无机非金属材料玻璃优秀PPT.ppt

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1、非金属材料非金属材料淮海工学院化工学院材料系1第四节第四节 玻璃玻璃一、一、玻璃的概念与通性玻璃的概念与通性二、二、玻璃的形成玻璃的形成三、三、玻璃结构的假说玻璃结构的假说四、四、常见玻璃简介常见玻璃简介五、五、特种玻璃简介特种玻璃简介2一、一、玻璃的概念与通性玻璃的概念与通性1 1、概念、概念玻璃，通常指由熔体冷却而形成的非玻璃，通常指由熔体冷却而形成的非晶态固体无机物质，具有无序结构。晶态固体无机物质，具有无序结构。除最常见的硅酸盐玻璃等无机玻璃除最常见的硅酸盐玻璃等无机玻璃外，自然玻璃也属于这确定义的范外，自然玻璃也属于这确定义的范畴。畴。凡具有玻璃转变温度即具有热膨胀系凡具有玻璃转变温

2、度即具有热膨胀系数和比热容等发生突变的温度的非数和比热容等发生突变的温度的非晶态材料，如，除熔融以外的真空晶态材料，如，除熔融以外的真空蒸镀、火焰喷射、凝胶加热等新方蒸镀、火焰喷射、凝胶加热等新方法形成的非晶态固体，也统称为玻法形成的非晶态固体，也统称为玻璃。氟化物玻璃、硫族化物玻璃、璃。氟化物玻璃、硫族化物玻璃、金属玻璃金属玻璃(由某些合金形成的由某些合金形成的)等，等，都属于这一类范畴。都属于这一类范畴。32 2、玻璃态的通性、玻璃态的通性 玻璃态是非晶态固体的一种，我国的技术词典把玻璃态是非晶态固体的一种，我国的技术词典把它定义为它定义为“从熔体冷却，在室温下还保持熔体结从熔体冷却，在室

3、温下还保持熔体结构的固体物质状态构的固体物质状态”，习惯上常称之为，习惯上常称之为“过冷的过冷的液体液体”。玻璃中的原子不像晶体那样在空间作远程有序排玻璃中的原子不像晶体那样在空间作远程有序排列，而近似于液体一样具有近程有序排列，玻璃列，而近似于液体一样具有近程有序排列，玻璃像固体一样能保持确定的外形，而不像液体一样像固体一样能保持确定的外形，而不像液体一样在自重作用下流淌。在自重作用下流淌。4a、各向同性、各向同性玻璃态物质的质点排列是无规则的物理化学性质玻璃态物质的质点排列是无规则的物理化学性质在各方向上都是相同的。玻璃的各向同性是统计在各方向上都是相同的。玻璃的各向同性是统计均质结构的结

4、果，与液体相像。晶体在不同方向均质结构的结果，与液体相像。晶体在不同方向所测得的性质是不同的。所测得的性质是不同的。b、介稳性、介稳性玻璃是由熔体急剧冷却而得，由于在冷却过程中玻璃是由熔体急剧冷却而得，由于在冷却过程中粘度急剧增大，质点来不及作形成晶体的有规则粘度急剧增大，质点来不及作形成晶体的有规则排列，系统的内能尚未处于最低值，从而处于介排列，系统的内能尚未处于最低值，从而处于介稳状态，在确定的外界条件下它仍具有自发放热稳状态，在确定的外界条件下它仍具有自发放热转化为内能较低的晶体的倾向。转化为内能较低的晶体的倾向。5c、无固定熔点、无固定熔点玻璃态物质由固体转变为液体是在确定温度区间玻璃

5、态物质由固体转变为液体是在确定温度区间(转化温度范围内转化温度范围内)进行的，它与结晶态物质不同，进行的，它与结晶态物质不同，没有固定熔点。没有固定熔点。d、性质变更的连续性和可逆性、性质变更的连续性和可逆性玻璃态物质从熔融状态到固体状态的性质变更过玻璃态物质从熔融状态到固体状态的性质变更过程是连续的和可逆的，其中有一段温度区域呈塑程是连续的和可逆的，其中有一段温度区域呈塑性，称为性，称为“转变转变”或或“反常反常”区域，在这区域内区域，在这区域内性质有特殊变更。性质有特殊变更。任何物质不论其化学组成如何，只要具有上述四任何物质不论其化学组成如何，只要具有上述四个特性，都称为玻璃态。个特性，都

6、称为玻璃态。6二、玻璃的形成二、玻璃的形成 玻璃之所以成为玻璃玻璃之所以成为玻璃而不是结晶，在于由而不是结晶，在于由液态快速冷却时粘度液态快速冷却时粘度增加得很快，内部质增加得很快，内部质点的运动受到严峻阻点的运动受到严峻阻碍而无法按晶体结构碍而无法按晶体结构进行重新排列，因此进行重新排列，因此仍旧保持着类似于液仍旧保持着类似于液体的近程有序而远程体的近程有序而远程无序的状态。无序的状态。晶体与玻璃形成过程的温度晶体与玻璃形成过程的温度-体积曲线体积曲线 7新的玻璃形成法举例新的玻璃形成法举例 8三、玻璃结构的假说三、玻璃结构的假说 1、过冷液体学说、过冷液体学说由塔曼提出，这个理论的基础在于

