无机非金属材料工艺学
传统的无机非金属材料工艺学包括那几个部分？
水泥工艺学
玻璃工艺学
陶瓷工艺学
现代的无机非金属材料工艺学包括那几个部分？
水泥工艺学
玻璃工艺学
陶瓷工艺学
耐火材料工艺学
无机复合材料工艺学
无机非金属材料工艺学需要预先学习的课程
基础课：物理化学
专业基础课：硅酸盐物理化学
为什么要学习无机非金属材料工艺学？
开阔视野，提高分析问题，解决问题的能力。
1 绪论
材料及无机非金属材料的定义与分类
材料的定义与分类
定义：能够用以加工有用物质的物质。
无机非金属材料的定义与分类
无机非金属材料：是除金属材料和有机高分子材料之外的所有材料的总称。
无机非金属材料的特性
1、与金属材料和有机高分子材料的区别
（a）化学组成：
（1）无机非金属材料：氧化物、碳化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、
磷酸盐、硼酸盐和非氧化物（如氮化物 Si3N4、碳化物 SiC、氮化硼 BN）等。
（2）金属材料：一般为固体单质材料（除水银外）。
（3）有机高分子材料：碳、氢、氧、氮、氯等元素组成的化合物。
（b）化学键组成：
（1）无机非金属材料：主要为离子键（如 NaCl）或离子-共价键（如 SiO2 离子键和
共价键各占 50%）。碳材料是例外，如金刚石是共价键，石墨是共价键和金属键
（2）金属材料：金属键
（3）有机高分子材料：共价键
2、无机非金属材料的特征
（1）具有复杂的晶体结构
（2）没有自由电子（石墨除外）
（3）高硬度
（4）较好的耐化学腐蚀能力
（5）绝大多数是绝缘体
（6）制成薄膜时大多是透明的
（7）一般具有低导热性
（8）大多数情况下变形微小
3、无机非金属材料的基本属性
（1）高熔点、高硬度、高抗压
（2）耐腐蚀、耐磨损
（3）良好的抗氧化性、隔热性
（4）优良的介电、压电、光学、磁学性能及功能转换特性
（5）抗拉强度低、韧性差
无机非金属材料生产过程的共性与个性
1、原料
共性：都是以铝硅酸盐（粘土、长石等）、硅质、石灰质、铝质原料为主。
个性：化学组成不同
2、原料的破碎
共性：绝大多数原料都需要破碎
为什么绝大多数原料都需要破碎？
因为为什么绝大多数原料都是质地坚硬的大块状物料，为了均化、烘干、配料等工艺过
程的需要。
破碎后的好处：
（1）好均化、烘干、配料
（2）利于成型
（3）利于热处理，节能
（4）产量高，产品性能好，且稳定
3、粉体的制备
陶瓷：一般采用湿法制备粉体 为什么？
水泥：湿法和干法制备
玻璃：干法制备 为什么？
4、成型
陶瓷成型：在高温热加工之前
玻璃成型：在高温热加工之后
水泥成型：在使用时
5、烘干
水泥：在粉体制备之前，粘土、混合材需要烘干
陶瓷：成型后的坯体必须烘干 为什么？
6、高温热处理
水泥：通过煅烧获得水泥熟料
玻璃：熔融获得均匀、透明、无缺陷的熔体
陶瓷：形成坚硬的烧结体
典型无机非金属材料
胶凝材料
1、胶凝材料的定义与分类
水硬性胶凝材料
气硬性胶凝材料
2、水泥的定义与分类
通用水泥
专用水泥
特种水泥：快硬高强水泥
膨胀水泥
自应力水泥
水工水泥
油井水泥：特别注意在不同温度和压力情况下水泥的稠化时间的变化
装饰水泥
耐高温水泥
其它特种水泥：道路硅酸盐水泥、防辐射水泥、耐酸水泥、砌筑水泥、高效无声
破碎剂等
注意：使用高效无声破碎剂一定要考虑温度的影响
3 水泥的基本性质
水泥浆具有良好的可塑性、与其他材料混合后的混合物可拥有适当的和易性
较强的适应性
较好的耐侵蚀、防辐射性能
硬化后的水泥浆具有较高的强度，且强度随龄期的延长而逐渐增长
良好的耐久性
通过改变水泥的组成，可适当调整水泥的性质
可与纤维、聚合物等多种有机-无机材料配制的各种水泥基复合材料，充分发挥材料的潜能
玻璃
1、玻璃的特性
（1）玻璃的定义及基本特性
传统玻璃的定义：熔融物冷却、硬化而得到的非晶态固体
基本特性：（a）透明、坚硬，良好的耐蚀、耐热、电学和光学性质
（b）适用不同使用条件的要求
（c）易于制备各种形状制品或部件
2、玻璃的通性
1）各向同性
2）介稳性
3）无固定熔点
4）固态和熔融态间转化的渐变性和可逆性
5）性质随成分变化的连续性和渐变性
℃重要的粘度参考点：
℃ 应变点：相当于粘度为~ 帕•秒的温度，即应力在几小时内消除的温度。
℃ 转变点（Tg）：相当于粘度为 ~ 帕•秒的温度，又称脆性温度，既玻璃出现
脆性的最高温度。
℃ 退火点：大致相当于粘度为 1012 帕•秒的温度。即应力在几分钟内消除的温度。
