无机非金属材料工艺学课件(PPT 79页)
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无机非金属材料工艺学课件(PPT 79页)
中硬化，如石灰、
胶凝材料分类石膏等。 有机胶凝材料，如沥青，各种树脂等。
按组成物质分类
水硬性胶凝材料
无机胶凝材料 10 气硬性胶凝材料
用石灰、石膏 作为胶凝材料
11
水泥的发明
19世纪初（1810~1824年），用人工配合粘土与石灰石 经煅烧、磨细以制造水硬性胶凝材料已经开始组织生产。 1824年，英国人阿斯普丁将粘土与石灰石配合烧制成块（熟 料），再经磨细而成水硬性胶凝材料，加水拌和后能硬化制 成人工石，并具有较高强度，其外观与当时建筑上常用的英 国波特兰岛上出产的岩石相似，故称之为“波特兰水泥” （Portland Cement)，并于1824年10月21日首先获得该产品 的专利权。
（4）成型 无机非金属材料产品由于使用、进一步加工等过程的需要，
成型是生产的环节之一。
陶瓷成型在热加工之前；
玻璃成型在热加工之后；
水泥成型主要在使用时，如加工混凝土制品等。
8
（5）烘干
烘干是为了除去物料或坯体中一定量的自由水。 陶瓷成型后的坯体必须经过干燥，才能进入烧成。 （6）高温热处理
无机非金属材料工业所用原料具有很好的稳定性和耐 高温性，它们互相反应生成新的物质或使其形成熔融体， 必须在较高的温度下进行，因此大部分无机非金属材料生产 都需要高29
典型生产工艺流程
机械化立窑水泥生产工艺流程图
30
典型生产工艺流程
回转窑水泥生产工艺流程图
31
典型生产工艺流程
玻璃类（浮法）
32
典型生产工艺流程
陶瓷（釉面砖类）
33
典型生产工艺流程
碳素材料类
34
图0-2-1 物质内能与体积随温度的变化
35
图0-2-2 不同冷却速度下玻璃的比容与温度的关系
胶凝材料分类石膏等。 有机胶凝材料，如沥青，各种树脂等。
按组成物质分类
水硬性胶凝材料
无机胶凝材料 10 气硬性胶凝材料
用石灰、石膏 作为胶凝材料
11
水泥的发明
19世纪初（1810~1824年），用人工配合粘土与石灰石 经煅烧、磨细以制造水硬性胶凝材料已经开始组织生产。 1824年，英国人阿斯普丁将粘土与石灰石配合烧制成块（熟 料），再经磨细而成水硬性胶凝材料，加水拌和后能硬化制 成人工石，并具有较高强度，其外观与当时建筑上常用的英 国波特兰岛上出产的岩石相似，故称之为“波特兰水泥” （Portland Cement)，并于1824年10月21日首先获得该产品 的专利权。
（4）成型 无机非金属材料产品由于使用、进一步加工等过程的需要，
成型是生产的环节之一。
陶瓷成型在热加工之前；
玻璃成型在热加工之后；
水泥成型主要在使用时，如加工混凝土制品等。
8
（5）烘干
烘干是为了除去物料或坯体中一定量的自由水。 陶瓷成型后的坯体必须经过干燥，才能进入烧成。 （6）高温热处理
无机非金属材料工业所用原料具有很好的稳定性和耐 高温性，它们互相反应生成新的物质或使其形成熔融体， 必须在较高的温度下进行，因此大部分无机非金属材料生产 都需要高29
典型生产工艺流程
机械化立窑水泥生产工艺流程图
30
典型生产工艺流程
回转窑水泥生产工艺流程图
31
典型生产工艺流程
玻璃类（浮法）
32
典型生产工艺流程
陶瓷（釉面砖类）
33
典型生产工艺流程
碳素材料类
34
图0-2-1 物质内能与体积随温度的变化
35
图0-2-2 不同冷却速度下玻璃的比容与温度的关系
《无机非金属》课件
气相法可以制备出具有超常物理性能的无机非金属材料，但制备过程能耗极高，且 不易控制材料的尺寸和形状。
生物法
生物法是一种利用生物资源来制备无 机非金属材料的方法。
生物法可以制备出具有环保、可持续 性的无机非金属材料，但制备过程较 为复杂，且材料的性能和纯度不易控 制。
生物法通常需要使用微生物或植物提 取物等生物资源作为原料。
详细描述
热容表示材料在温度升高或降低时吸收或释放热量的能力，热导率表示热量在材料中的传导能力。热 膨胀系数表示材料在温度变化时尺寸变化的程度，抗热震性则表示材料在承受温度急剧变化时的稳定 性。
电学性能
总结词
无机非金属材料的电学性能主要包括电导率、介电常数和绝缘性等。
详细描述
电导率表示材料传导电流的能力，介电常数与材料的介电性能有关，绝缘性则表示材料 阻止电流通过的能力。
05
无机非金属材料的挑战 与未来发展
当前无机非金属材料面临的挑战