7、把玻璃看作完全由塔曼提出，这个理论的基础在于把玻璃看作完全或几乎不具有一般真正固体所具有的结晶特征。或几乎不具有一般真正固体所具有的结晶特征。玻璃被认为是过冷液体，那么所含的能量要比相玻璃被认为是过冷液体，那么所含的能量要比相应的结晶体多，也就是处于介稳状态。应的结晶体多，也就是处于介稳状态。最大缺点在于没有把分子或分子聚合体的结构和玻最大缺点在于没有把分子或分子聚合体的结构和玻璃性质联系起来。璃性质联系起来。2、微晶理论、微晶理论苏联苏联A.A.列别捷夫院长在列别捷夫院长在1921年创立年创立，认为玻璃，认为玻璃由多数极微细的、带有点阵变形的有序区域即晶由多数极微细的、带有点阵变形的有序区域

8、即晶子所构成子所构成。93、无规网络学说（不规则网络学说）、无规网络学说（不规则网络学说）1932年，年，W.H.Zachariasen（查哈里阿森）提出（查哈里阿森）提出了无规网络学说，此后，了无规网络学说，此后，B.e.Warren等人又证等人又证明、充溢和发展了这一学说。明、充溢和发展了这一学说。要点：要点：玻璃具有三维无规则网络结构，即由原有玻璃具有三维无规则网络结构，即由原有多面体通过共有顶角相互连接，构成三维不规多面体通过共有顶角相互连接，构成三维不规则网络，其中的原子多面体没有周期性的序列，则网络，其中的原子多面体没有周期性的序列，但拥有与相应晶体原子多面体相近而稍高的能但拥有与

9、相应晶体原子多面体相近而稍高的能量。原子的配位数，确定其在网络中的作用。量。原子的配位数，确定其在网络中的作用。该学说着重于玻璃结构的宏观匀整性和远程无序该学说着重于玻璃结构的宏观匀整性和远程无序性，能较好地说明玻璃某些性质发生连续性变性，能较好地说明玻璃某些性质发生连续性变更的缘由，还能用来依据成分推断和预料玻璃更的缘由，还能用来依据成分推断和预料玻璃的性质，因而成为较占主要地位的理论。的性质，因而成为较占主要地位的理论。10综上所述，可以认为短程有序和长程无综上所述，可以认为短程有序和长程无序是玻璃物质结构的特点。从宏观上看序是玻璃物质结构的特点。从宏观上看玻璃主要表现为无序、匀整和连续性

10、，玻璃主要表现为无序、匀整和连续性，而从微观上看它又呈现有序、微不匀整而从微观上看它又呈现有序、微不匀整和不连续性。和不连续性。11四、常见玻璃简介四、常见玻璃简介1、石英玻璃、石英玻璃石英玻璃结构是连石英玻璃结构是连续的，硅氧四面体续的，硅氧四面体SiO4之间的旋转角之间的旋转角宽度完全是无序分宽度完全是无序分布的，布的，SiO4以顶角以顶角相连，形成一种向相连，形成一种向三度空间发展的架三度空间发展的架状结构。状结构。122、钠钙硅玻璃、钠钙硅玻璃假如在熔融石英玻璃中加入碱金属氧化物假如在熔融石英玻璃中加入碱金属氧化物(如如Na2O)，就使原有的，就使原有的“大分子大分子”发生解发生解聚作

11、用。由于氧的比值增大，玻璃中已不聚作用。由于氧的比值增大，玻璃中已不行能每个氧都为两个硅原子所共用行能每个氧都为两个硅原子所共用(这种氧这种氧称为桥氧称为桥氧)，起先出现与一个硅原子键合的，起先出现与一个硅原子键合的氧氧(称为非桥氧称为非桥氧)，使硅氧网络发生断裂。，使硅氧网络发生断裂。而碱金属离子处于非桥氧旁边的网穴中，而碱金属离子处于非桥氧旁边的网穴中，这就形成了碱硅酸盐玻璃，但因其性能不这就形成了碱硅酸盐玻璃，但因其性能不好，没有好用价值好，没有好用价值。13在碱硅二元玻璃中在碱硅二元玻璃中(如钠硅玻璃如钠硅玻璃)加入加入CaO，可使玻璃的结构和性质发生明显的改善。由可使玻璃的结构和性质

12、发生明显的改善。由于半径与图于半径与图Na+(0.095nm)相近，而电荷比相近，而电荷比Na+大一倍的大一倍的Ca2+(半径为半径为0.099nm)离子，场离子，场强比强比Na+大得多，当它处于网穴中时具有显著大得多，当它处于网穴中时具有显著的强化玻璃结构和限制的强化玻璃结构和限制Na+活动的作用。由此活动的作用。由此得到了具有优良性能的钠钙硅玻璃。得到了具有优良性能的钠钙硅玻璃。目前大多数好用玻璃（例如瓶罐玻璃、器皿玻目前大多数好用玻璃（例如瓶罐玻璃、器皿玻璃、保温瓶玻璃、泡壳玻璃、平板玻璃等），璃、保温瓶玻璃、泡壳玻璃、平板玻璃等），都是以钠钙硅为基础的玻璃。为了满足各种都是以钠钙硅为基

13、础的玻璃。为了满足各种不同性能的要求，可在钠钙硅成分的基础上不同性能的要求，可在钠钙硅成分的基础上加入其它氧化物进行调整。加入其它氧化物进行调整。143、硼酸盐玻璃、硼酸盐玻璃B2O3玻璃由硼氧三角体玻璃由硼氧三角体BO3组成，其中含有硼组成，其中含有硼氧三角体相互连接的硼氧三元环集团，在低温时氧三角体相互连接的硼氧三元环集团，在低温时B2O3玻璃结构是由桥氧连接的硼氧三角体和硼玻璃结构是由桥氧连接的硼氧三角体和硼氧三元环形成的向两度空间发展的网络，属于层氧三元环形成的向两度空间发展的网络，属于层状结构。状结构。碱金属或碱土金属氧化物加入碱金属或碱土金属氧化物加入B2O3玻璃中，将玻璃中，将产

