材料导论第十一章-无机非金属材料ppt课件.pptx
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1、在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么一、什么是无机非金属材料?一、什么是无机非金属材料?金属材料和有机高分子材料以外的金属材料和有机高分子材料以外的固体材料通称为无机非金属材料。固体材料通称为无机非金属材料。由由硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐盐等和等和氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物硫化物、硅化物等原料经一定的工艺制备而等原料经一定的工艺制备而成的材料。涉及元素周期表上所有元素。成的材料。涉及元素周期表上所有元素。第一节、无机非金属材料概述第一节、无机非
2、金属材料概述在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么二、主要特性:二、主要特性:熔点高、硬度高、强度高、熔点高、硬度高、强度高、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐氧化、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、耐氧化、脆性大、弹性模量大、绝缘性好、化学稳定性好。脆性大、弹性模量大、绝缘性好、化学稳定性好。三、主要结构三、主要结构晶体结构晶体结构 玻璃结构玻璃结构硅氧四面体硅氧四面体是硅酸盐材料中最基本的结构单元是硅酸盐材料中最基本的结构单元硅酸盐结构层层状状岛状岛状组群状组群状链链状状在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,
3、也许你认为浪费这一点点算不了什么普通陶瓷普通陶瓷四、无机非金属材料的种类四、无机非金属材料的种类 陶瓷陶瓷 水泥水泥 玻璃玻璃特种陶瓷特种陶瓷 结构陶瓷结构陶瓷磨损、高强度、耐磨损、高强度、耐高温、耐热冲击、高温、耐热冲击、硬质、高刚性、低硬质、高刚性、低膨胀、隔热陶瓷。膨胀、隔热陶瓷。功能陶瓷功能陶瓷 电磁、光学、电磁、光学、生物功能陶瓷生物功能陶瓷耐火材料耐火材料日用瓷、建卫瓷日用瓷、建卫瓷在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么第二第二节、陶瓷、陶瓷1 1、陶瓷的定义、陶瓷的定义 以以黏土、长石、石英黏土、长石、石英为主要原
4、料,为主要原料,经过粉碎、混炼、成型、锻烧等制作的产品。经过粉碎、混炼、成型、锻烧等制作的产品。广义陶瓷广义陶瓷 用用陶瓷生产方法制造陶瓷生产方法制造的无机非金属固体材料的无机非金属固体材料 陶瓷是我国古代劳动人民的伟大发明之一,陶瓷是我国古代劳动人民的伟大发明之一,英语英语chinachina(昌南镇)即为陶瓷。(昌南镇)即为陶瓷。秦代:兵马俑秦代:兵马俑 唐代:唐三彩唐代:唐三彩 宋代:定、钧、汝、官、哥窑宋代:定、钧、汝、官、哥窑 瓷都景德镇瓷都景德镇 青花、玲珑瓷、薄胎瓷青花、玲珑瓷、薄胎瓷 陶都宜兴陶都宜兴 紫砂紫砂 在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在
5、浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么 我国是我国是陶瓷大国陶瓷大国,日用陶瓷、建卫陶瓷产量均为,日用陶瓷、建卫陶瓷产量均为世界第一世界第一,占世界产量的,占世界产量的2/32/3。我国又是陶瓷我国又是陶瓷出口大国出口大国。除中国外,世界陶瓷器的生产主要集中除中国外,世界陶瓷器的生产主要集中在欧洲。在欧洲。英国英国骨瓷、类碧玉陶器骨瓷、类碧玉陶器法国法国各种雕像、花卉瓷各种雕像、花卉瓷德国德国高白度硬质瓷高白度硬质瓷荷兰荷兰白釉蓝彩陶器白釉蓝彩陶器日本日本陶瓷陶瓷 2、陶瓷的主要化学组成(质量)陶瓷的主要化学组成(质量)SiOSiO2 2 Al Al2 2O O3 3 R R2 2O+ROO+
