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绪论1

0.1 无机非金属材料的定义1

0.2 无机非金属材料在国民经济建设中的作用和地位1

0.3 无机非金属材料工业的进展3

0.4 无机非金属材料国际发展趋势4

0.5 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6

第1章 无机非金属材料概述6

1.1 无机非金属材料的结构特征6

1.1.1 无机非金属材料的结构6

1.1.2 无机非金属材料的结构特征7

1.2 水泥9

1.2.1 硅酸盐水泥9

1.2.2 快硬和特快硬水泥10

1.2.3 抗硫酸盐、中低热及道路水泥12

1.2.4 膨胀和自应力水泥14

1.2.5 油井水泥16

1.2.6 装饰水泥16

1.3 玻璃17

1.3.1 硅酸盐玻璃17

1.3.2 硼酸盐玻璃18

1.3.3 硼硅酸盐玻璃19

1.3.4 铝酸盐玻璃19

1.3.5 铝硅酸盐玻璃19

1.3.6 磷酸盐玻璃19

1.3.7 铝磷酸盐玻璃20

1.3.8 其他氧化物玻璃20

1.3.9 非氧化物玻璃21

1.4 陶瓷23

1.4.1 陶瓷的定义与分类23

1.4.2 陶瓷的组成、结构与性能24

1.4.3 日用陶瓷26

1.4.4 建筑卫生陶瓷27

1.5 混凝土28

1.5.1 混凝土的定义28

1.5.2 混凝土的分类29

1.6 耐火材料29

1.6.1 耐火材料的定义及分类29

1.6.2 硅质耐火材料30

1.6.3 镁质耐火材料31

1.6.4 熔铸耐火材料31

1.6.5 含碳耐火材料31

1.6.6 轻质耐火材料31

1.6.7 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33

2.1 晶体学基础33

2.1.1 晶体的基本性质33

2.1.2 晶体结构与空间点阵34

2.1.3 晶胞35

2.1.4 晶系和布拉菲格子35

2.1.5 晶面指数和晶向指数36

2.1.6 晶面间距及晶带39

2.2 无机化合物晶体结构39

2.2.1 离子晶体中质点的堆积方式39

2.2.2 典型离子晶体的结构41

2.2.3 共价晶体中原子的堆积与典型共价晶体的结构45

2.3 固溶体46

2.3.1 置换固溶体46

2.3.2 影响形成置换固溶体的因素47

2.3.3 间隙固溶体48

2.3.4 影响形成间隙固溶体的因素48

2.3.5 形成固溶体后对晶体性质的影响49

2.4 硅酸盐晶体结构49

2.4.1 硅酸盐晶体结构类型及其特点49

2.4.2 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65

3.1 非晶态物质65

3.1.1 非晶态物质的种类65

3.1.2 非晶态物质X射线衍射65

3.1.3 玻璃的定义66

3.2 非晶态物质的结构66

3.2.1 织构66

3.2.2 近程结构68

3.2.3 远程结构68

3.3 玻璃的结构因素71

3.4 玻璃的通性72

3.4.1 各向同性73

3.4.2 介稳性73

3.4.3 无固定熔点73

3.4.4 性质变化的连续性和可逆性74

3.5 玻璃的性质74

3.5.1 玻璃熔体的工艺性质74

3.5.2 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85

4.1 液-固转变过程中的晶体成核-生长相变85

4.1.1 晶核形成85

4.1.2 晶体生长88

4.1.3 总结晶速率89

4.1.4 影响结晶速率的因素90

4.2 玻璃的形成与析晶91

4.2.1 玻璃的形成范围91

4.2.2 玻璃形成的热力学条件91

4.2.3 玻璃形成的动力学条件92

4.2.4 玻璃析晶94

4.3 微晶玻璃95

4.3.1 微晶玻璃的成核剂95

4.3.2 微晶玻璃的结晶化热处理95

4.3.3 微晶玻璃的结构及其与性能的关系97

4.4 玻璃的分相98

4.4.1 玻璃分相的定义99

4.4.2 玻璃分相的实质99

4.4.3 玻璃分相机理99

4.4.4 分相产物的显微结构102

4.5 玻璃的着色103

4.5.1 概述103

4.5.2 玻璃着色剂及其着色机理103

4.5.3 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112

第5章 基于液相-固相转变的材料制备112

5.1 从熔体制备单晶材料112

