无机非金属重要知识点

绪论
传统上的无机非金属材料主要有陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料四种，其主要化学组成均为硅酸盐类。

无机非金属材料是一门多学科相互交叉的新兴科学，主要研究无机非金属材料的成分和制备工艺、组织结构、材料性能和使用性能四个要素。

第一章玻璃的结构与性质
玻璃态物质具有下列主要特征：
1、各向同性
2、介稳性
3、无固定熔点
4、性质变化的连续性和可逆性
玻璃特点：可以认为短程有序和长程无序是玻璃物质结构的特点
为什么氧化钙比氧化钠好：
在碱硅二元玻璃中加入CaO，可使玻璃的结构和性质发生明显的改善。

由于半径与Na+相近，而电荷比Na+大一倍的Ca2+离子，场强比Na+大的多，当它处于网穴中时具有显著的强化玻璃结构和限制Na+活动的作用。

由此得到具有优良性能的钠钙硅玻璃。

网络生成体氧化物应满足以下条件：
1）每个氧离子应与不超过两个阳离子相联。

2）在中心阳离子周围的氧离子配位数必须小于或等于4。

3）氧多面体相互共角而不共棱或共面。

4）每个多面体至少有三个顶角是共用的。

均匀成核：
均匀成核是指在宏观均匀的玻璃中，在没有外来物参与下与相界、结构缺陷等无关的成核过程，又称本征成核或自发成核。

非均匀成核：
非均匀成核是依靠相界、晶界或基质的结构缺陷等不均匀部位而成核的过程，又称为非本征成核。

填空题：粘度随温度变化的快慢是一个很重要的玻璃生产指标，常称其为玻璃的料性，粘度随温度变化快的玻璃称为短性玻璃，反之称为长性玻璃。

计算粘度（15页）。

判断题（14,21,23,24）
第二章玻璃原料及配合料制备
凡能被用于制造玻璃的矿物原料、化工原料、碎玻璃等统称为玻璃原料。

为了熔制具有某种组成的玻璃所采用的，具有一定配比的各种玻璃原料的混合物叫做配合料。

玻璃原料通常按其用量和作用的不同而分为主要原料和辅助原料。

主要原料是指向玻璃中引入各种组成氧化物的原料，如石英砂、石灰石、纯碱等。

辅助原料是指为使玻璃获得某些必要的性质和加速熔制过程的原料，如澄清剂，着色剂，脱色剂，氧化剂和还原剂，乳浊剂等。

这种原料用量少，但它们的作用往往是不可代替的。

配合料的制备过程是:
计算出玻璃配合料的料方，根据料方称取各种原料，
再用混合机混合均匀即制得了玻璃配合料。

选择原料的原则应遵循以下原则：
1）原料的质量应符合玻璃制品的技术要求，其中包括化学成分稳定、含水量稳定、颗粒组成稳定，有害杂质（主要指三氧化二铁）少等。

2）便于日常生产中调整成分。

3）适于熔化与澄清，挥发与分解的气体无毒性。

4）对耐火材料的侵蚀要小。

5）原料应易加工、矿藏量大、运输方便、价格低等。

设计玻璃组成的原则：
1）根据组成、结构和性质的关系，使设计的玻璃能满足预定的性能要求。

2）根据玻璃的形成图和相图，使设计的组成能够形成玻璃析晶倾向小。

3）根据生产条件使设计的玻璃能适应熔点、成型、加工等工序的实际要求。

4）所设计的玻璃应当价格低廉，原料易于获得。

配合料的制备：
1）对配合料的质量要求（1、具有正确性和稳定性2、具有一定的水分3、具有一定的气体率4、混合均匀）
2）配合料的混合
3）配合料的质量检验
第三章玻璃的熔制及成型
玻璃的熔制过程：
合格的配合料经高温加热形成均匀的、无缺陷的并符合成型要求的玻璃液的过程，称为玻璃的熔制过程。

玻璃熔制过程中不同变化而分为五个阶段：
1）硅酸盐形成阶段
2）玻璃形成阶段
3）玻璃液的澄清阶段
4）玻璃液的均化阶段
5）玻璃液的冷却阶段
解释玻璃炸裂原因：
当玻璃液存在化学不均匀体时，主体玻璃与不均匀体的性质也不同，这对玻璃制造产生不利的影响。

例如，两者热膨胀系数不同，则在两者界面上将产生结构应力，这个往往就是玻璃制品产生炸裂的重要原因；两者光学常数不同，则使光学玻璃产生光畸变；两者的粘度不同，是窗用玻璃产生波筋、条纹的原因之一。