14、生硼氧四面体产生硼氧四面体BO4，而形成碱硼酸盐玻璃。，而形成碱硼酸盐玻璃。“硼氧反常性硼氧反常性”“硼硼-铝反常铝反常”现象现象 154、其它氧化物玻璃、其它氧化物玻璃有人指出，凡能通过桥氧形成聚合结构的氧化物，有人指出，凡能通过桥氧形成聚合结构的氧化物，都有可能形成玻璃，并在周期系中划定一个界限，都有可能形成玻璃，并在周期系中划定一个界限，示出一些能形成玻璃的氧化物的元素。实践证明示出一些能形成玻璃的氧化物的元素。实践证明在这范围内及靠近其边界旁边元素的氧化物，大在这范围内及靠近其边界旁边元素的氧化物，大都能单独都能单独(或与一价、二价氧化物或与一价、二价氧化物)形成玻璃。如：形成玻璃。如

15、：As2O3，BeO，A12O3，Ga2O3及及TeO2等。等。16五、特种玻璃简介五、特种玻璃简介1 1、概述、概述社会和科学的发展对玻璃提出了某社会和科学的发展对玻璃提出了某些特殊的要求，如具有更好的光些特殊的要求，如具有更好的光学、热学、化学、力学和电学等学、热学、化学、力学和电学等方面性能，以供应特殊用途的须方面性能，以供应特殊用途的须要，这些玻璃渐渐脱离了要，这些玻璃渐渐脱离了Na2ONa2OCaOSiO2CaOSiO2玻璃范围，形成了专业玻璃范围，形成了专业应用的特种玻璃：如熔石英玻璃、应用的特种玻璃：如熔石英玻璃、光学蕴璃、微晶玻璃、光纤玻璃、光学蕴璃、微晶玻璃、光纤玻璃、变色玻

16、璃、半导体玻璃和生体玻变色玻璃、半导体玻璃和生体玻璃等都属特种玻璃范畴。璃等都属特种玻璃范畴。17特种玻璃与传统玻璃的差别特种玻璃与传统玻璃的差别1.1.成分变更成分变更 2.2.形态变更形态变更 3.3.玻璃态变更玻璃态变更 4.4.功能发展功能发展5.5.制备工艺发达制备工艺发达182 2、特种玻璃简介、特种玻璃简介（1 1）光功能玻璃）光功能玻璃 光电子工业是光电子工业是7070年头发展起来的高技年头发展起来的高技术。它包括光通讯、光存贮、激光、术。它包括光通讯、光存贮、激光、计算机、电视相传感等科学技术。计算机、电视相传感等科学技术。为发展这一领域的元件和器件相应为发展这一领域的元件和

17、器件相应地开发和研制了一系列光功能玻璃。地开发和研制了一系列光功能玻璃。近年发展的智能玻璃近年发展的智能玻璃(Smart Glass)(Smart Glass)也归入此类。也归入此类。19(a)(a)通信光纤通信光纤 光纤玻璃按其成分可分三类：石英光纤、渐变折光纤玻璃按其成分可分三类：石英光纤、渐变折射率光纤、激光光纤和非氧化物红外光纤。光纤射率光纤、激光光纤和非氧化物红外光纤。光纤通讯是利用光波导原理将电信号转变为光信号传通讯是利用光波导原理将电信号转变为光信号传输。从而使信息容量大大增加。输。从而使信息容量大大增加。(b)(b)基板玻璃基板玻璃 厚度为厚度为0.5-1.30.5-1.3毫米

18、的薄板玻璃，用于大规模集毫米的薄板玻璃，用于大规模集成电路、光刻基板、光盘基板、液晶、太阳能电成电路、光刻基板、光盘基板、液晶、太阳能电池盖板等方面。依据各种基板不同用途，对基池盖板等方面。依据各种基板不同用途，对基板玻璃也有一些特殊要求，但作为基板玻璃的共板玻璃也有一些特殊要求，但作为基板玻璃的共同要求是增加机械强度，有较好的光学质量及不同要求是增加机械强度，有较好的光学质量及不易变形等性质。易变形等性质。20(c)(c)激光玻璃激光玻璃 激光玻璃发展于激光玻璃发展于19601960年初，目前运用最多的是掺年初，目前运用最多的是掺铁磷酸盐玻璃。利用钕离子的四能级结构在室温铁磷酸盐玻璃。利用钕

19、离子的四能级结构在室温下实现高功率激光输出。单脉冲功率可达到下实现高功率激光输出。单脉冲功率可达到1012 1012 瓦以上。瓦以上。(d)(d)智能玻璃智能玻璃(Smart Glass)(Smart Glass)智能玻璃是据智能玻璃是据Smart GlassSmart Glass译来。早期初称为译来。早期初称为Smart GlassSmart Glass是指一种通过电极调制使玻璃夹层是指一种通过电极调制使玻璃夹层中的钨酸盐电解变价引起变色作用。中的钨酸盐电解变价引起变色作用。8080年头中期年头中期由美国福特汽车等大公司研制成功由美国福特汽车等大公司研制成功 。21（2 2）微晶玻璃）微晶玻

