1、 以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物、以及硅酸鹽、以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、鹵素化合物、硼化物、以及硅酸鹽、鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽和非氧化物等物質組成的材料，是除金屬材料和有機高分鋁酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽和非氧化物等物質組成的材料，是除金屬材料和有機高分子材料以外的所有材料的統稱。子材料以外的所有材料的統稱。傳統無機非金屬材料傳統無機非金屬材料本門課程內容本門課程內容- -水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料新型無機非金屬材料新型無機非金屬材料上節回顧 使用效能使用效能合成合成工藝流程工藝流程組成與結構組成與結構（原料）（原料）性性 能能 材料工學的

2、任務就是要研究如何選擇材料工學的任務就是要研究如何選擇合適的原料，通過各種工藝過程，生產出合適的原料，通過各種工藝過程，生產出符合各種性能要求的材料，并能達到低投符合各種性能要求的材料，并能達到低投人高產出（使用效能）。人高產出（使用效能）。 1 1、不斷利用材料科學及其他相鄰學、不斷利用材料科學及其他相鄰學科的發展成就，實現按使用性能要求來設科的發展成就，實現按使用性能要求來設計和制造材料的目標。計和制造材料的目標。 2 2、生產工藝也將向節能化、大型化、生產工藝也將向節能化、大型化、自動化和環境協調化方向邁進。自動化和環境協調化方向邁進。主要成分：主要成分： CaCO3理論組成：理論組成：

3、 CaO 56%，CO2 44。 雜質：有雜質：有Mg、Fe、Mn(8以下以下)等碳酸鹽。等碳酸鹽。一般為乳白色或無色。一般為乳白色或無色。雜質污染時可呈陪灰、黃、紅、褐色等。雜質污染時可呈陪灰、黃、紅、褐色等。玻璃光澤，性脆，硬度為玻璃光澤，性脆，硬度為3，比重，比重2.6。石灰石的組成與性質石灰石的組成與性質化學成分：主要為化學成分：主要為CaCO3。 泥灰巖的組成與性質泥灰巖的組成與性質 白堊的組成與性質白堊的組成與性質 白堊易于粉磨和易燒性均較好。白堊易于粉磨和易燒性均較好。 鈣質原料化學組成：鈣質原料化學組成：CaO、CO2；少量的；少量的SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO等雜

4、質。等雜質。主要作用是提供制成無機非金屬材料所需的主要作用是提供制成無機非金屬材料所需的CaO。在硅酸鹽水泥生產中，鈣質原料是燒制硅酸鹽水泥熟料的在硅酸鹽水泥生產中，鈣質原料是燒制硅酸鹽水泥熟料的主要原料之一。主要原料之一。主要提供生產熟料礦物所需的主要提供生產熟料礦物所需的CaO。生產。生產1t硅酸硅酸鹽水泥熟料通常需要鹽水泥熟料通常需要1.21.3t干石灰質原料。用于燒制硅酸鹽水干石灰質原料。用于燒制硅酸鹽水泥熟料的鈣質原料一般為石灰石和泥灰巖。泥熟料的鈣質原料一般為石灰石和泥灰巖。 鈣質原料的質量要求：鈣質原料的質量要求：名稱品位名稱品位CaOMgOR2OSO3燧石或石燧石或石英英石石灰

5、灰石石一級品一級品482.51.01.04.0二級品二級品45483.01.01.04.0泥灰巖泥灰巖35453.01.21.04.0粘土是多種微細的礦物的混合體。它主要是由鋁硅酸鹽類粘土是多種微細的礦物的混合體。它主要是由鋁硅酸鹽類巖石經長期風化而成。巖石經長期風化而成。粘土：粘土：東北的灰色、灰黃色粘土；東北的灰色、灰黃色粘土； 南方的紅壤、黃壤南方的紅壤、黃壤黃土：黃土：主要分布在西北、華北主要分布在西北、華北頁巖、粉砂巖：頁巖、粉砂巖：缺少粘土的山部地區缺少粘土的山部地區河泥、湖泥：河泥、湖泥：靠近江河湖海的地區靠近江河湖海的地區各種粘土情況千差萬別，但在一定程度上它們或多或少各種粘土

