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当前位置:首页 > 建筑/环境 > 工程监理 > 2.2-晶态与非晶态材料
2.2晶态与非晶态材料2.2.1晶态材料和非晶态材料的异同本质区别:晶态材料具有长程有序的点阵结构,其组成原子或基元处于一定格式空间排列的状态;非晶态材料则象液体那样,只有在几个原子间距量级的短程范围内具有原子有序的状态。(短程有序)含义晶体广泛存在,并可以用各种偏离理想晶体的缺陷使其具有一定的性质,晶体材料是固体材料的核心。非晶态材料指非结晶状态的材料,一般指以非晶态半导体和非晶体金属为主的普通低分子的非晶态固体材料,广义地,还包括玻璃、陶瓷以及非晶态聚合物。相同点都是真实的固体:其内部的原子都处于完全确定的平衡位置附近,并围绕平衡位置坐振动。都具有固体的基本属性:宏观表现为连续刚体,不流动有确定的形状,体积不变动。具有弹性硬度:可反抗切应力。2.2.2水泥和玻璃水泥、玻璃和陶瓷都属于传统的无极非金属材料。它们都是以硅酸盐为主要成分的材料,也包括一些生产工艺相近的非硅酸盐材料。由于化学结构的原因,它们大多具有耐压强度高、硬度大、耐高温、抗腐蚀等特点。硅酸盐工业简介以含硅物质为原料,经加工制得硅酸盐产品的工业称为硅酸盐工业。如制造玻璃、陶瓷、水泥等产品的工业都属硅酸盐工业。硅酸盐工业的特点:(1)原料:(2)反应条件:(3)反应原理:(4)生成物:含硅的物质、碳酸盐等。高温。复杂的物理、化学变化。硅酸盐。大规模集成电路太阳能电池玛瑙硅酸盐种类很多,结构也很复杂,通常可用二氧化硅和金属氧化物的形式来表示其组成。硅酸钠:Na2SiO3可以写成Na2O·SiO2高岭石:Al2(Si2O5)(OH)4钙长石:CaAl2SiO6Al2O3·2SiO2·2H2OCaO·Al2O3·SiO2K2Al2Si6O16正长石:K2O·Al2O3·6SiO2水泥硅酸盐水泥兴起于19世纪。它已经成为现在最为重要的一种建筑材料。它的化学成分复杂,但主要的胶结成分是水化硅酸钙。普通硅酸盐水泥强度高、能抗硫酸盐腐蚀、水化热,也可用于制备砂浆。为了建筑需要,水泥可做成白色、黑色或其他各种颜色。水泥的优点水泥的优点水泥的优点水硬性与钢筋粘结性好耐久性工艺简单可塑性低成本多样性水泥的种类(按用途分)通用水泥硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥复合水泥专用水泥砌筑水泥油井水泥特性水泥快硬水泥膨胀水泥抗硫酸盐水泥中热水泥水泥的种类(按化学成分)•用于一般工程硅酸盐水泥•特点是快硬、早强•主要用于紧急抢修工程、早强工程、冬季施工、抗蚀、抗冻等工程铝酸盐水泥•特点是早强、膨胀•适用于抢修工程、锚固和地下工程等硫酸盐水泥以粘土和石灰石为主要原料,经研磨、混合后在水泥回转窑中煅烧,再加入适量石膏,并研成细粉就得到普通水泥。水泥的生产硅酸盐水泥的主要矿物组成包括◦硅酸三钙◦硅酸二钙◦铝酸三钙◦铁铝酸四钙回转窑炉中国在1889年于唐山建立了第一座水泥厂。1906年在唐山成立启新洋灰股份有限公司。1949年的水泥产量为660千吨,到1984年已达120万吨,水泥的品种也从单一的硅酸盐水泥发展到60多个品种。水泥的水化机理水化产物◦水化硅酸钙(70%)◦氢氧化钙(20%)◦水化铝酸钙◦水化铁酸钙◦水化硫铝酸钙水化程度与水泥石组成凝结与硬化凝结:水泥加水拌和形成具有一定流动性和可塑性的浆体,经过自身的物理化学变化逐渐变稠失去可塑性的过程。硬化:失去可塑性的浆体随着时间的增长产生明显的强度,并逐渐发展成为坚硬的水泥石的过程。凝结硬化过程初始反应期•初始的溶解和水化,•约持续5~10分钟潜伏期•流动性可塑性好凝胶体膜层围绕水泥颗粒成长•持续1小时凝结期•凝胶膜破裂、长大并连接、水泥颗粒进一步水化,持续6小时•多孔的空间网络-凝聚结构,失去可塑性硬化期•凝胶体填充毛细管,持续6小时以上至若干年硬化石状体密实空间网影响水泥凝结硬化的主要因素硅酸盐水泥的特点和应用强度高:适用于高强混凝土和预应力钢筋混凝土工程。