(核爆炸、火药爆炸等)、强放电等产生的冲击波，在μs～ps的瞬间以很高的速度作用到物体上，可使物体内部压力达到几十GPa以上，甚至几千GPa，同时伴随着骤然升温。这种高压力称为动态高压。

14、动态高压法和静态高压法的区别：1）动态法产生的压强远比静态法的高，前者可达几百万乃至上千万大气压，而后者一般只能达到十几万大气压； 2）动态高压存在的时间远比静态的短得多，一般只有几微秒，而静态高压原则上可以人工控制，可达几十至上百个小时；3）动态高压是压力和温度同时存在并同时作用到物质上，而静态高压的压力和温度是相对独立的，由两个系统分别控制；4）动态高压法一般不需要昂贵的硬质合金和复杂的机械装 置，并且测量压强较准确。

15、高压测量的方法：红宝石的荧光R线随压力红移的效应进行定标测压，利用NaCl的晶格常数随压力变化来定标。

16、静态高温高压合成方法的设备：实验室和工业生产中常用的静高压高温合成，是利用具有较大尺寸的高压腔体和试样的两面顶和六面顶高压设备来进行的。

17、人造金刚石的合成方法：直接法（在高温高压下使碳素材料转变为金刚石），间接法（用碳素材料和金刚石做原料在高温高压下合成金刚石）

18、高压在合成中的作用：1）高压的作用一般表现为缩短物质的原子间距、改变原子间相互作用、原子壳层结构和组态等。2）高压可提高反应速率和产物的转化率，降低合成温度，大大缩短合成时间。3）高压有增加物质致密度、配位数、对称性的作用和缩短键长的倾向。

4）高压可以提高物质冷凝速度，截获各种亚稳相。5）高压合成较易获得单相物质，可以提高 结晶度。6）高压既可以抑制非晶晶化过程，也可以促进非晶晶化过程。7）高压可使一般常压高温方法难于合成的化合物得以顺利合成。8）在一定的条件下，高压也可促进化合物的分解。

19、先驱物法的定义：解决高温固相反应法中产物的组成均匀性和反应物的传质扩散所发展起来的节能的合成方法。20、先驱物法的特点：1）混合的均一化程度高；2）阳离子的摩尔比准确；3）反应温度低；4）可以消除中间杂质相；5）产物比表面积大。

21、先驱物法的局限性：1）两种反应物在水中溶解度相差很大；2）生成物不是以相同的速度产生结晶；3）常生成过饱和溶液。

22、溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1～1000nm之间。

23、凝胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。

溶胶-凝胶法的优缺点：

优点：

1、制备过程温度低，比传统方法低400-500℃，且凝胶的比表面积很大；

2、制备的材料组分均匀（其均匀度可达分子或原子尺度）、产物的纯度高；

3、反应过程易于控制，可以实现过程的完全而精准的控制，可以调控凝胶的微观结构；

4、具有流变特性，可用于不同用途产品的制备；

5、容易制备各种形状的材料。

缺点：

1、原料大多为有机化合物，成本较高，可能对健康不利。

2、若烧成不够完善，制品中会残留小孔洞；

3、工艺过程时间较长，有的处理过程时间达1-2个月

4、半成品制品易产生开裂，这是由于凝胶中液体量大，干燥时产生收缩引起。

24、溶胶凝胶法制备过程的五个阶段：

1、溶胶的形成2、凝胶的形成

3、凝胶的老化

4、凝胶的干燥

5、热分解阶段

25、固相化学反应的分类：反应温度低于100℃ 属于低热固相反应、反应温度介于100~ 600℃之间属于中热固相反应、反应温度高于600℃属于高热固相反应

26、低热固相反应机理：扩散—反应—成核—生长的过程。

27、固相反应与液相反应的差别;（1）反应物溶解度的影响;（2）产物溶解度的影响;（3）热力学状态函数的差别;（4）控制反应的因素不同;（5）固相反应的产率高

28、水热与溶剂热合成基础：在一定温度(100-1000℃)和压强(1-100MPa)条件下利用溶液中物质化学反应所进行的合成。

29、水热与溶剂热合成与固相合成研究的差别在于“反应性”不同。这种“反应性”不同主要反映在反应机理上，固相反应的机理主要以界面扩散为其特点，而水热与溶剂热反应机理主要以液相反应为其特点。30、水热合成石沸石分子筛经典和适宜的方法之一。

31、常规的沸石分子筛合成方法为水热晶化法，即将原料按适当比例均匀混合成反应凝胶，密封于水热反应釜中，恒温热处理一段时间，晶化出分子筛产品。

32、装满度：反应混合物占密闭反应釜空间的体积分数。装满度一般控制在60-80%。

33、水热与溶剂热合成程序：

1、按设计要求选择反应物料，并确定配方；

2、摸索配料次序，混料搅拌；

3、装釜，封釜，加压（至指定压力）

4、确定反应温度、时间、状态（静止与动态晶化）

5、取釜，冷却（空气冷，水冷）；

6、开釜取样

7、洗涤，干燥

8、样品检测（包括进行形貌、粒度分布、物相分析、比表面积和晶型检测）

34、化学气相沉积，简称CVD：把含有构成薄膜元素的一种或几种化合物或单质气体供给基片，利用加热、等离子体、紫外光、激光等能源，借助气相作用或在基片上的化学反应生成所需薄膜。

35、CVD 基本条件：1）反应物的蒸气压 ；2）反应生成物的状态；3）沉积物的蒸气压；4）沉积装置简单，操作方便，工艺上具有重现性，适于批量生产，成本低廉。

36、CVD的过程：(a)反应气体已扩散通过界面边界层，到达基材表面；(b)反应气体分子吸附在基材表面；(c)在基材表面发生化学反应、形核；(d)生成物从基材表面脱离；(e)生成物在基材表面扩散。

37、影响化学气相沉积制备材料质量的因素：(1)反应混合物的供应；(2)沉积温度；(3)衬底材料；(4)系统内总压和气体总流速 ；(5)反应系统装置的因素；(6)原材料的纯度

38、电流效率：实际析出的金属量与法拉第定律计算出来的理论量之比，即实际产量/理论产量×100%

39、电流密度:每单位电极面积上所通过的电流。通常以每平方米电极面积所通过的电流（单位为安培）来表示。40、熔盐的特性：（1）溶解能力非凡；（2）传质、传热、传能速率快、效率高；（3）电极界面间的交换电流高；（4）生成自由能负值大；（5）一定温度范围内具有良好的热稳定性；（6）热容量大、储热和导热性能好；（7）耐辐射，但腐蚀性强。

41、微波：是一种频率在300MHz----3000GHz，即波长在0.1mm~~1000mm范围内的电磁波。波长为1cm~~25cm的用于雷达，国际无线电通讯协会（CCIP)规定家用或工业用微波加热设备的微波频率是2450MHz(波长12.2cm)和915MHz（波长32.8cm)，家用微波炉使用的频率都是2450Hz，915MHz的频率主要用于工业加热。

42、微波加热作用的最大特点是可以在被加热物体的不同深度同时产生热，也正是这种“体加热作用”，使得加热速度快且加热均匀，缩短了处理材料所需的时间，节省了能源。

43、图形加解释，看教材75页。

44、自蔓延高温合成技术(简称SHS)，又称燃烧合成：它是在高真空或介质气氛中点燃原料引发化学反应，反应放出的热量使得临近物料的温度骤升而引起新的化学反应，并以燃烧波的形式蔓延至整个反应物。

45、根据SHS燃烧波的传播方式，可将SHS分为自蔓延和“热爆”两种工艺。自蔓延:利用高能点火，引燃粉末坯体的一端，使反应自发地向另一端蔓延。此工艺适合制备生成焓高的化合物； 热爆:将粉末坯放在加热炉中加热到一定温度，使燃烧反应在整个坯体中同时发生。此工艺适合生成焓低的弱放热反应。

46、SHS的工艺流程大致可归纳为混粉、压制、装入容器、点火引燃、燃烧反应。

47、薄膜：当材料的一维线性尺度远远小于它的其他二维尺度，往往为纳米至微米量级，将这样的材料称为薄膜。

48、薄膜的生长模式可归纳为三种形式：(1)岛状生长（Volmer-Weber）模式；(2)层状生长（Frank-Vander Merwe）模式；(3)层岛复合生长（Stranski-Krastanov）模式

49、薄膜厚度的测量的方法:光学法、机械法和电学法等

50、薄膜的物理制备方法：薄膜的物理制备方法主要以气相沉积方法为主，物理气相沉积（PVD)是指利用某种物理过程，如物质的热蒸发或在受到粒子轰击时物质表面原子的溅射等现象，实现原子从源物质到薄膜的可控转移的过程。其特点：（1）需要使用固态或者熔融态物质作为薄膜沉积的源物质；（2）源物质经过物理过程而进入环境（真空腔）；

