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
专用水泥和特性水泥是指具有某种专门用途地和某种性能比较突出的水泥。由于二者之间难以确切界定，故常合称为特种水泥。特种水泥的分类，一是按主要矿物所属体系分为六个体系；二是按其功能和用途分为七大类：
（1）快硬高强水泥；（2）中、低热水泥；（3）油井水泥；（4）耐高温水泥；（5）膨胀自应力水泥；(6)装饰水泥；（7）其他类：低碱水泥、道路水泥、耐酸水泥、氯氧镁水泥
2.3特种水泥的发展方向
（1）生产与应用的同步发展
关于中国特种水泥的产量，从水泥厂的生产能力来看，并不存在大问题，关键在于特种水泥的应用上，应该特别重视开发需求、加强宣传和推广，对其价格应有客观的认识，要有设计和使用双方的密切配合。
(2)完善生产工艺和改善使用性能
主要涉及下列品种:快硬早强类水泥、低水化热水泥、油井水泥、膨胀自应力水泥、白水泥、彩色水泥和耐高温水泥。
(3)以节能为中心开发水泥新品种
包括有：节能型矿物的开发(如低钙、低烧成温度及易磨性好的矿物体系)；工业废渣的利用(如利用煤矸石、粉煤灰、矿渣以及碱渣等)；尾矿的利用(中国每年废弃的黑色金属和有色金属尾矿数以亿吨计，有些尾矿中含有较多的三氧化二铝、三氧化二铁以及各种微量元素，这为发展上述低钙、低烧成温度的节能水泥和高效矿化剂提供了廉价原料)。
（4）新型特种水泥的研究开发
应以研究开发超高强（特别是抗折强度）水泥、超低热水泥和耐久性水泥为主，这也会是国际上研究开发的重点和发展趋势。其中，包括开发抗压强度为300兆帕，抗折强度为100兆帕以及耐久性可保证一千年的水泥基材料。这些新颖特种水泥若能开发成功，将会引起工程界的一场真正革命。
3.特种玻璃
3.1特种玻璃的概述
特种玻璃，又叫新型玻璃，是指除日用玻璃以外的、采用精制高纯或新型原料，或采用新工艺在特殊条件下或严格控制形成过程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃，也包括经玻璃晶化获得微晶玻璃。特种玻璃以其特有的功能特性可以分为光学功能玻璃、电磁功能玻璃、热学功能玻璃、力学功能玻璃及生物活性玻璃等。特种玻璃是高技术领域不可缺少的材料更是光电子技术开发的基础材料。通讯光纤已经作为实现通讯革命技术的主角，在现代信息高速公路中起着其他材料无法起到的作用。在今后的几年内，激光玻璃、功能光纤、光记忆玻璃、集成电路光掩模板、光集成电路用玻璃以及电磁、磁光、光电、声光、压电、非线性光学玻璃、高强度玻璃等将有大幅的发展，有可能形成很大的商品市场。
3.1.1光学功能玻璃
特种玻璃中以其光学性能优异的光学功能玻璃种类最多，用途最广。就其功能而言，光学功能玻璃主要包括光传输功能、激光发射功能、光记忆功能、光控制功能、非线性光学功能、感光及光调节功能、偏振光起偏振功能等。其主要运用于光通讯用光纤、光信息处理、激光核聚变、激光医疗、激光加工、光盘、光调制器、光开关图像记录、化学加工、光隔离器等。
3.1.2电磁功能玻璃
电磁功能玻璃与光学功能玻璃一样在高技术领域中占有重要的地位，是通讯、能源以及生命可以学等领域中不可缺少的电子材料和光电子材料之一，电磁功能主要包括导电功能、光电转换功能、声波延迟功能、电子发射功能等吗，另外，就电学功能而言，大部分情况是晶态料优于非晶态材料，器件中起电磁的一些元件也大都是晶态。但是，晶态元件的尺寸很小，需要基板给予支撑。这些基板本身不具备特殊的电磁功能，但对晶体材料能否发挥正常的电磁功能起着十分重要的作用，故通常把这类材料夜归属于电磁功能材料。所以电磁功能材料可按功能进行如下分类：
（1）电子导电：电子导电玻璃
（2）离子导电、超声波延迟：光电导玻璃、快离子导体玻璃、延迟线玻璃
（3）磁性：逆磁性玻璃、完全逆磁性（超导体）、顺磁性玻璃、铁磁性玻璃
（4）基板：显示器基板玻璃、太阳电池玻璃、IC基板玻璃、IC光掩膜玻璃、光盘基板玻璃、磁盘基板玻璃
（5）电磁波吸收与屏蔽：电磁波吸收玻璃、耐辐射玻璃
（6）二次电子发射：二次电子发射玻璃
3.1.3热学功能玻璃
热学功能本身虽然难以称为“高性能”，但他对于元器件充分发挥其光学、电子学等功能起十分重要的作用。热学功能主要包括耐热性、地膨胀性、导热性以及热软化性等。主要的热学功能玻璃可以按功能分为以下三类:
（1）耐热冲击：低膨胀玻璃（主要应用于光掩模基板，天体望远镜，热交换器）
（2）加热软化：低膨胀微晶玻璃、封接玻璃(主要应用于光掩模基板，天体望远镜，热交换器，炊具)
（3）隔热性：中空玻璃、加气玻璃（主要应用于建筑物窗户等）
3.1.4力学与机械功能玻璃
传统玻璃以硬而脆，用难以机械加工为特征，其杨氏模量比塑料和一些普通金属的杨氏模量都要大。而有些特种玻璃具有比普通玻璃更高的杨氏模量，有些具有高强度和高韧性，有些玻璃可以像加工木料一样进行机械加工。这些玻璃就是力学功能玻璃。它可以按功能、应用分为以下三类：
（1）高弹性模量：高杨氏模量氧氮玻璃（主要应用于复合材料的增强纤维）
（2）高强度、高韧性：高韧性微晶玻璃、高韧性玻璃基复合材料（主要应用于机械结构材料、发动机部件）
（3）机械加工：云母微晶玻璃(机械零件、绝缘材料)
3.1.5生物活性玻璃
大多数生物活性玻璃的主要组成为二氧化硅、氧化钠、氧化钙、五氧化二磷，它们各自占不同的比例。生物活性玻璃的主要优点是其快速的表面反应，从而导致快速与组织的结合。其主要缺点是其无定形的两维玻璃网络结构造成的力学上的弱点和低的断裂韧性。大多数生物活性玻璃，其抗弯强度都在
40~60MPa，故不能在承重下使用。它具有低的弹性模量（30~35GPa），接近于人的皮质骨弹性模量
（7~30GPa）。低强度不影响生物活性玻璃作为涂层应用，在这种情况下，金属与图层之间的界面强度是限制因素。低强度也不影响生物活性玻璃作为在低负荷或低压力下的植入体应用，以及以粉末形式或在复合材料中作为生物活性相的应用。
可切削生物活性玻璃（MBGC）具有良好的加工性，其加工性来自云母晶体的解理、次级解理及其相互交错的结构。层与层之间通常以碱金属或碱土金属结合，结合力十分薄弱。在外力作用下，裂纹沿薄弱层进行传播，而相互交错的晶体框架又控制裂纹运行方向，抑制裂纹的自由扩展。裂纹在刃具周围扩展，实现精细加工。
