第一篇：無機非金屬材料

緒論

1.在晶體結構上，某結合力主要包括離子鍵，共價鍵或離子共價鍵混合離子。由于這些化學鍵的特點，例如高的鍵能和強大的鍵極性等，賦予了這一大類材料以高熔點，高強度，耐磨損，高硬度，耐腐蝕及抗氧化的基本屬性和寬廣的導電性，導熱性，透光性以及良好的鐵電性，鐵磁性和壓電性等特殊性能，高溫超導性也是新近在這類材料上發現的。

2.在化學組成上，隨著無機新材料的發展，無機非金屬材料已不局限于硅酸鹽還包括其他含氧酸鹽，氧化物，氮化物，碳與碳化物，硼化物，氟化物，硫系化合物，硅，鍺，Ⅲ-V族及Ⅱ-VI族化合物等，其形態和形狀也趨于多樣化，復合材料，薄膜，纖維，單晶和非晶材料占有越來越重要的地位。

第一章 玻璃的結構 和性質 玻璃的結構

晶態：周期性，對稱性，幾何形態，質點排列，自限性，均一性，異向性，穩定性，遠程有序。非晶態：進程有序，遠程無序。玻璃的通性

1）各向同性

2）介穩性：

玻璃是由熔體急劇冷卻而得，由于在冷卻過程中粘度急劇增大，質點來不及形成晶體的有規則排列，系統的內能尚未處于最低值，從而處于介穩態，在一定的外界條件下，它們仍具有 自發轉化為內能較低的晶體的趨勢。

3）無固定熔點

4）性質變化的連續性和可逆性 無規則網絡學說

1）玻璃結構與晶體一樣，具有三位方向發展的連續無序網架形式，硅氧四面體為最小結構單位，但不象晶體那樣，對稱均勻地聯結成空間網絡（有序），而是相互不規則地聯結在一起（無序），配位數小的結構團構成無限伸展的無序空間網絡。）玻璃中的質點雖然不具有規則的格子 排列，但在大致固定的平衡位置上震動的玻璃網絡中的正常離子數與晶體中的配位數 也應該近似。）網絡外體的離子填充在網絡結構空隙中，對于整體來說 是統計分布的，為了使網絡結構

具有一定的穩定性，這些陽離子必須是半徑大而電荷小的。

4）形成氧化物玻璃必須滿足的四條規則: A 每個氧離子應該與不超過兩個陽離子相聯。

B 在中心陽離子周圍的氧離子 配位數必須小于或等于4；

C 氧多面體相互共角而不共棱或共面。

D 每個多面體至少有三個頂角是共用的。

形成的氧多面體為三角體或四面體

RO2,R2O2,R2O5類型氧化物能滿足這一條件，并以玻璃形式出現

簡答題： 石英玻璃-堿硅玻璃-鈉鈣硅玻璃結構性能發生很大的變化，分析堿金屬，堿土金屬氧化物在其中的作用：

1）熔融石英玻璃其硅氧比值1：2與SiO2分子式相同，可以把它近似的看成是由硅氧網絡形成的獨立‘大分子’

2）如果在熔融石英玻璃中形成加入堿金屬氧化物(如Na2O).就使原來的大分子發生解聚 作用，由于氧的比值增大，玻璃中每個氧已不可能都為兩個硅原子所共用，開始出現非橋氧，使硅氧網絡產生斷裂，非橋氧的存在，使【SiO4

】四面體失去原有 完整性和對稱性，結果使玻璃結構減弱，疏松，并導致一系列物理化學性質的變壞，而且堿金屬含量越高，性能變差越 嚴重，因此，二元堿硅玻璃一般無使用價值

3）當在堿性二元玻璃中加入CaO時，性能變差情況大為改觀，使玻璃結構和性能發生明顯變化，主要表現 為使結構加強，從而表現為一系列物化性質的加強，從而使鈉鈣硅玻璃性能優良，CaO的這種作用，是由鈣離子和鈉離子半徑相似，但電荷比鈉離子大一倍，因此場強比鈉離子大得多，具有強化玻璃結構和限制鈉離子活動的作用

補網作用：使中間體氧化物全部或部分由6 配位變成4 配位的作用，主要是鋁離子取代硅離子。硼氧反常性：

堿金屬或堿土金屬氧化物加入B203玻璃中，將產生硼氧四面體[B04],而形成硼酸鹽玻璃。在一定范圍內，堿金屬氧化物提供的氧使硼氧三角體[B03]轉變為完全由橋氧組成的硅氧四面體，導致B203玻璃從原來的兩度空間的層狀結構部分轉變為三度空間的架狀結構，從而加強了網絡，使玻璃的各種物理性質與相同條件下的硅酸鹽玻璃相比，相應地向著相反的方向變化。玻璃結構中的陽離子的分類

1）按元素與氧結合的單鍵能（即化合物分解能與配位數之商）的大小和能否生成玻璃，將氧化物分成：網絡生成體氧化物，網絡外體氧化物和中間體氧化物。2）網絡生成體氧化物應滿足以下的條件：

A 每個氧化物應與不超過兩個陽離子相連；

B 在中心陽離子周圍的 氧離子配位數必須小于或等于4；

C氧多面體相互共角而不共棱或共面；

D 每個多面體至少有三個頂角共用。3）這類氧化物主要有SiO2,B2O3,BO5,GeO2,As2O5等。網絡外體或網絡修飾體：某些氧化物不能單獨生成玻璃，不參加網絡而使其陽離子分布在四面體之間的空隙中，以保持網絡中局部地區的電中性，因為他們的主要作用是提供額外的氧離子，從而改變網絡，故稱為網絡外體或網絡修飾體。如Li2O,Na2O,K2O,CaO,SrO,BaO等。

1）中間體氧化物:比堿金屬和堿土金屬化合價高而配位數小的陽離子，可以部分地參加網絡結構，如BeO,MgO,ZnO, Al2O3等。各種氧化物在玻璃中的作用：

1）堿金屬氧化物

A 堿金屬氧化物加入到熔融石英玻璃何總，促使硅氧四面體間連接斷裂，出現非橋氧，使玻璃結構疏松，導致一系列性能變化，但由于堿金屬離子的斷網作用使它具有了高溫助熔，加速玻璃融化的性能。

B 混合堿效應：在二元堿硅玻璃中，當堿金屬氧化物的總量不變，用 一種堿金屬 氧化物取代另一種時，玻璃的性質不是呈直線變化的，而出現明顯的極值。2）二價金屬氧化物：

CaO是網絡外體氧化物，Ca2+離子的配位數一般為6，有極化橋氧和減弱硅氧鍵的作用，CaO的引入可以降低玻璃的高溫粘度，玻璃中CaO含量過多，一般會使玻璃的料性變短，脆性增大。

MgO在硅酸鹽礦物中存在著兩種配位狀態（4或6），但多數位于八面體中，屬于網絡外體，在鈉鈣硅玻璃中，若以MgO取代CaO，將使玻璃結構疏松，導致玻璃的 密度，硬度下降，但卻可以降低玻璃的析晶能力和調節玻璃的料性，含鎂玻璃在水和堿液的作用下，易在表面形成硅酸鹽薄膜，在一定條件下剝落進入溶液，產生脫片現象。

PbO 鉛離子位八個氧離子所包圍，其中四個氧離子與鉛離子距離較遠（0.429nm）,另外四個較近（0.23nm）.形成不對稱配位鉛離子外層的 惰性電子對，受較近的四個氧的排斥，推向另外四個氧離子的一邊，因此在晶態 PbO中組成一種四方錐體[PbO4]的結構單元，一般 認為，在高鉛玻璃中均存在這種四方錐體，它形成一種螺旋形的網絡，這種網絡使PbO-SiO2系統

具有很大的 玻璃形成區，同時也決定了PbO在硅酸鹽熔體中的高度助熔性。2）其他金屬氧化物：

玻璃中Al3+離子與在硅酸鹽礦物中一樣，有兩種配位狀態，在鈉硅酸鹽玻璃中，當Na2O/Al2O3大于1 時，Al3+均位于四面體中，小于1時，則作用為網絡外體位于八面體中，當Al3+位于鋁氧四面體[AlO4]中時，則與硅氧四面體組成了統一的網絡，在一般的鈉鈣硅玻璃中，引入少量的Al2O3，Al3+就可以奪取非橋氧形成鋁氧四面體，進入硅氧網絡中，把由于Na+的引入而產生的斷裂網絡通過[AlO4]重新連接起來，使玻璃結 構趨向緊密，并使玻璃的許多性能得以改善，但它對玻璃的電學性能有不良影響，在硅酸樣玻璃中，當以Al2O3取代SiO2時，介電損耗和導電率升高，故在真空玻璃中，一般不含或少含Al2O3.B2O3是玻璃形成氧化物，有良好的助熔性，可降低玻璃的高溫粘度和提高玻璃的低溫粘度，但使用B2O3時要注意硼反常現象。玻璃的生成規律及其相變

簡答題： 怎樣避免在降溫過程中玻璃析晶？

為了避免玻璃析晶，關鍵是從動力學角度研究以多快速度冷卻給定熔體，以避免出現可探測的晶體，卡曼認為：A 晶核生成速率。B 晶體生長速度起主要作用。隨著典型玻璃熔體過冷度增加，粘度迅速增大，而成核速率和過冷度關系曲線，晶核生長速率與過冷關系曲線都是具有限量最大值，對典型玻璃熔體，其兩個極大值所在的過冷度，分開越大時，越容易冷卻成玻璃，因此成速率出現極大值時，熔體在此溫度設有適宜的結晶條件，當 兩個極大值重合在一個過冷度時，熔體即具有最大的成核速率，又具有最大的生長速率，熔體較易析出晶體而不形成玻璃。影響玻璃生成的因素：

1）熱力學條件 2）動力學條件 3）結晶化學條件:

①鍵強---元素與氧結合的單鍵強度，負離子團[SiO4] 4-,[Si2O7] 6-

A 網絡形成體單鍵強度大于334.9。

B中間體251.2~334.9。

C 網絡外體（修飾體）小于251.2。

②鍵型---A 離子鍵化合物----離子，如NaCl.B 金屬鍵物質—電子，正離子狀態，無方向性。C 共價鍵化合物---分子結構---分子間范德華力。

D 離子鍵金屬鍵---共價鍵過度時或極性過渡鍵具有離子共價的雙重性質，形成玻璃的概率越大.極性共價鍵成分促使生成具有固定結構的配位多面體，構成進程有序性而離子成分促使配位多面體不按一定方向連接，造成不對稱變形，構成遠程無序的網絡結構，形成玻璃的傾向大。

③熔體結構----[SiO4] 4-,[Si2O7] 6,[Si6O8]12-,[SiO3]2n-n,[Si4O14]6n-n。O/Si從2到4，聚合程度降低，粘度變小，結晶易，形成玻璃難。O/Si決定著負離子團的大小和聚合度。負離子團結構越大，越易形成玻璃。熔體和玻璃體的成核過程

1）均勻成核

定義：指在宏觀均勻的玻璃中，在沒有外來物質參與下相界、結構缺陷等無關的成核過程，又稱為本征成核或自發成核。

當玻璃熔體處于過冷態時，由于熱運動引起組成和結構上的起伏，一部分變成晶相。晶相內質點的有規則排列導致體積自由能減小。然而在新相產生的同時，又將在新生相和液相之間形成新的界面，引起界面自由能的增加，對成核造成勢壘。當新相顆粒太小時，界面對體積的比例增大，整個體系自由能增大。當新相達到一定大小（臨界值）時，界面對體積的比例就減小，系統的自由能減小，這時新生相就可能穩定成長。這種可能穩定成長的新相區域成為晶核。那些較小的不能穩定成長的新相區域成為晶胚。

2）非均勻成核

定義：依靠相界、晶界或基質的結構缺陷等不均勻部位而成核的過程，又稱為非本征成核。晶體生長

晶體的生長速度隨著過冷度的增大而增大。

影響結晶的因素主要有：

1）溫度

當熔體從Tm冷卻時，ΔT增大，成核和晶體生長的驅動力增大；與此同時，粘度上升，成核和晶體生長的阻力也增大。

2）粘度 當溫度降低時（遠在Tm點以下），粘度對質點擴散的阻礙作用限制著結晶速度，尤其是限制晶核長大的速度。

3）雜質 雜質的引入會促進結晶，雜質起成核作用，同時增加界面處的流動度，使晶核更快的長大。雜志往往富集在分相玻璃的一相中，富集到一定濃度時將促使這些微相由非晶相轉變為晶相。4）界面能 固體的界面能越小，核的生長所需的能量越低，結晶速度越大。11 玻璃的分相