℃ 变形点：相当于粘度为 1010~1012 帕•秒的温度范围。
℃ 软化温度（Tf）: 即玻璃开始出现液态典型性质的温度，此时是玻璃能拉成丝的下限温度，
它与玻璃的密度和表面张力有关。相当于粘度为 3X106~ 帕•秒的温度。
℃ 操作范围：相当于成型时玻璃液表面的温度范围。T 上限指准备成型操作的温度。相当于
粘度为 102~104 帕•秒的温度。T 下限指相当于成型时能保持制品形状的温度。粘度为>105 帕
•秒的温度。操作范围的粘度一般为 103~106..6 帕•秒。
℃ 熔化温度：相当于粘度为 10 帕•秒的温度，在此温度下玻璃能以一般要求的速度熔化。
Tg ~ Tf 之间称为转变温度范围（或反常间距），玻璃在此区里从典型的熔体逐渐转变为具有
各项性质的玻璃。Tg 和 Tf 表示转变温度的上下限。怎样区别某物质是晶体还是玻
璃？
在偏振光检测仪下，玻璃无论怎样转动角度，仍然透明，而
晶体都在转动到一定角度时呈现不透明的亮斑。
晶体各向异性，用激光束照射时出现两个亮点，这是晶体
的双折射现象。玻璃对单束光只有一次折射，只形成一个亮点。
3、玻璃的分类
1）按组成分类
元素玻璃：单一元素的原子构成的玻璃。有硫系玻璃、硒玻璃等。
氧化物玻璃：借助桥氧形成聚合结构的玻璃。
非氧化物玻璃：（a）卤化物玻璃（氟化物玻璃如 BeF2）和氯化物玻璃（如 ZnCl2）等。
（b）硫族化合物玻璃
氧化物和非氧化物的混合玻璃：如 BaF2-Al2O3-P2O5 玻璃等。
2）按用途分类
建筑玻璃
日用轻工玻璃
仪器玻璃
光学玻璃：冕牌玻璃：阿贝数（色散系数）>50 的光学玻璃通常称为冕牌玻璃
燧石玻璃：阿贝数（色散系数）<50 的光学玻璃称为燧石玻璃
色散：玻璃的折射率随入射光波长不同而不同的现象，叫色散。
阿贝数就是色散系数。光线经过三棱镜可以分解成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。色散
系数反映镜片的分光能力，色散现象最早由欧尼斯.阿贝先生发现并对色散系数设定了界定
的参数，故色散系数被称为“阿贝数”。
对眼用镜片来说，镜片的色散越低越好，色散系数值越大越好，如果色散强烈会出现棱
镜效应，人会感到色彩斑斓，致使头晕脑涨等不适感，因此色散系数就成为衡量镜片优劣的
重要指标之一。
电真空玻璃
3）按性能分类
光学特性分：光敏玻璃、声光玻璃、光色玻璃、高折射玻璃、低色散玻璃、反射玻璃、半透
过玻璃、透红外玻璃等等。
热学特性分：热敏玻璃、隔热玻璃、耐高温玻璃、低膨胀玻璃等
电学特性分：高绝缘玻璃、导电玻璃、半导体玻璃、高介电玻璃、超导玻璃等
力学特性分：高强玻璃、耐磨玻璃等
化学稳定性分：耐碱玻璃、耐酸玻璃等
4）按形态分类
泡沫玻璃
玻璃纤维
薄膜玻璃等
5）按颜色分类
无色玻璃
颜色玻璃
半透明玻璃
乳白色玻璃等
隔热玻璃 ：它们不显著的吸收可见光线而是
吸收大量产生热量的近红外光线，
凡需要光线强度高的而又需要隔除
热量场合都可应用。
石英玻璃：其光学性能有独到之处，它既可以透过远紫外线，是所有紫外材料最优者，
又可透过可见光和近红外光谱，热膨胀系数极小，化学稳定性好，气泡、条纹、均匀性、双
折射有可与一般光学玻璃媲美，所以它是在各种恶劣场合下工作具有高稳定度光学系数的必
不可少的光学材料。
产品应用
主要应用于军工、激光、冶金、光学仪器、舞台灯光等行业的高温窗口。
例如：我国目前还只能拉制小直径石英玻璃管。用在半导体技术上的大直径石英玻璃管每公
斤进口价 1300 元，而小直径石英玻璃管主要用在照明工业上每公斤出口价也只有 60 元，而
且由于质量差，不能大量出口。2000 年我国进口大直径石英玻璃管约 1 亿元人民币，主要
用于生产出口石英玻璃仪器器皿 。
陶瓷
1、陶瓷的定义与分类
传统陶瓷定义：以无机非金属天然矿物或化工产品为原料，经过原料处理、成型、干燥、
烧结等工序制成的产品。是陶器和瓷器的总称。
陶瓷的分类：
（1）按组成分类：
硅酸盐陶瓷
氧化物陶瓷
非氧化物陶瓷
（2）按性能分类：
1）普通陶瓷：包括日用陶瓷、建筑陶瓷、化工陶瓷等
2）特种陶瓷：包括结构陶瓷、功能陶瓷
2、陶瓷的基本性能与特点
（1）陶瓷的显微结构
由结晶相、气孔和玻璃相组成。
（2）陶瓷的基本性能
较高的弹性模量
强度高，抗压强度远远大于抗拉强度
耐磨性能良好
好的耐久性，如抗氧化，耐高温、耐腐蚀
硬度高
优良的电绝缘性能
脆性大，经不起外力撞击，也不能急冷急热。理论强度高，但实际强度远远低于理论强