6、RO 656575 775 730 430 43333在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么3、陶瓷材料的结构、陶瓷材料的结构离子晶体离子晶体以离子键结合的晶体。金属氧化物晶体。以离子键结合的晶体。金属氧化物晶体。MgO、Al2O3共价晶体共价晶体共价键结合的晶体。金刚石、共价键结合的晶体。金刚石、SiC、BN特特 点点 强度高、硬度高、熔点高、绝缘、结构强度高、硬度高、熔点高、绝缘、结构 稳定、膨胀系数小、脆性大、无延展性。稳定、膨胀系数小、脆性大、无延展性。陶瓷结构陶瓷结构在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并
7、未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么 (1)晶体相晶体相晶体相晶体相陶瓷材料陶瓷材料最主要的组成相。最主要的组成相。其结构、形态、其结构、形态、数量及分布决定了陶瓷材料的特性。数量及分布决定了陶瓷材料的特性。陶瓷主晶相陶瓷主晶相 氧酸盐(硅酸盐、钛酸盐)、氧化物氧酸盐(硅酸盐、钛酸盐)、氧化物 MgO、Al2O3)、非氧化物()、非氧化物(SiC,Si3N4)陶瓷材料的结构陶瓷材料的结构在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么(2)玻璃相玻璃相 玻璃相是陶瓷材料中原子玻璃相是陶瓷材料中原子不规则排列不规则排列的组成
8、的组成部分,其结构类似于玻璃。部分,其结构类似于玻璃。玻璃相的作用玻璃相的作用:填充晶体之间的空隙,提高材料的:填充晶体之间的空隙,提高材料的 致密度;降低烧成温度;阻止晶体致密度;降低烧成温度;阻止晶体 转变、抑止晶粒长大。转变、抑止晶粒长大。玻璃相对陶瓷强度、介电常数、耐热性能不利。玻璃相对陶瓷强度、介电常数、耐热性能不利。陶瓷材料的结构陶瓷材料的结构在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么陶瓷材料的结构陶瓷材料的结构 (3)气气 相相 陶瓷气孔陶瓷气孔主要是坯体各成分在加热过程中主要是坯体各成分在加热过程中发生物理、化学作用
9、所生成的空隙。发生物理、化学作用所生成的空隙。气孔对陶瓷的性能是气孔对陶瓷的性能是不利不利的。它的。它降低降低材料的强度,材料的强度,是是造成裂纹的根源造成裂纹的根源。在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么二、普通陶瓷 普通陶瓷普通陶瓷 日用陶瓷日用陶瓷 工业陶瓷工业陶瓷 建筑陶瓷建筑陶瓷 卫生陶瓷卫生陶瓷 电绝缘电绝缘陶瓷陶瓷 化工陶瓷化工陶瓷 餐具、茶具瓷餐具、茶具瓷艺术瓷艺术瓷园林瓷园林瓷在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么1、日用陶瓷、日用陶瓷 一般应具
10、有良好的白度、光泽度、透光性、热一般应具有良好的白度、光泽度、透光性、热稳定性和强度。稳定性和强度。日用陶瓷主要应用于茶具、餐具和工艺品日用陶瓷主要应用于茶具、餐具和工艺品陈设瓷陈设瓷 艺术瓷艺术瓷 园林瓷园林瓷 琉璃瓦琉璃瓦 景泰蓝景泰蓝 搪瓷搪瓷在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么精陶瓷精陶瓷粗陶瓷粗陶瓷2、工业瓷(1)、建筑陶瓷)、建筑陶瓷 用于建筑物的陶瓷用于建筑物的陶瓷以难熔黏土为主要原料,包括以难熔黏土为主要原料,包括砖、瓦、盆罐砖、瓦、盆罐等等以瓷土和高岭土为主要原料,包括以瓷土和高岭土为主要原料,包括釉面砖、釉
11、面砖、建卫瓷建卫瓷等等炻瓷炻瓷以陶土和黏土为主要原料,包括以陶土和黏土为主要原料,包括地砖、外墙砖、地砖、外墙砖、耐酸陶瓷耐酸陶瓷 (2 2)、)、卫生陶瓷卫生陶瓷 以高岭土为主要原料,用于卫生设施,带釉,有以高岭土为主要原料,用于卫生设施,带釉,有陶质陶质、炻瓷质炻瓷质和和瓷质瓷质等。等。(3 3)、)、电绝缘瓷电绝缘瓷 又称电瓷,是作为隔电、机械支撑及连接用的瓷质又称电瓷,是作为隔电、机械支撑及连接用的瓷质绝缘器件绝缘器件。分为分为低压电瓷低压电瓷、高压电瓷高压电瓷和和超高压电瓷超高压电瓷。在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了