20、璃 微晶玻璃是微晶玻璃是5050年头发展起来的新型玻年头发展起来的新型玻璃，严格地说它是玻璃与晶体的复璃，严格地说它是玻璃与晶体的复合物。利用基质玻璃成分的变更和合物。利用基质玻璃成分的变更和限制析出晶相类型和颗粒大小，能限制析出晶相类型和颗粒大小，能制成一系列特殊性能的材料。如零制成一系列特殊性能的材料。如零膨胀、高强度、可切削以及不同电膨胀、高强度、可切削以及不同电性质的材料。这类玻璃早已在光学性质的材料。这类玻璃早已在光学望远镑、导弹、航天、电子学和炊望远镑、导弹、航天、电子学和炊具等方面广泛应用。具等方面广泛应用。22(3)(3)生化玻璃生化玻璃(a)(a)应用于生物体内应用于生物体内

21、,称为称为CeravitalCeravital(生体玻璃陶瓷生体玻璃陶瓷)或或BGC(BGC(生物活性玻璃生物活性玻璃陶瓷陶瓷)它是一种含磷酸钙或羟基磷灰石的玻它是一种含磷酸钙或羟基磷灰石的玻璃陶瓷或微晶材料。用以制成人工骨璃陶瓷或微晶材料。用以制成人工骨或人工牙齿植入动物体或人体内，能或人工牙齿植入动物体或人体内，能与骨路或牙床组织渗透生长成一体。与骨路或牙床组织渗透生长成一体。亦用以制成凝胶涂层，敷于材料表面，亦用以制成凝胶涂层，敷于材料表面，使植入物能与生物体坚固地结合。使植入物能与生物体坚固地结合。23(b)用于生物化学用于生物化学,用作固体酶的载体用作固体酶的载体 它是一种多孔玻璃，

22、经过硅烷的表面处理它是一种多孔玻璃，经过硅烷的表面处理后再用偶氮或氨基官能团与硅烷连结，即后再用偶氮或氨基官能团与硅烷连结，即可与酶连接成为固体酶载体。这种方法又可与酶连接成为固体酶载体。这种方法又称固相吸附法。称固相吸附法。它是一种成本较低的载体材料。多孔玻璃它是一种成本较低的载体材料。多孔玻璃固体酶，已成功地应用于把蛋白质分解成固体酶，已成功地应用于把蛋白质分解成氨基酸、把淀粉转化为葡萄糖和果糖等项氨基酸、把淀粉转化为葡萄糖和果糖等项目。目。24(4)SolGel(4)SolGel及及ORMOSILORMOSIL玻璃玻璃 这是利用低温合成制各玻璃的新工这是利用低温合成制各玻璃的新工艺。其原

23、理是利用金属的醇化物艺。其原理是利用金属的醇化物水解形成硅酸盐凝胶经过加热水解形成硅酸盐凝胶经过加热除去所含的除去所含的OH OH 、NO 2 NO 2、Cl Cl 等阴离子基因，然后在较等阴离子基因，然后在较低温度下低温度下(400(400一一600)600)烧结成透烧结成透亮的玻璃，这一工艺适合于制备亮的玻璃，这一工艺适合于制备纤维和薄膜。纤维和薄膜。25第五节第五节 水泥水泥一、一、概述概述二、二、硅酸盐系水泥概述硅酸盐系水泥概述三、三、其它品种水泥其它品种水泥26一、概述一、概述 水泥呈粉末状，与适量水拌合成塑性浆体，经过物水泥呈粉末状，与适量水拌合成塑性浆体，经过物理化学过程浆体能变

24、成坚硬的石状体，并能将散粒理化学过程浆体能变成坚硬的石状体，并能将散粒状材料胶结成为整体。状材料胶结成为整体。公元前公元前2000-3000年，石膏、石灰砂浆，古代埃及金年，石膏、石灰砂浆，古代埃及金字塔字塔公元初，古希腊人和罗马人、在石灰中掺入火山灰公元初，古希腊人和罗马人、在石灰中掺入火山灰1796年罗马水泥自然水泥岩年罗马水泥自然水泥岩(粘土含量为粘土含量为20%-25%的石灰石的石灰石)煅烧、磨细煅烧、磨细 人工配制水泥，波特兰水泥人工配制水泥，波特兰水泥(Portland Cement)）1824年，英国泥瓦工约瑟夫年，英国泥瓦工约瑟夫阿斯普丁取得专利权阿斯普丁取得专利权 上世纪初上

25、世纪初，各种专用水泥，各种专用水泥27分类分类 熟料的矿物组成熟料的矿物组成 特性与用途特性与用途 硅酸盐系水泥硅酸盐系水泥 铝酸盐系水泥铝酸盐系水泥 硫铝酸盐系水泥硫铝酸盐系水泥 氟铝酸盐水泥氟铝酸盐水泥 铁铝酸盐水泥铁铝酸盐水泥 少熟料或无熟料水泥少熟料或无熟料水泥 通用水泥通用水泥 专用水泥专用水泥 特性水泥特性水泥 28二、硅酸盐系水泥概述二、硅酸盐系水泥概述硅酸盐系水泥是指组成水泥的基本物质硅酸盐系水泥是指组成水泥的基本物质熟料熟料的主要成分为硅酸钙，在全部的水泥中它品种最的主要成分为硅酸钙，在全部的水泥中它品种最多、应用最广。多、应用最广。按硅酸盐水泥、一般硅酸盐水泥（按硅酸盐水泥