度
原因：℃陶瓷材料存在很多微裂纹
℃微裂纹一旦形成，就会迅速的扩展
对于金属，在外力的作用下可以产生塑性变形，塑性变形可以吸收扩展裂纹的能
量，起到止裂纹的作用。
对于陶瓷，缺乏塑性变形，裂纹一旦形成，材料内部的应力就会集中在裂纹的尖
端，推动裂纹的扩展，直至断裂。如果是在热冲击的情况下，由于陶瓷材料导热性差，热应
力因此增加，促进裂纹迅速扩展。
无机非金属材料的研究现状及发展趋势
1、陶瓷
怎样低成本解决陶瓷脆性问题。
2、玻璃
3、水泥
用煤矸石生产水泥的研究
用白云石替代方解石生产水泥
无机非金属材料在人类生活中的地位与作用
对科学技术发展的作用
对工业及社会进步的作用
对巩固国防、发展军事用技术的作用
在生物医学方面的作用
无机非金属材料工艺学的研究内容
无机非金属材料科学与工艺：是一门研究材料组成、结构、合成与制备、使用效能四者
之间的关系与规律的科学。
合成与制备：是研究如何将原子、分子聚合起来并最终转变为有用产品的一系列连续过
程，是提高材料质量、降低生产成本的关键，也是开发新材料、新器件的中心环节。
组成：是指构成材料物质的原子、分子、添加剂及其分布。
结构：是指组成原子、分子在不同层次上彼此结合的形式、状态和空间分布。
组成和结构是材料的基本表征。它们一方面是特定的合成与制备条件下的产物，另一方
面又是决定材料性能与使用效能的内在因数。
无机非金属材料工艺学的研究内容：了解材料的组成与结构及它们同合成与制备之间、
性能与使用效能之间的内在联系。（为什么？）
例 1：SiO2 玻璃与 SiO2 与晶体，成分完全一样但性质截然不同。
SiO2 玻璃：透明、各向同性，没有固定熔点，亚稳性，性质随温度变化连续性。
SiO2 与晶体：各向异性，有固定熔点，稳定，性质随温度变化不连续
原因：结构不同。
SiO2 玻璃，硅氧四面体排列无序；
SiO2 与晶体，硅氧四面体排列有序。
与合成制备的关系：
SiO2 玻璃，从 SiO2 熔点以上熔体快速冷却；
SiO2 与晶体，从 SiO2 熔点以上熔体缓慢冷却
与合成制备方法的关系：
SiO2 晶体，水热法生长（人工合成晶体）
主要性能：
石英晶体（水晶）：是一种功能材料，有优良的压电性能和光学性能，物理、化学性能
稳定，具有左右旋结构特征，在 ～4μm 的范围内，有较好的透过率。
注意：水晶经不起高温热冲击，它遇高温就会破裂并转化成其它晶体变态 。
SiO2 玻璃，熔制法，溶胶-凝胶法
石英玻璃：它被人们称为“玻璃王”，因为它具有一系列特殊的物理、
化学性能。它具有优良的耐高温性能，其熔点与白金（铂）的熔点相
近。热膨胀率极小，在 0—1000℃之间的平均华丽热膨胀系数α=×
10-7，相当于陶瓷的 1/6，相当于普通玻璃的 1/20，石英玻璃中掺入
一定量的钛，可以制成膨胀系数接近零的超低膨胀石英玻璃。石英玻
璃具有极佳的光谱特性，不仅可以透过可见光，而且可以透过红外线、
紫外线。石英玻璃是良好的耐酸材料，相当耐酸陶瓷的 30 倍，相当
于不锈钢（镍铬合金）的 150 倍。石英玻璃是极好的电绝缘材料，它
的电阻值相当普通玻璃的 1 万倍。
（膨胀系数接近零的超低膨胀石英玻璃应用？）石英玻璃属脆性材
料，耐压强度很好，但抗张强度要小一些，石英玻璃不耐氢氟酸，高
温条件下（1000℃以上）会转变成方石英，这是它的二个缺点。石英
玻璃可以制成高纯材料，合成石英玻璃金属离子总量仅为 1ppm。石
英玻璃的可贵之处在于它的综合性能好。例如：它耐高温而且膨胀系
数小，把它烧红了投入水中不炸裂；它耐高温而且透明，是透明的耐
火材料；它耐高温、透光性好、密闭性好，是新型电光源的最佳材料；
它耐高温、高纯是制造集成电路的最佳材料。
石英玻璃是一种玻璃，其结构无序排列，所以它没有固定的熔点，因
为石英玻璃高温粘度很大，即使达到软化点 1713℃粘度仍有 108 泊，
与 20℃的沥青一样硬，在 1850—1900℃时，粘度为 104—105 泊，石
英玻璃直到汽（2100℃）也不会变成很稀的液体。石英玻璃的最高连
续使用温度：1100℃，短时间可在 1450℃下使用。
用途：
SiO2 晶体：可用作棱镜、滤光片、偏振片、波片、旋光片等，可制成各种体波和声
表面波振荡器、谐振器和滤波器。
SiO2 玻璃：
1、放电管类用石英玻璃
透明石英玻璃由于具有从紫外区到红外区优良的光透过性和耐热性，所以广泛使用于
水银灯、超高压水银灯、氙灯、紫外线灯、碘钨灯、卤素灯、气体激光用灯、金属卤化物灯
等电光源