产生二次气泡的主要情况有：
1）硫酸盐的热分解
2）物理溶解的气体析出
3）玻璃中某些组分易产生二次气泡。

为什么配合料中加水份：
配合料的润湿能改善配合料的均匀性，因为配合料中保持一定的水分，能使配合料中的芒硝和纯碱等助溶剂覆盖粘附于石英砂颗粒表面，提高了内摩擦系数，并使配合料颗粒的位置相互巩固，减少分层倾向，提高配合料的反应能力及减轻飞料现象。

加料方式（44页）
玻璃的熔制制度：主要的是温度制度，压力制度和气氛制度。

沿窑长的温度曲线上，玻璃澄清时的最高温度点（热点）和成型时的最低温度点
是具有决定意义的两点。

玻璃熔制的工艺制度除温度制度之外，还有压力制度、气氛制度、泡界线制度及玻璃液面制度，通常把他们称为玻璃的五大工艺制度。

浮法是指熔窑熔融的玻璃液流入锡槽后在熔融金属锡液的表面上成型平板玻璃
的方法。

玻璃的拉薄：分为高温拉薄和低温拉薄两种方法，低温拉薄比高温拉薄更有利；低温拉薄可以分为两种，即低温急冷法和低温徐冷法。

第四章 玻璃的退火和淬火
玻璃中的应力一般分为三类：热应力、结构应力及机械应力。

玻璃中由于存在的温度差而产生的应力，称为热应力，按其存在的特点，分为暂
时应力和永久应力。

当玻璃内外温度相等时所残留的热应力称为永久应力。

（60页）
第五章 玻璃的缺陷
怎么造成析晶结石：
玻璃体的析晶结石，是由于玻璃在一定温度范围内，本身的析晶所造成的，这种
析晶作用在生产中通常称为“失透”，是影响玻璃质量的一个很重要的因素。

防止产生析晶结石的主要措施有：
1）选择析晶倾向小的玻璃成分，降低析晶氧化物的含量。

2）尽量减小玻璃液在窑炉的易析晶区的停留时间。

3）尽量减少窑炉结构中使玻璃液滞留的死角。

第六章 建筑玻璃及其深加工
微晶玻璃：把加有晶核剂（或不加晶核剂）的特定组成的玻璃在有控条件下进行
晶化热处理，使原单一的玻璃相形成了有微晶和玻璃相均匀分布的复合材料，称
之为微晶玻璃。

第七章 陶瓷原料 陶瓷类原料：粘土 、石英、长石
石英在陶瓷生产中的作用：
1）是瘠性料，可降低可塑性，减少收缩变形，加快干燥。

2）在高温时可部分溶于长石玻璃中，增加液相粘度，减少高温时的坯体变形。

3）未熔石英与莫来石一起可构成坯体骨架，增加强度。

4）在釉料中增加石英含量可提高釉的熔融温度和粘度，提高釉的耐磨性和抗化
学腐蚀性。

莫来石分子式：（3Al 2O 3·2SiO 2—2Al 2O 3·2SiO 2）
陶瓷基本原料的各个作用：
粘土提供了可塑性，以保证成型的工艺要求；石英是耐熔的骨架成分；长石则是
助溶剂，促使烧结时玻璃相的形成。

第八章配料计算及坯料制备
坯料配方的确定:
1)充分了解相关信息，2）初步确定配方，3）试制确定正式配方。

陶瓷坯料的定义：
坯料是指将陶瓷原料经拣选、破碎等工序后，进行配料，再经混合、细磨等工序后得到的具有成形性能的多组分混合物。

混合制备:1、细粉碎2、泥浆的脱水3、造粒4、陈腐5、练泥及真空处理。

第九章成型
成型的三种方法：可塑成型，注浆成型，压制成型。

成型就是将坯料制成具有一定形状、强度的坯体（生坯），其过程取决于坯料的成型性能及工艺方法。

可塑成型是指对具有一定可塑能力的泥料，如可塑坯体，进行加工成型的工艺过程。

泥料会出现触变性的的原因被认为是什么：
粘土片状颗粒的表面尚残留少量电荷未被完全中和，以至形成局部的边-边或边-面结合，构成了空间网络结构。

这时，泥浆中大量的自由水被分隔和封闭在网络的空隙中，使静置的整个粘土-水系统形成一种好似水分已减少，粘度增加的变稠和固化状态。

但这种网络结构是疏松和不稳定的，稍有剪切力作用或振动时，就能破坏这种网络结构，使被分隔或封闭在空隙中的自由水又解脱出来，整个系统又变成一水分充足、粘度降低，流动性增加的状态。