硬化快:适用于要求凝结快、早强高的工程,冬季施工,预制、现浇等工程。抗冻性好:适用于冬季施工及严寒地区遭受反复冻融的工程。耐蚀性差:不适用于与淡水及海水等腐蚀性介质接触的工程。水泥砂浆、混凝土、钢筋混凝土水泥砂浆:水泥、沙子和水的混合物,是建筑用粘合剂,可把砖、石等粘结起来。混凝土:水泥、沙子和碎石的混合物。混凝土常用钢筋做结构,即钢筋混凝土结构。钢筋混凝土的强度大,常用来建造高楼大厦、桥梁等高大的建筑物。特种水泥快硬水泥,低热和水泥中热水泥,抗硫酸盐水泥油井水泥,膨胀水泥,耐火水泥,白色水泥,彩色水泥,防辐射水泥,防藻水泥,抗菌水泥等。玻璃玻璃的定义及分类–定义•广义包括:无机玻璃和有机玻璃两大类。•这里玻璃指无机玻璃。•定义:介于晶态和液态之间的一种特殊状态,由熔融体过冷而得,其内能和构形熵高于相应的晶态,其结构为短程有序和长程无序。–组成及分类◦元素玻璃◦玻璃卤化物玻璃◦氧化物玻璃:工业生产的商品玻璃的主要品种。◦硫系玻璃等玻璃的命名•由两种以上玻璃形成体氧化物组成的玻璃,以其含量多少来命名。◦举例:在SiO2,B2O3,Al2O3作玻璃形成体构成的玻璃中,如果氧化物含量SiO2B2O3Al2O3叫做铝硼硅酸盐。普通玻璃的结构普通玻璃组成含有Na2O(12%~16%),CaO(6%~12%),SiO2(66%~75%),还有少量Al2O3,MgO等氧化物,属钠钙系玻璃。玻璃的熔制玻璃熔炉又叫玻璃熔窑。有两种类型:池窑和坩埚窑。熔制温度为1500~1600℃。由耐火材料制成,规格用面积表示,炉壁寿命3年。◦玻璃熔制过程硅酸盐形成阶段反应在较大程度上是在固态下进行的,这一阶段结束时,配合料变成了由硅酸盐和二氧化硅组成的不透明烧结物。在800℃-900℃完成。玻璃形成阶段继续加热,硅酸盐与剩余二氧化硅相互熔解,烧结物变成了透明体,化学组成和性质不稳定。温度在1200℃-1250℃之间。澄清阶段温度提高,粘度逐渐下降,玻璃液中的可见气泡慢慢跑出,进入炉气,即所谓澄清过程。温度1400℃-1500℃。粘度维持在100P左右。均化阶段玻璃的化学组成和折射率趋向一致的阶段叫均化。温度稍低于澄清阶段。冷却阶段玻璃的质量达到了要求,冷却玻璃液使温度下降200℃~300℃。冷却后温度约为1200℃。粘度增加到可向供料机供料所需数值(1000P)。熔制过程是连续作业,5个阶段在熔炉的不同部位进行。玻璃工业2、原料4、反应原理1、组成5、玻璃态物质6、几种常见的玻璃3、生产设备强化玻璃强化玻璃又叫钢化玻璃。玻璃的强化技术是根据玻璃的抗压强度比抗拉强度高的原理而设计的,采用热处理或离子交换方法,将能抵抗拉应力的压应力层预先置入玻璃表面,使玻璃在受到拉应力时,首先抵消表面层的压应力。玻璃的强化技术与双层涂敷工艺相结合,开发研制了高强度轻量玻璃容器,成为当今玻璃包装材料的一个主要发展方向。玻璃强化技术◦玻璃表面的热处理通过热处理然后急冷制造钢化玻璃的技术是较早采用的强化玻璃的方法,也叫风冷强化法。基本作法是用冷空气或油浴急剧冷却处于高温但尚未软化的玻璃。201001020压应力张应力120804004080120表面内部表面钢化玻璃的表面与内部剩余应力(截面图)化学强化处理◦在玻璃表面进行离子交换使玻璃强化的方法统称为化学钢化。◦原理是把玻璃组成中的Na+置换为半径较大的K+,由于这种置换作用,将其抵抗拉应力的压应力层预先置入玻璃表面,实现了玻璃强化的目的。◦将普通玻璃置于欲置换离子的熔岩中,在高温下进行离子交换处理是一种使玻璃化学钢化的方法。钢化玻璃特点:耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂,破碎时无尖锐棱角不易伤人。