定義：玻璃在高溫下為均勻的熔體，在冷卻過程中或在一定溫度下熱處理時，由于內部質點遷移，某些組分分別濃集（偏聚），從而形成化學組成不同的兩個相，此過程稱為分相。玻璃的理論強度和實際強度

1）實際玻璃的抗折強度比理論強度小2~3個數量級，是由于實際玻璃的脆性和玻璃中存在有微裂紋及不均勻區所致。

2）提高玻璃機械強度的方法： 退火，鋼化，表面處理與涂層，微晶化與其他材料成復合材料等。

鋼化：均熱后自然冷卻，形成溫度梯度內應力由粘滯流動而松弛；冷卻到最后，溫度梯度消失，松弛的應力保留為永久應力。

表面處理：膨脹系數小的涂層。

微晶化：析出細小晶體，分散應力，阻止裂紋擴散。

第二、三章 玻璃原料及配合料制備

玻璃輔助原料: 澄清劑，著色劑，脫色劑，氧化劑和還原劑，乳濁劑和其他原料。

玻璃熔制的綜合結果是使隔著原料的化合物形成透明的玻璃液。玻璃熔制的五個階段：

硅酸鹽形成的階段：玻璃形成的階段；玻璃液的澄清階段； 玻璃液的均化階段；玻璃液的冷卻階段。硅酸鹽形成階段的七點變化：

多晶轉變； 鹽類分解； 生成低共融混合物； 形成復鹽； 生成硅酸鹽； 排出結晶水和吸附水； 固相熔融向液相轉變。玻璃的形成

玻璃形成過程的速度實際上取決于石英砂粒的溶解擴散速度。

石英砂的分解擴散過程分為兩步,首先是砂粒表面發生溶解，而后溶解的SiO2向外擴散 玻璃液中氣體的三種狀態：（1）可見氣泡，（2）物理溶解的氣體，（3）化學結合的氣體。5 玻璃液的均化

玻璃液的均化包括對其化學均化和熱均化兩個方面的要求

1）定義：在玻璃形成階段結束后，在玻璃液中，仍帶有與主體玻璃化學成分不同的不均體，消除這種不均體的過程成為玻璃液的均化。

玻璃液的均化過程：

2)不均體的溶解與擴散的均化過程；玻璃液的對流均化過程；因氣泡上升而引起的攪拌均化作用。玻璃液的冷卻

產生二次氣泡的原因:（1）硫酸鹽的熱分解；（2）物理溶解的氣體析出；（3）玻璃中某些組分易產生二次氣泡。玻璃的熔制制度：

溫度制度，壓力制度和氣氛制度 坩堝窯中玻璃熔制的溫度制度五個階段：

加熱熔窯；熔化；澄清與均化；冷卻；成型 玻璃的浮法成型

定義：指熔窯熔融的玻璃液流入錫槽后在熔融金屬錫液的表面上成型平板玻璃的方法。

金屬錫液的優缺點: 1)錫中所含各種雜質都是組成玻璃的元素；

2）錫的密度大大高于玻璃的密度，有利于對玻璃托浮；

3）錫熔點遠低于玻璃出錫槽口的溫度，有利于保持玻璃的拋光面； 4）錫的導熱率為玻璃的60~70倍，有利于玻璃版面溫度的均勻等； 5）錫液的表面張力高于玻璃的表面張力，有利于玻璃的拉薄；

6）錫液有極低的粘度，這表明有良好的熱對流的運動性能，這對均勻浮法表面溫度有較大的影響。7）使用錫液作浮拋介質的主要缺點是Sn極易氧化為SnO和SnO2，它不利于玻璃的拋光，同時又是產生虹彩、沾錫、光畸變等玻璃缺陷的主要原因，為此采用保護氣體。

第四章 玻璃的退火與淬火

玻璃的應力：

熱應力、結構應力和機械應力

1）熱應力：玻璃中由于 存在溫差而產生的應力。

按其存在特點分為：暫時應力和永久應力。

暫時應力： 在溫度低于應變點時，處于彈性變形溫度范圍內（即脆性狀態）的玻璃在經受不均勻的溫度變化時所產生的熱應力，隨著溫度梯度的存在而存在，隨溫度梯度的消失而消失，這種應力成為暫時應力。

永久應力: 當玻璃內外溫度 相等所殘留的熱應力

將一玻璃板加熱到高于玻璃應變點以上的某一溫度，待均熱后板兩面均勻自然冷卻，經一定時間后玻璃中的溫度場呈拋物線分布。玻璃外層為張應力而內層為壓應力，由于應變點以上的玻璃具有粘彈性，即此時的玻璃為可塑狀態，在受力后會產生位移和變形，使由溫度梯度 所產生的內應力消失。這個過程成為應力松弛過程，這時的玻璃內外層雖存在著溫度梯度但不存在應力。當玻璃冷卻到應變點以下，玻璃已成為彈性體，以后的降溫與應力變化與前述的產生暫時應力情況相同，待冷卻到室溫時，雖然消除了應變點以下產生的應力，但不能消除應變點以上所產生的應力，此時，應力方向恰好相反，即表面為壓應力，內部為張應力，這種應力為永久應力。

結構應力：玻璃因化學組成不均導致結構上的不均而產生的應力。

機械應力： 由外力作用在玻璃上引起的應力，當外力除去時應力隨之消失，此應力為機械應力。玻璃的退火

定義：為了消除玻璃中的永久應力，必須將玻璃加熱到低于玻璃轉變溫度Tg附近的某一溫度進行保溫均熱，以消除玻璃各部分的溫度梯度，使應力松弛。

這個選定的溫度成為退火溫度。玻璃的淬火

定義：將玻璃制品家人到轉變溫度Tg以上50~60度，然后在冷卻介質中（淬火介質）急速均勻冷卻，在這一過程中玻璃的內層和表面將產生很大的溫度梯度，由此引起的應力由于玻璃的粘滯流動，所以造成了有溫度梯度而無應力的狀態。

玻璃淬火后所產生的應力大小與淬火溫度，冷卻速度，玻璃的化學組成以及厚度等有直接關系。

第五章 玻璃的缺陷

通常所謂玻璃缺陷是指 玻璃體內存在的、引起玻璃體均勻性破壞的各種夾雜物，如 氣泡、結石、條紋、節瘤等。

結石：是出現在玻璃中的結晶夾雜物。結石是玻璃制品中最嚴重的缺陷，它不僅 破壞了玻璃制品的外觀和光學均一性，而且降低了制品的使用價值。

玻璃夾雜物（條紋和節瘤）：玻璃主體內存在的異類玻璃夾雜物

第六章 建筑玻璃及其深加工

深加工的產品主要有： 鋼化玻璃、夾層玻璃、中空玻璃、鍍膜玻璃等。

微晶玻璃：把加工晶核劑（或不加晶核劑）的特定組成的玻璃在有控條件下進行晶化處理，使原單一的玻 璃形成了有微晶和玻璃相均勻分布的復合材料，稱之為微晶玻璃。

微晶玻璃與傳統玻璃不同，它是利用晶核劑或紫外輻射等方法使玻璃內形成晶核，再經過 熱處理使晶核長大，成為一種受控結晶過程，形成玻璃與某些晶體共存的材料，能制成零膨脹，高強度及特定的電性質和機械性質的微晶玻璃。

夾層玻璃：是由兩片或兩片以上的玻璃用合成樹脂膠片（是聚乙烯丁醛薄膜）粘結在一起而制成的一種安全玻璃。

為什么又叫安全玻璃？ 由于透明樹脂膠片的粘結作用使得玻璃保持良好的透明性外，玻璃體的抗沖擊能力也得到提高。

第七章 陶瓷原料

陶瓷原料的分類：粘土，石英和長石。

可塑性：指粘土與適量的水混煉以后形成的泥團，可在外力的作用下產生變形但不開裂；并在外力除去后，仍能保持原有形狀的性質。

觸變性:指粘土泥漿或泥團受到振動或攪拌時，粘度降低而流動性增加，靜置后漸恢復原狀或泥料在放置一段時間后，在水分不變時泥料變稠和固化的性質。

石英在陶瓷生產中的作用：

1）是瘠性料，可降低可塑性，減少收縮變形，加快干燥；

2）在高溫時可部分 溶于長石玻璃中，增加液相粘度，減小高溫時的坯體變形； 3）未熔石英與莫來石一起可構成坯體骨架，增加強度；

4）在釉料中增加石英含量可提高釉的熔融溫度和粘度，提高釉的耐磨性和抗化學腐蝕性。長石類原料對陶瓷的作用: 1)高溫下熔融在乳白色玻璃，溶解石英顆粒和部分高嶺土，分解物促進成瓷反應的進行--助熔作用。2）高溫形成的玻璃具較大粘度，起到高溫熱塑作用和高溫膠結作用，防止高溫變形。

3）高溫形成的玻璃在冷卻時，不析晶，以透明玻璃體狀態存在，增加瓷的透明度，提高光澤度，改善瓷的外觀質量和使用性能。

4）極性物料可提高坯的疏水性和干燥速度。硅灰石 Ca[SiO3]或CaO.SiO2 無水

因本身不含有機物和結構水，干燥收縮和燒成收縮都很小，作為陶瓷原料有特殊的優良性能，故用途很廣。其熱膨脹系數小，適于快速燒成。燒成后，瓷坯中的針狀硅灰石晶體交叉排列成網狀，使制品的強度提高，并有抗熱沖擊性能高、介電損失小等優點。

第八章 配料計算及坯料制備

傳統陶瓷的坯料組成：瓷器、炻器、精陶

區別： 瓷器有良好的色澤，一定的透明度和熱穩定性，機械強度

炻器介于陶器和瓷器之間，于陶的區別是氣孔率較低，是致密燒結；于瓷器的區別是坯體帶色且無半透明性。如鋪地磚，缸器，茶具。多孔性坯體結構，機械強度不高，且有吸濕膨脹性。如建筑釉面瓷磚和衛生器皿

其中瓷器分為三種：長石質瓷、骨灰質瓷、日用滑石質瓷。

第九章 成型

坯料在加入（或含有）液體（一般是水）后，可形成一種特殊狀態，具有了鎖需要的工藝性能。加入大量的 水（28%~~35%）可使 坯料顆粒形成稠厚的懸浮液、為注漿坯料；少量的水時，則形成能捏成團的粉料，在8%~15%時為水量干壓坯料；3%~~7%之間為 干壓坯料；水量適中時（18%~~25%）則形成可塑坯料。影響可塑性的因素：

1）液相含量與性質； 2）顆粒尺寸和形狀； 3）礦物種類； 4）吸附陽離子 可塑成型工藝：

1）雕塑與拉坯； 2）旋壓成型； 3）滾壓成型； 4）擠壓與車坯成型； 5）塑壓成型； 6）注塑成型； 7）軋模成型 注漿成型工藝：

1）空心注漿； 2）實心注漿； 3）真空注漿； 4）離心注漿； 5）壓力注漿 壓制成型工藝：

1）干壓或半干壓成型 2)等靜壓成型

第十章 釉料制備及施釉 釉的分類：習慣以主要溶劑的名稱命名如鉛釉、石灰釉、長石釉等。

長石釉----釉式中的K2O+Na2O的摩爾數等于或少大于RO的摩爾數，長石釉的高溫粘度大，燒成范圍寬，硬度較大。各成分在釉料中的作用：

1）玻璃形成劑； 2）助溶劑； 3）乳濁劑； 4）著色劑； 5）其他輔助劑 釉料配方的總原則是--釉料必須適應于坯料。釉料配方的經驗規律：

1）(SiO2+B2O3):(R2O+RO)=(1:1)~(3:1),這樣不致使熔塊溫度太高而引起PbO,B22O3和堿性氧化物大量揮發； 2）在熔塊中堿性金屬氧化物與堿土金屬氧化物之比應小于1；

3）含硼熔塊中，SiO2/B2O3應在2以上； 4）熔塊中Al2O3的摩爾數應小于0.2.4 坯釉中間層的形成與作用

由于坯釉化學組成上的差異，燒釉時釉的某些成分滲透到坯體的表層中，坯體的某些成分也會擴散到釉中，熔解到釉中。通過熔解與擴散的作用，使接觸帶的化學組成和物理性質介于坯體與釉層之間，結果形成中間層。具體地說，該層吸收了坯體中的Al2O3,SiO2等成分，又吸收了釉料中的堿性氧化物及B2O3等。它對調整坯釉之間的差別、緩和釉層中應力、改善 坯釉的結合性能起一定的作用。釉的熔融溫度范圍

