无机非金属材料工程专业机械设备课程设计
湖南科技大学
无机非金属材料工程专业
机械设备课程设计
辊压机设计说明书
姓名王某某
学号
指导老师
设计时间 2014年 12月 18日至 2015 年 1 月 1 日
目录
第一章、前言：机械课程设计的任务、目的和意义第二章、论文：辊压机的介绍与发展
1、工作原理
2、主要结构
3、工作条件
4、关键设备
5、影响因素
6、发展
第三章、计算：工艺设计和计算
3.1.1烧成工段生产能力和工厂生产能力计算
3.1.2生料配比计算
3.1.3原料及工艺制度的制定
3.1.4原料需要量计算式
3.1.5石膏、混合材需要量计算式
3.1.6热量平衡计算
表3.1原料与煤灰的化学成分表
表3.2煤的工业分析参数表
表3.3熟料率值、热耗和料耗表
表3.4累加试凑过程
表3.5烧失量
表3.6物料天然水
表3.7生产损失
表3.8物料平衡表
第四章、图纸：对所绘手工图和CAD图的说明
第五章、小结：机械课程设计的收获
第一章、前言：机械课程设计的任务、目的和意义
1、《机械设备课程设计》任务书
（1）论文：请围绕“水泥生产机械设备发展”为中心进行自行选题，小议水泥
生产中某种主机设备的演变历史、目前的状况以及今后的发展。
（2）计算：水泥厂年设计产量为280+**万吨，产品为Ｐ.Ｃ42.5R 复合硅酸盐水泥，混合材粉煤灰掺加量为（4５－*.*）%，已知原料、燃料的有关数据如表1表2，假设以四种原料配合进行生产，要求的熟料率值和单位热耗见表3，计算其原料的配合比。在课程设计中完成物料和热量平衡计算 表1 原料成分
名 称 烧失量 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO 其他 合计
水份
生产损失
石灰石 41.73+*.* 3.35 0.85 0.54 51.63-*.* 1.68 0.22 100.00 1 3 砂岩 1.10 93.1 1.70 0.6 1.83 0.86 0.81 100.00 2 1 铁粉 5.58 22.70 12.08 44.22 9.05 0.83 5.54 100.00 8 2 粉煤灰 5.90 61.35 25.77 2.95 1.33 1.18 1.52 100.00 4 3 煤灰
0.00
58.40
30.15
2.99
3.75
0.77
3.94
100.00
表2 煤的工业分析
表3熟料率值及料耗和热耗表
KH
SM
IM
q (kJ/kg 熟
料)
0.89±0.01
2.5±0.1
1.5±0.1
3100+**
注：三表中**取各位同学学号的后两位数，其它数据各位同学都一样。未指明的数据请按水泥生产的常规自行设定。
1、 绘图：绘制2张水泥生产相关的机械设备图（手工图和cad 图各一张）（A1幅面）
2、 完成这个内容的机械设备课程设计名单附后
3、完成时间两周（1７周-1８周）
2、目的和意义
（1）、运用专业所学知识设计水泥生产中所需原料等物质的用量，以此来检
水分Mad （%）
挥发物V ad （%）
灰分A y （%）
固定碳FC ad （%）
热值Qy （kJ/kg ）
0.28 9.14
22.84
67.74
25759-**
验同学们对专业知识的掌握，并且使同学们对水泥生产有更进一步的了解。
（2）、让同学们掌握CAD制图软件以及手工的画图方法，学以致用；并且更深刻的认识水泥生产的机械设备，扩展知识面。
（3）、此次课程设计也为今后的毕业设计做一个铺垫作用。
第二章、辊压机的介绍和发展
辊压机，又名挤压磨、辊压磨，是国际80年代中期发展起来的新型水泥节能粉磨设备，具有替代能耗高、效率低球磨机预粉磨系统，并且降低钢材消耗及噪声的功能，适用于新厂建设，也可用于老厂技术改造，使球磨机系统产量提高30—50%，经过挤压后的物料料饼中0.08mm细料占20—35%，小于2mm占65—85%，小颗粒的内部结构因受挤压而充满许多微小裂纹，易磨性大为改善。辊面采用热堆焊，耐磨层维修更为方便。
1、工作原理
辊压机是根据料床粉磨原理设计而成，其主要特征是：高压、满速、满料、料床粉碎。辊压机由两个相向同步转动的挤压辊组成，一个为固定辊，一个为活动辊。
物料从两辊上方给入，被挤压辊连续带入辊间，受到100-150MPa的高压作用后，变成密实的料饼从机下排出。排出的料饼，除含有一定比例的细粒成品外。在非成品颗粒的内部，产生大量裂纹，改善了物料的易磨性，且在进一步粉碎过程中，可较大地降低粉磨能耗。
物料通过磨辊主要分为三个阶段：满料密集、层压粉碎、结团排料阶段。
2、主要结构
辊压机由机架、两个辊系、传动装置、扭矩支承、辊罩、进料装置、液压（加压）系统、主承轴润滑系统、干油润滑系统、电气系统等部份组成。
主要特点
根据辊压机在水泥工业的实际应用结果，人们总结出如下最主要的特点：（1）提高产量：在粉磨系统中安装辊压机，其高压负荷通过双辊直径传递到被粉磨的物料层，大部分能量被用于物料之间的相互挤压，物料摩擦产生的声能、热能被转化为物料的变形能，使其变形、撕裂、粉碎，可以使粉磨设备的潜在能力得以充分发挥，增加产量达50-100%，总能耗可降低20%-30%，提高了整个系统的生产效率。
（2）降低电耗：用辊压机粉磨物料，。辊压后的物料不仅粒度大幅度减小，邦德功指数也明显降低，从而大大改善了后续磨机的粉磨状况，使整个粉磨系统的单位电耗明显下降。可以使粉磨系统的总电耗显著降低。比传统粉磨方式节能25-50%，每年节电效益相当可观。
（3）节省投资：对于同样生产能力要求的辊压机与管磨机相比，辊压机结构简单、体积小、重量轻，占用厂房空间小，可以节省土建投资，同时也便于对原有粉磨系统进行改造。此外，辊压机的操作、维修也非常简便。
（4）工作环境好：物料在挤压辊罩内，被连续稳定地挤压粉碎，有害粉尘不易扩散，同时，由于近乎无冲击发生，故辊压机的噪音比管磨机小得多。
（5）易于发展：传统管磨机受到加工、运输、热处理等条件的限制，磨管机大型化受到很大的制约。配辊压机粉磨系统很好地解决了此类问题。使粉磨系统向大型化发展变成了现实。
3、工作条件
经过多年的实践证明，辊压机安全稳定工作需满足如下条件：
（1）喂入的物料应具有一定的料压，借以保证物料稳定连续地喂入辊间，形成较密实的料层。
（2）喂入的物料粒度应满足设计要求，借以形成较密实的料层，但在高压料层粉碎前可以发生单颗粒破碎的部分除外。
（3）粉磨时应具有足够大的挤压粉碎力，不过，该粉碎力数值对于不同的物料和挤压效果有不同的要求，应通过试验确定最佳值。
4、关键设备
1、稳流称重仓
辊压机必须满料操作，运行过程中两辊之间必须保证充满物料，不能间断，因此在辊压机进料口上部设置稳流作用的称重仓是必要的，称重仓的容量设计也不能太小，否则缓冲余地太小，影响辊压机的正常运行，造成辊压后料饼质量的较大波动。另外要控制好称重仓的料位，如果料位过低，辊压机上方不能形成稳定的料柱，使称重仓失去靠物料重力强制喂料的功能，且容易形成物料偏流人辊现象，引起辊压机振动或跳停。
2、除铁装置
辊压机辊面耐磨层容易磨损，尤其对金属异物反应敏感，因此喂人辊压机的物料应尽可能地除铁彻底。系统中除了在进料皮带上设置除铁器外，还有必要在进料皮带上设置金属探测仪。而且在生产过程中，应确保金属探测仪与进料系统连锁畅通，反应快捷，以便及时排除物料中混杂的金属异物，避免金属异物在辊压机与打散分级机组成的闭路系统中不断循环而反复损伤辊面层。
3、斜插板
辊压机斜插板位置不当，会造成辊压机入口内料柱压力过大或过小，对形成稳定料床有影响。位置过高，料柱压力过大，入辊压机物料多，辊缝大，物料会冲过辊压机或形成料饼过厚，增大下道工序负荷，挤压效果变差，成品含量低；位置过低，料柱压力小，入辊压机物料少，难以形成稳定厚实的料床，产量降低，严重时还可能造成设备振动，无法运行。
4、打散分级机
打散分级机是一种集物料打散与分级于一体的新型设备。挤压过的物料进入打散分级机后首先对其进行充分打散,打散是利用离心冲击破碎的原理。物料接触到高速旋转的打散盘后被加速,加速后的物料在离心力的作用下脱离打散盘,冲击在反击板上而被粉碎。粉碎后的物料进入风力选粉区内,粗粉运动状态改变较小,而细粉运动状态改变较大,从而使粗、细粉分离。如打散效果降低，考虑反击衬板磨损、打散机传动动皮带打滑、物料水分偏高以及分级环形通道堵塞等原因。
5、V型选粉机
V型选粉机是专为辊压机配套使用的一种静态分级打散设备，左进右出，将从辊压机里出来的成饼物料打散，然后将打散后物料中的合格细粉分离出来，有利于辊压机的平稳运行，提高系统产量，并具有烘干功能。结构简单，耐磨部件使用寿命长。使用风量小，压差损失小，成品细度可以通过调节风速来控制。其功能与打散分级机基本一致，多使用其与辊压机配套。
5、影响因素
1、配料原则
辊压机及其挤压粉磨技术对于水泥原料的水分有一定要求，为了达到节能、降耗、提高产量，水泥原料的水分理论上应该控制在<1．5%。因为水分过大，易造成称重仓锥体部分粘料、堵料，下料不畅，辊压机喂料不能连续均匀，易导致辊压机振动以及出现偏辊现象。同时由于水分过大，辊压机挤压过的料饼里细粉含量低，颗粒物里的微裂纹也会大大降低，严重影响挤压效果和料饼质量。对系统中带有打散分级机的系统，也使进入打散分级机的物料难以打散分离，影响分级选粉效果，从而难以达到预期的增产节能效果。
2、物料标准
辊压机对物料粒度的大小和均匀性的要求较为严格，一般95%以上的颗粒应小于辊径的3%，个别大块物料也不宜大于辊径的5%。在使用过程中，当物料粒度和辊径之比在3．5%以内时，辊压机运转平稳；如果喂料粒度增大一倍，将使料床不均匀，还会不利于将物料啮人两辊之间，这就会导致辊压机的振动值上升5倍。辊压机要求在辊面沿长度方向上的粒度分布不能相差太大，否则易造成辊压机的偏辊现象，影响系统操作。辊压机对脆性、空隙较多的物料挤压效果好，但是为了降低生产成本和利用工业废弃物，混合材的加入量越来越大，有的比例达到50%。加入的混合材主要有煤矸石、黑石子、钢渣、水渣等，这些混合材都非常硬，易磨性差，加快了辊压机辊面的磨损速度，对台时产量都有影响。
3、压力标准
辊压机的挤压力是辊压机安全稳定运行的重要参数，其压力大小直接影响挤压效果及挤压质量，压力过小则颗粒间空隙较多，达不到物料破碎所需要的压力，也形不成致密料饼，影响料床粉碎力功效；压力过大，则易使颗粒间产生“重聚合"现象，造成打散分级困难，且使辊面磨损加剧，严重时损坏轴承和液压系统。根据许多水泥厂的生产经验，对尺寸为1200 mm×450mm辊压机，运行压力控制在6．0～8．0 SPa，此时挤压效果好，液压系统稳定，不损坏轴承，综合效益也高。
6发展
从第一台国产化辊压机开始运行到现在已经有十多年了，至今有上千台在全国各地水泥厂运行，其投入使用，为国家和社会创造了巨大的经济效益和社会效益，辊压机的发展不仅提高了我国水泥粉磨设备的设计制造水平，而且为我国今后打入国际市场奠定了坚实的基础。
第三章、物料平衡计算
3.1 物料平衡计算
3.1.1 烧成工段生产能力和工厂生产能力计算
（1）要求的熟料年产量计算：
Q y＝(100－j－i)G y/(100－P)
式中：Q y------要求的熟料年产量(t熟料/年)
G y------工厂规模(t水泥/年)
j-------水泥中石膏的掺入量，4%
i-------水泥中混合材的掺入量，43.7%
P-------水泥的生产损失，大致相当于水泥中石膏掺入量，可取为3～5%，在此取4%
PC42.5R:Q y＝(100－4－43.7)×2930000/(100－4)＝1596239.58 t/y
小时产量:Q h＝Q y/(η×24×365)＝1596239.58/(0.92×24×365)＝198.06t/h
一天产量：Q d＝24Q h＝24×198.06＝4753.44 t/d
其中：η-------窑的年利用率，干法回转窑≥0.8，在此取0.92
（2）窑的台数计算：
选取φ4.0×60m型号的回转窑，标定台时产量为2530 t/d,即约105 t/h.