26、、一般硅酸盐水泥（GB175-1999）规定：凡由硅酸盐水泥熟料、）规定：凡由硅酸盐水泥熟料、05%石灰石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。兰水泥）。I型硅酸盐水泥（型硅酸盐水泥（PI）：不掺加混合材料）：不掺加混合材料 II型硅酸盐水泥（型硅酸盐水泥（PII）：掺加）：掺加5%的混合材料的混合材料291 1、硅酸盐系水泥的生产、硅酸盐系水泥的生产（1）原料）原料石灰质原料石灰质原料主要供应主要供应CaO，常接受，常接受石灰石、白垩、石灰质凝灰岩等。

27、石灰石、白垩、石灰质凝灰岩等。粘土质原料粘土质原料主要供应主要供应SiO2、Al2O3及及Fe2O3。校正原料校正原料调整，常接受黄铁矿渣等。调整，常接受黄铁矿渣等。30（2）生产工艺）生产工艺“两磨一烧两磨一烧”A.A.生料配制生料配制各种原料比例确定之后，各种原料比例确定之后，可同时或分别将这些原料磨细到规定的细可同时或分别将这些原料磨细到规定的细度，并且使它们混合匀整。度，并且使它们混合匀整。干法干法原料粉碎、混合、磨细原料粉碎、混合、磨细 生料粉生料粉 湿法湿法石灰石颗粒与粘土泥浆湿磨石灰石颗粒与粘土泥浆湿磨生生料浆料浆 31B.B.熟料的煅烧熟料的煅烧 32C.C.水泥粉磨水泥粉磨水

28、泥熟料冷却后，将与适量的石膏水泥熟料冷却后，将与适量的石膏(约约3 3)共同磨细，所形成的产品称硅酸盐水泥。共同磨细，所形成的产品称硅酸盐水泥。水泥粉磨越细，水化速度越快，愈易水化水泥粉磨越细，水化速度越快，愈易水化完全，对水泥胶凝性质的有效利用率越高，完全，对水泥胶凝性质的有效利用率越高，水泥强度也愈高，而且还能改善水泥泌水水泥强度也愈高，而且还能改善水泥泌水性、和易性、粘结力等。但干缩率随水泥性、和易性、粘结力等。但干缩率随水泥细度提高而增加。细度提高而增加。332 2、硅酸盐系水泥的组成、硅酸盐系水泥的组成（1 1）硅酸盐水泥熟料）硅酸盐水泥熟料（2 2）石膏）石膏（3 3）混合材料）混

29、合材料3CaO2CaO3CaO4CaOAl2O3化学成分化学成分 含量（含量（%）矿物成分矿物成分含量（含量（%）CaO62673CaO SiO2，（，（C3S）3760SiO219242CaO SiO2，（，（C2S）1537Al2O3473CaO Al2O3，（，（C3A）715Fe2O3254CaO Al2O3 Fe2O3，（C4AF）1018返回343 3、硅酸盐水泥的水化和凝合硬化、硅酸盐水泥的水化和凝合硬化 硅酸盐水泥的定义：按硅酸盐水硅酸盐水泥的定义：按硅酸盐水泥、一般硅酸盐水泥（泥、一般硅酸盐水泥（GB175-GB175-19991999）规定：凡由硅酸盐水泥熟料、）规定：凡由

30、硅酸盐水泥熟料、0 05%5%石灰石或粒化高炉矿渣、适石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥（即国外通称的波称为硅酸盐水泥（即国外通称的波特兰水泥）。特兰水泥）。I I型硅酸盐水泥（型硅酸盐水泥（PIPI）：不掺加）：不掺加混合材料混合材料 IIII型硅酸盐水泥（型硅酸盐水泥（PIIPII）：掺加）：掺加5%5%的混合材料的混合材料35硅酸盐水泥的水化和凝合硬化硅酸盐水泥的水化和凝合硬化 G水泥加水拌合后，最初形成具有可塑性的水泥加水拌合后，最初形成具有可塑性的浆体（称为水泥净浆），随着水泥水化反浆体（称为水泥净浆），随着水泥水化

31、反应的进行渐渐变稠失去塑性，这一过程称应的进行渐渐变稠失去塑性，这一过程称为凝合。此后，随着水化反应的接着，浆为凝合。此后，随着水化反应的接着，浆体渐渐变为具有确定强度的坚硬的固体水体渐渐变为具有确定强度的坚硬的固体水泥石，这一过程称为硬化。泥石，这一过程称为硬化。G水化是水泥产生凝合硬化的前提，而凝合水化是水泥产生凝合硬化的前提，而凝合硬化则是水泥水化的必定结果。硬化则是水泥水化的必定结果。36a a、硅酸盐水泥的水化、硅酸盐水泥的水化硅酸盐水泥与水拌合后，其熟料颗粒表面硅酸盐水泥与水拌合后，其熟料颗粒表面的四种矿物马上与水发生水化反应，生成的四种矿物马上与水发生水化反应，生成水化产物。各矿

32、物的水化反应如下：水化产物。各矿物的水化反应如下：2(3CaOSiO2)+6H2O=3CaO2SiO23H2O(水化硅酸钙凝胶水化硅酸钙凝胶)+3Ca(OH)2(氢氧化钙晶氢氧化钙晶体体)2(2CaOSiO2)+4H2O=3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)23CaOAl2O3+6H2O=3CaOAl2O36H2O（水化铝酸钙晶体）（水化铝酸钙晶体）4CaOAl2O3Fe2O3+7H2O=3CaOAl2O36H2O+CaOFe2O3H2O（水化铁酸钙凝胶）（水化铁酸钙凝胶）37b b、硅酸盐水泥的凝合硬化过程、硅酸盐水泥的凝合硬化过程1 1）初始反应期。水泥与水接触后初始的）初始反应期。水

