无机非金属材料工学

出版时间：2011年版

内容简介

　　《无机非金属材料工学》是高等学校无机非金属材料专业课程体系中的专业必修课程，是材料科学与工程专业的选修课程。本教材是高等教育“十一五”国家级规划教材，是为了适应高等学校材料学科专业发展需要和材料类专业创新工程人才培养需要而编写的。本教材以无机非金属材料工程专业专业规范中材料制备知识领域核心知识单元及知识点为教学依据，整合无机非金属材料共性基础理论知识，提炼材料制备方法与原理；除介绍玻璃、陶瓷、水泥、混凝土等传统材料制备工艺外，还试图结合最新科技成果，将粉末、薄膜等低维材料的制备知识等新材料、新理论、新工艺充实到教材内容中。本教材可作为高等学校材料科学与工程专业、无机非金属材料工程专业本科生教学用书，也可供在材料工程领域从事科研、设计、生产的工程技术人员阅读参考。

目录

绪论1

0 1无机非金属材料的定义1

0 2无机非金属材料在国民经济建设中的

作用和地位1

0 3无机非金属材料工业的进展3

0 4无机非金属材料国际发展趋势 4

0 5无机非金属材料工学的任务4

第1篇无机非金属材料基础理论

第1章无机非金属材料概述6

1 1无机非金属材料的结构特征6

1 1 1无机非金属材料的结构6

1 1 2无机非金属材料的结构特征7

1 2水泥9

1 2 1硅酸盐水泥9

1 2 2快硬和特快硬水泥10

1 2 3抗硫酸盐、中低热及道路水泥12

1 2 4膨胀和自应力水泥14

1 2 5油井水泥16

1 2 6装饰水泥16

1 3玻璃17

1 3 1硅酸盐玻璃17

1 3 2硼酸盐玻璃18

1 3 3硼硅酸盐玻璃19

1 3 4铝酸盐玻璃19

1 3 5铝硅酸盐玻璃19

1 3 6磷酸盐玻璃19

1 3 7铝磷酸盐玻璃20

1 3 8其他氧化物玻璃20

1 3 9非氧化物玻璃21

1 4陶瓷23

1 4 1陶瓷的定义与分类23

1 4 2陶瓷的组成、结构与性能24

1 4 3日用陶瓷26

1 4 4建筑卫生陶瓷27

1 5混凝土28

1 5 1混凝土的定义28

1 5 2混凝土的分类29

1 6耐火材料29

1 6 1耐火材料的定义及分类29

1 6 2硅质耐火材料30

1 6 3镁质耐火材料31

1 6 4熔铸耐火材料31

1 6 5含碳耐火材料31

1 6 6轻质耐火材料31

1 6 7不定形耐火材料32

〔思考题〕32

〔参考文献〕32

第2章无机非金属材料晶体结构33

2 1晶体学基础33

2 1 1晶体的基本性质33

2 1 2晶体结构与空间点阵34

2 1 3 晶胞35

2 1 4晶系和布拉菲格子35

2 1 5晶面指数和晶向指数36

2 1 6晶面间距及晶带39

2 2无机化合物晶体结构39

2 2 1离子晶体中质点的堆积方式39

2 2 2典型离子晶体的结构41

2 2 3共价晶体中原子的堆积与典型共价晶体的结构45

2 3固溶体46

2 3 1置换固溶体46

2 3 2影响形成置换固溶体的因素47

2 3 3间隙固溶体48

2 3 4影响形成间隙固溶体的因素48

2 3 5形成固溶体后对晶体性质的影响49

2 4硅酸盐晶体结构49

2 4 1硅酸盐晶体结构类型及其特点49

2 4 2常见硅酸盐材料中的晶体52

〔思考题〕64

〔参考文献〕64

第3章非晶态及玻璃态结构65

3 1非晶态物质65

3 1 1非晶态物质的种类65

3 1 2非晶态物质Ｘ射线衍射65

3 1 3玻璃的定义66

3 2非晶态物质的结构66

3 2 1织构66

3 2 2近程结构68

3 2 3远程结构68

3 3玻璃的结构因素71

3 4玻璃的通性72

3 4 1各向同性73

3 4 2介稳性73

3 4 3无固定熔点73

3 4 4性质变化的连续性和可逆性74

3 5玻璃的性质74

3 5 1玻璃熔体的工艺性质74

3 5 2硅酸盐玻璃的性质76

〔思考题〕83

〔参考文献〕84

第4章无机非金属材料的微观结构演变85

4 1液 固转变过程中的晶体成核 生长相变85

4 1 1晶核形成85

4 1 2晶体生长88

4 1 3总结晶速率89

4 1 4影响结晶速率的因素90

4 2玻璃的形成与析晶91

4 2 1玻璃的形成范围91

4 2 2玻璃形成的热力学条件91

4 2 3玻璃形成的动力学条件92

4 2 4玻璃析晶94

4 3微晶玻璃95

4 3 1微晶玻璃的成核剂95

4 3 2微晶玻璃的结晶化热处理95

4 3 3微晶玻璃的结构及其与性能的关系97

4 4玻璃的分相98

4 4 1玻璃分相的定义99

4 4 2玻璃分相的实质99