3.2特种玻璃的制备和加工
除了传统的熔融法以外，为了获得具有某些特殊功能的玻璃或者使玻璃的特性更为突出，必须采用一些特殊的玻璃制备技术和加工技术。代表性的特种玻璃制备技术有：（1）溶胶凝胶法
该方法是由溶液出发，经过化学处理，使溶液中析出微细的颗粒，即所谓溶胶化；再将其浓缩，或经过调节PH值使溶胶缩聚形成凝胶；最后加热凝胶，使凝胶中的有机物和水分挥发，烧结后获得玻璃。该方法被广泛用于特种玻璃、功能涂层或薄膜等的制备。
（2）气相法
该方法是以气体作为原料，或者是将固体原料气化成气体，再加热发生化学反应而植被玻璃或非晶态物质的方法。该方法主要用于光纤预制棒的制造，也用于光掩模基板等的制造。
（3）高温冷却法
该方法首先必须将固体原料熔化，再将熔体高速冷却，防止析晶，使玻璃形成范围扩大，获得一些传统方法难以获得的具有特殊性能的新组成玻璃。高速冷却的方法除双辊法以外，还有射流法、单辊法等等。该法主要用于快离子导体玻璃等的制备。
（4）气氛调节熔融法
在卤化物玻璃的制备中，为了保证卤化物玻璃所特有的光学或其他性能，要制备无氧离子和氢氧根离子的玻璃，必须在氩气、氮气或按期等气氛中熔制玻璃。为了确保玻璃中所含的某些可变价离子的某种价态，需要在氧化或者还原气氛下进行玻璃的熔炼。
（5）特种玻璃的加工技术
特种玻璃可以通过改变普通玻璃的成分、制备方法获得，有些特种玻璃是普通玻璃或特殊成分的玻璃经过特殊的加工处理之后获得的。形成特种玻璃的主要加工方法有掺杂、超纯化、离子交换、分相与晶化、表面镀膜、极化处理、激活结构、机械拉伸、离子注入以及复合化等。
4.新型陶瓷
4.1新型陶瓷的定义、性能
新型陶瓷指的是以精制的高纯天然无机物或人工合成的无机化合物为原料，采用精密控制的制造加工工艺烧结，具有远胜于以往独特性能的优异性能的陶瓷。在热和机械性能方面，有耐高温、隔热、高硬度、耐磨耗等；在电性能方面有绝缘性、压电性、半导体性、磁性等；在化学方面有催化、耐腐蚀、吸附等功能；在生物方面，具有一定生物相容性能，可作为生物结构材料等。但也有它的缺点，如脆性。因此研究开发新型功能陶瓷是材料科学中的一个重要领域。
4.2新型陶瓷与传统陶瓷的区别
（1）在原料上突破了传统陶瓷以黏土为主要原料的界限，新型陶瓷一般采用精选、提纯的氧化物、硅化物、氮化物、硼化物等作为主要原料。
（2）在成份上传统陶瓷的组成由黏土的成分决定了不同的产地的原料对产品的组成与结构影响很大；新型陶瓷的原料是纯化合物，其性质的优劣由原料的纯度和工艺所决定，因此产品的组成与结构同产地无关。
（3）在制备工艺上传统陶瓷以窑炉为主要制备手段，而新型陶瓷的制备则应用真空烧结、气氛烧结、热压、热静压等闲稻草料制备方法。
（4）在性能与用途上新型陶瓷具有多种传统陶瓷所没有的特殊性质与功能，如高强度、高硬度、耐磨、耐蚀以及在磁、电、热、声、光、生物工程等各方面的特殊功能，因而使其在高温、机械、电子、计算机、航天、医学工程等方面得到广泛应用。
4.3新型陶瓷的分类
（1）按化学成分划分
主要分为两类：一类是纯氧化物陶瓷，如Al2O3、ZrO2、MgO、CaO、BeO、ThO2等；另一类是非氧化物系陶瓷，如碳化物、硼化物、氮化物和硅化物等。
（2）按性能与特征划分
可分为：高温陶瓷、超硬质陶瓷、高韧陶瓷、半导体陶瓷。电解质陶瓷、磁性陶瓷、导电性陶瓷等。随着成分、结构和工艺的不断改进，新型陶瓷层出不穷。
（3）按其应用不同划分
又可将它们分为工程结构陶瓷和功能陶瓷两类。
在工程结构上使用的陶瓷称为工程陶瓷，它主要在高温下使用，也称高温结构陶瓷。这类陶瓷以氧化铝为主要原料，具有在高温下强度高、硬度大、抗氧化、耐腐蚀、耐磨损、耐烧蚀等优点在空气中可以耐受1980℃的高温，是空间技术、军事技术、原子能、业及化工设备等领域中的重要材料。工程陶瓷有许多种类，但目前世界上研究最多，认为最有发展前途的是氯化硅、碳化硅和增韧氧化物三类材料。
压电陶瓷是一种能将压力转变为电能的功能陶瓷，哪怕是像声波震动产生的微小的压力也能够使它们发生形变，从而使陶瓷表面带电。用压电陶瓷柱代替普通火石制成的气体电子打火机，能够连续打火几万次。
透明陶瓷的主要成分有氧化镁、氧化钙、氟化钙等。透明陶瓷不但能透过光线，还具有很高的机械强度和硬度。透明陶瓷是一种很好的透明防弹材料，还可以用来制造车床上的高速切削刀、喷气发动机的零件等，甚至可以代替不锈钢。
氮化硅高强度陶瓷以强度高著称，可用于制造燃气轮机的燃烧器、叶片、涡轮等。
精密陶瓷氨化硅代替金属制造发动机的耐热部件，能大幅度提高工件温度，从而提高热效率，降低燃料消耗，节约能源，减少发动机的体积和重量，而且又代替了如镍、铬、钠等重要金属材料，所以，被人们认为是对发动机的一场革命。氮化硅可用多种方法制备，工业上普遍采用高纯硅与纯氮在1600K反应后获得：
3Si＋2N2 ＝Si3N4（条件1600K）
也可用化学气相沉积法，使SiCl4和N2在H2气氛保护下反应，产物Si3N4积在石墨基体上，形成一层致密的Si3N4层。此法得到的氮化硅纯度较高，其反应如下：
SiCl4＋2N2＋6H2→Si3N4＋12HCl
氮化硅、碳化硅等新型陶瓷还可用来制造发动机的叶片、切削刀具、机械密封件、轴承、火箭喷嘴、炉子管道等，具有非常广泛的用途。
利用陶瓷对声、光、电、磁、热等物理性能所具有的特殊功能而制造的陶瓷材料称为功能陶瓷。功能陶瓷种类繁多，用途各异。例如，根据陶瓷电学性质的差异可制成导电陶瓷、半导体陶瓷、介电陶瓷、绝缘陶瓷等电子材料，用于制作电容器、电阻器、电子工业中的高温高频器件，变压器等形形色色的电子零件。利用陶瓷的光学性能可制造固体激光材料、光导纤维、光储存材料及各种陶瓷传感器。此外，陶瓷还用作压电材料、磁性材料、基底材料等。总之，新剂陶瓷材料几乎遍及现代科技的每一个领域，应用前景十分广阔。
5.特种耐火材料
5.1特种耐火材料的概述