33、泥与水接触后初始的5 510min10min。硅酸三钙水化。硅酸三钙水化水化硅酸钙凝胶，释放水化硅酸钙凝胶，释放出氢氧化钙溶于水中出氢氧化钙溶于水中 结晶析出。铝酸三钙也结晶析出。铝酸三钙也溶于水并与已溶解的石膏反应溶于水并与已溶解的石膏反应钙矾石结晶析出。钙矾石结晶析出。2 2）潜藏期。约）潜藏期。约1 12h2h，水泥水化特别缓慢。这主，水泥水化特别缓慢。这主要是由于水泥颗粒表面覆盖了一层以水化硅酸钙要是由于水泥颗粒表面覆盖了一层以水化硅酸钙凝胶为主的渗透膜层，阻碍了水泥颗粒与水的接凝胶为主的渗透膜层，阻碍了水泥颗粒与水的接触。在此期间，由于水泥水化产物数量不多，水触。在此期间，由于水泥水

34、化产物数量不多，水泥颗粒仍呈分散状态，所以水泥浆基本保持塑性。泥颗粒仍呈分散状态，所以水泥浆基本保持塑性。上述二个阶段可合并称为诱导期。上述二个阶段可合并称为诱导期。383 3）凝合、硬化期。在潜藏期后由于渗透压的作）凝合、硬化期。在潜藏期后由于渗透压的作用，水泥颗粒表面的膜层裂开，水泥接着水化。用，水泥颗粒表面的膜层裂开，水泥接着水化。在此阶段，水化产物不断增加并填充水泥颗粒之在此阶段，水化产物不断增加并填充水泥颗粒之间的空间，随着接触点的增多，形成了由分子力间的空间，随着接触点的增多，形成了由分子力结合的凝合结构，使水泥浆体渐渐失去塑性，这结合的凝合结构，使水泥浆体渐渐失去塑性，这一过程称

35、为水泥的凝合。此阶段结束约有一过程称为水泥的凝合。此阶段结束约有15%15%的的水泥水化。水泥水化。在凝合期后，水泥水化仍在接着进行，水化铁铝在凝合期后，水泥水化仍在接着进行，水化铁铝酸钙形成；由于石膏的耗尽，高硫型水化硫铝酸酸钙形成；由于石膏的耗尽，高硫型水化硫铝酸钙转变为低硫型水化硫铝酸钙，水化硅酸钙凝胶钙转变为低硫型水化硫铝酸钙，水化硅酸钙凝胶形成纤维状。水化产物接着填充孔隙且彼此间的形成纤维状。水化产物接着填充孔隙且彼此间的结合亦更加紧密，使得水泥浆体产生强度，这一结合亦更加紧密，使得水泥浆体产生强度，这一过程称为水泥的硬化。过程称为水泥的硬化。水泥石强度发展的一般规律是：水泥石强度发

36、展的一般规律是：3 37 7天内强度增天内强度增长最快，长最快，2828天内强度增长较快，超过天内强度增长较快，超过2828天后强天后强度将接着发展但增长较慢。度将接着发展但增长较慢。394 4、水泥石的结构、水泥石的结构在常温下硬化的水泥石，通常是由水化产在常温下硬化的水泥石，通常是由水化产物、未水化的水泥颗粒内核、孔隙等组成物、未水化的水泥颗粒内核、孔隙等组成的多相（固、液、气）的多孔体系。的多相（固、液、气）的多孔体系。在水泥石中，水化硅酸钙凝胶对水泥石的在水泥石中，水化硅酸钙凝胶对水泥石的强度及其他主要性质起支配作用。水泥石强度及其他主要性质起支配作用。水泥石具有强度的实质，包括范德华

37、键、氢键、具有强度的实质，包括范德华键、氢键、原子价健等的作用力以及凝胶体的巨大内原子价健等的作用力以及凝胶体的巨大内表面积的表面效应所产生的粘结力。表面积的表面效应所产生的粘结力。405 5、硅酸盐水泥的特性与应用、硅酸盐水泥的特性与应用 1 1凝合硬化快，早期强度与后期强度均高。凝合硬化快，早期强度与后期强度均高。2 2抗冻性好。抗冻性好。3 3水化热高。水化热高。4 4耐腐蚀性差。耐腐蚀性差。5 5耐热性差。耐热性差。6 6抗碳化性好。抗碳化性好。7 7干缩小。干缩小。41三、其它品种水泥三、其它品种水泥1 1、铝酸盐水泥、铝酸盐水泥（1 1）定义）定义凡以铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料，磨

38、凡以铝酸钙为主的铝酸盐水泥熟料，磨细制成的水硬性胶凝材料，称为铝酸细制成的水硬性胶凝材料，称为铝酸盐水泥，代号盐水泥，代号CACA。铝酸盐水泥的主要。铝酸盐水泥的主要化学成分是：化学成分是：CaOCaO、Al2O3Al2O3、SiO2SiO2，生产原料是铝矾土和石灰石。生产原料是铝矾土和石灰石。主要矿物成分主要矿物成分铝酸一钙铝酸一钙（CaOAl2O3 CaOAl2O3 即即CACA）和二铝酸一钙）和二铝酸一钙（CaO2Al2O3 CaO2Al2O3 即即CA2CA2），此外还有），此外还有少量的其他铝酸盐和硅酸二钙。少量的其他铝酸盐和硅酸二钙。铝酸盐水泥的水化产物与温度亲密相关，铝酸盐水泥的