资源短缺
随着社会的发展，对无机非金属材料的需求量越来越大，而一些关键 资源的短缺问题逐渐凸显出来，如稀土元素、高岭土等。
环境负荷
无机非金属材料的生产过程中往往伴随着较高的能耗和排放，对环境 造成一定的压力，如水泥、玻璃等行业。
技术瓶颈
04
无机非金属材料的应用 实例
建筑领域的应用
总结词
广泛、重要
详细描述
无机非金属材料在建筑领域的应用非常广泛 ，如混凝土、石材、玻璃等，它们是建筑物 的主要构成材料，具有耐久、防火、隔音等 特点，为建筑物的安全和舒适提供了保障。
电子信息领域的应用
要点一
总结词
高科技、前沿
要点二
详细描述
在电子信息领域，无机非金属材料扮演着重要的角色，如 硅半导体材料、陶瓷电子元件等，它们是现代电子工业的 基础，为电子产品的微型化、高性能化提供了技术支持。
生物法
生物法是一种利用生物资源来制备无 机非金属材料的方法。
生物法可以制备出具有环保、可持续 性的无机非金属材料，但制备过程较 为复杂，且材料的性能和纯度不易控 制。
生物法通常需要使用微生物或植物提 取物等生物资源作为原料。
详细描述
热容表示材料在温度升高或降低时吸收或释放热量的能力，热导率表示热量在材料中的传导能力。热 膨胀系数表示材料在温度变化时尺寸变化的程度，抗热震性则表示材料在承受温度急剧变化时的稳定 性。
电学性能
总结词
无机非金属材料的电学性能主要包括电导率、介电常数和绝缘性等。
详细描述
电导率表示材料传导电流的能力，介电常数与材料的介电性能有关，绝缘性则表示材料 阻止电流通过的能力。
05
无机非金属材料的挑战 与未来发展
当前无机非金属材料面临的挑战
资源短缺
随着社会的发展，对无机非金属材料的需求量越来越大，而一些关键 资源的短缺问题逐渐凸显出来，如稀土元素、高岭土等。
环境负荷
无机非金属材料的生产过程中往往伴随着较高的能耗和排放，对环境 造成一定的压力，如水泥、玻璃等行业。
技术瓶颈
04
无机非金属材料的应用 实例
建筑领域的应用
总结词
广泛、重要
详细描述
无机非金属材料在建筑领域的应用非常广泛 ，如混凝土、石材、玻璃等，它们是建筑物 的主要构成材料，具有耐久、防火、隔音等 特点，为建筑物的安全和舒适提供了保障。
电子信息领域的应用
要点一
总结词
高科技、前沿
要点二
详细描述
在电子信息领域，无机非金属材料扮演着重要的角色，如 硅半导体材料、陶瓷电子元件等，它们是现代电子工业的 基础，为电子产品的微型化、高性能化提供了技术支持。
无机非金属材料ppt课件
05
CATALOGUE
无机非金属材料的未来发展趋 势与挑战
发展趋势
01
高性能陶瓷材料
由于其优异的性能，陶瓷材料在许多领域都有广泛的应用，如航空航天
、汽车、医疗等。未来，陶瓷材料的研究将更加深入，应用领域更加广
泛。
02
纳米无机非金属材料
纳米无机非金属材料由于其尺寸效应和量子效应，具有许多优异的性能
THANKS
感谢观看
。随着纳米科技的不断发展，纳米无机非金属材料的研究和应用也将得
到更广泛的推广。
03
绿色无机非金属材料
随着环保意识的不断提高，绿色无机非金属材料将成为未来研究的热点
。这类材料具有低能耗、低污染、高循环利用的特点，符合可持续发展
的要求。
挑战与问题
材料性能的提升
尽管陶瓷等无机非金属材料的性能已经有所提升，但是与金属材料相比，仍然存在一定的 差距。因此，提高无机非金属材料的性能是当前面临的一个重要挑战。
02
CATALOGUE
无机非金属材料的性质与用途
性质
01
02
03
04
一般性质
无机非金属材料具有较高的熔 点、硬度，良好的化学稳定性
，但脆性较大。
力学性质
无机非金属材料具有较高的抗 压强度、抗拉强度，耐磨性较
好，但韧性较差。
电学性质
无机非金属材料具有较好的绝 缘性能和导热性能。
光学性质
无机非金属材料具有较好的光 学性能，如透光性、反射性等
根据性质和用途，无机非金属材料可 分为陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料等 几大类。
无机非金属材料的重要性
无机非金属材料在国民经济发展中扮演着重要角色，特别是 在高技术领域，如航空航天、电子、新能源等领域具有不可 替代的作用。
无机非金属材料ppt课件
类型：陶瓷、玻璃、水泥 （1）陶瓷 ·主要原料：黏土 ·主要成分：含水的铝硅酸盐，成分复杂
（2）玻璃 ·主要原料：纯碱(Na2CO3)、石灰石(CaCO3)、石英砂(SiO2) ·主要成分：Na2SiO3、CaSiO3和SiO2