在放置一段时间后，上述网状结构又会重新建立，重新又出现变稠现象，此亦叫触变厚化现象。

注浆成型操作注意事项：
1）新制成的泥浆至少需存放一天以上再使用，用前须搅拌5~10min。

2）浇注泥浆温度不宜太低，否则会影响泥浆的流动性。

3）石膏模应按顺序轮换使用，使模型湿度保持一致。

4）注入泥浆时，为使模内的空气充分逸出，应沿漏斗徐徐不断地一次注满；最好将模子至于转盘上，一面注一面用手使之回转，好借助离心力的作用，促使泥层均匀，减少坯内气泡，减小烧成变形。

对于实心注浆，在泥浆注入后，可将模型稍微振动，促使泥浆充分流动将各处填满，并有利泥浆内的气泡散逸。

5）石膏模内壁在注浆前最好喷一层薄釉或撒一层滑石粉，以防粘模。

6）从空心注浆倒出的余浆和修整后的剩余废浆，在回收使用时，要先加水搅拌，洗去从模上混入的硫酸钙等可溶性的盐类，再过筛压滤后与浆料配用。

7）注浆坯体脱模后需轻拿轻放，放平放稳防止振动。

特殊形状的坯体最好放在托板上。

压制成型是指在坯料中加入少量的水分或塑化剂，然后再在金属模具中经较高压力被压制成型的工艺过程。

第十章釉料制备及施釉
釉的配方的总原则：
是釉料必须适应于坯料。

酸性强的坯配酸性弱的釉，酸性弱的坯配偏碱性的釉，
含SiO
2高的坯配长石釉，含Al
2
O
3
高的坯配石灰釉。

坯釉中间层的形成：
由于坯釉化学组成上的差异，烧釉时釉的某些成分渗透到坯体的表层中，坯体某些成分也会扩散到釉中，熔解到釉中。

通过熔解与扩散的作用，使接触带的化学组成和物理性质介于坯体与釉层之间，结果形成中间层。

具体的说，该层吸收了
坯体中的Al
2O
3
、SiO
2
等成分，又吸收釉料中的碱性氧化物及B
2
O
3
等。

它对调整
坯釉之间的差别、缓和釉层中应力、改善坯釉的结合性能起一定的作用。

坯和釉的适应性：
坯釉适应性是指熔融性能良好的釉熔体，冷却后与坯体紧密结合成完美的整体，不开裂不剥脱的能力。

影响坯、釉适应性的因素主要有四个方面：
1)热膨胀系数对坯、釉适应性的影响
2)中间层对坯、釉的适应性的影响
3)釉的弹性、抗张强度对坯、釉适应性的影响
4)釉层厚度对坯、釉适应性的影响。

第十一章干燥
物料中水分的类型：自由水、吸附水、化学结合水。

干燥缺陷产生原因及解决措施（十分题）（139页）
1.原料制备方面
1）坯料配方中塑性粘土用量太多或太少，并且分布不均匀，原料颗粒大小相差过大，混合不均匀等，在干燥中易产生开裂。

