无机材料工艺学课件.pptx
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无机精细化工工艺学课件
❖ 第二阶段（1994年前），如何利用纳米材料已挖掘 出来的奇特物理、化学和力学性能，设计纳米复合 材料。
❖ 第三阶段（1994年到现在）纳米组装体系，人工组 装合成的纳米结构的材料体系。
20
纳米材料的特性
❖1、基本物理效应
（1）小尺寸效应 当超微粒子尺寸与传导电子德布罗意波长（
λ=h/p=h/mv)相当或更小时，周期性的边界
条件将被破坏，非晶态纳米微粒表面层附 近原子密度减小，导致性质与普通粒子不 同（光吸收、磁性、内压、热阻、化学活性、催化活性、 熔点）。
21
（2）界面与表面效应
纳米粒子由于尺寸小，表面积大，导致位于 表面的原子占有极大的比例，表面原子的 活性使纳米粒子具有明显的表面效应。
比表面积：F =3/r 1/r, 若r=1m, 则F > 104cm-1（1 m2） , 若r=5nm， F > 600 m2
❖ 运用生物纳米技术开发芯片－运用生物可以自建有 结构的 “自建结构”能力，利用蛋白质和DNA等材料 制作电路。研制运算速度高中央处理器，耗电量低 的记忆元件，开发计算机芯片，长时间无需充电的 笔记本电脑。
16
（4）纳米微机械和机器人。
生物发动机（分子马达） －利用人体内的自然能源（三磷酸腺苷酸）作动
3
纳米科技的发展
❖ 20世纪60年代R.P.Feynman：若从原子和分子水平上控 制物质，将会出现新的作用力和新的效应。
❖ 日本上田良二提出“超微粒子结构”的新概念。 ❖ 70年代C.Hayash研究了纳米粉体的性质、生产方法及应
用，诞生了“纳米技术”。 ❖ 80年代先后制造了扫描隧道显微镜和原子力显微镜，从
❖ 单分散体系－分散相以大小、形貌均一致的状态被 分散在分散介质中即形成了单分散体系。
❖ 第三阶段（1994年到现在）纳米组装体系，人工组 装合成的纳米结构的材料体系。
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纳米材料的特性
❖1、基本物理效应
（1）小尺寸效应 当超微粒子尺寸与传导电子德布罗意波长（
λ=h/p=h/mv)相当或更小时，周期性的边界
条件将被破坏，非晶态纳米微粒表面层附 近原子密度减小，导致性质与普通粒子不 同（光吸收、磁性、内压、热阻、化学活性、催化活性、 熔点）。
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（2）界面与表面效应
纳米粒子由于尺寸小，表面积大，导致位于 表面的原子占有极大的比例，表面原子的 活性使纳米粒子具有明显的表面效应。
比表面积：F =3/r 1/r, 若r=1m, 则F > 104cm-1（1 m2） , 若r=5nm， F > 600 m2
❖ 运用生物纳米技术开发芯片－运用生物可以自建有 结构的 “自建结构”能力，利用蛋白质和DNA等材料 制作电路。研制运算速度高中央处理器，耗电量低 的记忆元件，开发计算机芯片，长时间无需充电的 笔记本电脑。
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（4）纳米微机械和机器人。
生物发动机（分子马达） －利用人体内的自然能源（三磷酸腺苷酸）作动
3
纳米科技的发展
❖ 20世纪60年代R.P.Feynman：若从原子和分子水平上控 制物质，将会出现新的作用力和新的效应。
❖ 日本上田良二提出“超微粒子结构”的新概念。 ❖ 70年代C.Hayash研究了纳米粉体的性质、生产方法及应
用，诞生了“纳米技术”。 ❖ 80年代先后制造了扫描隧道显微镜和原子力显微镜，从
❖ 单分散体系－分散相以大小、形貌均一致的状态被 分散在分散介质中即形成了单分散体系。
无机材料工艺学