高温
Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑
高温
CaCO3 +SiO2===CaSiO3 + CO2↑
二、新型无机非金属材料
1、硅和二氧化硅
根据元素周期表中硅的位置，思考： 为什么硅能成为应用最为广泛的半导体材料？
第三周期、第IV A族
①硅的存在与性质：
硅在自然界以硅酸盐和氧化物的形式存在
硅酸盐矿石
玛瑙（ SiO2 ）
水晶（ SiO2 ）
高温下，硅能与氧气反应生成SiO2，与氯气反应生成 SiCl4 。
（3）碳纳米材料
碳纳米材料是近年来人们十分关注的一类新型无机非金属 材料，主要包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯等，在能源、信息、 医药等领域有着广阔的应用前景。
注：碳纳米材料、金刚石、石墨都是碳的同素异形体， 它们因结构不同(碳原子排列方式不同)而具有不同性质。
——富勒烯
富勒烯是由碳原子构成的 一系列笼形分子的总称，其中 的C60是富勒烯的代表物。C60的 发现为纳米科学提供了重要的 研究对象，开启了碳纳米材料 研究和应用的新时代。
③
。
②二氧化硅的性质：
（1）物理性质: 二氧化硅硬度大、熔点高，不溶于水
（2）化学性质:
酸性氧化物：SiO2＋2NaOH=== Na2SiO3＋H2O ；
具有氧化性：SiO2＋2C
Si＋2CO↑；
特 性 ：SiO2＋4HF=== SiF4↑＋2H2O。
无机非金属材料课件
2
电子行业
电路板、绝缘材料等
3
化工行业
催化剂、粉末材料等
无熔点，使其熔化成型。
2
溶胶-凝胶法
通过控制溶胶和凝胶的形成过程制备材料。
3
气相沉积法
利用化学反应气体形成材料。
无机非金属材料的市场前景
1 广泛应用
市场需求量大，应用领域广泛。
2 创新发展
新材料的出现不断推动市场发展。
玻璃材料
如玻璃器皿、建筑玻璃等，具有透明、光滑的 特性。
聚合物材料
如塑料、橡胶等，具有良好的可塑性和耐磨性。
陶瓷材料
如水泥、石膏等，具有良好的外观和耐久性。
无机非金属材料的性质和特点
• 高熔点和硬度 • 良好的绝缘性能 • 抗腐蚀性能强 • 多种颜色和外观
无机非金属材料的应用领域
1
建筑领域
玻璃窗、砖瓦等
无机非金属材料ppt课件
无机非金属材料是一类在自然界中存在的无机物质，没有金属的特性。 这些材料在我们的日常生活中扮演着重要的角色。
什么是无机非金属材料
无机非金属材料是指不含金属元素的材料，主要由非金属原子组成。 这种材料通常具有高熔点、高耐腐蚀性和良好的绝缘性能。
常见的无机非金属材料
陶瓷材料
如瓷器、砖瓦等，具有高硬度和耐磨性。
3 环保意识
对环境友好的无机非金属材料受到青睐。
总结和展望
无机非金属材料在现代社会中扮演着重要的角色，持续创新和环保意识将促 进其未来发展。
无机非金属材料工学-完整-全ppt课件
（一）流动曲线
由流动曲线可知在 某应力下某种材料流动 速度的快慢，粘度、表 观粘度的大小。
无机非金属 材料工学
精选编辑ppt
1
课程内容
第一篇 无机非金属材料成型
第二篇 水泥工艺学
第三篇 玻璃工艺学
第四篇 陶瓷工艺学
第五篇 水泥概述及其生产
精选编辑ppt
2
材料分类：
① 金属材料；
② 无机非金属材料：⑴ 矿物岩石材 料；⑵ 水泥、玻璃；⑶ 陶瓷、耐火 材料；
③ 高分子材料；
氧化铝、石英等的悬浮液具有胀流性；一般陶瓷泥浆为假塑
性。
精选编辑ppt
15
三、流变模型与本构方程
又称流变状态方程，是联系应力、应变、应力速率和应变速
率的方程的总称。
同时具有两种或三种变形，流变模型可以通过各种基本元件 串联及并联方式组成。
油漆、水泥浆等：粘性液体，不致流下，具有固体的性质。
称宾汉体模型。 当剪切力τ<f时，塑性元件不发生变形， 与之并联的粘性元件也只能保持不变。这时， 弹性元件的变形，就是整个系统的变形，因 此：
体，经适当的手段和设备变成一定形状制品的过程。
成型一般由两个步骤组成：
（1）使可流动变形的物料成为所需要的形状
研究在外力作用下物料流动与变形的规律，流变学研究的
内容；
（2）通过不同的机制使其定形。
精选编辑ppt
8
几种体系：
1.无机胶凝材料浆体（如水泥、石灰、石膏等）：水化
产物使浆体固化。
2. 陶瓷泥料的可塑成型：可塑性、定形、干燥后强度提
其流变方程为：
•
τ 剪切应力