6、情況千差萬別，但在一定程度上它們或多或少都有都有可塑性可塑性。這種性質是指把粘土細粉加水調勻后，可以塑。這種性質是指把粘土細粉加水調勻后，可以塑造成各種形狀，干燥后維持原狀不變，并且有一定強度。造成各種形狀，干燥后維持原狀不變，并且有一定強度。原生粘土原生粘土：質地較純，顆粒稍粗，：質地較純，顆粒稍粗， 可塑性較差，耐火度較高。可塑性較差，耐火度較高。次生粘土次生粘土：顆粒細，雜質多，：顆粒細，雜質多， 可塑性較好，耐火度較差。可塑性較好，耐火度較差。高塑性粘土高塑性粘土：分散度大，多呈疏松或板狀，：分散度大，多呈疏松或板狀， 如膨潤土、木節土等。如膨潤土、木節土等。低塑性粘土低塑性粘土：分散

7、度小，呈致密塊狀或石狀，：分散度小，呈致密塊狀或石狀， 如葉臘石、瓷石等。如葉臘石、瓷石等。耐火粘土耐火粘土：耐火度在耐火度在1580以上，雜質較少，灼以上，雜質較少，灼 燒后多呈白色、灰色或淡黃色，為瓷燒后多呈白色、灰色或淡黃色，為瓷 器、耐火制品的主要原料。器、耐火制品的主要原料。難熔粘土難熔粘土：耐火度為耐火度為13501580，含易熔雜，含易熔雜 質在質在1015左右，可作炻器、左右，可作炻器、 陶器、耐酸制品、裝飾磚及瓷磚陶器、耐酸制品、裝飾磚及瓷磚 的原料。的原料。易熔粘土易熔粘土：耐火度在耐火度在l 350以下，含大量的各種以下，含大量的各種 雜質，多用于建筑磚瓦和粗陶等制品。雜

8、質，多用于建筑磚瓦和粗陶等制品。按耐火度分類按耐火度分類 按粘土的主要礦物按粘土的主要礦物 高嶺石類粘土高嶺石類粘土蒙脫石類粘土蒙脫石類粘土伊利石類粘土伊利石類粘土粘土是含水鋁硅酸鹽的混合體，粘土是含水鋁硅酸鹽的混合體，1.化學成分化學成分：SiO2、Al2O3、結晶水、結晶水 同時含少量的堿金屬同時含少量的堿金屬R2O（K2O、Na2O）與與 堿土金屬氧化物（堿土金屬氧化物（CaO、MgO），）， 以及著色氧化物以及著色氧化物 (Fe2O3、TiO2)等。等。在自然界中粘土礦物很少以單礦物出現，經常是數種粘土在自然界中粘土礦物很少以單礦物出現，經常是數種粘土礦物共生形成的多礦物組合。根據結構

9、與組成的不同，工業所礦物共生形成的多礦物組合。根據結構與組成的不同，工業所用粘土中的主要礦物可分為用粘土中的主要礦物可分為高嶺石類高嶺石類、蒙脫石類蒙脫石類及及伊利石類伊利石類。高嶺石高嶺石-最常見的粘土礦物最常見的粘土礦物組成：組成： A12O3SiO22H2O 晶體呈白色，一般是六方鱗片狀、粒狀、也有桿狀的，晶體呈白色，一般是六方鱗片狀、粒狀、也有桿狀的，二次高嶺土中的粒子不規則，邊緣折斷，尺寸也小。二次高嶺土中的粒子不規則，邊緣折斷，尺寸也小。高嶺土的高嶺土的吸附能力小，遇水不膨脹，可塑性和結合性較差，吸附能力小，遇水不膨脹，可塑性和結合性較差，雜質少，白度高，耐火度高雜質少，白度高，耐

10、火度高。加熱至。加熱至400600會排出結晶水會排出結晶水。蒙脫石蒙脫石 以蒙脫石為主要礦物的粘土叫做以蒙脫石為主要礦物的粘土叫做膨潤土膨潤土。化學通式：化學通式： Al2O34SiO 2nH 2O (n通常大于通常大于2) 蒙脫石呈不規則細粒狀或鱗片狀，顆粒較小，一般蒙脫石呈不規則細粒狀或鱗片狀，顆粒較小，一般05微米，結晶程度差，晶體輪廓不清。微米，結晶程度差，晶體輪廓不清。 顏色為白色或淡黃色。比重為顏色為白色或淡黃色。比重為2.02.5。 容易碎裂，顆粒微細，可塑性強，干燥后強度大，但干燥收縮容易碎裂，顆粒微細，可塑性強，干燥后強度大，但干燥收縮也大。蒙脫石中也大。蒙脫石中A12O3的