46.54% ， H2O
系：单斜晶系或三斜晶系外形常呈微细空管状
或卷曲片状，其可塑性、结合性比高岭石强，干燥收
第二节 粘土类原料
2.3 ——粘土的组成
矿物组成——多水高岭石（埃洛石）
特性：由于层间水的存在，多水高岭石晶格在Ｃ轴方向厚度加 大，层间水能抵消大部分氢键结合力，使晶层可靠微弱的分子 键相连，层间有一定的自由活动能力，水分子易进入层间形成 层间水，易吸附水化离子与有机物，改善可塑性 ；又因层间 单斜晶系或三斜晶系外形常呈微细空管状或卷曲片状，其可塑 性、结合性比高岭石强，干燥收缩大。
特点：杂质多，塑性好，干燥强度大，收缩 大。
2KAlSi3O8+H2O+H2CO3=Al2Si2O5(OH)4+SiO2+K2CO3
高岭石
Al2Si2O5(OH)4=Al2O3· 2 O+SiO2· 2O nH nH
水铝石 蛋白石
CaAl2Si2O8+H2O+H2CO3=Al2Si2O5(OH)4+CaCO3
您
第二节 粘土类原料
2.3 ——粘土的组成
矿物组成——高岭石类
晶体结构式：Al4 ［Si4O10]（OH） 8 ，1:1型层状结构硅酸盐，
Si－O四面体层和Al－（O，OH）八面体层通过共用氧原子联
系成双层结构，构成结构单元层。层间以氢键相连，结合力较 小，所以晶体解理完全并缺乏膨胀性。 离子吸附与置换：晶格内部离子很少置换，在破裂时，边缘上 有断键电荷不平衡时，才吸附其它阳离子［OH-］中的H+可被 Ｋ+或Na+取代。
第二节 粘土类原料
• 粘土（Clay ） • 粘土是无机非金属材料制品生产的重要原 料之一。在普通陶瓷、特种陶瓷、玻璃、 水泥、耐火材料、搪瓷、砖瓦等行业都离 不开粘土原料。 细陶瓷占40－60％，陶器， 炻器还要多。 粘土是一种疏松的或呈胶状致密的土状或致密块 状矿物，是多种微细矿物和杂质的混合体。 较高耐火度，良好吸水性，膨胀性和吸附性。
无机材料工艺学陶瓷2原料.pptx
◆ 特点比较：一次粘土杂质较少，颗粒较粗，可塑性较差，干 燥强度较低、干燥收缩较小，烧结温度较高。二次黏土的特点 相反。
2020/12/31
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
7
一、粘土的概念与分类
第一章 陶瓷原料
● 根据粘土的可塑性强弱分类： 强塑性粘土
中等塑性粘土 弱塑性粘土
● 根据粘土的耐火度高低分类：
2020/12/31
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
12
粘土矿物是具有层状结构硅酸盐矿物，其基本结构单位是硅氧四面 体层和铝氧八面体层，由于四面体层和八面体层的结合方式、不等价离 子同晶置换以及层间阳离子等不同，从而构成了不同类型的层状结构粘
5
第一章 陶瓷原料
一、粘土的概念与分类
（二）成因：
物理风化：暴晒、冰冻、水力及风力的破坏作用等
自然风化
化学风化：自然界中的化学物质对岩石造成的蚀变作用
例如：
K2O·Al2O3·SiO2+ CO2+ H2O
钾长石
Al2O3·2SiO2·2H2O+ K2CO3+ 4SiO2
高岭土
● 风化过程中产生的可溶性盐类将被雨水洗去，剩下的难溶盐和氧化
从外观看：（i）由于所含杂质种类及数量不同，粘土可呈多种颜色。 (ii) 由于地质成因不同，粘土有的松软，有的坚硬。
● 但只要是粘土，或多或少都具有一定的可塑性。
（二）成因：粘土主要是由铝硅酸盐类岩石，如长石、片麻岩、 伟晶花岗岩等经过漫长的自然风化作用形成的。
2020/12/31
河南省精品课程——陶瓷工艺原理
绪言
第一章 陶瓷原料
◆ 原料选择的基本要求
质量达标（并非越纯越好）； 储量要大（原料来源稳定）； 价格合理； 性能稳定（对原料的最基本要求）； 运输方便。
最新无机材料工艺原理03配方(料)设计与计算ppt课件
3. 确定坯料配方
