无机非金属材料3.1

• 2．膨润土 • 膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的粘土岩。膨润土取名于
美国怀俄明州落基山河附近的钠质膨润土产地“Fort Benton”。 指的是该地所产的绿黄色的吸水后高度膨胀的一种粘土，很粘 柔。后来，有些人把凡具有膨润土物理性质的粘土统称膨润土。 • 膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分，常含少量的石英、长石、 云母、高岭石、绿泥石、方解石及有机物等。某些膨润土中还 含有方沸石和斜发沸石、凹凸棒石等。膨润土的颜色有白色、 乳酪色，因含铁量变化又呈浅灰色、淡绿色、粉红色、褐红色 等，具强滑感、粘度高、可塑性强、油脂光泽、蜡状光泽或土 状光泽。 • 膨润土具有吸湿性，能吸附8～15倍于该体积的水量。吸水后 膨胀，能膨胀达30余倍。在水介质中能分散呈胶体悬浮体，这 种悬浮液具有一定的粘滞性、触变性和润滑性。它和水、泥或 砂等细碎屑物质的掺合物有可塑性和粘结性。有较强的阳离子 交换能力。对各种气体、液体、有机物质有一定的吸附能力， 最大吸附量可达5倍于它的重量：具有表面活性的酸性漂白土能 吸附有色物质
天然矿物材料
• 天然矿物材料是指那些只经过简单的物理 加工或经过表面化学处理就能被当作材料 使用的天然矿物或岩石。一般不包括用于 制作玻璃、水泥、陶瓷、耐火材料、铸石 或岩棉等的原料和无机化工原料。
• 基于这样一个定义，可以把天然矿物材料 分为天然石材、天然粉体功能材料及其他 天然旷物材料等三大类。
度均匀、粒形均一、磨件光度好，是很好的天然研磨原 料，在光学工业、电子工业、机械工业、仪器仪表工业、 印刷工业、建筑业、地质矿冶等部门得到广泛应用。近 年来，石榴子石的应用领域又有所扩展，例如，用作过 滤介质。此外，石榴子石在珠宝行业、石油化工等工业 部门以及激光和计算机等尖端技术领域亦得到广泛应用。
• 传统的元机非金属材料是工业和基本建设所必需 的基础材料。如水泥、耐火材料、陶瓷、玻璃等， 它们生产历史较长，产量大，用途广。其他产品， 如搪瓷、磨料、铸石、碳素材料、天然矿物材料等， 也都属于传统的无机非金属材料。
• 新型无机非金属材料是指20世纪中期以后发展起来 的、具有特殊性能与用途的材料。它们是现代新技 术、新兴产业和传统工业技术改造的物质基础，也 是发展现代国防和生物医学所不可缺少的。主要有 先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、无机涂层、无 机纤维等。
点苍山所产的具有绚丽色泽与花纹的石材而得名。 大理岩是指一种碳酸盐矿物或镁质硅酸盐矿物，如 方解石、白云石、蛇纹石等含量大于50％的变质岩 石，它是由石灰岩、白云岩等碳酸盐岩经区域变质 作用或接触变质作用而形成的。
• 大理石的矿物组成及其特征直接关系到大理石制 品的使用性能和装饰效果。现代建筑是多姿多彩不 断变化的，因此，对装饰用大理石也要求多品种、 多花色，能配套用于建筑物的不同部位。一般，单 色大理石要求其颜色均匀；彩花大理石要求其花纹 调和，深浅逐渐过渡；图案型大理石则要求图案清 晰、花色鲜明、花纹规律性强，便于大面积拼接， 能批量供货。
子键、共价键或离子一共价混合键。这些化学键的
特点是高的键能、键强，这一大类材料有高熔点、
高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高强度和良好的抗氧化
性等基本属性，以及有宽广的导电性、导热性、透 光性及良好的铁电性、铁磁性和压电性。
• 无机非金属材料品种极其繁多，用途各异，因此， 还没有一个统一而完善的分类方法。通常把它们分 为普通的(传统的)和先进的(新型的)无机非金属材料 两大类。
用于天文、地地震、航空工业用测量仪器部件， 如精密花岗石平台、平尺、角尺、V型块、平 行规、测量仪座等。用于农业可作简易通讯输 电线杆、石磨、石碾及引水渠道。
• 3.板石类 • 板石是指以板岩为代表的一种具有特点的板状构造，由粘土岩、