η 粘度系数
*
剪切应变精速选编率辑ppt
由流动曲线可知在 某应力下某种材料流动 速度的快慢，粘度、表 观粘度的大小。
无机非金属 材料工学
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1
课程内容
第一篇 无机非金属材料成型
第二篇 水泥工艺学
第三篇 玻璃工艺学
第四篇 陶瓷工艺学
第五篇 水泥概述及其生产
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2
材料分类：
① 金属材料；
② 无机非金属材料：⑴ 矿物岩石材 料；⑵ 水泥、玻璃；⑶ 陶瓷、耐火 材料；
③ 高分子材料；
氧化铝、石英等的悬浮液具有胀流性；一般陶瓷泥浆为假塑
性。
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15
三、流变模型与本构方程
又称流变状态方程，是联系应力、应变、应力速率和应变速
率的方程的总称。
同时具有两种或三种变形，流变模型可以通过各种基本元件 串联及并联方式组成。
油漆、水泥浆等：粘性液体，不致流下，具有固体的性质。
称宾汉体模型。 当剪切力τ<f时，塑性元件不发生变形， 与之并联的粘性元件也只能保持不变。这时， 弹性元件的变形，就是整个系统的变形，因 此：
体，经适当的手段和设备变成一定形状制品的过程。
成型一般由两个步骤组成：
（1）使可流动变形的物料成为所需要的形状
研究在外力作用下物料流动与变形的规律，流变学研究的
内容；
（2）通过不同的机制使其定形。
精选编辑ppt
8
几种体系：
1.无机胶凝材料浆体（如水泥、石灰、石膏等）：水化
产物使浆体固化。
2. 陶瓷泥料的可塑成型：可塑性、定形、干燥后强度提
其流变方程为：
•
τ 剪切应力
η 粘度系数
*
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无机非金属材料ppt课件
熔融法制备无机非金属材料的缺点是制备出的无机非金属材料结构不够致密，性能不够优异。
热解法制备的无机非金属材料有炭黑、石墨、碳纤维等。
热解法制备无机非金属材料的缺点是制备出的无机非金属材料结构不够致密，性能不够优异。
烧结法是一种将粉末状的物质加热到高温状态，使其发生物理和化学变化，最终形成致密化块状无机非金属材料的方法。
热膨胀系数
无机非金属材料的热膨胀系数差异较大，有些材料在加热时膨胀较小，适用于高温或温度变化较大的环境。
电导率与绝缘性：大多数无机非金属材料具有较高的绝缘性能，是良好的电绝缘材料。例如，陶瓷、玻璃和某些特种水泥可用于高压电器和电子设备的绝缘结构。
折射率与光学常数
无机非金属材料的折射率较高，决定了它们在光学仪器、光纤通讯和照明系统等领域的应用价值。不同材料的光学常数（如折射率、消光系数和色散等）决定了它们在特定波长范围内的光学行为。
烧结法制备无机非金属材料的优点是制备出的无机非金属材料结构致密，性能优异。
烧结法制备无机非金属材料的缺点是制备过程需要高温条件，能耗较高，同时制备出的无机非金属材料尺寸较小。
烧结法制备的无机非金属材料有陶瓷、玻璃、耐火材料等。
无机非金属材料的性能特点
硬度
韧性
强度与断裂韧性
疲劳性能
无机非金属材料的硬度通常较高，具有较好的耐磨性和耐压性能。例如，陶瓷材料具有极高的硬度，广泛用于切割工具、磨料和轴承等领域。
A
B
D
C
化学气相沉积法
利用化学反应产生气体，在气体的扩散和迁移过程中，通过化学反应生成无机非金属材料。
溶胶-凝胶法
将无机盐或金属醇盐溶解在合适的溶剂中，经过水解、缩聚等化学反应，形成稳定的溶胶，再经干燥、烧结固化制备无机非金属材料。
热解法制备的无机非金属材料有炭黑、石墨、碳纤维等。
热解法制备无机非金属材料的缺点是制备出的无机非金属材料结构不够致密，性能不够优异。
烧结法是一种将粉末状的物质加热到高温状态，使其发生物理和化学变化，最终形成致密化块状无机非金属材料的方法。
热膨胀系数
无机非金属材料的热膨胀系数差异较大，有些材料在加热时膨胀较小，适用于高温或温度变化较大的环境。
电导率与绝缘性：大多数无机非金属材料具有较高的绝缘性能，是良好的电绝缘材料。例如，陶瓷、玻璃和某些特种水泥可用于高压电器和电子设备的绝缘结构。
折射率与光学常数
无机非金属材料的折射率较高，决定了它们在光学仪器、光纤通讯和照明系统等领域的应用价值。不同材料的光学常数（如折射率、消光系数和色散等）决定了它们在特定波长范围内的光学行为。