特种耐火材料就是在传统陶瓷和耐火材料的基础上发展起来的一组新型无机材料，也称做高温陶瓷材料。特种耐火材料的发展与高温技术，特别是与冶金工业的发展密切相关。由于钢铁工业、高温技术、电子技术的发展，对材料提出了更高的要求，由此，在传统耐火材料和传统陶瓷的制造工艺基础上，研制出具用化学纯度高、熔点高（1700~4000℃）、良好的抗热震性、较大的高温强度和致密度特性的特种耐火材料。它们包括：高熔点氧化物材料、碳化物材料、氮化物材料、硼化物材料、硅化物材料、硫化物材料、金属陶瓷材料、玻璃陶瓷材料、陶瓷涂层材料、陶瓷纤维及纤维增强材料等。
5.2特种耐火材料的特点
特种耐火材料与传统的耐火材料相比具有以下特点：
（1）大多数特种耐火材料的材质已经超出了硅酸盐范围，而且品位高、纯度高，熔点都在2000℃以上（个别的为1728℃）；
（2）成型工艺不局限半干成型，除了大量应用注浆法和可塑法成型外，还采用等静压、气相沉积、热压、电熔等，而且大多数采用微米（μm）级的细粉料；
（3）制品烧成温度很高（1600～2000℃，甚至更高），并在各种烧成气氛或真空中烧成；
（4）它不仅制成砖，棒，罐等厚实制品，还制成管、板、片、坩埚等薄型制品，中空的球状制品，高度分散的散状材料，还可制成透明或半透明制品，柔软如丝的纤维，各种宝石般的单晶以及硬度仅次于金刚石的超硬材料；
（5）它除了具有耐火性能外，有的还具有更好的电、热、机械、化学等性能，因此它除了用于高温工业，还广泛用于其他部门。几乎遍布国民经济各部门；
5.3特种耐火材料的性能
各种不同的特种耐火材料，虽然化学成分和结构不同，其性能也存在一定的差异，但从特种耐火材料总体来说比普通耐火材料具有许多优良的性能：
（一）热学性质
（1）热膨胀性：热膨胀性指材料的线度和体积温度升降发生可逆性增减的性能。常以线膨胀数或体积膨胀系数表示。大多数特种耐火材料的线膨胀系数都比较大，仅有熔融石英，氧化硼，氧化硅的线膨胀系数比较小。
（二）力学性质
特种耐火材料的弹性模量都大。大多数具有较高的机械强度，但与金属材料相比，由于脆性，抗冲击
强度甚低。绝大多数的特种耐火材料具有较高的硬度，因此耐磨，耐气流或尘粒冲刷性比较好。大多数特种耐火材料的高温蠕变都比较小，最大的是二硅化钼。蠕变值的大小与结晶尺寸，晶界物质，气孔率等有关系。
（三）电学性质
大多数高熔点氧化物属绝缘体，其中氧化钍（ThO2）和稳定氧化锆（ZrO2）等在高温时具有导电性，见表3；碳化物、硼化物的电阻都很小；有些氮化物是电的良导体，而有些则是典型的绝缘体。例如TiN 具有金属的电导率（ρ为30×10-6Ω·㎝），BN则为绝缘体（ρ为1018Ω·㎝）。所有的硅化物都是电的良导体。
（四）使用性质
（1）耐火性：特种耐火材料的熔点几乎都在2000℃以上，最高的碳化铪（HfC）和碳化钽（TaC）为3887℃和3877℃。耐火度也很高，在氧化气氛中，氧化物的使用温度甚至接近熔点。氮化物，硼化物，碳化物在中性或还原性气氛中比氧化物有更高的使用温度，例如TaC在N2气氛中可使用到3000℃，BN在Ar气氛中可使用到2800℃。耐高温性能依次为：碳化物＞硼化物＞氮化物＞氧化物。而它们的高温抗氧化性为：氧化物＞硼化物＞氮化物＞碳化物。
（2）抗热震性：在特种耐火材料中，由于氧化铍的热导率低，大多数硼化物的热导率也不高，熔融石英的线膨胀系数特别小，所以抗热震性很好。某些纤维制品及纤维增强复合制品有较高的气孔率及抗张强度，这些材料的抗热震性比较好。碳化硅，氮化硅，氮化硼，二硅化钼等也有较好的抗热震性。
5.4特种耐火材料的组织结构
特种耐火材料是一种多晶体材料。绝大多数特种耐火材料的微观组织结构为晶相组成，而不含玻璃相，个别特种耐火混入微量杂质，在一定温度下形成共熔液相。晶粒与晶粒相遇的地方就形成晶粒的边界，简称晶界，对于由小晶粒组成的多晶体来说，晶界的体积几乎占到一半以上，对晶体的性质有显著的影响。当晶粒细小时，材料具有较高的机械强度，而粗晶容易造成裂纹和缺陷，使材料的机械强度下降。特种耐火材料的结构，亦含有一定量的气孔，对材料性能也有影响。所以一般要求特种耐火材料的组织结构均匀，玻璃相少，晶粒细小而均匀为好。
5.5特种耐火材料的用途
（1）特种耐火材料作为高温工程的结构材料和功能材料得到广泛的应用。
（2）在冶金工业中，广泛用于耐高温、抗氧化、还原或化学腐蚀的部件；熔炼稀有金属、贵金属、难熔金属、超纯金属、特殊合金的坩埚、舟皿等容器；水平连铸分离环、熔融金属的过滤装置和输送管道等。
（3）在航天和飞行技术中，用于火箭导弹的头部保护罩、燃烧室内衬、尾喷管衬套、喷气式飞机的涡轮叶片、排气管、机身、机翼的结构部件等。
（4）在电子工业中，用做熔制高纯半导体材料和单晶材料的容器，半导体固体扩散源；电子仪器设备中的各种耐高温绝缘散热部件；集成电路的基板，蒸发涂膜用的导电舟皿等。
（5）高温工业中，用做特种电炉的高温发热元件、炉管、炉膛结构材料和保温隔热材料，各种测温热电偶的内外保护套管等。
（6）在机械及国防工业中，用做磨料、磨具、切削刀具；装甲防护板等。
（7）在化工和轻工部门，用做潜水泵和化工泵机械密封环；玻璃拉丝坩埚，流料槽及玻璃池窑砖等。
（8）在医学及农业部门，用做人造关节、人造牙齿，并利用它的生物相容性等特殊性能。
5.6特种耐火材料展望
从材料的微观结构来看，将利用结构的不均匀性，如微裂纹，微缺陷，晶界和界面性质，获得某种特殊性能。透光性陶瓷与今后的光通讯发展有很大关系。陶瓷固体电解质（βAl2O3、ZrO2等）的利用将进一步扩大，从能源、环境、公害方面考虑，将很有前途。超硬材料，如人造金刚石和立方氮化硼将进入工业生产阶段。用特种耐火材料取代金属，如Si3N4和Al-Si-N-O取代金属制造轴承和涡轮叶片，会有很大发展。高效复合材料，很有前途，也会得到很大发展。
6.结束语
在当代科技学科的持续发展中，不论有多少种不同走向的科技前沿阵地，材料科学成为21世纪中最重要的、最活跃，也是最具有重大突破期望的领域之一。与传统无机非金属材料相比，新型无机非金属材
料具备耐高温、耐酸碱、强度高、硬度大以及电、磁、声、光、生物等传统无机材料所不具备的优良特性。由于它具备多种优良特性，它的应用逐渐覆盖到社会的各个领域，由于我国认识较早，我国在材料领域的研究开发已经取得了重大进展，有些方面已经达到了世界先进水平，甚至领先水平。但是，我国与世界发达国家之间的差距也是不容忽视的。