配方号 1 2 3 4 5
烧成后各试样的性能
抗冲击强度(kJ/m2)
抗折强度(MPa)
1.0
56.8
1.3
67.6
1.4
76.4
2.1
96.1
1.8
82.3
例1：高铝质强化日用瓷的研制过程
3. 确定坯料配方 在上表，4号配方的性能最好，但也与所要求的目标相距
甚远。 改进方法： 加入高可塑性粘土（如球粘土）来改善成型性能； 引入微量的添加剂（如氧化钇）来控制制品的显微结构，
实现莫来石、刚玉晶粒的均匀细化，避免大裂纹的出现； 采用复合熔剂，利用多碱效应降低烧成温度，同时严格
烧成制度，增强熔剂效果。可按正交表安排试验。
例1：高铝质强化日用瓷的研制过程
改进的坯料配方
配方 IL SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO 26 3.83 48.04 42.58 0.25 0.07 0.15
目标确定是配方研制的关键
在配方设计中，要准确全面地确定配方 的目标。一切工作都要围绕目标来安排。
产品的定位－－确定目标的出发点 新建厂或是老厂－－确定配方的基础 新研发产品或是老产品调整－－确定配 方的主要因素。
配方研制的准备工作
在拟定配方之前，应对所用原料的化学 组成、矿物组成、物理性质以及工艺性能做 全面分析，并根据分析结果有选择地运用到 配方设计中去。
理性能要求，并全面考虑釉浆生产工 艺性能设计原则。 方法：在传统长石釉基础上引入更多的瓷粉 及加入锂辉石、氧化锌、碳酸钡等添 加剂（用正交法做了40多个配方）。
例1：高铝质强化日用瓷的研制过程
4. 釉料配方的确定 结果：提高釉料的始熔温度，降低高温粘度，克服
无机材料工艺学第2章 无机材料组成(8学时)PPT课件
1850
不一致熔融
1150（分解）
一致熔融
1686
一致熔融
1800
尚未确定
尚未确定
K2O－Al2O3－SiO2系统三元无变量点与对应副三角形
K2O－Al2O3－SiO2系统中三元无变量点的性质
图上标号
相平衡关系
M
L S（鳞石英）＋KAS6＋A3S2
F
L S（石英）＋KS4＋KAS6
G
L KS4＋KS2＋KAS6
2.09
1.34
~
~
2.18
1.39
0.91
0.65
~
~
2.79
1.89
0.96 ~
0.98
2.25 ~
3.40
5.0 ~ 5.5
3.51
0.67
~
~
3.60
2.0
2.34
1.52
~
~
2.58
1.68
1.80
0.85
~
~
2.05
1.80
2.01
0.81
1.77
0.65
1.75
0.29
~
~
~
~
~
~
3.26
0.91
1.97
0.87
2.29
0.48
灼减量
7.0 ~ 7.5
6.3 ~ 7.5
7.0 ~ 7.8
6.8 ~ 7.0
6.8 ~ 7.1
6.6 ~ 7.8
6.6 ~ 7.8
6.2 ~ 6.8
4.7 ~ 5.3
（2） 实验式表示（坯、釉式） 根据坯（釉）料化学组成，将各氧化物质量百分数除
无机材料工艺学课件(PPT 92页)
45
六大品种水泥
1、硅酸盐水泥类，石灰石或粒化高炉矿渣、 适量石膏，掺量为：0-5%
2、普通硅酸盐水泥类，混合材料掺量为：615%
3、矿渣硅酸盐水泥类，粒化高炉矿渣掺量为： 20-70%
4、粉煤灰硅酸盐水泥类，粉煤灰掺量为：2040%
5、火山灰质硅酸盐水泥类，火山灰质混合材 料掺量为：20-50%
19
1756年，英国海峡群岛上的一座灯塔，突然失火烧毁了。 这真要命，要知道这可是英吉利海峡南端最重要的灯塔，没 有了它，要影响无数船只的航行。英国政府命令工程师史密 顿（J.Smetetonf）用最快的速度重建这座灯塔。
史密顿立即通知将石灰石运往灯塔所在的小岛，以便烧 成石灰后将岛上产的石头黏合起来重砌灯塔。
25
