无机非金属材料分类 无机非金属材料 无机非金属材料-定义,无机非金属材料-分类

无机非金属材料,是除金属材料、高分子材料以外的所有材料的总称。它是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐等原料和(或)氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的材料,它与广义的陶瓷材料有等同的含义。无机非金属材料种类繁多,用途各异,目前还没有统一完善的分类方法,一般将其分为传统的(普通的)和新型的(先进的)无机非金属材料两大类。而常见的传统无机非金属材料有玻璃、水泥、陶瓷、耐火材料,先进无机非金属材料有先进陶瓷、无机涂层、无机纤维等。


无机非金属材料无机非金属材料,是除金属材料、高分子材料以外的所有材料的总称。它是由硅酸盐、铝酸盐、硼酸盐、磷酸盐、锗酸盐等原料和(或)氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物、卤化物等原料经一定的工艺制备而成的材料,它与广义的陶瓷材料有等同的含义。无机非金属材料种类繁多,用途各异,目前还没有统一完善的分类方法,一般将其分为传统的(普通的)和新型的(先进的)无机非金属材料两大类。而常见的传统无机非金属材料有玻璃、水泥、陶瓷、耐火材料,先进无机非金属材料有先进陶瓷、无机涂层、无机纤维等。

无机非金属材料_无机非金属材料 -定义

以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物、硫系化合物(包括硫化物、硒化物及碲化物)和硅酸盐、钛酸盐、铝酸盐、磷酸盐等含氧酸盐为主要组成的无机材料的泛称。包括陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、磨料以及新型无机材料等。其中陶瓷一词,随着与陶瓷工艺相近的无机材料的不断出现,其概念的外延也不断扩大。最广义的陶瓷概念几乎与无机非金属材料的含意相同。无机非金属材料也和金属材料以及有机高分子材料等一样,是当代完整的材料体系中的一个重要组成部分。

无机非金属材料_无机非金属材料 -分类

无机非金属材料的名目繁多,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)和特种的(新型的)无机非金属材料两大类(见下表)。


无机非金属材料

传统的无机非金属材料指以硅酸盐为主要成分的材料并包括一些生产工艺相近的非硅酸盐材料。例如,碳化硅、氧化铝陶瓷,硼酸盐、硫化物玻璃,镁质、铬镁质耐火材料和碳素材料等。通常这一类材料生产历史较长、产量较大,用途也较广。


建筑装饰材料――玻璃新型的无机非金属材料主要指用氧化物、氮化物、碳化物、硼化物、硫化物、硅化物以及各种无机非金属化合物经特殊的先进工艺制成的材料。它20世纪以来发展起来的、具有特殊性质和用途的材料。例如:压电、铁电、导体、半导体、磁性、超硬、高强度、超高温、生物工程材料及无机复合材料等。

但这种划分也并非绝对,因为新型材料是从传统材料逐渐发展起来的,有些材料的归属很难确定。习惯上,无机非金属材料沿用传统生产工艺分为陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、搪瓷、碳素材料等类,同时新型材料按其生产工艺、用途和发展状况,又逐步形成一些新的材料类别,例如无机复合材料、无机多孔材料等。有些品种按习惯并入传统分类中,例如:铁电、压电陶瓷并入陶瓷;微晶玻璃、光导纤维等并入玻璃等。有的还可按照材料中的主要成分分类,有硅酸盐、铝酸盐、钛酸盐、磷酸盐、氧化物、氮化物、碳化物材料等;根据材料的用途分,有日用、建筑、化工、电子、航天、通信、生物、医学材料等;根据材料的性质分,有胶凝、耐火、隔热、耐磨、导电、绝缘、耐腐蚀、半导体材料等;根据材料的物质状态分,有晶体(单晶体、多晶体、微晶体)、非晶体及复合材料等,还可以从材料的外观形态分,有块状、多孔、纤维、晶须、薄膜材料等。