化學組成對熔制性能的影響主要取決于釉式中的Al2O3, SiO2含量的增加，釉的成熟溫度相應提高，而Al2O3的貢獻大于SiO2..堿金屬和金土金屬氧化物作為熔劑 可降低釉的熔融溫度。Li2O,Na2O,K2O,PbO和B2O3都是強助溶劑，又稱軟熔劑，在低溫下起助熔作用。而CaO,MgO,ZnO 等，主要在較高溫度下發揮熔劑作用而成硬熔劑。坯和釉的適應性

坯釉適應性是指熔融性能良好的釉熔體，冷卻后與坯體緊密結合成完美的整體，不開裂，不剝落的能力。

影響坯、釉適應性的因素主要有四個方面： 1）熱膨脹系數對坯、釉適應性的影響

因釉和坯是緊密聯系著的，對釉的要求是釉熔體在冷卻后能與坯體很好的結合，既不開裂也不剝落，為此要求坯和釉的熱膨脹性系數相適應。一般要求釉的熱膨脹系數略小于坯。2）中間層對坯、釉適應性的影響

中間層可促使坯釉間的熱應力均勻。發育良好的中間層可填滿坯體表面的隙縫，減弱坯釉間的應力，增大制品的機械強度。

3）釉的彈性、抗張強度對坯、釉適應性的影響

具有較高彈性（即彈性模量較小）的釉能補償坯、釉接觸層中形變差所產生的應力和機械作用所產生的應 變，即使坯、釉熱膨脹系數相差較大，釉層也不一定開裂、剝落。釉的抗張強度高，抗釉裂的能力就強，坯釉適應性就好。化學組成與熱膨脹系數、彈性模量、抗張強度三者間的關系較復雜，難以同時滿足這三方面的要求，應在考慮熱膨脹系數的前提下使釉的抗張強度較高，彈性較好為佳。4）釉層厚度對坯、釉適應性的影響

薄釉層在煅燒時組分的改變比厚釉層大，釉的熱膨脹系數降低得多，而且中間層相對 厚度增加，有利于提高釉中的壓力，有利于提高釉適應性。對于厚釉層，坯、釉中間層厚度相對降低，因而不足以緩和兩者之間因熱膨脹 系數差異而出現的有害應力，不利于坯釉適應性。

釉層厚度對于釉面外觀質量有直接影響，釉層厚會加重中間層的負擔，易造成釉面開裂及其它缺陷，而釉層過薄則易發生于釉想象，一般釉層通常小于0.3mm或通過實驗來確定。7 基本施釉的方法有浸釉、燒釉和噴釉。

發展中的施釉方法：流化床施釉、熱噴施釉、干壓施釉。

第十一章 干燥 坯體在干燥過程中變化的主要特征是隨干燥時間的延長，坯體溫度升高，含水率降低，體積收縮；氣孔率提高，強度增加。影響干燥速度的因素及其作用

1）坯料的性質 粘土的可塑性越強，加入量越多，顆粒越細，干燥速度就越難提高；瘠性物料越多，顆粒越粗，越有利于提高干燥速度。

2）坯體形狀、大小和厚度 形狀復雜，體大壁厚的坯體在干燥時易產生收縮應力，故其干燥速度應加以控制，不宜太快。

3）坯體溫度 坯體溫度高，水的粘度小，有利于水分表面移動。

4）干燥介質的性質 干燥介質溫度越高，濕度越小，則吸收水分的能力越大。增大干燥介質速度，減小邊界層的厚度，增大對流傳質系數，則可加快干燥速度。

5）使熱擴散與濕擴散的方向一致 坯體中水分的內擴散包括濕擴散和熱擴散。濕擴散是坯體內部由于存在濕度梯度引起的水分移動，其方向由坯體內部指向坯體外部；熱擴散是坯體內部由于存在溫度梯度而使水分移動，其方向由坯體表面指向坯體中心。當溫度梯度與濕度梯度方向一致時會顯著加快內擴散速度。

第十二章 燒成 燒成過程中的物理化學變化

1）低溫階段（室溫~300度）

低溫階段也成坯體水分蒸發期。主要是排除在干燥過程中沒有除掉的殘余水分。隨水分的 排除，組成坯體的固體顆粒逐漸靠攏，坯體發生少量收縮哦，氣孔率增加。2）中溫階段（300~950度）

坯體內部發生較復雜的物理化學變化，瓷坯中所含有機物、碳酸鹽、硫酸鹽及鐵的化學物等，大多要在此階段發生氧化與分解，此外還伴隨有晶型轉變，結構水排除和一些物理變化。

坯體中存在的碳素及有機物在600度以上開始氧化分解，這類反應一直要進行到高溫。碳素、硫化物及有機物必須在本階段氧化，產生的氣體必須完全排除掉，不然會引起坯體起泡。3）高溫階段（950度~~最高燒成溫度）

高溫階段也稱為玻化成瓷期，是燒成過程中溫度最高的階段。在本階段坯體開始燒結，釉層開始融化。由于各地陶瓷制品晶胚、釉組成和性能的不同，對燒成溫度和燒成氣氛的要求也不相同。

弱還原階段：在此階段，由于熔融長石和其他低共融物形成的液相大量增加液相的表面張力作用，使坯體顆粒重新排列緊密，使顆粒相互膠結并填充空隙，顆粒間距縮小，坯體逐漸致密。同時促進莫來石的生成和發育，降低燒成溫度，促進燒結。莫來石晶體長大并 形成‘骨架’，坯體強度增大。2 燒成制度包括溫度制度、氣氛制度和壓力制度。氣氛的作用：

1）氣氛對陶瓷坯體過燒膨脹的影響

瓷石-高嶺土瓷坯在還原氣氛中過燒，產生的膨脹比在氧化氣氛小得多；高嶺土-長石-石英-膨潤土瓷坯卻在還原氣氛下的過燒膨脹較大。2）氣氛對坯體的收縮和燒結的影響

二者在還原氣氛中的燒結溫度都比在氧化氣氛中低，隨含鐵量的減少而減小。瓷石質坯體在還原氣氛中的收縮大，長石和膨潤土坯則相反。

3）氣氛對坯的顏色和透光性以及釉層質量的影響 A 影響鐵、鈦的價數

氧化焰燒成產生膠態Fe2O3而顯黃色，還原焰則形成FeO顯淡青色。含鈦坯料應避免還原焰，因為其會使坯體顏色加深，而失去增白作用。

B 使SiO2和CO還原 SiO2經還原分解作用，生成單質硅，產生黑斑；CO則會分解出C而產生煙熏，也可產生釉泡。瓷器的燒成缺陷： 記五個

開裂；變形；氣泡； 毛孔和桔釉； 色黃、火刺、落渣、斑點、煙熏； 生燒和過燒； 釉裂（驚釉）； 釉縷與缺釉。

第十四章 氣硬性膠凝材料 石膏的脫水轉變圖 P170-圖14-2 2 石膏漿體的硬化

石膏哦漿體硬化并形成具有強度的人造石，一般認為其結構變化經歷兩個階段，即凝聚結構形成階段和結晶結構網的形成和發展階段。在凝聚結構形成階段，石膏漿體中的微粒彼此之間存在一個薄膜，粒子之間通過水膜以范德華分子引力互相作用，僅具有低的強度，這種結構具有觸變復原的特性。在結晶結構網的形成和發展階段，水化物晶粒已大量形成，結晶不斷長大，且晶粒之間相互接觸和連生，使整個石膏漿體形成一個結晶結構網，具有較高的強度，并且不再具有觸變復原的特點。

尤為指出的是，石膏漿體在其自身硬化過程中，存在著結構的形成和結構的破壞這一對矛盾，其影響因素是多方面的，但是最本質的因素是與過飽和度有關。過飽和度較高時液相中形成的晶核數量多，晶粒細小，因而產生的結晶接觸點多，容易形成結構網，反之，過飽和度較低則液相中形成的晶核數量少，晶粒粗大，因而結晶接觸點也較少，形成同等結晶結構網所消耗的水化物較多。在初始結構形成以后，水化物繼續生成，有利于結晶結構網的密實強化。但是，當達到某一限度值后，若過飽和度仍然過大，水化物勢必會繼續增加，就會對已形成的結晶結構網產生一種內應力（成為結晶應力），當結晶應力大于結構所能承受的限度時，就會導致結構破壞。此外，在結晶接觸點的區段，晶格不可避免地發生歪曲和變形，因此，它與規則晶體相比較，具有較高的溶解度。所以，在潮濕條件下，產生接觸點的溶解和較大晶體的再結晶，也會明顯地影響石膏硬化漿體的結構強度。實際生產中，應注意控制石膏的質量和細度、養護溫度、水灰比以及外加劑的 種類和摻量，從而保證石膏制品的質量。

3石灰漿體的硬化： 干燥硬化和碳化硬化。

第十五章 硅酸鹽水泥 煅燒過程中的物理和化學變化

1）干燥和脫水； 2）碳酸鹽分解； 3）固相反應； 4）孰料燒結； 5）孰料冷卻。水泥孰料中各種氧化物的作用;1)CaO.CaO是水泥孰料的主要成分。作用：與酸性氧化物作用，生成C2S,C3S,C3A,C4AF等孰料礦物，其中C3S是由CaO與C2S作用后形成的，因此CaO的含量會直接影響到C3S的含量。CaO含量過少，生成的C3S就少； 若CaO過量，會產生游離CaO，使水泥的安定性不良。一般含量在62~68%。

2）SiO2.SiO2也是水泥的主要成分之一，其含量決定水泥孰料中CaSiO3礦物的數量。當CaO含量一定時，SiO2的含量影響C3S和C2S的相對含量。SiO2含量較高時，C3S的生成量減少，其含量一般在20~24%。

3）Al2O3,Fe2O3.與CaO作用，生成C3A,C4AF.在CaO-Al2O3-Fe2O3組成中，首先是CaO+ Al2O3形成C3A，隨后C3A+ Fe2O3生成C4AF.只有Fe2O3及時作用完了，才有C3A的存在，所以配比應考慮Al2O3/ Fe2O3比。4）MgO.MgO超過一定含量時，會以方鎂石的形式存在，使水泥安定性不良。水泥孰料的組成：

1）硅酸三鈣

A礦：硅酸三鈣并不以純的形式存在，而是含有少量氧化鎂，氧化鋁等形成的固溶體。

硅酸三鈣加水調和后，凝結時間正常。它水化較快，粒徑為40μm~45μm的硅酸三鈣顆粒，加水后28D其水化程度可達到70%左右。所以硅酸三鈣強度發展比較快，早期強度較高，且強度增進率較大，28D強度可以達到其一年強度的70%~80%。但硅酸三鈣水化熱較高，抗水性較差，且孰料中硅酸三鈣含量過高時，會給煅燒帶來困難，往往使孰料中游離氧化鈣增高，從而降低水泥強度，甚至影響水泥安定性。2）硅酸二鈣

B礦：以固熔有少量氧化物的β-C2S的形式存在的硅酸二鈣。

貝利特水化較慢，至28D 齡期僅水化20%左右，凝結硬化緩慢，早期強度較低，但28D以后，強度仍能較快增長，在一年后，可以趕上阿里特。貝利特水化熱較小，抗水性較好，因而對大體積工程或處于一定侵蝕環境下的工程用水泥，適量提高貝利特含量，降低阿里特含量是有利的。3）中間相

填充在阿里特，貝利特之間的鋁酸鹽，鐵酸鹽，組成不定的玻璃體和含堿化合物等成為中間相。

A.鋁酸鈣：鋁酸三鈣水化迅速，放熱多，凝結很快，如不加石膏等緩凝劑，易使水泥急凝。鋁酸三鈣硬化也很快，它的強度3天內就大部分發揮出來；故其早期強度較高，但絕對值不高，以后幾乎不再增大，甚至倒縮。鋁酸三鈣的干縮變形大，抗硫酸鹽性能差。

B.鐵鋁酸四鈣的水化速度在早期介于鋁酸三鈣與硅酸三鈣之間，但隨后的發展不如硅酸三鈣。它的強度早期發展較快，后期還能不斷增長，類似于硅酸二鈣，才利特（C礦）的抗沖擊性能和抗硫酸鹽性能較好，但有一定的水硬性。