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2010年12月29日
化学无机非金属材料的专项培优练习题(含答案)及答案解析 一、无机非金属材料练习题（含详细答案解析） 1．某混合物X由Na2O、Fe2O3、Cu、SiO2中的一种或几种物质组成．某校兴趣小组以两条途径分别对X进行如下实验探究． 下列有关说法不正确的是（） A．由Ⅱ可知X中一定存在SiO2 B．无法判断混合物中是否含有Na2O C．1.92 g固体成分为Cu D．15.6 g混合物X中m（Fe2O3）：m（Cu）=1：1 【答案】B 【解析】 途径a：15.6gX和过量盐酸反应生成蓝色溶液，所以是铜离子的颜色，但是金属Cu和盐酸不反应，所以一定含有氧化铁，和盐酸反应生成的三价铁离子可以和金属铜反应，二氧化硅可以和氢氧化钠反应，4.92g固体和氢氧化钠反应后，固体质量减少了3.0g，所以该固体为二氧化硅，质量为3.0g，涉及的反应有：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O；Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+，SiO2+2NaOH=Na2SiO3+H2O，又Cu与NaOH不反应，1.92g固体只含Cu；结合途径b可知15.6gX和足量水反应，固体质量变为6.4g，固体质量减少15.6g﹣6.4g=9.2g，固体中一定还有氧化钠，其质量为9.2g， A．由以上分析可知X中一定存在SiO2，故A正确； B.15.6gX和足量水反应，固体质量变为6.4g，只有氧化钠与水反应，混合物中一定含有Na2O，故B错误； C．Cu与NaOH不反应，1.92g固体只含Cu，故C正确； D．设氧化铁的物质的量是x，金属铜的物质的量是y，由Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O、 Cu+2Fe3+=2Fe2++Cu2+得出：Fe2O3～2Fe3+～Cu，则160x+64y=6.4，64y﹣64x=1.92，解得 x=0.02mol，y=0.05mol，所以氧化铁的质量为0.02mol×160g/mol=3.2g，金属铜的质量为0.05mol×64g/mol=3.2g，则原混合物中m（Fe2O3）：m（Cu）=1：1，故D正确； 【点评】本题考查了物质的成分推断及有关化学反应的简单计算，侧重于学生的分析和计算能力的考查，为高考常见题型，注意掌握检验未知物的采用方法，能够根据反应现象判断存在的物质，注意合理分析题中数据，根据题中数据及反应方程式计算出铜和氧化铁的质量，难度中等． 2．下列关于硅单质及其化合物的说法正确的是（） ①硅是构成一些岩石和矿物的基本元素 ②水泥、玻璃、陶瓷都是硅酸盐产品 ③高纯度的硅单质广泛用于制作光导纤维
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
第二届全国高校无机非金属材料 基础知识大赛决赛试题 一、必答题 1. 硅酸盐熔体的粘度随（）而降低。 A. 温度下降 B. SiO2含量增加 C. 碱性氧化物含量增加 D .以上三个都不对 2. 马赫数是气体动力学一个很重要无量纲量，它反映（）相对比。 A. 粘性力与惯性力 B. 惯性力与弹性力 C. 粘性力与重力 D .惯性力与重力 3. 某晶面族X 射线衍射强度正比于该晶面的（）。 A. 晶面间距 B .结构因子 C. 多重因子 D. B 和C 4. 在形成连续固溶体的二元相图中存在一个二元无变量点，该说法（）。 A. 对
B. 错 C. 不能确定 D. 5. 关于气体燃料预混燃烧的叙述错误的是（）。 A. 火焰较短，燃烧空间较小 B .需要的空气过剩系数较大 C.火焰黑度小，不发光 D .不需将空气和燃料预热到较高的温度 6. 透射电镜主要由四大系统构成，其中（）是其核心。 A. 真空系统 B .电子光学系统 C. 供电控制系统 D. 附加仪器系统 7?研究表明，Ni2+和Ca2^子可完全置换MgO晶体中的Mg2+离子, 因此可以推测NiO或CaO可与MgO生成（）。 A. 有限固溶体 B .连续固溶体 C. 化合物 D. 非化学计量化合物 8. 在不可压缩流体流动过程中，各相邻流体间的（）做功，造成流体自身机械能的损失。 A. 内摩擦力
B. 重力 C. 曳力 D. 范德华力 9. 在获得的试样DSC曲线上，如果存在373C晶型转变放热峰， 基本可说明是石英相变，具体是（）。 A. 0SiO2 转变a SiO2 B. B SQ2 转变丫SiO2 C. a SiO2 转变怜Si。？ D. -SiO2 转变 &SiO2 10. 制备玻璃要经过高温熔化形成无气泡的玻璃液，但是玻璃还是分 相。（） A. 会 B. 不会 C. 可能 D. 11. 静止液体中其一点的压强与（）的一次方成正比。 A. 淹没深度 B .位置高度 C. 表面压强 D. 以上都不对 12. 要测定聚合物的熔点，可以选择（）。 B. 紫外可见光谱 A. 红外光谱
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
新型无机非金属材料 课题： 教学重点：的特点。 教学过程： 引言：能源、信息、材料是文明的三大支柱。而能源问题的解决和信息社会的飞速发展都是以材料的突破为前提的。材料与我们的生活密切相关，是人类社会生活中不可缺少的物质基础，它们在现代电子、航天航空等尖端科学中应用广泛。人类使用和制造材料有着悠久的历史，制造出的第一种材料是陶。 设问：提出问题，让学生讨论。 1.玻璃刀能划玻璃靠的是什么材料？（刀头上的金刚石） 2.手表中的"钻"指的是什么材料的多少？（人造红宝石） 3.煤气炉中电子打火靠的是什么材料？（压电陶瓷） 4.信息高速公路是依靠什么材料来铺设的？（光导纤维） 板书：第三节新型无机非金属材料 材料包括很多种，可以把它们分类：投影： 一、材料的分类和特点： 1．材料可分为：无机非金属材料传统无机非金属材料如：水泥、玻璃、陶瓷 新型无机非金属材料如：高温结构陶瓷、光导纤维 金属材料如：fe、cu、al、合金等。