烧结法制备无机非金属材料的优点是制备出的无机非金属材料结构致密，性能优异。
烧结法制备无机非金属材料的缺点是制备过程需要高温条件，能耗较高，同时制备出的无机非金属材料尺寸较小。
烧结法制备的无机非金属材料有陶瓷、玻璃、耐火材料等。
无机非金属材料的性能特点
硬度
韧性
强度与断裂韧性
疲劳性能
无机非金属材料的硬度通常较高，具有较好的耐磨性和耐压性能。例如，陶瓷材料具有极高的硬度，广泛用于切割工具、磨料和轴承等领域。
A
B
D
C
化学气相沉积法
利用化学反应产生气体，在气体的扩散和迁移过程中，通过化学反应生成无机非金属材料。
溶胶-凝胶法
将无机盐或金属醇盐溶解在合适的溶剂中，经过水解、缩聚等化学反应，形成稳定的溶胶，再经干燥、烧结固化制备无机非金属材料。
无机非金属材料课件
THANKS
感谢观看
电子电器行业
航空航天领域
无机非金属材料具有良好的电绝缘性和稳 定性，可用于制造电子元件和电器设备等 。
无机非金属材料具有耐高温和抗腐蚀等特 性，在航空航天领域中有广泛的应用，如 火箭发动机壳体、飞机结构件等。
02
无机非金属材料的生产工艺
原料选择与处理
原料种类
根据产品需求选择合适的矿物原料，如黏土、石 英、长石等。
材料在高温下保持其结构 和性质的能力，反映材料 的耐热性。
04
无机非金属材料的发展趋势与挑 战
新材料的研究与开发
高性能陶瓷材料
研究具有高强度、高韧性、耐磨 、耐高温等优异性能的新型陶瓷 材料，如氮化硅陶瓷、碳化硅陶
瓷等。
新型玻璃材料
探索具有特殊光学、电学、磁学等 性能的新型玻璃材料，如光子晶体 玻璃、导电玻璃等。
成型与烧成
成型工艺
选择合适的成型工艺，如干压成型、等静压成型等， 根据产品形状和尺寸确定。
成型参数
控制成型参数，如压力、温度、时间等，以保证成型 质量。
烧成工艺
制定合理的烧成制度，控制烧成温度、时间、气氛等 参数，以获得理想的烧成效果。
加工与处理
加工设备
根据产品需求选择合适的加工设备，如切割机、磨削机、抛光机 等。
新型复合材料
研究由两种或多种材料组成的新型 复合材料，如碳纤维复合材料、玻 璃纤维复合材料等。
生产工艺的改进与创新
1 2
先进陶瓷制备技术
发展先进的陶瓷制备技术，如凝胶注模成型、等 静压成型等，以提高陶瓷材料的致密度和均匀性 。
玻璃熔炼与成型技术
研究新型的玻璃熔炼与成型技术，如溢流下拉法 、连熔连铸法等，以提高玻璃的质量和产量。
无机非金属材料主题PPT
01
固相反应法
通过固体原料之间的反应，直接得到所需的无机非金属材料。该方法具
有工艺简单、能耗低的优点，但需要高温条件和较长的反应时间。
02 03
烧结法
将粉末状或颗粒状原料在高温下进行烧结，通过颗粒间的粘结和扩散， 形成致密的无机非金属材料。该方法可用于制备陶瓷、玻璃陶瓷等材料 ，具有制品强度高、密度大等优点。
• 多功能化：无机非金属材料的多功能化是另一个重要发展趋势。通过复合、掺 杂等手段，赋予无机非金属材料多种功能，如光电转换、磁电耦合、生物活性 等，拓展其应用领域和市场前景。
• 绿色环保：随着环保意识的提高，无机非金属材料的绿色环保生产成为关注焦 点。研发低能耗、低污染、可循环的生产工艺，减少对环境的影响，是无机非 金属材料发展的重要方向。
新能源领域
无机非金属材料在新能源领域中 展现出广阔的应用前景。例如， 锂离子电池中的正极材料、负极 材料和电解质，以及太阳能电池 中的硅基材料、薄膜材料等，都 离不开无机非金属材料的支持。
生物医学领域
无机非金属材料在生物医学领域 中的应用日益增多。例如，生物 活性玻璃、生物陶瓷等材料用于 制造人工骨、牙齿修复体、医疗 器械等，具有良好的生物相容性 和生理功能。
环保领域
无机非金属材料在环保领域中可 发挥重要作用。例如，高性能陶 瓷膜用于污水处理、废气净化等 环境治理工程，具有高分离效率 、耐酸碱腐蚀等优点。
发展趋势与挑战
• 高性能化：随着科技的进步，无机非金属材料正朝着高性能化的方向发展，以 满足更严苛的应用需求。例如，研发具有优异力学性能、热学性能、电学性能 的高性能陶瓷材料，以满足航空航天、国防等领域的要求。
物理气相沉积法
利用物理方法（如蒸发、溅射）将原料气化为原子或分子， 然后在衬底表面沉积成无机非金属材料薄膜。该方法可用于 制备金属、合金、陶瓷等多种无机非金属薄膜材料。
第三单元课题一《无机非金属材料》课件PPT(新人教版选修2)
的零件。