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无机非金属材料_无机非金属材料 -发展历史


最早的无机非金属材料-天然石材

中国古代的陶瓷艺术

旧石器时代人们用来制作工具的天然石材是最早的无机非金属材料。在公元前6000~前5000年中国发明了原始陶器。中国商代(约公元前17世纪初~约前11世纪)有了原始瓷器,并出现了上釉陶器。以后为了满足宫廷观赏及民间日用、建筑的需要,陶瓷的生产技术不断发展。

公元200年(东汉时期)的青瓷是迄今发现的最早瓷器。陶器的出现促进了人类进入金属时代,中国夏代(约公元前22世纪末至约前21世纪初~约前17世纪初)炼铜用的陶质炼锅,是最早的耐火材料。铁的熔炼温度远高于铜,故铁器时代的耐火材料相应地也有很大发展。18世纪以后钢铁工业的兴起,促进耐火材料向多品种、耐高温、耐腐 蚀方向发展。公元前3700年,埃及就开始有简单的玻璃珠作装 饰品。

公元前 1000年前,中国也有了白色穿孔的玻璃珠。公元初期罗马已能生产多种形式的玻璃制 品。1000~1200年间玻璃制造技术趋于成熟,意大利的威尼斯成为玻璃工业中心。1600年后玻璃工业已遍及世界各地区。公元前3000~前2000年已使用石灰和石膏等气硬性胶凝材料。随着建筑业的发展,胶凝材料也获得相应的发展。公元初期有了水硬性石灰,火山灰胶凝材料,1700年以后制成水硬性石灰和罗马水泥。1824年英国J.阿斯普丁发明波特兰水泥。上述陶瓷、耐火材料、玻璃、水泥等的主要成分均为硅酸盐,属于典型的硅酸盐材料。


建筑材料――水泥

无机非金属材料用作电子器件

18世纪工业革命以后,随着建筑、机械、钢铁、运输等工业的兴起,无机非金属 材料有了较快的发展,出现了电瓷、化工陶瓷、金属陶瓷、平板玻璃、化学仪器玻璃、光学玻璃、平炉和转炉用的耐火材料以及快硬早强等性能优异的水泥。同时,发展了研磨材料、碳素及石墨制品、铸石等。

20世纪以来,随着电子技术、航天、能源、计算机、通信、激光、红外、光电子学、生物医学 和环境保护等新技术的兴起,对材料提出了更 高的要求,促进了特种无机非金属材料的迅速发展。30~40年代出现了高频绝缘陶瓷、铁电陶瓷和压电陶瓷、铁氧体(又称磁性瓷)和热敏电阻陶瓷等。50~60年代开发了碳化硅和氮化硅等高温结构陶瓷、氧化铝透明陶瓷、β-氧化铝快离子导体陶瓷、气敏和湿敏陶瓷等。至今,又出现了变色玻璃、光导纤维、电光效应、电子发射及高温超导等各种新型无机材料。

无机非金属材料_无机非金属材料 -特性

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。

特种无机非金属材料的特点是:①各具特色。例如:高温氧化物等的高温抗氧化特性;氧化铝、氧化铍陶瓷的高频绝缘特性;铁氧体的磁学性质;光导纤维的光传输性质;金刚石、立方氮化硼的超硬性质;导体材料的导电性质;快硬早强水泥的快凝、快硬性质等。②各种物理效应和微观现象。例如:光敏材料的光-电、热敏材料的热-电、压电材料的力-电、气敏材料的气体-电、湿敏材料的湿度-电等材料对物理和化学参数间的功能转换特性。③不同性质的材料经复合而构成复合材料。例如:金属陶瓷、高温无机涂层,以及用无机纤维、晶须等增强的材料。