“波特兰水泥”最早的一次大规模应用，是建造了穿 越泰晤士河河底的隧道。尔后，它在世界各地迅速推广开 来，法国和德国分别在1840年和1855年建设了水泥制造厂。 现在，水泥已成为现代人类生活中不可缺少的物资了。
26
中国最早的水泥厂是外资企业澳门的青洲英坭厂，建 于1886年。唐山细绵土厂（后改组为启新洋灰公司，现为 启新水泥厂）是中国最早的民族水泥企业，创建于1889年， 比澳门的青洲英坭厂晚了3年，是中国人开办的第一个水 泥厂。
料、生态材料
5
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； ④ 复合材料；
6
3、材料工艺
定义：我们将任何一种材料从原料→ 成品的整个过程称为材料工艺过程。
它包括原料制备工艺、成型工艺、 溶制（窑炉工艺），制品工艺等。
34
国外性能各异的特种水泥 2.变色水泥
六大品种水泥
1、硅酸盐水泥类，石灰石或粒化高炉矿渣、 适量石膏，掺量为：0-5%
2、普通硅酸盐水泥类，混合材料掺量为：615%
3、矿渣硅酸盐水泥类，粒化高炉矿渣掺量为： 20-70%
4、粉煤灰硅酸盐水泥类，粉煤灰掺量为：2040%
5、火山灰质硅酸盐水泥类，火山灰质混合材 料掺量为：20-50%
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1756年，英国海峡群岛上的一座灯塔，突然失火烧毁了。 这真要命，要知道这可是英吉利海峡南端最重要的灯塔，没 有了它，要影响无数船只的航行。英国政府命令工程师史密 顿（J.Smetetonf）用最快的速度重建这座灯塔。
史密顿立即通知将石灰石运往灯塔所在的小岛，以便烧 成石灰后将岛上产的石头黏合起来重砌灯塔。
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“波特兰水泥”最早的一次大规模应用，是建造了穿 越泰晤士河河底的隧道。尔后，它在世界各地迅速推广开 来，法国和德国分别在1840年和1855年建设了水泥制造厂。 现在，水泥已成为现代人类生活中不可缺少的物资了。
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中国最早的水泥厂是外资企业澳门的青洲英坭厂，建 于1886年。唐山细绵土厂（后改组为启新洋灰公司，现为 启新水泥厂）是中国最早的民族水泥企业，创建于1889年， 比澳门的青洲英坭厂晚了3年，是中国人开办的第一个水 泥厂。
料、生态材料
5
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； ④ 复合材料；
6
3、材料工艺
定义：我们将任何一种材料从原料→ 成品的整个过程称为材料工艺过程。
它包括原料制备工艺、成型工艺、 溶制（窑炉工艺），制品工艺等。
34
国外性能各异的特种水泥 2.变色水泥
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
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
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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。
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
无机材料工艺原理05成型PPT课件
LPIM制备的ZrO2陶瓷部件 LPIM制备的Al2O3陶瓷部件
第53页/共208页
LPIM制备的微型ZrO2陶瓷喷嘴
LPIM制备的微型ZrO2陶瓷齿轮
第54页/共208页
可塑成型方法——注塑成形
第24页/共208页
滚压成型特点
•
坯体的组织结构均匀：成型时受力变化比较缓和
坯体致密度和强度高：滚头与坯泥的接触面积较大，压力也较大，受压时间较长；