2、半导体工业（电子工业）用石英玻璃
透明石英玻璃是极纯的 SiO2，几乎不含杂质，在硅用坩埚和管子，钾合金用坩埚，
其它高纯金属的制造装置等，对半导体工业是不可缺少的材料。主要品种有大规格石英玻璃
钟罩（制造多晶硅炉的外罩），过去用不透钢，影响产品质量，而且炉壳要通水冷却，现在
改为石英玻璃钟罩，不需要通水冷却，既节约能源，又提高了多晶硅的质量；用多晶硅制造
单晶硅，要大量使用石英玻璃坩埚，是必要不可少的材料，没有别的材料可以替代；用硅单
晶制造集成电路和晶体管时，在石英玻璃扩大散管或石英玻璃钟罩中进行外延、扩杂、烧结
等工序；另外清洗硅片也要用石英玻璃支架；所以半导体工业需要大量使用各种规格的石英
玻璃管、各种规格的石英棒、各种规格的石英坩埚、各种规格的石英玻璃仪器器皿 。
3、红外线加热器类用石英玻璃
用不透明石英玻璃（乳白石英玻璃）制造红外线加热器、取暖器、晶体加热器等，年
消耗乳白石英玻璃管近千吨。主要用于电镀液加热、酸加热、家庭取暖、钢化玻璃的加热等，
工业上（自行车、汽车等）油漆烘烤的烘道，食品、造纸、纺织工业的烘道等。
4、各种耐酸容器类石英玻璃
由于优越的耐酸性和耐热性，在化学工业领域得到广泛利用。如合成盐酸装置；高温
酸性气体的燃烧，冷却和引导装置；酸性溶液的蒸发、冷却、吸收和贮藏装置、蒸馏水、盐
酸、硫酸、硝酸类的制造装置；氯化反应容器；蒸馏塔充填物，蒸汽加热搅拌装置；耐酸阀
门；过滤板等。
5、电绝缘用石英玻璃
石英玻璃因为有优良的电绝缘性和耐热性，用于科垂尔静电集成器、高频和各种电计
器绝缘材料，发电厂锅炉液位管，高压绝缘管类等。
6、各种烧成用石英玻璃容器
由于石英玻璃是没有污染的纯烧成物，所以可作为荧光体物质的烧成容器和各种杯、
盘使用等。 7、保护管类石英玻璃
石英玻璃广泛用于一般温度计的保护管类；另外，也可作浸没高温计保护管和制钢的
温度测定不可缺少的材料。
8、冶金工业用石英玻璃
石英玻璃由于耐热性特别优良，可作平炉，高炉的氧、碳等分析用试样采取管类；炼
钢连注连轧出钢水口用石英玻璃；贵重金属、黄金、白金冶炼用石英玻璃；有色金属冶炼
（铝及合金、易熔金属蒸发罐）等用石英玻璃。
9、炉芯管类石英玻璃
石英玻璃由于有优良的电性能、耐热性和气密性，可作为电炉、气体炉、高频炉等
的炉芯管和外管，也可用于空气，各种气体和真空炉。 10、各种理化仪器用石英玻璃
由于石英玻璃有很多优良的特性，可用于膨胀仪、热天平、电气计测器、弹簧天平、
地震仪等的零件，烧瓶、烧杯、蒸发皿、坩埚、舟、硫黄定量装置、冷凝器等的分析用具，
分光光度计用吸收容跑龙套等各种理化实验用品。
11、 光学类石英玻璃
因为石英玻璃有很高的紫外线透过性、耐热性和低膨胀性等可用于纹影照像用窗玻璃，
耐热用透镜和窗玻璃，反射望远镜用反射镜、棱镜，气体激光器用窗玻璃，光学标准用等。
另外因为石英玻璃不含 SiO2 以外的成分，所以可作为光学玻璃熔融用坩埚和管使用
12、光通讯及高新技术用石英玻璃
世界 80%的信息业务由光纤传输，光纤产业的发展更具战略意义，发展光纤离不开
石英玻璃，因为光纤就是石英玻璃纤维，生产石英玻璃纤维需要石英玻璃预制棒和石英玻璃
包皮管，由于此类石英玻璃纯度要求特别高，德国贺利氏公司生产专用产品 Heralux—WG
级石英玻璃管，每公斤达 3500 元人民币。我国生产光纤大量使用外国进口管。另外还有生
物工程、光通信技术、原子能技术、激光技术、航空技术、航天技术等高技术领域均需要用
石英玻璃。石英玻璃就好比做菜的味精，用量不算大，但非常广泛，各行业均不能缺少它。
石英玻璃属于很重要的新材料，社会经济效益很大。
℃市场展望
2000 年我国进口集成电路达 100 亿美元（相当于人民币 800—900 亿元），今后不可
能长期如此大量进口，必须自己制造。因此，“十五”期间我国计划投资几千亿元人民币大力
发展半导体（硅单晶、多晶硅、集成电路）工业（技术）。上海市已经计划在浦东张江高新
技术工业园区建设微电子产业基地，“十五”期间引进产业投资 100 亿美元，形成 10 条以上芯
片生产线；目前，有三家芯片工厂已建成和正在建设之中，一是华虹—NEC 工程，总投资 500
亿元人民币，一期工程投资 200 亿元，已建成投产；二是宏力半导体公司投资 亿美元
（135 亿元人民币）正在建设中；三是中蕊国际集成电路公司投资 15 亿美元（124 亿元人民
币）正在筹建。北京市有首钢集团的北方微电子产业基地—华夏半导体制造公司投资