用途:运动器材;微波通讯器材;强度较之普通玻璃提高数倍,抗弯强度是普通玻璃的3~5倍,抗冲击强度是普通玻璃5~10倍;钢化玻璃使用安全,其承载能力增大,改善了易碎性质,钢化玻璃破坏也呈无锐角的小碎片,对人体的伤害极大地降低了光学玻璃透光性能好、有折光和色散性用途:眼镜片;望远镱用凹凸透镜等光学仪器光学玻璃型材石英玻璃膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光用途:化学仪器;高压水银灯、紫外灯等的灯壳;光导纤维等玻璃纤维与玻璃钢玻璃在熔化状态下抽成丝成为玻璃纤维,玻璃纤维用合成树脂一层层胶合压制成一定形状,并在加压下加热固化,形成玻璃钢,强度大如钢,比钢轻。玻璃纤维耐腐蚀、不怕烧、不导电、不吸水、隔热、吸声、防虫蛀等。现代通信用光缆古埃及玻璃制品战国中晚期玻璃璧夹丝玻璃夹丝玻璃也称防碎玻璃和钢丝玻璃。它是将普通平板玻璃加热到红热软化状态,再将预热处理的铁丝或铁丝网压入玻璃中间制成的。夹丝玻璃特点:•防火性•安全性•防盗性夹丝玻璃用途:(1)按着建筑法规定,夹丝玻璃用于防止火焰扩散延烧的开口部分。(2)用于屋顶、天窗、阳台等部分。一旦玻璃破碎,碎片也没有落下的危险。(3)用于防火区、防烟壁。夹层玻璃夹层玻璃一般由两片普通平板玻璃和玻璃间的有机中间胶合层构成,也可以是三层玻璃与两层胶合层构成,还可以有更多的层复合在一起。经加热,加压粘合成的平的或弯曲的复合玻璃制品。防弹玻璃是夹层玻璃的一种防弹玻璃是由多层玻璃和胶片叠合制成,总厚度一般在20mm以上,要求较高的防弹玻璃总厚度可以达到50mm以上。防弹效果与防弹玻璃的下述结构因素有关:1)防弹玻璃的总厚度与防弹效果成正比;2)防弹玻璃结构中的胶片厚度与防弹效果有关,如1.52mm胶片防弹效果优于使用0.76mm胶片的防弹玻璃;3)玻璃强度与防弹效果有关,采用钢化玻璃制作的防弹玻璃,其防弹效果优于普通玻璃制作的防弹玻璃。防弹玻璃的使用安全效果主要有两个判断标准,第一是子弹不得贯穿,若子弹穿破而过即丧失了屏护作用、第二不能背面玻璃掉碴,因为碎碴的飞溅也可能伤及人身。中空玻璃两片或两片以上的玻璃组合,玻璃与玻璃之间保持一定的间隔,间隔中是干燥的空气,周边用密封材料包裹,由此加工成中空玻璃.,具有隔热、隔音、防霜、防结露等优良性能。磨砂玻璃满城汉玻璃耳杯广西贵县出土的玻璃杯隋李静训墓出土的玻璃圆盒魏晋南北朝的玻璃钵网纹玻璃杯河北定县静志寺出土的北宋玻璃杯目前发现的最大的元代玻璃器清乾隆白地套红玻璃双合瓶CTC简介国家安全玻璃及石英玻璃质量监督检验中心CTC中国建筑材料检验认证中心中国安全玻璃认证中心国家建筑材料测试中心国家水泥质量监督检验中心资质:CCC强制认证(安全玻璃、陶瓷砖放射性)产品自愿性认证(水泥、玻璃和陶瓷等50类建材产品)体系认证(质量管理体系、环境管理体系、职业健康安全管理体系)汽车玻璃零配安装服务认证中国安全玻璃认证中心简介※1989年11月就开始开展汽车安全玻璃安全认证工作。※2002年4月经国家认证认可监督管理委员会授权对汽车、建筑和机车用安全玻璃实施CCC强制认证。中国安全玻璃认证中心:※认证中心在汽车安全玻璃方面,拥有国内知名的技术专家和众多技术人员,熟悉了解产品的生产工艺和检测技术。享受政府特贴专家2人、博士7人、工程硕士33人、管理学硕士5人、教授级高工13人、高级工程师及工程师84人等专业技术人才,计100余人2.2.2陶瓷陶瓷指通过烧结包含有玻璃相和晶相的特征的无机材料。一般由陶土或瓷土等硅酸盐经过成型烧结,部分熔融成玻璃态,通过玻璃态物质将微小的石英和其他氧化物晶体包裹结合而成。陶瓷包括陶器和瓷器。陶器多孔透气、强度较低;瓷器加了釉层、质地致密不透气、强度高。原料粉体的调整成型烧结加工成品共同点:都是硅酸盐产品不同点:原料、温度、陶瓷的强度、颜色、厚度、透水性、质地等方面有区别。专家们预言:随着新陶瓷技术的发展,人类将“重返”石器时代,不过是一个全新的石器时代。”享有盛誉的中国古代陶瓷景德镇传统名瓷之一的薄胎瓷景德镇传统名瓷之一的雕塑瓷景德镇传统名瓷之一的粉彩瓷景德镇传统名瓷之一的玲珑瓷景德镇传统名瓷之一的青花瓷土器:红瓦(自然冷却,Fe2O3含量较多)青瓦(淋水冷却,Fe3O4、FeO较多)陶器:彩陶江苏宜兴的紫砂壶、秦汉兵马
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