無機非金屬材料科學基礎教師：趙宇龍

很高興認識各位同學！課程說明材料科學基礎≈金屬學原理材料科學與工程（1994）==金屬+無機非+高分子無機（非金屬）材料科學基礎≈無機材料物理化學≈硅酸鹽物理化學本門課程與固體化學在內(nèi)容上交集較多！固體化學與固體物理凝聚態(tài)的基礎知識！相對容易一些！正式學習之前，先來看一下“本門課程”在所有“課程”的位置！金屬學原理與硅酸鹽物理化學的異同晶體結構：多元素的方向性和飽和性，結構復雜（原子級結構對金屬性能影響不大，不太關心原子級的結構）；缺陷：脆性斷裂，晶界為主要影響因素，不太關心線、面缺陷，關注點缺陷；相變：關心液-固成核、長大等，固-固相變有，但水玻陶高溫冷卻后不再變化，沒金屬熱處理要求高；相圖：以生成化合物的三元相圖為主，多為化合物，固溶體不是主要研究對象！擴散：雙方要求差異不大，理論相同；無機非和金屬同屬無機材料，與高分子不同，在知識方向有許多共用！下面看一下雙方基礎的異同！課程大綱緒論1晶體學基礎2缺陷化學基礎3非晶態(tài)基礎4固相反應5燒結6第一章緒論

無機非金屬材料概述1無機非金屬材料地位及應用2關于本門課程4

典型無機非金屬材料3無機非方向1.1無機非金屬材料概述1.1.3無機非材料制備的共性1.1.2無機非金屬材料的特性1.1.1無機非金屬材料定義與分類什么是無機非金屬材料？除金屬材料、高分子材料以外的材料。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、硼酸鹽和非氧化物等物質(zhì)組成的材料。外延內(nèi)涵如何下定義呢？外延？內(nèi)涵？無機非金屬學膠凝材料天然材料陶瓷氣硬性傳統(tǒng)陶瓷玻璃普通玻璃水硬性特種陶瓷特種玻璃耐火材料傳統(tǒng)分法那么哪些材料是我們常說的無機非金屬材料呢？最新分類方法？無機非金屬材料學結構陶瓷功能陶瓷信息材料人工晶體能源材料生物材料傳統(tǒng)無機非金屬碳化物氮化物氧化物電磁聲光熱生物單晶硅磁存儲激光晶體、光學晶體太陽能電池超導生物陶瓷、玻璃、水泥水泥玻璃陶瓷國家自然科學基金委員會--工程與材料科學部--學科發(fā)展戰(zhàn)略研究報告（2006-2010）--無機非金屬材料學。從科學研究的角度講，傳統(tǒng)無機非已是非熱點領域？大材料視野制備1.1.3無機非制備的共性金屬金屬的冶煉→金屬的加工高分子無機非高分子合成→高分子加工粉體的制備→高溫下制備還是先來看一下材料的制備吧？材料應用狀態(tài)顆粒固體無機非原料初始狀態(tài)多為粉體塊狀固體高溫處理要理解無機非的工藝共性，先看一下材料的使用狀態(tài)？常見無機非制備工藝原料破碎粉體成型干燥高溫傳統(tǒng)無機非傳統(tǒng)無機非物理和化學法塊狀固體應用外形并不全需要

玻璃：堅硬的透明材料！沒有玻璃之前的窗子？建筑工業(yè)：平板玻璃---浮法玻璃---世界第一生產(chǎn)大國，世界產(chǎn)量的30%左右，與英國、美國同為浮法原創(chuàng)國家。汽車工業(yè)：平板玻璃的深加工產(chǎn)品光電子產(chǎn)業(yè)：光纖、基板玻璃、激光玻璃等；

耐火材料：優(yōu)良的高溫強度！

高溫技術基礎材料，與科學研究和尖端技術緊密相關，70%用于冶金行業(yè)，我國占世界比重越來越大？2.新型無機非金屬材料

結構陶瓷：近20年來，最活躍的研究領域之一，對許多領域有巨大的推動作用。

高性能陶瓷：氮化物、碳化物等，切削、摩擦等。

信息產(chǎn)業(yè)陶瓷：基板，氮化硅、碳化硅、氧化鋁。

航空航天陶瓷：航空航天的高溫部件。

生物陶瓷：人工關節(jié)、人工骨及其它組織工程領域；新型無機非：結構陶瓷、功能陶瓷、信息材料、納米材料、人工晶體、能源材料、生物材料等未來最活躍的材料領域？結構-未知

