作者：李玉平 高朋召编出版社:：化学工业出版社出版日期：2011年8月1日丛书名： 普通高等教育“十一五”国家级规划教材装帧：平装页数： 227页正文语种： 简体中文开本:：16版次：第1版ISBN： 9787122118752条形码:：9787122118752 普通高等教育“十一五”国家级规划教材无机非金属材料工学李玉平高朋召编《无机非金属材料工学》的突出特点是将无机非金属材料的制备过程当成一个整体，以其制造工艺过程为线索，介绍了这个家族材料的制备过程。全书分为8章，包括无机非金属材料的含义及演化、原料、配方、配合料的制备、成型、干燥、烧成及后加工等，相应的细节问题以实例的方式穿插于各章节中。《无机非金属材料工学》突出重点，彰显特色，将无机非金属材料工学问题置于材料科学与工程领域的宏观角度探讨，适合作为高等学校无机非金属材料的教材，也可供相关专业人士参考。 1 绪论11.1 无机非金属材料的含义及演化11.2 无机非金属材料的分类21.2.1 按化学成分分类21.2.2 按性能（功能）分类21.2.3 按用途分类31.2.4 其他常用分类方法31.2.5 本书推荐的无机非金属材料分类方法41.3 无机非金属材料的发展历程71.3.1 传统陶瓷的发展历程71.3.2 其他无机非金属材料的发展历程及产品类型81.4 无机非金属材料工学的学习方法18思考题与习题192 原料202.1 天然原料202.1.1 黏土类原料212.1.2 高铝原料282.1.3 石英类原料292.1.4 长石类原料312.1.5 钙、镁质原料332.1.6 其他天然原料362.2 人工原料362.2.1 氧化物类原料372.2.2 碳化物类原料382.2.3 氮化物类原料402.2.4 硼化物类原料422.2.5 硅化物442.2.6 辅助材料452.3 工业固体废物462.3.1 采矿废渣462.3.2 黑色金属矿渣462.3.3 有色冶金矿渣472.3.4 化工废渣472.3.5 人工火山灰质混合材（烧页岩、煤矸石、烧黏土和煤渣）482.3.6 其他工业废渣492.4 原料的预处理及评价492.4.1 天然原料的选用原则492.4.2 天然原料的预处理502.4.3 天然原料的评价51思考题与习题573 配方设计与计算583.1 概述583.2 配方表示方法593.2.1 化学成分表示法593.2.2 实验式表示法593.2.3 示性矿物组成表示法603.2.4 率值表示法603.2.5 配料量表示法613.3 配方的设计613.3.1 陶瓷坯料配方设计613.3.2 釉配方设计623.3.3 水泥配方的设计663.3.4 耐火材料的配方设计683.4 配方的计算和换算693.4.1 无机非金属材料各配料表示方法间的相互换算693.4.2 无机非金属材料配方计算示例713.4.3 更换原料时的配方计算753.4.4 泥浆（或釉浆）的调配计算753.5 配方设计新方法793.5.1 灰色理论与均匀设计793.5.2 人工神经网络803.5.3 主成分分析823.5.4 遗传算法823.5.5 计算机编程辅助配方计算83思考题与习题834 配合料的加工处理854.1 概述854.2 配合料的工艺要求854.2.1 陶瓷坯料854.2.2 玻璃配合料的性能要求894.2.3 水泥生料的性能要求904.3 配合料的制备914.3.1 陶瓷坯料制备的工艺流程及相关设备914.3.2 釉料的制备1024.3.3 耐火材料配合料的制备1034.3.4 玻璃配合料的制备1054.3.5 水泥生料的制备106思考题与习题1075 成型1095.1 概述1095.2 陶瓷的成型1105.2.1 陶瓷成型方法的分类与选择1105.2.2 压制成型1115.2.3 可塑成型1145.2.4 注浆成型1195.2.5 坯体的放尺1265.3 玻璃的成型1285.3.1 玻璃成型原理1285.3.2 玻璃成型方法1295.4 混凝土的浇注与密实成型1365.4.1 混凝土成型工艺1375.4.2 浇注设备1395.4.3 混凝土工程施工缝139思考题与习题1406 干燥和排胶1416.1 概述1416.2 干燥理论1426.2.1 物料中的水分类型1426.2.2 干燥方法1436.2.3 坯体的干燥过程1446.2.4 影响干燥速率的因素1456.2.5 坯体干燥制度的确定1486.3 陶瓷坯体的排胶1506.3.1 影响排胶的因素1506.3.2 示例：排胶工艺制度制定1526.3.3 示例：SiC素坯的排胶（PVA）工艺制度及排胶工艺过程1536.4 干燥实例1546.4.1 陶瓷类坯体的干燥1546.4.2 可不用考虑材料形状的干燥案例1566.4.3 几种新型的干燥方法及干燥设备161思考题与习题1657 高温加热过程1667.1 高温加热过程概述1687.2 配合料在加热过程中的物理化学反应1687.2.1 陶瓷在高温加热过程中的基本情况1697.2.2 釉在高温加热过程中的性状1737.2.3 硅酸盐水泥在高温加热过程中的性状1747.2.4 玻璃高温加热过程中的性状1777.3 高温加热过程中的工作制度1807.3.1 制定高温加热过程中工作制度的依据1807.3.2 确定温度制度的因素1817.3.3 确定气氛制度的因素1827.3.4 压力制度的确定1847.4 高温加热过程中的现代技术1857.4.1 先进陶瓷的烧成1857.4.2 新型干法水泥的制备工艺1887.4.3 玻璃的现代烧成技术——全氧燃烧技术及其他现代烧成技术190思考题与习题1938 后加工与处理1948.1 概述1948.2 冷加工1968.2.1 机械去除加工1968.2.2 物理冷加工2028.2.3 超精密加工2038.3 表面处理及涂层2058.3.1 表面化学加工2058.3.2 表面改性2078.3.3 低温涂层（镀膜）2088.3.4 高温涂层2098.4 热加工2128.4.1 钢化玻璃2128.4.2 微晶玻璃2148.5 连接2168.5.1 金属化2168.5.2 封接2168.6 后加工实例——电瓷的胶装2218.6.1 概述2218.6.2 电瓷的切割2228.6.3 电瓷的研磨2228.6.4 电瓷的胶装223思考题与习题223参考文献225 无机非金属材料是指除金属材料与高分子材料外的其他所有材料。