•
成型质量好：靠滚头与坯体相滚动而使坯体表面光滑，坯体强度大，不易变形，表面品质好，规整度一
第28页/共208页
可塑成型方法——挤压成形
挤压成型（extrusion）是采用真空练泥机、螺旋或活塞式挤坯机，将可塑料团挤压向前，经过机嘴定 形，达到制品所要求的形状。
通过更换机嘴，以挤出各种形状的坯体。陶管、劈离砖、辊棒和热电偶套管等管状、棒状、断面和中 孔一致的产品，均可采用挤压成型。
坯体的内、外形由机头及内部形状所决定，坯体的长度根据尺寸要求进行切割。挤压成型便于与前后 工序联动，可实现自动化生产。
低，一模一坯)
高，一模多坯)
多坯)
成型力 机械挤碾力(成型力小)
液压冲击力(成型力 液压冲击力(如何提高
大)
模具的耐压强度)
坯体形状 圆形
广口或扁平状
广口或扁平状
第37页/共208页
陶瓷精密注射成型
(Ceramic injection molding)
起源于塑料工业，在20世纪30、40年 代首先在欧美国家应用到陶瓷领域，在60 年代，日本人采用注射成型工艺制备出氧 化锆陶瓷，从此，它成为了一种制备各种 高温工程陶瓷，特别是复杂形状陶瓷材料 的有效方法。
思考：影响可塑性的因素主要有哪些？
第53页/共208页
LPIM制备的微型ZrO2陶瓷喷嘴
LPIM制备的微型ZrO2陶瓷齿轮
第54页/共208页
可塑成型方法——注塑成形
第24页/共208页
滚压成型特点
•
坯体的组织结构均匀：成型时受力变化比较缓和
坯体致密度和强度高：滚头与坯泥的接触面积较大，压力也较大，受压时间较长；
•
成型质量好：靠滚头与坯体相滚动而使坯体表面光滑，坯体强度大，不易变形，表面品质好，规整度一
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可塑成型方法——挤压成形
挤压成型（extrusion）是采用真空练泥机、螺旋或活塞式挤坯机，将可塑料团挤压向前，经过机嘴定 形，达到制品所要求的形状。
通过更换机嘴，以挤出各种形状的坯体。陶管、劈离砖、辊棒和热电偶套管等管状、棒状、断面和中 孔一致的产品，均可采用挤压成型。
坯体的内、外形由机头及内部形状所决定，坯体的长度根据尺寸要求进行切割。挤压成型便于与前后 工序联动，可实现自动化生产。
低，一模一坯)
高，一模多坯)
多坯)
成型力 机械挤碾力(成型力小)
液压冲击力(成型力 液压冲击力(如何提高
大)
模具的耐压强度)
坯体形状 圆形
广口或扁平状
广口或扁平状
第37页/共208页
陶瓷精密注射成型
(Ceramic injection molding)
起源于塑料工业，在20世纪30、40年 代首先在欧美国家应用到陶瓷领域，在60 年代，日本人采用注射成型工艺制备出氧 化锆陶瓷，从此，它成为了一种制备各种 高温工程陶瓷，特别是复杂形状陶瓷材料 的有效方法。
思考：影响可塑性的因素主要有哪些？
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料、生态材料
❖ 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； ❖ ④ 复合材料；
❖ 3、材料工艺
❖
❖ 定义：我们将任何一种材料从原料→ 成品的整个过程称为材料工艺过程。
❖ 它包括原料制备工艺、成型工艺、 溶制（窑炉工艺），制品工艺等。
时间
胶凝材料
新石器时代 距今约 4000—10000年
天然黏土
公元前2000— 3000年
石灰、石膏
公元初至18世纪 石灰、火山灰
18世纪下半叶
天然水泥
石灰被人们用了数千年，一直到史密顿遇上了“倒霉 事”为止，发现了天然水泥。
天然水泥的发现
1756年，英国海峡群岛上的一座灯塔，突然失火烧毁了。 这真要命，要知道这可是英吉利海峡南端最重要的灯塔，没 有了它，要影响无数船只的航行。英国政府命令工程师史密 顿（J.Smetetonf）用最快的速度重建这座灯塔。