功能陶瓷：

絕緣陶瓷：陶瓷基片、陶瓷封裝；

電容器陶瓷：高頻、大容量，片式陶瓷電容器；

半導體陶瓷：溫敏、熱敏、壓敏、氣敏等；

超導陶瓷：高溫超導陶瓷；

透明陶瓷：透明氧化鋁？

納米材料：納米顆粒、納米線、納米桿、納米管、納米孔材料；

雖然有納米金屬和納米高分子，但只占很少一部分！信息材料以半導體為基礎，目前的半導體大部分從無機非金屬發(fā)展而來！

能源材料：能量產(chǎn)生：太陽能—硅、化合物、聚合物；能量存儲：鋰離子電池；能量傳輸：超導材料！

1.3典型無機非金屬材料陶瓷1玻璃2水泥3晶體4碳材料5耐火材料6礦物材料51.陶瓷–日用陶瓷從各種無機非金屬的應用看這些典型無機非金屬材料？與金屬、高分子日用器相比優(yōu)點、缺點？電工陶瓷與金屬、高分子比優(yōu)點是什么？化工陶瓷1噸酸如何存儲和使用？高溫：坩堝、內(nèi)襯絕緣：基板、封裝外殼；硬度：刀具加工飛機零件；透明氧化鋁陶瓷下面看一下幾種特種陶瓷？先來看一下氧化鋁陶瓷！為什么氧化鋁陶瓷具有這些性能，傳統(tǒng)陶瓷不具備呢？氧化鈹陶瓷導熱與絕緣的完美結合！良好的中子減速能力！超強的抗金屬腐蝕能力！我們先來看一個導熱系數(shù)的數(shù)據(jù)？氧化鋯陶瓷硬度高：切削工具、整形工具；抗腐蝕：澆鑄口，與鋼水不浸潤可做鋼水內(nèi)襯！強度高、韌性好：迄今為止研究最好的增韌陶瓷；發(fā)動機構件，如內(nèi)襯、活塞等。高溫-氧化氛圍。。。。敏感性：氧化物半導體，氣敏材料之一！碳化硅陶瓷碳化物中抗氧化性最好的，1000-1500℃發(fā)熱元件！氧化物抗氧化不更好嗎？高強：拉絲、成型模具；噴砂嘴、泵零件！微電子工業(yè)：封裝和基板；不是導電嗎？核工業(yè)：耐輻射，作為密封套；航空航天：火箭噴嘴！碳化鈦陶瓷碳化鈦陶瓷硬度大，是生產(chǎn)硬質(zhì)合金的重要材料耐磨：切削刀具氮化硅和氮化硼陶瓷氮化硅高溫耐磨：陶瓷發(fā)動機活塞頂蓋氮化硅抗熱震性：熱電偶套管，抗熱振的性能要求？氮化硼僅次于金剛石的耐高溫、超硬材料，磨料！納米陶瓷納米陶瓷：平均晶粒小于100nm的陶瓷；低熔點：顆粒小，在較低的溫度下可以被燒結；高強高韌：納米二氧化鈦陶瓷可以被彎曲；磁化率高：納米磁性金屬是普通金屬磁化率的20多倍吸收電磁波紅外輻射陶瓷紅外輻射陶瓷：在一定紅外波段范圍內(nèi)，有較強輻射率和輻射強度的陶瓷！主要是熱輻射型！常見陶瓷：碳化硅、氧化鋯加熱干燥：均勻、速度快航天：太陽直射，散熱！發(fā)光陶瓷發(fā)光陶瓷：把從外界獲得的其它能量變成光的陶瓷；路標標志牌、裝飾等透明陶瓷透明陶瓷：可以透過可見光的陶瓷；玻璃不透明嗎？透明氧化鋁：工業(yè)最可行強度、溫度和透明：高壓鈉燈、高溫窗口材料；激光陶瓷激光陶瓷：能夠激發(fā)產(chǎn)生單色光的陶瓷；紅寶石、摻釹的釔鋁石榴石、鋁酸釔、釹玻璃。單色光、激光器抗菌陶瓷抗菌陶瓷：能夠抑制和殺滅微生物的陶瓷；有含有金屬粒子如銀的抗菌陶瓷，二氧化鈦光催化型產(chǎn)生殺死微生物的基團！多孔陶瓷多孔陶瓷：含有大量開口、貫通氣孔的陶瓷；多孔陶瓷用途：腐蝕、溶解、高溫過濾氣體或液體！如汽車尾氣！高溫金屬液體過濾、酸堿液體過濾、熱交換器等！導電陶瓷導電陶瓷：具有電子、空穴或離子導電能力的陶瓷；高溫發(fā)熱元件：碳化硅、二硅化鉬、氧化鋯等。超導陶瓷：電線、發(fā)電機線圈等！生物陶瓷生物陶瓷：用作特定生物或生理功能的陶瓷；骨、牙、心臟瓣膜、整形外科、藥物傳遞等！生物惰性：氧化鋁、碳；生物活性：HA、TCP敏感陶瓷敏感陶瓷：對某一信號敏感的陶瓷；信息技術中傳感器技術的基礎！電阻變化、電動勢變化、磁變化溫度、壓力、氣氛、濕度、光強、電場、射線等！2.玻璃夾絲玻璃壓花玻璃大規(guī)模、高強度透明材料？原料豐富、成本低！萬能成型！想想所有透明材料都用樹脂時樹脂的價格！建筑玻璃平板玻璃中空玻璃日用玻璃瓶瓶罐罐保溫瓶玻璃儀器玻璃瓶瓶罐罐實驗室中的瓶瓶罐罐光學玻璃顯微鏡、眼鏡、照相機等光學玻璃電真空玻璃電子工業(yè)中的玻殼、芯柱和封裝彩色玻璃反射玻璃：反射涼爽光致變色玻璃燈具玻璃玻璃纖維玻璃纖維主要用途光纖激光玻璃棒基板玻璃生物玻璃3.水泥橋梁水泥道路水泥力學性能不是最適合的，但原料、成本卻是最劃算的？想象如果力學材料全用鋼鐵時，鋼鐵的價格？理解傳統(tǒng)無機非金屬材料的基礎地位？（都是天然礦物原料，是大規(guī)模生產(chǎn)和應用的基礎）建筑水泥油井水泥框架為高層產(chǎn)生、為墻體材料的要求降低奠定基礎？大壩水泥：并不是任何水泥都可在任何場合應用彩色水泥快硬水泥低熱水泥耐高溫水泥？4.晶體材料非線性光學晶體壓電石英晶體晶體生產(chǎn)成本相對較高，能用陶瓷、玻璃的地方一般不用晶體，但晶體的高度均一性所體現(xiàn)出來的性能其它做不到的？電光晶體：折射率紅外光學晶體熱釋電晶體超硬晶體半導體晶體單晶硅碳化硅單晶早期晶體管：事物發(fā)展初期都很弱小硅單晶上的信息技術氧化鋁單晶：高溫窗口材料光學晶體材料激光晶體閃爍晶體5.碳材料碳纖維碳纖維與碳有關的材料多是軟的，但要破壞CC鍵卻非常難！石墨坩堝石墨電極潤滑石墨耐腐蝕石墨石墨密封粘土磚6.耐火材料硅質(zhì)磚碳磚氧化鋁磚7.礦物材料礦物與巖石的區(qū)別？高嶺土：陶瓷、造紙、涂料吸附、白、可塑膨潤土：泥漿懸浮、農(nóng)藥載體、脫色澄清吸附、不白、可塑方解石：塑料制品、橡膠制品、造紙、牙膏、涂料、油墨、膠粘劑、食品和醫(yī)藥