4）游離氧化鈣和方鎂石 4 孰料的率值

率值作為生產控制的一種指標，可以比較方便地表示化學成分和礦物組成之間的關系，明確地表示對水泥孰料的性能和煅燒的影響。

1）硅率：表示孰料中SiO2與Al2O3,Fe2O3之和的質量比值，以SM或n表示。

硅率表達了水泥孰料礦物中硅酸鹽礦物與熔劑性礦物C3A+C4AF)之間的數量對比關系。硅率越大，則硅酸鹽礦物含量越高，熔劑性礦物含量越少，煅燒過程中出現的液相含量越小，所要求的燒成溫度越高；但硅率過小，則煅燒過程中容易形成孰料大塊甚至結圈。通常硅率控制在1.7~2.7之間。

2）鋁率：又稱鐵率，表示孰料中Al2O3和Fe2O3含量的質量比，以IM或P表示。

若孰料中Al2O3和Fe2O3的總含量已確定，那么鋁率表示C3A和C4AF的相對含量。3）石灰飽和系數

在水泥孰料中，氧化鈣總是與酸性氧化物Al2O3,Fe2O3飽和生成C3A，C4AF，在生成上述礦物后，所余下的CaO與使SiO2飽和形成C3S所需的CaO的比值成為石灰飽和系數，以KH表示。它表示SiO2與CaO 飽和形成C3S的程度。C3S的水化

C3S的水化作用、產物以及所形成的結構對硬化水泥漿體的性能起主導作用。P198-圖15-4說明C3S的水化過程五個階段。表15-10.6 硅酸鹽水泥的水化（三個階段）：

1)鈣礬石形成期 C3A率先水化，在石膏存在條件下，迅速形成鈣礬石，是導致第一放熱峰的主要因素。2）C3S水化期 C3S開始迅速水化，大量放熱，形成第二放熱峰。有時會有第三放熱峰或在第二放熱峰上，出現一個‘峰肩’，一般認為是由于鈣礬石轉化成單硫型水化硫鋁（鐵）酸鈣而引起的，當然，C2S與鐵相亦以不同程度參與了這兩個階段的反應，生成相應的 水化產物。

3)結構形成和發展期 放熱速率很低，趨于穩定。隨著各種水化產物的增多，填入原先由水所占據的空間，再逐漸連接，相互交織，發展成硬化的漿體結構。水化速度 ：常以單位時間內的水化程度或水化深度來表示。8 水泥漿體的水化硬化：

水泥的水化反應在開始主要為化學反應所控制；當水泥顆粒四周形成較為完整的水化物膜層后，反應歷程又受到離子通過水化產物層時擴散速率的影響。隨著水化產物層的不斷增厚，離子擴散速率即成水化歷程動力學行為的決定性因素。在所生成的水化產物中，有許多是屬于膠體尺寸的晶體。隨著水化反應的不斷進行，各種水化產物逐漸填滿原來由水所占據的空間，固體粒子 逐漸接近。由于鈣礬石針、棒狀晶體的相互搭接穿插，特別是大量箔片 狀、纖維狀C-S-H的交叉攀附，從而使原先分散的水泥顆粒以及水化產物連結起來，夠長一個三維空間牢固結合、密實的整體。孔分布及總孔隙率

在水化過程中，水化產物的體積要大于孰料礦物的體積。據計算，每1cm3的水泥水化后約需占據2.2cm3的空間。即約45%的水化產物處于水泥顆粒原來的周界之內，成為內部水化產物；另有55% 則為外部水化產物，占據著原來沖水的空間。這樣，隨著水化過程的進展，原來沖水的空間減少，而沒有被水化產物填充的空間，則逐漸被分割成形狀極不規則的毛細孔。另外，在C-S-H凝膠所占據的空間內還存在著孔，尺寸極為細小，用掃描電鏡也難以分辨。

一般在水化24h以后，硬化漿體中絕大部分（70~80%）的孔已經在100nm以下。隨著水化過長的進展，孔徑小于10nm，即凝膠孔的數量由于水化產物的增多而增加，毛細孔則逐漸填充減小，總的孔隙率則相應降低。凝結速度

從礦物組成后，鋁酸三鈣水化最為迅速，硅酸三鈣水化也快，數量也多，因而這兩種礦物與凝結速度的關系最為密切。強度及影響因素： 1）漿體組成和強度的關系； 2）密實度和強度的關系； 3）溫度和壓力對強度的影響 環境介質的侵蝕

對水泥侵蝕的環境介質主要有：淡水、酸和酸性水、硫酸鹽溶液和堿溶液等。其侵蝕作用可以概括為：溶解浸析、離子交換以及膨脹性產物等三種形式。

第十六章 摻混合材料的水泥 水泥混合材料

常用的激發劑有兩類:堿性激發劑（石灰或水化時能析出Ca(OH)2的 硅酸鹽水泥孰料）和硫酸鹽激發劑（二水石膏、半水石膏、無水石膏或以CaSO4為主要成分的化工廢渣，如磷石膏、氟石膏等），起作用機理如下: 堿性激發劑的Ca(OH)2與活性混合材料中所含呈活性狀態的SiO2和Al2O3發生化學反應，發生水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣。在同時有硫酸鹽激發劑存在的條件下，石膏與活性Al2O3化合，生成水化硫鋁酸鈣。礦渣水泥的水化硬化過程

礦渣水泥調水后，首先是 孰料礦物與水作用，生成水化硅酸鹽，水化鋁酸鈣、氫氧化鈣、水化硫（鐵）鋁酸鈣等。還可能生成水化鋁硅酸鈣（C2ASH3）等水化產物。因此，礦渣水泥早期硬化速度就較慢。礦渣水泥的性質和用途：礦渣水泥早期強度低，后期強度可趕上甚至超過硅酸鹽水泥。

第十七章 其他品種水泥

高鋁水泥的水化，主要是鋁酸一鈣的水化，其水化產物與溫度關系極大。2 膨脹水泥:是指在水化過程中，由于生成膨脹性水泥產物，使水泥在硬化后體積不收縮或膨脹的水泥。由強度組分和膨脹組分組成。

鋁酸鹽自應力水泥

鋁酸鹽自應力水泥加水拌和后，高鋁水泥中的CA和CA2等鋁酸鹽礦物與石膏進行水化。

在水化形成鈣礬石的同時，會析出相當數量的氫氧化鋁（AH3）凝膠，不但有效地增進了水泥石的密實性，而且在鈣礬石晶體生長、膨脹過程中，起著極為重要的塑性襯墊作用，使水泥石在不斷增高強度的情況下，具有較大的變形能力。又由于鈣礬石析晶時的過飽和度較小，生成的鈣礬石就比較分散，而且分布均勻，結晶壓力不會過分集中，對水泥石結構的破壞就相對較小。因此，可以任務鈣礬石和氫氧化鋁凝膠共同構成了強度因素和膨脹因素。

第十八章 耐火材料的組成、結構和性能 耐火材料

定義: 是由多種不同化學成分及不同結構礦物組成的非均質體。

耐火材料的若干性質取決于其中的物相組成、分布和各相的特性。

1）化學組成： 是耐火材料的基本特征。為了抵抗高溫作用，必須選擇高熔點化合物。2）礦物組成

耐火材料一般是多相組成體，其礦物相可分為結晶相和玻璃相兩類，又可分為主晶相和基質。主晶相是構成耐火材料的主題，一般來說，主晶相是熔點較高的晶體，其性質、數量及結合狀態決定制品性質。基質又稱為結合相，是填充在主晶相之間的結晶礦物和玻璃相。其含量不多，但對制品的某些性質影響極大，是制品使用過程中容易損壞的薄弱環節。耐火材料中氣孔可分為三類:（1）封閉氣孔；（2）開口氣孔；（3）貫通氣孔 高溫蠕變性： 在高溫條件下，承受應力作用的耐火制品隨時間變化而發生的等溫變形 4 抗熱震性

耐火材料對于急熱急冷式的溫度變動的抵抗能力較抗熱震性，又稱為抗溫度急變性、耐火熱崩裂性、耐熱沖擊性、熱震穩定性、熱穩定性、耐急冷急熱性等。

第十九章 耐火材料生產工藝 陶瓷結合：主晶相間低熔點的硅酸鹽非晶質和晶質聯結在一起而形成的結合較陶瓷結合 2 化學結合

化學結合指耐火材料制品中由化學結合劑形成的結合，即加入少量結合物質，在低于燒結溫度的條件下，發生一系列的化學反應使制品硬化而形成的結合。直接結合

由耐火主晶相直接接觸所產生的一種結合方式稱之為直接結合，它既不同于化學結合，也不屬于陶瓷結合。

第二篇：無機非金屬材料工學（本站推薦）

1無機非金屬材料的制備方法可以分為兩大類：普通燒制和高技術制備，前者主要包括集中具體的制備方法？不論哪一種方法，燒制過程又包括哪幾個階段？

固相燒結、液相燒結、熔化；預熱 燒成 冷卻三個階段。根據作業性質來，無機非金屬熱工設備（窯爐）可分為間歇式、連續式窯爐，各舉一例。按火焰進行的方向，無機非金屬熱工設備（窯爐）可分為哪幾種，并解釋什么是倒煙爐。間歇式：倒煙窯 連續式：隧道窯 按火焰進行方向分可以分為：直煙窯 橫煙窯 倒煙窯 倒煙窯：是一種間歇式窯爐。燃燒所產生的火焰都從燃燒室的噴火口上行至窯頂然后下降經匣缽柱間傳熱給窯爐，窯爐氣氛對材料的燒制具有重要的影響，根據氣體的性質，窯內氣氛可分為哪幾種，與空氣過剩系數之間的關系如何？

分為氧性氣氛 還原氣氛 中性氣氛；空氣過剩系數：a>1為氧化氣氛 a<1為還原氣氛 a=1中性氣氛目前工業上水泥窯有哪兩大類？SP窯和NSP窯分別指的什么窯？其主要差別是什么？ 立窯和回轉窯；SP窯是指懸浮預熱器窯，NSP窯是指窯外分解窯；SP窯沒有分解爐嗎，窯尾只有懸浮預熱器；NSP窯有分解爐。新型干法水泥回轉窯系統由哪幾大部分組成？每一級旋風預熱器由哪兩部分組成？什么是懸浮預熱技術？

預熱器系統、分解爐、回轉窯、熟料冷卻機、燃料燃燒器等設備組成。每一級旋風預熱器由旋風筒及其聯接管道所構成。旋風預熱技術：水泥回轉窯系統中通入空氣被分為三個部分（一次、二次、三次風），各有什么作用？對他們的溫度有何要求，為什么？

一次風的作用：攜帶從窯頭煤粉倉下來的煤粉經噴煤管高速噴入回轉窯內高效燃燒來保持剛噴出的火焰有一定的“剛度”；二次風的作用：是從窯頭進入回轉窯內成為窯內煤粉燃燒的主要助燃空氣；三次風的作用：成為分解爐內煤粉燃燒所需的助燃空氣。二次空氣和三次空氣的預熱溫度不受限制，越高越好，而一次空氣不允許被預熱，否則溫度較高的一次風會使煤粉中的揮發分在噴煤管中提前逸出，從而造成煤粉爆炸事故。一般來說，玻璃制品的生產過程，都要經過哪幾個階段？洛陽浮法

配合料制備、玻璃液熔制、玻璃制品成型、玻璃產品退火浮法平板玻璃生產過程的三大熱工設備是什么？玻璃池窯通常要用什么樣的耐火材料做成？

玻璃池窯 錫槽 退火窯；玻璃池窯使用耐火磚砌成。在浮法平板玻璃的熱源供給部分，為什么要設置蓄熱室？其結構中最重要的部分是什么？簡述蓄熱室的工作原理？

蓄熱室不僅僅是回收余熱，節能，也是為了達到熔制高質量玻璃所要求的高溫而必須采取的措施。格子體結構是蓄熱室結構中最重要的部分。工作原理：利用廢氣與空氣交替地通過其內的格子體，以格子體為傳熱的中間體，從而使得空氣間接地獲得廢氣的余熱。10 影響玻璃帶成型的因素是？玻璃的自然厚度約為？

重力 粘度 表面張力；6~7mm在成型部，如何控制玻璃的厚度？如想得到薄玻璃，如何操作？

生產薄玻璃的控制方法：機械拉邊法；生產厚玻璃：擋墻法 負角度機械拉邊法 擋墻拉邊法； 得到薄玻璃可采用機械拉邊法，在錫槽中段玻璃原版的兩邊放置若干個橫向拉邊器，玻璃越薄，拉邊器越多。在錫槽內為什么要通入保護氣體？何種氣體？