氮化硅陶瓷 （Si3N4 ）
是灰白色固体，硬 度为9，是最硬的 材料之一。它的导 热性好且膨胀系数 小，可经受低温高 温、骤冷骤热反复 上千次的变化而不 破坏，因此是十分 理想的高温结构材 料。
科技人员发现，如果用耐高温的陶瓷，如氮化
硅陶瓷等代替合金钢制造陶瓷发动机，其工作温 度可达1300℃～1500℃。 美国军方曾做过一次有趣的实验：在演习场200
仪,严格控制实验条件,得到以C60为主的质谱图。由于受 建筑学家布克米尼斯持•富勒（BuckminsterFuller）设计
的球形薄壳建筑结构的启发，克罗托（kroto)等提出 C60 是由60个碳原子构成的球形32面体，即由12个五边形和20
个六边形构成。其中五边形彼此不相连，只与六边形相连。
随后将 C60分子命名为布克米尼斯持•富勒烯 （BuckminsterFuller）。由于C60分子的结构酷似足球， 所以又称为足球烯（Footballene）除C60外，具有封闭笼 状结构的还可能有 C28、C32、C50、C70、C84、……C240、 C540等，统称为Fullerenes，中文译名为富勒烯。
2. 主要设备：玻璃熔炉
3. 生产过程：原料粉碎，玻璃熔炉中强热，成 型冷却
4. 反应原理：复杂的物理、化学变化，主要 反应
高温
Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑
高温
CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2↑
5. 主要成分：Na2SiO3 • CaSiO3 • SiO2
（Na2O•CaO•6SiO2）
米跑道的起跑线上，停放着两辆坦克，一辆装有 500马力的钢质发动机，而另一辆装有同样马力
氮化硅陶瓷 （Si3N4 ）
是灰白色固体，硬 度为9，是最硬的 材料之一。它的导 热性好且膨胀系数 小，可经受低温高 温、骤冷骤热反复 上千次的变化而不 破坏，因此是十分 理想的高温结构材 料。
科技人员发现，如果用耐高温的陶瓷，如氮化
硅陶瓷等代替合金钢制造陶瓷发动机，其工作温 度可达1300℃～1500℃。 美国军方曾做过一次有趣的实验：在演习场200
仪,严格控制实验条件,得到以C60为主的质谱图。由于受 建筑学家布克米尼斯持•富勒（BuckminsterFuller）设计
的球形薄壳建筑结构的启发，克罗托（kroto)等提出 C60 是由60个碳原子构成的球形32面体，即由12个五边形和20
个六边形构成。其中五边形彼此不相连，只与六边形相连。
随后将 C60分子命名为布克米尼斯持•富勒烯 （BuckminsterFuller）。由于C60分子的结构酷似足球， 所以又称为足球烯（Footballene）除C60外，具有封闭笼 状结构的还可能有 C28、C32、C50、C70、C84、……C240、 C540等，统称为Fullerenes，中文译名为富勒烯。
2. 主要设备：玻璃熔炉
3. 生产过程：原料粉碎，玻璃熔炉中强热，成 型冷却
4. 反应原理：复杂的物理、化学变化，主要 反应
高温
Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2↑
高温
CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2↑
5. 主要成分：Na2SiO3 • CaSiO3 • SiO2
（Na2O•CaO•6SiO2）
米跑道的起跑线上，停放着两辆坦克，一辆装有 500马力的钢质发动机，而另一辆装有同样马力
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所有材料的统称。
无机非金属材料
胶凝材料
天然材料
玻璃
陶瓷
气硬性胶 水硬性胶 凝材料 凝材料
普通 玻璃
特种 玻璃
普通 陶瓷
特种 陶瓷5
0.1.3 无机非金属材料的特性
在晶体结构上，无机非金属材料组成元素之间的化学键
主要为离子键或离子-共价混合键。与化学键为金属键的金属
材料和共价键的有机高分子材料相比，无机非金属材料有以下
无机非金属与有机复合：玻璃钢、聚合物砼、沥青混合料等
金属材料与无机非金属材料复合：钢纤维砼等
金属材料与有机材料复合：轻质金属夹芯板
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国家标准 GB
三 行业标准
.