11、含量較低，又吸附了其他陽離子，雜質較多，的含量較低，又吸附了其他陽離子，雜質較多，因此燒結溫度較低，蒙脫石的離子交換力很強。因此燒結溫度較低，蒙脫石的離子交換力很強。吸水性很強，吸吸水性很強，吸水后體積膨脹。水后體積膨脹。Montmorillon伊利石伊利石：一種云母類礦物：一種云母類礦物 晶體構造式：晶體構造式：K2(AI,Fe,Mg)4(Si,A1)8O20(OH)4nH2O。 結構上，伊利石和蒙脫石相似。結構上，伊利石和蒙脫石相似。 電子顯微顯微圖像一般呈帶有尖角的片狀。也有呈邊界電子顯微顯微圖像一般呈帶有尖角的片狀。也有呈邊界圓滑的片狀及板條狀。圓滑的片狀及板條狀。一般可塑性差、干后強

12、度低，干燥收縮小、燒結溫度低，一般可塑性差、干后強度低，干燥收縮小、燒結溫度低，一般在一般在800左右開始燒結，完全燒結在左右開始燒結，完全燒結在10001150。顆粒組成是指粘土中含有不同大小顆粒的百分比含量。顆粒組成是指粘土中含有不同大小顆粒的百分比含量。粘土礦物直徑一般小于粘土礦物直徑一般小于12微米微米。顆粒組成對工藝性質的影。顆粒組成對工藝性質的影響如下：響如下：v 粘土的細顆粒粘土的細顆粒( (1um1um的顆粒的顆粒 ) )愈多則可塑性愈強、愈多則可塑性愈強、 干燥收縮大、干后強度高，而且燒結溫度低。干燥收縮大、干后強度高，而且燒結溫度低。v 片狀結構比桿狀結構的顆粒堆積致密、塑

13、性大、片狀結構比桿狀結構的顆粒堆積致密、塑性大、 強度高。強度高。v 結晶程度差的顆粒可塑性也大。結晶程度差的顆粒可塑性也大。 測定粘土顆粒大小的方法有顯微鏡，電子顯微鏡，水簸法，測定粘土顆粒大小的方法有顯微鏡，電子顯微鏡，水簸法，混濁計法，吸附法等。最常用的方法是混濁計法，吸附法等。最常用的方法是篩分析篩分析(0.06mm以上以上)與與沉降法沉降法(150um)。粘土原料的工藝性質主要取決于其化學、礦物與顆粒粘土原料的工藝性質主要取決于其化學、礦物與顆粒組成；組成；粘土的工藝性質是工業生產中合理選擇粘土原料的粘土的工藝性質是工業生產中合理選擇粘土原料的重要指標重要指標。v 可塑性可塑性v 結

14、合性結合性v 離子交換性離子交換性v 觸變性觸變性v 膨化性膨化性v 收縮收縮v 燒結溫度與燒結范圍燒結溫度與燒結范圍v 耐火度耐火度可塑性是指粘土與適量水混練后形成的泥團，在外力作用可塑性是指粘土與適量水混練后形成的泥團，在外力作用下，可塑造成各種形狀而不開裂，當外力除去以后，仍能保持下，可塑造成各種形狀而不開裂，當外力除去以后，仍能保持該形狀不變的性能。該形狀不變的性能。 塑性限度塑性限度(塑限塑限) 液性限度液性限度(液限液限) 可塑性指數可塑性指數=液限液限-塑限塑限 可塑性指標可塑性指標=應力應力*應變應變 出現裂紋時出現裂紋時可塑性判別 v可塑性指數可塑性指數 可塑性指標可塑性指標

15、 可塑性評價可塑性評價 15 3.6 好好 715 2.53.6 中中 17 2.5 弱弱 99%），雜質少。），雜質少。 石英巖石英巖(硅石硅石)：石英巖含有一定量的雜質，：石英巖含有一定量的雜質，SiO2含量為含量為97%左右。左右。 砂巖砂巖：是由粘土或其它物質膠結細粒二氧化硅晶體的水成巖石：是由粘土或其它物質膠結細粒二氧化硅晶體的水成巖石 稱為砂巖。稱為砂巖。SiO2含量含量16%；Fe2O312%。代用原料代用原料：有高嶺土、葉臘石等。：有高嶺土、葉臘石等。其技術要求是其技術要求是： 高嶺土：高嶺土：A12O330%；Fe2O325%；Fe2O30.4%；SiO21200 作用過程作用過程:定義：使物質著色的物質，稱為物質的著色劑。定義：使物質著色的物質，稱為物質的著色劑。 在玻璃生產中，根據著色劑在玻璃中呈現的狀態不同，在玻璃生產中，根據著色劑在玻璃中呈現的狀態不同，分為以下幾種：分為以下幾種：著色劑著色劑。 懸浮乳濁劑懸浮乳濁劑不熔于或難