无机非金属材料导论期末论文

无机非金属材料导论期末论文

王继阁无机非1009404094

一、课程内容总结

全书一共分为八章内容，前两章从物理、化学角度介绍无机非金属材料的微观结构，以及热学、力学、电磁学等方面性能的知识，从而为下面章节知识的展开作下了铺垫。3~4章介绍了从一般无机非金属材料：陶瓷、玻璃、水泥，到6~7章的特殊无机非金属材料：耐火材料、无机非金属复合材料，最后一章介绍了新型无机非金属材料：功能无机非金属材料。

无机非金属的结构在课程旳学习中，陶瓷一般分为传统陶瓷和新型陶瓷，最主要的区别是新型陶瓷是具有特殊的功能的陶瓷。陶瓷制备过程包括原料的制备、成坯、烧结等步骤。陶瓷的性能取决于结构组织，通过合理的制作工艺，可以做到对产品的结构进行一定程度的控制。也是由于传统陶瓷结构的疏松，而决定了其大多应用于建筑上对材料要求不高的领域。而新型陶瓷因其取材种类的繁多、制备工艺的突破而实现了各种性能及应用范围。在氧化物陶瓷中有氧化铝陶瓷、氧化铍、氧化钙、氧化锆、钛酸钙、钛酸镁、钛酸钡。非氧化物陶瓷则包括金刚石和石墨、碳化硅、氮化硅、氮化硼等。

玻璃的狭义定义是熔融物冷却过程中不发生结晶的无机物质。所以玻璃无晶体结构，不具有各向异性的特点。玻璃形成的方法有1.熔体冷却法2.气相冷却法3.固态法4溶郊凝胶法。对于玻璃的结构理论存在很多说法，有无序密堆硬球模型、无规则线团模型、晶子模型、无规则网络模型、玻璃结构近程有序论。我们最常见的硅酸岩玻璃是传统氧化物玻璃的一种，其他有硼酸盐玻璃，磷酸盐玻璃，锗酸盐玻璃。传统的玻璃已经不能满足现实的需要，而以重金属为基础组分形成的非传统氧化物玻璃满足了其在其他方面的需要。

以及玻璃中的非氧化物玻璃、微晶玻璃、金属玻璃。

对于水泥这一章节，介绍了水泥的原料及化学反应机理，水泥的生产工艺及流程。并举例硅酸三、二钙，硅酸三钙、铁铝酸四钙，玻璃相方面介绍了硅酸盐水泥的结构特征。硅酸盐水泥的水化和硬化，研究的是水泥调配和使用过程中的化学反应过程。对于其它品种的水泥，相铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥已经超越了传统水泥的在很在硬化时间，硬化强度等方面。

第六章介绍了耐火材料，耐火材料从不同的角度有不同的分类方法。从耐火材料的组成可以分为，硅质制品，镁质制品、铬质制品、碳质制品、锆质制品等。耐火材料主要成份为sio2,除此以外，还有一些杂质及添加成分以降低烧成温度。耐火材料的性能很大程度上取决于耐火材料的组织结构，材料中的气孔密度，体积密度，真密度，透气度都是表征材料的重要参数。

定型耐火材料包含了硅质耐火材料、硅酸铝制耐火材料，碱性耐火制品。特种制品，熔铸制品。及不定型耐火材料等。

第七章介绍了无机非金属符合材料，无机复合材料即两种或两种以上的化学性质相同的组成的材料。无机复合材料由基体和增强体组成。一般增强方法为纤维增韧和颗粒增韧。按照属性又可分为金属纤维增强材料，无机非金属增强材料。颗粒增强无机非金属基符合材料，金属陶瓷复合材料、碳陶复合材料。

第八章介绍了功能无机非金属材。功能无机非金属材料及在光电磁热等

物理性能上表现突出的材料。如对光光电效应较为敏感的晶体硅材料，大规模应用于太阳能发电等领域。又如具有消磁和磁化性能的铁电材料可用于二进制存储领域。在结构形变时产生电动势的压电材料，电磁屏蔽效应的材料等。

二、案例分析

硼纤维增强铝基复合材料

作为硼纤维骨架的硼元素位于周期表的第5 号位，以共价键相结合。其硬度仅次于金刚石，硼纤维是高性能复合材料重要的纤维增强体之一，是用化学气相沉积法使硼纤维沉积在钨丝或碳纤维新材上制得的直径为100~200μm的连续单丝。它具有其他陶瓷纤维难以比拟的高强度、高模量和低密度等特点，是制备高性能复合材料用的重要增强纤维材料。硼纤维有拉伸强度超过了高强度钢，密度只有2.5g/cm3，强度比普通金属（钢、铝等）高4~8倍。硼的硬度极高，摩氏硬度9.5，仅次于金刚石。

工艺：制造硼纤维时都是使用氢还原法。这种化学气相沉积法连续生产工艺实质是在连续移动的钨丝基体上用氢气还原三氯化硼制备硼纤维化学反应式

为:BCl3+3P2H2yB+3HCl。

通常金属基复合材料的制备方法为固态法、液态法和自生成法三大类。根据增强体和基体的类型,物理、化学特性,不同的金属基复合材料在制造方法上有很大的差别。非连续增强金属基复合材料则可采用常规冶金方法生产。而连续纤维增强的金属基复合材料通常需要采用固态扩散黏结、液态金属熔融浸润法等特殊工艺。与金属结构的制造方法不同纤维增强铝基复合硼纤维不能直接增强铝基复合材料，而是借助于sic等涂层，又能保持较好的润湿性。

熔融浸润法是用液态铝或铝合金浸润纤维束,使每根纤维被熔融金属润湿,除去多余的金而得到复合丝,再经过挤压固化而制得复合材料型材。对纤维进行表面处理,可有效改善纤维与金属间的浸润性并可控制界面反应。当采用液体金属熔浸

法制备时,金属液的温度越高所得的复合材料的性能越差,这是由于硼纤维与铝反应加剧而性能恶化,高压又会使纤维损伤而影响性能,因此,必须控制好工艺参数。热压扩散黏结法热压扩散黏结法是制备硼纤维、碳化硅纤维增强铝、钛合金MMCs的主要方法之一,其工艺流程如下:先将增强纤维按设计要求与金属基体组

成复合材料预制片,并将预制片按照所需的形状叠层排布,放入热压模具内,在真

空或惰性气体条件下进行热压或热等静压,基体金属会填充到纤维间隙中,增强体被基体材料包覆,基体之间通过扩散黏结结合在一起,制成了复合材料。在整个工艺过程中,复合材料预制片制备和:硼纤维增强铝基复合材料的研究进展，热压或热等静压过程是很重要的两个工序,将直接影响复合材料中纤维的分布、界面

的特性和性能。

二、个人所得漫谈

通过本课程的学习，我系统地了解了无机非金属这门专业所涉及的各个方面。

将我所学到的各个课程所学的内容有机地结合了起来，联系了起来。在这个课程中，每一个章节都非常有条理的将各个知识点罗列了出来，从物理化学机理讲述了每种类型材料的微观结构、价键类型，到每一种材料的结构，性能，应用。不仅有对传统材料研究的总结，还有对新材料的推测和展望。