专业标准
技
术 地方标准
标 DB
准
企业标准 QB
建工JG
交通JT 建材JC 冶金YB 石化SH
…
标准构成—①标准代号 ②标准顺序
号 ③发布年代
课程的目的与任务：加强学生的基础知识，拓宽知识面，全面
系统地建立无机非金属材料工艺知识体系，
培养智能型与复合型人材。
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0 绪论
0.1 材料及无机非金属材料的定义与分类
0.1.1 材料的定义与分类 从广义的角度，材料定义为能够用以加工有用物质的物质。 材料分类 按性能、使用用途分类： 结构材料（受力，承载） 功能材料（半导体，超导体，以及光、电、声、磁、应力转换等）
金属材料 非金属材料
黑色金属：钢、铁、不锈钢等 有色金属：铝、铜等其他合金
天然石材：砂、石及石材制品等 烧土制品：砖、瓦、玻璃等 胶凝材料：石灰、石膏、水泥、水玻璃等 砼及硅酸盐制品：砼、砂浆及硅酸盐制品
植物材料：木材、竹材等 沥青材料：石油沥青、煤沥青、沥青制品等 高分子材料：塑料、涂料、胶粘剂等
特征： 具有复杂的晶体结构
没有自由电子
高熔点
高硬度
较好的耐化学腐蚀性
绝大多数是绝缘体
制成薄膜时大多是透明的
一般具有低导热性
大多数情况下变形微小
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0.1.4 无机非金属材料生产过程的共性与个性
（1）原料 无机非金属材料的生产以铝硅酸盐（粘土、长石等）原料、
硅质（石英砂等）原料、石灰质原料、铝质原料等为主。 主要化学成分：CaO、SiO2、Al2O3、Na2O等。
空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石等散粒或纤维 材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，统称为水泥。
水泥的分类
按用途和性能分类
通用水泥：一般土木建筑工程通常采用的水泥； 专用水泥：专门用途的水泥。
特性水泥：某种性能比较突出的水泥。
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按组成分类：
硅酸盐水泥系列 铝酸盐水泥系列 氟铝酸盐水泥系列 硫铝酸盐水泥系列 铁铝酸盐水泥系列 其它:如 无熟料、少熟料水泥
可与纤维、聚合物等多种有机、无机材料匹配。
制得各种水泥基复合材料，充分发挥材料潜能。
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0.2.2 玻璃 玻璃的定义
玻璃是由熔融物冷却、硬化而得到的非晶态固体，其 内能和构形熵高于相应的晶体，从熔融态转变为固态时有 一定的转变温度Tg。
玻璃结构为短程有序，长程无序。
玻璃的特性：
透明，坚硬，良好的耐蚀、耐热、电学和光学性质；
卤化物玻璃 硫族化学物玻璃
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按用途分类
建筑玻璃 日用轻工玻璃 仪器玻璃 光学玻璃 电真空玻璃
玻璃还可以按性能分类，一般用于一些专门用途、具有 某一方面的特定性能的玻璃。
如光学特性玻璃、热学特性玻璃、耐高温玻璃；导电玻璃、半导体玻璃、 超导玻璃；力学方面的高强玻璃、耐磨玻璃；化学稳定性方面的耐碱玻璃、 耐酸玻璃等。
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陶瓷的基本特性与特点
陶瓷的显微结构由结晶相、气孔和玻璃相组成。陶瓷材料 的离子键、共价键赋予该种材料许多优良的性能：
较高的弹性模量 强度高，抗压强度远远大于抗拉强度 耐磨性能良好 好的耐久性，如耐腐蚀、耐高温、抗氧化 硬度高 优良的电绝缘性能
此外陶瓷的脆性大，理论强度高，但实际强度较低，这是
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图0-2-3 R2O-SiO2系统玻璃的弹性变化
1-Li2O；2-Na2O；3-K2O
37
谢谢大家！
Thank you for
your attention！
38
Questions
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作业——注明班级、姓名、学号） 1、什么是材料，材料如何分类？ 2、无机非金属材料的定义与分类？ 3、水泥、玻璃、水泥的定义、特征与分类？
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（3）水泥的基本特性
作为水硬性胶凝材料的水泥具有以下特性：
水泥浆具有良好的可塑性，与其它材料混合后的混和物可拥有
适宜的和易性。
较强的适应性。
较好的耐侵蚀、防辐射性能。
硬化后的水泥浆体具有较高的强度，且强度随龄期的延长而逐
渐增长。
良好的耐久性。
通过改变水泥的组成，可适当调整水泥的质量。
（2）原料的破碎
无机非金属材料生产所用的主要原料，绝大多数是质地坚 硬的大块状物料，为了均化、烘干、配料等工艺过程的需要进 行破碎。
7
（3）粉体制备 粉体具有较高的比表面积，一定的形状及一定范围的颗粒
级配，同时在粉体制备过程中，物料得到进一步均化，这些因 素对产品的产量、质量有着极为重要的影响。
粉体制备主要应用于水泥和陶瓷生产过程。