N＝Q y/(8760ηQ h)＝1596239.58 /(8760×0.92×2530/24)＝1.9≈2台
式中：N-----窑的台数
Q y-----要求的熟料年产量，t/y Qh------所选窑标定台时产量，t/台·h η-------窑的年利用率8760-----全年日历小时数
N＝2，在此取2台窑即可。
（3）烧成系统的生产能力计算：
熟料小时产量：Q h＝NQh＝2×2530/24 ＝210.83 t/h
熟料日产量：Q d＝24Q h＝24×210.83＝5059.92 t/d
熟料年产量：Q y＝8760ηQ h＝8760×0.92×210.83=1699121.14 t/y
PC42.5R熟料年产量：Qy=1699121.14 t/y
（4）工厂的生产能力计算：
PC42.5R
水泥小时产量：G h ＝(100－P )Q h /(100－j －i ) ＝ (100－4)×210.83/(100－4－43.7)＝386.99t/h 水泥日产量： G d ＝24G h ＝ 24×386.99＝9287.76t/d
水泥年产量： G y ＝8760ηG h ＝8760×0.92×386.99＝3118829.81t/y 所以，
总的水泥年产量 G y ＝ 3118829.81t/y
由此可见，选取2台型号为φ4.0×60m 的回转窑能够满足水泥生产的需要，并且稍有富余。所以这是合理的。
3.1.2 生料配比计算
根据设计任务书的要求，设定原燃材料的分析数据详见表3.1和表3.2，熟料率值热耗料耗数据详见表3.3：
表1.1 原料与煤灰的化学成分表
单位：%
表3.2 煤的工业分析参数表
成分
烧失
量
SiO 2
Al 2O 3 Fe 2O 3
CaO
MgO
其他
合计
水份
生产
损失 石灰
石 43.03 3.35
0.85
0.54
50.33
1.601
0.22
100.00
1
3
砂岩 1.10 93.1 1.70 0.6 1.83 0.86 0.81 100.00 2 1 铁粉 5.58
22.70
12.08
44.22
9.05
0.83
5.54 100.00 8 2 粉煤
灰 5.90 61.35
25.77
2.95
1.33
1.18
1.601
100.00
4
3
煤灰
0.00
58.40
30.15
2.99
3.75
0.77
3.94
100.00
Mad (%) Vad (%) Aad (%) Fcad (%) Qnet,ad(kJ/kg)
0.28
9.14
22.84
67.74
25746
表3.3 熟料率值、热耗和料耗表
KH SM IM q（kJ/kg熟料）q烘（kJ/kg水）
0.89±0.01 2.5±0.10 1.5±0.10 3113 0
（1）计算煤灰掺入量：
100kg熟料中的煤灰掺入量：
Ga＝q Aad S/（100 Qnet,ad）＝(3113×22.84×100)/(100×25746)＝
2.76(%)
式中：G a-----熟料中煤灰的掺入量，%
q-------单位熟料热耗，3113kJ/kg熟料（见表1.3）
Q net.ad-----煤的热值，25746kJ/kg（见表1.2）
A ad-----煤的空气干燥基灰分含量，22.84%（见表1.2）
S-------煤灰沉落率，回转窑一般取100%
（2）根据熟料率值，估算熟料化学成份：
设计任务书已设定KH＝0.89，SM＝2.5，IM＝1.5；假设∑＝98.5％
则熟料的化学成份计算如下：
Fe2O3＝∑/ [(2.8KH＋1)(IM＋1)SM＋2.65IM＋1.35]
＝98.5%/[（2.8×0.89＋1）(1.5＋1)×2.5＋2.65×1.5＋1.35]＝3.63%
Al2O3＝IM Fe2O3＝1.5×3.63%＝5.45%
SiO2＝SM(Al2O3＋Fe2O3)＝2.5×（5.45%＋3.63%）＝22.70%
CaO＝∑－(SiO2＋Al2O3＋Fe2O3)＝98.5%－（22.70%＋5.45%＋
3.63%）＝66.72%
（3）累加试凑计算：（详见表3.4）
其中备注栏中应用以下公式：
KH＝(CaO－1.65Al2O3－0.35Fe2O3)/2.8SiO2
SM＝SiO2/(Al2O3＋Fe2O3)
IM＝Al2O3/Fe2O3
表3.4 累加试凑过程（以100kg熟料为基准）
计算步骤SiO2Al2O3Fe2O3CaO MgO 其他合计备注设计熟料
成分
22.70 5.45 3.63 66.72 ——98.5—
煤灰
(＋2.76)
1.612 0.832 0.083 0.104 0.021 0.109 ——
差
21.08
8
4.618 3.547 66.616 ————石灰石
（+132.36）4.434 1.125 0.715 66.616 2.224 0.291 —
石灰石=66.616／0.5033≈132.36
㎏
差
16.65
4
3.493 2.832 0.00 ————
砂岩(＋17.888) 16.45
7
0.301 0.106 0.324 0.151 0.143 —砂岩=16.654／0.931 ≈17.888㎏
差0.00 3.189 2.725 -0.327 ————粉煤灰
(+12.375) 7.592 3.189 0.365 0.165 0.146 0.188 —
粉煤灰=3.189／0.2577≈12.375
㎏
差-7.592 0.00 2.360 -0.492 ————砂岩
(－7.922) -7.592 -0.135 -0.048 -0.145
-0.06
8
-0.06
4
—砂岩=7.922／0.931≈7.922㎏
差0.00 0.135 2.408 -0.347 ————铁粉
（+5.445）1.236 0.658 2.408 0.493
0.045
2
0.302 —铁粉=2.408/0.4422≈5.445kg
差-1.236 -0.523 0.00 -0.840 ———砂岩
(-1.328) -1.236
-0.022
6
-0.008
-0.024
3
-0.01
14
-0.01
08
—砂岩=1.236/0.931≈1.328
差0.00
-0.500
4
0.008 0.8157 ———
石灰石
（+1.621）0.054
0.013
8
0.008
8
0.8157
0.027
2
0.003
6
—石灰石=0.8157/0.5033≈1.621
差-0.054
-0.514
2 -0.000
8
0.00 ———
粉煤灰
（-1.995）-1.224
-0.514
2
-0.058
9
-0.026
5
-0.02
35
-0.03
03
—粉煤灰=0.5142/0.5277≈1.995
差 1.170 0.00
0.058
1
0.0265 ———砂岩
（+1.257）1.170
0.021
4
0.007
5
0.0230
0.010
8
0.010
2
—砂岩=1.170/0.931≈1.257
差0.00
-0.021
4 0.050
6
0.0035 ———
累计熟料成
分
22.70
5.471
4
3.579
4
66.716
5
2.522
3
0.941
7
101.93 KH=0.888 SM=2.508 IM=1.53
（4）计算熟料料耗
石灰石=(132.36+1.621)×100/101.93=131.44
铁粉=5.445×100/101.93=5.34
粉煤灰=(12.375-1.995) ×100/101.93=10.18
砂岩=（17.888-7.922-1.328+1.257)×100/101.93=9.71
（5）计算生料配比：
石灰石＝131.44/(131.44+5.34+10.18+9.71) ×100%=83.90%
砂岩＝9.71 /(131.44+5.34+10.18+9.71) ×100%=6.20%
铁粉＝ 5.34 /(131.44+5.34+10.18+9.71) ×100%= 3.41%
粉煤灰=10.18/(131.44+5.34+10.18+9.71) ×100%=6.49%
（6）计算生料消耗定额：
根据表 3.1原料与煤灰的化学成分表及上述所计算的配比百分比计算
生料烧失量，计算步骤详见表3.5 烧失量：
表3.5 烧失量
单位：%
名称烧失量掺入量
石灰石36.10 83.90
砂岩0.068 6.20
铁粉0.190 3.41
粉煤灰0.383 6.49
生料36.741 100
D T=(100－Ga)/(100－I)
D T-------干生料理论消耗量，t/t熟料
Ga-------煤灰掺入量，2.76%
I-------干生料的烧失量，36.741%
D T=(100－2.76)/(100－36.741)=1.537
D=100 D T/（100-P生）
D------- 干生料消耗定额，t/t熟料
P生-------生料的生产损失，回转窑有电收尘时取3%～5%，取4%
D=100 ×1.537/（100-4）=1.601
3.1.3 原料及工艺制度的制定
设计的硅酸盐水泥配比如下表所示：
水泥种类熟料石膏混合材粉煤灰:石灰石PC42.5R 52.3 4 43.7 43.7:56.3
物料天然水分及生产损失如表3.6表3.7所示：
表3.6 物料天然水（%）
石灰石砂
岩
铁粉煤
石
膏
混合材中的石灰
石
混合材中的粉煤
灰
粉煤灰
1 2 8 12 4 1 8 4
表3.7 生产损失（%）
石膏混合材中粉煤灰混合材中石灰石水泥烧成用煤
3 3 3
4 3
3.1.4 原料需要量计算式
（1）干燥的原料消耗定额计算D1＝D·a
式中：D1-------干燥的石灰石消耗定额，t/t熟料
D--------生料料耗，1.601 t生料/t熟料
故D1＝1.601×0.8390＝1.343t/t熟料
同理：D2＝D·b＝1.601×0.0620＝0.0993t/t熟料
D3＝D·c＝1.601×0.0341＝0.0546t/t熟料
D4 = D·d=1.601×0.0649= 0.1039 t/t熟料
其中：D2-------干燥的砂岩消耗定额，t/t熟料
D3-------干燥的铁粉消耗定额，t/t熟料
D4-------干燥的粉煤灰消耗定额，t/t熟料