亿美元（110 亿元人民币）；北京讯创集成电路公司投资 2 亿美元兴建 6"芯片生产线。
天津市有摩托罗拉公司再增资 19 亿美元（157 亿元人民币）生产通信用集成电路。深圳等
市也在积极筹建上马集成电路企业，可以预计中国半导体市场将以每年 17%的速度递增，
到 2004 年销售额将达到 1500 多亿元人民币，粗略估算这些半导体制造企业年需消耗
4000—5000 万元石英玻璃仪器器皿；另外，在我国周边国家和地区内，如韩国、台湾地区、
马来西亚均设有硅材料生产基地，年生产能力总计已达 5 亿平方英寸，年需要大量的石英玻
璃仪器器皿，我们可以充分利用我国生产石英玻璃大国的优势，继续提高石英玻璃质量，争
取多向我国周边国家和地区出口石英玻璃。照明用石英玻璃，由于我国生产成本低，外国公
司将很快转移到中国生产，美国 GE 公司已经采取了行动。因此，我国石英玻璃行业的市场
前景很好。
例 2：金刚石和石墨
金刚石：硬度最高
热导率最高，300K 为铜的 5 倍，77K 为铜的 25 倍
电阻率 1016Ωcm，极好的电绝缘材料
弹性模量高
无色
石墨：硬度低
弹性模量底
导热率高
导电性好
抗热震性好
黑色
原因：结构不同
金刚石：SP3 键形成共价四面体，键长 Å，四个共价键
石墨：平面 SP2 键联形成六边形网络，P2 轨道加入键联网络，键长 Å，三个共价
键；
薄层之间键联为范德华力，键长 Å。
与工艺的关系：
石墨 →高温、高压-→金刚石（颗粒）
CH4+H2-→加热钨丝→金刚石（薄膜）
例 3：γ-硅酸二钙和β-硅酸二钙
γ-硅酸二钙：在常温下几乎是稳定的，不和水反应。
β-硅酸二钙：在常温下相当活泼，能与水发生反应，生成水化产物。
原因：结构不同
γ-硅酸二钙：配位规则（Ca2+配位数为 6），结构稳定，
β-硅酸二钙：配位不规则（Ca2+配位数为 6 和 8），结构不稳定，有些部位质点
较密，有些部位则空隙较大。
鲍林第五规则（节约规则）：在一个晶体中，本质不同的结构组元的种类，倾向最少数目。
1、无机非金属材料工艺原理
原料及其预处理 钙质原料（1）钙质原料的种类及性质 无机非金属材料工业常使
用的主要钙质原料有：℃ 方解石主要成分：CaCO3，常混有 Mg、Fe、Mn（8%以下）等碳
酸盐。℃ 石灰石 主要矿物：方解石，并含有白云石、硅质（石英或燧石）、含铁矿物
和粘土杂质。℃ 泥灰岩
是由碳酸钙和粘土物质同时沉积所形成的均匀混合的沉积岩。
主要成分：碳酸钙和粘土
℃ 白垩
是由海生生物外壳与贝壳堆积而成。
白垩易于粉磨和易烧性都较好
（2）钙质原料的组成与作用℃主要成分：CaO、CO2 及少量的 SiO2、AL2O3、Fe2O3、MgO
等杂质。
℃主要矿物：方解石、少量的白云石、硅质（石英及燧石）、含铁矿物 R2O、SO3 和黏土质
杂质。℃主要作用：提供制成无机非金属材料所需的 CaO。
硅酸盐水泥：钙质原料是烧制硅酸盐水泥熟料的主要原料之一。1 吨水泥需 吨
石灰质原料。
陶瓷：陶瓷使用的钙质材料一般为方解石。
钙质原料在生产中主要起助熔作用，缩短烧成时间，增加陶器的透明度，使坯釉结合牢
固。
玻璃：玻璃中的 CaO 主要是通过方解石、石灰石、白垩、沉淀碳酸钙等原料引入的。
作用主要是稳定剂，即增加玻璃的化学稳定性和机械强度，但含量不宜过高，否则
会使玻璃的结晶倾向增大，而且易使玻璃发脆。CaO（<10-12%）在高温时，能降低玻璃的
粘度，促进玻璃的熔化和澄清；但 CaO（>10-12%）时增加粘度。而且当温度降低时，粘度
增加得很快，使成型困难。
粘土类原料粘土类原料
（1）粘土类原料的种类
粘土是多种微细的矿物的混合体，它主要是由铝硅酸盐类岩石如长石、伟晶花岗岩、斑岩、
片麻岩等经长期风化而成。
（2）粘土类原料的组成
1）化学组成：主要为 SiO2、AL2O3 和结晶水
2）矿物组成及性质：工业中所用粘土中的主要矿物
可分为高岭石类、蒙脱石类及
伊利石类三种。
33）颗粒组成）颗粒组成
33）粘土的工艺性质）粘土的工艺性质
粘粘土土的的原原料料的的工工艺艺性性质质主主要要取取决决于于其其化化学学、、矿矿物物与与颗颗粒粒组组成成；；粘粘土土的的工工艺艺性性质质是是工工业业生生产产
中合理选择粘土原料的重要指标。中合理选择粘土原料的重要指标。
11）可塑性）可塑性
可塑性是指粘土与适量水混练后形成的泥团，在外力作用下，可塑造成各种形状而不开可塑性是指粘土与适量水混练后形成的泥团，在外力作用下，可塑造成各种形状而不开