❖ 不同无机非金属材料其各自的工 艺过程不尽相同，但有着许多的共 性和相似性，下面就硅酸盐水泥、 平板玻璃、普通陶瓷、常用耐火材 料的制备工艺过程分别加以阐述。
第一篇 水泥工艺学
第一章 引 言
学的作用下，能从浆体变成
坚硬的石状体，并能胶结其它物料而具有 一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。
天然水泥的发现
不料，史密顿却因祸得福。用这批石灰石烧出来的石 灰，性能居然好得出奇，将石块黏结得从来没有过的结实。 当监工官员将这出人意料的结果通知史密顿时，他惊喜得 跳了起来。随即他又冷静下来，“这石灰中有名堂，要查 一查。”史密顿马上对这些石灰进行了检验，结果发现这 些石灰的确不纯，其中竟含有多达约20％的黏土。
“看来，正是这些被视为杂质的黏土起了好的作用。” 史密顿后来就有意识地把黏土同石灰石适当地配合加以煅 烧，这种石灰性能果然理想。
天然水泥的发现
史密顿的做法很快传遍欧洲各国，引起了许多人的兴 趣，人们仿效此法去煅烧也都获得了成功。1820年前后， 俄国建筑师契利耶夫在莫斯科地区从事建筑施工时，就用 这种方法烧石灰，造了好些建筑物，其中最著名的是用它 来修复克里姆林宫的墙垣。
胶凝材料发展史
阶段
天然黏土时期
时间
胶凝材料
新石器时代 距今约 4000—10000年
天然黏土
泥巴墙
不抗水 强度低
胶凝材料发展史
阶段 天然黏土时期 石膏一石灰时期
时间
胶凝材料
新石器时代 距今约 4000—10000年
天然黏土
公元前2000— 3000年
石灰、石膏
石块、砖用石灰粘结
人们发现石灰岩在火中煅烧脱 水、在雨中胶结产生胶凝性， 因而可用来调制砌筑砂浆。
胶凝材料发展史
阶段
时间
胶凝材料
天然黏土时期
新石器时代 距今约 4000—10000年
天然黏土
石膏一石灰时期
公元前2000— 3000年
石灰、石膏
石灰一火山灰时期 公元初至18世纪 石灰、火山灰
在石灰中掺加某些火山灰沉积物，不仅强度提高，而 且还具有一定的抗水性。
胶凝材料发展史
阶段
天然黏土时期
石膏一石灰时期 石灰一火山灰时 期 天然水泥时期
“能不能使它的性能更好一些呢？”一位名叫阿斯普 丁（J.Aspdin）的英国工匠企图对史密顿的发明进行改进。 他联想到古罗马人为增强石灰的黏结力，曾在石灰中加入 火山灰的做法，因而产生了新的想法：火山灰是岩石高温 熔烧后的产物，那么，把陶器、砖瓦的屑片磨成细粉，是 不是也跟火山灰差不多呢？
阿斯普丁试了一下，效果果然不错。后来他又由此想 到，煤高温燃烧后的煤渣、炼铁高炉里流出的经高温冶炼 的矿渣可能也有类似的功能，经试验也证实了他的想法是 对的。
胶凝材料发展史
阶段
时间
胶凝材料
天然黏土时期 石膏一石灰时期
新石器时代 距今约 4000—10000年
天然黏土
公元前2000— 3000年
石灰、石膏
石灰一火山灰时期 公元初至18世纪 石灰、火山灰
天然水泥时期
18世纪下半叶
天然水泥
硅酸盐水泥时期 19世纪初
硅酸盐水泥
水泥的发明
水泥的发明
天然水泥被发现后。
❖ 4、无机非金属材料工艺：
将原料选择→粉碎→配方设计→混合 →高温（成型）→制品→后期处理的整 个过程称为工艺过程，研究工艺过程中 的各种物理化学变化、机械加工方法、 生产各种的控制等以确保产品质量的过 程称为工艺学。
❖ 书名为《普通硅酸盐工艺学》。“普通” 二字说明该课所讲是我们日常所见到的， 生活中常用到的水泥、玻璃、陶瓷的工艺 学。区别于特种水泥、特种玻璃、特种陶 瓷工艺学。
无机材料工艺学
绪言
课程内容
❖ 1、水泥工艺学 ❖ 2、玻璃工艺学 ❖ 3、陶瓷工艺学
❖ 主要讲解这三种普通硅酸盐材料的生产工 艺原理、流程和方法特点，为大家将来从 事科研、产品开发或生产管理提供一定的 理论基础。