它是一个庞大的材料家族。在这个材料家族中，既有以传统陶瓷为代表的古老材料，也有以功能材料为标志的新型材料。将这个家族所有成员的制备工艺汇编于一本书中，这是一个独特而艰巨的任务。自2001年湖南大学材料科学与工程学院成立以来，从全校相关专业汇聚起来的材料科学与工程专业采取了按大类招生、宽口径培养的方式进行人才培养探索。相应地，也将原来的“陶瓷工艺学”、“玻璃工艺学”、“水泥工艺学”、“碳素工艺学”、“特种陶瓷”等课程整合成了“无机非金属材料制备工艺原理”，作为无机非金属材料专业的专业核心课。本书的编写，就是根据这一教学思路进行的，反映了数十年来这门课程的教学研究过程与教学改革成果。这种宽口径人才培养方式，也得到了无机非金属材料教学指导委员会的认可。该书被批准为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。本书的编写依据教育部高等学校材料科学与工程专业教学指导委员会无机非金属材料专业分委员会编制的《材料科学与工程专业规范》及《无机非金属材料专业规范》，结合了材料学科的相关教学改革成果。其突出特点是将无机非金属材料的制备过程当成一个整体，以其制造工艺过程为线索，介绍了这个家族材料的制备过程。全书分为8章,包括无机非金属材料的含义及演化、原料、配方、配合料的制备、成型、干燥、烧成及后加工等。相应的细节问题则以实例的方式穿插地介绍于各章节中。本书力求突出重点，彰显特色，尝试将无机非金属材料的工学问题置于材料科学与工程领域的宏观角度来探讨。本书由李玉平、高朋召编，研究生庄鹏、王志云、公伟伟等人协助收集了相关材料并绘制了书中的插图。本书编写过程中，得到编者所在单位和同仁们的大力支持和帮助，书中引用了许多文献资料，在此，作者向所有给本书的编写提供帮助的人士深表感谢！由于作者学识浅陋，书中的不妥和遗漏之处，敬请读者不吝指正。 烧成温度是指瓷坯在烧成时获得最优性质相应的温度，即操作时的止火温度。实际上要使全窑稳定在某一温度上是困难的，所以止火温度是指一个允许的温度范围。坯体性质开始达到其技术指标时的温度为其上限值。坯体的烧成温度先是根据坯体的收缩率和气孔率的变化及其烧结情况确定其烧成范围，最后将产品在生产窑中试烧，测定产品的性能后确定。烧成温度的高低与坯体的组成、烧成温度的宽窄、制品的质量要求、升温速度等因素有关。从物理化学变化过程来看，烧成温度取决于坯体内液相和晶相的比例及升温时液相黏度的变化。液相既可填充气孔，使坯体致密，又可促进晶相的生成和发育，使制品具有必要的机械、电气和化学性能。但温度过高，液相量过多，或液相黏度下降很大，则使坯体发生高温变形和形成大气泡，且使莫来石的晶粒粗大，数量减少，瓷的组织结构均匀性破坏，机电性能反而变差。各类产品的配方，细度不同，在同一温度下的液相黏度都不同，因此，各类产品的止火温度也不一样。
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智能无机非金属材料
摘 要 结构材料所处的环境极为复杂，材料损坏引起事故的危险性不断增加，研究与开发对损坏能自行诊断并具有自修复能力的结构材料是十分重要而急迫的任务。本文对智能材料的发展、构思、无机非金属智能材料进行了综述，对智能材料进一步研究进行了展望。
关键词 智能；无机非金属；材料
智能材料是指对环境具有可感知、可响应并具有功能发现能力的新材料。日本高木俊宜教授[1]将信息科学融于材料的物性和功能，于1989年提出了智能材料（Intelligent materials）概念。至此智能材料与结构的研究也开始由航空航天及军事部门[2,3]逐渐扩展到土木工程[4]、医药、体育和日常用品[5,6]等其他领域。
同时，美国的R•E•Newnham教授围绕具有传感和执行功能的材料提出了灵巧材料（Smart materials）概念，又有人称之为机敏材料。他将灵巧材料分为三类：
被动灵巧材料——仅能响应外界变化的材料；
主动灵巧材料——不仅能识别外界的变化，经执行线路能诱发反馈回路，而且响应环境变化的材料；
很灵巧材料——有感知、执行功能，并能响应环境变化，从而改变性能系数的材料。
R•E•Newnham的灵巧材料和高木俊宜的智能材料概念的共同之处是：材料对环境的响应性。
自l989年以来，先是在日本、美国，尔后是西欧，进而世界各国的材料界均开始研究智能材料。科学家们研究将必要的仿生(biominetic)功能引入材料，使材料和系统达到更高的层次，成为具有自检测、自判断、自结论、自指令和执行功能的新材料。智能结构常常把高技术传感器或敏感元件与传统结构材料和功能材料结合在一起，赋予材料崭新的性能，使无生命的材料变得有了“感觉”和“知觉”，能适应环境的变化，不仅能发现问题，而且还能自行解决问题。
由于智能材料和系统的性能可随环境而变化，其应用前景十分广泛[7]。例如飞机的机翼引入智能系统后，能响应空气压力和飞行速度而改变其形状；进入太空的灵巧结构上设置了消震系统，能补偿失重，防止金属疲劳；潜水艇能改变形状，消除湍流，使流动的噪声不易被测出而便于隐蔽；金属智能结构材料能自行检测损伤和抑制裂缝扩展，具有自修复功能，确保了结构物的可靠性；高技术汽车中采用了许多灵巧系统，如空气-燃料氧传感器和压电雨滴传感器等，增加了使用功能。其它还有智能水净化装置可感知而且能除去有害污染物；电致变色灵巧窗可响应气候的变化和人的活动，调节热流和采光；智能卫生间能分析尿样，作出早期诊断；智能药物释放体系能响应血糖浓度，释放胰岛素，维持血糖浓度在正常水平。
