《无机非金属材料工学》复习精要

无机非金属材料工学 武汉理工版

水泥是指加入适量水后可成塑性浆体，既能在空气中硬化又能在水中硬化，并能够将砂石等材料牢固地胶结在一起的细粉状水硬性材料。

硅酸盐水泥熟料主要由CaO、SiO2、A12O3和Fe2O3四种氧化物组成主要有以下四种矿物：①硅酸三钙3CaO·SiO2，可简写为C3S；②硅酸二钙2CaO·SiO2，可简写为C2S；③铝酸三钙3CaO·A12O3，可简写为C3S；④铁相固溶体，通常以铁铝酸四钙4CaO·A12O3·Fe2O3为代表式，可简写为C4AF。

玻璃(glass)是呈现玻璃转变现象的非晶态固体，是凝固的过冷液体，保持了高温熔体的结构。其结构特点是近程有序、远程无序。

普通陶瓷，是以黏土类及其他天然矿物原料（如长石、石英、滑石等）经过粉碎加工、成型、煅烧等工艺过程制成的制品，是一种多晶、多相（晶相、玻璃相和气相）的硅酸盐材料。

陶瓷，通常是普通陶瓷和特种陶瓷的总称。

陶瓷强度的控制和脆性的改善：

陶瓷材料的实际强度为理论强度的1/10~1/100。这是因为多晶的陶瓷材料结构中实际上存在多种缺陷，这些缺陷强烈影响着材料的断裂性能与强度值。因此，提高陶瓷强度的关键即是控制其裂纹和位错。

陶瓷材料的另一个强度特征是室温下具有脆性，表现为在外加应力作用下会突然断裂。其抗冲击强度低，承受温度剧变能力差。这是因为组成陶瓷材料的化合物往往是离子键和共价键的键性，这些化学键的原子不像金属键键合的原子那样排列紧密，而是有许多空隙，难以引起位错移动。从陶瓷的显微结构来说，其多晶体的晶界也会阻碍位移的通过，聚集的位移应力会导致裂纹的形成，并在超过一定的临界值后突然扩展。另外，组成陶瓷材料的晶体和玻璃相也多是脆性的。提高材料的常温强度不但要降低其总气孔率，而且要控制好气孔的大小、形状和分布，还要控制晶粒的大小、数量和形状。脆性是与强度密切相关但又不相同的性质，它是强度与塑性的综合反映。提高强度并不会明显改善脆性，但降低脆性（即增韧）对提高强度有利。增韧的方法一般有表面补强（例如陶瓷表面的施釉、表面离子交换）、复合增韧（例如金属与陶瓷的复合、纤维与陶瓷的复合）和相变增韧（如ZrO2的增韧作用）。

一个离子周围异号离子的数目称为离子的配位数，离子的配位数的大小取决于离子填充什么样的空隙。究竟多大的离子可以填充于四面体空隙，多大的球可以填充于八面体空隙，这取决于离子间的相对大小。

二元离子晶体，可归纳为六种基本结构类型：CsCl型、NaCl型、立方ZnS型、六方ZnS型、萤石(CaF2)型和金红石(TiO2)型。对于三元离子晶体，可归纳为三种基本结构类型：ABO3(钙钛矿型）、ABO4(白钨矿型）、AB2O4(尖晶石型）。

将外来组元引入晶体结构，占据主晶相质点位置一部分或位于晶格间隙位置，仍保持一个晶相，这种晶体称为固溶体。

固溶体也称为固体溶液，主晶相为溶剂，外来组元为溶质。根据外来组元在主晶相中所处位置，可分为置换固溶体和间隙固溶体，按外来组元在主晶相中的固溶度，可分为无限型(连续型)固溶体和有限型(不连续型)固溶体。

形成固溶体后对晶体性质的影响

①稳定晶格，阻止某些晶型转变的发生。

②活化晶格。形成固溶体后，晶格结构有一定畸变，处于高能量的活化状态，有利于进行化学反应。

③固溶强化。固溶体的强度与硬度往往高于各组元，而塑性则较低，这种现象称为固溶强化。强化的程度（或效果）不仅取决于它的成分，还取决于固溶体的类型、结构特点、固