（3）需要相对较低的气体压力环境；（4）在气相中及在衬底表面并不发生化学反应。

过程：

1、从源物质中发射出粒子；

2、粒子输运到基片；

3、粒子在基片上凝结、成核、长大、成膜。

51、溅射：物质受到适当的高能离子轰击，表面的原子通过碰撞获得足够的能量而逃逸，将原子从表面发射出去的一种方式。优点：薄膜与基片的附着力好，工艺重复性好； 多元合金薄膜成分容易控制； 可在大面积基片上获得均匀薄膜；缺点：沉积速率低；基片与薄膜受等离子的辐射；薄膜纯度不及真空蒸发法。

52、溅射阈值：使靶材料原子发生溅射所需的最小入射离子能量，低于该值不能发生溅射。大多数金属该值为20～40ev。

53、溅射率：正离子轰击靶阴极时平均每个正离子能从靶材中打击出的粒子数，又称溅射产额或溅射系数，S。

54、陶瓷的精确定义—用天然原料或人工合成的粉状化合物，经过成形和高温烧结制成的，由无机化合物构成的多相固体材料。

55、先进陶瓷又称为新型陶瓷、精细陶瓷、高性能陶瓷、高技术陶瓷，其内涵远远超出了传统普通陶瓷范畴，几乎涉及整个无机非金属领域。采用高度精选且具有特定化学组成的原料，按照便于进行结构设计和控制的工艺进行制备、加工，得到的具有优异性能的陶瓷。

56、先进陶瓷与传统陶瓷的差别：1）原材料不同；2）化学组成不同；3）制备工艺不同；4）品种不同；5）用途不同

57、根据性能和应用不同，先进陶瓷材料可以分为结构陶瓷、功能陶瓷和陶瓷涂层材料等。

58、陶器和瓷器的主要区别：

一、烧成温度不同；

二、坚硬程度不同；

三、使用原料不同；

四、透明度不同；

五、釉料不同；

六、吸水率不同；

七、含铁量不同；

八、胎体特征不同

59、陶瓷的制备过程：原料的制备（粘土——细颗粒含水铝硅酸盐用水混合，具有可塑性，是作为基础。石英——无水SiO2，难熔，可减粘，在瓷坯中起骨架作用。长石——含K、Na、Ca离子的无水硅酸盐，属熔剂。）坯体成型（可塑成形——传统陶瓷用较多；注浆成形——浆料浇注到石膏模中成形，用于制造日用陶瓷和建筑陶瓷等形状复杂件；压制成形——粉料加入塑化剂，在金属模具加压成形）陶瓷的烧结（干燥的毛坯加热高温烧结，相变获得要求的性能）60、纳米（nanometer）是一个长度单位，简写为nm。1nm=10-3μm=10-6mm=10-9m。纳米是一个极小的尺寸，但它代表着人们认识上的一个新层次，从微米进入到纳米。

61、纳米结构是以纳米尺度的物质单元为基础，按一定规律构筑或组装一种新的体系，它包括一维、二维和三维体系。62、纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(10-9～10-7m)或由它们作为基本单元构成的材料。63、纳米材料的基本单元可以分为四类：(1)零维:在空间有三维在纳米尺度

(纳米粉体、纳米团簇)；(2)一维:在三维空间内有两维在纳米尺度；(包括纳米线、纳米棒、纳米管、纳米带)

(3)二维:在三维空间内有一维在纳米尺度；(包括超薄膜、纤维材料)；(4)三维:尺寸为1-100nm的粒子为主体形成的纳米块体。

64、纳米材料的特殊效应：(1)表面效应；(2)小尺寸效应；(3)量子尺寸效应；(4)宏观量子隧道效应 65、放电平台时间是指在电池满电情况下放电至某电压的放电时间。

66、充放电倍率是指电池在规定的时间内放出其额定容量时所需要的电流值，1C在数值上等于电池额定容量，通常以字母C表示。

67、自放电率又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下，电池所储存的电量在一定条件下的保持能力。68、电池循环寿命是指电池容量下降到某一规定的值时，电池在某一充放电制度下所经历的充放电次数。

69、电池的容量有额定容量和实际容量之分。锂离子电池规定在常温、恒流(1C)、恒压(4.2V)控制的充电条件下，充电3h、再以0.2C放电至2.75V时，所放出的电量为其额定容量。电池的实际容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际电量，主要受放电倍率和温度的影响（故严格来讲，电池容量应指明充放电条件）。容量单位：mAh、Ah(1Ah=1000)。70、锂离子电池主要组分：正极、负极、电解液、隔膜、外壳 71、隔膜的主要作用：（1）隔离正、负极，并使电池内部的电子不能自由穿过；（2）能够让电解质液中的离子在正负极间自由通过。

72、LiFePO4：充电时，锂离子从FeO6层面间迁移出来，经过电解液进入负极，发生Fe 2+→ Fe 3+的氧化反应，为保持电荷平衡，电子从外电路到达负极。放电时则发生还原反应，与上述过程相反。即：

充电时：LiFePO4－xLi+－xe―→xFePO4+(1x)LiFePO4

5.无机材料科学基础教案 篇五

绪论

1、材料的发展动向及本课程的重要地位；

2、本课程的特色及基本要求。

3、无机材料物理化学的科学内涵

4、无机材料物理化学的研究方法

5、参考文献

第一章

结晶学基础

§1-1—§1-6内容在结晶学课程中讲授 §1-7

晶体化学基本原理

一、结晶化学定律（Goldschmidt——哥希密特定律）

1、数量关系

2、大小关系

3、极化性能

二、决定晶体结构的基本因素

（一）原子半径和离子半径

（二）球体紧密堆积原理

1、等径球的最紧密堆积及其空隙（1）六方最紧密堆积 1）六方最紧密堆积方式 2）六方最紧密堆积特点（2）面心立方最紧密堆积 1）立方最紧密堆积方法 2）立方最紧密堆积特点（a）最紧密堆积的堆积系数

（b）紧密堆积中的空隙类型与数目

2、不等径球的堆积

一、配位数与配位多面体

1、配位数（CN）

2、配位多面体

二、离子极化

三、电负性（X）

四、鲍林规则（L.Pauling）

（一）第一规则——配位多面体规则

1、第一规则的意义

2、配位数与临界半径比（极限半径比）

（二）第二规则——电价规则（最重要的规则）

1、电价规则的意义——可确定负离子的CN或电价

2、可分析晶体结构是否稳定并分析结构中配位多面体的连接方式

（三）第三规则—共顶、共面、共棱规则

（四）第四规则——岛式规则

（五）第五规则——节约规则 作业：P37 1-10 四面体键角109.28； 思考题： P37

1-7； 1-9；

第二章

晶体结构与结构缺陷

§2-1

典型结构类型

一、金刚石结构与石墨结构

（一）描述晶体结构的方法

1．点坐标法—描述结构基元的位置 2．投影法—也叫标高法。

3、球体紧密堆积法—反映质点的堆积特点和充填情况；

4．多面体的连接方式——对复杂的晶体结构，其质点数目多，用其他方法表示不易找出特点，而用此法则简单明了地描述其结构特点。

（二）金刚石结构

（三）石墨结构

金刚石是目前硬度最大的材料，石墨则是最软的材料。性质差异的原因是结构上的差异。

二、NaCl型结构

NaCl从化学式上说是属于AX型化合物：

（一）NaCl型结构分析

NaC晶体的空间群：Fm3m F——表示布拉格点阵类型（面心立方）

m——表示对称面[在（001）面上有一对称面]； 3——对称轴[在（111）面上有一个三次轴；

m——表示倒转轴[在垂直于（110）方向有对称面）

[

2=m]



1、从堆积方式上分析

＋－

2、Na、Cl在晶体中的位置分布规律

（二）具有NaCl型结构的物质有32种

氧化物：MgO、CaO、SrO、BaO、MnO、FeO、CoO、NiO 氮化物：TiN、LaN、TiC、ScN、CrN、ZrN 这些物质其晶系、堆积方式、正负离子配位数、点阵类型均相同，仅晶格常数不同。

