2.2 晶态与非晶态材料

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CCC强制认证(安全玻璃、陶瓷砖放射性) 产品自愿性认证(水泥、玻璃和陶瓷等50类建材产品) 体系认证(质量管理体系、环境管理体系、职业健康安全管理体系) 汽车玻璃零配安装服务认证
中国安全玻璃认证中心简介
中国安全玻璃认证中心: ※1989年11月就开始开展汽车安全玻璃安全认证工作。 ※ 2002年4月经国家认证认可监督管理委员会授权对汽 车、建筑和机车用安全玻璃实施CCC强制认证。 ※认证中心在汽车安全玻璃方面,拥有国内知名的技术 专家和众多技术人员,熟悉了解产品的生产工艺和检测 技术。 享受政府特贴专家2人、 博士7人、工程硕士33人、 管理学硕士5人、教授级 高工13人、高级工程师 及工程师84人等专业技 术人才,计100余人
水化硅酸钙(70%) 氢氧化钙 (20%) 水化铝酸钙 水化铁酸钙 水化硫铝酸钙
水化程度与水泥石组成
凝结与硬化
凝结: 水泥加水拌和形成具有一定流动 性和可塑性的浆体,经过自身的物理化 学变化逐渐变 稠失去可塑性的过程。 硬化: 失去可塑性的浆体随着时间的增 长产生明显的强度,并逐渐发展成为坚 硬的水泥石的过程。
2.2 晶态与非晶态材料
2.2.1晶态材料和非晶态材料的异同
本质区别: 晶态材料具有长程有序的点阵结构,其 组成原子或基元处于一定格式空间排列 的状态; 非晶态材料则象液体那样,只有在几个 原子间距量级的短程范围内具有原子有 序的状态。(短程有序)

含义

晶体广泛存在,并可以用各种偏离理想 晶体的缺陷使其具有一定的性质,晶体 材料是固体材料的核心。 非晶态材料指非结晶状态的材料,一般 指以非晶态半导体和非晶体金属为主的 普通低分子的非晶态固体材料,广义地, 还包括玻璃、陶瓷以及非晶态聚合物。


防弹玻璃的使用安全效果主要有两个判断标准,第一是 子弹不得贯穿,若子弹穿破而过即丧失了屏护作用、第 二不能背面玻璃掉碴,因为碎碴的飞溅也可能伤及人身。
中空玻璃
两片或两片以上的玻 璃组合,玻璃与玻璃 之间保持一定的间隔, 间隔中是干燥的空气, 周边用密封材料包裹, 由此加工成中空玻 璃.,具有隔热、隔 音、防霜、防结露等 优良性能。
磨砂玻璃
满城汉玻璃耳杯
广西贵县出土 的玻璃杯
魏晋南北朝的玻璃钵 隋李静训墓出土的玻璃圆盒
网纹玻璃杯
河北定县静志寺出 土的北宋玻璃杯
目前发现的最大的元代玻璃器
清乾隆白地套红玻璃双合瓶
CTC简介
中国安全玻璃 认证中心 国家建筑材料 测试中心
CTC 中国建筑材料检验 认证中心 国家安全玻璃及 国家水泥质量 石英玻璃质量 监督检验中心 监督检验中心 资质:
水泥的优点
耐久 性 工艺 简单
低成 本 可塑 性
水泥的优点
水泥的种类(按用途分)

通用水泥 硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥 矿渣硅酸盐水泥 火山灰质硅酸盐水泥 粉煤灰硅酸盐水泥 复合水泥


专用水泥 砌筑水泥 油井水泥 特性水泥 快硬水泥 膨胀水泥 抗硫酸盐水泥 中热水泥
水泥的种类(按化学成分)
硅酸盐水泥 铝酸盐水泥 硫酸盐水泥

均化阶段
玻璃的化学组成和折射率趋向一致的阶段叫均化。 温度稍低于澄清阶段。


冷却阶段
玻璃的质量达到了要求,冷却玻璃液使温度下降 200℃~300℃。 冷却后温度约为1200℃。 粘度增加到可向供料机供料所需数值(1000P)。

熔制过程是连续作业,5个阶段在熔炉的不同部位进 行。
1、组成 2、原料 3、生产设备 4、反应原理 5、玻璃态物质 6、几种常见的玻璃 玻璃工业


玻璃形成阶段
继续加热,硅酸盐与剩余二氧化硅相互熔解,烧结物变成了透 明体,化学组成和性质不稳定。 温度在1200℃-1250℃之间。


澄清阶段
温度提高,粘度逐渐下降,玻璃液中的可见气泡慢慢跑出,进 入炉气,即所谓澄清过程。 温度1400℃-1500℃。 粘度维持在100P左右。

◦ ◦ ◦ ◦ 硅酸三钙 硅酸二钙 铝酸三钙 铁铝酸四钙
回转窑炉
中国在1889年于唐山建立了第一座水泥厂。1906 年在唐山成立启新洋灰股份有限公司。1949年的水泥 产量为660千吨,到1984年已达120万吨,水泥的品 种也从单一的硅酸盐水泥发展到60多个品种。
水泥的水化机理