a-------石灰石配比b--------砂岩的配比
c--------铁粉的配比d--------粉煤灰的配比
（2）干燥的原料需要量
石灰石A y＝Q y·D1＝1699121.14×1.343＝2281919.69 t/y
A d＝Q d·D1＝5059.92×1.343＝6795.47t/d
A h＝Q h·D1＝210.83×1.343＝283.14t/h
其中：A h——干燥的石灰石每小时需要量，t/h
A d——干燥的石灰石每昼夜需要量，t/d
A y——干燥的石灰石每年需要量，t/y
同理：
砂岩：B y＝Q y·D2＝1699121.14×0.0993＝168722.73t/y
B d＝Q d·D2＝5059.92×0.0993＝502.45t/d
B h＝Q h·D2＝210.83×0.0993＝20.94t/h
铁粉：C y＝Q y·D3＝1699121.14×0.0546＝92772.01t/y
C d＝Q d·D3＝5059.92×0.0546＝276.27t/d
C h＝Q h·D3＝210.83×0.0546＝11.51t/d
粉煤灰：D y＝Q y·D4＝1699121.14×0.1039 =176538.69 t/y
D d＝Q d·D4＝5059.92×0.1039= 525.73t/d
D h＝Q h·D4＝210.83×0.1039=21.91t/d
（3）含天然水分的原料消耗定额D′1＝100D1/(100－W1)
式中：D′1-------含天然水分的石灰石消耗定额，t/t熟料
W1-------石灰石的天然水分，%
D′1＝100×1.343/(100－1)＝1.3566 t/t熟料
同理：
D′2＝100D2/(100－W2)＝100×0.0993/(100－2)＝0.1013t/t熟料D′3＝100D3/(100－W3)＝100×0.0546/(100－8)＝0.0593t/t熟料D′4＝100D4/(100－W4)＝100×0.1039/(100－4)＝0.1082t/t熟料
其中：D′2-------含天然水分的砂岩的消耗定额，t/t熟料
D′3-------含天然水分的铁粉消耗定额，t/t熟料
D′4-------含天然水分的粉煤灰消耗定额，t/t熟料
W2-------砂岩的天然水分，%
W3-------铁粉的天然水分，%
W4-------粉煤灰的天然水分，%
（4）含天然水分的原料需要量
A′y＝D′1×Q y＝1.3566×1699121.14＝2305027.74 t/y 其中：A′y-------含天然水分的石灰石每年需要量t/y
A′d＝D′1×Q d＝1.3566×5059.92＝6864.29t/d
A′d--------含天然水分的石灰石每昼夜需要量，t/d
A′h＝D′1×Q h＝1.3566×210.83＝286.01t/h
A′h--------含天然水分的石灰石每小时需要量，t/h
同理：
砂岩：
B′y＝D′2×Q y＝0.1013×1699121.14＝172120.97t/y
B′d＝D′2×Q d＝0.1013×5059.92＝512.57 t/d
B′h＝D′2×Q h＝0.1013×210.83＝21.36t/h
铁粉：
C′y＝D′3×Q y＝0.0593×1699121.14＝100757.88 t/y
C′d＝D′3×Q d＝0.0593×5059.92＝300.05 t/d
C′h＝D′3×Q h＝0.0593×210.83＝12.50t/h
粉煤灰：
D′y＝D′4×Q y＝0.1082×1699121.14＝183844.91 t/y
D′d＝D′4×Q d＝0.1082×5059.92＝547.48 t/d
D′h＝D′4×Q h＝0.1082×210.83＝22.81t/h
3.1.5 石膏、混合材需要量计算式
（1）干燥的石膏、混合材消耗定额计算
D j＝100j/[(100－j－i)(100－P j)]
式中：D j-------干燥的石膏消耗定额，t/t熟料
j,i-------石膏，混合材的掺入比，%
P j-------石膏的生产损失
PC42.5R：
得：D j＝100×4/ [(100－4－43.7)(100－3)]＝0.079 t/t熟料
同理：D i＝100i/[(100－j－i)(100－P i)]
＝100×43.7/[(100－4－43.7)(100－3)]＝0.861 t/t熟料
其中：D i-------干燥的混合材消耗定额，t/t熟料
P i-------混合材的生产损失，%
（2）干燥的石膏、混合材需要量
PC42.5R：
石膏：Jy＝Qy·Dj＝1699121.14×0.079＝134230.57t/y
Jd＝Qd·Dj＝5059.92×0.079＝399.73 t/d
J h＝Q h·D j＝210.83×0.079＝16.66t/h
其中：J y--------干燥的石膏每年的需要量，t/y
J d--------干燥的石膏每天的需要量，t/d
J h---------干燥的石膏每小时的需要量，t/h
同理：
混合材：Iy＝Qy·Di＝1699121.14×0.861＝1462943.30 t/y
Id＝Qd·Di＝5059.92×0.861＝4356.59t/d
Ih＝Qh·Di＝210.83×0.861＝181.52 t/h
混合材中的石灰石：Iy1= Iy×0.563 =1462943.30×0.563 =823637.08t/y
I d1 = I d×0.563 =4356.59×0.563 =2452.76 t/d
I h1= I h×0.563 =181.52×0.563 =102.20t/h
混合材中的粉煤灰：Iy2 = Iy×0.437=1462943.30×0.437=639306.22 t/y
I d2= I d×0.437=4356.59×0.437=1903.83 t/d
I h2= I h×0.437=181.52×0.437 =79.32 t/h
（3）含天然水分的石膏、混合材消耗定额
D′j＝100×D j/(100－W j)
式中：D′j------含天然水分的石膏消耗定额，t/t熟料
W j----------石膏的天然水分，%
PC42.5R：
得：D′j＝100×0.079/(100－4)＝0.0823 t/t熟料
同理：
D′i＝100×0.861/(100－4.059)＝0.8974t/t熟料
其中：D′i--------含天然水分的混合材消耗定额，t/t熟料
（4）含天然水分的石膏、混合材需要量
PC42.5R：
石膏：J′y＝Qy·D′j＝1699121.14×0.0823＝139837.67 t/y
J′d＝Q d·D′j＝5059.92×0.0823＝416.43 t/d
J′h＝Q h·D′j＝210.83×0.0823＝17.35 t/h
式中：J′y --------含天然水分的石膏每年的需要量
J′d ---------含天然水分的石膏每天的需要量
J′h ---------含天然水分的石膏每小时的需要量
同理：
混合材：I′y＝Q y·D′i＝1699121.14×0.8974＝1524791.31t/y
I′d＝Q d·D′i＝5059.92×0.8974＝4540.77t/d
I′h＝Q h·D′i＝210.83×0.8974＝189.20t/h
混合材中的石灰石:
I′y 1= I′y×0.563=1524791.31×0.563=858457.51t/y
I′d 1 = I′d×0.563 =4540.77×0.563=2556.45 t/d
I′h 1= I′h×0.563=189.20×0.563 =106.52 t/h
混合材中的粉煤灰：I′y 2 = I′y×0.437=1524791.31×0.437=666333.80t/y
I′d 2= I′d×0.437=4540.77×0.437=1984.32 t/d
I′h 2= I′h×0.437=189.20×0.437=82.68 t/h
3.1.6 热量平衡计算
烧成用煤：
（1）干燥的烧成用煤的消耗定额
D e＝100q/Q net·(100－P煤)＝100×3113/[25746×(100－3)]＝0.1247
t/t熟料
式中：q--------熟料热耗，3113kJ/kg熟料，见表2.3
Q net--------煤低热值，25746kJ/kg煤，见表2.2
P煤--------煤的生产损失，取3%，见表2.7
（2）干燥的烧成用煤的需要量
Mye＝Qy·De＝1699121.14×0.1247＝211880.41t/y
M de＝Q d·D e＝5059.92×0.1247＝630.97 t/d
M he＝Q h·D e＝210.83×0.1247＝26.29 t/h
式中：M ye--------干燥的烧成用煤的每年需要量，t/y
M de---------干燥的烧成用煤的每天需要量，t/d
M he--------干燥的烧成用煤的每小时需要量，t/h
（3）含天然水分的烧成用煤的消耗定额
D′e＝100·D e/(100－W e)＝100×0.1247/(100－12)＝0.1417t/t熟料式中：W e------煤的天然水分，%
（4）含天然水分的烧成用煤的需要量
M′ye＝Qy·D′e＝1699121.14×0.1417＝240765.47 t/y
M′de＝Q d·D′e＝5059.92×0.1417＝716.99t/d
M′he＝Q h·D′e＝210.83×0.1417＝29.87t/h
式中：M′ye--------含天然水分的烧成用煤的每年需要量，t/y
M′de-----含天然水分的烧成用煤的每天需要量，t/d
M′he-----含天然水分的烧成用煤的每小时需要量，t/h
烘干用煤：
新型干法水泥生产工艺技术充分利用废气热、余热等热量来进行烘干原料，其热量能达到生产要求，满足生产，故不考虑烘干用煤量。
以上数据均汇入物料平衡表（表3.8）。
天然水分% 生
产
损
失
%
配
合
比
%
消耗定额
(t/t熟料)
物料平衡量(t)
干燥的含天然水分的干燥
的
含水
分的
每小
时
每昼夜每年
每小
时
每昼夜每年
石灰石
1 —83.90 1.343 1.3566 283.14 6795.47 2281919.69 286.0