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硅酸盐材料 • 沙石、黏土、石英、石棉、陶瓷、玻璃
、水泥 • 硅酸盐材料大多具有稳定性强、硬度高
、熔点高、难溶于水、绝缘、耐腐蚀等 特点。
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1.1 水泥
• 硅酸盐中用量最大的是水泥，建筑工程都 离不开它。水泥具有水硬性，加水搅拌静 置后就凝固变硬。它不仅能在空气中凝结 硬化，而且能在水中继续硬化并提高强度 。
号
例如：
④标准名称
《聚氨酯建筑密封膏》JC/T 482—2003
分： 强制性 推荐性 如：
GB GB/T
④ ①② ③ 标 标标 发 准 准准 布 名 代顺 年 称 号序 代
号号 43
一、无机非金属材料
一、硅酸盐材料 1.陶瓷 2.玻璃 3.水泥
二、特殊无机非金属材料 1.半导体材料 2.特种陶瓷 3.单晶硅 4.光导纤维
中硬化，如石灰、
胶凝材料分类石膏等。 有机胶凝材料，如沥青，各种树脂等。
按组成物质分类
水硬性胶凝材料
无机胶凝材料 10 气硬性胶凝材料
用石灰、石膏 作为胶凝材料
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水泥的发明
19世纪初（1810~1824年），用人工配合粘土与石灰石 经煅烧、磨细以制造水硬性胶凝材料已经开始组织生产。 1824年，英国人阿斯普丁将粘土与石灰石配合烧制成块（熟 料），再经磨细而成水硬性胶凝材料，加水拌和后能硬化制 成人工石，并具有较高强度，其外观与当时建筑上常用的英 国波特兰岛上出产的岩石相似，故称之为“波特兰水泥” （Portland Cement)，并于1824年10月21日首先获得该产品 的专利权。
3
按化学组成和显微结构特点分类：
材料
金属材料 无机非金属材料 有机高分子材料 复合材料
大坝
4
0.1.2 无机非金属材料的定义与分类
无机非金属材料
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、硼酸盐和非氧化物
等物质组成的材料，是除金属材料和有机高分子材料以外的
合成与制备
性能
组成
结构
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典型生产工艺流程
机械化立窑水泥生产工艺流程图
30
典型生产工艺流程
回转窑水泥生产工艺流程图
31
典型生产工艺流程
玻璃类（浮法）
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典型生产工艺流程
陶瓷（釉面砖类）
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典型生产工艺流程
碳素材料类
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图0-2-1 物质内能与体积随温度的变化
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图0-2-2 不同冷却速度下玻璃的比容与温度的关系
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计划学时：48学时 参考教材：《水泥工艺学》 沈威等编著，武汉工业大学出版社
《玻璃工艺学》 西北轻工业学院主编，中国轻工业出版社 《陶瓷工艺学》 华南工学院等合编 课程要求：具有扎实的基础知识。 全面系统地掌握无机非金属材料的基本概念、
基本理论、制备原理、生产过程的共性与个性 及无机非金。
水泥煅烧 陶瓷烧结
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玻璃熔融
0.2 典型无机非金属材料
0.2.1 胶凝材料
（1）胶凝材料的定义与分类
胶凝材料定义 凡能在物理、化学作用下，从浆体变成坚拌 气水中固后硬的既化石能又状在能体空在 ，
并材能料胶，结又其称拌中他胶水硬物结后化料料只而而。能不在 能具空 在有气 水一定机械强度的物质水，中硬统泥化称。，为如胶水凝
图5-15 长江三峡大坝
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水泥种类、制作、主要成分
• 水泥种类很多，改变原料成分和配比可制成 性质、用途不同的各种水泥。
• 以石灰石和黏土为主要原料，按一定比例混 合磨细后在水泥回转窑中煅烧，冷却后加入 适量石膏磨成细粉，就是普通水泥。
• 普通水泥的主要成分是硅酸三钙（ 3CaO•SiO2）、硅酸二钙（2CaO•SiO2）和 铝酸三钙（3CaO•Al2O3）。
通过调整化学组成，并结合各种工艺方法可大幅度调整玻璃的和物理
化学性能；
能够用多种成型制成各种形状和大小的制品；
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通过焊接和粉末烧结等加工方法制成形状复杂、尺寸严格的器件。
玻璃的通性
（1）各向同性 在任何方向上都具有相同的性质。
（2）介稳性 玻璃态物质比相应的晶态物质含较大的内能，它不是处于
能量最低的稳定状态，而是处于介稳状态。 （3）无固定熔点
玻璃态物质由固体转变为液体是在一定温度区域内进行的。 （4）固态和熔融态间转化的渐变性和可逆性（图0-2-1、图0-2-2） （5）性质随成分变化的连续性和渐变性（图0-2-3）