材料回顾
使用效能
合成与制备工艺 组成与结构
性能
❖ 1、有关“材料”的定义： ❖ 材料科学与工程 ❖ 材料学 ❖ 无机非金属材料 ❖ 结构材料、功能材料、建筑材料、环境材
2、分类
水泥：起源于胶凝材料。
胶凝材料分类：
拌水后只能在空气中硬化
气硬性－－石灰、石膏
无机胶凝材料
拌水后既能在空气中硬化 又能在水中硬化
水硬性－－各种水泥
有机胶凝材料 －－沥青、树脂、橡胶
二、凝胶材料发展史
❖ 公元前2000—3000年如中国（长城—石灰）、 埃及（金子塔—煅烧石膏）、罗马（庞贝圣 庙—石灰）使用石膏胶凝材料，十八世纪后期 发展水硬性石灰，十九世纪初(1879—1825)， Portland 水泥即硅胶盐水泥制成。英国（ J. Aspdin）1824年首获Portland cement 专利。 1907—1909，制成快硬性高铝水泥，近年又 发展了硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等。（要 学会用材料的眼光看世界，你会有意想不到的 收获）。
史密顿立即通知将石灰石运往灯塔所在的小岛，以便烧 成石灰后将岛上产的石头黏合起来重砌灯塔。
两星期后，石灰石运到了，史密顿兴冲冲地赶到卸料码 头。当他见到这些越山跨海送来的石灰石时，不由失声惊叫 起来：“真倒霉，这石头怎么是带有黑色的？它混有太多的 土质，用这种次品原料建造高标准的灯塔，不是开玩笑吗？” 可是，时间已不允许他再调运优质石灰石了，史密顿只好将 就着用这些劣质原料进行烧制。
❖ 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； ❖ ④ 复合材料；
❖ 3、材料工艺
❖
❖ 定义：我们将任何一种材料从原料→ 成品的整个过程称为材料工艺过程。
❖ 它包括原料制备工艺、成型工艺、 溶制（窑炉工艺），制品工艺等。
时间
胶凝材料
新石器时代 距今约 4000—10000年
天然黏土
公元前2000— 3000年
石灰、石膏
公元初至18世纪 石灰、火山灰
18世纪下半叶
天然水泥
石灰被人们用了数千年，一直到史密顿遇上了“倒霉 事”为止，发现了天然水泥。
天然水泥的发现
1756年，英国海峡群岛上的一座灯塔，突然失火烧毁了。 这真要命，要知道这可是英吉利海峡南端最重要的灯塔，没 有了它，要影响无数船只的航行。英国政府命令工程师史密 顿（J.Smetetonf）用最快的速度重建这座灯塔。
❖ 不同无机非金属材料其各自的工 艺过程不尽相同，但有着许多的共 性和相似性，下面就硅酸盐水泥、 平板玻璃、普通陶瓷、常用耐火材 料的制备工艺过程分别加以阐述。
第一篇 水泥工艺学
第一章 引 言
学的作用下，能从浆体变成
坚硬的石状体，并能胶结其它物料而具有 一定机械强度的物质，统称为胶凝材料。
天然水泥的发现
不料，史密顿却因祸得福。用这批石灰石烧出来的石 灰，性能居然好得出奇，将石块黏结得从来没有过的结实。 当监工官员将这出人意料的结果通知史密顿时，他惊喜得 跳了起来。随即他又冷静下来，“这石灰中有名堂，要查 一查。”史密顿马上对这些石灰进行了检验，结果发现这 些石灰的确不纯，其中竟含有多达约20％的黏土。
“看来，正是这些被视为杂质的黏土起了好的作用。” 史密顿后来就有意识地把黏土同石灰石适当地配合加以煅 烧，这种石灰性能果然理想。
天然水泥的发现
史密顿的做法很快传遍欧洲各国，引起了许多人的兴 趣，人们仿效此法去煅烧也都获得了成功。1820年前后， 俄国建筑师契利耶夫在莫斯科地区从事建筑施工时，就用 这种方法烧石灰，造了好些建筑物，其中最著名的是用它 来修复克里姆林宫的墙垣。
胶凝材料发展史
阶段
天然黏土时期
时间
胶凝材料
新石器时代 距今约 4000—10000年
天然黏土
泥巴墙
不抗水 强度低
胶凝材料发展史
阶段 天然黏土时期 石膏一石灰时期
时间