為防止錫液被氧化；N2、H2

13什么叫泡界線，它有何作用？

在橫焰玻璃池窯的熔化部，由于熱點與投料池的溫度差，表層玻璃液會向投料池方向回流，使得五泡沫的玻璃和有泡沫的玻璃之間有一條明顯的成分界限，稱為泡界線。泡界線的為之和形狀是判斷橫焰窯熔化作業正常與否的標志，它還會影響到玻璃池窯的產量和玻璃池窯的質量。玻璃池窯的作業制度包括:溫度制度，壓力制度，泡界線制度，液面制度，氣氛制度！一大穩:熱工制度穩，四小穩:溫度穩，壓力穩，泡界線穩，液面穩！山型，橋型橋型 15 隧道窯用來制備:陶瓷制品包括微晶玻璃，燒結型耐火材料，磚瓦！通過曲折密封的方式！16采用由許多平行排列的轉動的輥子組成的輥道來代替窯車來作為被燒制胚件的盛載工具，胚件可以直接放在輥道上，也可以放在墊板上！

17傳統的余熱鍋通常由省煤器，蒸發器，過熱器和汽包等幾部分組成，汽包的作用:匯集省煤器來的水，匯集蒸發器來的汽水混合物。提供合格的飽和蒸汽進入過熱器或供給用戶！加熱蒸發器，過程的分界點，有一定蓄熱能力，能快速適應外界負荷度，提高蒸汽品質，使運行安全！自然循環和強制循環的余熱鍋爐中，汽包是必不可少的重要部分。汽包內裝有汽水分離設備，來自蒸發器的汽水混合物進行分離！

第三篇：無機非金屬材料1

一、概念題 連續性與可逆性以及可變性。④多孔材料法。（四選三）

1.無機非金屬材料：是以某些元素的氧化物，碳化物，10.石英在陶瓷生產中發揮的主要作用。7.試述陶瓷三大原料之一的長石的化學式、結構式氮化物，鹵素化合物，硼化物以及硅酸鹽，鋁酸鹽，答：①在燒成前是瘠性原料，可對泥料的可塑性起調節作及作用。

磷酸鹽，硼酸鹽等物質組成的材料，是除有機高分用，能降低坯體的干燥收縮，縮短干燥時間并防止坯體變答：化學式子材料和金屬材料以外的所有材料的統稱。形。結構式

2.熔塊釉：在制釉過程中，把一些毒性原料或易溶于②在燒成時，石英的加熱膨脹可部分抵消坯體收縮的影響，鉀長石K2O·Al2O3·6SiO2水的原料預先制成不溶于水或微溶于水、無毒的硅當玻璃質大量出現時，在高溫下石英能部分熔解于液相中，K[AlSi3O8]

酸鹽熔塊。增加熔體的粘度，而未熔解的石英顆粒，則構成坯體的骨鈉長石Na2O·Al2O3·6SiO2

3.生料釉：直接以釉料配方稱料混合磨細的釉料。架，可防止坯體發生軟化變形等缺陷。Na[AlSi3O8]

4.二次燒成：分兩種，一種是“高溫素燒，低溫釉燒”，③在瓷器中，石英對坯體的力學強度有著很大的影響，合鈣長石CaO·Al2O3·2SiO2一種是“低溫素燒，高溫釉燒”，目的是為了減少釉理的石英顆粒能大大提高瓷器坯體的強度，否則效果相反，Ca[Al2Si2O8]

面和產品的其他缺陷。同時，石英也能使瓷坯的透光度和白度得到改善。鋇長石BaO·Al2O3·6SiO2

5.開始燒結溫度：粘土在加熱過程中，體積開始劇烈④在釉料中二氧化硅是生成玻璃質的主要成分，增加釉料Ba[Al2Si2O8]

變化氣孔率明顯減少時的溫度。中石英含量能提高釉的熔融溫度，并減少釉的熱膨脹系數。①長石在高溫下熔融，形成粘稠的玻璃熔體，是

6.示性礦物組成：坯料配方組成以純理論的粘土，石同時它是賦予釉以高的力學強度、硬度、耐磨性和耐化學坯料中堿金屬氧化物（K2O、Na2O）的主要來源，英，長石等礦物來表示的方法。侵蝕性的主要因素。能降低陶瓷坯體組分的熔化溫度，有利于成瓷和

7.耐火度：材料在高溫下，雖已發生軟化而沒有全部

三、問答題 降低燒成溫度 ②熔融后的長石熔體能溶解部分熔融，在使用中所能承受的最高溫度。1.試述坯—釉中間層對坯釉適應性的影響。高嶺土分解產物和石英顆粒 ③長石熔體能填充

8.觸變性：粘土泥漿或可塑泥團在靜置以后變稠或凝答：①降低了釉的膨脹系數，消除釉裂②若中間層生成了于各結晶顆粒之間，有助于坯體致密和減少空隙 固，當受到攪拌或振動時，粘度降低而流動性增加，與坯體性質相近的晶相，則有利于坯釉結合；反之，則不④在釉料中長石是主要的熔劑 ⑤長石作為瘠性再放置一段時間后又能恢復原來狀態，這種性質稱利于坯釉結合③有熔解了部分坯體表面，并滲入坯體，坯原料，在生坯中還可以縮短坯體干燥時間，減少為觸變性。釉接觸面積增大，有利于釉的粘附，增加了坯釉適應性。坯體的干燥收縮和變形等。

9.混凝土：是由膠凝材料，水和粗，細骨料按適當比2.試述陶瓷工業用二氧化硅原料主要結晶礦物—石英隨溫8.試述提高坯料可塑性的措施。

例配合拌制成拌合物，經一定時間硬化而成的具有度變化發生晶型轉化的情況。答： 提高坯料可塑性的措施有：①將粘土原料進所需形狀，強度和耐久度的人造石材。答：石英類原料在加熱過程中會發生復雜的多晶轉變，同行淘洗或長期風化 ②將潤濕的粘土或坯料長期

10.水泥：加入適量水后可形成塑性漿體，既能在空時伴隨體積變化，這是使用石英類原料時必須注意的一個陳腐 ③將泥料進行真空連泥 ④加入無機或有機氣中硬化又能在水中硬化，并能將砂，石等材料牢重要性質。具體見書無非材料22頁 塑化劑。

固地膠結在一起的細粉狀水硬性膠凝材料。3.試述我國傳統細瓷生產的主要原料—瓷石的主要成分及9.試述陶瓷配料的主要依據。

二、簡答題 其作用。答：①充分考慮產品的物理化學性能和使用性能

1.簡述釉的組成（按其在釉中所起的作用）。答：絹云母、石英為主要成分或未風化巖石狀礦物是多種要求 ②參考前人的經驗和數據 ③了解各種原料答：① 網絡形成劑：作用是氧化物在釉層中以四面狀物的集合體，石英40~40%；長石 5~30%；絹云母15~30%；對產品性能的影響 ④應滿足生產工藝的要求⑤ 體的形式相互結合的不規則網絡 高嶺石 0~10%。可塑性不高，結合強度大，但干燥速度了解原料的品味、來源和到廠價格。

②助熔劑：這類成分能促進高溫分化反應，加速高快，一般玻化溫度在1150~1350C之間，燒成溫度較寬。燒10.試述釉料配方常用的助熔劑并給出使用注意事熔點晶體化學鍵的斷裂和生成共熔物。成時能生成莫來石及玻璃相，起促進成瓷及燒結作用，還項。

2.在陶瓷生產中對坯料質量有哪些基本要求？ 可以用于配制釉果。答：① CaO主要由方解石、大理石、白云石、答：要求有：配方準確，組分均勻，細度合理，氣4.試述玻璃的兩大結構學說，并比較兩者的不同。石灰石、白堊、硅石灰、鈣長石等引入。一般用孔少。答：玻璃的兩大結構學說，是晶子學說和無規則網絡學說。量不超過18%，否則導致釉層濕透，形成無光釉 ②

3.簡述真空練泥的作用。晶子學說認為玻璃是由無數“晶子”所組成。晶子是具有MgO主要由菱鎂礦、白云石、滑石等引入。以菱答：可排除泥餅中的殘留空氣，提高泥料的致密度晶格變形的有序排列區域，分散在無定形介質中，從“晶鎂礦引入時，MgO用量一般不超過3%，否則釉面和可塑性，并使泥料組織均勻，改善成形性能，提子”部分到無定形部分是逐步過渡的，兩者之間并無明顯難以控制，與CaO同時引入時，對于高溫瓷來說高干燥強度和成瓷后的力學強度。界限。無規則網絡學說認為像石英晶體一樣，熔融石英玻一般應使CaO/MgO摩爾比小于1 ③ Li2O、Na2O、4.簡述耐火材料的使用性質。璃的基本結果單元也是硅氧四面體[SiO4]，石英玻璃是由K2O來源于鋰云母、鋰輝石、鈦酸鋰、硅酸鋰、答：耐火度，荷重軟化溫度，高溫體積穩定性，耐[SiO4]作為結構單元，相互連接而成的三度空間網絡，但鋯酸鋰、碳酸鋰等。Li2O引入少量效果就很好，熱震性，抗渣性，耐真空性，制品形狀規整性和尺[SiO4]的排列是無序的，缺乏對稱性和周期性的重復，故Na2O與K2O一般同時引入，其最佳摩爾比為2~4寸的準確性。不同于晶態石英結構。前者強調了不連續性、微不均勻性④ZnO直接以氧化鋅或碳酸鋅引入，一般用量

05.簡述陳化的作用。和有序性；后者強調了玻璃中多面體間排列的連續性、均不宜過多，且ZnO在使用前，要經過1250~1280C

答：陳化即陳腐，作用有：使坯料中水分更加均勻，勻性和無序性。的高溫煅燒⑤PbO其有毒，且易揮發，對提高坯料的可塑性，5.試述粘土在陶瓷生產中的主要作用。生鉛釉，如果操作不當，易被還原，使釉面呈現

6.玻璃退火和淬火的目的是什么？各包括幾個階答：粘土在陶瓷中的作用：①粘土可塑性是陶瓷坯泥賴以灰黑色。一般做熔塊釉使用⑥ B2O3 由硼砂、段？ 形成的基礎②粘土使注漿泥料與釉料具有懸浮性與穩定性硼酸、硼鈣石、硼鎂石、方硼石引入。用量適當答：退火的目的是為了減小和消除玻璃的永久應力③粘土一般是細分散顆粒，同時具有結合性，這可在坯料否則熱膨脹增大，并降低釉的耐酸和抗水侵蝕能

0和提高玻璃的光學均勻性，包括加熱，保溫，慢冷，中結合其它瘠性原料使坯料具有一定干燥強度，有利于坯力。B2O3在1000C左右時揮發加快，故在配方設

快冷四個階段。淬火的目的是？ 體的成形，另細分散度顆料與較細瘠性原料相結合，且可計時，需要考慮此項損失⑦BaO 有碳酸鋇、7.粘土礦物的按照成因分類。得到較大堆積密度而有利于燒結④Al2O3 形成莫來石，決定硫酸鋇、氯化鋇引入。鋇的化合物大部分有毒，答：可分為：①原生粘土：是母巖風化崩解在原地燒成程度⑤粘土形成陶瓷主體原料。使用時注意。

殘留下來的粘土②次生粘土：是由風化形成的粘土，6.試述輕質耐火材料的優缺點，并列舉至少三個生產輕質耐

經雨水河流的沖刷與漂流及有時外加風力的作用以火材料的方法。

后，遷移到盆地或水流緩慢的湖泊沼澤地沉積下來，答 ：輕質耐火材料優點是，熱導率低，可節省材料消耗；

而形成的粘土層。可以快速升溫和冷卻，提高設備生產效率；減輕爐體質量；

8.坯料的類型有哪些？ 降低環境溫度，改善勞動條件。缺點是，氣孔率較大，組

答：有長石瓷，絹云母瓷，骨灰瓷，滑石瓷。織疏松，抗渣性能差，熔渣會很快地侵入磚體氣孔內，使

9.玻璃的通性是什么？ 之碎裂；力學強度低，耐磨性能差；熱穩定性不好。生產

答：各向異性，無固定熔點，亞穩性，性質變化的氣質耐火材料的方法：①燃燼加入物法②泡沫法③化學法

第四篇：無機非金屬材料論文

無機非金屬材料的研究與應用前景

摘要

無機非金屬材料(inorganic nonmetallic materials)是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、硼酸鹽等物質組成的材料。是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統稱。無機非金屬材料的提法是20世紀40 年代以后,隨著現代科學技術的發展從傳統的硅酸鹽材料演變而來的。無機非金屬材料是與有機高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一。在材料學飛速發展的今天，無機非金屬材料有這廣闊的應用前景和良好的就業形勢。