三、闪锌矿型结构——（ZnS）

1、立方型ZnS结构分析

2、具有闪锌矿结构的晶体——有27种

四、纤锌矿型结构——（ZnS）

1、六方ZnS结构分析

2、具有六方ZnS结构的晶体——有23种如： BeO、ZnO、AlN

五、萤石型（CaF2）结构

（一）萤石结构

1、萤石结构分析

2、结构特点

（1）内部空隙较大——1/2有立方体空隙是空的

（2）可看作是正离子作面心立方堆积，F-离子充填在四面体中；

3、晶体的特性

（1）该结构的晶体可作离子导电体即此结构有利于负离子扩散；因为内部存在较大的空隙（立方体空隙）

（2）沿（111）面有解理；在（111）面上Ca-Ca之间距最小，有斥力，易沿此面解理

4、具有萤石结构的晶体

（二）反萤石结构

1、反萤石结构

——保持萤石结构中的晶型和点阵类型不变，只是将正负离子的位置互换而构成的结构称之

2、具有反萤石结构的晶体

这类化合物的共同特性是：熔点低——常作为助熔剂使用

六、金红石（TiO2）型结构

1、金红石结构分析

2、晶体的特性

七、碘化镉（CdI2）型结构

八、刚玉型结构（-Al2O3）

1、结构分析

2、晶体特性

3、类似结构的晶体：

九、钙钛矿型（CaTiO3）结构 结构通式：ABO3

A——低价离子（二价或一价）B——高价离子（四价或五价）

1、钙钛矿型结构分析

2、晶体的特性

3、类似结构的晶体

十、尖晶石型结构（MgAl2O4）通式：

AB2O4（正尖晶石）其中：

A——低价（2+）

B——高价（3+）

[总价=+8]

（一）MgAl2O4尖晶石结构分析

1、结构分析

2、正尖晶石结构的规律

3、晶体的特性

（二）反尖晶石结构

典型结构分析方法归纳：

A、负离子的堆积方法——由晶胞图可点阵类型来分析 B、正负离子的配位数——分别由第一、第二规则来分析 C、正离子充填情况——由化学式和第一规则直接判断 D、多面体之间的连接方式——由第二规则来分析 §2-2 硅酸盐晶体结构

一、硅酸盐晶体的组成、结构特点与分类

（一）化学组成表示法

1、化学式——氧化物表示法

2、结构式——无机络盐的表示法

3、结构式的意义

（二）结构的共性规律

（三）结构分类

二、岛状结构

（一）硅酸盐晶体结构的分析方法

1、按O/Si比判断结构类型

2、分析附加阳离子的作用并由鲍林第一规则确定其配位数；

3、分析各多面体之间的连接方式（应用第二规则）

4、结合晶胞图或投影图，分析了解硅氧骨干在晶胞中的分布规律或特点；

（二）Mg2SiO4结构分析

三、组群状结构

（一）组群状结构的特点

1、由n个[SiO4]构成结构单元其n=2,3,4,6；O/S=3～3.5；

2、硅氧骨干之间不直接连接，由附加阳离子将其连成整体。

（二）绿宝石（绿柱石）结构

1、结构特点

2、具有类似结构的材料及其特性

四、链状结构

（一）特点与类型

1、特点

2、类型

A、单链——通式{SinO3n} O/Si=3；透辉石 CaMg[Si2O6] B、双链——由2条单链平行连结而成；通式——[SinO3n-1] O/Si=2.5～2.75

（二）透辉石晶体结构

1、O/Si=3 n=2——单式2元链

2、链之间由CaMg相连接

3、Ca.Mg可由其他离子取代，（三）晶体特性

A、附加正离子的电价——环状有二、三价；链状只有[2价]低价； B、外加正离子大小——与CN及空隙大小有关，环状中空隙大。

五、层状结构

（一）层状结构的形成与特点

1、所有桥氧都在同一平面上，所有活性氧都指向相同方向。

2、结构通式

3、晶体是由[SiO4]与八面体层[附加阳离子充填层]沿C轴重叠堆积而成。

（二）高岭石结构

1、结构分析

（1）[Si2O5]是单网形[2层矿]（2）附加阳离子Al的CN=6，（3）属于二八面体矿物

2、矿物特性

3、类似结构的矿物

（三）蒙脱石结构

1、结构分析

2、矿物特性

3、类似矿物

（四）伊利石与白云母结构

1、伊利石结构

2、白云母结构 KAl2 [AlSi3O10](OH)2

（五）分析层状结构归纳

1、矿物的层型（单网或复网

2、八面体形式（二八面体、三八面体）

3、层中离子的取代位置和程度（是发生在四面体内还是八面体内）

4、层间结合力（范氏力、氢键、离子键）

5、层间水的有无

六、架状结构

（一）形成与特点

（二）石英晶体结构

1、石英的主要晶型

2、石英、鳞石英、方石英结构上的主要差异（1）石英晶体结构（2）鳞石英（3）方石英

（三）长石晶体结构

1、特点

2、长石晶体的特性

3、透长石的结构分析 §2-3 晶体结构缺陷

一、点缺陷

（一）点缺陷的类型

1、点缺陷的存在形式

2、热缺陷

（1）弗仑克尔（Frenker）缺陷（2）肖特基(Schttky)缺陷

3、杂质缺陷（组分缺陷）

4、非化学计量结构缺陷

（二）缺陷化学反应表示法

1、克罗格—明克符号

2、缺陷反应方程式的规则

3、缺陷反应式的写法举例

（三）缺陷浓度的计算

（四）点缺陷的化学平衡

1、弗仑克尔缺陷

2、肖特基缺陷

3、缺陷平衡浓度计算举例

二、固溶体

（一）固溶体的基本概念

（二）固溶体的分类

分类方法有二种：

1、按溶质原子在溶剂晶格中的位置分类（1）置换式（取代式）（2）间隙式

2、按溶质的溶解度分类（1）连续固溶体

(2)有限固溶体（也叫不连续固溶体或部分互溶固溶体）

（三）连续置换型固溶体的形成条件

1、离子尺寸因素

2、晶体的结构类型

3、离子电价或总电价

4、电负性

（四）不等价置换固溶体中的缺陷形式

1、不等价取代固溶体中缺陷类型

2、固溶分子式的写法

(A)以基质（溶剂）的分子式为基准形式(B)基质原子写在前，取代原子写在其后

(C)根据缺陷式的位置数取代情况，将取代后的原子分数（或小数）写在相应原子的右下角

（五）间隙型固溶体的影响因素

1、杂质原子半径大小

2、基质晶格间隙大小

3、不等价取代时，电价的平衡可由形成空位或复合阳离子置换来满足

三、非化学计量化合物

（一）非化学计量化合物特点

（1）由外界条件变化而引起的，缺陷浓度随氧分压而变化（2）产生在变价元素的氧化物晶体中；（是同一元素不同价氧化物构成的固溶体）（3）材料中往往存在自由电子和电子空穴，故材料有半导性

（二）非化学计量化合物类型

有正负离子空位、正负离了填隙共四类：

1、阴离子缺位型（TiO2-x、ZrO2-x）

2、阳离子填隙型（Zn 1+xO）

3、阴离子填隙型(UO2+x)

4、阳离子缺位型(FeO1-x、CuO2-x)

（三）非化学计量化合物意义

四、固溶体的研究方法及意义

（一）研究内容

（二）固溶体类型判别

（三）研究固溶体的意义

五、线缺陷（位错）

P73

（一）刃位错及其特点

1、刃位错的形成

2、刃位错的符号

3、刃位错的特点

（二）螺位错及其特点

作业 P75 2-1、6、7、8、9、11、12

第三章 熔体与玻璃体

本章主要讨论硅酸盐熔体和玻璃体的结构、性质、产生原因与形成条件及其影响因素等。熔体——物质在高温时以液体存在的一种状态； 玻璃体——由熔体过冷却而形成的非晶态固体。§3-1 熔体结构的聚合物理论

一、关于熔体结构的聚合物理论要点

随着研究手段和测试技术的进步，对熔体结构的认识已逐渐形成。由许多实验结果表明，熔体的结构与玻璃结构十分相近，其共同特点是：近程有序——从局长小范围看质点排列有规则；