高分子材料如：聚乙烯、聚氯乙烯 讲解：今天，我们主要学习和了解的是新型无机非金属材料。请看课本中的有关内容，可以讨论，交流，也可以起来发言。注意总结出要点。 交流并及时小结：1．传统的硅酸盐材料有什么优、缺点？ 优点：抗腐蚀、耐高温；缺点：质脆、经不起热冲击。 2．新型无机非金属材料有哪些特性？ ①承受高温，强度高。②具有光学特性。③具有电学特性。④具有生物功能。 板书：二、新型无机非金属材料简介 新型无机非金属材料很多，现列举几种：压电材料；磁性材料；导体陶瓷；激光材料，光导纤维；超硬材料（氮化硼）；高温结构陶瓷；生物陶瓷（人造骨头、人造血管）等等。 今天，我们主要了解其中的两种高温结构陶瓷和光导纤维。 板书： (一)、高温结构陶瓷 1．氧化铝陶瓷 展示：高压钠灯。外罩是玻璃，里面的灯管是氧化铝陶瓷，是一种高温结构材料。 高压钠灯内温度高达1400℃，同时钠蒸气具有很强的腐蚀性。 展示：坩埚、高温炉管。 让学生概括出氧化铝陶瓷的主要性能和用途。可以看书、交流。 讲解：性能：熔点高、硬度大、透明、耐高温；用途：坩埚、高温炉管、刚玉球磨机、高压钠灯管管
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
第二章 1 普通的混凝土中有几种相？请分别写出各种相的名称。若在其中加入钢筋，则钢筋起到什么作用？此时又有几种相？ 答：3相；砂子、碎石、水泥浆；增强作用；4。 2 比较晶体与非晶体的结构特性，了解晶体的结构不完整性有哪些类型？并区分三大材料的结构类型与比较其各自的特点。 答：晶体结构的基本特征是原子或分子在三维空间呈周期性的规则而有序地排列,即存在长程的几何有序。 结构的不完整性：实际上，极大多数晶体都有大量的与理想原子排列的轻度偏离存在，依据其几何形状而分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。 金属材料的结构：一般都是晶体。金属键无方向性，晶体结构具有最致密的堆积方式。体心立方、面心立方和紧密堆积六方结构，金刚石结构。 无机非金属材料的结构：金刚石型结构；硅酸盐结构; 玻璃结构; 团簇及纳米材料 高分子材料的结构包括高分子链的结构及聚集态结构 各自的特点： 3 高分子材料其聚集态结构可分为：晶态和非晶态(无定形)两种，与普通的晶态和非晶态结构比较有什么特点？ 答：晶态有序程度远小于小分子晶态，但非晶态的有序程度大于小分子物质液态。 4 如何区分本征半导体与非本征半导体材料？ 答：本征半导体：材料的电导率取决于电子-空穴对的数量和温度的材料。 非本征半导体：通过加入杂质即掺杂剂而制备的半导体，杂质的多少决定了电荷载流子 的数量。
5 极大多数晶体实际上都存在有种种与理想原子排列的轻度偏离，依据结构不完整性的几何形状可分为哪几种缺陷类型？按溶质原子在溶剂晶格中的位置不同，固溶体可分成哪几种类型？ 答：依据其几何形状而分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。 按溶质原子在溶剂晶格中的位置不同，固溶体可分成： 置换型固溶体(或称取代型)：溶剂A晶格中的原子被溶质B的原子取代所形成的固溶体。原子A同B的大小要大致相同。 填隙型固溶体(也称间隙型)：在溶剂A的晶格间隙内有溶质B的原子填入(溶入)所形成的固溶体。B原子必须是充分小的，如C和N等是典型的溶质原子。 6 比较热塑性高分子材料和热固性高分子材料的结构特点，并说明由于结构的不同对其性能的影响。 答：线型结构的高分子化合物：在适当的溶剂中可溶胀or溶解，升高温度时则软化、流动，∴易加工，可反复加工使用，并具有良好的弹性和塑性。(热塑性) 交联网状结构高分子：性能特点：较好的耐热性、难溶剂性、尺寸稳定性和机械强度，但弹性、塑性低，脆性大。∴不能进行塑性加工，成型加工只能在网状结构形成前进行，材料不能反复加工使用。(热固性) 7 聚二甲基硅氧烷的结构式为？其柔顺性怎么样？ 答：非常好 8 何为材料的力学强度？影响力学强度的主要因素有哪些？按作用力的方式不同，材料的力学强度可分为哪几种强度？ 答：材料在载荷作用下抵抗明显的塑性变形或破坏的最大能力。 通常材料中缺陷越少、分子间键合强度越大，材料的强度也越高。 按作用力的方式不同，可分为：拉伸强度；压缩强度；弯曲强度；冲击强度；疲劳强度等。 9 区分高分子材料的大分子之间的相互作用中的主价力和次主价力，比较两者对其性能的影响。 答：大分子链中原子间、链节间的相互作用是强大的共价键这种结合力称为主价力，大小取决于链的化学组成→键长和键能。对性能，特别是熔点、强度等有重要影响。 大分子之间的结合力是范德华力和氢键，称为次价力，比主价力小得多(只有主价力1-10％)，但对高分子化合物的性能影响很大。如乙烯呈气态，而聚乙烯呈固态并有相当强度，∵后者的分子间力较前者大得多。 10 按电阻率的大小，可将材料分成哪几类？何谓超导性？ 答：按电阻率的大小，可将材料分：超导体；导体；半导体；绝缘体。 超导性：一旦T< Tc(超导体临界T)时，电阻率就跃变为零。Tc依赖于作用于导体的磁场强度。
高考化学无机非金属材料(大题培优)及答案 一、无机非金属材料练习题（含详细答案解析） 1．下列溶液中，不能存放在带玻璃塞的试剂瓶中的 ①碱石灰②NaCl③KNO3④CaO⑤CuSO4⑥NaOH⑦Na2CO3 A．①④⑥⑦B．①③⑤⑥C．②③④⑦D．①⑥⑦ 【答案】A 【解析】 【分析】 玻璃的主要成分中含有二氧化硅，能和二氧化硅反应的药品不能盛放在带有玻璃塞的试剂瓶中，据此分析解答。 【详解】 ①碱石灰为CaO和NaOH的混合物，能与二氧化硅反应生成具有黏性的硅酸盐和水，因此不能存放在带玻璃塞的试剂瓶中，符合题意； ②NaCl与玻璃中的成分不发生反应，因此能存放在带玻璃塞的试剂瓶中，不符合题意； ③KNO3与玻璃中的成分不发生反应，因此能存放在带玻璃塞的试剂瓶中，不符合题意； ④CaO为碱性氧化物，溶于水生成的氢氧化钙能与二氧化硅反应生成具有黏性的硅酸盐和水，因此不能存放在带玻璃塞的试剂瓶中，符合题意； ⑤CuSO4与玻璃中的成分不发生反应，因此能存放在带玻璃塞的试剂瓶中，不符合题意； ⑥NaOH能与二氧化硅发生反应生成具有黏性的硅酸盐和水，因此不能存放在带玻璃塞的试剂瓶中，符合题意； ⑦Na2CO3水解呈碱性，与二氧化硅反应生成具有黏性的硅酸钠，所以Na2CO3不能盛放在玻璃瓶中，符合题意； 故答案为：A。 