12、什么(4)、化工用瓷)、化工用瓷要求要求耐酸耐酸、耐高温耐高温、具有一定、具有一定强度强度。主要用于化学、化工、制药、食品等工主要用于化学、化工、制药、食品等工业。业。在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么三、特种陶瓷三、特种陶瓷采用采用高度精选高度精选的原料,具有能的原料,具有能精确控制的化学组成精确控制的化学组成,按照,按照结构设计及控制制造的方法进行制造、加工的结构设计及控制制造的方法进行制造、加工的,具有,具有特殊特殊性能性能的陶瓷。的陶瓷。定定 义义与普通陶瓷的区别与普通陶瓷的区别原料原料:纯度高纯度高,成分由人工配比
13、决定成分由人工配比决定 制备制备:突破了炉窑的界限,:突破了炉窑的界限,采用采用真空烧结、真空烧结、保护气氛烧结、热压、热等静压等保护气氛烧结、热压、热等静压等手段手段性质性质:特殊特殊力学、物理和化学性能。力学、物理和化学性能。特种陶瓷特种陶瓷功能功能陶瓷陶瓷结构结构陶瓷陶瓷在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么 结构陶瓷的种类结构陶瓷的种类氮化物结构陶瓷氮化物结构陶瓷炭化物结构陶瓷炭化物结构陶瓷氧化物结构陶瓷氧化物结构陶瓷Al2O3ZrO2MgOSiCSi3N41、结构陶瓷、结构陶瓷BeO具有高强度、高硬度、耐高温、耐摩擦、
14、耐腐蚀具有高强度、高硬度、耐高温、耐摩擦、耐腐蚀等力学和热学方面的优异性能的陶瓷材料。等力学和热学方面的优异性能的陶瓷材料。结构陶瓷特点:结构陶瓷特点:熔点高、硬度高、强度高熔点高、硬度高、强度高 耐高温、耐腐蚀、耐磨损耐高温、耐腐蚀、耐磨损 在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么结构陶瓷结构陶瓷改善陶瓷材料强、韧性的措施改善陶瓷材料强、韧性的措施 1.微晶、高密度与高纯度微晶、高密度与高纯度 2提高抗裂能力与预加应力提高抗裂能力与预加应力3相变增韧相变增韧 4弥散增韧弥散增韧5纤维增韧纤维增韧 7纳米陶瓷纳米陶瓷 6层状化结构
15、层状化结构 在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么结构陶瓷结构陶瓷氧化物结构陶瓷氧化物结构陶瓷特点:特点:化学稳定性好、抗氧化性强、熔融化学稳定性好、抗氧化性强、熔融 温度高、高温强度高。温度高、高温强度高。Al2O3陶瓷陶瓷ZrO2陶瓷陶瓷BeO陶瓷陶瓷MgO陶瓷陶瓷韧性韧性在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么Al2O3结构陶瓷构陶瓷 熔点高熔点高2050 ,强度高达度高达150MPa,耐冲耐冲击性性强。应用用机械加工磨料、磨具、切削工具、坩机械加工磨料、磨具
16、、切削工具、坩埚、人体关人体关节、人工骨骼等。、人工骨骼等。MgOMgO结构陶瓷结构陶瓷熔点熔点2850 2850,有突出的高温绝缘性能、耐腐蚀强,有突出的高温绝缘性能、耐腐蚀强 (耐碱)、(耐碱)、不与不与FeFe、NiNi、V V、ZnZn、AlAl、MoMo、CuCu、PtPt 等金属溶体作用。等金属溶体作用。应用应用典型的碱性耐火材料、高温绝缘材料典型的碱性耐火材料、高温绝缘材料 (炉管、热电偶绝缘套管)、(炉管、热电偶绝缘套管)、冶炼金属的坩锅。冶炼金属的坩锅。在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么ZrO2结构陶瓷构陶
17、瓷熔点熔点2680。是高。是高强、高、高韧的的结构材料。构材料。还具有良好的高温具有良好的高温导电性。性。应用用最理想的高温最理想的高温电极材料极材料陶瓷陶瓷弹簧簧特殊用途的坩特殊用途的坩锅(溶(溶炼Pt、Pd等)等)BeOBeO结构陶瓷结构陶瓷熔点熔点25302530。热导率很高热导率很高(与金属(与金属AUAU、AgAg、Cu Cu 相近)、相近)、很强的耐腐蚀很强的耐腐蚀性性(耐碱)。(耐碱)。应用应用高温组件的外壳、散热片、核应用中作为快速高温组件的外壳、散热片、核应用中作为快速 中子减速剂、反射器材料。中子减速剂、反射器材料。注意!注意!BeOBeO有毒,有毒,0.20.2gg/M/