远程无序——从整体结构上看内部质点排列是无序的；

二、聚合程度与温度、组成的关系

——熔体的聚合程度取决于温度和组成。

（一）温度的影响（组成不变时）

（二）组成的影响（温度不变时）§3-2 熔体的性质

一、粘度

（一）粘度的定义及表达式

1、粘度的定义

2、粘度的理论解释（略讲）（1）绝对速度理论（2）自由体积理论（3）过剩熵理论

（二）影响粘度的因素

1、温度

2、组成（1）R2O的作用（2）RO的作用（3）RO的作用

3二、表面张力-表面能

（一）表面张力与比表面能

（二）影响因素

1、组成的影响

2、温度的影响 §3-3 玻璃的通性 通性——指无论其化学组成如何，只要是玻璃都具有的宏观共性。

一、各向同性

二、介稳性

三、熔融态向玻璃转化的可逆性与渐变性

四、熔融态向玻璃态转化时理化性质随温度变化的连续性 §3-4 玻璃的形成

主要介绍玻璃形成时的动力学条件和结晶化学条件。教学主要围绕以下内容： 玻璃是怎样形成的？——形成方法

什么样的条件才能形成玻璃？——动力学条件 什么样的物质易形成玻璃？——结晶化学条件 ——主要是探讨玻璃形成的内在规律与外部条件；

一、形成方法

(略讲)玻璃的形成方法较多，大体上可从传统玻璃、与特种玻璃两方法来介绍

1、传统玻璃

2、特种玻璃

二、玻璃形成的热力学条件

三、玻璃形成的动力学条件（略讲，在相变一章中详细讲解）

（一）临界冷却速率

1、临界冷却速率

2、转变的体积分数与时间、温度的关系

3、三T图的意义

(二)影响临界冷却速率的因素

临界冷却速率是随熔体组成而变化的，组成对临界冷却速率的决定作用可具体表现为：

1、高温粘度

2、Tg比值

Tm

四、玻璃形成的结晶化学条件

主要是从物质内部的化学键特性、质点的排列状况等本质原因上来寻求解释

（一）键强（单键能）

键强（P）也叫单键能——由化合物的分解能除以正离子配位数

1、玻璃网络形成体

P＞335 KJ/mol

2、网络改（变）性体

P＜250 KJ/mol

3、网络中间体

P=250~330 KJ/mol

（二）键型

§3-5 玻璃的结构

一、晶子假说

（一）实验发现

1、折射率在573℃有突变

2、X-射线（XRD）衍射分析表明钠硅玻璃的衍射峰与偏硅酸钠晶体的相一致

3、红外光谱分析表明玻璃与晶体的吸收波的极大值相一致

（二）理论要点

（三）存在问题

二、无规则网络假说

（一）理论要点

（二）实验支持

1、XRD小角度衍射结果表明：

径向分布函数曲线进一步说明玻璃中的有序程度仅为10~12Å左右；与晶胞大小相近。

2、径向分布函数图的意义

3、玻璃的径向分布函数图分析：

（三）对玻璃性质的解释

（四）两假说的异同 §3-6 常见玻璃类型

一、硅酸盐玻璃

（一）石英玻璃

1、石英玻璃的结构

2、特性

（二）硅酸盐玻璃

1、结构描述

2、玻璃的性质

（三）网络结构参数

1、网络参数及意义

2、Y值的计算示例

3、Y值与玻璃性能的关系

二、硼酸盐玻璃

（一）硼酸盐玻璃的结构

（二）硼反常现象

作业：P104~105：——3—1、2、3、4、5、6、8、11、12

第四章

表面与界面

§4-1 固体的表面

一、固体表面的特征

（一）固体表面的不均一性

（二）固体表面力场

1、范德华力（短程力）（1）定向作用力（2）诱导作用力

（3）色散力（分散作用力）

2、长程力

二、晶体表面结构

（一）离子晶体的表面结构

1、离子晶体表面双电层结构

2、表面双电层与离子极化性能及的关系

（二）玻璃体表面结构

（三）晶体表面的几何结构

三、固体的表面能

1、表面能理论式的推导

2、共价键晶体的表面能计算示例

3、离子晶体的表面能计算示例 §4-2 界面行为

一、弯曲表面效应

（一）曲面压差

（二）曲面上的蒸气压

（三）微小晶粒的溶解度及熔点

二、润湿与粘附

（一）接触角与润湿作用

（二）润湿的三种类型

1、铺展润湿

2、附着润湿（也叫粘附润湿）

3、浸渍润湿

（三）影响润湿的因素

三、吸附与表面改性

（一）吸附与表面改性定义

（二）表面改性在硅酸盐工业中应用的实例

1、改善成型性能（1）Al2O3瓷

（2）CaTiO3电容器陶瓷

2、减水作用

3、提高球磨效率

（三）润湿与相分布

1、固-固-气接触系统

2、固-固-液接触系统 §4-3 晶 界（略讲）§4-4 粘土-水系统胶体化学

一、粘土的荷电性

1、负电荷——主要来自两个方面

2、两性电荷——断键引起

3、净电荷

二、粘土的离子吸附与交换性

（一）粘土阳离子吸附与交换的特点

1、粘土阳离子吸附与交换现象

2、粘土阳离子吸附与交换特点

3、交换条件

（二）粘土阳离子交换容量及影响因素

1、交换容量的意义（2、影响交换容量的因素

（三）粘土阳离子交换序

三、粘土胶体的动电性质

（一）粘土与水的作用

1、作用原因

2、粘土胶团中水的存在形式

3、结合水量及其影响因素

（二）粘土胶体的电动电位——ζ电位

1、粘土胶团与ζ电位

2、影响ζ电位的因素

3、ζ电位与泥浆性能的关系

四、粘土-水系统的胶体化学性质

（一）流变学基础——流变曲线的类型（略讲）

下面根据流动曲线，介绍流动类型、流动方程及其特点：流体的流动分为以下几类：

1、牛顿型流动

2、宾汉型流动

3、塑流型

4、假塑性流动——也叫剪切稀释型

5、胀流型——也叫剪切稠化型

（二）泥浆的流动性与稳定性

1、流动性、稳定性

2、稀释现象及机理

3、稀释条件

4、稀释效果与注浆性能

（三）泥浆的触变性

1、触变性

2、触变结构

3、影响触变性的因素（1）泥浆含水量（2）矿物的组成（3）颗粒大小与形状（4）电解质种类与加入量（5）温度

（四）粘土的可塑性

1、应力-应变曲线

2、可塑泥料中引力-斥力分析

3、影响可塑性的因素

4、调整改善可塑性的方法

五、瘠性料的悬浮与塑化

（一）瘠性料的悬浮

1、控制料浆的PH值

2、PH值与和-电位的关系

3、Al2O3胶团结构及形成

（二）有机添加剂对瘠性料的作用

1、悬浮作用

2、聚沉作用

3、塑化作用

作业：

P139—4—1、2、3、4、5、7、9、10

第六章

相平衡

§6-1 硅酸盐系统相平衡特点

一、热力学平衡态与非平衡态

（一）平衡态的特征与条件

（二）硅酸盐系统的特点

（三）相图的指导意义

二、硅酸盐系统中的组分、相及相律

1、相律

2、自由度数

3、相

4、凝聚系统的相律 §6-2 单元系统一、水型物质与硫型物质

（一）单元相图回顾

（二）水型物质与硫型物质相图特征

二、具有多晶转变的单元相图 相区、界线、点代表的意义

1、相区

2、界线

3、点

三、SiO2系统

（一）相图简介

1、各点、线、面的含义

2、晶型转变点

（二）SiO2多晶转变特点

（三）多晶转变对生产的影响

1、各种转变产生的体积效应

2、体积效应对生产的影响

（四）SiO2相图应用

四、ZrO2系统

§6-3 二元系统一、基本类型简介

（一）最简单二元相图

1、相图特征

2、各点线面的含义

3、析晶路程分析

4、杠杆规则及应用

（二）生成化合物的二元相图

1、生成一个一致熔化合物的二元相图

2、生成一个不一致熔化合物的二元相图

3、生成一个固态分解化合物的二元相图

（三）具有多晶转变的二元相图

（四）生成固溶体的二元相图

1、形成连续固溶体的二元相图

2、形成有限固溶体的二元相图

（五）形成二液分层的相图

1、相图特征：

2、析晶路程：

二、实际二元相图举例

（一）分析二元相图的一般方法

（二）Al2O3-SiO2相图

1、相图特征

2、相图应用

（三）MgO-SiO2相图

1、相图介绍

2、相图应用

三、凝聚系统相图测定方法

作业：P224 6—2、3、5、6、7、8、9 §6-4 三元系统 一、三元相图概述

（一）组成表示法

1、浓度三角形

2、读取方法

（二）浓度三角形中组成变化的规则

1、等含量规则

2、定比例规则

3、背向性规则

（三）杠杆规则

（四）重心原理

1、重心位规则

2、交叉位规则

3、共轭位规则

（五）最简单三元系统立体图与投影图

1、立体图

2、平面投影图

3、温度表示法

4、析晶路程分析

（1）在初晶区内的析晶（2）在界线上的析晶（3）在三元无变点上的析晶（4）各相量的计算 二、三元相图的基本类型

（一）生成一个一致熔二元化合物的三元相图

1、相图特征

2、相图分析

（二）生成一个不一致熔二元化合物的三元相图

1、相图特征

2、分析三元相图的几个重要规则（1）连线规则（2）切线规则（3）重心原理（4）三角形规则

（5）划分副三角形的原则与方法