關鍵字 無機非金屬，材料，方向，前景，智能

引言

新材料涉及的領域眾多，無機非金屬新材料領域是其重要的一個組成部分。“十二五”期間，我國無機非金屬新材料應，圍繞功能材料確定發展重點無機非金屬材料包括水泥、玻璃、陶瓷、耐火材料、人工晶體和半導體材料等，下面就其無機非金屬材料的研究與應用前景進行簡單介紹。

一、無機非金屬材料的特點及應用

無機非金屬材料(inorganic nonmetallic materials)是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、硼酸鹽等物質組成的材料。是除有機高分子材料和金屬材料以外的所有材料的統稱。無機非金屬材料的提法是20世紀40年代以后隨著現代科學技術的發展從傳統的硅酸鹽材料演變而來的。無機非金屬材料是與有機高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一。

在晶體結構上,無機非金屬的晶體結構遠比金屬復雜，并且沒有自由的電子。具有比金屬鍵和純共價鍵更強的離子鍵和混合鍵。這種化學鍵所特有的高鍵能、高鍵強賦予這一大類 材料以高熔點、高硬度、耐腐蝕、耐磨損、高強度和良好 的抗氧化性等基本屬性,以及寬廣的導電性、隔熱性、透光性及良好的鐵電性、鐵磁性和壓電性。

無機非金屬材料品種和名目極其繁多,用途各異,因此,還沒有一個統一而完 善的分類方法。通常把它們分為普通的(傳統的)和先進的(新型的)無機非金屬材 料兩大類。

普通無機非金屬材料的特點是：耐壓強度高、硬度大、耐高溫、抗腐蝕。此 外，水泥在膠凝性能上，玻璃在光學性能上，陶瓷在耐蝕、介電性能上，耐火材 料在防熱隔熱性能上都有其優異的特性，為金屬材料和高分子材料所不及。但與 金屬材料相比，它抗斷強度低、缺少延展性，屬于脆性材料。與高分子材料相比，密度較大，制造工藝較復雜。特種無機非金屬材料的特點是：①各具特色。例如： 高溫氧化物等的高溫抗氧化特性；氧化鋁、氧化鈹陶瓷的高頻絕緣特性；鐵氧體 的磁學性質；光導纖維的光傳輸性質；金剛石、立方氮化硼的超硬性質；導體材 料的導電性質；快硬早強水泥的快凝、快硬性質等。②各種物理效應和微觀現象。例如：光敏材料的光-電、熱敏材料的熱－電、壓電材料的力－電、氣敏材料的 氣體-電、濕敏材料的濕度-電等材料對物理和化學參數間的功能轉換特性。③不 同性質的材料經復合而構成復合材料。例如：金屬陶瓷、高溫無機涂層，以及用 無機纖維、晶須等增強的材料。

傳統的無機非金屬材料是工業和基本建設所必需的基礎材料。如水泥是一種 重要的建筑材料;耐火材料與高溫技術,尤其與鋼鐵工業的發展關系密切;各種規 格的平板玻璃、儀器玻璃和普通的光學玻璃以及日用陶瓷、衛生陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷和電瓷等與人們的生產、生活休戚相關。它們產量大,用途廣。其他產 品,如搪瓷、磨料(碳化硅、氧化鋁)、鑄石(輝綠巖、玄武巖等)、碳素材料、非金屬礦(石棉、云母、大理石等)也都屬于傳統的無機非金屬材料。新型無機非金屬材料是20世紀中期以后發展起來的,具有特殊性能和用途的材料。它們是現代新技術、新產業、傳統工業技術改造、現代國防和生物醫學所不可缺少的物質基礎。主要有先進陶瓷、非晶態材料、人工晶體、無機涂層、無機纖維等。

二、無機非金屬材料材料的發展現狀及前景

20世紀以來，隨著電子技術、航天、能源、計算機、通信、激光、紅外、光電子學、生物醫學 和環境保護等新技術的興起，對材料提出了更 高的要求，促進了特種無機非金屬材料的迅速發展。30～40年代出現了高頻 絕緣陶瓷、鐵 電陶瓷和壓電陶瓷、鐵氧體（又稱磁性瓷）和熱敏電阻陶瓷等。50～60年代開 發了碳化硅和氮化硅等高溫結構陶瓷、氧化鋁透明陶瓷、β－氧化鋁快離子導體 陶瓷、氣敏和濕敏陶瓷等。至今，又出現了變色玻璃、光導纖維、電光效應、電 子發射及高溫超導等各種新型無機材料。近些年，隨著科學技術的進步，無論是傳統無機非金屬材料，還是無機非金屬材料都有了一些新的發展趨勢。

1、生態與環保意識加強,建立科學的評價體系,實現可持續發展

西方發達國家在促進傳統無機非金屬材料產業健康、可持續發展方面的采取 了許多重要措施。世界發達國家十分重視建材工業的可持續發展與綠色評價。生 態評價也成為世界可持續發展的一個重要手段。目前,許多國家正在進行“生態城市”的建設與實踐,推廣建筑節能技術材料,使用可循環材料等,改善城市生態系統狀況。由此，提出了綠色建材、環保建材與節能建材的概念,并開展了大量的研究與實踐工作。與西方發達國家相比,我國還存在很大的差距,特別是缺乏立法支持與技術標準的指導以及相應組織的管理與監督,使我國的傳統無機非金屬材料工業發展還有很大的提升空間。面對資源和環境對我國經濟發展的嚴峻考驗,國民經濟的可持續發展戰略顯得愈加重要。

2、向著節能、降耗的方向發展

傳統的無機非金屬材料工業是能源消耗大戶,在世界能源日益短缺的今天,如何生產節能、降耗,以及如何生產出高質量的建筑節能、保溫產品是建材工業發展的重要趨勢。選擇資源節約型、污染最低型、質量效益型、科技先導型的發展方式。新型墻體材料、高質量門窗、中空玻璃將大量應用。向著提高材料性能、使用壽命的方向發展。低壽命設計、大量重復建設已經嚴重制約城市建設的發展。現代化建筑需要高性能建筑材料的支持,而提高建筑的耐久性又對建筑材料的使 用壽命提出了更高的要求。

3、單線生產能力向大型化發展

無論是水泥工業、玻璃工業，還是陶瓷工業，單條生產線的生產能力有大型 化的趨勢。生產線的大型化可以有效提高產品的質量，降低能源消耗。

4、向著智能化方向發展

建筑的智能化需要建筑材料的支持。隨著技術的進步和生活水平的提高,建筑材料的安全性智能診斷等智能技術將更多的應用于建筑中。

5、向著復合化、多功能化方向發展

復合材料具有單一材料所無法滿足的使用功能,是建筑材料的發展趨勢,對建筑材料的功能要求越來越趨向于多功能化。

在美國、日本、西歐等所有發達國家在其科技發展戰略中都把無機非金屬新 材料的發展放在優先發展的重要位置。例如，美國為了保持在高技術和軍事裝備 方面的領先地位，在先后制定的《先進材料與技術計劃（AMPP）》和《國家關鍵技術報告》中，新材料為六大關鍵技術之首，而無機非金屬新材料占有相當比例；日本發表的《21世紀初期產業支柱》所列的新材料領域的14項基礎研究計劃中，其中七項涉及無機非金屬新材料的研究領域。

未來科學技術的發展，對各種無機非金屬材料，尤其是對特種新型材料提出 更多更高的要求。材料學科有廣闊的發展前景，復合材料、定向結晶材料、增韌 陶瓷以及各種類型的表面處理和涂層的使用，將使材料的效能得到更大發揮。由 于對材料科學基礎研究的日益深入，各種精密測試分析技術的發展，將有助于按 預定性能設計材料的原子或分子組成及結構形態的早日實現。

三、個人研究方向的選擇及分析

經過對無機非金屬材料發展的歷史及現狀的研究與分析，以及對其未來發展方向的展望，我初步的確定了個人在無機非金屬材料技術的研究方面的方向選 擇。

現代技術中的信息、航空航天、能源、生物工程、環境工程等的迅速發展對于材料的性能提出了各種需求，促進了無機非金屬材料的發展。由此出現許多新型材料，其中工程陶瓷材料，陶瓷高臨界溫度Tc超導材料和智能材料等的出現提出了無機非金屬材料學的新的研究方向，而復合材料和納米材料則為無機非金屬材料開辟了新的研究領域。

近10年來，整個世界從信息時代進入了高智能化的人機交互時代，人機交互技術已經進入了每個人生活的方方面面。前一段時間，蘋果公司出的一個視頻 很受歡迎，里面描述了對未來高智能化生活的展望，而標題是“玻璃中的一天”，新型無機非金屬智能材料，在這個對未來生活的展望中，占據著不可或缺的地位。雖然這只是個簡單的視頻，但我們可以從中看到未來的影子，以及智能材料的廣 闊的發展前景。

智能材料是指對環境具有可感知、可響應并具有功能發現能力的新材料。日本高木俊宜教授將信息科學融于材料的物性和功能，于1989年提出了智能材料概念。至此智能材料與結構的研究也開始由航空航天及軍事部門逐漸擴展到土木工程、醫藥、體育和日常用品等其他領域。

自l989年以來，先是在日本、美國，爾后是西歐，進而世界各國的材料界 均開始研究智能材料。科學家們研究將必要的仿生(biominetic)功能引入材料，使材料和系統達到更高的層次，成為具有自檢測、自判斷、自結論、自指令和執行功能的新材料。智能結構常常把高技術傳感器或敏感元件與傳統結構材料和功能材料結合在一起，賦予材料嶄新的性能，使無生命的材料變得有了“感覺”和“知覺”，能適應環境的變化，不僅能發現問題，而且還能自行解決問題。而其理論意義就在于此，智能材料給了新型材料無限的可能性。

同時，智能材料的實踐意義在目前已有的應用中可見一斑：

1、智能陶瓷

材料中的t-ZrO2 晶粒在燒成后冷卻至室溫的過程中仍保持四方相形態，當材料受到外應力的作用時，受應力誘導發生相變，由t相轉變為m相。由于ZrO2晶粒相變吸收能量而阻礙裂紋的繼續擴展，從而提高了材料的強度和韌性。相轉變發生之處的材料組成一般不均勻，因結晶結構的變化，導熱和導電率等性能隨之而變，這種變化就是材料受到外應力的信號，從而實現了材料的自診斷。

2、智能水泥基材料

在現代社會中，水泥作為基礎建筑材料應用極為廣泛，使水泥基材料智能化具有良好的應用前景。智能水泥基材料包括：應力、應變及損傷自檢水泥基材料；自測溫水泥基材料；自動調節環境濕度的水泥基材料；仿生自愈合水泥基材料及仿生自生水泥材料等。

水泥基材料中摻加一定形狀、尺寸和摻量的短切碳纖維后，材料的電阻變化與其內部結構變化是相對應的。因此，該材料可以監測拉、彎、壓等工況及靜態 和動態載荷作用下材料內部情況。在水泥凈漿中0.5%（體積）的碳纖維用做傳感器，其靈敏度遠遠高于一般的電阻應變片。

在水泥凈漿中摻加多孔材料，利用多孔材料吸濕量與溫度的關系，能夠使材 料具有調濕功能。

目前，智能材料尚處在研究發展階段，它的發展和社會效應息息相關。飛機 失事和重要建筑等結構的損壞，激勵著人們對具有自預警、自修復功能的靈巧飛 機和材料結構的研究。以材料本身的智能性開發來滿足人們對材料、系統和結構 的期望，使材料結構能“剛”“柔”結合，以自適應環境的變化。在未來的研究中，應以以下幾個方面為重點。（1）如何利用飛速發展的信息技術成果，將軟件功能引入材料、系統和結構中；

（2）進一步加強探索型理論研究及材料復合智能化的機理研究，加速發展智能材料科學；

（3）加強應用基礎研究。

結束語

目前，我國TCO 玻璃的鍍膜技術及設備被少數國外廠商壟斷。國內只有深圳南玻集團引進的一條離線TCO 玻璃生產線實現了量產，生產規模為46 萬m2/ 年。國內薄膜電池生產廠家需要的TCO 玻璃基片幾乎全部依賴進口。國內薄膜 太陽能電池組件生產商對TC O 玻璃的需求存在較大缺口。“十二五”期間，實現TCO 玻璃的技術、裝備國產化是發展的重點。新材料涉及的領域眾多，無機非金屬新材料領域是其重要的一個組成部分。“十二五”期間，我國無機非金屬新材料應圍繞功能材料確定發展重點。隨著我國新能源、航空航天、節能環保、電子信息等產業的快速發展，特別是風力發電、大飛機、高速列車等重大工程的 推進，對高性能無機材料的需求會快速增長。

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第五篇：第四章：無機非金屬材料.