2）坯体含水量太大或水分分布不均匀，在干燥中易产生开裂。

2.成型方面
1）成型时受压力不均，以致坯体各部位紧密程度不同；或压制操作不正确，坯体中气体不能很好排除，有暗裂等。

2）练泥或成型时坯体所产生的应力未能完全消除，在干燥时有可能发生变形。

3）泥料在练泥机处理时，已发生层裂，而又未能消除，则坯体干燥后易发生开裂。

4）注浆时石膏模过干或模型构造有缺点；脱模过早，坯体在精修、镶接时操作不当，或石膏模各部位干湿程度不一致，吸水不同，造成密度不一致。

3.干燥方面
1）干燥速度过快，使坯体表面收缩过大易造成开裂。

2）坯体各部位在干燥时受热不均，或气流流动不均，使收缩不匀而造成开裂。

3）坯体放置时不平稳或放置方法不适当，由于坯体本身重量作用的关系也可能变形。

4）坯体本身传热传质的条件不同，边角处升温、干燥快，特别是大件产品，边缘及棱角处与中心部位干湿差较大，易出现开裂缺陷。

5）干燥时气流中的水气凝在冷坯上，再干燥时易使坯体开裂。

解决措施
处理干燥缺陷，应具体分析产生缺陷原因，得出较切合实际的结论，然后采取必要的措施来解决。

1）坯料配方应稳定，粒度级配应合理，并注意混合均匀。

2）严格控制成型水分，水分应均匀一致。

3）成型应严格按操作规程进行，加强检查以防止有微细裂纹和层裂的坯体进入干燥器。

4）器型设计要合理，避免厚薄相差过大。

5）为防止边缘部位干燥过快，可在边缘部位作隔湿处理，即涂上油脂类物质，以降低边缘部位的干燥速度，减少干燥应力。

6）设法变单面干燥为双面干燥，有利于增大水分扩散面积，减少干燥应力。

7）严格控制干燥过程，使外扩散与内扩散趋向平衡。

8）加强干燥制度和干燥质量的检测，并根据不同的产品，制定合理的干燥制度。

第十二章烧成
烧成定义：
将陶瓷坯体加热至高温，发生一系列物理化学反应，然后冷却至室温，坯体的矿物组成与显微结构发生显著变化，外形尺寸得以固定，强度得以提高，最终获得某种特定使用性能的陶瓷制品，这一工艺过程称为烧成。

烧成就是加热坯体使之发生质变成瓷的过程。

第十四章气硬性胶凝材料
石膏浆体硬化并形成具有强度的人造石，一般认为其结构变化经过了两个阶段，即凝聚结构形成阶段和结晶结构网的形成和发展阶段。

与其他胶凝材料不同，镁质胶凝材料在使用是不用水调和，必须用一定浓度的氯化镁溶液或其他盐类溶液来调和的原因：
实验证明经一般煅烧温度（600℃—800℃）所得的MgO，在常温下水化时，其
水化产物Mg(OH)
2的最大浓度可达0.8—1.0g/L,而Mg(OH)
2
在常温下的平衡溶解
度为0.01g/L，所以溶液中Mg(OH)
2
的相对过饱和度很大（为80—100），过大的过饱和度会产生大的结晶压力，使硬化过程中形成的结晶结构网遭到破坏。

因此，镁质胶凝材料不用水调和。

第十五章硅酸盐水泥
硅酸盐水泥即是以硅酸钙为主要成分的熟料所制得水泥的总称，又是专指一种水泥品种。

凡由硅酸盐水泥熟料，0%—5%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称为硅酸盐水泥，亦称波特兰水泥。

硅酸盐水泥的主要技术要求为：细度、凝结时间、体积安定性、强度等级。

生产硅酸盐水泥的主要原料是石灰质原料、粘土质原料和铁质校正原料。

硅酸盐水泥的生产主要经过三个阶段，即生料制备、熟料煅烧与水泥粉磨。

湿法回转窑内熟料形成过程的六个带：1)干燥带2）预热带3）碳酸盐分解带4）放热反应带5）烧成带6）冷却带
矿化剂是指能加速结晶化合物的形成，使水泥生料易烧，提高熟料质量的少量外加物。

阿利特—（C
3S固溶体）贝利特—（β—C
2
S）才利特——（C
4
AF）
水石榴石：（C
3AH
6
）水化硅酸钙：（C—S—H）
钙矾石：（3CaO·Al
2O
3
·3CaSO
4
·32H
2
O)
莫来石：（3Al
2O
3
·2SiO
2
—2Al
2
O
3
·2SiO
2
）
一般总是铝酸三钙水化最快，硅酸三钙和铁铝酸钙次之，而硅酸二钙最慢。

熟料经过粉磨，并在粉磨过程中加入少量石膏，达到一定细度，才成为水泥。

中间相：填充在阿利特、贝利特之间的铝酸盐、铁酸盐、组成不定的玻璃体和含碱化合物等称为中间相。

游离氧化钙和方镁石不稳定,不是良好水泥所需要的：
水泥熟料中，常常还含有少量的没有与其他矿物结合的以游离状态存在的氧化钙，称为游离氧化钙，又称游离石灰（f—CaO）。

因多呈死烧状态，因此水化速度极慢，常常在水泥硬化以后，游离氧化钙的水化才开始进行，生成氢氧化钙，体积增大，在水泥石内部产生内应力，使抗拉、抗折强度有所降低，严重时甚至引起安全性不良。

熟料煅烧时，氧化镁有一部分和熟料矿物结合成固溶体以及溶于液相中，多余的氧化镁即结晶出来呈游离状态的方镁石存在，并对水泥安定性有不良的影响。

熟料的率值（194页）
硅率：表示熟料中SiO
2与Al
2
O
3
、Fe
3
O
4
之和的质量比值，以SM或n表示。

铝率：又称铁率，表示熟料中Al
2O
3
和Fe
2
O
3
含量的质量比，以IM或p表示。

石灰饱和系数：在水泥熟料中，氧化钙总是与两性氧化物 Al
2O
3
，碱性氧化物Fe
2
O
3
饱和生成C
3A，C
4
AF,在生成上述矿物后，所余下的CaO与使SiO
2
饱和形成C3S
所需的CaO的比值称为石灰饱和系数，以KH表示，他表示SiO
2
与CaO饱和形
成C
3
S的程度。