白、硬石灰石：輕質(zhì)碳酸鈣、水泥、玻璃、飼料、鈣肥石英：玻璃、鑄造砂、單晶硅、光纖、石英玻璃、硅微粉、碳化硅滑石：造紙增強吸附，橡膠、電纜、油漆涂料、陶瓷海泡石：孔道，過濾、增稠劑、香煙濾嘴、殺蟲劑載體從應用角度有時很難區(qū)分？1.3關于本門課程1.課程定位材料科學與工程金屬材料無機非金屬材料在材料科學的基礎上，拓寬無機非金屬材料科學基礎的相關內(nèi)容！有一定難度！根據(jù)我院材料科學與工程專業(yè)現(xiàn)狀？主要包括課程定位、參考書籍、成績評定、答疑時間、課堂紀律等？2.參考書籍教材：

《無機材料物理化學》賀蘊秋建材工業(yè)出版社；

參考書：《無機材料科學基礎》張其土華東理工大學出版社《無機材料科學基礎》宋曉嵐化學工業(yè)出版社

《無機非金屬材料科學基礎》樊先平浙江大學出版《無機材料科學基礎教程》胡志強

化學工業(yè)出版社

武漢理工：硅酸鹽物理化學、無機材料物理化學、無機材料科學基礎等3.成績評定4.答疑時間5.課堂紀律總成績=作業(yè)成績+考勤成績+考試成績課程期間周一下午嚴肅活波：課堂活躍而不失嚴肅！1.方向背景

熱處理專業(yè)的拓展，與成型（鑄鍛焊）專業(yè)的成立一樣，拓寬我院材料的內(nèi)涵！金屬與無機非在基礎知識需求上有許多交叉部分！不需要另起爐灶！金屬及傳統(tǒng)無機非為量大面廣方向，有萎縮趨勢，需求多但非壟斷條件不算太好！且我校非金屬及無機非強校，很難進大型、好條件金屬材料企業(yè)！信息材料的就業(yè)環(huán)境、工資水平、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、人才需求上有較好的前景！但我國電子材料還沒起來從科學研究的角度講，無機非方向由于其內(nèi)涵的豐富性有較好的前途！

關于無機非方向電子材料領域信息電子材料；電子元器件、集成電路陶瓷、玻璃、水泥、礦物、晶體、炭材料無機非金屬材料領域無機非金屬材料方向材料科學與工程專業(yè)（不缺金屬基礎）2.課程設置金屬成型及模具設計、現(xiàn)代鑄造技術、現(xiàn)代焊接技術！陶瓷材料、礦物材料加工及應用、水泥及混凝土工程電子材料、電子產(chǎn)品及工藝基礎、電子封裝工程！建議同時選修表面。老無機非方向包括無機非和電子材料！金屬或無機非對另外方向感興趣的可適當交叉選擇！

3.關于考研

有些學校的