18、M 就能使人中毒。就能使人中毒。高温非氧化物陶瓷高温非氧化物陶瓷 SiCSiC、SiSi3 3N N4 4 、B B4 4C C、TiBTiB2 2特点:特点:超耐高温、低热膨胀系数、高导热系数、超耐高温、低热膨胀系数、高导热系数、强冲击韧性。强冲击韧性。在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么2、功能陶瓷、功能陶瓷 功能陶瓷功能陶瓷-具有电、光、磁以及部分化学功能的多晶无具有电、光、磁以及部分化学功能的多晶无机固体材料机固体材料.功能陶瓷的种类功能陶瓷的种类压电陶瓷压电陶瓷超导陶瓷超导陶瓷磁性陶瓷磁性陶瓷光学陶瓷光学陶瓷生物陶瓷
19、生物陶瓷敏感陶瓷敏感陶瓷在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么功能电子陶瓷功能电子陶瓷压电陶瓷压电陶瓷 压电效应压电效应:外力作用于晶体外力作用于晶体 介质极化介质极化 压电效应压电效应 材料的压电效应取决于晶体结构的材料的压电效应取决于晶体结构的不对称性不对称性,晶体有晶体有极轴极轴,才有压电效应。,才有压电效应。压电陶瓷是具有压电效应的陶瓷材料压电陶瓷是具有压电效应的陶瓷材料压电陶瓷压电陶瓷钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅(钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅(PZT)等。)等。压电陶瓷的应用压电陶瓷的应用超声换能器、滤波器、声转换器、超声换能
20、器、滤波器、声转换器、谐振器、点火器等。谐振器、点火器等。在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么功能电子陶瓷功能电子陶瓷光电陶瓷光电陶瓷光电导现象光电导现象陶瓷受到光照射时,陶瓷受到光照射时,能带间能带间、能带能带与与 能级间的电子迁移能级间的电子迁移引起引起光吸收光吸收,能带内,能带内 产生产生自由载流子自由载流子,使电导率增加。,使电导率增加。光电陶瓷是具有光电导效应的陶瓷光电陶瓷是具有光电导效应的陶瓷光敏元件光敏元件利用光电导效应检测光强度。利用光电导效应检测光强度。主要是主要是GdS多晶材料。多晶材料。在日常生活中,随处
21、都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么功能电子陶瓷功能电子陶瓷超导陶瓷超导陶瓷 1986年超导陶瓷出现。年超导陶瓷出现。超导陶瓷超导陶瓷主要有:主要有:镧系镧系La2CuO3 钇系钇系YBa2Cu2O 铋系铋系Bi-Sr-Cu-O 铊系铊系Ta-Ba-Ca-Cu-O 超导磁体超导磁体发电发电、超导、超导输电输电、超导、超导储能储能、核磁共振断层核磁共振断层摄像仪摄像仪、磁悬浮、磁悬浮列车等列车等。超导陶瓷的应用超导陶瓷的应用在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么磁性陶瓷磁性陶瓷 铁
22、氧体铁氧体金属氧化物金属氧化物-Fe2O3。磁性陶瓷主要指铁氧体磁性陶瓷主要指铁氧体铁氧体铁氧体软磁铁氧体软磁铁氧体硬磁铁氧体硬磁铁氧体尖晶石型尖晶石型磁铅石型磁铅石型CoFe2O4-Fe2O3BaO-xFe2O3磁性铁氧体的应用磁性铁氧体的应用软磁体软磁体 电感线圈、天线、变压器和滤波器的电感线圈、天线、变压器和滤波器的磁芯磁芯以及录音和以及录音和 录像的录像的磁头磁头等。等。硬磁体硬磁体 永磁体,用于永磁体,用于高频磁场高频磁场领域。领域。在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点算不了什么功能光学陶瓷功能光学陶瓷光学陶瓷光学陶瓷要求要求
23、:具有优良的:具有优良的透光性、透光性、耐热性、耐耐热性、耐 风化性、耐膨胀性;经光的照射,风化性、耐膨胀性;经光的照射,其性质发生可逆或不可逆变化。其性质发生可逆或不可逆变化。光学陶瓷的种类光学陶瓷的种类透明陶瓷透明陶瓷红外光学陶瓷红外光学陶瓷激光陶瓷激光陶瓷 氧化物透明陶瓷氧化物透明陶瓷 Al2O3、Gd2O3、CaO、LiAl5O8、MgO、HfO、BeO 非氧化物透明陶瓷非氧化物透明陶瓷GaAs、ZnS、ZnSe、MgF2、CaF2氧化钇氧化钇基质晶体基质晶体+掺杂离子掺杂离子-Al2O3Cr在日常生活中,随处都可以看到浪费粮食的现象。也许你并未意识到自己在浪费,也许你认为浪费这一点点
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