2．在室温时，下列各组中的物质分别与过量NaOH溶液反应，共生成4种盐的是（）A．SO2、CO2、SO3 B．H2S、NO、SO3 C．CO2、Cl2、SO3 D．SiO2、CO、Cl2 【答案】C 【解析】 【分析】 【详解】 A．SO2、CO2、SO3分别与过量NaOH溶液反应生成Na2SO3、Na2CO3、Na2SO4，生成3种盐，故不选A； B．NO与氢氧化钠溶液不反应，H2S、SO3分别与过量NaOH溶液反应生成Na2S、Na2SO4，生成2种盐，故不选B； C．CO2、Cl2、SO3分别与过量NaOH溶液反应生成Na2CO3、NaClO、NaCl、Na2SO4，生成4种盐，故选C；
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
授课教师命题教师或命题负责人签字付玉彬 年月日 院系负责人签 字年月日 共3页第2页
中国海洋大学2007-2008学年第2学期期末考试试卷
材料科学与工程院《无机非金属材料概论》课程试题(A卷) 共3页第3页 四．名词解释（每题2分，共12分） 1，材料硬度；答:用来表示固体材料软硬程度的力学性能指标，表示材料表面局部区域抵抗压缩和断裂的能力。 2，高温蠕变性；答：无机非金属材料在常温下呈脆性，但在高温下承受小于其极限强度的某一恒定荷重时，会产生塑性变形。变形量随时间增长而逐渐增加，甚至会使材料破坏，此即高温蠕变。 3，耐火度；答：材料在高温下达到特定软化程度时的温度。 4，热震稳定性（热稳定性）；答：指材料承受温度的急剧变化活在一定温度范围内冷热交替变化而不致破坏的能力。 5，水玻璃的模数；答：分子式中二氧化硅与氧化钠活氧化钾摩尔数的比值 6，混练；答：是两种以上不均匀物料的成分与颗粒度均匀化，促进颗粒接触和塑化的操作过程。 五．简答与例举题（每题3分，共18分） 1，简要比较玻璃态结构的微晶学说和不规则网络学说，并概括其结构特点。 答微晶学说认为，玻璃是由无数微晶体组成，晶子是具有变形晶格的有序排列区域，分布在无定形介质中，从“晶子”到无定形部分是逐渐过度的，两者无明显界限。 它强调玻璃的微观不均匀性、不连续性和有序性；不规则网络学说则认为，玻璃是由硅氧四面体为结构单元的三度空间网络所组成，，但其排序不像晶体那样有序，而是完全无规则的，缺乏对称性与周期性的重复，它主要强调玻璃结构的连续性、无序性和均匀性。 2，简述多晶材料中玻璃相的作用和分布形式。 作用：1，填充气孔与空隙，把多晶材料内松散的晶粒结合在一起，降低烧成温度， 3, 举例说明如何克服无机非金属材料的脆性，改善韧性，提高强度。
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。
无机非金属材料工程专业介绍及就业前景 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。 成分结构 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。 硅酸盐材料是无机非金属材料的主要分支之一，硅酸盐材料是陶瓷的主要组成物质。 应用领域 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。传统的无机非金属材料是工业和基本建设所必需的基础材料。如水泥是一种重要的建筑材料;耐火材料与高温技术,尤其与钢铁工业的发展关系密切;各种规格的平板玻璃、仪器玻璃和普通的光学玻璃以及日用陶瓷、卫生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和电瓷等与人们的生产、生活休戚相关。它们产量大,用途广。其他产品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化铝)、铸石(辉绿岩、玄武岩等)、碳素材料、非金属矿(石棉、云母、大理石等)也都属于传统的无机非金属材料。新型无机非金属材料是20世纪中期以后发展起来的,具有特殊性能和用途的材料。它们是现代新技术、新产业、传统工业技术改造、现代国防和生物医学所不可缺少的物质基础。主要有先进陶瓷(advanced ceramics)、非晶态材料(noncrystal material〉、人工晶体〈artificial crys-tal〉、无机涂层(inorganic coating)、无机纤维(inorganic fibre〉等。 传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的比较传统无机非金属材料新型无机非金属材料具有性质稳定，抗腐蚀耐高温等优点，但质脆，经不起热冲击。除具有传统无机非金属材料的优点外，还有某些特征如：强度高、具有电学、光学特性和生物功能等。 业务培养目标： 本专业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 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