5.1.1 提拉法113

5.1.2 坩埚下降法113

5.1.3 区熔法114

5.1.4 液相外延114

5.2 从熔体制备非晶材料115

5.2.1 玻璃的熔制115

5. 2.2 非晶材料的获得117

5.2.3 常见氧化物玻璃制品的成形工艺118

5.3 溶液法制备材料122

5.3.1 低温溶液法122

5.3.2 高温溶液法123

5.3.3 水热法（高温水解法）125

5.3.4 沉淀法127

5.3.5 溶剂蒸发法131

5.4 溶胶-凝胶法132

5.4.1 概述132

5.4.2 溶胶-凝胶法制备材料过程132

5.4.3 粉末的制备134

5.4.4 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137

6.1 固相反应法制备粉末137

6.2 特种陶瓷的烧结138

6.2.1 陶瓷烧结方法的分类138

6.2.2 热压烧结139

6.2.3 其他烧结方法139

6.3 水泥熟料的烧成140

6.3.1 水泥熟料的形成140

6.3.2 水泥熟料煅烧方法141

6.4 其他材料制备方法142

6.4.1 固相外延142

6.4.2 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145

7.1 物理气相沉积145

7.1.1 真空蒸发镀膜145

7.1.2 溅射镀膜147

7.1.3 离子镀膜150

7.1.4 分子束外延150

7.2 化学气相沉积152

7.2.1 CVD的化学反应类型153

7.2.2 CVD的分类154

7.2.3 CVD的特点154

7.2.4 CVD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156

第8章 无机非金属材料生产中的共性与个性156

8.1 无机非金属材料生产过程的共性156

8.1.1 原料156

8.1.2 粉料的制备157

8.1.3 原料的均化157

8.1.4 高温热处理158

8.1.5 成形159

8.1.6 干燥160

8.2 无机非金属材料生产过程的个性161

8.2.1 胶凝材料类161

8.2.2 玻璃、玻璃纤维、铸石、人工晶体类162

8.2.3 陶瓷、砖瓦、耐火材料类162

8.3 无机非金属材料的几种典型生产工艺流程163

8.3.1 水泥生产工艺流程163

8.3.2 玻璃生产工艺流程163

8.3.3 陶瓷生产工艺流程166

［思考题］166

［参考文献］166

第9章 原料167

9.1 原料的选择与预处理167

9.2 原料的种类和性质167

9.2.1 硅质原料167

9.2.2 黏土类原料168

9.2.3 钙质原料173

9.2.4 长石类原料174

9.2.5 其他原料174

9.3 粉末原料的制备176

9.3.1 氮化物粉末的制备176

9.3.2 碳化合物粉末的制备177

9.3.3 硼化物粉末的制备178

9.3.4 氧化铝粉末的制备178

9.4 水泥原料179

9.4.1 石灰质原料180

9.4.2 黏土质原料181

9.4.3 校正原料183

9.4.4 辅助原料183

9.5 玻璃原料183

9.5.1 主要原料184

9.5.2 辅助原料187

9.5.3 碎玻璃189

9.6 陶瓷原料189

9.6.1 黏土类可塑性原料189

9.6.2 石英类非可塑性原料191

9.6.3 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195

10.1 硅酸盐水泥的组成设计195

10.1.1 硅酸盐水泥对矿物组成的选择195

10.1.2 硅酸盐水泥的组成设计195

10.1.3 熟料中的矿物及其作用196

10.2 配料计算197

10.2.1 熟料的率值197

10.2.2 熟料矿物组成的计算199

10.2.3 熟料真实矿物组成与计算矿物组成的差异201

10.2.4 配料计算201

10.3 配合料（生料）的制备206

10.3.1 破碎206

10.3.2 粉磨207

10.4 硅酸盐水泥熟料的煅烧210

10.4.1 煅烧过程中的物理化学变化210

10.4.2 回转窑内熟料的煅烧219

10.4.3 新型干法水泥生产技术222

10.4.4 水泥熟料的冷却229

10.5 水泥制成230

10.5.1 熟料的储存230

10.5.2 水泥组成材料及其作用230

10.5.3 水泥制成231

［思考题］234