裂，当外力除去之后，仍能保持该形状不变的性能。裂，当外力除去之后，仍能保持该形状不变的性能。 通常用塑性限度（塑限通常用塑性限度（塑限））、液性限度、液性限度
（液限（液限））、塑性指数或塑性指标、相应含水率等参数来反映粘土的可塑性。、塑性指数或塑性指标、相应含水率等参数来反映粘土的可塑性。
••塑塑限限：：粘土由固体状态进入塑性状态时的含水量。粘土由固体状态进入塑性状态时的含水量。••液液限限：：粘土由流动状态进入塑性状态时粘土由流动状态进入塑性状态时
的含水量。的含水量。••塑性指塑性指数数：：是粘土的液限与塑限之间的差值。是粘土的液限与塑限之间的差值。••塑性指塑性指标标：：是粘土在工作水分下是粘土在工作水分下，，
泥料受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积。泥料受外力作用最初出现裂纹时应力与应变的乘积。
••从粘土与水的相对关系来看，塑限表示粘土被水湿润后，形成水化膜，使粘土颗粒能相对从粘土与水的相对关系来看，塑限表示粘土被水湿润后，形成水化膜，使粘土颗粒能相对
滑动而出现可塑性的含水量滑动而出现可塑性的含水量。。所谓塑限高所谓塑限高，，说明粘土颗粒的水化膜厚说明粘土颗粒的水化膜厚，，工作水分高工作水分高，，但干燥但干燥
收缩也大。收缩也大。
•• 液限反映黏土颗粒与水分子亲和力的大小。液限高的黏土颗粒很细，在水中分散度大液限反映黏土颗粒与水分子亲和力的大小。液限高的黏土颗粒很细，在水中分散度大，，
不易干燥，湿坯度低。不易干燥，湿坯度低。
可可塑塑性性指指数数：：表表示示黏黏土土能能形形成成可可塑塑泥泥团团的的水水分分变变化化范范围围。。指指数数大大则则成成型型水水分分范范围围大大，，
成成型型时时不不易易受受周周围围环环境境湿湿度度及及模模具具的的影影响响，，即即成成型型性性能能好好。。••可可塑塑性性指指标标也也反反映映黏黏土土的的成成型型
性能性能，，但要主要相应含水率但要主要相应含水率，，若相应含水率大若相应含水率大，，即工作水分多即工作水分多，，干燥过程易变形干燥过程易变形、、干燥干燥。。黏黏
土颗粒越细，有机质含量较高，可塑性较土颗粒越细，有机质含量较高，可塑性较好好；；黏土颗粒吸附的阳离子浓度高、半径小、电价黏土颗粒吸附的阳离子浓度高、半径小、电价
高者，因吸附水膜较厚，可塑性好。高者，因吸附水膜较厚，可塑性好。
2）结合性
结合性是指粘土能结合非塑性原料形成良好的
可塑泥团、有一定的干燥强度的能力。一般情况下，可塑性强的粘土，其结合性也大。
3）离子交换性粘土粒子由于表面层的断键和晶格内部离子的不等价置换而带点，它能吸附
溶液中的异性离子，这种被吸附的离子又可被其他离子所置换，这种性质称为粘土的离子交
换性。
离子交换能力的大小可用离子交换容量即 pH=7 时每 100g 干粘土吸附的阳离子或阴离
子的毫摩尔（mol）数来表示。
l4）触变性
l 粘土泥浆或可塑泥团在静置以后变稠或凝固，当受到搅拌或振动时，黏土降低而流动
性增加，再放置一段时间后又能恢复原来状态，这种性质称为触变性。触变性的大小可用厚
化度来表示，泥浆厚化度指泥浆放置 30min 和 30s 后相对粘度之比。可塑性泥团的厚化度则
指静置一定时间后，球体或圆锥体压入泥团达一定深度时剪切强度增加的百分数。颗粒表面
荷电是粘土土产生触变性的主要原因。
l5）膨化性
l 粘土加水后，体积会在不同程度上有所增加，这种性质称为膨化性。这种性质主要是
因黏土颗粒层间吸水膨胀和颗粒表面水膜形成所致。
通常用膨胀容来反映黏土的膨化性能。它是指黏土在水溶液中吸水膨胀后，单位质量
（g）所占的体积（㎝3）。
6）收缩
粘土和坯料的收缩实际上可分为三种：干燥收缩、烧成收缩和总收缩。
干燥收缩：黏土经 110℃干燥后，由于自由水及吸附水排出所引起的颗粒间距离减小而
产生的体积收缩。
烧成收缩：干燥后的黏土经高温煅烧，由于脱水、分解、熔化等一系列的物理化学变化
而导致的体积进一步收缩。
粘土的收缩情况主要取决于它的组成、含水量、吸附离子及其他工艺性能。细粒粘土及
呈长形纤维状粒子的粘土收缩较大。
测定收缩是研制模型及制作生坯尺寸放尺的依据。
•7•7）烧结温度与烧结范围）烧结温度与烧结范围
粘土是多种矿物组成的物质。它没有固定的熔点，而是在相当大的温度范围内逐渐软化粘土是多种矿物组成的物质。它没有固定的熔点，而是在相当大的温度范围内逐渐软化。。
一一般般说说来来，，当当温温度度超超过过 800800℃℃后后，，粘粘土土试试样样体体积积开开始始剧剧烈烈收收缩缩，，气气孔孔率率开开始始明明显显减减少少。。这这种种