国外对智能材料研究与开发的趋势是：把智能性材料发展为智能材料系统与结构。这是当前工程学科发展的国际前沿，将给工程材料与结构的发展带来一场革命。国外的城市基础建设中正构思如何应用智能材料构筑对环境变化能作出灵敏反应的楼层、桥梁和大厦等。这是一个系统综合过程，需将新的特性和功能引入现有的结构中。
美国科学家们正在设计各种方法，试图使桥梁、机翼和其它关键结构具有自己的“神经系统”、“肌肉”和“大脑”，使它们能感觉到即将出现的故障并能自行解决。例如在飞机发生故障之前向飞行员发出警报，或在桥梁出现裂痕时能自动修复。他们的方法之一是，在高性能的复合材料中嵌入细小的光纤材料，由于在复合材料中布满了纵横交错的光纤，它们就能像“神经”那样感受到机翼上受到的不同压力，在极端严重的情况下，光纤会断裂，光传输就会中断，于是发出即将出现事故的警告。
1、 智能材料的构思[8]
一种新的概念往往是各种不同观点、概念的综合。智能材料设计的思路与以下几种因素有关：(1)材料开发的历史，结构材料→功能材料→智能材料。(2)人工智能计算机的影响，也就是生物计算机的未来模式、学习计算机、三维识别计算机对材料提出的新要求。(3)从材料设计的角度考虑智能材料的制造。(4)软件功能引入材料。(5)对材料的期望。(6)能量的传递。(7)材料具有时间轴的观点，如寿命预告功能、自修复功能，甚至自学习、自增殖和自净化功能，因外部刺激时间轴可对应作出积极自变的动态响应，即仿照生物体所具有的功能。例如，智能人工骨不仅与生物体相容性良好，而且能依据生物体骨的生长、治愈状况而分解，最后消失。
1．1 仿生与智能材料
智能材料的性能是组成、结构、形态与环境的函数，它具有环境响应性。生物体的最大特点是对环境的适应，从植物、动物到人类均如此。细胞是生物体的基础，可视为具有传感、处理和执行三种功能的融合材料，因而细胞可作为智能材料的蓝本。
对于从单纯物质到复杂物质的研究，可以通过建立模型实现。模型使复杂的生物材料得解，从而创造出仿生智能材料。例如，高分子材料是人工设计的合成材料，在研究时曾借鉴于天然丝的大分子结构，然后合成出了强度更高的尼龙。目前，已根据模拟信息接受功能蛋白质和执行功能蛋白质，创造出由超微观到宏观的各种层次的智能材料。
1．2 智能材料设计
用现有材料组合，并引入多重功能，特别是软件功能，可以得到智能材料。随着信息科学的迅速发展，自动装置(Automaton)不仅用于机器人和计算机这类人工机械，更可用于能条件反射的生物机械。
此自动装置在输入信号(信息)时，能依据过去的输入信号(信息)产生输出信号(信息)。过去输入的信息则能作为内部状态存贮于系统内。因此，自动装置由输入、内部状态、输出三部分组成。将智能材料与自动装置类比，两者的概念是相似的。
自动装置M可用以下6个参数描绘：
M＝（θ，X，Y，f，g，θ0）
式中θ为内部状态的集；X和Y分别代表输入和输出信息的集；f表示现在的内部状态因输入信息转变为下一时间内部状态的状态转变系数；g是现在的内部状态因输入信息而输出信息的输出系数；θ0为初期状态的集。
为使材料智能化，可控制其内部状态θ、状态转变系数f及输出系数g。例如对于陶瓷，其θ、f、g的关系，即是材料结构、组成与功能性的关系。设计材料时应考虑这些参数。若使陶瓷的功能提高至智能化，需要控制f和g。
一般陶瓷是微小晶粒聚集成的多晶体，常通过添加微量第二组分控制其特性。此第二组分的本体和微晶粒界两者的性能均影响所得材料特性。
实际上，第二组分的离子引入系统时，其自由能(G=H-TS)发生变化，为使材料的自由能(G)最小，有必要控制焓(H)，使熵(S)达最适合的数值。而熵与添加物的分布有关，因此陶瓷的功能性控制可通过优化熵来实现。熵由材料本身的焓调控。故为使陶瓷具有高功能进而达到智能化的目的，应使材料处于非平衡态、拟平衡态和亚稳定状态。
对于智能材料而言，材料与信息概念具有同一性。而某一L符号的平均信息量Φ与几率P状态的信息量logP有关，即
此式类同于热力学的熵，但符号相反，故称负熵(negcntropy)。因熵为无序性的量度，负熵则是有序性的量度。
1．3 智能材料的创制方法
基于智能材料具有传感、处理和执行的功能，因而其创制实际上是将此类软件功能（信息）引入材料。这类似于身体的信息处理单元——神经原，可融各种功能于一体（图1（a）），将多种软件功能寓于几纳米到数十纳米厚的不同层次结构（图1（b）），使材料智能化。此时材料的性能不仅与其组成、结构、形态有关，更是环境的函数。智能材料的研究与开发涉及金属系、陶瓷系、高分子系和生物系智能材料和系统。
2、 智能无机非金属材料
智能无机非金属材料很多，在此介绍几种较为典型的智能无机非金属材料。
2．1 智能陶瓷
2．1．1 氧化锆增韧陶瓷
氧化锆晶体一般有三种晶型：
其中t-ZrO2转化为m-ZrO2相变具有马氏体相变的特征，并且相变伴随有3%～5%的体积膨胀。不加稳定剂的ZrO2陶瓷在烧结温度冷却的过程中，就会由于发生相变而严重开裂。解决的办法是添加离子半径比Zr小的Ca、Mg、Y等金属的氧化物。
氧化锆相变可分为烧成冷却过程中相变和使用过程中相变。造成相变的原因，前者是温度诱导，后者是应力诱导。两类相变的结果都可使陶瓷增韧。增韧机制主要有相变增韧、微裂纹增韧、表面增韧、裂纹弯曲和偏转增韧等[9]。
当ZrO2晶粒尺寸比较大而稳定剂含量比较小时，陶瓷中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中发生相变，相变所伴随的体积膨胀在陶瓷内部产生压应力，并在一些区域形成微裂纹。当主裂纹在这样的材料中扩展时，一方面受到上述压应力的作用，裂纹扩展受到阻碍；同时由于原有微裂纹的延伸使主裂纹受阻改向，也吸收了裂纹扩展的能量，提高了材料的强度和韧性。这就是微裂纹增韧。
