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无机非金属材料 复习资料


玻璃 共性(必考) :1 各向同性 玻璃太无知因其致电排列的不规则和宏观的均匀性,所以,在 任何方向上都具有相同的性质 2 介稳性 玻璃态物质比相应的晶态物质含较大的内能, 它不是处于能量最低的稳定状态,二十处于介稳状态 3 固态和熔融态间转化的架变形和 可塑性 当熔体向固态玻璃转化时,是在较宽的温度范围内完成的,随温度下降熔体年度 剧增,最后形成固态玻璃,不会有新的晶相出现 4

性质随成分变化的连续性和渐变性。 综上,玻璃的物理化学性质除了随成分变化外,很大程度取决于它的热历史。 玻璃的结构学说(无规则网络学说 与 晶子学说) : 异同点: (必考) 无规则网络学说着重于玻璃的结构的无序、连续、均匀和统计学;晶子学说则强调玻璃结构 的微不均匀性和有序性。 无规则网络学说将离子配位方式和相应的晶体比较指出了近程范围 离子堆积的有序性。 晶子学说也注意到了晶子之间中间过渡层在玻璃中的作用。 两者比较一 致的看法是,玻璃具有近程有序,远程无序的结构特点。

无规则网络学说(查哈里阿生) 四个条件:1 阳离子的配位数要小 为 3-4 2 一个氧离子不能与多于 2 个阳离子相连 3 氧多面体之间只能共角,不能共边或共面 4 每个氧多面体必须最少有三个角与另一个多 面体共有 分类:网络形成体 网络外体 和网络中间体 着色方式:离子着色,金属胶体粒子着色,化合物着色 脱色方式:化学脱色, 物理脱色 无机非金属材料 研究内容:组成、合成、性质和效能(是指材料在使用条件下的表现,包括环境影响、受力 状态、材料特征曲线,乃至寿命估计等) 特点:1 比金属的晶体机构复杂 2 没有自由电子 3 具有比金属键和纯共价键稳定的离 子键和混合键 4 结晶化合物的熔点比许多金属和有机高分子高 5 硬度高,抗化学腐蚀 能力强 6 绝大多数是绝缘体,高温导电能力比金属强 7 一般比金属的导热性低 8 光 化学性能优良,制成薄膜时大多是透明的 8 在大多数情况下观察不到变形 结构的定义:是指材料系统内各组成单元之间的相互联系和相互作用方式。 微观结构:是指高分辨电子显微镜所能分辨的结构范围,结构组成单元主要是原子、分子、 离子或原子团等质点。所谓微观结构就是这些质点在相互作用力下的聚集状态、 排列形式 晶胞:能充分反映这种整个晶体构造特征的最小构造单位 零位缺陷: 是理想晶体中的一些原子被空位或外界原子所代替, 或者在晶格间隙中掺入原子, 破坏了有规则的周期性排列,引起质点间势场的畸变 位错:是实际晶体在结晶时受到杂志、温度变化或振动产生的应力作用,或由于晶体受到打 击、切削、研磨等机械应力作用,使内部质点排列变形,原子行列相互滑移,而不再 符合理想晶体的有序排列所形成的线位缺陷。 晶界:凡结构、组成相同而取向不同的晶粒相互接触,其接触界面称为晶界 相:在系统内部物理和化学性质相同而且均匀的一部分称为相

无机非金属材料与金属材料的晶界异同点:共同点:它们都有一定的界面能,晶界物质容 易移动,晶界滑移使晶界变形,这是晶格无序和层错行为的源泉。差别:无机非金属的离子 结构在晶界上有静电势,它取决于缺陷、杂质和温度,其量值位于十分之几伏特的数量级: 出现的 空间电子云可从晶界向外延伸 10nm 传质 扩散方式:化学扩散和自由扩散 影响扩散因素:1 扩散介质结构愈紧密扩散愈困难,反之亦然 有着显著影响 3 不同 电荷会影响阳离子在氧化物中的扩散 渗透:液体和熔体渗入材料内部并在其中运动的过程

2 固溶体结构类型对扩散

陶瓷 制作工序:制备、成型、干燥、烧成 烧结过程控制因素:温度及保温时间、原料颗粒度及活性、添加剂、气氛、压力 特种陶瓷:是指采用高度精选的原料,具有能精确控制的化学组成,按照便于进行结构设计 及控制制造的方法进行制造加工,具有优异特性的陶瓷