4 4 3玻璃分相机理99

4 4 4分相产物的显微结构102

4 5玻璃的着色103

4 5 1概述103

4 5 2玻璃着色剂及其着色机理103

4 5 3颜色玻璃的分类及其光谱特性108

〔思考题〕110

〔参考文献〕111

第2篇无机非金属材料制备方法及原理

第5章基于液相 固相转变的材料制备112

5 1从熔体制备单晶材料112

5 1 1提拉法113

5 1 2坩埚下降法113

5 1 3区熔法114

5 1 4液相外延114

5 2从熔体制备非晶材料115

5 2 1玻璃的熔制115

5 2 2非晶材料的获得117

5 2 3常见氧化物玻璃制品的成形

工艺118

5 3溶液法制备材料122

5 3 1低温溶液法122

5 3 2高温溶液法123

5 3 3水热法（高温水解法） 125

5 3 4沉淀法 127

5 3 5溶剂蒸发法131

5 4溶胶 凝胶法132

5 4 1概述132

5 4 2溶胶 凝胶法制备材料过程132

5 4 3粉末的制备134

5 4 4氧化物薄膜的制备135

〔思考题〕136

〔参考文献〕136

第6章基于固相 固相转变的材料制备137

6 1固相反应法制备粉末137

6 2特种陶瓷的烧结138

6 2 1陶瓷烧结方法的分类138

6 2 2热压烧结139

6 2 3其他烧结方法 139

6 3水泥熟料的烧成140

6 3 1水泥熟料的形成140

6 3 2水泥熟料煅烧方法141

6 4其他材料制备方法142

6 4 1固相外延142

6 4 2高压制备143

〔思考题〕143

〔参考文献〕144

第7章基于气相 固相转变的材料制备145

7 1物理气相沉积145

7 1 1真空蒸发镀膜145

7 1 2溅射镀膜147

7 1 3离子镀膜150

7 1 4分子束外延150

7 2化学气相沉积152

7 2 1CVD的化学反应类型153

7 2 2CVD的分类154

7 2 3CVD的特点154

7 2 4CVD的应用154

〔思考题〕155

〔参考文献〕155

第3篇典型无机非金属材料生产工艺

第8章无机非金属材料生产中的共性与个性156

8 1无机非金属材料生产过程的共性156

8 1 1原料156

8 1 2粉料的制备157

8 1 3原料的均化157

8 1 4高温热处理158

8 1 5成形159

8 1 6干燥160

8 2无机非金属材料生产过程的个性161

8 2 1胶凝材料类161

8 2 2玻璃、玻璃纤维、铸石、人工晶体类162

8 2 3陶瓷、砖瓦、耐火材料类162

8 3无机非金属材料的几种典型生产工艺流程163

8 3 1水泥生产工艺流程163

8 3 2玻璃生产工艺流程163

8 3 3陶瓷生产工艺流程166

〔思考题〕166

〔参考文献〕166

第9章原料 167

9 1原料的选择与预处理167

9 2原料的种类和性质167

9 2 1硅质原料167

9 2 2黏土类原料168

9 2 3钙质原料173

9 2 4长石类原料174

9 2 5其他原料174

9 3粉末原料的制备176

9 3 1氮化物粉末的制备176

9 3 2碳化合物粉末的制备177

9 3 3硼化物粉末的制备178

9 3 4氧化铝粉末的制备178

9 4水泥原料179

9 4 1石灰质原料180

9 4 2黏土质原料181

9 4 3校正原料183

9 4 4辅助原料183

9 5玻璃原料183

9 5 1主要原料184

9 5 2辅助原料187

9 5 3碎玻璃189

9 6陶瓷原料189

9 6 1黏土类可塑性原料189

9 6 2石英类非可塑性原料191

9 6 3熔剂性原料192

〔思考题〕194

〔参考文献〕194

第10章硅酸盐水泥的制备195

10 1硅酸盐水泥的组成设计195

10 1 1硅酸盐水泥对矿物组成的选择195

10 1 2硅酸盐水泥的组成设计195

10 1 3熟料中的矿物及其作用196

10 2配料计算197

10 2 1熟料的率值197

10 2 2熟料矿物组成的计算199

10 2 3熟料真实矿物组成与计算矿物组成的差异201

10 2 4配料计算201

10 3配合料（生料）的制备206

10 3 1破碎206

10 3 2粉磨207

10 4硅酸盐水泥熟料的煅烧210

10 4 1煅烧过程中的物理化学变化210

10 4 2回转窑内熟料的煅烧219

10 4 3新型干法水泥生产技术222

10 4 4水泥熟料的冷却229

10 5水泥制成230

10 5 1熟料的储存230