3、析晶路程分析

4、熔融（加热）过程分析

（三）生成一个固态分解的二元化合物的三元相图

1、相图特征

2、过渡点（R）的特性

生成一个一致熔三元化合物三元相图

1、相图特征

2、相图分析

（四）生成一个不一致熔三元化合物的三元相图

1、具有双升点（单转熔点）的类型

2、具有双降点（双转熔点）的类型

作业：P226 6—1、10、11、12、13

（五）其他类型简介

1、具有多晶转变的相图

2、形成一个二元连续固溶体的相图（1）相图特点

（2）析晶路程分析示例

3、具有液相分层的相图

分析三元相图方法与步骤归纳

1、怎样判读三元相图

2、析晶路程的方法归纳

3、分析熔融路程的方法 三、三元实际相图举例

（一）K2O-Al2O3-SiO2相图

1、相图介绍

2、相图应用举例

（二）MgO-Al2O3-SiO2相图

1、相图介绍

2、相图应用

（三）Na2O-CaO-SiO2相图

1、相图介绍

2、相图应用举例

作业：P226~227 6—

18、第七章

扩散与固相反应

§7-1 晶体中扩散的基本特点与宏观动力学方程

一、扩散的基本概念与特点

1、何谓扩散

2、固体中扩散的特点

二、扩散动力学方程——宏观规律

（一）菲克第一定律（Fick）

1、公式推导

2、各向异性体的扩散方程

3、适用条件

（二）菲克第二定律

（三）扩散的布朗运动理论

1、无序扩散——即无规则行走（布朗运动）

2、无序扩散系数

三、扩散动力学方程的应用举例

（一）稳定扩散举例

（二）不稳定扩散举例

1、短时解

2、长时解

§7-2 扩散过程的推动力、微观机构与扩散系数

一、扩散的热力学解释

（一）扩散的推动力

（二）自扩散系数与互扩散系数

1、自扩散系数

2、互扩散系数

二、微观机构与扩散系数

（一）固体中扩散的方式

1、空位扩散

2、间隙扩散

3、推填式扩散（亚间隙式）

4、易位扩散

5、环形换位扩散

（二）扩散系数的理论公式

（三）本征扩散与非本征扩散

1、本征扩散与非本征扩散

2、各自的特点

三、非化学计量化合物中的扩散

1、正离子空位扩散型

2、氧离子空位扩散型 §7-3影响扩散的因素

一、扩散介质的组成、键性与结构

（一）晶体组成的影响

（二）键强与键性

（三）晶体结构

1、扩散介质的结构紧密程度

2、表面及晶界的影响

二、扩散物的本性

1、半径的影响（电价相同时）

2、电价的影响

三、温度与杂质的影响

1、温度的作用

2、杂质的影响

作业：

P254~255：7—1、2、3、5、6 §7-4 固相反应及其动力学特征

一、固相反应及其特点

（一）固相反应的定义

（二）固相反应的特点

二、固相反应的分类

（一）按反应物的聚集状态分类

（二）按反应的性质分类

（三）按反应控制机理分类 §7-5 固相反应动力学方程 一、一般动力学关系

(一)固相反应速率表达式(二)固相反应控制过程的确定

二、化学反应控制的动力学方程

三、扩散控制的动力学方程

（一）杨德尔方程

1、平板模型——抛物线方程

2、杨德尔方程（Jander）

（二）金斯特林格方程

1、推导条件：

2、金氏方程与杨氏方程的比较

（三）卡特方程（1960年提出）（略讲）§7-6 影响固相反应的因素

一、反应物的化学组成与结构

1、活性与热处理条件

2、晶型转变点附近晶格活化反应能力大

3、新分解产物的反应活性大

二、颗粒尺寸及分布

三、温度、气氛、压力

1、温度

TKD

2、气氛

3、成型压力

四、矿化剂的作用

1、影响晶核形成速率

2、活化晶格

3、降低熔点，形成低共熔物

作业：

P254~255

7——7、8、9、10、11、12、13

第八章

相

变

一、研究相变过程的意义

二、本章目的与要求 §8-1 相变的分类

一、相变的热力学分类

（一）一级相变

（二）二级相变

二、按相变机理分类

（一）成核-生长相变

（二）连续型相变（Spinodal分解）

（三）马氏体相变

（三）有序无序转变

三、按质点迁移特征分类

（一）扩散型相变

（二）无扩散型相变 §8-2 液-固相变热力学

一、相变过程的不平衡态及亚稳区

1、不平衡与亚稳区

2、亚稳区的性质

二、相变过程的推动力

1、相变过程的温度条件

2、压力条件和浓度条件

三、晶核形成条件

（一）成核过程的能量变化

（二）临界晶核半径及其意义

（三）临界晶核形成能 §8-3 液-固相变动力学

一、成核过程动力学

(一)均匀成核（本征成核）

1、成核速率（2、IV）

IV—T关系分析

（二）非均匀成核

1、非均匀成核的特点

2、非均匀成核势垒与润湿角的关系

3、非均匀成核速率——

IS

二、晶体生长过程动力学

（一）晶体生长过程分析

（二）晶体生长的线速度

uT关系分析

（三）三、总结晶速率

（一）相变总速率方程（X）

（二）阿伏拉米方程

四、析晶过程及控制

（一）过冷度T对析晶的影响

（二）析晶过程的控制

1、有析晶区存在的系统

2、无析晶区的系统

五、影响析晶能力的因素

（一）熔体组成

（二）熔体的结构

（三）界面状况

（四）外加剂

（五）温度 §8-4 液-液相变过程

一、液相的不混溶现象

（一）分相的机理及特征

1、亚稳分相（成核-生长机理）

2、不稳分相（连续型相变也称Spinodale分解）

3、成核—生长分相与不稳分相比较（1）亚稳分相与不稳分相在在G-C曲线上的特征分析（2）亚稳分相与不稳分相的比较

三、分相的结晶化学观点

作业：

P282：8——1、2、3、5、6、7、9

第九章

烧

结

§9-1 概 述

一、烧结过程与定义

（一）烧结过程

（二）烧结的定义

二、几个概念

1、烧结与烧成

2、烧结与熔融

3、烧结与固相反应

三、烧结的推动力

1、推动力

2、烧结的条件

3、如何判断材料烧结难易

四、烧结模型 §9-2 固态烧结

一、蒸发-凝聚传质

（一）传质原因（机理）

（二）传质的条件

（三）动力学方程

1、冷凝速率(Um)

2、颈部半径增长速率（X/r）

3、公式分析

（四）传质特点

二、扩散传质

（一）颈部应力与空位浓度的关系

（二）扩散途径

（三）扩散传质初期特点及动力学方程

1、初期的特点

2、颈部半径增长率

3、公式分析

（四）扩散传质中期、后期特点及控制

1、中期的特点

2、烧结中期模型

3、烧结中期动力学公式

4、后期的特点及动力学方程 §9-3 液相参与的烧结

一、液相烧结的特点与分类

（一）液相烧结特点

（二）液相烧结的分类

二、流动传质

（一）粘性流动

1、粘性流动初期模型及动力学方程

2、粘性流动中期、后期动力学方程

（二）塑性流动

三、溶解-沉淀传质

（一）传质条件与过程

（二）颗粒重排

（三）溶解-沉淀传质

1、溶解-沉淀传质理论模型

2、致密化速率

四、各种传质机理分析比较 §9-4 晶粒生长与二次重结晶

一、晶体生长

（一）晶粒生长的基本概念

1、晶粒生长的现象

2、晶粒生长的推动力

3、晶界移动速率与晶粒生长速率（1）晶界移动速率（2）晶粒生长速率

（二）晶粒长大的几何规律

（三）晶粒生长的控制

1、晶界移动与气孔移动的几种情况

2、晶粒生长的极限尺寸及控制 二、二次重结晶（晶粒异常长大）

（一）产生原因

（二）工艺控制途径

1、工艺控制途径

2、措施

（三）晶粒生长与二次重结晶的比较

三、晶界在烧结中的作用 §9-5 影响烧结的因素

一、粉料的起始粒度

二、外加剂的作用

1、外加剂与主晶相形成固溶体

2、外加剂与主晶相形成化合物

3、阻止晶型转变

4、外加剂与主晶相形成液相

5、扩大烧结温度范围——使之在较低温度下出现液相，拓宽了下限温度；

三、烧结温度和保温时间

(一)温度

（二）保温时间

四、气 氛

五、成型压力

六、盐类的选择及其煅烧条件

1、煅烧条件

2、盐类的选择

作业题： P317：9—1、2、4、6、8、9、10、12 §9-6 特种烧结原理（略讲）

一、热压烧结

6.无机非金属材料工学（本站推荐） 篇六

固相烧结、液相烧结、熔化；预热 烧成 冷却三个阶段。根据作业性质来，无机非金属热工设备（窑炉）可分为间歇式、连续式窑炉，各举一例。按火焰进行的方向，无机非金属热工设备（窑炉）可分为哪几种，并解释什么是倒烟炉。间歇式：倒烟窑 连续式：隧道窑 按火焰进行方向分可以分为：直烟窑 横烟窑 倒烟窑 倒烟窑：是一种间歇式窑炉。燃烧所产生的火焰都从燃烧室的喷火口上行至窑顶然后下降经匣钵柱间传热给窑炉，窑炉气氛对材料的烧制具有重要的影响，根据气体的性质，窑内气氛可分为哪几种，与空气过剩系数之间的关系如何？