［参考文献］234

第11章 混凝土235

11.1 混凝土的组成材料235

11.1.1 集料235

11.1.2 胶凝材料——水泥237

11.1.3 水237

11.1.4 外加剂237

11.2 混凝土的配合比设计237

11.2.1 混凝土配合比设计基本要求237

11.2.2 混凝土配合比设计计算步骤238

11.3 混凝土结构与性能240

11.3.1 混凝土结构240

11.3.2 混凝土拌和物性能242

11.3.3 硬化混凝土的性能244

11.4 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252

12.1 配合料及配合料制备252

12.1.1 配合料制备252

12.1.2 玻璃组成的设计和配合料计算252

12.1.3 与配料计算相关的参数253

12.1.4 配料计算254

12.1.5 原料的称量257

12.1.6 原料的混合258

12.1.7 配合料REDOX控制258

12.2 玻璃熔制258

12.2.1 配合料的熔化258

12.2.2 玻璃熔制工艺制度263

12.2.3 浮法玻璃熔窑266

12.3 浮法玻璃成形及锡槽269

12.3.1 浮法玻璃成形过程及其对锡槽的要求269

12.3.2 浮法玻璃成形原理272

12.4 浮法玻璃的退火274

12.4.1 概述274

12.4.2 退火工艺制度的计算275

12.4.3 钢壳体的退火窑结构277

12.5 玻璃的缺陷280

12.5.1 气泡280

12.5.2 结石（结晶夹杂物）281

12.5.3 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283

13.1 烧结法微晶玻璃的制备工艺283

13.1.1 烧结法工艺的特点283

13.1.2 玻璃颗粒的烧结283

13.2 微晶玻璃的生产过程283

13.2.1 概述284

13.2.2 原料制备284

13.2.3 玻璃的熔制285

13.2.4 玻璃颗粒的储存、烘干与筛分286

13.2.5 晶化287

13.2.6 微晶玻璃的切、磨、抛工艺288

13.3 微晶玻璃的缺陷及质量控制289

13.3.1 烧结法微晶玻璃的缺陷与控制289

13.3.2 色斑292

13.3.3 色差292

［思考题］294

［参考文献］294

第14章 陶瓷生产工艺295

14.1 概述295

14.2 陶瓷坯料及制备296

14.2.1 确定坯料配方的原则296

14.2.2 坯体组成的表示方法296

14.2.3 配料计算297

14.2.4 坯料制备299

14.2.5 坯料性能的调整途径304

14.3 陶瓷成型305

14.3.1 陶瓷的成型方法分类及特点305

14.3.2 干法成型主要方法307

14.3.3 塑性成型主要方法307

14.3.4 浆料成型主要方法308

14.4 釉料及色料308

14.4.1 釉的作用及分类308

14.4.2 釉层的性质309

14.4.3 坯釉适应性311

14.4.4 釉料的组成与配料计算311

14.4.5 釉料配制原则314

14.4.6 釉料制备315

14.4.7 施釉316

14.4.8 陶瓷色釉料316

14.5 普通陶瓷的烧成319

14.5.1 坯、釉在烧成过程中的物理化学变化319

14.5.2 烧成制度的制定321

14.5.3 烧成设备322

14.5.4 烧成方式的选择325

14.6 陶瓷产品的缺陷分析326

14.6.1 陶瓷缺陷的分类326

14.6.2 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330

15.1 基本概念330

15.1.1 纳米材料的分类330

15.1.2 纳米材料的基本效应330

15.2 零维纳米材料333

15.2.1 基本概念333

15.2.2 纳米粒子的制备方法333

15.3 一维纳米材料341

15.3.1 基本概念341

15.3.2 碳纳米管343

15.4 二维纳米材料350

15.4.1 基本概念350

15.4.2 纳米薄膜的分类351

15.4.3 纳米薄膜的制备方法351

15.4.4 纳米薄膜的性能352

15.4.5 纳米薄膜的应用353

15.5 三维纳米材料355

15.5.1 基本概念355

15.5.2 纳米玻璃356

15.5.3 纳米陶瓷360

15.5.4 纳米复合材料364

［思考题］368

［参考文献］368