材料導論 第四章

第四章：無機非金屬材料 本章主要內容

無機非金屬材料概論

結構陶瓷材料

功能陶瓷材料

傳統日用、建筑材料 什么是無機非金屬材料

金屬材料和有機高分子材料以外的固體材料通稱為無機非金屬材 料。

主要特性：

熔點高、硬度高、化學穩定性好、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損、耐氧 化、彈性模量大、強度高。一般為脆性材料

陶瓷材料的物質結構 陶瓷材料的結合鍵

陶瓷材料的組成相的結合鍵為離子鍵（MgO、Al2O3）、共價鍵（金 剛石、Si3N4）以及離子鍵與共價鍵的混合鍵

以離子鍵結合的晶體稱為離子晶體。離子晶體在陶瓷材料中占有很 重要的地位。它具有強度高、硬度高、熔點高、等特點。但這樣的 晶體脆性大，無延展性，熱膨脹系數小，固態時絕緣，但熔融態可 導電等特點。金屬氧化物晶體主要以離子鍵結合，一般為透明體。以共價鍵結合的晶體稱為共價晶體。共價晶體具有方向性和飽和性，因而共價鍵晶體的原子堆積密度較低。共價鍵晶體具有強度高、硬 度高、熔點高、結構穩定等特點。但它脆性大，無延展性，熱膨脹 系數小，固態、熔融態時都絕緣。最硬的金剛石、SiC、Si3N4、BN 等材料都屬于共價晶體。

陶瓷材料的相組成 晶體相

晶體相是陶瓷材料最主要的組成相，主要是某些固溶體或化合物，其結構、形態、數量及分布決定了陶瓷材料的特性和應用。晶體相 又分為主晶相、次晶相和第三相。陶瓷中晶體相主要有含氧酸鹽（硅 酸鹽、鈦酸鹽等）、氧化物（MgO、Al2O3）、非氧化物（SiC，Si3N4）等。

硅氧四面體是硅酸鹽陶瓷中最基本的結構單元。

材料導論 第四章

玻璃相

玻璃相是陶瓷材料中原子不規則排列的組成部分，其結構類似于玻 璃。

玻璃相的作用是：將分散的晶體相粘結起來，填充晶體之間的空隙，提高材料的致密度；降低燒成溫度，加快燒結過程；阻止晶體轉變、抑止晶粒長大。

玻璃相對陶瓷強度、介電常數、耐熱性能是不利的。氣相（氣孔）

陶瓷中氣孔主要是坯體各成分在加熱過程中單獨或互相發生物理、化學作用所生成的空隙。這些空隙可由玻璃相來填充，還有少部分 殘留下來形成氣孔。

氣孔對陶瓷的性能是不利的。它降低材料的強度，是造成裂紋的根 源。

陶瓷材料的晶體缺陷 點缺陷

陶瓷材料晶體中存在的置換原子、間隙原子和空位等缺陷稱之為點 缺陷。陶瓷材料的很多性質如導電性與點缺陷有直接關系。此外，陶瓷材料的燒結、擴散等物理化學過程也與點缺陷有關。線缺陷

位錯是陶瓷材料晶體中存在線缺陷。陶瓷材料中位錯形成所需要的 能量較大，因此，不易形成位錯。陶瓷材料中位錯密度很低。

陶瓷材料主要是離子鍵和共價鍵。這兩種結合鍵造成位錯的可動性 降低。當位錯滑移事，離子鍵中同號離子相斥，導致離子鍵斷裂； 而共價鍵的方向性和飽和性，具有確定的鍵長和鍵角，位錯的滑移 也會導致共價鍵的破斷。

面缺陷

陶瓷材料一般是多晶材料。多晶材料中存在的晶界和亞晶界就是陶 瓷材料中的面缺陷。

我們知道晶粒細化可以提高材料的強度。晶界對金屬材料和陶瓷材 料強度的提高作用機理是不同的。對金屬材料來說，晶界阻礙位錯 的運動，從而強化了材料；而對陶瓷材料來說，利用晶界兩側晶粒 取向的不同來阻止裂紋的擴展，提高強度 陶瓷材料的性能特點 力學性能 硬度

陶瓷的硬度很高，多為1000Hv～1500Hv（普通淬火鋼的硬度500～ 800Hv）。陶瓷硬度高的原因是離子晶體中離子堆積密度大、以及共 價晶體中電子云的重疊程度高引起的。剛度

陶瓷的剛度很高。剛度是由彈性模量衡量的，而彈性模量又反映其 化學鍵的鍵能。離子鍵和共價鍵的鍵能都要高于金屬鍵，因此陶瓷 材料的彈性模量要高于金屬材料。強度

陶瓷材料的強度取決于鍵的結合力，理論強度很高。但陶瓷中由于

材料導論 第四章

組織的不均勻性，內部雜質和各種缺陷的存在，使得陶瓷材料的實 際強度要比理論強度低100多倍。

陶瓷材料的強度也受晶粒大小的影響。晶粒越細，強度越高。此外，陶瓷材料一般具有優于金屬材料的高溫強度，高溫抗蠕變能力強，且有很高的抗氧化性。常用于高溫材料。塑性與韌性

陶瓷材料的塑性和韌性較低，這是陶瓷最大的弱點。陶瓷材料受到 載荷時在不發生塑性變形的情況下，就發生斷裂。斷裂是裂紋形成 和擴展的過程。陶瓷內部和表面所產生的微裂紋，由于裂紋尖端的 應力集中，內部裂紋在受到外應力時擴展很快，這是導致陶瓷材料 斷裂的根本原因。熱學性能

熔點陶瓷材料由離子鍵和共價鍵結合，因此具有較高的熔點。熱容

陶瓷材料在低溫下熱容小，在高溫下熱容增大。熱膨脹

陶瓷材料的熱膨脹系數小，這是由晶體結構和化學鍵決定的。一般為 10－5～10－6/K。陶瓷材料加工方法

配料——成形——煅燒 結構陶瓷材料 結構陶瓷的種類

氧化物結構陶瓷

炭化物結構陶瓷

氮化物結構陶瓷 氧化物結構陶瓷

特點：化學穩定性好、抗氧化性強、熔融溫度高、高溫強度高。Al2O3陶瓷

Al2O3陶瓷又稱高鋁陶瓷，主要成分是Al2O3和SiO2。主晶相為剛 玉（α－Al2O3），隨著SiO2質量百分數的增加，還出現莫來石和玻 璃相。根據陶瓷坯中主晶相的不同，分為剛玉瓷、剛玉－莫來石瓷 和莫來石瓷。Al2O3有三中結晶形態，即α、β、γ型。α型是高溫 型，而γ型是低溫型。其中剛玉瓷的性能最佳 Al2O3陶瓷的性能及應用

1。強度高

2。硬度高：機械加工磨料、磨具、切削工具等

3。熔點高、抗腐蝕：耐火材料、爐管、熱電偶保護套等

4。化學穩定性好：坩堝、人體關節、人工骨骼

5。電絕緣性好：基板、火化塞、電路外殼

6。光學性能好：制成透光材料、微波整流罩窗口、激光振蕩元件等 ZrO2陶瓷

ZrO2陶瓷有三種晶型。常溫下是單斜晶系，1000度以上轉變為四 方晶系，到2300度以上又轉變成立方晶系。由單斜向四方的轉變

材料導論 第四章

是可逆的，并伴隨7％的體積變化。導致陶瓷在燒結時容易開裂，為此，要加入適量的穩定劑，如Y2O3。

ZrO2陶瓷的特點是熱導率小，是理想的高溫絕熱材料。化學穩定性 好，能抵抗酸性或中性熔渣的侵蝕，可用作特種耐火材料；硬度高，可制作冷成型工具、整形模、切削工具、剪刀等；強度高、韌性好，可制作發動機構件等。BeO陶瓷

BeO晶體無色，屬六方晶系，在固態下無晶型轉變，結構穩定

BeO陶瓷的導熱系數大，線膨脹系數不大，抗熱震性高，高溫電絕 緣性好，電導率低，介電常數高；硬度與Al2O3差不多，化學穩定 性好，是抵抗炭還原作用最強的一種氧化物.Mgo陶瓷

耐高溫，抗金屬及堿性熔渣腐蝕，可以用作坩堝冶煉高純度Fe、Mo、Cu、Mg等。也可用于高溫熱電偶保護套等

炭化物結構陶瓷

特點：高耐火度、高硬度、高耐磨性。

SiC陶瓷有兩種晶體結構：α－SiC和β－SiC。前者屬六方晶系，是 高溫穩定相；后者屬等軸晶系，是低溫穩定相。SiC陶瓷的莫氏硬 度13，在1400度的高溫下仍能保持相當高的彎曲強度；SiC陶瓷 有很高的熱傳導能力，抗蠕變性能好，對酸性熔體有很強的抵抗力，但不抗強堿。SiC陶瓷主要用作高溫結構材料。如火箭尾噴管的噴 嘴，熱電偶套管等高溫零件。還可用于高溫下熱交換器。

氮化物結構陶瓷

特點：高耐火度、高硬度、高耐磨性

Si3N4陶瓷是強共價鍵材料，原子結合力強，屬六方晶系。Si3N4陶瓷具有良好的化學穩定性，能抵抗除氫氟酸以外的 各種酸、堿和熔融金屬的侵蝕；具有優異的絕緣性；硬度高，摩擦系數小，是一種優良的耐磨材料；線膨脹系數小，熱導 率高，抗熱震性好；室溫強度雖然不高，但高溫強度較高。

功能陶瓷材料

功能陶瓷是指具有電、光、磁以及部分化學功能的多晶無機固體材 料，其功能的實現主要來自于它所具有的特定的電絕緣性、半導體 性、導電性、壓電性、鐵電性、磁性、生物適應性等

功能陶瓷的種類

電子陶瓷

生物陶瓷

光學陶瓷

磁性陶瓷

超導陶瓷

敏感陶瓷 電子陶瓷 壓電陶瓷

當外力作用于晶體時，發生與應力成比例的介質極化，同時在晶體 兩端將出現正負電荷，這種由于形變而產生的電效應，稱為壓電效 應。反之，當在晶體上施加電場引起極化時，將產生與電場成比例 的變形或壓力，稱之為逆壓電效應。材料的壓電效應取決于晶體結 構的不對稱性，晶體必須有極軸，才有壓電效應。

材料導論 第四章

壓電陶瓷是具有壓電效應的陶瓷材料 壓電陶瓷的種類

壓電陶瓷主要有鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鋇（PZT）、改性PZT等。

壓電陶瓷的晶體結構隨溫度的變化而變化。對鈦酸鋇和鈦酸鉛，當 溫度高于居里溫度Tc時，為立方晶體，具有對稱性，無壓電效應； 低于Tc時，為四方晶體，具有非對稱性，有壓電效應。壓電陶瓷的應用

壓電陶瓷的優點是價格便宜，可以批量生產，能控制極化方向，添 加不同成分，可改變壓電特性。

壓電陶瓷可用作超聲波發生源的振子或水下測聲聘儀器上的振子； 也可用作聲轉換器。但壓電陶瓷收到機械應力的作用時，由壓電效 應發生的電能可用于煤氣灶的點火器和打火機等；壓電陶瓷還可用 于濾波器等。電子陶瓷 光電陶瓷

光電陶瓷是具有光電導效應的陶瓷材料

當光電陶瓷受到光照射時，由于能帶間的遷移和能帶與能級間的遷 移而引起光的吸收現象時，能帶內產生自由載流子，而使電導率增 加，這種現象稱為光電導現象。

利用光電導效應檢測光強度的元件稱為光敏元件。檢測從波長 很短的X射線到波上很長的紫外線的光敏元件主要是燒結GdS多 晶；如果在GdS中添加Cu雜質，可以用作檢測可見光的光敏元件 超導陶瓷