胶凝材料
新石器时代 距今约 4000—10000年
天然黏土
公元前2000— 3000年
石灰、石膏
石块、砖用石灰粘结
人们发现石灰岩在火中煅烧脱 水、在雨中胶结产生胶凝性， 因而可用来调制砌筑砂浆。
胶凝材料发展史
阶段
时间
胶凝材料
天然黏土时期
新石器时代 距今约 4000—10000年
天然黏土
石膏一石灰时期
公元前2000— 3000年
石灰、石膏
石灰一火山灰时期 公元初至18世纪 石灰、火山灰
在石灰中掺加某些火山灰沉积物，不仅强度提高，而 且还具有一定的抗水性。
胶凝材料发展史
阶段
天然黏土时期
石膏一石灰时期 石灰一火山灰时 期 天然水泥时期
“能不能使它的性能更好一些呢？”一位名叫阿斯普 丁（J.Aspdin）的英国工匠企图对史密顿的发明进行改进。 他联想到古罗马人为增强石灰的黏结力，曾在石灰中加入 火山灰的做法，因而产生了新的想法：火山灰是岩石高温 熔烧后的产物，那么，把陶器、砖瓦的屑片磨成细粉，是 不是也跟火山灰差不多呢？
阿斯普丁试了一下，效果果然不错。后来他又由此想 到，煤高温燃烧后的煤渣、炼铁高炉里流出的经高温冶炼 的矿渣可能也有类似的功能，经试验也证实了他的想法是 对的。
胶凝材料发展史
阶段
时间
胶凝材料
天然黏土时期 石膏一石灰时期
新石器时代 距今约 4000—10000年
天然黏土
公元前2000— 3000年
石灰、石膏
石灰一火山灰时期 公元初至18世纪 石灰、火山灰
天然水泥时期
18世纪下半叶
天然水泥
硅酸盐水泥时期 19世纪初
硅酸盐水泥
水泥的发明
水泥的发明
天然水泥被发现后。
❖ 4、无机非金属材料工艺：
将原料选择→粉碎→配方设计→混合 →高温（成型）→制品→后期处理的整 个过程称为工艺过程，研究工艺过程中 的各种物理化学变化、机械加工方法、 生产各种的控制等以确保产品质量的过 程称为工艺学。
❖ 书名为《普通硅酸盐工艺学》。“普通” 二字说明该课所讲是我们日常所见到的， 生活中常用到的水泥、玻璃、陶瓷的工艺 学。区别于特种水泥、特种玻璃、特种陶 瓷工艺学。
无机材料工艺学
绪言
课程内容
❖ 1、水泥工艺学 ❖ 2、玻璃工艺学 ❖ 3、陶瓷工艺学
❖ 主要讲解这三种普通硅酸盐材料的生产工 艺原理、流程和方法特点，为大家将来从 事科研、产品开发或生产管理提供一定的 理论基础。
材料回顾
使用效能
合成与制备工艺 组成与结构
性能
❖ 1、有关“材料”的定义： ❖ 材料科学与工程 ❖ 材料学 ❖ 无机非金属材料 ❖ 结构材料、功能材料、建筑材料、环境材
2、分类
水泥：起源于胶凝材料。
胶凝材料分类：
拌水后只能在空气中硬化
气硬性－－石灰、石膏
无机胶凝材料
拌水后既能在空气中硬化 又能在水中硬化
水硬性－－各种水泥
有机胶凝材料 －－沥青、树脂、橡胶
二、凝胶材料发展史
❖ 公元前2000—3000年如中国（长城—石灰）、 埃及（金子塔—煅烧石膏）、罗马（庞贝圣 庙—石灰）使用石膏胶凝材料，十八世纪后期 发展水硬性石灰，十九世纪初(1879—1825)， Portland 水泥即硅胶盐水泥制成。英国（ J. Aspdin）1824年首获Portland cement 专利。 1907—1909，制成快硬性高铝水泥，近年又 发展了硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥等。（要 学会用材料的眼光看世界，你会有意想不到的 收获）。
史密顿立即通知将石灰石运往灯塔所在的小岛，以便烧 成石灰后将岛上产的石头黏合起来重砌灯塔。
两星期后，石灰石运到了，史密顿兴冲冲地赶到卸料码 头。当他见到这些越山跨海送来的石灰石时，不由失声惊叫 起来：“真倒霉，这石头怎么是带有黑色的？它混有太多的 土质，用这种次品原料建造高标准的灯塔，不是开玩笑吗？” 可是，时间已不允许他再调运优质石灰石了，史密顿只好将 就着用这些劣质原料进行烧制。