由于ZrO2相变温度很高，借助温度变化来设计智能材料是不可行的，需要研究应力诱导下的相变增韧，应力诱导下的相变增韧在ZrO2增韧陶瓷中是最主要的一种增韧机制。
材料中的t-ZrO2晶粒在烧成后冷却至室温的过程中仍保持四方相形态，当材料受到外应力的作用时，受应力诱导发生相变，由t相转变为m相。由于ZrO2晶粒相变吸收能量而阻碍裂纹的继续扩展，从而提高了材料的强度和韧性。相转变发生之处的材料组成一般不均匀，因结晶结构的变化，导热和导电率等性能随之而变，这种变化就是材料受到外应力的信号，从而实现了材料的自诊断。
对氧化锆材料压裂而产生裂纹，在300℃热处理50h后，因为t相转变为m相过程中产生的体积膨胀补偿了裂纹空隙，可以再弥合，实现了材料的自修复。
对于材料使用中产生的疲劳强度及膨胀状况等，可通过材料的尺寸、声波传播速度、导热和导电率的变化进行在位观测。
2．1．2灵巧陶瓷
灵巧陶瓷是灵巧材料的一种，它能够感知环境的变化,并通过反馈系统作出相应的反应。用若干多层锆钛酸铅(PZT)可制成录像磁头的自动定位跟踪系统，日本利用PZT压电陶瓷块制成了Pachinko游戏机。
录像磁头的自动定位跟踪系统的原理是：在PZT陶瓷双层悬臂弯曲片上，通过布设的电极将其分为位置感受部分和驱动定位部分。位置感受部分即为传感器，感受电极上所获得的电压通过反馈系统施加到定位电极上，使层片发生弯曲，跟踪录像带上的磁迹，见图2。
Pachinko游戏机也应用了类似的原理。
利用灵巧陶瓷制成的灵巧蒙皮，可以降低飞行器和潜水器高速运动时的噪声，防止发生紊流，以提高运行速度，减少红外辐射达到隐形目的。
根据上述原则，完全有可能获得很灵巧材料。这种材料能够感知环境的多方面变化并能在时间和空间两方面调整材料的一种或多种性能参数，取得最优化响应。因此，传感、执行和反馈是灵巧材料工作的关键功能。
2.1.3压电仿生陶瓷
材料仿生是材料发展的方向之一。日本研究人员正在研究鲸鱼和海豚的尾鳍和飞鸟的鸟翼，希望能研究出象尾鳍和鸟翼那样柔软、能折叠、又很结实的材料。
图3为模拟鱼类泳泡运动的弯曲应力传感器。传感器中两个金属电极之间有一很小的空气室，PZT压电陶瓷起覆盖泳泡肌肉的作用。因空气室的形状类似于新月，故称为“Moonie”复合物。此压电水声器应用特殊形状的电极，通过改变应力方向，使压电应变常数dh增至极大值。当厚的金属电极因声波而承受静水压力时，一部分纵向应力转变为符号相反的径向和切向应力，使压电常数d3l由负值变为正值，它与d33叠加，使dh值增加。这类复合材料的dh•gh值比纯PZT材料的大250倍。
应用PZT纤维复合材料和“Moonie”型复合物设计开发的执行器元件，可以消除因声波造成的稳流。
2．2 智能水泥基材料
在现代社会中，水泥作为基础建筑材料应用极为广泛，使水泥基材料智能化具有良好的应用前景。
智能水泥基材料包括：应力、应变及损伤自检水泥基材料[10～12]；自测温水泥基材料[13]；自动调节环境湿度的水泥基材料[14]；仿生自愈合水泥基材料[15、16]及仿生自生水泥材料[17]等。
水泥基材料中掺加一定形状、尺寸和掺量的短切碳纤维后，材料的电阻变化与其内部结构变化是相对应的。因此，该材料可以监测拉、弯、压等工况及静态和动态载荷作用下材料内部情况。在水泥净浆中0.5%（体积）的碳纤维用做传感器，其灵敏度远远高于一般的电阻应变片。
将一定长度的PAN基短切碳纤维掺入水泥净浆中，材料产生了热电效应。这种材料可以对建筑物内部和周围环境温度的变化实时监测。基于该材料的热电效应，还可能利用太阳能和室内外温差为建筑物供电。如果进一步使该材料具有Seebeck效应的逆效应——Peltier效应，那么就可能制得具有制冷制热材料。
在水泥净浆中掺加多孔材料，利用多孔材料吸湿量与温度的关系，能够使材料具有调湿功能。
一些科学家目前在研制一种能自行愈合的混凝土。设想把大量的空心纤维埋入混凝土中，当混凝土开裂时，事先装有“裂纹修补剂”的空心纤维会裂开，释放出粘结修补剂把裂纹牢牢地粘在一起，防止混凝土断裂。这是一种被动智能材料，即在材科中没有埋入传感器监测裂痕，也没有在材料中埋入电子芯片来“指导”粘接裂开的裂痕。与此原理相同，美国根据动物骨骼的结构和形成机理，尝试仿生水泥基材料的制备。该材料在使用过程中如果发生损伤，多孔有机纤维回释放高聚物愈合损伤。
美国科学家正在研究一种主动智能材料，能使桥梁出现问题时自动加固。他们设计的一种方式是：如果桥梁的某些局部出现问题，桥梁的另一部分就自行加固予以弥补。这一设想在技术上是可行的。随着电脑技术的发展，完全可以制造出极微小的信号传感器和微电子芯片及计算机把这些传感器、微型计算机芯片埋入桥梁材料中。桥梁材料可以用各种神奇的材料构成，例如用形状记忆材料。埋在桥梁材料中的传感器得到某部分材料出现问题的信号，计算机就会发出指令，使事先埋入桥梁材料中的微小液演变成固体而自动加固。
3、结语
目前，智能材料尚处在研究发展阶段，它的发展和社会效应息息相关。飞机失事和重要建筑等结构的损坏，激励着人们对具有自预警、自修复功能的灵巧飞机和材料结构的研究。以材料本身的智能性开发来满足人们对材料、系统和结构的期望，使材料结构能“刚”“柔”结合，以自适应环境的变化。在未来的研究中，应以以下几个方面为重点。
（1）如何利用飞速发展的信息技术成果，将软件功能引入材料、系统和结构中；
（2）进一步加强探索型理论研究及材料复合智能化的机理研究，加速发展智能材料科学；
（3）加强应用基础研究。
