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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