1
6864.29 2305027.74
砂岩 2 — 6.20 0.0993 0.1013 20.94 502.45 168722.73 21.36512.57 172120.97 铁粉8 — 3.41 0.0546 0.0593 11.51 276.27 92772.01 12.50300.05 100757.88粉煤灰 4 — 6.49 0.1039 0.1082 21.91 525.73 165849.29 22.81 547.48 183844.91 配合
生料——100 1.6008 —337.50
8099920
.00
2709213.72 ———
熟料—————210.83 5059.92 1699121.14 ———
石膏 4 3 4 0.079 0.0823 16.66 399.73 134230.57 17.35416.43 139837.67
混合材粉
煤
灰
8 3 19.10 0.376 0.3922 79.32 1903.83 639306.22 82.681984.32666333.80
石
灰
石
1 3 24.60 0.485 0.505
2 102.20 2452.76 823637.08
106.5
2
2556.45858457.51
水泥— 4 ———386.99 9287.76 3118829.81 ———
烧成用煤
12 3 —0.1247 0.1417 26.29 630.97 211880.41 29.87716.99 240765.47
第四章、图纸：对所绘手工图和CAD图的说明
CAD图纸
工程名称：化金大地2500t/d熟料水泥生建镜工程
子名称：生料均化及侨量
手工图
图名:4.8×7.2m回转窑,主要由筒体部分、传动部分、支承部分、带挡轮支承装置、窑头密封装置、窑尾密封装置等组成。图纸绘有窑的全视图以及带挡轮支承装置的剖视图。
第五章、小结：机械课程设计的收获
这次课程设计经过两周的时间终于接近尾声了。通过本次很充实的课程设计，从中得到的收获还是非常多的。这次的课程设计对于我来说确实有着深刻的意义。
由于我理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手，很迷茫。不过在我们的努力下，和同学们之间的认真仔细的讨论之后，我总算克服了种种难关，让每个数字都找到了自己的归宿。现在想想其实课程设计期间我们过得还蛮充实的，特别是大家在一起讨论，研究，的时候，那让我感觉到了集体团结的力量。在设计过程中，整个过程培养了我们综合运用专业课程及其他课程理论知识来解决实际问题的能力，真正做到了学以致用。在这些过程当中我充分的认识到自己在知识理解和接受应用方面的不足，特别是自己对系统的自我学习能力的欠缺，将来一定要进一步加强。而今后的学习还要更加的努力。总之，本次课程设计也算是对自己所学的知识的一次系统的总结与应用吧。
通过这次的课程设计，我感慨颇多，收获颇多。更多的是从中学到的不仅仅是表面的专业知识，而是要设计一个项目背后的那些付出。整个过程是挺累的，但是当你看到这个完整的文档呈现在你面前的时候，成就感油然而生。最后，要感谢老师的辛勤指导，也希望老师对于我们的设计提出宝贵意见。
新型无机非金属材料有哪些
新型无机非金属材料有哪些 新材料全球交易网 新型无机非金属材料有哪些？“新材料全球交易网”收集整理最全新型无机非金属材料知识点。更多增值服务，请关注“新材料全球交易网”。 一、重要概念 1、新型无机非金属材料 （1）是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。 （2）包括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。 2、陶瓷 （1）从制备上开看，陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品。 （2）从组分上来看，陶瓷是多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的聚集体。 3、玻璃 （1）狭义：熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机非金属物质。 （2）一般：若某种材料显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质，则不管其组成如何都可称为玻璃（具有玻璃转变温度 Tg）。 玻璃转变温度：玻璃态物质在玻璃态和高弹态之间相互转化的温度。 具有Tg的非晶态新型无机非金属材料都是玻璃。 4、水泥 凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，能在空气或水中硬化，并能将砂、石、钢筋等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。 5、耐火材料 耐火度不低于1580℃的新型无机非金属材料 6、复合材料 由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。 通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能。 二、陶瓷知识点 1、陶瓷制备的工艺步骤 原材料的制备→坯料的成型→坯料的干燥→制品的烧成或烧结 2、陶瓷的天然原料 （1）可塑性原料：黏土质陶瓷成瓷的基础（高岭石、伊利石、蒙脱石） （2）弱塑性原料：叶蜡石、滑石 （3）非塑性原料：减塑剂——石英；助熔剂——长石 3、坯料的成型的目的
高分子材料与无机非金属、金属材料的区别
高分子材料与无机非金属材料、金属材料的区别有机高分子化合物简称高分子化合物或高分子，又称高聚物，与无机非金属材料、高分子材料并称三大材料。高分子材料一般具有以下特点: （1）力学性能：比强度高,韧性高，耐疲劳性好，但易应力松弛和蠕变; （2）反应性:大多数是惰性的，耐腐蚀，但粘连时要表面处理，加聚合物共混时需要表面处理，另外，有的高分子材料容易吸收紫外线或红外线及可见光发生降解; （3）物理性能：密度小，很高的电阻率，熔点相比金属较低，限制了使用领域高分子化合物的一般具有特殊的结构，使它表现出了非同凡响的特性。例如，高分子主链有一定内旋自由度，可以弯曲，使高分子链具有柔性；高分子结构单元间的作用力及分子链间的交联结构，直接影响它的聚集态结构，从而决定高分子材料的主要性能。 此外高分子材料可用纤维增强（复合材料）制成高性能的新型材料，可设极性大，部分性能超过金属。当前，高分子材料正趋向功能化，合金化发展，比传统材料有更大的发展空间和更广阔使用的领域。 高分子化合物固、液、气三种存在状态的变化一般并不很明显。固体高分子化合物的存在状态主要有玻璃态、橡胶态和纤维态。固体状态的高分子化合物多是硬而有刚性的物体。无定形的透明固体高分子化合物很像玻璃，故称它为玻璃态。在橡胶态下，高分子链处于自然无规则和卷曲状态，在应力作用下被拉伸，去掉应力又恢复卷曲，表现出弹性。纤维是由高分子化合物构成的长度对直径比大很多倍的纤细材料。 通常使用的高分子材料，常是由高分子化合物加入各种添加剂所形成，其基本性能取决于所含高分子化合物的性质，各种不同添加剂的作用在于更好地发挥、保持、改进高分子化合物的性能，满足不同的要求，用在更多的方面。 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是以某些元素的氧化物、碳化物、氮
无机非金属材料的主角——硅重点知识归纳及典型习题
重 点 突 破 锁定高考热点 探究规律方法 熔沸点高，硬度大，其中金刚石为硬度最大的物质。 2．一般情况，非金属元素单质为绝缘体，但硅为半导体，石墨为电的良导体。 3．一般情况，较强氧化剂＋较强还原剂===较弱氧化剂＋较弱 还原剂，而碳却能还原出比它更强的还原剂：SiO 2＋2C===== 高温Si ＋2CO ↑，FeO ＋C===== 高温Fe ＋CO ↑。 4．硅为非金属，却可以和强碱溶液反应，放出氢气： Si ＋2NaOH ＋H 2O===Na 2SiO 3＋2H 2↑。 5．一般情况，较活泼金属＋酸===盐＋氢气，然而Si 是非金属，却能与氢氟酸发生反应：Si ＋4HF===SiF 4↑＋2H 2↑。 6．一般情况，碱性氧化物＋酸===盐＋水，SiO 2是酸性氧化物，却能与氢氟酸发生反应：SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O 。 7．一般情况，较强酸＋弱酸盐===较弱酸＋较强酸盐。虽然酸 性：H 2CO 3＞H 2SiO 3，却能发生如下反应：Na 2CO 3＋SiO 2===== 高温Na 2SiO 3＋CO 2↑。 8．一般情况，非常活泼金属(Na 、K 等)才能够置换出水中的氢， 但C ＋H 2O(g)=====高温CO ＋H 2 。 9．一般情况，非金属氧化物与水反应生成相应的酸，如SO 3＋H 2O===H 2SO 4，但SiO 2不溶于水，不与水反应。 题组训练