39、水化产物与温度亲密相关，主要是十水铝酸一钙主要是十水铝酸一钙（CaOAl2O310H2OCaOAl2O310H2O即即CAH10CAH10）八水铝酸二钙）八水铝酸二钙（2CaOAl2O38H2O2CaOAl2O38H2O，即，即C2AH8C2AH8）和铝胶（）和铝胶（Al2O33H2OAl2O33H2O）。）。42（2 2）铝酸盐水泥的技术性质：）铝酸盐水泥的技术性质：d参见国家标准铝酸盐水泥（参见国家标准铝酸盐水泥（GB201-GB201-20002000）规定的技术要求。）规定的技术要求。（3 3）铝酸盐水泥的特性与应用（与硅酸盐）铝酸盐水泥的特性与应用（与硅酸盐水泥相比）水泥相比）d1

40、1）快硬早强）快硬早强d2 2）水化热大）水化热大d3 3）抗硫酸盐侵蚀性好）抗硫酸盐侵蚀性好d4 4）耐热性好）耐热性好d5 5）长期强度要降低）长期强度要降低432 2、硬硫铝酸盐水泥、硬硫铝酸盐水泥（1 1）快硬硫铝酸盐水泥的定义）快硬硫铝酸盐水泥的定义以适当成分的生料，经煅烧所得以无水硫以适当成分的生料，经煅烧所得以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，加入适量的石膏和加入适量的石膏和0 010%10%的石灰石，磨细的石灰石，磨细制成的早期强度高的水硬性胶凝材料，称制成的早期强度高的水硬性胶凝材料，称为快硬硫铝酸盐水泥，代号为快硬硫铝酸盐水泥

41、，代号RSACRSAC。生产快硬硫铝酸盐水泥的主要原料是矾土、生产快硬硫铝酸盐水泥的主要原料是矾土、石灰石和石膏。快硬硫铝酸盐的主要水化石灰石和石膏。快硬硫铝酸盐的主要水化产物是：高硫型水化硫铝酸钙（产物是：高硫型水化硫铝酸钙（AFtAFt）低硫）低硫型水化硫铝酸钙（型水化硫铝酸钙（AFmAFm）铝胶和水化硅酸）铝胶和水化硅酸盐，由于盐，由于C4A3C4A3、C2SC2S和和CaSO42H2OCaSO42H2O在在水化反应时相互促进，因此水泥的反应特水化反应时相互促进，因此水泥的反应特别快速，早期强度特别高。别快速，早期强度特别高。44（2 2）快硬硫铝酸盐水泥的技术性质）快硬硫铝酸盐水泥的技

42、术性质参见标准快硬硫铝酸盐水泥（参见标准快硬硫铝酸盐水泥（JC714-JC714-19961996）规定的技术要求。）规定的技术要求。（3 3）快硬硫铝酸盐水泥的特性与应用）快硬硫铝酸盐水泥的特性与应用1 1）凝合快、早期强度很高）凝合快、早期强度很高2 2）水化放热快）水化放热快3 3）硬化时体积微膨胀）硬化时体积微膨胀4 4）耐蚀性好）耐蚀性好5 5）耐热性差）耐热性差45特种水泥观奇特种水泥观奇 玻璃水泥玻璃水泥 俄罗斯探讨人员在混凝土构俄罗斯探讨人员在混凝土构件上钻出很多小孔，将特制的玻璃纤件上钻出很多小孔，将特制的玻璃纤维和水泥沙浆拌合，填入孔中可以使维和水泥沙浆拌合，填入孔中可以使

43、构件达到钢筋混凝土的硬度。构件达到钢筋混凝土的硬度。轻型水泥轻型水泥 捷克建筑行业正在用这种水捷克建筑行业正在用这种水泥来建筑住房，并以它为材料制成的泥来建筑住房，并以它为材料制成的预制，板灵活、牢固，强度高，在水预制，板灵活、牢固，强度高，在水中不会下沉。中不会下沉。46橡胶水泥橡胶水泥 英国科学家在搅拌混凝土时英国科学家在搅拌混凝土时用一种含有合成橡胶的悬浮液水取水用一种含有合成橡胶的悬浮液水取水代水，这种水泥能防水、防油和防各代水，这种水泥能防水、防油和防各种化合物。种化合物。稻壳水泥稻壳水泥 印度科技专家用稻壳燃烧后印度科技专家用稻壳燃烧后含有二氧化硅的灰烬与石灰发生化学含有二氧化硅的

44、灰烬与石灰发生化学反应，成功地生成出硅酸盐水泥化合反应，成功地生成出硅酸盐水泥化合物，很适合于水利工程和低层建筑。物，很适合于水利工程和低层建筑。它的生产成本很低，仅为一般水泥的它的生产成本很低，仅为一般水泥的20%20%。47维尼纶水泥维尼纶水泥 瑞士用维尼纶作为增加材瑞士用维尼纶作为增加材料，研制出这种新型水泥，以代替对料，研制出这种新型水泥，以代替对人体有害的石棉水泥。它耐热、抗寒、人体有害的石棉水泥。它耐热、抗寒、无毒、有粘性，被广泛用于建筑行业。无毒、有粘性，被广泛用于建筑行业。加糖水泥加糖水泥 它是由俄罗斯建筑科学院的它是由俄罗斯建筑科学院的探讨人员开发出来的，硬度为一般水探讨人员