出版社: 化学工业出版社作者：谢峻林, 何峰, 顾少轩, 王琦编著版次：第1版出版日期：2011年6月1日装帧：平装页数：368页正文语种: 简体中文开本: 16ISBN: 9787122112606条形码: 9787122112606 《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。 绪论10?1无机非金属材料的定义10?2无机非金属材料在国民经济建设中的作用和地位10?3无机非金属材料工业的进展30?4无机非金属材料国际发展趋势 40?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61?1无机非金属材料的结构特征61?1?1无机非金属材料的结构61?1?2无机非金属材料的结构特征71?2水泥91?2?1硅酸盐水泥91?2?2快硬和特快硬水泥101?2?3抗硫酸盐、中低热及道路水泥121?2?4膨胀和自应力水泥141?2?5油井水泥161?2?6装饰水泥161?3玻璃171?3?1硅酸盐玻璃171?3?2硼酸盐玻璃181?3?3硼硅酸盐玻璃191?3?4铝酸盐玻璃191?3?5铝硅酸盐玻璃191?3?6磷酸盐玻璃191?3?7铝磷酸盐玻璃201?3?8其他氧化物玻璃201?3?9非氧化物玻璃211?4陶瓷231?4?1陶瓷的定义与分类231?4?2陶瓷的组成、结构与性能241?4?3日用陶瓷261?4?4建筑卫生陶瓷271?5混凝土281?5?1混凝土的定义281?5?2混凝土的分类291?6耐火材料291?6?1耐火材料的定义及分类291?6?2硅质耐火材料301?6?3镁质耐火材料311?6?4熔铸耐火材料311?6?5含碳耐火材料311?6?6轻质耐火材料311?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332?1晶体学基础332?1?1晶体的基本性质332?1?2晶体结构与空间点阵342?1?3 晶胞352?1?4晶系和布拉菲格子352?1?5晶面指数和晶向指数362?1?6晶面间距及晶带392?2无机化合物晶体结构392?2?1离子晶体中质点的堆积方式392?2?2典型离子晶体的结构412?2?3共价晶体中原子的堆积与典型共价晶体的结构452?3固溶体462?3?1置换固溶体462?3?2影响形成置换固溶体的因素472?3?3间隙固溶体482?3?4影响形成间隙固溶体的因素482?3?5形成固溶体后对晶体性质的影响492?4硅酸盐晶体结构492?4?1硅酸盐晶体结构类型及其特点492?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653?1非晶态物质653?1?1非晶态物质的种类653?1?2非晶态物质X射线衍射653?1?3玻璃的定义663?2非晶态物质的结构663?2?1织构663?2?2近程结构683?2?3远程结构683?3玻璃的结构因素713?4玻璃的通性723?4?1各向同性733?4?2介稳性733?4?3无固定熔点733?4?4性质变化的连续性和可逆性743?5玻璃的性质743?5?1玻璃熔体的工艺性质743?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854?1液?固转变过程中的晶体成核?生长相变854?1?1晶核形成854?1?2晶体生长884?1?3总结晶速率894?1?4影响结晶速率的因素904?2玻璃的形成与析晶914?2?1玻璃的形成范围914?2?2玻璃形成的热力学条件914?2?3玻璃形成的动力学条件924?2?4玻璃析晶944?3微晶玻璃954?3?1微晶玻璃的成核剂954?3?2微晶玻璃的结晶化热处理954?3?3微晶玻璃的结构及其与性能的关系974?4玻璃的分相984?4?1玻璃分相的定义994?4?2玻璃分相的实质994?4?3玻璃分相机理994?4?4分相产物的显微结构1024?5玻璃的着色1034?5?1概述1034?5?2玻璃着色剂及其着色机理1034?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1125?1从熔体制备单晶材料1125?1?1提拉法1135?1?2坩埚下降法1135?1?3区熔法1145?1?4液相外延1145?2从熔体制备非晶材料1155?2?1玻璃的熔制1155?2?2非晶材料的获得1175?2?3常见氧化物玻璃制品的成形工艺1185?3溶液法制备材料1225?3?1低温溶液法1225?3?2高温溶液法1235?3?3水热法（高温水解法） 1255?3?4沉淀法 1275?3?5溶剂蒸发法1315?4溶胶?凝胶法1325?4?1概述1325?4?2溶胶?凝胶法制备材料过程1325?4?3粉末的制备1345?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1376?1固相反应法制备粉末1376?2特种陶瓷的烧结1386?2?1陶瓷烧结方法的分类1386?2?2热压烧结1396?2?3其他烧结方法 1396?3水泥熟料的烧成1406?3?1水泥熟料的形成1406?3?2水泥熟料煅烧方法1416?4其他材料制备方法1426?4?1固相外延1426?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1457?1物理气相沉积1457?1?1真空蒸发镀膜1457?1?2溅射镀膜1477?1?3离子镀膜1507?1?4分子束外延1507?2化学气相沉积1527?2?1CVD的化学反应类型1537?2?2CVD的分类1547?2?3CVD的特点1547?