1．某短周期非金属元素的原子核外最外层电子数是次外层电子数的一半，该元素() A．在自然界中只以化合态的形式存在 B．单质常用作半导体材料和光导纤维 C．最高价氧化物不与酸反应 D．气态氢化物比甲烷稳定 解析该短周期非金属元素为Si，硅在自然界中只以化合态形式存在，A项正确；单质硅可用作半导体材料，而光导纤维的主要成分是SiO2，B项错误；Si的最高价氧化物为SiO2，其可以与氢氟酸反应，C项错误；由于非金属性Si 首页 >> 网络课程 >> 第二章 >> 第四节 绪论 第一章第一章 工程材料的分工程材料的分类类及性能 第二章第二章 材料的材料的结结构 第三章第三章 材料制材料制备备的基本知的基本知识识 第四章第四章 二元相二元相图图及应用 第五章第五章 材料的材料的变变形 第六章第六章 钢的热处热处理理 第七章第七章 工业用钢 第八章第八章 铸铁 第九章第九章 有色金有色金属属及其合金 第十章第十章 常用非金常用非金属属材料 第十一章第十一章 工程材料的工程材料的选选用 第四节 无机非金属材料的结构 一、陶瓷材料的结构特点 对工程师来说，陶瓷包括种类繁多的物质，例如玻璃、砖、石头、混凝土、磨料、搪瓷、介 磁性材料、高温耐火材料和许多其它材料。所有这些材料的共同特征是：它们是金属和非金 合物由离子键和共价键结合在一起。陶瓷材料的显微组织由晶体相、玻璃相和气相组成，而且很大，分布也不够均匀。 与金属相比，陶瓷相的晶体结构比较复杂。由于这种复杂性以及其原子结合键强度较大，所以 例如，正常冷却速率的玻璃没有充分时间使其重排为复杂的晶体结构，所以它在室温下可长 二、陶瓷晶体 1． AX型陶瓷晶体 AX型陶瓷晶体是最简单的陶瓷化合物，它们具有数量相等的金属原子和非金属原子。它们可以 如MgO，其中两个电子从金属原子转移到非金属原子，而形成阳离子（Mg3+）和阴离子（O2－）是共价型，价电子在很大程度上是共用的。硫化锌（ZnS）是这类化合物的一个例子。 AX化合物的特征是：A原子只被作为直接邻居的X原子所配位，且X原子也只有A原子作为第一或离子是高度有序的，在形成AX 化合物时，有三种主要的方法能使两种原子数目相等，且有如 位。属于这类结构的有： （1）CsCl型 这种化合物的结构见图2-25。A原子（或离子）位于8个X原子的中心，X原子（或离子）也处但应该注意的是，这种结构并不是体心立方的。确切的说，它是简单立方的，它相当于把简单 子晶格相对平移a/2，到达彼此的中心位置而形成。 重庆大学精品课程－工程材料 无机非金属材料物理化学知识点整理无机非金属材料为北航材料学院2009年考研新加科目，考试内容包括大三金属方向限选课《无机非金属材料物理化学》（60%左右）和大四金属方向限选课《特种陶瓷材料》（40%左右）。参考书：陆佩文主编《无机材料科学基础》，武汉理工大学出版社，1996年。本资料由陆晨整理录入。祝愿大家考出好成绩。 第一章无机非金属材料的晶体结构 第一节：概述 一、晶体定义：晶体是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。 二、晶体结构=空间点阵+结构单元 三、晶体的基本性质： 1、均一性 2、各向异性 3、自限性 4、对称性 5、稳定性 四、对称性、对称元素、七大晶系、十四种布拉菲格子 结晶符号1、晶面符号——米勒指数(hkl) 2、晶棱符号[ uvw] PS：其实只要看了金属学，这些就都会了，懒得写了… 第二节：晶体化学 一、离子键、共价键、金属键、分子间力、氢键定义、特点（大家都知道的东西…） 二、离子极化： 三、鲍林规则（重点）： 鲍林第一规则──配位多面体规则，其内容是：“在中，在正离子周围形成一个负离子多面体，正负离子之间的距离取决于离子半径之和，正离子的配位数取决于离子半径比”。 鲍林第二规则──电价规则指出：“在一个稳定的离子晶体结构中，每一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的静电键强度的总和，其偏差≤1/4价”。静电键强度S=正离子数Ｚ＋/正离子配位数n ，则负离子数Ｚ ＝∑Si=∑(Zi+/ni)。 鲍林第三规则──多面体共顶、共棱、共面规则，其内容是：“在一个配位结构中，共用棱，特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性。其中高电价，低配位的正离子的这种效应更为明显”。 鲍林第四规则──不同配位多面体连接规则，其内容是：“若晶体结构中含有一种以上的正离子，则高电价、低配位的多面体之间有尽可能彼此互不连接的趋势”。例如，在镁橄榄石结构中，有[SiO4]四面体和[MgO6]八面体两种配位多面体，但Si4+电价高、配位数低，所以[SiO4]四面体之间彼此无连接，它们之间由[MgO 6]八面体所隔开。 鲍林第五规则──节约规则，其内容是：“在同一晶体中，组成不同的结构基元的数目趋向于最少”。例如，在硅酸盐晶体中，不会同时出现[SiO4]四面体和[[Si2 O7]双四面体结构基元，尽管它们之间符合鲍林其它规则。这个规则的结晶学基础是晶体结构的周期性和对称性，如果组成不同的结构基元较多，每一种基元要形成各自的周期性、规则性，则它们之间会相互干扰，不利于形成晶体结构。 第三节：典型的晶体结构（参考课件或复印的资料） 型 型 型 和A2X5型 型 型 型 8.硅酸盐晶体结构 第二章无机非金属材料的晶体缺陷 第一节：晶体缺陷：点缺陷、线缺陷、面缺陷（参考金属学吧…） 第二节：缺陷化学反应表示法（重点） 一、点缺陷符号： 克罗格-明克（Kroger-Vink）符号 ①主符号，表明缺陷种类； ②下标，表示缺陷位置；“i”表示填隙位置 ③上标，表示缺陷有效电荷，“?”表示有效正电荷，用“'”表示有效负电荷，用“?”表示有效零电荷，零电荷可以省略 ①空位：V VM ——M 原子空位 VX ——X 原子空位 在金属材料中，只有原子空位 对于离子晶体，如果只是M2+ 离子离开了格点形成空位，而将 2 个电子留在 非金属材料的应用现状与发展趋势 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是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。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是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。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。无机非金属材料工程是材料学中的一个专业。无机非金属材料工程是为了培养具备无机非金属材料及其复合材料科学与工程方面的知识，能在无机非金属材料结构研究与分析、材料的制备、材料成型与加工等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。 本专业学生主要学习无机非金属材料及复合材料的生产过程、工艺及设备的基础理论、组成、结构、性能及生产条件间的关系，具有材料测试、生产过程设计、材料改性及研究开发新产品、新技术和设备及技术管理的能力。我国无机非金属材料工业的发展中存在很多问题，特别是传统的无机非金属材料与国外先进水平有非常大的差距，主要有： (1) 产品等级低 在传统无机非金属材料中，无论是水泥、玻璃还是陶瓷的产品等级普遍偏低。例如：发达国家的水泥熟料强度一般都在70MPa以上，而我国平均强度仅为50 MPa。我国高等级水泥（ISO≥）仅占18%，大量生产的是中、低等级水泥（ISO≤），而很多发达国家的高等级水泥占90％以上。 (2) 资源消耗高 在资源的消耗方面，水泥和陶瓷工业更为突出。由于大量的无序开采，未能充分利用有限资源，造成了极大浪费。例如：生产水泥熟料的主要原料是相对优质的石灰石，其化学成份须满足CaO含量不低于45%、MgO不高于3%等要求。我国符合水泥生产要求，可以使用的量仅约250亿吨。目前每年生产水泥消耗的优质石灰石约亿吨，因此该储量仅可生产水泥熟料约200亿吨，仅能提供约40年的水泥生产 第一章 1. 粘土的定义：是一种颜色多样，细分散的多种含水铝硅酸盐矿物的混合体。 粘土是自然界中硅酸盐岩石（主要是长石）经过长期风化作用而形成的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。 2. 粘土的成因：各种富含硅酸盐矿物的岩石经风化，水解，热液蚀变等作用可变为粘土。一次粘土（原生粘土）风化残积型：母岩风化后残留在原地所形成的粘土。（深层的岩浆岩（花岗岩、伟晶岩、长石岩）在原产地风化后即残留在原地，多成为优质高岭土的矿床，一般称为一次粘土）。 二次粘土（次生粘土）沉积型：风化了的粘土矿物借雨水或风力的迁移作用搬离母岩后，在低洼地方沉积而成的矿床，成为二次粘土。 一次粘土与二次粘土的区别： 分类化学组成耐火度成型性 一次粘土较纯较高塑性低 二次粘土杂质含量高较低塑性高 3. 高岭土、蒙脱土的结构特点： 高岭土晶体结构式：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。 蒙脱土（叶蜡石）是2:1型层状结构，两端[SiO4]四面体，中间夹一个[AlO6]八面体，构成单元层。单元层间靠氧相连，结合力较小，水分子及其它极性分子易进入晶层中间形成层间水，层间水的数量是可变的。 4. 粘土的工艺特性：可塑性、结合性、离子交换性、触变性、收缩、烧结性。 1)可塑性：粘土—水系统形成泥团，在外力作用下泥团发生变形，形变过程中坯泥不开裂， 外力解除后，能维持形变，不因自重和振动再发生形变，这种现象称为可塑性。 表示方法：可塑性指数、可塑性指标 可塑性指数（w）：W=W2-W1W降低——泥浆触变厚化度大，渗水性强，便于压滤榨泥。 W1塑限：粘土或（坯料）由粉末状态进入塑性状态时的含水量。 W2液限：粘土或（坯料）由粉末状态进入流动状态时的含水量。 塑限反映粘土被水润湿后，形成水化膜，使粘土颗粒能相对滑动而出现可塑性的含水量。 塑限高，表明粘土颗粒的水化膜厚，工作水分高，但干燥收缩也大。 液限反映粘土颗粒与水分子亲和力的大小。W2上升表明颗粒很细，在水中分散度大，不易干燥，湿坯强度低。 可塑性指标：在工作水分下，粘土（或坯料）受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积，也可以以这时的相应含水率表示。 反应粘土的成型性能：应力大，应变小——挤坯成型；应力小，应变大——旋坯成型根据粘土可塑指数或可塑指标分类： i.强塑性粘土：指数＞15或指标＞3.6 ii.中塑性粘土：指数7～15，指标2.5～3.6 iii.弱塑性粘土：指数l～7，指标<2.5 iv.非塑性粘土：指数<1。 2)结合性：粘土的结合性是指粘土能够结合非塑性原料而形成良好的可塑泥团，并且有一 无机非金属材料知识点 一、重要概念 1、无机非金属材料 ①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。 ②是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。 2、陶瓷 ①从制备上开看，陶瓷是由粉状原料成型后在高温作用下硬化而形成的制品。 ②从组分上来看，陶瓷是多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的聚集体。 