耐火材料 主要性能:1 高的耐火度 2 良好的荷重软化温度 3 具有高温下的体积稳定性 4 好 的热震稳定性 5 良好的抗蚀性 6 具有一定的耐磨性 抗蚀性影响因素: 1 耐火材料与炉料的组成和性质 2 耐火材料的使用温度 3 制品的组 织结构 改善抗蚀性措施: 在生产工艺上一般采用提高原料的纯度, 改善制品的化学组成和矿物组成 保证制品具有致密而均匀的组织结构等 熔铸耐火材料 定义:指原料及配合料经高温溶化后 浇铸成一定形状的制品 特点:1 制品致密,气孔少,且为闭口气孔 2 机械强度和高温结构强度大 3 具有高的 导热性和抗渣性 4 组成相完全由成分决定, 质量控制简单, 最后稳定相好 5 耗 电高,每生产一顿电熔锆刚玉耐火砖,需耗电 1450kW.h。 不定形耐火材料 定义:也称散状耐火材料,是由合理及配的耐火原料粒状和粉状物料与结合剂组成,不经成 型和烧成而直接使用的耐火材料 优点:对延长窑炉使用寿命,提高设备作业率,实现机械化筑炉,降低劳动强度,简化耐火 材料生产工艺,降低能源消耗与推动推动窑炉结构改革等起促进作用 轻质耐火材料(填空) 定义:指各种黑高气孔率、低体积密度和低导热性的耐火材料 特征:1 气孔率高,一般为 65%-78%,有的高达 90%,气孔细小均匀 3 导热性差,导热系数小 4 重烧收缩小,一般不超过 2% 耐火可塑料

2 体积密度小

定义:是一种在较长时间内具有较高可塑性呈软泥膏状的不定形耐火材料 优点:在高温下具有良好的烧结性和较高的体积稳定性,热震稳定性好,耐剥落性强。在硬 化前可塑性较高,硬化后有一定的强度 胶凝材料 定义:能将散状材料或纤维材料胶结在一起,经物理、化学作用,由浆体硬化成为坚固的人 造石材的材料 分类:气硬性胶凝材料(石灰、石膏、镁制胶凝材料、耐酸胶凝材料、水玻璃) 水硬性胶凝材料 复合材料 是由有机高分子、无机非金属或金属等不同材料通过复合工艺组合而形成的。因此,复合材 料是多相材料。它主要包括基体相和增强相,基体相是一种连续相材料,它把增强相材料固 结在一起,并起到传递应力的作用;增强相起承受应力和显示功能的作用。按性能分为结构 复合材料和功能复合材料。 按照制造成本和性能高低分类, 复合材料还可以分为常见和先进 两类。 按照基体相的材料种类, 可分为金属基复合材料、 陶瓷基复合材料、 水泥基复合材料、 塑料基复合材料、橡胶基复合材料等。 功能复合材料一般由功能体组元(增强相)和基体组元(基本相)组成,基体相不仅起到构 成整体的作用,而且能产生协同和加强功能的作用。 结构复合材料是作为承受力结构使用的材料, 基本上能承受荷载的增强相与能连接增强体成 为整体材料同时又起传递力作用的基本组元构成。 复合材料设计时应考虑纤维的几何尺寸、形状和含量方向等影响因素 复合材料的增韧机理因组成不同,主要有相变增韧、延性相增韧、微裂纹增韧和颗粒强化 作用。 粒子的增强效果与粒子的直径、含量、分布等因素有关。 6、要使金属陶瓷达到理想的显微结构,要满足以下条件(简答题) 金属相与陶瓷相的润湿性好:润湿力越强,则金属形成连续相的可能性愈大,而陶瓷颗 粒聚集成大颗粒的趋势就愈小,金属陶瓷的性能越好。 金属相与陶瓷相应无剧烈的化学反应: 即不改变金属相与陶瓷相的本质及不产生新的有 害相。 金属相与陶瓷相的膨胀系数相差不可过大: 若两相的膨胀系数相差过大, 则在升温和冷 却时易产生应力,降低金属陶瓷的热稳定性,破坏强度较差的相

硅酸盐水泥主要矿物:硅酸三钙,硅酸二钙,铝酸三钙,铁相固溶体 墙体崩裂或隆起的原因:过烧石灰的内部多孔结构变得致密,CaO 结晶变得粗大,消化时 与水反应的速度极慢,在石灰浆中含有这类过烧石灰细粒,它在 时会将使用后才会发生水化作用。 于是将产生膨胀而引起崩裂或隆 起的现象 影响水泥生料煅烧时固相反应的主要因素:1 生料的细度和均匀性 生料越细,则其颗 粒尺寸越小,比表面积越大,各组分之间接触面积越大,同时表面的质点自由能也大,使反 应和扩散能力增强,因此反应速度加快 2 温度和时间 当温度较低时,固体的化学活 性低。质点的扩散和迁移速度很慢,因此,固相反应通常需要在较高的温度下进行,以利于 固相反应的加速 3 原料的性质 如果相互进行固相反映的物质都处于晶型转变或刚分 解的新生态时, 由于其质点间的相互作用较弱, 因此, 旗鼓相反应速度较快, 耗能较低 4 矿 化机 加入矿化机可以加速固相反应速度 混凝土
配合比设计