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1568?1无机非金属材料生产过程的共性1568?1?1原料1568?1?2粉料的制备1578?1?3原料的均化1578?1?4高温热处理1588?1?5成形1598?1?6干燥1608?2无机非金属材料生产过程的个性1618?2?1胶凝材料类1618?2?2玻璃、玻璃纤维、铸石、人工晶体类1628?2?3陶瓷、砖瓦、耐火材料类1628?3无机非金属材料的几种典型生产工艺流程1638?3?1水泥生产工艺流程1638?3?2玻璃生产工艺流程1638?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 1679?1原料的选择与预处理1679?2原料的种类和性质1679?2?1硅质原料1679?2?2黏土类原料1689?2?3钙质原料1739?2?4长石类原料1749?2?5其他原料1749?3粉末原料的制备1769?3?1氮化物粉末的制备1769?3?2碳化合物粉末的制备1779?3?3硼化物粉末的制备1789?3?4氧化铝粉末的制备1789?4水泥原料1799?4?1石灰质原料1809?4?2黏土质原料1819?4?3校正原料1839?4?4辅助原料1839?5玻璃原料1839?5?1主要原料1849?5?2辅助原料1879?5?3碎玻璃1899?6陶瓷原料1899?6?1黏土类可塑性原料1899?6?2石英类非可塑性原料1919?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19510?1硅酸盐水泥的组成设计19510?1?1硅酸盐水泥对矿物组成的选择19510?1?2硅酸盐水泥的组成设计19510?1?3熟料中的矿物及其作用19610?2配料计算19710?2?1熟料的率值19710?2?2熟料矿物组成的计算19910?2?3熟料真实矿物组成与计算矿物组成的差异20110?2?4配料计算20110?3配合料（生料）的制备20610?3?1破碎20610?3?2粉磨20710?4硅酸盐水泥熟料的煅烧21010?4?1煅烧过程中的物理化学变化21010?4?2回转窑内熟料的煅烧21910?4?3新型干法水泥生产技术22210?4?4水泥熟料的冷却22910?5水泥制成23010?5?1熟料的储存23010?5?2水泥组成材料及其作用23010?5?3水泥制成231[思考题]234[参考文献]234第11章混凝土23511?1混凝土的组成材料23511?1?1集料23511?1?2胶凝材料——水泥23711?1?3水23711?1?4外加剂23711?2混凝土的配合比设计23711?2?1混凝土配合比设计基本要求23711?2?2混凝土配合比设计计算步骤23811?3混凝土结构与性能24011?3?1混凝土结构24011?3?2混凝土拌和物性能24211?3?3硬化混凝土的性能24411?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25212?1配合料及配合料制备25212?1?1配合料制备25212?1?2玻璃组成的设计和配合料计算25212?1?3与配料计算相关的参数25312?1?4配料计算25412?1?5原料的称量25712?1?6原料的混合25812?1?7配合料REDOX控制25812?2玻璃熔制25812?2?1配合料的熔化25812?2?2玻璃熔制工艺制度26312?2?3浮法玻璃熔窑26612?3浮法玻璃成形及锡槽26912?3?1浮法玻璃成形过程及其对锡槽的要求26912?3?2浮法玻璃成形原理27212?4浮法玻璃的退火27412?4?1概述27412?4?2退火工艺制度的计算27512?4?3钢壳体的退火窑结构27712?5玻璃的缺陷28012?5?1气泡28012?5?2结石（结晶夹杂物）28112?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28313?1烧结法微晶玻璃的制备工艺28313?1?1烧结法工艺的特点28313?1?2玻璃颗粒的烧结28313?2微晶玻璃的生产过程28313?2?1概述28413?2?2原料制备28413?2?3玻璃的熔制28513?2?4玻璃颗粒的储存、烘干与筛分28613?2?5晶化28713?2?6微晶玻璃的切、磨、抛工艺28813?3微晶玻璃的缺陷及质量控制28913?3?1烧结法微晶玻璃的缺陷与控制28913?3?2色斑29213?3?3色差292[思考题]294[参考文献]294第14章陶瓷生产工艺29514?1概述29514?2陶瓷坯料及制备29614?2?1确定坯料配方的原则29614?2?2坯体组成的表示方法29614?2?3配料计算29714?2?4坯料制备29914?2?5坯料性能的调整途径30414?3陶瓷成型30514?3?1陶瓷的成型方法分类及特点30514?3?2干法成型主要方法30714?3?3塑性成型主要方法30714?3?4浆料成型主要方法30814?4釉料及色料30814?4?1釉的作用及分类30814?4?2釉层的性质30914?4?3坯釉适应性31114?4?4釉料的组成与配料计算31114?4?5釉料配制原则31414?4?6釉料制备31514?4?7施釉31614?4?8陶瓷色釉料31614?5普通陶瓷的烧成31914?5?1坯、釉在烧成过程中的物理化学变化31914?5?2烧成制度的制定32114?5?3烧成设备32214?5?4 烧成方式的选择32514?6陶瓷产品的缺陷分析32614?6?1陶瓷缺陷的分类32614?