3、玻璃 ①狭义：熔融物在冷却过程中不发生结晶的无机物质 ②一般：若某种材料显示出典型的经典玻璃所具有的各种特征性质，则不管其组成如何都可称为玻璃（具有玻璃转变温度 Tg）。 玻璃转变温度：热膨胀系数和比热等物理性质的突变温度。 具有Tg的非晶态材料都是玻璃。 4、水泥 凡细磨成粉末状，加入适量水后，可成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂、石、钢筋等材料牢固地胶结在一起的水硬性胶凝材料，通称为水泥。 5、耐火材料 耐火度不低于1580℃的无机非金属材料 6、复合材料 复合材料是两种或两种以上物理、化学性质不同的物质组合而成的一种新的多相固体材料。 通过复合效应获得原组分所不具备的性能。可以通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联，从而获得更优秀的性能。 二、陶瓷知识点 1、陶瓷制备的工艺步骤 原材料的制备→坯料的成型→坯料的干燥→制品的烧成或烧结 2、陶瓷的天然原料 ①可塑性原料：黏土质陶瓷成瓷的基础（高岭石、伊利石、蒙脱石） ②弱塑性原料：叶蜡石、滑石 ③非塑性原料：减塑剂：石英助熔剂：长石 3、坯料的成型的目的 将坯料加工成一定形状和尺寸的半成品，使坯料具有必要的机械强度和一定的致密度 4、陶瓷的成型方法 ①可塑成型：在坯料中加入水或塑化剂，制成塑性泥料，然后通过手工、挤压或机加工成型；（传统陶瓷） ②注浆成型：将浆料浇注到石膏模中成型 ③压制成型：在金属模具中加较高压力成型；（特种陶瓷） 5、烧结 将初步定型密集的粉块（生坯）高温烧成具有一定机械强度的致密体。 固相烧结：烧结发生在单纯的固体之间 液相烧结：有液相参与，加助溶剂产生液相 好处：降低烧结温度，促进烧结 6、陶瓷的组织结构：晶相、玻璃相、气相 ①晶相：陶瓷的主要组成；分为主晶相和次晶相 ②玻璃相：玻璃相对陶瓷的机械强度、介电性能、耐热性等不利，不能成为陶瓷的主导组成部分。 玻璃相在陶瓷中的作用：粘结：粘结晶粒，填充空隙，提高致密度 降低烧成温度，促进烧结 ③气相：气孔；降低强度，造成裂纹。 7、陶瓷力学性能的特点 ①硬度：高②强度：抗拉强度很低、抗压强度非常高 ③塑性：塑性极差④韧性：韧性差、脆性大 8、陶瓷热学性能的特点 ①导热性：差，良好的绝热材料 ②热稳定性（抗热震性）：概念：材料承受温度的急剧变化而不至于被破坏的能力。陶瓷抗热震性一般较差 9、结构陶瓷 ①概念：能作为工程结构材料使用的陶瓷，一般具有高强度、高硬度、高弹性模量、耐磨损、耐高温、耐腐蚀、抗氧化等优异性能，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷工作环境。 ②常见种类：Al2O3、ZrO2、SiC、Si3N4…陶瓷 ③应用：…… 10、陶瓷增韧技术：【机理：阻碍裂纹的扩展】 ①相变增韧：相变可吸收能量；体积膨胀可松弛裂纹尖端的拉应力，甚至产生 无机非金属材料的现状与前景 【摘要】无机非金属材料是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。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。在材料学飞速发展的今天，无机非金属材料有这广阔的应用前景和良好的就业形势。 【关键字】无机非金属材料方向前景智能 1. 无机非金属材料的特点及应用 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是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。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是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。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。 在晶体结构上,无机非金属的晶体结构远比金属复杂，并且没有自由的电子。具有比金属键和纯共价键更强的离子键和混合键。这种化学键所特有的高键能、高键强赋予这一大类材料以高熔点、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,以及宽广的导电性、隔热性、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和名目极其繁多,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。 普通无机非金属材料的特点是：耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀。此外，水泥在胶凝性能上，玻璃在光学性能上，陶瓷在耐蚀、介电性能上，耐火材料在防热隔热性能上都有其优异的特性，为金属材料和高分子材料所不及。但与金属材料相比，它抗断强度低、缺少延展性，属于脆性材料。与高分子材料相比，密度较大，制造工艺较复杂。 无机非金属材料的分类 (1)传统陶瓷（其中，瓷是在陶的基础上上一层釉） 陶瓷在我国有悠久的历史，是中华民族古老文明的象征。从西安地区出土的秦始皇陵中大批陶兵马俑，气势宏伟，形象逼真，被认为是世界文化奇迹，人类的文明宝库。唐代的唐三彩、明清景德镇的瓷器均久负盛名。 传统陶瓷材料的主要成分是硅酸盐，自然界存在大量天然的硅酸盐，如岩石、土壤等，还有许多矿物如云母、滑石、石棉、高岭石等，它们都属于天然的硅酸盐。此外，人们为了满足生产和生活的需要，生产了大量人造硅酸盐，主要有玻璃、水泥、各种陶瓷、砖瓦、耐火砖、水玻璃以及某些分子筛等。硅酸盐制品性质稳定，熔点较高，难溶于水，有很广泛的用途。 硅酸盐制品一般都是以黏土（高岭土）、石英和长石为原料经高温烧结而成。黏土的化学组成为Al?O3·2SiO?·2H?O，石英为SiO?，长石为K?O·Al?O3·6SiO?（钾长石）或Na2O·Al2O3·6SiO2（钠长石）。这些原料中都含有SiO2，因此在硅酸盐晶体结构中，硅与氧的结合是最重要也是最基本的。 硅酸盐材料是一种多相结构物质，其中含有晶态部分和非晶态部分，但以晶态为主。硅酸盐晶体中硅氧四面体[SiO4]是硅酸盐结构的基本单元。在硅氧四面体中，硅原子以sp杂化轨道与氧原子成键，Si—O键键长为162 pm，比起Si和O的离子半径之和有所缩短，故Si—O键的结合是比较强的。 (2)精细陶瓷 精细陶瓷的化学组成已远远超出了传统硅酸盐的范围。例如，透明的氧化铝陶瓷、耐高温的二氧化锆（ZrO2）陶瓷、高熔点的氮化硅（Si3N4）和碳化硅（SiC）陶瓷等，它们都是无机非金属材料，是传统陶瓷材料的发展。精细陶瓷是适应社会经济和科学技术发展而发展起来的，信息科学、能源技术、宇航技术、生物工程、超导技术、海洋技术等现代科学技术需要大量特殊性能的新材料，促使人们研制精细陶瓷，并在超硬陶瓷、高温结构陶瓷、电子陶瓷、磁性陶瓷、光学陶瓷、超导陶瓷和生物陶瓷等方面取得了很好的进展，下面选择一些实例做简要的介绍。 高温结构陶瓷汽车发动机一般用铸铁铸造，耐热性能有一定限度。由于需要用冷却水冷却，热能散失严重，热效率只有30%左右。如果用高温结构陶瓷制造陶瓷发动机，发动机的工作温度能稳定在1 300 ℃左右，由于燃料充分燃烧而又不需要水冷系统，使热效率大幅度提高。用陶瓷材料做发动机，还可减轻汽车的质量，这对航天航空事业更具吸引力，用高温陶瓷取代高温合金来制造飞机上的涡轮发动机效果会更好。 目前已有多个国家的大的汽车公司试制无冷却式陶瓷发动机汽车。我国也在1990年装配了一辆并完成了试车。陶瓷发动机的材料选用氮化硅， 无机非金属材料 核心知识点一： 一、硅酸盐材料 硅酸盐是由盐、氧和金属组成的化合物的总称，在自然界分布极广。硅酸盐是一大类结构复杂的固态物质，大多不溶于水，化学性质很稳定。 1. 硅酸 （1）物理性质 不溶于水、无色透明、胶状（硅胶）。 硅胶多孔，吸附水分能力强，常用作实验室和袋装食品、瓶装药品等的干燥剂，也可以用催化剂的载体。 （2）化学性质 ①弱酸性：所以在与碱反应时只能与强碱反应 H2SiO3 + 2NaOH＝Na2SiO3 + H2O H2SiO3 + 2OH－＝SiO32－+ 2H2O 比碳酸酸性弱：Na2SiO3+CO2+H2O＝Na2CO3+ H2SiO3 ②硅酸的热稳定性较弱，受热易分解为SiO2和水：H2SiO3H2O＋SiO2 （3）制备方法 由于SiO2不溶于水，所以硅酸只能用间接的方法制取，一般用可溶性硅酸盐+酸制得。 Na2SiO3 + 2HCl＝2NaCl + H2SiO3 ↓ SiO32－+ 2H+＝H2SiO3 ↓ 【注意】①硅酸不溶于水，不能用SiO2与水反应制取硅酸 ②硅酸的酸性比碳酸的酸性还弱，所以往可溶性硅酸盐溶液中通入CO2也可以制取硅酸： Na2SiO3＋CO2＋H2O＝Na2CO3＋H2SiO3 ↓ SiO32－＋CO2＋H2O＝CO32－＋H2SiO3 ↓ ③如前所述， SiO2＋Na2CO3Na2SiO3＋CO2↑，该反应在高温条件下进行，有利于CO2从体系中挥发出来，而SiO2为高熔点固体，不能挥发，所以反应可以进行，符合难挥发性酸酐制取易挥发性酸酐的原理；而上述反应“Na2SiO3+CO2+H2O＝Na2CO3+ H2SiO3↓”可以进行，是因为该反应是在溶液中进行的，符合复分解反应的原理，两者反应原理不矛盾【想一想】碳酸和硅酸的酸性比较 2. 硅酸钠 （1）物理性质：最简单的硅酸盐是硅酸钠（Na2SiO3），可溶于水，其水溶液俗称水玻璃，是制备硅胶和木材防火剂等的原料。 【注意】①硅酸钠溶液可用玻璃瓶盛装，但是不能用玻璃塞，应用橡胶塞或木塞。 ②玻璃中含有二氧化硅，盛放氢氟酸不用玻璃瓶而用塑料瓶。 （2）化学性质 1.为什么北方常采用烧氧化焰而南方烧还原焰? 答：我国北方制瓷原料大多采用二次高岭土与耐火粘土，含铁较少而含氧化钛、有机物较多，坯体粘性和吸附性较强，适宜用氧化气氛烧成。 南方制瓷原料大多采用原生高岭土和瓷石，含铁量较多而含氧化钛、有机物较少，粘性和吸附性较小，适宜用还原气氛烧成。 