无机非金属材料_无机非金属材料 -生产工艺


无机非金属材料普通无机非金属材料的生产是采用天然矿石作原料。经过粉碎、配料、混合等工序,成型(陶瓷、耐火材料等)或不成型(水泥、玻璃等),在高温下煅烧成多晶态(水泥、陶瓷等)或非晶态(玻璃、铸石等),再经过进一步的加工如粉磨(水泥)、上釉彩饰(陶瓷)、成型后退火(玻璃、铸石等),得到粉状或块状的制品。

特种无机非金属材料的原料多采用高纯、微细的人工粉料。单晶体材料用焰融、提拉、水溶液、气相及高压合成等方法制造。多晶体材料用热压铸、等静压、轧膜、流延、喷射或蒸镀等方法成型后再煅烧,或用热压、高温等静压等烧结工艺,或用水热合成、超高压合成或熔体晶化等方法制造粉状、块状或薄膜状的制品。非晶态材料用高温熔融、熔体凝固、喷涂、拉丝或喷吹等方法制成块状、薄膜或纤维状的制品。

无机非金属材料_无机非金属材料 -展望

未来科学技术的发展,对各种无机非金属材料,尤其是对特种新型材料提出更多更高的要求。材料学科有广阔的发展前景,复合材料、定向结晶材料、增韧陶瓷以及各种类型的表面处理和涂层的使用,将使材料的效能得到更大发挥。由于对材料科学基础研究的日益深入,各种精密测试分析技术的发展,将有助于按预定性能设计材料的原子或分子组成及结构形态的早日实现。

无机非金属材料_无机非金属材料 -常见种类


二氧化硅气凝胶、水泥、玻璃、陶瓷

无机非金属材料_无机非金属材料 -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
无机非金属材料
无机非金属材料
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。

无机非金属材料_无机非金属材料 -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
无机非金属材料分类
无机非金属材料分类
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(advancedceramics)、非晶态材料(noncrystalmaterial〉、人工晶体〈artificialcrys-tal〉、无机涂层(inorganiccoating)、无机纤维(inorganicfibre〉等。

无机非金属材料_无机非金属材料 -传统工艺


传统无机非金属材料:

1.水泥和其他胶凝材料硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石灰、石膏等;

2.陶瓷粘土质、长石质、滑石质和骨灰质陶瓷等;

3.耐火材料硅质、硅酸铝质、高铝质、镁质、铬镁质等,玻璃硅酸盐;

4.搪瓷钢片、铸铁、铝和铜胎等;

5.铸石辉绿岩、玄武岩、铸石等;

研磨材料:氧化硅、氧化铝、碳化硅等;

多孔材料:硅藻土、蛭石、沸石、多孔硅酸盐和硅酸铝等;

碳素材料:石墨、焦炭和各种碳素制品等;

非金属矿:粘土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金刚石等;

新型无机非金属材料

保温材料:

1.气凝胶毡

绝缘材料:

1.氧化铝、氧化铍、滑石、镁橄榄石质陶瓷、石英玻璃和微晶玻璃等

2.铁电和压电材料钛酸钡系、锆钛酸铅系材料等

磁性材料:

1.锰―锌、镍―锌、锰―镁、锂―锰等铁氧体、磁记录和磁泡材料等;

2.导体陶瓷钠、锂、氧离子的快离子导体和碳化硅等;

最早的无机非金属材料-天然石材
最早的无机非金属材料-天然石材
3.半导体陶瓷钛酸钡、氧化锌、氧化锡、氧化钒、氧化锆等过滤金属元素氧化物系材料等。
光学材料:钇铝石榴石激光材料,氧化铝、氧化钇透明材料和石英系或多组分玻璃的光导纤维等

高温结构陶瓷:

1.高温氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等难熔化合物超硬材料碳化钛、人造金刚石和立方氮化硼等

2.人工晶体铝酸锂、钽酸锂、砷化镓、氟金云母等

生物陶瓷:长石质齿材、氧化铝、磷酸盐骨材和酶的载体材料等

无机复合材料:陶瓷基、金属基、碳素基的复合材料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。

  

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