开开始始剧剧烈烈变变化化的的温温度度称称为为开开始始烧烧结结温温度度 T1T1。。温温度度继继续续升升高高，，至至一一定定值值时时，，开开口口气气孔孔率率降降至至
最最低低，，收收缩缩率率达达到到最最大大，，试试样样致致密密度度最最高高。。此此相相应应的的温温度度称称为为完完全全烧烧结结温温度度或或简简称称烧烧结结温温
度度 T2T2。。若继续升高温度，试样将因液相不断增多，以至于不能维持试样原有形状而变形，
其对应的最低温度称为软化温度 T3。
烧结范围是指完全烧结温度 T2 与软化温度 T3 之间的温度范围。
8）耐火度
是指材料在高温作用下达到特定软化程度时的温度。它反映了材料抵抗高温作用的性能。
粘土的耐火度取决于化学组成。一般随 AL2O3 含量的增加而提高，随杂质含量增加，尤其
是随 Fe2O3 碱金属氧化物含量的增加而显著而降低。
测定：将一定细度的原料制成一截头三角锥（高 30mm）下底边长 8mm、上顶边长
2mm），在一定升温制度下，测出三角锥顶端软化下弯至锥低平面时的温度，即粘土原料的
耐火度。
（4）粘土质工业废渣
（5）粘土原料的作用
1．1．3石英类原料 ．
(1)石英类原料的种类和性质
(2)石英的组成
(3)石英在加热过程中的晶型转变
多晶转变根据其进行的方向分为：可逆多晶转变和不可逆多晶转变。
可逆多晶转变：双向转变。晶型℃晶型℃不可逆多晶转变：单向转变
多晶转变根据转变速度和转变时晶体结构变化的不同分为重建性转变和位移型转变
重建性转变：这类转变发生时必须打开原子间的键，质点要重排，形成新的结构。
SiO2 的晶型转变中石英、鳞石英、方石英之间的相互转变属于重建性转变。
位移型转变：这类转变发生时不需要打开任何键或改变最临近的配位数，指示原子从它们原
先的位置发生少许位移。
如α-石英和β-石英间的转变、α-鳞石英和β-鳞石英之间的转变、β-鳞石英和γ-鳞石英之间
的转变、α-方石英和β-方石英之间的转变。石英晶型变化的作用：
a) 指导硅砖、陶瓷和玻璃制品的生产
SiO2 的晶型转变中石英、鳞石英、方石英之间的相互转变尽管体积变化大，但由于转
化速度慢，对制品的稳定性影响并不大。
α-石英和β-石英间的转变、α-鳞石英和β-鳞石英之间的转变、β-鳞石英和γ-鳞石英之间
的转变、α-方石英和β-方石英之间的转变。由于其转变速度快，较小的体积变化就可能由
于不均匀应力而引起制品开裂，影响产品质量。因此，硅砖生产中加入矿化剂的目的
就是为了提高产品中鳞石英含量，减少方石英生成量，以减少位移性转变所引起的体积
变化。
例：为什么生产硅砖需要加入矿化剂？
b) 指导硅砖、陶瓷和玻璃制品的应用
例：窑炉烤窑（升温）时，在晶型转变时需要保温或放慢升温速度。
例：石英的破碎
1．1．4 长石类原料
(1)长石的种类与性质
(2) 长石类原料的应用
1) 长石类原料在陶瓷生产中的作用。
℃ 降低产品的烧成温度；
℃ 熔化后形成液相填充坯体孔隙，增大致密度，提高产品的机械强度、透光性和介电
性能。
℃瘠性物质，提高坯体干燥速度。
2) 陶瓷生产中长石的代用原料。
3）长石类原料在玻璃生产中的作用
℃提供 Al2O3,K2O,Na2O,SiO2，减少纯碱用量
其他原料
（1）引入氧化锂的原料（2）引入氧化钠的原料
氧化钠 Na2O，是网络外体氧化物，钠离子居于玻璃结构网络的空穴中。Na2O 能提
供游离氧使玻璃结构中的 O／S 比值增加，发生断键，因而可以降低玻璃的黏度，使玻璃易
于熔融，是玻璃良好的助熔剂。Na2O 增加玻璃的热膨胀系数，降低玻璃的热稳定性、化学
稳定性和机械强度，所以不能引入过多的 Na2O。引入 Na2O 的原料主要为纯碱和芒硝，有
时也采用一部分氢氧化钠和硝酸钠。
（3）引入氧化钾的原料
钾玻璃的粘度比钠玻璃的大，能降低玻璃的析晶倾向，增加玻璃的透明度和光泽等。
K2O 常引入高级器皿玻璃、晶质玻璃、光学玻璃和技术玻璃中。
(4)镁质原料
(5)引入氧化钡的原料
在硅酸盐水泥生产中，BaO 可以稳定β—C2S。 (6)引入氧化锌的原料
(7)引入氧化铅的原料
1)氧化铅 PbO，引人 PbO 的主要原料为铅丹和密陀僧。
2)氧化铅的作用。
PbO 是中间体氧化物，在一般情况下为网络外体，当 PbO 含量高时，铅离子(Pb2＋)容
易极化变形，或降低其配位数而居于玻璃的结构网中。PbO 能增加玻璃的比重，提高玻璃的