1986年超導陶瓷的出現，使超導體的臨界溫度Tc有了很大提高。出現了高溫超導體。超導陶瓷主要有：

1。鑭系高溫超導陶瓷：以La2CuO3為代表；

2。釔系高溫超導陶瓷：以YBa2Cu2Oy為代表；

3。鉍系高溫超導陶瓷：以Bi-Sr-Cu-O為代表；

4。鉈系高溫超導陶瓷：以Ta-Ba-Ca-Cu-O為代表； 超導陶瓷的應用

在信息領域：用作高速轉換元件、通信元件和連接電路。

在生物醫學領域：用于核磁共振斷層攝像儀、量子干涉儀、粒子線 治療裝置等。

在交通運輸領域：完全抗磁體制造的磁懸浮列車、電磁推進器、飛 機航天飛機發射臺等。

在電子能源領域：用于超導磁體發電、超導輸電、超導儲能等

在宇宙開發、軍事領域：潛艇的無螺旋漿無噪聲電磁推進器、超導 磁炮等。磁性陶瓷

什么是鐵氧體？鐵氧體是鐵和其他金屬的復合氧化物，MO-Fe2O3，M代表一價、二價金屬。鐵氧體屬半導體，電阻率在1-1010Ωm。由 于電阻率高，渦流損失小，介質耗損低，故廣泛用于高頻和微波領域。

磁性陶瓷主要指鐵氧體

鐵氧體;軟磁鐵氧體

硬磁鐵氧體

材料導論 第四章

軟磁鐵氧體

主要有：尖晶石型的Mn-Zn鐵氧體、Ni-Zn鐵氧體、Mg-Zn鐵氧體、Li-Zn鐵氧體和磁鉛石型的甚高頻鐵氧體（Ba3Co2Fe24O41）。軟磁鐵氧體要求起始磁化率高，磁導率溫度系數小，矯頑力小，比 損耗因數小。

軟磁鐵氧體主要用于無線電電子學和電訊工程等弱點技術中，如各 種電感線圈的磁芯、天線磁芯、變壓器磁芯、濾波器磁芯以及錄音 與錄像磁頭等。硬磁鐵氧體

主要有兩類：一類是CoFe2O4-Fe2O3；

另一類是BaO-xFe2O3。

軟磁鐵氧體要求具有較大的矯頑力Hc、較高的剩余磁Br和高的最 大磁積能（BH）max。

硬磁鐵氧體可用作永磁體，用于高頻磁場領域。由于Hc值大，可制成片狀或粉末狀，應用在與橡膠和樹脂混合制成的復合磁鐵上。光學陶瓷

什么是光學陶瓷？能夠透光的陶瓷材料.要求：具有優良的耐熱性、耐風化性、耐膨脹性；除了能透過可見光外，還能夠波長更長或波 長更短的光；光損耗低，能在遠距離進行光傳播；經光的照射，其 性質發生可逆或不可逆變化.陶瓷材料怎樣才能透明

在各向同性晶體構成的多晶體中，晶界不產生散射，但不存在氣孔 等缺陷時，是透明的；在各向異性的晶體中，光從一個晶粒向鄰近的晶粒入射時，由于雙折射現象而產生散射，是不透明的。若要得 到透明多晶體，雙折射必須很小。

制造透明陶瓷的關鍵：消除氣孔和控制晶粒異常長大！消除氣孔和控制晶粒異常長大的常用方法;

1。添加微量或少量的添加劑

2。改變燒結氣氛

3。改變原料

4。采用先進的燒結技術 氧化物透明陶瓷

Al2O3、Gd2O3、CaO、LiAl5O8、MgO、HfO、BeO等 非氧化物透明陶瓷 紅外光學陶瓷

隨著紅外技術的發展，出現了很多新型的材料和器件。這些材料包 括濾光材料、紅外接受材料和紅外探測材料。以往這類材料主要采 用單晶或玻璃，最近已開始使用多晶陶瓷。這樣的陶瓷材料就稱為 紅外光學陶瓷。

氧化釔是一種優良的高溫紅外材料，主要用于紅外導彈的窗口和整 體罩、天線罩、微波基板、絕緣支架、紅外發生器管殼、紅外透鏡 和其他高溫窗口。激光陶瓷

激光陶瓷的實質是具有適當的能級結構，通過激勵，使粒子從低能

材料導論 第四章

級向高能級躍遷。激光晶體通常包括兩部分：組成晶格的稱為基質 晶體，其主要作用是為激活離子提供適當的晶格場；另一部分是發 光中心，即少量的摻雜離子。

幾種典型的激光陶瓷材料：

1。紅寶石激光晶體：α-Al2O3單晶為基質，摻入Cr3＋

2。摻釹的釔鋁石榴石晶體。生物陶瓷

什么是生物陶瓷？用于人體器官替換、修補以及外科矯形的陶瓷材 料。

要求：具有良好的力學性能，在體內難于溶解，不易氧化，不易腐 蝕變質，熱穩定性好，耐磨且有一定的潤滑性，和人體組織的親和 性好，組成范圍寬，易于成形等。生物陶瓷的種類 1。生物惰性陶瓷

該陶瓷的物理、化學性能穩定，在生物體內完全呈惰性狀態 2。生物活性陶瓷

具有優異的生物相容性，能與骨形成結合面，結合強度高，穩定性 好，參與代謝。生物惰性陶瓷

1）氧化鋁陶瓷：傳統的生物陶瓷，穩定性好，純度高。可制成單晶、多晶或多孔材料。

2）氧化鋯陶瓷：生物相容性好，穩定性高，具有更高

的斷裂韌性和更耐磨。

3）碳素類陶瓷：與血液相容性、抗血栓性好，與人體

組織親和性好，耐蝕、耐疲勞、量輕。生物活性陶瓷

1。磷酸鈣陶瓷：具有生物降解性，能被人體吸收。

2。生物活性玻璃陶瓷

3。Na2O-K2O-MgO-CaO-SiO2-P2O5陶瓷

4。BCG人工骨頭 敏感陶瓷

指某些性能隨外界條件（溫度、濕度、氣氛）的變化而發生改變的 陶瓷材料

1。熱敏電阻陶瓷

2。壓敏電阻陶瓷

3。磁敏電阻陶瓷

4。氣敏電阻陶瓷

5。濕敏電阻陶瓷 熱敏電阻陶瓷

電阻隨溫度發生明顯變化的陶瓷材料。

正溫度系數陶瓷（PCT）

負溫度系數陶瓷（PCT）

臨界溫度系數陶瓷（PCT）正溫度系數陶瓷（PCT

電阻隨溫度升高而增加的陶瓷材料。

鈦酸鋇陶瓷或以鈦酸鋇為主晶相的陶瓷

材料導論 第四章

應用：

1.馬達的過熱保護、液面深度測量、溫度控制和報警、非破壞

性保險絲、晶體管過熱保護、溫度電流控制器等。

2。彩色電視機自動消磁、馬達啟動器、自動開關等；

3。等溫發熱件、空調加熱器等 負溫度系數陶瓷（NCT）

電阻隨溫度升高而減小的陶瓷材料。

多為尖晶石型氧化物，有二元和三元等。如：MnO-CuO2-O2;Mn-Co-Ni 等。壓敏電阻陶瓷

電阻值對外加電壓敏感的陶瓷材料。電壓提高，電阻率下降。

壓敏陶瓷有SiC、Si、Ge、ZnO等。以ZnO的性能最優。具有高非線 形、大電流和高能量承受能力。

稀土氧化鐠為主要添加劑的ZnO壓敏陶瓷。

應用：微型馬達電噪聲、彩色顯像管放電吸收、繼電器節點保護、汽車發動機異常輸出功率吸收、電火花、穩壓元件等。磁敏電阻陶瓷

將磁性物理量轉化成電信號的陶瓷材料。

應用：可用來檢測磁場、電流、角度、轉速、相位等。

在汽車工業中：用于無觸點汽車點火開關；

在計算機工業中：用于霍爾鍵盤；

在家用電器和工業上：用于無刷電機和無觸點開關等 氣敏電阻陶瓷

將氣體參量轉化成電信號的陶瓷材料。它能以物理或化學吸附的方 式吸附氣體分子。

氣敏陶瓷有氧化鐵系氣敏陶瓷、氧化鋅系氣敏陶瓷、氧化錫系氣敏 陶瓷等。

應用：可燃氣體和毒氣的檢測、檢漏、報警、監控等。它的 靈敏度高，對被測氣體以外的氣體不敏感。濕敏電阻陶瓷

將濕度信號轉化成電信號的陶瓷材料。

MgCr2O4－TiO2陶瓷

Zn－Cr2O3－Fe2O3陶瓷

應用：用于濕度指示、記錄、預報、控制和自動化等。傳統日用、建筑材料

普通陶瓷

水泥

玻璃

耐火材料 普通陶瓷

1。日用陶瓷

2。普通工業陶瓷

1）建筑陶瓷

2）衛生陶瓷

3）電器絕緣陶瓷 4）化工陶瓷 1。日用陶瓷

一般應具有良好的白度、光澤度、透光性、熱穩定性和強度。

日用陶瓷主要應用于茶具、餐具和工藝品

材料導論 第四章

1）建筑陶瓷

以黏土為主要原料而制得的用于建筑物的陶瓷

粗陶瓷：以難熔黏土為主要原料，包括磚、瓦、盆罐等

精陶瓷：以瓷土和高嶺土為主要原料，包括釉面磚、建筑衛生陶瓷等

炻瓷：以陶土和黏土為主要原料，包括地磚、外墻磚、耐酸陶瓷等 2）衛生陶瓷

以高嶺土為主要原料而制得的用于衛生設施的帶釉陶瓷制品，有陶質、炻瓷質和瓷質等。3）電器絕緣陶瓷

又稱電瓷，是作為隔電、機械支撐及連接用的瓷質絕緣器件。分為低 壓電瓷、高壓電瓷和超高壓電瓷等。4）電器絕緣陶瓷

要求耐酸、耐高溫、具有一定強度。主要用于化學、化工、制藥、食 品等工業。水泥

什么是水泥？水泥是一種加入適量水后，成為塑性漿體的，既能在空 氣中硬化，又能在水中硬化的，并能把砂、石等材料牢固地膠結在一 起的水硬性膠凝材料。水泥的種類

硅酸鹽水泥 鋁酸鹽水泥 硫鋁酸鹽水泥 氟鋁酸鹽水泥

火山灰水泥

材料導論 第四章

硅酸鹽水泥的主要礦物成分

硅酸三鈣 3CaO·SiO2，C3S

硅酸二鈣 2CaO·SiO2，C2S

鋁酸三鈣 3CaO·Al2O3，C3A

鐵鋁酸四鈣 4CaO·Al2O3·Fe2O3，C4AF 硅酸鹽水泥的主要礦物成分對水泥性能的影響

提高C3S可以提高水泥的強度，得到高強水泥

提高C3A，C3S，可以得到快硬水泥

降低C3A和C3S，提高C2S，可以得到中低熱水泥

提高C4AF，降C3A，可以得到道路水泥 衡量水泥性質和質量的指標

密度

容重

細度

需水性

凝結時間

安定性

強度

標號

水化熱 玻璃

什么是玻璃？凡熔融體通過一定方式冷卻，因黏度逐漸增加而具有 固體性質與一定結構特征的非晶態物質，都稱為玻璃。玻璃的種類

鈉鈣玻璃

鋼化玻璃

磨光玻璃

鉛玻璃

微晶玻璃

磨砂玻璃

硼硅酸鹽玻璃

彩色玻璃

壓花玻璃

石英玻璃

變色玻璃

夾層玻璃 玻璃的性質

力學性質;理論強度高，實際強度低。抗壓強度高，抗拉強度低。硬度高，脆性大。

物理性質;高度透明，具有很重要的光學性質。能透可見光和紅外 線。

化學性質;

化學性質穩定。抗酸腐蝕，但不抗堿。玻璃的生產方法

壓制成形

拉制成形

吹制成形

加工纖維 耐火材料

什么是耐火材料？耐火度不低于1580度的材料。廣泛應用于冶金、硅酸鹽、化工、機械等領域的窯爐以及高溫容器的耐高溫材料。常見的耐火材料

耐火磚;黏土磚

輕質磚

半硅磚

高鋁磚

鎂磚

碳磚

耐火纖維

耐火混凝土 耐火材料的性能指標

耐火度;材料在高溫下不熔化的性質。

荷重軟化溫度;指耐火材料在溫度和荷重的作用下抵抗變形的能力。

高溫體積穩定性

;

在高溫下外形體積及線度保持穩定的能力。

抗熱震性;在高溫下，溫度急劇變化不破壞的能力。

抗渣性;抵抗熔渣或熔融液侵蝕的能力。

耐真空性;在真空和高溫下服役的能力。