2.与金属材料相比，无机非金属材料在性能上有那些特点？原因是什么？ 答：无机非金属材料的化学组分主要由元素的氧化物、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，其化学键主要为离子键或离子—共价混合键。因此，无机非金属材料的基本属性主要体现为高熔点、高硬度、耐腐蚀、耐磨损、高抗压良好的抗氧化性、隔热性，优良的介电、压电、光学、电磁性能及其功能转换特性等。但大多数无机非金属材料具有抗拉强度低、韧性差等缺点。 3.玻璃浮法成型的原理？ 答：玻璃液从池窑连续流入并浮在有还原气氛保护的锡液上，由于各物相界面张力和重力的综合作用，摊成厚度均匀，上下两平面平行，平整和火抛光的玻璃带，经冷却硬化后脱离锡液，再经退火、切割而得到浮法玻璃。 4.采用陶瓷注浆成型时坯料应满足哪些要求？为什么？ 答：1）流动性好。保证泥浆浇注成形时要能充满模型的各个部位。 2）悬浮性好。浆料中各种固体颗粒能在较长的一段时间悬浮而不沉淀的性质称为泥浆的悬浮性。它是保证坯体组分均匀和泥浆正常输送、贮放的重要性能之一。 3）触变性适当。受到振动和搅拌时，泥浆粘度会降低而流动性增加，静置后又恢复原状，此外，泥浆放置一段时间后，在维持原有水分的情况下也会变稠，这种性质称为触变性。泥浆触变性过大，容易堵塞泥浆管道，且坯体脱模后易塌落变形；触变性过小，生坯强度较低，影响脱模和修坯。 4）滤过性好。滤过性也称渗 模性，是指泥浆能够在石膏模中滤水成坯的性能。滤过性好，则成坯速率较快。当细颗粒过多时，易堵塞石膏模表面的微孔脱水通道，不利于成坯。熟料和瘠性原料较多时有利于泥浆的脱水成坯。 5.陶瓷制品开裂的主要原因？ 答：生坯在搬运过程中因被碰而产生的细微裂纹；坯体入窑水分过高、升温过急；高温阶段生温太快，收缩过大；坯体在晶体型转化阶段冷却过快；器形设计不合理。 6.实际生产中应该如何选择陶瓷的成型方法？ 答：1）产品的形状、大小、厚薄等。一般形状复杂或较大，壁较薄的产品，可采用注浆法成形；而具有简单回转体形状的器皿可采用最常用的旋压、滚压法可塑成形。 无机非金属材料中的常见结构类型 硅无机非金属材料 三维目标 知识与技能： 1、了解硅在自然界的存在、含量 2、了解单质硅的主要性质、工业制法和主要用途。 3、初步培养学生自主查阅资料的能力和阅读能力 过程与方法： 1、自主学习 2、通过碳与硅的新旧知识的比较，设疑引导、变疑为导、变教为导的思路教学法。 情感、态度与价值观 1、使学生掌握学习元素化合物知识的一般规律和正确方法 2、使学生体会组成材料的物质的性质与材料的性能的密切关系，认识新材料的开发对人类生 产、生活的重要影响，学会关注与化学有关的社会热点问题，激发他们学习化学的热情。教学重点：硅的物理、化学性质 教学难点：硅的化学性质和提纯 教学用具：多媒体 教学过程 新课导入：材料是人类生活必不可少的物质基础。材料的发展史就是一部人类文明史。没有感光材料，我们就无法留下青春的回忆；没有高纯的单晶硅，就没有今天的奔腾电脑；没有特殊的新型材料，火箭就无法上天，卫星就无法工作，人类的登月计划就会受到影响，材料的发展对我们的生活起着决定性的作用。从化学角度来看任何物质都是由元素组成，那元素与这些材料之间又有什么样的关系呢？从本章开始我们就来学习一下元素与材料之间的关系。 板书：第四章元素与材料世界 多媒体：展示一组与硅元素有关的图片，引出本节新课 第一节硅无机非金属材料 学生活动：阅读教材第一段思考下列问题 1、无机非金属材料包括哪些？ 2、这类材料的特点有哪些？ 3、无机非金属材料分哪两类？ 多媒体：展示一组与硅元素有关的图片。 设疑：这些表观看“风牛马不相及”的物质，从微观组成上却有很大的相似性，他们都是有黄沙通过不同的途径制得的，它们都含有共同的元素是什么呢？ 多媒体：一、半导体材料与单质硅 一概述 1.材料是人类社会所能接受的、可经济地制造有用物品的物质。材料性能关系到材料的应用材料含义在于应用，材料的什么决定应用的概念和设计，决定了应用的基础——综合的性能决定最终产品的形态和应用…… 2.材料研究的核心问题：以材料的结构和性能为研究对象，并重点研究结构与材料性能之间的关系，为材料性能的改进和新材料的开发提供指导。 3材料结构层次：原子结构，晶体结构——功能材料密切相关；显微结构，微观组织——结构材料密切相关；宏观结构——复合材料相关；、 4材料的电子结构——指材料中的电子分布和状态，它不同于单个的分子和原子的电子结构，因为这两者不是长程的完整的材料。它是决定材料晶体结构的主要和本质原因。 5. 电子波动反映到原子中，为驻波。 6.现代材料结构和性能测量的重要原理和基础：X光衍射和电子显微技术——微观结构，磁性分布和能隙空间分布等等，其中大都以微观过程或性能直接体现了量子效应和作用…… 7.量子理论是解决电子结构的惟一工具。是以能量的量子化和波函数概念为核心的，可依照薛定额方程确定的第一性原理分析方法。 二、晶体结构 1晶体的特征：均匀性；各向异性；自发地形成多面体外形；晶体具有明显确定的熔点；晶体的对称性；晶体对X射线的衍射； 2晶体的宏观特性是由晶体内部结构的周期性决定的,即晶体的宏观特性是微观特性的反映。 3晶体结构即晶体的微观结构，是指晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列情况 4晶体与非晶体的最本质差别在于组成晶体的原子、离子、分子等质点是规则排列的（长程序），而非晶体中这些质点除与其最近邻外，基本上无规则地堆积在一起（短程序）。晶体与非晶体之间的主要差别在于它们是否有三维长程点阵结构。 5晶体――原子或原子团、离子或分子在空间按一定规律呈周期性地排列构成的固体 6固体分类(按结构)――晶体:长程有序；非晶体:不具有长程序的特点,短程有序；准晶体:有长程取向性，而没有长程的平移对称性。 7在晶体中适当选取某些原子作为一个基本结构单元，这个基本结构单元称为基元，基元是晶体结构中最小的重复单元，基元在空间周期性重复排列就形成晶体结构。晶格+基元=晶体结构 8晶体的内部结构可以概括为是由一些相同的点子在空间有规则地做周期性无限分布，通过这些点做三组不共面的平行直线族，形成一些网格，称为晶格(或者说这些点在空间周期性排列形成的骨架称为晶格)。9取一格点为顶点，由此点向近邻的三个格点作三个不共面的矢量，以此三个矢量为边作平行六面体即为固体物理学（简称原胞）。 10结晶学原胞（简称单胞）构造：使三个基矢的方向尽可能地沿着空间对称轴的方向，它具有明显的对称性和周期性。 11维格纳--塞茨原胞构造：以一个格点为原点，作原点与其它格点连接的中垂面(或中垂线)，由这些中垂面(或中垂线)所围成的最小体积(或面积)即为W--S原胞。特点：它是晶体体积的最小重复单元，每个原胞只包含1个格点。其体积与固体物理学原胞体积相同。 12原胞与分类—7大晶系 晶系晶轴轴间夹角实例 立方 a = b = c α=β=γ= 900Cu, NaCl 四方 a = b ≠ c α=β=γ= 900Sn, SiO2 正交 a = ≠ b ≠ c α=β=γ= 900I2, BaCO3 三方 a = b = c α=β=γ≠ 900As, Al2O3 a = b ≠ c α=β= 900，γ = 1200 单斜 a ≠ b ≠ c α= γ= 900，β≠ 900KClO3 三斜 a ≠ b ≠ c α≠ β≠ γ≠ 900 K2CrO7 六方 a = b ≠ c α=β= 900，γ =1200 Mg,CuS 无机非金属 高分子材料 结构对性能的影响: 碳链聚合物: 具有良好可塑性、容易成型加工等优点。但因C―C键能较低,耐热性差，容易燃烧，易老化，不宜在苛刻条件下使用 杂链聚合物: 其耐热性和强度比碳链高分子高，但主链带有极性，易水解、醇解或酸解 元素有机聚合物：大分子主链中没有碳原子 兼有无机物的热稳定性和有机物的弹塑性，硅橡胶：它既具橡胶的高弹性，硅氧键又赋予其优异的高低温使用性能 无机高分子：主链和侧链均无碳原子 耐高温性能好，但力学强度较低，化学稳定性较差 举例： 塑料：有机合成树脂 合成树脂:是由低分子化合物通过缩聚或加聚反应合成的高分子化合物，如酚醛树脂、聚乙烯等，是塑料的主要组成，也起粘接剂作用。 添加剂:(1)填料或增强材料:填料在塑料中主要起增强作用。 (2)固化剂:可使成为较坚硬和稳定的塑料制品。 (3)着色剂:用于塑料制品着色。 (4)稳定剂:用以防止受热、光等的作用使塑料过早老化 热塑性塑料：指在特定温度范围内能反复加热软化和冷却硬化,具有多次重复加工性的塑料。 如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯塑料等。 优点：加工成型简便，机械性能较好，是塑料中性能较好的工程塑料。 缺点：耐热性和刚性较差 热固性塑料：因受热发生固化反应，不具有多次重复加工性的塑料。 如酚醛塑料、环氧塑料等。 优点：耐热性好，受压不易变形。 缺点：机械性能不好 以上两种塑料不同的原因：结构 1 长链分子间是以分子间作用力结合在一起的。当受热时，这些长链会加快振动，使链与链之间作用力减弱，长链间发生相对滑动，因此塑料会熔化成液体。当冷却时，长链所含的能量降低，彼此之间的距离拉近，相互吸引力增强，所以会重新硬化。 2 热固性塑料在形成初期也是长链的，受热会软化，可以被塑制成一定的形状。但在进一步受热时，链与链之间会形成共价键，产生一些交联，形成体型网状结构，硬化定型。再受热时，链状分子的滑动受到限制，因此不会熔化 橡胶：结构 相对分子量大 分子间的相互作用力小 分子的对称性小，不易形成结晶结构 具有交联结构 性能：回弹性好，回弹速度快。橡胶还有一定的耐磨性，很好的绝缘性和不透气、不透水性。加工：橡胶硫化后，其柔韧性和弹性都会增大 1. 硫化剂 硫化处理：变塑性生胶为弹性胶的处理。能起硫化作用的物质称硫化剂，有硫磺、含硫化合物、硒、过氧化物等。 2. 硫化促进剂 胺类、硫脲类物质，降低硫化温度、加速硫化过程。 3. 补强填充剂 提高橡胶的机械性能，改善其加工工艺性能，降低成本。如碳黑、陶土、碳酸钙、硫酸钡等 第一节无机非金属材料的主角——硅 1．了解SiO2的结构、性质和用途。(重点) 2．了解硅酸的制备和化学性质。 3．了解硅酸盐的性质及组成的表示方法。 4．了解硅的性质和用途。