A.选择好材料 B.配合比设计:在给定工程条件下,当混凝土组成材料已定,配合比设计用以控制的参数即 为:拌合物中水泥浆体与集料之比,水泥浆体的水灰比,集料中的砂和粗集料之比以及参合 料和外加剂的用量。 混凝土及其技术的发展 在混凝土 100 多年的发展过程中, 主要经历了普通混凝土一钢筋混 凝土一预应力混凝土三个阶段。 每个阶段在挖掘混凝土性能潜力方面都有重大突破, 因而混 凝土的应用范围也不断扩大。19 世纪中叶法国出现钢筋混凝土,钢筋在混凝土中的增强作 用,克服了混凝土抗拉强度和抗折强度的不足;预应力混凝土的诞生,使混凝土的应用范围 大大拓宽,有效地防止了混凝土构件的开裂问题;近 20 年来,树脂混凝土、浸渍混凝土、 聚合物混凝土以及外加剂的出现,使混凝土无论在物理力学性能,还是在化学、耐久性能等 方面都有重大突破。人们可以按自己的意愿改变胶凝材料和集料,或选用特殊的制作工艺, 或掺入不同种类的外加剂配合制成具有各种性能的混凝土。预计未来的 100—200 年内,混 凝土仍将是最重要的建筑材料。 湿涨干缩 混凝土中的干缩和湿涨是因干燥和吸湿引起的。混凝土中存在着对应于不同蒸气压的 水。混凝土的含水量根据周围空气的湿度及温度状态而变。混凝土中的水和周围的空气处 于某一种平衡状态时,如果周围空气的状态发生变化,如湿度下降和温度上升则干燥,反之 就吸湿。混凝土的干燥和吸湿引起其中含水量的变化,同时也引起混凝土的体积变化。 湿涨一方面是由于水泥凝胶体颗粒之间吸入水分,水分子破坏了凝胶体颗粒的凝聚力, 迫使颗粒分离的结果; 另一方面是由于水的侵入使凝胶体颗粒表面形成吸附水, 降低了表面 张力,使颗粒发生微小的膨胀。混凝土湿涨的同时引起质量的增加,而且比体积的增加大得 多,这是由于相当部分的水占据了水泥水化作用而引起体积减少所产生的孔隙。 混凝土在于空气中因失水引起收缩,但干缩的体积并不等于失水的体积。混凝土在干 燥过程中,首先发生自由水和毛细孑 L 水的蒸发。自由水的蒸发并不引起混凝土的收缩。 毛细孔水的蒸发,使毛细孑 L 内水面后退,弯月面的曲率变大,在表面张力作用下,产生

收缩力,使混凝土收缩。当毛细孑 L 中的水蒸发完后,如继续干燥,则凝胶体颗粒的吸附 水也发生部分蒸发。失去水膜的凝胶体颗粒,由于分子引力的作用,使粒子阔的距离变小甚 至发生新的化学结合而收缩 抗压强度因素:水泥、集料、水灰比、养护(温度和湿度) 干缩因素: A 水泥地用量、 细度和品种由于混凝土的干缩变形主要由混凝土中水泥石的干缩所引起, 而 集料对于于缩具有制约作用,因此在水灰比不变的情况下,混凝土中水泥浆量越多,混凝土 干缩越大。水泥颗粒越细,干缩也越大。采用掺混合材料的硅酸盐水泥配制的混凝土,比用 普通水泥配制的混凝土干缩率大, 其中火山灰水泥混凝土的干缩率最大, 粉煤灰水泥混凝土 的干缩率较小。 B 水灰比影响 当混凝土中的水泥用量不变时, 混凝土的干缩率随水灰比的增大而增加, 塑性混凝土的干缩 率较干性混凝土大得多。混凝土单位用水量的多少,是影响其干缩率的重要因素。 C 集料质量的影响 当混凝土采用集料的吸水率较大、含泥量较多时,会增加混凝土的干缩性。所用集料的弹性 模量越大,其干缩越小。集料最大粒径较大、级配较好时,由于能减少水泥浆用量,混凝土 干缩率较小 混凝土的分类(了解) 混凝土按照表面密度的大小一般可分为重、普通、轻混凝土。 混凝土按用途可分为结构混凝土、 防水混凝土、 耐热混凝土、 耐酸混凝土、 耐火混凝土、 收缩补偿混凝土、喷射混凝土、装饰混凝土、大体积混凝土、防辐射混凝土、膨胀混凝土、 道路混凝土、纤维增强混凝土等。 混凝土按所用胶凝材料可分为水泥混凝土、 硅酸盐混凝土、 石膏混凝土、 水玻璃混凝土、 沥青混凝土、聚合物混凝土、树脂混凝土等。 混凝土按生产和施工方法可分为预拌混凝土(商品混凝土)、泵送混凝土、压力灌浆混凝 土(预填集料混凝土)、挤压混凝土、离心混凝土、真空吸水混凝土、碾压混凝土、热拌混凝 土、喷射混凝土等。


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