分为氧性气氛 还原气氛 中性气氛；空气过剩系数：a>1为氧化气氛 a<1为还原气氛 a=1中性气氛目前工业上水泥窑有哪两大类？SP窑和NSP窑分别指的什么窑？其主要差别是什么？ 立窑和回转窑；SP窑是指悬浮预热器窑，NSP窑是指窑外分解窑；SP窑没有分解炉吗，窑尾只有悬浮预热器；NSP窑有分解炉。新型干法水泥回转窑系统由哪几大部分组成？每一级旋风预热器由哪两部分组成？什么是悬浮预热技术？

预热器系统、分解炉、回转窑、熟料冷却机、燃料燃烧器等设备组成。每一级旋风预热器由旋风筒及其联接管道所构成。旋风预热技术：水泥回转窑系统中通入空气被分为三个部分（一次、二次、三次风），各有什么作用？对他们的温度有何要求，为什么？

一次风的作用：携带从窑头煤粉仓下来的煤粉经喷煤管高速喷入回转窑内高效燃烧来保持刚喷出的火焰有一定的“刚度”；二次风的作用：是从窑头进入回转窑内成为窑内煤粉燃烧的主要助燃空气；三次风的作用：成为分解炉内煤粉燃烧所需的助燃空气。二次空气和三次空气的预热温度不受限制，越高越好，而一次空气不允许被预热，否则温度较高的一次风会使煤粉中的挥发分在喷煤管中提前逸出，从而造成煤粉爆炸事故。一般来说，玻璃制品的生产过程，都要经过哪几个阶段？洛阳浮法

配合料制备、玻璃液熔制、玻璃制品成型、玻璃产品退火浮法平板玻璃生产过程的三大热工设备是什么？玻璃池窑通常要用什么样的耐火材料做成？

玻璃池窑 锡槽 退火窑；玻璃池窑使用耐火砖砌成。在浮法平板玻璃的热源供给部分，为什么要设置蓄热室？其结构中最重要的部分是什么？简述蓄热室的工作原理？

蓄热室不仅仅是回收余热，节能，也是为了达到熔制高质量玻璃所要求的高温而必须采取的措施。格子体结构是蓄热室结构中最重要的部分。工作原理：利用废气与空气交替地通过其内的格子体，以格子体为传热的中间体，从而使得空气间接地获得废气的余热。10 影响玻璃带成型的因素是？玻璃的自然厚度约为？

重力 粘度 表面张力；6~7mm在成型部，如何控制玻璃的厚度？如想得到薄玻璃，如何操作？

生产薄玻璃的控制方法：机械拉边法；生产厚玻璃：挡墙法 负角度机械拉边法 挡墙拉边法； 得到薄玻璃可采用机械拉边法，在锡槽中段玻璃原版的两边放置若干个横向拉边器，玻璃越薄，拉边器越多。在锡槽内为什么要通入保护气体？何种气体？

为防止锡液被氧化；N2、H2

13什么叫泡界线，它有何作用？

在横焰玻璃池窑的熔化部，由于热点与投料池的温度差，表层玻璃液会向投料池方向回流，使得五泡沫的玻璃和有泡沫的玻璃之间有一条明显的成分界限，称为泡界线。泡界线的为之和形状是判断横焰窑熔化作业正常与否的标志，它还会影响到玻璃池窑的产量和玻璃池窑的质量。玻璃池窑的作业制度包括:温度制度，压力制度，泡界线制度，液面制度，气氛制度！一大稳:热工制度稳，四小稳:温度稳，压力稳，泡界线稳，液面稳！山型，桥型桥型 15 隧道窑用来制备:陶瓷制品包括微晶玻璃，烧结型耐火材料，砖瓦！通过曲折密封的方式！16采用由许多平行排列的转动的辊子组成的辊道来代替窑车来作为被烧制胚件的盛载工具，胚件可以直接放在辊道上，也可以放在垫板上！

7.新型无机材料 篇七

建筑物体需要成为节能型和环保型的结构, 而两型合一的最佳选择就是使其具有隔热保温功能的结构和采用健康安全型的材料。这种发展的趋势和走向是伴随着人类起源与发展的整个过程, 当人们由单纯的求生存的意识发展到有意识的改善居住和环境条件, 这种演变就越来越成为人类文明程度的一个重要标志。而且已经发展到全世界都必须关注的大事。

在我国, 建筑能耗占全国总用能的1/4, 而居住能耗位居首位。我国目前每年建成的房屋达20亿平米左右, 超过世界各发达国家建成面积的总和, 这些新的建筑95%以上仍然为高能耗建筑, 而原有近600亿m2建筑中99%为高能耗建筑, 其中空调负荷已达4500亿KW·h, 相当于2.5个三峡电站满负荷运力, 照目前这种发展水平到2020年能耗将达10.89亿吨标煤, 相当于10个三峡电站满负荷运力。但是有趣的是我们如果能有效的进行节能改造, 到2020年建筑能耗则可减少3.35亿吨标煤, 空调减少8000亿KW·h, 相当于减少电力投资6000亿元, 恰恰是一个一正一反的结果, 而且在节能的同时, 又可推动着环境友好型社会的建设, 也预示着建筑业走向一个崭新的时代, 可谓一个一举多得的旷世壮举。

1 从“都市窑洞”说起

北方人都知道窑洞的功能—冬暖夏凉。我们的祖先最早就是利用这种自然界的造化生存着、繁衍着, 如今山西就有人提出打造“都市窑洞”, 其实城市里 (也包括广大的农村) 建筑物正是运用这种理念, 采用着各种隔热保温材料及其绝热工程实现着这种功能。

在这些形形色色的隔热保温材料中最引人注目的是活跃在北京、太原、西安、成都等地的以膨胀玻化微珠为代表的复合型无机质材料, 这种材料复合体最突出的优势是: (1) 无机质的材质结构使其防火能力达A级, 安全系数是一流的; (2) 能与建筑物体同生存、同寿命; (3) 无“三废”, 对环境无危害并可回收再利用, 环境健康有保障; (4) 一经应用, 长期有效, 节能效果经久不衰。从材质结构完全符合既节能又环保的要求, 其功能是伴随着使用效果而长存的。

1.1 原材料

1.1.1 生成原理

矿砂先经过预热后 (200-300℃) 在1000℃以上高温下膨胀, 并在1200℃左右温控下使表面再具玻化状外壳而呈密闭的非金属球状体或不规则形体, 无毒无味, 耐酸耐碱, 颜色呈白色、灰白色或淡黄色。

1.1.2 材料的化学成份及物理性能

注:各厂家提供的上述数据, 均略有差别

1) 膨胀玻化微珠由松脂岩矿砂加工而成。

2) 闭孔膨胀珍珠岩由珍珠岩矿砂加工而成。

物理性能

粒径 (mm) 0.25—0.84容重 (kg/m3) 70—150

导热系数 (w/m?k) 0.051—0.062

注:各厂家提供的上述数据, 均略有差别。

3) 漂珠:从火电厂粉煤灰中提取。

4) OUO硅—铝闭孔空心微珠、硅—铝陶瓷微珠等品种的化学成份及物理性能与上述材质类同。

1.2 组成的复合型品种

1) 水泥型:取水泥作粘合材料, 加适量的纤维材料 (有机质的或无机质的) 在可再分散乳胶粉等添加剂的作用下, 形成水泥型隔热保温砂浆干粉。

2) 石膏型:取石膏作粘合材料, 加适量的纤维材料 (有机质的或无机质的) 在可再分散乳胶粉等添加剂的作用下, 形成石膏型隔热保温砂浆干粉。

3) JGN型:以专利技术所构成的胶凝材料加适当配比的纤维料、填充料 (均为无机质材质) 在专用添加剂、催化剂的理化作用下, 形成隔热保温砂浆干粉并制作成多功能的型体材料, 型材分有水泥型墙板材和无水泥型墙板材。

1.3 材料构成的系统结构

1) 该系统结构包括:隔热保温层、固化层 (网布锚栓抗裂防渗砂浆) 面层 (涂料或瓷砖) 见表7、8。

2) 弹性底涂材料:用作封底涂层, 由弹性防水乳胶粉加入多种助剂填料配制而成, 具有防水透气效果。

3) 抗裂防渗砂浆干粉:由聚合物乳胶粉, 多种外加剂、水泥、石英砂等拌合而成。

4) 固化层材料由锚栓、耐碱网格布 (或镀锌电焊钢网) 等组成。

5) 面砖粘结砂浆干粉、面砖钩缝料由聚合物乳胶粉、外加剂、水泥、石英砂等分别配成的专用材料。

1.4 施工形式

1) 所有砂浆干粉均在施工现场加水搅拌后直接涂抹。

2) OUO/JGN板材的施工方法:

(1) 均为330mm×330mm×30-50mm板块, 在工厂预制9块为1m2。

(2) 在施工现场用专用粘结剂满涂粘砌。

(3) 工序基本同XPS

(4) 保温隔热层也可采取在外墙内、外侧同时作, 以减少单侧厚度过大的弊端, 内、外侧厚度比例以2:3为宜, 即内侧厚度占40%, 外侧厚度占60%。

2 在众多隔热保温材料中所处的位置

2.1 当前建筑隔热保温材料市场中其类型大体可分成三个类别:

有机质材料、无机质材料和有机质与无机质复合材料。

1) 有机质材料占主导地位, 代表产品有:聚苯乙烯泡沫板 (EPS) , 挤塑板 (XPS) , 聚氨脂硬质泡沫板以及胶粉聚苯颗粒砂浆干粉系统。它们共同的优势是:生产与施工技术已经成熟, 达到了规模化、规范化。但同时也存在着无法改变的缺陷:一是不能防火, 二是不能与建筑物同寿命, 三是污染环境。

2) 有机质材料与无机质材料的复合体。目前尚处在试行阶段, 理论上的优势应该是有机质与无机质二者互补, 但在生产工艺、施工方法以及应用效果上还需在实践中去完善和验证。

3) 无机质材料目前仍处在拓展阶段, 市场占有率较小。但它正以其有机质材料无可比拟的优势引起了各方的关注, 代表着建筑隔热保温材料发展的趋势, 已经显示的主要性能。

实验室检测结果: (根据数家企业产品归纳)

干密度 (kg/m3) 260—400

导热系数 (w/m·k) 0.059—0.085

抗压强度 (kpa) 300-500

粘结强度 (kpa) 100-150

收缩率 (%) ≤0.3

软化系数≥0.5—0.7

燃烧等级均为A

使用温度 (℃) 均在400以上

放射性均合格

环保性能均无污染环境因素

4) 从应用中已初步显示出以下较为明显的综合效果:

(1) 可具恒温作用, 有冬暖夏凉的效果, 而且一经应用长期有效, 使建筑物始终处于“冬暖夏凉”的自然状态。

(2) 其防火功能可以多种形态发挥其防火隔断层的作用。

(3) 可替换彩钢模板中的夹芯材料, 使彩钢房不仅具有隔热保温功能同时又具有无可比拟的防火能力。

(4) 有望改变建筑墙体结构使其具有质轻、节能环保、防火、吸音、抗震无污染等多功能于一身。

(5) 实践案例证明其节能效果明显:

说明:实测时间为西安96—97年, 陕北为97年, 沈阳为98年, 均为一个完整的暑期与采暖期, 在原墙体上作JGN15—20mm厚保温层。

实例4:根据陕西关中地区气象参数。冬季采暖室外计算温度-5℃, 室内采暖计算温度18℃, 冬季最低日平均温度-12℃, 采暖期日平均温度1.3℃, 夏季月平均温度26.7℃, 要求设计参数内表面对流换热系数8.72w/m2·℃, 外表面对流换热系数23.26 w/m2·℃, 建筑物体形系数S=0.02。按地区《民用建筑节能设计标准》要求:外墙最大传热系数K=1.28 w/m2·k, 外墙体对大传热热阻R0=0.78m2·k/w, 计算JGN厚度:34.3mm (取35 mm) 根据这一实践与计算结果我们提出在砖墙体370-620 (mm) 厚度下保温层厚度由18-33 (mm) 详见JGN墙体保温材料厚度计算表。

实例5:又根据陕西“陕DBG24-8-97”规定计算用作的保温隔热防火层厚度为39mm, 其具体内容为:

总热阻:1.0=0.11+0.04+墙体R1+保温层R2, 其中0.11和0.04分别为墙体内外表面热阻, 混凝土剪力墙厚0.3m, 导热系数 (w/m·k) 1.5—1.74, 保温材料导热系数 (w/m·k) 0.06, 算式:0.11+0.04+0.2 (0.3/1.5) +保温层=0.35+ (α/λ) ·λ= (1.0-0.35) ×0.06=0.39m (39mm) 。

实例6:沈阳地区对节能效果作了以下计算:地区要求K=0.68w/m2·hc, 阳面墙厚度0.37m, 阴面墙厚度0.49m, 按照热流放系数α1=8.7, 冷流放系数α2=23, 空心砖导热系数 (w/m·k) 0.378, 实心砖导热系数 (w/m·k) 0.66计算。在保温层不同厚度下均可达到51-64%的节能效率。 (计算过程略)

3 当前存在的问题

1) 现有唯一的标准只是规范“微珠”的, 而“微珠”需要复合才能发挥隔热保温作用。

(1) 目前仅有一个国家发改委发布的中华人民共和国建材行业标准“JC/T1042-2007膨胀玻化微珠标准”, 其中对膨胀玻化微珠的定义为:“由玻璃质火山熔岩矿砂经膨胀, 玻化等工艺制成, 表面玻化封闭, 呈不规则球状, 内部为多孔空腔结构的无机颗粒材料。”上述中矿砂含义中是否应该包括着松脂岩、珍珠岩、黑曜岩甚至如有的厂家所说连普砂也在内 (指他们的设备的膨化能力) 。而实际上国内现有的专业专用设备只有两家, 一种是以北京华伟佳为代表的专用于膨化松脂岩矿砂设备, 一种是以信阳武汉为代表的专用于膨化珍珠岩矿砂的设备, 对外宣称着各自的优点, 但结构原理基本上是一样的。

(2) 标准中将堆积密度分为三类:从小于80kg/m3到大于120 kg/m3, 其导热系数 (w/m·k) 平均温度25℃, 也从≤0.043到≤0.07, 实际上生产厂家生产出堆积密度<80的纯度是很难做到的, (当然还有成本等问题, 下面专谈) 一般都在120 kg/m3左右, 且粒径大小不一, 膨化率不一, 含渣量不一等因素直接影响到作为成品 (隔热保温砂浆干粉) 的质量, 在这种情况下如果说砂浆干粉的导热系数 (w/m·k) 常温控制在0.06也是达不到的。

(3) 标准中“表面玻化闭孔率≥80%”这是一个目前难以测定的指标, 其玻化层厚度也是无法测定的。玻化率低了势必开孔率高了, 吸水率自然也就高了, (过去普通的膨胀珍珠岩基本是开孔的, 吸水率很高而被慎用甚至淘汰就是这个原因) 要知道保温材料中水份增大其保温效果会大减的。况且玻化层太薄很容易在运输和二次加工中破损, 因此有的厂家就干脆提出20-30%的破损率, 即把堆积密度为100 kg/m3的当作120-130kg/m3配用。这就又进一步增大了保温砂浆干粉自身整体容重。再次直接影响保温隔热的整体效果。

2) 严重的是至今没有以玻化微珠为主体的砂浆干粉的标准

这是直接导致该系统产品难以拓展的主因之一, 使生产企业无所依从, 质检部门难以规范, 有的企业虽有企业标准, 也是各自为政, 有是甚至连企业标准也没有, 只好从现有的类似标准中“各取所需”断章取义拼凑, 很难做到各指标间协调, 也很难判断其可比性。很明显这是一个基本常识, 要使一个产品具有其独特的性能, 它必然有一个专用的标准, 因为标准中的各项技术指标应该是产品自身结构所具有的科学性及其辨证关系, 从而做到指标间相互配合又相互协调, 构成一个独具特色的整体效应。

3) 产品品种单一, 目前该类产品只有直接涂抹的砂浆干粉一个品种, 施工进度慢, 施工质量难以保证。缺乏更多的优势和可比性。

4) 生产成本居高不下, 普遍存在着市场难以接受的价位。

(1) 对于产品生产厂家来说, 需要的矿砂来自分散的矿山, 矿砂生产孤立分散, 再加上因矿砂质量需要提升而加大的成本, (矿砂成本加运输成本) 形成的第一次成本转嫁。

(2) 加工生产中因煤、电、气价格上涨 (普遍上涨1/3, 有的甚至成倍) 生产成本加上运输成本, 形成第二次成本转嫁, 这种转嫁中的运输成本甚至大于产品成本价。

(3) 成品生产成本多了一次二次甚至加上三次转移, (成品再运输) 构成了市场难以接受的价位。

5) 宣传力度不够, 没有形成集中优势的宣传态势, 使市场无法集中认识。

6) 相关监管和职能机构尚未提到议事日程上。

4 建议

继续用高新技术升华产品结构, 同时力争职能管理部门增大规范化管理力度, 充分推动以玻化微珠为代表的系统产品在建筑领域中展现其独特的优势。

1) 呼吁行业协会牵头, 政府职能部门干预共同作战略性督导。

多组织国内外行业的专题技术交流, 进行方向性的引导, 包括展销会、技术推广会、示范工程现场会等方式, 让市场介入、市场识别、市场推动。

建议采用国家建材协会生态环境建材分会的作法, 把科研、生产、用户组织在一起, 形成一个动态运作体制。

节能环保是国家大事, 职能管理部门既要政策方针性的规范, 更要有扎扎实实的指导, 特别是对于节能环保二合一的先进技术和产品用强有力的措施, 甚至采用强制性手段, 使该类新产品、新技术的推广应用有看得见作得到的政策, 并为之保驾护航。