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33015?1基本概念33015?1?1纳米材料的分类33015?1?2纳米材料的基本效应33015?2零维纳米材料33315?2?1基本概念33315?2?2纳米粒子的制备方法33315?3一维纳米材料34115?3?1基本概念34115?3?2碳纳米管34315?4二维纳米材料35015?4?1基本概念35015?4?2纳米薄膜的分类35115?4?3纳米薄膜的制备方法35115?4?4纳米薄膜的性能35215?4?5纳米薄膜的应用35315?5三维纳米材料35515?5?1基本概念35515?5?2纳米玻璃35615?5?3纳米陶瓷36015?5?4纳米复合材料364[思考题]368[参考文献]368 在科技高速发展及我国人才强国战略背景下，材料专业教育迅速发展，2001年材料类专业成为我国高教理工科排名前10名的专业。2009年全国无机非金属材料工程专业本科招生点达到89个，材料科学与工程专业本科招生点达到131个。与此同时，材料学科也在迅速发展，专业内涵不断丰富。为适应新形势，培养高水平材料工程技术人才，各高校积极开展课程体系改革与研究，取得了许多成果。本教材是在聆听了诸多教师心得，参考了诸多图书，翻阅了大量资料，特别是吸纳了武汉理工大学材料科学与工程学院十多年的教学改革研究的实践成果之后而完成，因此它凝聚了除编者之外更多人的心血与汗水。《无机非金属材料工学》是无机非金属材料专业学生的核心专业课程，是材料科学与工程专业学生的选修课。应在学习完材料科学基础、材料工程基础两门课程之后，而学习无机非金属材料热工设备课程之前开设。它与材料科学基础、材料工程基础、无机非金属材料热工设备等课程之间有着密切的联系。它是对已学材料基础理论的应用，是对材料制备原理与工艺的系统描述，是今后学习热工设备类课程的基础。本《无机非金属材料工学》教材立足无机非金属材料二级学科专业，面向材料科学与工程一级学科专业，构建适合工程人才培养的无机非金属材料工学课程体系。适宜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学习用书。本教材在吸纳了武汉理工大学林宗寿教授主编的《无机非金属材料工学》第二版部分精髓的同时，结合全国高校材料专业教学需求，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依据，以整合无机非金属材料共性理论知识为特色，以原理—工艺—性能为主线，组织教学内容，同时结合新材料发展现状，对新材料、新理论、新工艺进行适度介绍。教材内容包括无机非金属材料共性基础理论知识，材料制备方法与原理，玻璃、陶瓷、水泥、混凝土等传统材料制备工艺，粉末、薄膜等低维材料的制备知识。通过该课程的学习，可使学生掌握无机非金属材料的制备原理和生产过程，工艺流程的共性和特点，使学生对无机非金属材料的性能、生产过程和应用有较全面的了解，同时对新材料、新工艺、新方法建立起基本概念。本教材分为3篇15章：第1篇无机非金属材料基础理论，简明扼要地介绍了无机非金属材料组成?结构特征，晶态结构、非晶态及玻璃态结构，微观结构的演化等无机非金属材料共性基础理论；第2篇无机非金属材料制备方法及原理，系统介绍了基于液相?固相转变、基于固相?固相转变、基于气相?固相转变的材料制备方法及原理，重要内容包括晶体材料、粉末材料、薄膜材料、块状材料的制备，对玻璃、水泥熟料、陶瓷进行了制备原理及质量控制。
出版社：武汉理工大学出版社作者：林宗寿 主编 出版日期：2008年8月ISBN：756292743页数：459页装帧：平装开本：16版次：3丛书名: 普通高等学校材料科学与工程类专业新编系列教材 《无机非金属材料工学(第3版)》着重介绍其生产和制造过程中的共性规律，以单元操作为重点，系统介绍了无机非金属材料的生产过程、性能及其应用。书中尽量反映了新工艺、新技术和新产品研究方面的进展，内容全面、概念清晰、系统性强、图表丰富、文字简练。《无机非金属材料工学》可作为高等学校材料学专业的本科生教学用书，也可供科研、设计、生产等单位的科技人员参考。 绪论 第一篇 生产过程原理与设务1 概述1.1 无机非金属材料生产过程的共性与个性1.1.1 无机非金属材料生产过程的共性与共性1.1.2 无机非金属材料生产过程的共性与个性1.2 无机非金属材料的几种典型生产工艺流程1.2.1 水泥生产工艺流程1.2.2 玻璃生产工艺流程1.2.3 陶瓷生产工艺流程思考题2 原料与燃料2.1 钙质原料2.1.1 钙质原料的种类和性质2.1.2 钙质原料在生产中的作用及其品质要求2.1.3 钙质工业废渣2.2 粘土类原料2.2.1 粘土的成因与分类2.2.2 粘土的组成2.2.3 粘土的工艺性质2.2.4 粘土质工业废渣2.3 石英类原料2.3.1 石英类原料的种类和性质2.3.2 石英的晶型转化（Crystalline Modification）2.4 长石类原料2.4.1 长石的种类和性质2.4.2 长石在陶瓷和玻璃工业中的作用2.4.3 长石的代用原料2.5 其他原料2.5.1 高铝质原料2.5.2 镁质原料2.5.3 铁质原料2.5.4 Na2O质原料2.5.5 含硼原料2.5.6 辅助性原料2.6 燃料2.6.1 燃料的种类2.6.2 燃料组成及其换算2.6.3 发热量与标准燃料2.6.4 清洁燃料（洁净燃料）思考题3 粉粒体制备3.1 粉碎概论3.1.1 粉碎的定义与分类3.1.2 物料的硬度、脆性与强度3.1.3 易碎性与易磨性3.1.4 粉碎的施力方式3.1.5 粉碎比3.2 破碎3.2.1 破碎机械分类与适用性3.2.2 颚式破碎机3.2.3 圆锥破碎机3.2.4 锤式破碎机3.2.5 反击式破碎机3.2.6 辊式破碎机3.3 粉磨3.3.1 粉磨机械3.3.2 球磨机3.3.3 辊式磨3.3.4 振动磨3.4 分级3.4.1 分级的定义与分类3.4.2 分级机性能评价3.4.3 筛分分级3.4.4 流体分级3.5 粉体的合成制备方法3.5.1 气相合成法3.5.2 