《无机非金属材料的主角──硅》教学设计 北京潞河中学孟祥雯 1．指导思想与理论依据 高中化学新课程着眼于学生发展、社会发展和学科发展的需要，强调密切联系社会生活实际，关注化学发展的前沿，注重化学与生活、社会、技术之间的相互影响和相互联系，高度重视实验与探究，倡导自主、探究、合作的学习方式。 因此，本节课在内容安排上突破传统的物质中心模式，不再追求元素化合物知识系统（存在、组成、结构、性质、制法、用途）的完整，而是注重STS教育，从学生已有的生活经验出发，引导学生学习身边的常见物质，将物质性质的学习融入有关的生活现象和社会问题的分析解决活动中，体现其社会应用价值。这样的学习顺序符合学生的认知规律，有利于学生的学习。 2．教学内容分析 （1）主要内容 本课时位于化学必修1的第四章第一节，主要内容是二氧化硅和硅酸。本节课的主线是： 本节课重点介绍了硅酸凝胶的制取方法、硅胶的用途以及二氧化硅的重要性质和用途。 （2）地位与作用 硅及其化合物作为非金属元素知识的开端，是在第三章“金属及其化合物”内容的基础上，继续进行关于元素化合物知识的学习和研究方法的训练，本节教学采用主线为“硅酸盐──硅酸──二氧化硅(硅的亲氧性)──硅单质(应用)”的纵向学习方法，有别于第三章的横向对比学习法，丰富了元素族概念及元素性质的递变规律的形成，为元素周期律、元素周期表的学习积累了丰富的感性材料，同时，也为以后学习选修模块2 “化学与技术”中的第三单元“化学与材料的发展”奠定了知识基础。 本节内容与生产生活、材料科学、信息技术等联系较为密切，知识面广，趣味性强，能使学生真正认识化学在促进社会发展，改善人类的生活条件方面所起的重要作用，全面地体现了化学学科的社会应用价值。通过本节的学习，有利于贯彻STS教育的观点，激发学生学习的兴趣，促进学生科学素养的提高。 （3）教材处理 本节课从生活中常见的干燥剂入手，创设问题情景，激发学生的学习兴趣和求知欲，进而主动接受学习任务；通过探究实验，体验硅酸的制取，进一步了解硅胶和变色硅胶；通过对比碳和硅原子结构的相同点和不同点，认识二氧化硅的结构，采用比较的方法学习SiO2的化学性质，并把硅及其化合物在信息技术、材料化学等领域的应用和发展融合在性质的介绍中，从而让生活在信息技术时代的学生体会到常见硅及其化合物知识的价值，深刻理解硅成为无机非金属材料的主角的原因，激发学生对材料科学的兴趣和求知欲望，全面体现化学课程的科学教育功能。 本节课也为不同层次的学生设计了不同的教学目标，基础较弱的学生把重点放在课前的预习和课堂上的性质对比教学中，而学有余力的优秀学生可以在课后对课堂上没有深入研究的一些问题进行挖掘和拓展，如将硅及其化合物的结构理论知识、在材料领域中的应用等作为拓展性内容，通过查阅资料、讨论等方法进行更深入的学习。 3．学生情况分析 （1）本节课的教学对象为高一学生，学生已有知识和未知知识分析： （2）学生学习本单元可能会遇到的障碍点
alloy 合金atomic-scale architecture 原子尺度结构（构造）brittle 脆性的 ceramic 陶瓷composite 复合材料concrete 混凝土conductor? 导体crystalline? 晶态的devitrified 反玻璃化的（晶化的） ductility （可）延（展）性，可锻性electronic and magnetic material? 电子和磁性材料element 元素fiberglass 玻璃钢 glass 玻璃glass-ceramic 玻璃陶瓷/微晶玻璃insulator 绝缘体materials science and engineering 材料科学与工程 materials selection 材料选择metallic 金属的microcircuitry 微电路microscopic-scale architecture 微观尺度结构（构造）noncrystalline 非晶态的nonmetallic 非金属的oxide 氧化物periodic table 周期表plastic 塑性的、塑料polyethylene 聚乙烯polymer 聚合物 property 性能（质）refractory 耐火材料、耐火的semiconductor 半导体silica 石英、二氧化硅silicate 硅酸盐silicon 硅 steel 钢structural material 结构材料wood 木材 Chapter 7 aluminum alloy 铝合金gray iron 灰口铁amorphous metal 无定形金属high-alloy steel 高合金钢austenitic stainless steel 奥氏体不锈钢high-strength low-alloy steel 高强度低合金钢Brinell hardness number 布氏硬度值Hooke’s law 胡克定律carbon steel 碳钢 impact energy 冲击能cast iron 铸铁lead alloy 铅合金Charpy test Charpy试验low-alloy steel 低合金钢 cold working 冷作加工lower yield point 屈服点下限copper alloy 铜合金magnesium alloy 镁合金creep curve 蠕变曲线 malleable iron 可锻铸铁primary stage 第一（初期）阶段martensitic stainless steel 马氏体不锈钢secondary stage 第二阶段 modulus of elasticity 弹性模量tertiary(final)? stage 第三（最后）阶段modulus of rigidity 刚性模量 dislocation climb 位错攀（爬）移nickel alloy 镍合金ductile iron 球墨铸铁nickel-aluminum superalloy 镍铝超合金 ductile-to-brittle transition temperature 韧性-脆性转变温度nonferrous alloy 非铁合金ductility （可）延（展）性，可锻性 plastic deformation 塑性变形elastic deformation 弹性变形Poission’s ratio 泊松比engineering strain 工程应变 precious metal 贵金属engineering stress 工程应力precipitation-hardened stainless steel 沉淀(脱溶)硬化不锈钢fatigue curve 疲劳曲线rapidly solidified alloy 速凝合金/快速固化合金fatigue strength (endurance limit) 疲劳强度（耐久极限）refractory? metal 耐火（高温）金属 ferritic stainless steel 铁素体不锈钢Rockwell