(重点) 5．了解几种重要无机非金属材料的生产及用途。 教材整理1 二氧化硅 1．硅元素的存在 2．二氧化硅(SiO2) (1)存在 SiO2的存在形式有结晶形和无定形两大类，水晶、玛瑙的主要成分是结晶的二氧化硅。 (2)结构 SiO2晶体是由Si和O按原子数之比为1∶2的比例组成的立体网状结构的晶体。每个硅原子周围结合4个O原子，每个O周围结合2个Si原 子。 (3)物理性质 熔点高；硬度大；溶解性：不溶于水。 (4)化学性质(写出有关化学方程式) (5)用途 ①沙子是基本的建筑材料。 ②纯净的SiO2是现代光学及光纤制品的基本原料，可以制作光导纤维。 ③石英和玛瑙制作饰物和工艺品。 ④实验室中使用石英坩埚。 教材整理2 硅酸(H 2SiO 3 ) 1．物理性质 硅酸是一种难溶于水的白色胶状物。 2．化学性质 (1)弱酸性 向Na2SiO3溶液中通入CO2，生成白色沉淀，反应的化学方程式为Na2SiO3＋CO2＋H2O===Na2CO3＋H2SiO3↓。 结论：H2SiO3酸性比H2CO3酸性弱。 (2)不稳定性 H 2SiO 3不稳定，受热易分解，反应的化学方程式为H 2SiO 3=====△ H 2O ＋SiO 2。 3．制备 Na 2SiO 3溶液中加入盐酸，反应的化学方程式为Na 2SiO 3＋2HCl===2NaCl ＋H 2SiO 3(胶体)。 4．存在及用途 (1)浓度小且边加边振荡时，形成硅酸溶胶(胶体)；浓度大时，形成硅酸凝胶。 (2)硅胶 硅酸凝胶经干燥脱水得到的硅酸干凝胶，称为“硅胶”，具有很强的吸水性，常用作干燥剂或催化剂的载体。 [探究·升华] [思考探究] 探究1 SiO 2的主要性质及应用 (1)为什么实验室盛放NaOH 溶液的试剂瓶要用橡胶塞而不能用玻璃塞？(玻璃的成分中含有SiO 2) 【提示】 当玻璃瓶配玻璃塞时，瓶口内壁和瓶塞外壁都进行了磨砂处理。玻璃中含SiO 2，磨砂玻璃遇到强碱如NaOH 溶液时，SiO 2与NaOH 反应生成Na 2SiO 3，使试剂瓶受腐蚀。Na 2SiO 3溶液有良好的黏结性，它易使瓶口与瓶塞黏在一起而难以开启。故使用橡胶塞而不能使用玻璃塞。 (2)实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸？为什么？写出反应方程式。 【提示】 不能。因为氢氟酸腐蚀玻璃，和玻璃中的成分SiO 2反应。 SiO 2＋4HF===SiF 4↑＋2H 2O 。 (3)写出SiO 2、CO 2与CaO 反应的化学方程式。 【提示】 SiO 2＋CaO=====△ CaSiO 3、 CO 2＋CaO===CaCO 3。 探究2 硅酸的制备实验探究 0920732 32 王瞧 目录 1.无机非金属材料技术发展现状 2.特种水泥的使用性能、种类和发展 2.1特种水泥的重要性 2.2特种水泥的种类 2.3特种水泥的发展方向 3.特种玻璃 3.1特种玻璃的概述 3.1.1光学功能玻璃 3.1.2电磁功能玻璃 3.1.3热学功能玻璃 3.1.4力学与机械功能玻璃 3.1.5生物活性玻璃 3.2特种玻璃的制备和加工 4.新型陶瓷 4.1新型陶瓷的定义、性能 4.2新型陶瓷与传统陶瓷的区别 4.3新型陶瓷的分类 5.特种耐火材料 5.1特种耐火材料的概述 5.2特种耐火材料的特点 5.3特种耐火材料的性能 5.4特种耐火材料的组织结构 5.5特种耐火材料的用途 5.6特种耐火材料展望 6.结束语 摘要：材料是人类赖以生存的物质基础，是科技进步的核心，是高新技术发展和社会现代化的先导，是一个国家科学技术和工业水平的反映和标志。20世纪80年代以高技术群为代表的新技术革命，把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志，世界各先进工业国家都把新材料作为优先发展的领域。在材料领域，无机非金属材料（简称无机材料）占有举足轻重的地位。无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)是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。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。本文简要介绍无机非金属材料领域几类主要的新型材料的发展前景、类型、应用等。 关键词：特种水泥特种玻璃新型陶瓷特种耐火材料 1.无机非金属材料技术发展现状 无机非金属材料包括结构陶瓷、水泥与建筑材料、日用陶瓷、玻璃制品、非金属矿物材料等，是国防军工、现代工业、现代交通和基本建设的物质基础，无机非金属材料的发展对于保障和加快我国国民经济和国防工业的发展有着十分重要的意义。 近几十年来，我国无机非金属材料工业取得离突飞猛进的发展，其中水泥、平板玻璃、建筑卫生陶瓷等的产量多年来一直位居世界第一位。水泥工业从科研、设计到制造等各个环节的技术水平有了很大提高。新型干法窑外分解水泥生产线实现了国产化，其主要经济技术指标达到国际先进水平，且已出口国外。中国水泥品种的研究开发处于世界先进行列，已形成六大通用系列、约六十多个品种，包括快硬、膨胀、油井、水工、耐高温、防腐防护、装饰等特种水泥系列，并研究开发了具有中国自主知识产权的流铝酸盐等系列水泥。 建筑卫生陶瓷工业在我国也得到了飞速发展，先后从发达国家引进了大量世界先进的技术装备，经过科技攻关和引进技术的消化吸收，中国建筑卫生陶瓷产品质量的整体水平大幅度提高，花色品种大量增加，产品档次逐步提高，有的品种已达到国外高档产品水平。 我国独立自主研究开发出浮法玻璃生产工艺，经过多次攻关，技术不断完善，取得了日产500吨玻璃生产工艺技术的突破。目前，我国浮法玻璃产量占平板玻璃工业总产量的近70%。浮法玻璃生产工艺技术已向国外出口。此外，发达国家先后在上海、深圳、大连等地与中方合资建设了大型浮法玻璃生产线，提高了我国玻璃生产的总体技术水平。 2.特种水泥的使用性能、种类和发展 2.1特种水泥的重要性 水泥是一种细磨成粉末装、加水可为塑性浆体、在空气或水中均能硬化、并能将沙石与金属等材料牢固胶结在一起的水硬性凝胶材料。水泥自从与18世纪20年代问世以来，已有正规生产达170多年的历史。中国大量生产的是传统的硅酸盐水泥，但是这些通用水泥不可能完全满足各种现代化建设工程和施工新工艺的不同技术要求，某些特种工程就必须采用某种特种水泥来确保建设成功。如油田的油井，需要有适用于不同深度油井固井工程的各种温度的油井水泥品种系列。国防等用的紧急抢修工程需要不同性能的快硬高强水泥、特快硬水泥、快凝快硬水泥等。在房屋建设中，需要用高强度、水硬性好的白水泥和彩色水泥，是建筑物的造型、色彩和纹理更为美观而经久耐用。此外，还要因地制宜、因原燃料制宜，力求更好的经济效益与社会效益。中国地大物博，如有色杂质含量低的优质石灰石、黏土和燃料，既有利于制造白水泥；储量大的优质矾土可制高铝水泥、耐火材料和膨胀水泥：低品位矾土和石膏可制硫铝酸盐水泥：有铁矾土可知铁铝酸盐水泥：明矾石可制膨胀水泥等。中国已成为世界上水泥品种较多的国家之一。 2.2特种水泥的种类第四节 无机非金属材料的结构
无机非金属材料物理化学知识点整理完整版
无机非金属材料的应用现状与发展趋势
无机非金属材料总结(完整版)
无机非金属材料知识点
无机非金属材料的现状与前景
无机非金属材料的分类
高一化学人教版必修第二册 第五章 第三节 无机非金属材料
最新无机非金属材料工学知识点总结
无机非金属材料中的常见结构类型
尹从岭
（北京大学化学与分子工程学院）
摘要：本文综述了无机非金属材料中的常见结构类型，介绍了它们之间的联系与区别。 关键词：钙钛矿；钨青铜；尖晶石；六方密堆积；立方密堆积 无机化合物的结构型式复杂多样，本文选择一些简单而重要的结构型式加以讨论。 1． MX 型化合物的结构 1． NaCl 型的晶体结构 在 NaCl 的晶体中，Na+和 Cl-交替排列，具有正八面体配位，晶体属于面心立方点阵 Oh 点群。 NaCl 晶体结构可看作 Cl-作立方最密堆积， 在这堆积的每个八面体空隙中填入 Na+。 晶体结构示于图 1 中。属于 NaCl 型结构的化合物有离子键型的 碱金属卤化物和氢化物，碱土金属的氧化物和硫化物；有过渡 键型的金属氧化物、硫化物以及间隙型的碳化物和氮化物。 LiVO2 是与 NaCl 结构相关的化合物。LiVO2 结构中氧离子 构成立方密堆积，金属离子沿体对角线方向交替占据八面体空 隙，形成锂原子层和钒原子层。图 2 Li+ 给出了 LiVO2 的晶体结构。LiVO2 可 以看作是有序的 NaCl 结构，具有三 图 1 NaCl 的结构 2O 方对成行，空间群为 R32/m。在较高 的温度下，LiVO2 结构中的两种阳离子趋于无序分布，LiVO2 转 变成典型的 NaCl 立方结构。 3+ NbO 是另外一个与 NaCl 结构相关的化合物。 NbO 结构中， 在 V 有 1/4 的铌和氧格位未被占据， 因而可以看作 NaCl 的有序缺陷结 构。 NbO 结构中， 是平面四方配位。 在 Nb NbO 结构也可以看作是由八面体金属原 子簇 Nb6 共用顶点而形成的骨架结构。 NbO 的结构如图 3 所示。 CaC2 是另外一个与 NaCl 结构相关的 图2. LiVO2的结构 化合物。CaC2 有多种晶型，四方晶系的 图 3. NbO 的结构 22+ CaC2 由 Ca 和 C2 组成，Ca2+和 C22-的分布和 NaCl 相似，但由于 C22-离子是哑铃状，而不是球形，使结构沿 c 轴方向拉长成四方晶系。结构的图形示于图 4。 2．CsCl 型的晶体结构 在 CsCl 的晶体结构中，Cl-作简单立方堆积，Cs+填入 立方体空隙中，正、负离子的配位数均为 8，其结构示于 图 5。 CsCl 型结构属于简单立方点 阵，Oh 点群。属于 CsCl 型的例子 化合物有 CsCl， CsBr， CsI， RbCl， ThCl， TlCl， TlBr， 4Cl， 4Br， NH NH
图 5. CsCl 的结构
C2
Ca2
图 4. CaC2 的结构《无机非金属材料》教案(1)(1)
无机非金属材料结构知识点整理
高分子材料无机非金属材料作业知识点整理
2018版第4章无机非金属材料的主角——硅知识点
新型无机非金属材料概述