新型无机非金属材料有哪些

新型无机非金属材料有哪些

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一、重要概念

1、新型无机非金属材料

（1）是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。

（2）包括以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。

2、陶瓷

（1）从制备上开看，陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品。

（2）从组分上来看，陶瓷是多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的聚集体。

3、玻璃

（1）狭义：熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机非金属物质。

（2）一般：若某种材料显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质，则不管其组成如何都可称为玻璃（具有玻璃转变温度 Tg）。

玻璃转变温度：玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互转化的温度。

具有Tg的非晶态新型无机非金属材料都是玻璃。

4、水泥

凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，能在空气或水中硬化，并能将砂、石、钢筋等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。

5、耐火材料

耐火度不低于1580℃的新型无机非金属材料

6、复合材料

由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。

通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能。

二、陶瓷知识点

1、陶瓷制备的工艺步骤

原材料的制备→坯料的成型→坯料的干燥→制品的烧成或烧结

2、陶瓷的天然原料

（1）可塑性原料：黏土质陶瓷成瓷的基础（高岭石、伊利石、蒙脱石）

（2）弱塑性原料：叶蜡石、滑石

（3）非塑性原料：减塑剂——石英；助熔剂——长石

3、坯料的成型的目的

将坯料加工成一定形状和尺寸的半成品，使坯料具有必要的机械强度和一定的致密度。

4、陶瓷的成型方法

（1）可塑成型：在坯料中加入水或塑化剂，制成塑性泥料，然后通过手工、挤压或机加工成型；（传统陶瓷）

（2）注浆成型：将浆料浇注到石膏模中成型

（3）压制成型：在金属模具中加较高压力成型；（特种陶瓷）

5、烧结

将初步定型密集的粉块（生坯）高温烧成具有一定机械强度的致密体。

固相烧结：烧结发生在单纯的固体之间

液相烧结：有液相参与，加助溶剂产生液相

好处：降低烧结温度，促进烧结

6、陶瓷的组织结构：晶相、玻璃相、气相

（1）晶相：陶瓷的主要组成；分为主晶相和次晶相

（2）玻璃相：玻璃相对陶瓷的机械强度、介电性能、耐热性等不利，不能成为陶瓷的主导组成部分。

玻璃相在陶瓷中的作用：粘结；粘结晶粒，填充空隙，提高致密度

降低烧成温度，促进烧结

（3）气相：气孔；降低强度，造成裂纹。

7、陶瓷力学性能的特点

（1）硬度：高

（2）强度：抗拉强度很低、抗压强度非常高

（3）塑性：塑性极差

（4）韧性：韧性差、脆性大

8、陶瓷热学性能的特点

（1）导热性：差，良好的绝热材料

（2）热稳定性（抗热震性）：概念：材料承受温度的急剧变化而不至于被破坏的能力。

陶瓷抗热震性一般较差

9、结构陶瓷

（1）概念：能作为工程结构材料使用的陶瓷，一般具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等优异性能，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷工作环境。

（2）常见种类：Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4……陶瓷

（3）应用：……

10、陶瓷增韧技术：【机理：阻碍裂纹的扩展】

（1）相变增韧：相变可吸收能量；体积膨胀可松弛裂纹尖端的拉应力，甚至产生压应力。

（2）微裂纹增韧：温度变化引起的热膨胀差或相变引起的体积差，均会产生弥散分布的微裂纹；

微裂纹与主裂纹联结，使主裂纹分叉，改变主裂纹尖端应力场，吸收其能量，阻碍其扩展。

（3）第二相颗粒弥散增韧：在基体中弥散分布的第二相颗粒阻碍裂纹的扩展。

（4）与金属复合增韧：金属是一种韧性相，通过其自身的塑性变形，可松弛裂纹尖端应力，并吸收裂纹能量。

（5）增强纤维或晶须增韧阻碍裂纹扩展。

11、功能陶瓷

概念：具有光、电、磁、声、力、生物、化学等功能的陶瓷材料。

12、透明陶瓷

（1）概念：能透过可见光的陶瓷材料

（2）使陶瓷透明的方法：

不透明原因：杂质、气孔、晶界使光线吸收和散射

透明的手段：采用高纯度、高细度的原料，同时掺入添加物或采取其他工艺上得措施，把气孔充分排除，适当控制晶粒尺寸，使制品接近于理论密度，尽可能减少陶瓷材料对光的吸收和散射

13、压电陶瓷

（1）压电效应：机械力→应变↔表面荷电

（2）压电陶瓷是一种多晶烧结体

（3）压电陶瓷的压电效应机理：材料内部自发极化产生电畴。

极化处理前：电畴分布无序，宏观极化强度为零。

极化处理后：电畴在一定程度上按外电场取向排列，宏观极化强度不为零，表现为束缚电荷。

机械作用导致电畴转向，束缚电荷发生变化。

压电陶瓷只有经极化处理后才具有压电效应。

14、热释电陶瓷

（1）热释电效应：温度变化→应变↔表面荷电

（2）机理：跟压电陶瓷类似

15、半导体陶瓷

PTC半导体陶瓷：

（1）PTC效应：正电阻温度系数效应

（2）应用：限流、恒温发热、过热保护……

三、玻璃知识点

1、可形成玻璃的物质

（1）硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐

（2）重金属氧化物③硫化物、卤化物，等

2、玻璃制备方法的通性

使材料不发生结晶、或破坏晶体的有序结构使其非晶化

（1）熔体冷却法：冷却速度必须大于原子调整成晶体的速度。

（2）非熔融法：气相沉积法、水解法、高能射线辐照法、冲击波法、溅射法等。

3、玻璃性能上的通性

（1）各向同性：玻璃态物质的质点排列无规则，满足统计均匀分布，因此其物理、化学性质在任何方向都是相同的

（2）介稳性：玻璃介于熔融态和晶态之间，属于介稳态

（3）无固定熔点

（4）物理化学性质的渐变性：玻璃态物质从熔融状态冷却（或加热）过程中，其物理化学性质产生逐渐、连续地变。

4、形成玻璃的手段

（1）冷却速度足够快。冷却速度快到足够使熔体中原子来不及重组成有序的点阵，从而使液态或气态的无定形结构得以被保留。

（2）使原子无序堆积，不形成晶格。

（3）破坏晶体的有序结构，使之非晶化机械研磨；高能辐照、强冲击波。

5、传统玻璃熔制

玻璃液的澄清：排除液中的可见气泡