hardness 洛氏硬度ferrous alloy 铁基合金shear modulus 剪（切）模量 fracture mechanics 断裂机制shear strain 剪（切）应变fracture toughness 断裂韧性shear stress 剪（切）应力 gage length 标距（长度），计量长度，有效长度solution hardening 固溶强化galvanization 电镀，镀锌steel 钢 strain hardening 应变强化white iron 白铁，白口铁superalloy 超合金wrought alloy 可锻（锻造、轧制）合金tensile strength 拉伸强度yield point 屈服点titanium alloy 钛合金yield strength 屈服强度tool steel 工具钢Young’s modulus 杨氏模量toughness 韧性 zinc alloy 锌合金upper yield point 屈服点上限 Chapter 8 annealing point 退火点linear coefficient of thermal expansion线性热膨胀系数refractory 耐火材料borosilicate glass 硼硅酸盐玻璃expansion 膨胀silicate 硅酸盐brittle fracture 脆性断裂magnetic ceramic 磁性陶瓷silicate glass 硅酸盐玻璃clay 粘土 melting range 熔化（温度）范围soda-lime silica glass 钠钙硅酸盐玻璃color 颜色modulus of rupture 断裂模量softening point 软化点cosine law 余弦定律network former 网络形成体specular reflection 镜面反射creep 蠕变netwrok modifier 网络修饰体/网络外体 static fatigue 静态疲劳crystalline ceramic 晶态陶瓷nonoxide ceramic 非氧化物陶瓷structural clay product 粘土类结构制品 diffuse reflection 漫反射nonsilicate glass 非硅酸盐玻璃surface gloss 表面光泽E-glass 电子玻璃（E玻璃） nonsilicate oxide ceramic 非硅酸盐氧化物陶瓷tempered glass 钢化玻璃electronic ceramic 电子陶瓷nuclear ceramic 核用陶瓷 thermal conductivity 热传导率enamel 搪瓷nucleate 成（形）核thermal shock 热震Fourier’s law 傅立叶定律Opacity 乳浊transformation toughening 相变增韧fracture toughness 断裂韧性optical property 光学性质translucency 半透明 Fresnel’s formula Fresnel公式partially stabilized zirconia ??部分稳定氧化锆transparency 透明glass 玻璃polar diagram 极坐标图viscosity 粘度glass-ceramic 玻璃陶瓷/微晶玻璃pottery 陶器（制造术）viscous deformation 粘性变形 glass transition temperature 玻璃转变温度pure oxide 纯氧化物vitreous silica 无定形二氧化硅/石英玻璃glaze 釉 reflectance 反射（率）whiteware 白瓷Griffith crack model Griffith裂纹模型refractive index 折射率working range 工作（温度）范围intermediate 中间体/中间的
《无机非金属材料创新基础》课程教学大纲 课程代码： 050432005 课程英文名称：Innovation foundation of ceramic factory 课程总学时：16 讲课：16 实验：0 上机：0 适用专业：无机非金属材料工程 大纲编写（修订）时间：2017.10 一、大纲使用说明 （一）课程的地位及教学目标 《陶瓷工厂创新基础》专业外语课程是无机非金属专业的一门选修课，通过课堂上教师讲授和学生讨论，完成教学内容，达到初步了解什么是无机非金属材料专业和如何进行创新模式思考的教学目的。 教学基本要求： （1）学习无机非金属材料的基本组成； （2）掌握创新的思路与方法； （二）知识、能力及技能方面的基本要求 1.基本知识：掌握水泥混凝土、玻璃、陶瓷的定义、组成、性质，几种典型新型无机非金属材料及该领域的发展趋势。 2.基本理论和方法：通过课堂讲授掌握什么是无机非金属材料、什么是水泥混凝土、玻璃、陶瓷，了解创新型人才的素质及培养途径、科技创新的思维模式，采用讨论的形式启发大学生创新的思考。 3.基本技能：具备查阅文献、独立完成创新报告的能力。 （三）实施说明 1．教学方法：采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；注意教授学生学会分析、解决问题的方法。处理好重点与难点，将各种创新思维方法的实际应用纳入教学过程，使学生能够利用所学知识解决实际问题。通过食品和讨论的方式调动学生学习的主观能动性，强化学生运用知识的能力，培养自学能力。 2．教学手段：本课程属于选修课，在教学中采用电子教案、CAI课件及多媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。 （四）对先修课的要求 无 （五）对习题课、实验环节的要求 无 （六）课程考核方式 1.考核方式：考查 2.成绩构成：本课程的总成绩主要由三部分组成：平时成绩（课堂表现、回答问题）占30%，课后大作业占70%。 （七）参考书目 1. 《科技创新思路及方法》，王国全著，知识产权出版社， 2013 二、中文摘要