固相合成法3.5.3 液相合成法思考题4 物料输送及混合4.1 气力输送4.1.1 气力输送装置的类型4.1.2 气力输送装置的主要部件4.1.3 空气输送斜槽4.2 连续输送机械4.2.1 肢带输送机（Belt Conveyor）4.2.2 螺旋输送机（Screw ConveyoR）4.2.3 斗式提升机（Bucket ElevatoR）4.2.4 埋刮板输送机（ContinUOUS Conveyor）4.2.5 振动输送机（vibrating Conveyor）4.3 供料4.4 混合4.4.1 混合度4.4.2 混合机类型4.4.3 混合机理4.4.4 影响混合的因素思考题5 熔化和相变5.1 熔化5.1.1 概述5.1.2 熔化设备——熔窑5.1.3 玻璃池窑中的热传递与玻璃液流动5.2 熔体和玻璃体的相变5.2.1 熔体和玻璃体的成核与晶体生长过程5.2.2 微晶玻璃5.2.3 熔铸耐火材料的晶化5.2.4 玻璃的分相5.2.5 结晶窑思考题6 成型6.1 概述6.2 流变学基本知识6.2.1 三种基本变形及三种理想体的流变模型6.2.2 胀流性液体与假塑性液体6.2.3 流变模型与本构方程6.2.4 流动曲线、应力曲线和应变曲线6.2.5 徐变曲线和松弛曲线6.2.6 触变性与反触变性6.3 浆料的成型6.3.1 混凝土浆体的密实成型6.3.2 陶瓷注浆成型6.4 玻璃熔体的成型与退火6.4.1 玻璃的主要成型性质6.4.2 成型制度的制定6.4.3 吹制成型（BlowProcess）6.4.4 拉制成型（DrawingProcess）6.4.5 浮法生产平板玻璃6.5 可塑成型6.5.1 可塑泥料的流变特性6.5.2 挤压成型6.5.3 旋坯成型6.5.4 滚压成型6.5.5 塑压成型6.6 粉料压制成型6.6.1 压制成型工艺原理6.6.2 压制成型对粉料的要求6.6.3 压制设备6.7 粒化6.7.1 转动粒化6.7.2 喷雾干燥造粒思考题7 脱水与干燥7.1 物料的去湿方法7.2 干燥的物理过程7.2.1 物料与水分的结合方式7.2.2 物料与结合水分的平衡关系7.2.3 物料干燥过程7.2.4 干燥收缩及制品变形7.3 脱水设备7.3.1 浓缩7.3.2 过滤7.4 干燥设备7.4.1 干燥器的分类7.4.2 干燥器的选择7.4.3 干燥器7.4.4 干燥技术的新发展思考题8 煅烧与烧成8.1 概述第二篇 主要品种工艺原理与性能9 气硬性无机胶凝材料10 水泥11 混凝土12 玻璃13 陶瓷14 耐火材料15 人工晶体第三篇 环境保护16 大气污染及其防治17 废水污染及其处理18 噪声及其防治附录1 我国陶瓷工业常用粘土的化学组成附录2 利用煤的工业分析结果进行发热量计算的方法附录3 国际原子量表参考文献 为适应教育部面向21世纪材料类专业课程体系改革要求，加强学生的基础理论知识，调整知识结构，拓宽知识面，提高社会适应能力，培养高质量的智能型、复合型人才，在原国家建材局人事教育司、无机非金属材料教学指导委员会和武汉工业大学出版社的大力支持下，由林宗寿任主编，李凝芳、赵修建、刘顺妮任副主编，1999年编写出版了《无机非金属材料工学》教材。该教材是以无机非金属材料二级学科为专业方向，促进传统的三级学科间的联系、交叉和专业知识的相互利用。通过该课程的学习，使学生掌握无机非金属材料的制备原理和生产过程，工艺流程的共性和特点，并对无机非金属材料的性能、生产过程和应用有较全面的了解。由于《无机非金属材料工学》这本教材在编写前，尚无类似的教材，属于第一次编写，必然存在一些不足之处，再加上许多国家标准的修改以及工艺的进步，设备的更新换代，因此，需要对该教材进行改编。为此，重新组织了由林宗寿任主编，赵修建、吴建锋、叶菁任副主编的教材改编小组，对该教材进行修改，形成了《无机非金属材料工学》第2版，于2006年8月出版。经两年多的教学实践，编写小组认为有必要再次进行修改，故产生了第3版《无机非金属材料工学》。本版《无机非金属材料工学》共分为三篇：第一篇生产过程原理与设备；第二篇主要品种工艺原理与性能；第三篇环境保护。简明扼要地介绍了无机非金属材料各主要操作单元的原理及设备，无机非金属材料主要品种：水泥、玻璃、陶瓷、混凝土、耐火材料、气硬性胶凝材料、人工晶体的基本概念、生产工艺、产品性能以及无机非金属材料工业的环境保护。该书密切联系当前工厂生产实际和技术发展水平，尽量反映新工艺、新技术、新产品。该书编写分工如下：林宗寿编写绪论、第1章、第2章、第8章的第8.1节和第8.2节、第10章、第16章、第17章和第18章；叶菁编写第3章、第7章；崔亚伟编写第4章；韩建军编写第5章、第12章的第12.1节；徐晓虹编写第6章、第8章的第8.3节、第14章；吴建锋编写第13章；万惠文编写第9章、第11章；刘启明和陶海征共同编写第12章的第12.2节；刘启明编写第12章的12.3节；王忠编写第15章。赵修建负责第5章、第12章的统稿；叶菁负责第3章、第7章的统稿；吴建锋负责第6章、第8章的第8.3节、第13章、第14章的统稿；其余章节由林宗寿统稿，全书内容取舍及章节编排由林宗寿负责。本教材第一版由原武汉工业大学曹文聪、中国工程院院士吴中伟分别主审，在改编第2版时得到武汉理工大学谢俊林、刘书君、周立秋、何峰、伍洪标、陈元魁、邢伟宏等领导和同仁们的大力支持，在此表示衷心的感谢。特别是对第1版副主编李凝芳、刘顺妮两位教授的开创性工作表示敬意。对武汉理工大学出版社田道全、徐秋林为提高本教材的质量付出的艰辛劳动，致以诚挚的谢意。由于本教材内容广泛，编者水平所限，不完善之处在所难免，希望同行和读者批评指正，以便再版时修改。
无机非金属材料的论文最好写实验方面的
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