当务之急应抓住三个环节:地方标准、规范监督机制、检测手段。

2) 企业从自身作起

建立健全“企业标准”, 完善企业质量管理体制, 这是企业唯一的自立更生的成长之路。确认“企业标准”的先进性、科学性、可行性和可比性。特别是构成的系统应该含盖着微珠类砂浆干粉和多品种的综合性技术标准。规范企业管理体制。技术标准工艺流程等质量监管体系既要高标准要求又要切实可行。加强客户服务体系的建立与健全, 采用走出去主动深入用户中开展产品技术宣讲会、推介会, 开办培训班, 现场技术指导等交流方式, 使用户从头到尾全方位的了解产品, 同时结合售前售后服务, 信息反馈为用户提供“五心”服务, 即:产品放心、价格贴心、使用省心、服务诚心、公益热心。

加强研发能力, 产品要尽快的作到多样化、多品种, 实现快速施工, 确保施工质量的目标, 并向建筑物结构改革上冲击, 达到多功能一体化的变革。

从源头抓起, 实现选矿—膨化—多产品品种生产的一条龙制作线, 减少中间环节或脱节现象使企业从选矿、矿砂制作、产品生产到施工统一质量管理, 全线形成有机结合的机制并规范化。

主动和设计部门 (包括建筑结构设计) 联合, 走建筑结构改革的路, 实现结构与绝热一体化。

主动与彩钢板结构、水泥制板结构等部门合作, 使其现行结构取双方优势而变成集节能、防火、质轻、吸音、抗震等多功能于一身, 真正成为构造境友好型社会的物质基础。

最重要的是同行同仁要解放思想, 顾全大局, 同心同德, 克服本位主义, 保守主义, 把精力投入到这一变革中, 才有望使这一代表着发展方向的事业在共举中发展壮大。

摘要：从打造“都市窑洞说”新型无机质绝热材料的A级防火能力, 与建筑物同寿命, 环保健康和绝热效果长久不衰的优势, 看其当前发展过程中存在的困难与急待解决的问题。

关键词：无机质复合隔热保温材料,多品种发展,职能部门的战略督导

参考文献

[1]中华人民共和国建材行业标准JC/T1042-2007

[2]绝热材料与绝热工程 (谢文丁主编.国防工业出版社出版)

[3]实用建材手册上海科学技术出版社

8.新型无机材料 篇八

关键词：无机非金属材料；实验室开放；教学研究；综合性实验

无机非金属材料专业主要培养具备无机非金属材料特别是建筑材料科学与工程方面的知识，能够从事该领域的科学研究、技术开发、工艺和设备设计、建筑施工、监理、技术及经营管理等方面的高级工程技术人才。学生通过系统学习及专业训练，掌握该领域的基础理论、专业知识和基本技能，研究无机非金属材料及其复合材料的组成、结构与性能之间的关系，探索无机非金属材料的制备、加工工艺技术及性能测试评价。笔者结合无机非金属专业的特点和毕业生的就业方向，探讨和研究无机非金属材料专业的专业课实验教学，从调整课程设置、修改教学内容、改进考核方法、加大实验室的开放力度等几个方面进行了探讨性研究，提出了改革方案，为无机非金属材料工程专业实验教学改革提供了理论依据。

一、专业实验课的设置及实验内容

在20世纪90年代，高等学校的课程设置和教学内容都进行了改进，无机非金属材料专业经过调整后，把原有的胶凝材料、水泥工艺学、混凝土工艺学等专业课程的实验课的内容，统一调整为无机材料测试技术专业课的实验内容，由于无机材料测试技术课程实验学时较少，删除了现在无机行业使用较少的材料实验内容，如，石灰的消解温度、产浆量；石膏的性质、细度的比表面测定方法等实验内容，增加了一些新型材料的实验内容，这样能使学生及时掌握无机材料科学发展的方向，也增强了学生适应社会的能力。但是新型材料的发展，离不开基础材料，基础材料在无机材料的发展中起着重要作用，新材料及复合材料的实验也是在基础材料实验的基础上有所发展的，拼命地追求新材料的实验内容，忽略了基础实验和传统的实验内容，使得无机非金属材料专业学生在完成本科毕业论文阶段明显感觉到实验动手能力不足，在毕业后的工作中，表现出缺乏基础实验技能的训练。所以，基础材料的实验教学在实验课教学中尤为重要，专业实验课的实验内容更应重视基础材料的内容。

二、专业实验实行独立设课，引导学生重视实验课

高等学校的学生存在一个普遍的现象，重视理论课和考试课，忽视考查课和实验课。这种现象是中国应试教育模式的延伸，在这种教育模式下，学生习惯了考试，不适应考核与考查。只有把实验课与专业课分开，独立设置成一门课程，进行单独考核，单独计入学分，才能引起学生足够的重视，从而提高学生的专业技能。

在建筑领域对无机非金属材料的研究越来越广，各种新材料、复合材料大量更新。实验内容和实验工作量越来越大，在原来的基础上增加实验内容远远满足不了实验课的需求，所以无机材料专业的专业实验课应独立设课。课程时间设置成一段时间（一周或两周），课程应分三个阶段，第一阶段：学生必修实验内容（基础实验）；第二阶段：教师布置实验内容（综合性、设计性实验内容）；第三阶段：学生自主设计实验内容。通过这三个阶段的学习，学生能够把本科阶段的专业课以及专业基础课的内容贯穿起来，形成一个系统的知识链。

三、加大实验室的开放力度，培养学生的动手能力

要满足实验课独立设课的要求，实验室必须进行全面的开放，满足学生的实验需求。

在学生实验集中阶段，首先选一些验证性实验内容，并同时开放所有的实验室，学生可随时选做必修实验内容的任意一个，但是在规定时间内必须完成所有的必修内容。在这一阶段，要求学生熟悉必修试验项目涉及的实验仪器、原理、操作方法及国家的相关技术规程，掌握必修实验材料的技术性质。通过这一阶段的实践，使学生掌握基础材料的实验方法和评定方法，培养学生的动手能力。在第一阶段结束后，提交实验报告，教师布置下一阶段实验任务，这一过程也是必修内容，教师给定几个综合性试验或者设计性试验题目，学生分组选择后进行实验方案的设计，经教师同意后进行试验并写出实验报告。这一过程提高了学生的实验方案设计能力。最后，由学生根据自己的兴趣爱好提出实验题目、设计实验内容，经教师同意认可后，自行进行试验并提交报告。

学生经过这样一个过程后，使理论知识和实践技能有了衔接，同时也是对各门专业课知识的一个系统的总结，不但提高了理论水平，而且提高了学生的动手能力。

四、注重学科交叉渗透，开设综合性实验，提高学生的专业素质

无机非金属材料学涉及多学科领域，所以在专业实验教学过程中，应注重学科知识的交叉渗透。利用综合性试验项目，把许多相关的学科知识进行融合，使学生掌握相关知识，把理论与实践进行衔接。

在国家开展本科教学水平评估以来，学校为了提高本科教学质量，要求本科毕业设计题目是一人一题，不允许出现雷同论文。本科毕业设计时间持续一个学期，由教师命题，学生自主选择，然后根据自己的论文题目，设计实验方案。由于论文命题都是结合教师的科研内容和研究方向定的，所以实验内容除无机材料学外，还包括有机化学、无机化学、声、光、电、力学等多学科的方方面面。这时大多数学生显得很盲目。使学生在专业试验阶段掌握这些相关的实验内容，开设综合性试验、设计性试验就显得尤为重要。综合性、设计性试验能使学生对所学知识和感兴趣的知识进行整合和改进，在实验过程中掌握实践技能，培养学生的专业素质。

专业实验课改革和实践是一项长期的工作，它涉及相关学科的方方面面，是一项系统而艰巨的任务，必须寻求各方面的支持和帮助。无机非金属材料工程专业的毕业生分布在科研、生产、检测等不同领域，要使毕业生都能在自己的岗位上熟练地发挥自己的特长，充分发挥自己的潜能，是我们教学研究要达到的目的。为了达到这一目的，就要不断进行教学研究，探索无机非金属专业的教学改革和建设，培养学生理论联系实际的能力，增强分析问题、解决问题的能力，开发学生的潜在能力，把学生培养成实用型人才。

参考文献：

[1]陈桂华.材料化学专业实验教学研究[J].洛阳师范学院学报，2009：150-151.

[2]张刚.环境科学专业实验课教学改革探讨[J].实验室科学，2009（2）：44-46.

[3]肖佳.土木工程材料开放性试验教学研究与实践[J].长沙铁道学院学报：自然科学版，2006（2）：83-84.

[4]彭永臻.环境工程实验专业基地建设的研究与实践[J].实验室技术与管理，2006（7）：5-7.