粉砂岩或中、酸性凝灰岩经变质作用形成的浅变质岩石，可沿 板理面成片剥下，作饰面石材。包括硅质板岩、粘土质板岩、 云母质板岩、粉砂质板岩、凝灰质板岩、千枚状板岩等。
• 板石是海、湖底堆积的粘土受压形成的沉积岩，主要由绢云母、 石英、绿泥石等矿物组成，常含有机物的残骸和碳质。板石层 理发育，易剥成薄板，在层理面上常有天来自百度文库晕彩和饰纹。
• 板％K20石～(02的～6化％3％学)，)。成Ca分O(比0～较1简8%单)，，M主g要O(为1％Si～O25(3.55％％)～，6F1e％203)(，0～A172％03()1，2 • 板石是由多种矿物沉积形成，化学成分不固定。一般按颜色可
• 花岗石主要用于加工成饰面板材，作建筑物的 墙面、地面、柱面、台面等饰面用，有的可作
生活用具，如茶几、桌面等；花岗石还常用作
纪念性建筑物，如碑、塔等的材料。有的花岗
石（包括花岗岩、石英岩、辉绿岩、辉长岩、 玄武岩、安山岩等)可作耐酸石材，用作建筑 物或设备(容器)的防腐材料，辅砌耐酸碱池、 槽及地板，加工成耐腐管材及填充料等。还可
• 19世纪初，英国人J 阿斯普丁(Aspdin)发明用硅酸盐矿物和石灰 原料经高温煅烧制成波特兰水泥(又称硅酸盐水泥)，从而开始 了高强度水硬性胶凝材料的新纪元。上述陶瓷、耐火材料、玻 璃、水泥等，主要成分均为硅酸盐。长期以来，在学术界和工 业生产部门中将其称为硅酸盐材料。20世纪中期后，随着微电 子、航天、能源、计算机、激光、通信、光电子、传感、红外、 生物医学和环境保护等新技术的兴起，对材料提出了愈来愈高 的要求，促进了性能更为优良以及有特殊功能的新型陶瓷、玻 璃、耐火材料、水泥、涂层、磨料等制品的飞速发展。它们在 化学组成上远远超出了硅酸盐化合物的范围，而是扩展到了其 他氧化物、氮化物、硼化物、碳化物、硫系化合物和钛酸盐、 铝酸盐、磷酸盐等一切无机化合物。已有相当一部分在其组成 中完全不含氧化硅的产品，如刚玉瓷、镁质耐火材料、磷酸盐 和硼酸盐光学玻璃等，已形成大规模的工业生产并广泛使用。 在不少制品(如氧化锆陶瓷)的组成中，氧化硅反倒成为最有害 的杂质而必须严格禁止。这样，再用硅酸盐材料来概括这些材 料已显得过时，因此，无机非金属材料这一名称在学术界逐渐 形成并获得使用。但由于历史的原因，在中国，有时仍常沿用 硅酸盐的名称；国际上也常沿用广义的陶瓷(Ceramics)来表示无 机非金属材料。
分为黑色、灰绿色、紫色、粉红色、土黄色等。表面上带有天 然晕彩、饰纹则更优，价值更高。
• 板石可作高级建筑、公用建筑装饰贴面，如室内外墙面、地面、 楼梯踏步、台阶、踢脚板、窗台、门框、服务台等，常可用作 层面材料，还可作砚台及黑板等，著名的肇庆端砚就是用致密 细腻的泥盆系绢云母泥质板岩刻成。
• (二)天然粉体功能材料
• (三)其他天然矿物材料 • 1．石棉 • 石棉是天然纤维状矿物集合体。它分为蛇纹
石石棉(又称温石棉)和角闪石石棉两大类。前 者产量最大、应用最广。
• 各类石棉均能劈分成很细的纤维，具可纺性， 并具有较好的耐热、隔热、低温、绝缘、吸附、 防腐、耐酸碱侵蚀以及高的机械强度等优良性 能。石棉是重要的非金属矿物原料，由于它具 有诸多优良性能，所以在各工业部门及国防尖 端技术等方面有广泛的用途。目前以石棉为主 要原料的各种规格的制品达3000多种。在各类 石棉制品中，石棉水泥制品消耗石棉最多，约 占石棉总消耗量的70％。
• 无机非金属材料是一种或多种金属元素与一种非金 属元素(如O，C，N等，通常为O)的化合物，主要为 金属氧化物和金属非氧化合物，不含C-H-O链。其中， 尺寸较大的氧原子为主体，尺寸较小的金属原子(或 半金属原子，如Si等)处于氧原子之间的空隙中。氧 原子同金属化合时，形成很强的离子键；同时也存 在一定成分的共价键，但离子键是主要的，如MgO 晶体中，离子键占84％，共价键占16％。也有一些 特殊陶瓷，如SiC等，是以共价键为主。因此，从晶 体结构上，无机非金属材料的元素结合力主要为离
• 1．硅藻土