水化产物
◦ ◦ ◦ ◦ ◦
玻璃的熔制
玻璃熔炉

又叫玻璃熔窑。有两种类型:池窑和坩埚窑。 熔制温度为1500~1600℃。
由耐火材料制成,规格用面积表示,炉壁寿命3年。
◦ 玻璃熔制过程


硅酸盐形成阶段
反应在较大程度上是在固态下进行的,这一阶段结束时,配合 料变成了由硅酸盐和二氧化硅组成的不透明烧结物。 在800℃-900℃完成。
水泥
硅酸盐水泥兴起于19世纪。 它已经成为现在最为重要的一种建筑材料。 它的化学成分复杂,但主要的胶结成分是 水化硅酸钙。 普通硅酸盐水泥强度高、能抗硫酸盐腐蚀、 水化热,也可用于制备砂浆。 为了建筑需要,水泥可做成白色、黑色或 其他各种颜色。

水硬性
多样 性
水泥的 优点
与钢筋 粘结性 好

硅酸盐工业简介
以含硅物质为原料,经加工制得硅酸盐产品 的工业称为硅酸盐工业。如制造玻璃、陶瓷、水 泥等产品的工业都属硅酸盐工业。 硅酸盐工业的特点: (1)原料: 含硅的物质、碳酸盐等。 (2)反应条件: 高温。 (3)反应原理: 复杂的物理、化学变化。 (4)生成物: 硅酸盐。
大规模集成电路

凝结硬化过程
初始反 • 约持续5~10分钟 应期
• 初始的溶解和水化, • 流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长
潜伏期
• 持续1小时
• 凝胶膜破裂、长大并连接、水泥颗粒进一步水化,持续6小时
凝结期
• 多孔的空间网络-凝聚结构,失去可塑性
硬化期
• 凝胶体填充毛细管,持续6小时以上至若干年硬化石状体密实空 间网

光学玻璃
透光性能好、有折光和色散性 用途:眼镜片;望远镱用凹凸透镜等光 学仪器

光学玻璃型材
石英玻璃
膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光 用途:化学仪器;高压水银灯、紫外灯 等的灯壳; 光导纤维等

玻璃纤维与玻璃钢
玻璃在熔化状态下抽成丝成为玻璃纤 维,玻璃纤维用合成树脂一层层胶 合压制成一定形状,并在加压下加 热固化,形成玻璃钢,强度大如钢, 比钢轻。玻璃纤维耐腐蚀、不怕烧、 不导电、不吸水、隔热、吸声、防 虫蛀等。
玻璃
玻璃的定义及分类
–定义
• 广义包括:无机玻璃和有机玻璃两大类。 • 这里玻璃指无机玻璃。 • 定义:介于晶态和液态之间的一种特殊状态, 由熔融体过冷而得,其内能和构形熵高于相应 的晶态,其结构为短程有序和长程无序。
–组成及分类 ◦ 元素玻璃
◦ 玻璃 ◦
◦ 卤化物玻璃 氧化物玻璃:工业生产的商品玻璃的主要品种。 硫系玻璃等

化学强化处理
◦ 在玻璃表面进行离子交换使玻璃强化的方法统称 为化学钢化。 ◦ 原理是把玻璃组成中的Na+置换为半径较大的K+, 由于这种置换作用,将其抵抗拉应力的压应力层 预先置入玻璃表面,实现了玻璃强化的目的。 ◦ 将普通玻璃置于欲置换离子的熔岩中,在高温下 进行离子交换处理是一种使玻璃化学钢化的方法。

水泥砂浆、混凝土、钢筋混凝土
水泥砂浆:水泥、沙子和水的混合物,是 建筑用粘合剂,可把砖、石等粘结起来。 混凝土:水泥、沙子和碎石的混合物。 混凝土常用钢筋做结构,即钢筋混凝土结 构。钢筋混凝土的强度大,常用来建造高 楼大厦、桥梁等高大的建筑物。
特 种 水 泥
快硬水泥,低热和水泥中热水泥, 抗硫酸盐水泥 油井水泥,膨胀水泥,耐火水泥, 白色水泥, 彩色水泥,防辐射水泥,防藻水 泥,抗菌水泥等。
◦ 玻璃表面的热处理

玻璃强化技术
通过热处理然后急冷制造钢化玻璃的技术是较 早采用的强化玻璃的方法,也叫风冷强化法。 基本作法是用冷空气或油浴急剧冷却处于高温 但尚未软化的玻璃。
120 80 40 0 40 80 120
表面 内部 表面
20 10 0 10 20
压应力
张应力
钢化玻璃的表面与内部剩余应力(截面图)

夹层玻璃
夹层玻璃一般由两片 普通平板玻璃和玻璃 间的有机中间胶合层 构成,也可以是三层 玻璃与两层胶合层构 成,还可以有更多的 层复合在一起。经加 热,加压粘合成的平 的或弯曲的复合玻璃 制品。
防弹玻璃是夹层玻璃的一种