10 5 2水泥组成材料及其作用230

10 5 3水泥制成231

〔思考题〕234

〔参考文献〕234

第11章混凝土235

11 1混凝土的组成材料235

11 1 1集料235

11 1 2胶凝材料——水泥237

11 1 3水237

11 1 4外加剂237

11 2混凝土的配合比设计237

11 2 1混凝土配合比设计基本要求237

11 2 2混凝土配合比设计计算步骤238

11 3混凝土结构与性能240

11 3 1混凝土结构240

11 3 2混凝土拌和物性能242

11 3 3硬化混凝土的性能244

11 4混凝土生产工艺流程250

〔思考题〕251

〔参考文献〕251

第12章浮法玻璃生产工艺252

12 1配合料及配合料制备252

12 1 1配合料制备252

12 1 2玻璃组成的设计和配合料

计算252

12 1 3与配料计算相关的参数253

12 1 4配料计算254

12 1 5原料的称量257

12 1 6原料的混合258

12 1 7配合料REDOX控制258

12 2玻璃熔制258

12 2 1配合料的熔化258

12 2 2玻璃熔制工艺制度263

12 2 3浮法玻璃熔窑266

12 3浮法玻璃成形及锡槽269

12 3 1浮法玻璃成形过程及其对锡槽的要求269

12 3 2浮法玻璃成形原理272

12 4浮法玻璃的退火274

12 4 1概述274

12 4 2退火工艺制度的计算275

12 4 3钢壳体的退火窑结构277

12 5玻璃的缺陷280

12 5 1气泡280

12 5 2结石（结晶夹杂物）281

12 5 3条纹和节瘤（玻璃态夹杂物）282

〔思考题〕282

〔参考文献〕282

第13章微晶玻璃生产工艺283

13 1烧结法微晶玻璃的制备工艺283

13 1 1烧结法工艺的特点283

13 1 2玻璃颗粒的烧结283

13 2微晶玻璃的生产过程283

13 2 1概述284

13 2 2原料制备284

13 2 3玻璃的熔制285

13 2 4玻璃颗粒的储存、烘干与

筛分286

13 2 5晶化287

13 2 6微晶玻璃的切、磨、抛工艺288

13 3微晶玻璃的缺陷及质量控制289

13 3 1烧结法微晶玻璃的缺陷与控制289

13 3 2色斑292

13 3 3色差292

〔思考题〕294

〔参考文献〕294

第14章陶瓷生产工艺295

14 1概述295

14 2陶瓷坯料及制备296

14 2 1确定坯料配方的原则296

14 2 2坯体组成的表示方法296

14 2 3配料计算297

14 2 4坯料制备299

14 2 5坯料性能的调整途径304

14 3陶瓷成型305

14 3 1陶瓷的成型方法分类及特点305

14 3 2干法成型主要方法307

14 3 3塑性成型主要方法307

14 3 4浆料成型主要方法308

14 4釉料及色料308

14 4 1釉的作用及分类308

14 4 2釉层的性质309

14 4 3坯釉适应性311

14 4 4釉料的组成与配料计算311

14 4 5釉料配制原则314

14 4 6釉料制备315

14 4 7施釉316

14 4 8陶瓷色釉料316

14 5普通陶瓷的烧成319

14 5 1坯、釉在烧成过程中的物理化学变化319

14 5 2烧成制度的制定321

14 5 3烧成设备322

14 5 4 烧成方式的选择325

14 6陶瓷产品的缺陷分析326

14 6 1陶瓷缺陷的分类326

14 6 2主要缺陷分析326

〔思考题〕329

〔参考文献〕329

第15章纳米材料制备技术330

15 1基本概念330

15 1 1纳米材料的分类330

15 1 2纳米材料的基本效应330

15 2零维纳米材料333

15 2 1基本概念333

15 2 2纳米粒子的制备方法333

15 3一维纳米材料341

15 3 1基本概念341

15 3 2碳纳米管343

15 4二维纳米材料350

15 4 1基本概念350

15 4 2纳米薄膜的分类351

15 4 3纳米薄膜的制备方法351

15 4 4纳米薄膜的性能352

15 4 5纳米薄膜的应用353

15 5三维纳米材料355

15 5 1基本概念355

15 5 2纳米玻璃356

15 5 3纳米陶瓷360

15 5 4纳米复合材料364

〔思考题〕368

〔参考文献〕368




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