45、开发出来的，硬度为一般水泥的泥的5 5倍。它的材料是榨糖的下脚料和倍。它的材料是榨糖的下脚料和蔗糖，掺入水泥原料后经过烧结而成。蔗糖，掺入水泥原料后经过烧结而成。48速凝水泥速凝水泥 美国推出的这种水泥能在极美国推出的这种水泥能在极短的时间里凝固，特殊适用于正在行短的时间里凝固，特殊适用于正在行驶的水泥船意外地穿洞漏水或者飞机驶的水泥船意外地穿洞漏水或者飞机跑道因损坏出现凹坑等紧急状况。它跑道因损坏出现凹坑等紧急状况。它能在几分钟内凝固，使得洞口或凹坑能在几分钟内凝固，使得洞口或凹坑修补如新。修补如新。硬软水泥硬软水泥 菲律宾科学家研制的这一新菲律宾科学家研制的这一新型水泥，在凝固之后变得硬邦

46、邦的，型水泥，在凝固之后变得硬邦邦的，像一般水泥一样牢固；但在上面钉钉像一般水泥一样牢固；但在上面钉钉子时，却犹如钉木板一样，能够毫不子时，却犹如钉木板一样，能够毫不费劲地钉进去。费劲地钉进去。49焊接水泥焊接水泥 它是英国科技人员独创的，它是英国科技人员独创的，可以犹如电焊条焊接钢材似的，用于可以犹如电焊条焊接钢材似的，用于修补断裂的水泥构件，它的坚固程度修补断裂的水泥构件，它的坚固程度比未损坏的部分还要高。这种新型水比未损坏的部分还要高。这种新型水泥很有好用价值，能够使很多断裂的泥很有好用价值，能够使很多断裂的水泥构件得到修补，重新利用，避开水泥构件得到修补，重新利用，避开了奢侈。了奢侈。

47、地板水泥地板水泥 日本开发的这种新型水泥几日本开发的这种新型水泥几乎与木材相差无几，既可以用锯子去乎与木材相差无几，既可以用锯子去锯，也能够用刨子去刨。用它为材料锯，也能够用刨子去刨。用它为材料制作的家具独具匠心，像木制家具一制作的家具独具匠心，像木制家具一样耐用。样耐用。50变色水泥变色水泥 美国研制的这种水泥不但是美国研制的这种水泥不但是志向的建筑材料，而且还可以用于预志向的建筑材料，而且还可以用于预报天气，故有报天气，故有“气象水泥气象水泥”之称。在之称。在天气干燥时，它呈蓝色；一旦变潮湿，天气干燥时，它呈蓝色；一旦变潮湿，即成紫色；假如下雨，则在吸取水份即成紫色；假如下雨，则在吸取水份

48、后变作光明的玫瑰色。它之所以会变后变作光明的玫瑰色。它之所以会变色，是因为在水泥中加入了二氧化钴。色，是因为在水泥中加入了二氧化钴。医用水泥医用水泥 德国推出的这种水泥可塑性德国推出的这种水泥可塑性很强，与建房的一般水泥不一样，它很强，与建房的一般水泥不一样，它主要在医院里运用，例如填补蛀牙。主要在医院里运用，例如填补蛀牙。51第六节第六节 耐火材料耐火材料一、一、耐火材料概述耐火材料概述二、二、耐火材料的组成耐火材料的组成三、三、耐火材料的结构耐火材料的结构四、四、耐火材料的性能耐火材料的性能五、五、我国的新型耐火材料我国的新型耐火材料六、六、世界耐火材料的新动态世界耐火材料的新动态52一、

49、耐火材料概述一、耐火材料概述耐火材料一般是指耐火度在耐火材料一般是指耐火度在1580以上的无机以上的无机非金属材料。它包括自然矿石及依据确定的目非金属材料。它包括自然矿石及依据确定的目的要求经过确定的工艺制成的各种产品。具有的要求经过确定的工艺制成的各种产品。具有确定的高温力学性能、良好的体积稳定性，是确定的高温力学性能、良好的体积稳定性，是各种高温设备必需的材料。各种高温设备必需的材料。耐火材料在无荷重时反抗高温作用的稳定性，耐火材料在无荷重时反抗高温作用的稳定性，即在高温无荷重条件下不熔融软化的性能称为即在高温无荷重条件下不熔融软化的性能称为耐火度，它表示耐火材料的基本性能。耐火度，它表示

50、耐火材料的基本性能。53耐火材料由于长期运用于各种不同加热条件的高耐火材料由于长期运用于各种不同加热条件的高温设备，因此，必需具有以下主要性能：温设备，因此，必需具有以下主要性能：1、高的耐火度。、高的耐火度。2、良好的荷重软化温度。、良好的荷重软化温度。3、具有高温下的体积稳定性。、具有高温下的体积稳定性。4、好的热震稳定性。、好的热震稳定性。5、良好的抗蚀性。、良好的抗蚀性。此外，要求耐火材料具有确定的耐磨性，在某些此外，要求耐火材料具有确定的耐磨性，在某些特殊条件下有确定的透气性、导热性、导电性和特殊条件下有确定的透气性、导热性、导电性和硬度等，同时要求外形和尺寸精确。硬度等，同时要求外