防弹玻璃是由多层玻璃和胶片叠合制成,总厚度一般在 20mm以上,要求较高的防弹玻璃总厚度可以达到50mm 以上。防弹效果与防弹玻璃的下述结构因素有关: 1)防弹玻璃的总厚度与防弹效果成正比; 2)防弹玻璃结构中的胶片厚度与防弹效果有关,如 1.52mm胶片防弹效果优于使用0.76mm胶片的防弹玻璃; 3)玻璃强度与防弹效果有关,采用钢化玻璃制作的防弹 玻璃,其防弹效果优于普通玻璃制作的防弹玻璃。
现代通信用光缆
战国中晚期玻璃璧 古埃及玻璃制品
夹丝玻璃

夹丝玻璃也称防 碎玻璃和钢丝玻 璃。它是将普通 平板玻璃加热到 红热软化状态, 再将预热处理的 铁丝或铁丝网压 入玻璃中间制成 的。
夹丝玻璃特点 : •防火性 •安全性 • 防盗性
夹丝玻璃用途: (1)按着建筑法规定, 夹丝玻璃用于防止火焰扩 散延烧的开口部分。 (2)用于屋顶、天窗、 阳台等部分。一旦玻璃破 碎,碎片也没有落下的危 险。 (3)用于防火区、防烟 壁。
• 用于一般工程
• 特点是快硬、早强 • 主要用于紧急抢修工程、早强工程、冬 季施工、抗蚀、抗冻等工程
• 特点是早强、膨胀 • 适用于抢修工程、锚固和地下工程等
水泥的生产
以粘土和石灰石为主要原料,经研磨、混 合后在水泥回转窑中煅烧,再加入适量石 膏,并研成细粉就得到普通水泥。

硅酸盐水泥的主要矿物组成包括Fra bibliotek太阳能电池
玛瑙
硅酸盐 种类很多,结构也很复杂,通常可用二氧 化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。 硅酸钠:Na2SiO3可以写成Na2O · SiO2 高岭石:Al2(Si2O5)(OH)4 Al2O3 · 2SiO2 · 2H2O 钙长石:CaAl2SiO6 CaO · Al2O3 · SiO2 正长石: K2Al2Si6O16 K2O ·Al2O3 ·6SiO2

玻璃的命名

由两种以上玻璃形成体氧化物组成的玻璃, 以其含量多少来命名。 ◦ 举例:在SiO2 , B2O3 , Al2O3 作玻璃形成体 构成的玻璃中,如果氧化物含量SiO2 > B2O3 > Al2O3 叫做铝硼硅酸盐。
普通玻璃的结构

普通玻璃组成含有Na2O(12%~16%), CaO (6%~12%), SiO2(66%~75%), 还有少量Al2O3 , MgO等氧化物,属钠钙系 玻璃。
影响水泥凝结硬化的主要因素
硅酸盐水泥的特点和应用
强度高: 适用于高强混凝土和预应力钢 筋混凝土工程。 硬化快: 适用于要求凝结快、早强高的 工程,冬季施工,预制、现浇等工程。 抗冻性好: 适用于冬季施工及严寒地区 遭受反复冻融的工程。 耐蚀性差: 不适用于与淡水及海水等腐 蚀性介质接触的工程。
钢化玻璃
特点:耐高温、耐 腐蚀、强度大、质 轻、抗震裂 ,破碎 时无尖锐棱角不易 伤人。 用途:运动器材;微波通讯器材;
强度较之普通玻璃 提高数倍,抗弯强 度是普通玻璃的3~5 倍,抗冲击强度是 普通玻璃5~10倍; 钢化玻璃使用安全, 其承载能力增大, 改善了易碎性质, 钢化玻璃破坏也呈 无锐角的小碎片, 对人体的伤害极大 地降低了
相同点
都是真实的固体:其内部的原子都处于 完全确定的平衡位置附近,并围绕平衡 位置坐振动。 都具有固体的基本属性:宏观表现为连 续刚体,不流动有确定的形状,体积不 变动。 具有弹性硬度:可反抗切应力。

2.2.2水泥和玻璃
水泥、玻璃和陶瓷都属于传统的无极非 金属材料。 它们都是以硅酸盐为主要成分的材料, 也包括一些生产工艺相近的非硅酸盐材 料。 由于化学结构的原因,它们大多具有耐 压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀等 特点。
强化玻璃


强化玻璃又叫钢化玻璃。 玻璃的强化技术是根据玻璃的抗压强度比抗 拉强度高的原理而设计的,采用热处理或离 子交换方法,将能抵抗拉应力的压应力层预 先置入玻璃表面,使玻璃在受到拉应力时, 首先抵消表面层的压应力。 玻璃的强化技术与双层涂敷工艺相结合,开 发研制了高强度轻量玻璃容器,成为当今玻 璃包装材料的一个主要发展方向。
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