什么是硬化水泥浆体：
硬化水泥浆体是一非匀质的多相体系，由各种水化产物和残存熟料所构成的固相以及存在于孔隙中的水和空气所组成，所以是固—液—气三相多孔体。

水泥硬化浆体中的水有不同的存在形式，分别是：结晶水、吸附水、自由水。

初凝、终凝
在水化的诱导期，水泥浆的可塑性基本不变；然后逐渐失去流动能力，开始凝结，到达初凝。

接着就进入凝结阶段，继续变硬，待完全失去可塑性，有一定结构强度，即为终凝。

假凝现象：
假凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象。

与很多因素有关，除熟
料的C
3
A含量偏高、石膏掺量较多等条件外，一般认为主要还由于水泥在粉磨时受到高温，使二水石膏脱水成半水石膏的缘故。

当水泥调水后半水石膏迅速溶于水，溶解度亦大，部分又重新水化为二水石膏析出，形成针状结晶网络结构，从而引起浆体固化。

对于某些含碱量较高的水泥，所含的硫酸钾会依下式反应
K
2SO
4
+CaSO
4
·2H
2
O=K
2
SO
4
·CaSO
4
·H
2
O+H
2
O
所生成的钾石膏结晶迅速长大，也会是造成假凝的原因。

抗渗性就是抵抗各种有害介质进入内部的能力。

抗冻性是指在冻融循环作用下，保持原有性质，抵抗破坏的能力。

第十六章掺混合材料的水泥
活性混合材料：
凡是天然的或人工的矿物质材料磨成细粉，加水后本身不硬化，但与激发剂混合，加水拌和后，不但能在空气中硬化，而且能在水中继续硬化者，称为活性混合材料或称为水硬性混合材料。

常用的激发剂有两类，碱性激发剂（石灰或水化时能析出氢氧化钙的硅酸盐水泥熟料）和硫酸盐激发剂（二水石膏、半水石膏、无水石膏或以硫酸铜为主要成分的化工废渣，如磷石膏、氟石膏等）。

非活性混合材料：
凡是天然或人工的矿物质材料，磨成细粉与石灰混合，加水拌和后，不能或很少生成具有胶凝性的水化产物，参入水泥中仅起降低强度和增强水泥产量作用者，称为非活性混合材料或称为非水硬性混合材料。

粉煤灰又称飞灰，发电厂锅炉以煤粉为原料从烟道气体中收集下来的灰渣。

标记有R的为早强型水泥。

快硬硅酸盐水泥：
凡以适当成分的生料，烧至部分熔融，所得以硅酸钙为主要成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量石膏，磨细制成具有早期强度增进率较高的水硬性胶凝材料，称为快硬硅酸盐水泥，简称快硬水泥。

第十八章耐火材料
解释带层状结构：
单侧加热时由于发生烧结、热毛细现象和扩散现象，与腐蚀体之间的反应，以及某些情况下发生多晶型现象，就会形成带层结构。

形成带层结构的必备条件就是温度梯度。

当与外部介质无质量交换时，则耐火材料本身的液相将会参与带层状结构的形成。

带层状结构由工作层、过渡层和微变层组成，工作层中的化学成分及矿物组成均发生变化，过渡层只是结构发生变化，而微变层中一般保持原有的成分和结构。

耐火度：表示材料抵抗高温作用而不熔化的性能叫耐火度。

荷重软化温度：耐火制品在承受高温和恒定压负荷的条件下，产生一定变形时的温度叫荷重软化温度。

重烧线变化：耐火制品加热至一定温度，冷却后制品长度不可逆地增加或减少叫重烧线变化，以“%”表示。

抗热震性：耐火材料对于急热急冷式的温度变动的抵抗能力叫抗热震性。

陶瓷结合：主晶相间低熔点的硅酸盐非晶质和晶质联结在一起而形成的结合叫陶瓷结合。

化学结合：化学结合指耐火制品中由化学结合剂形成的结合，即加入少量结合物质，在低于烧结温度的条件下，发生一系列的化学反应使制品硬化而形成的结合。

直接结合：由耐火主晶相直接接触所产生的一种结合法式称之为直接结合。

它既是不同于化学结合，也不属于陶瓷结合。