• 硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，以 硅藻遗骸(壳体)为主。在非海相硅藻土中常 伴有淡水海绵骨针、金藻内生孢子等生物 遗骸。在海相硅藻土中，经常与其共存的 有各类粘土矿物(高岭石、蒙脱石、水云母 等)和碎屑矿物(石英、长石等)。
• 在我国有些地方对硅藻土有不同的称呼， 如白泥、白土、山粉、硅藻土和观音土等。 这些名称有的是依据外貌命名的，有的则 是在某些特定的历史条件下产生的。
• 大理石的主要用途如下：加工成饰面板材， 作建筑物的墙面、地面、柱面、台面等饰 面，有的可作生活用具，如石桌、石凳、 茶几、卫生间的洗台、壁炉、文具、烟具、 灯具、表壳、花瓶等。还可用于艺术装饰， 如石雕、石刻品及作为纪念性建筑物的碑、 塔等，也可作电气闸刀衬板等的绝缘材料。 有些大理石可作耐碱石材。
• 2．云母
• 云母是一种含钾、镁、铁、锂等元素的层 状含水铝硅酸盐矿物。是一种分布很广的 造岩矿物。
• 云母具有优异的电学、光学、力学等性能， 已广泛地应用在电子、电气和化学工业中 作绝缘、耐热材料，以及在水泥、油漆、 橡胶、陶瓷中作填料来改善材料性质，还 可用于生产绝缘砖、瓦等建筑材料。
• 3．滑石
A灰l2绿[Si、4O褐10]红(O等H)色2，的常低含温镁热，液是蚀一变种粘致土密矿块物状。或片状呈黄、
• 叶蜡石主要用于生产耐火材料、陶瓷、填料、涂料、 杀虫剂等。叶蜡石和滑石具有相近的用途，但开发速度 不及滑石。
• 5．石榴子石 • 石榴子石是一组物理性质和结晶习性相同的石榴子石
族矿物的统称，是一种岛状结构的铝(钙)硅酸盐。 • 石榴子石硬度适中、韧性好、边角锋利、磨削力大、粒
• 2．花岗石类
• 花岗石是指以花岗岩为代表，包括各类岩 浆岩和以硅酸盐矿物为主的变质岩(一般质 地较硬)，包括花岗岩、闪长岩、辉长岩、 辉绿岩、石英岩、玄武岩、片麻岩、安山 岩及混合岩等。
• 花岗石的矿物组成及其特征直接影响着制 品的使用性能及装饰效果。
• 花岗石的化学成分只能直接表明其岩性并 间接影响其物理化学性质，对其石材的可 装饰性并不起主要作用。
• 滑石(Talc)是一种层状含水镁硅酸盐矿物， 这种矿物或矿物集合体，由于质软光滑， 具有很强的滑腻感，故称之为滑石。
• 滑石具有良好的耐热、滑润、抗酸碱、绝 缘及对油类有强烈的吸附性等优良特性， 被广泛应用于造纸、化工、医药、军工、 陶瓷、油漆、橡胶等行业。
• 4．叶蜡石 • 叶蜡石是一种含水的铝硅酸盐，其化学式：
• 传统的硅酸盐材料一般是指以天然的硅酸盐矿物(粘土、 石英、长石等)为主要原料、经高温窑烧制而成的一大 类材料，故又称窑业材料，这类材料具有非常悠久的历 史。从远古旧石器时代的石器工具，原始部落所制作的 粗陶器，中国商代开始出现的原始瓷器和上釉的彩陶， 东汉时期的青瓷，经过唐、宋、元、明、清不断发展， 已达到相当高的工艺水平，并成为中华民族的瑰宝。与 此并行发展的耐火材料(粘土质和硅质材料)，从青铜器 时代、铁器时代到近代钢铁工业的兴起，都起过关键的 作用。玻璃制品亦有非常悠久的历史。距今五六千年的 省埃及文物中即发现有绿色玻璃珠饰品，中国白色玻璃 珠亦有近3000年的历史。17世纪以来，由于用工业纯碱 代替天然草木灰与硅石、石灰石等矿物原料生产钠钙硅 酸盐玻璃，各种日用玻璃和技术玻璃迅速进入普通家庭、 建筑物和工业领域。在距今五六千年的史前和古代建筑 中已大量使用石灰和石膏等气硬性胶凝材料。公元初期 有了水硬性石灰和火山灰胶凝材料。
第三章 无机非金属材料
• 概述
• 无机非金属材料是指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。无机非金属材料是20世纪 40年代以后随着现代科学技术的发展从传 统的硅酸盐材料演变而来的，已与高分子 材料和金属材料并列为经济建设中的三大 材料。
• (一)天然石材
• 天然石材习惯上按其形状分为规格石材和 碎石材料两大类，而规格石材按其硬度和 矿物岩石特征，习惯上分为大理石、花岗 石及天然板石。这里讲的“花岗石”、 “大理石”、“板石”并非矿物岩石学中 的概念，而是商业、建材业中的概念。
• 1．大理石类 • 大理石是建筑饰面石材的一种，由我国云南大理