折射率，使玻璃具有特殊的光泽，良好的电性能。铅玻璃的高温黏度小，熔制温度低，易于
澄清。铅玻璃的硬度小，便于研磨抛光（刻花）。
特别注意：
℃铅丹和密陀僧都是有毒的，使用时一定要注意安全！
℃在熔制铅玻璃时，必须在氧化气氛中进行，否则 PbO 容易还原变为金属铅，使玻璃发
黑或变灰，，或沉积在坩埚底，易使坩埚穿孔 ℃配合料中必须加入硝酸盐原料作为氧化剂 ℃
铅玻璃对耐火材料腐蚀比较严重，需要高质量的耐火材料 ℃铅玻璃化学稳定性较差，但吸
收辐射线的能力很大(8)引人氧化铍、氧化锶和氧化镉的原料
(9)铁质原料
一般铁质原料可分为两类：一类是天然铁矿石；另一类是化工产品及其副产品，如
氧化铁、硫铁矿渣、铜矿渣、铅矿渣等。
在陶瓷工业生产中所使用的是氧化铁，用做配制釉料。在水泥工业生产中，由于所使
用的黏土原料中的氧化铁含量不足，因此，绝大部分水泥厂需要使用铁质校正原料。此时铁
质原料中的氧化铁含量应大于 40％。氧化铁在水泥熟料煅烧中作用主要是满足熟料矿物组
成的要求，同时降低烧成温度和液相黏度，促进熟料煅烧。
(10)铝质原料
铝质原料主要用于生产高铝水泥、铝酸钙水泥、磷铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、制造高
铝陶瓷及高铝质耐火材料。常用的铝质原料主要有铝矾土、工业氧化铝、氢氧化铝以及硅线
石族矿物。
1) 铝矾土的主要成分是Al203，常含有Fe203、Si02、Ti02以及碳酸盐等杂质。2) 氧化
铝Al203与氢氧化铝AI(OH)3都是化工产品，一般纯度较高。氧化铝
在理论上含100％的Al203，氢氧化铝理论上含Al203 65．40％，H20 34．60％。
价格较贵，一般只用于生产光学玻璃，仪器玻璃，高级器皿，温度计玻璃以及
氧化铝生物陶瓷、95氧化铝瓷、99氧化铝瓷等。
95氧化铝瓷
99氧化铝瓷
注意：Al3+有4配位和6配位
当 Na2O/ Al203 >1时，4配位
当 Na2O/ Al203 <1时，6配位
(11)含硼原料
1) 引入B203的原料，为硼酸、硼砂和含硼矿物。
℃硼酸H3BO3
℃硼砂Na2B4O7·10H20
℃含硼矿物。硼酸和硼砂价格都比较贵。使用天然含硼矿物，经过精选后
引入B203，B203经济上较为有利。
2)氧化硼的作用。
在陶瓷工业中，B203降低陶瓷釉料的熔融温度和降低高温黏度，使釉向光
滑半整。
当Si02引入量过高时，由于硼氧三角体增多，玻璃的膨胀系数等反而增大，
发生反常现象。
B203是耐热玻璃，化学仪器玻璃，温度计玻璃，部分光学玻璃，电真空玻璃以及其他
特种玻璃的重要组分。
(12)引入五氧化二磷的原料
补辅助原料
(1) 澄清剂
凡在玻璃熔制过程中能分解产生气体，或能降低玻璃黏度，促进排除玻璃液
中气泡的物质称为澄清剂。
常用的澄清剂有氧化砷和氧化锑、硫酸盐类、氟化物类等。
1)氧化砷和氧化锑。单独使用时将升华挥发，仅起鼓泡作用。与硝酸盐组合
使用时，能在低温吸收氧气，在高温放出氧气而起澄清作用。由于AS203的粉状
和蒸气都是极毒物质，目前已很少使用，大多改用Sb203。
2) 硫酸盐原料主要有硫酸钠，它在高温时分解逸出气体而起澄清作用，平
板玻璃厂大都采用此类澄清剂。
3)氟化物类原料。主要有萤石(CaF2)及氟硅酸钠(Na2SiF6)。它们以降低玻璃
液黏度而起澄清作用。对耐火材料侵蚀大，产生的气体(HF、SiF4)污染环境，目
前已限制使用。
4)复合澄清剂多为砷、锑、硫等的化合物，具有高效、低毒的优点。
(2)着色剂
定义：使物质着色的物质，称为物质的着色剂。
着色剂的作用：是使物质对光线产生选择性吸收，显出一定的颜色。
陶瓷、玻璃、水泥均使用着色剂。但玻璃用作色剂更为广泛。
在玻璃生产中，根据着色剂在玻璃中呈现的状态不同，分为三类：
1）离子着色剂
2）胶体着色剂
3）硫硒化物着色剂
1)离子着色剂
离子着色剂的作色机理是：
钛、钒、铁等过渡金属，在玻璃中以离子状态存在，它们的价电子在不同能级间跃迁，
由此引起对可见光的选择吸收，导致玻璃着色。
2)金属胶体着色剂
金属胶体着色剂的着色机理是：
玻璃可以通过细分散的金属对光的选择性吸收而着色。一般认为，选择性吸收是由于胶
态金属颗粒的光散射而引起的。玻璃的颜色很大程度上取决于金属粒子的大小。例如金红玻
璃，金离子<20纳米为弱黄，20~50纳米为红色，50~100纳米为红色，100~150纳米为蓝色，
>150纳米将发生金粒沉析。
金属胶体着色剂主要有以下几类：
℃金化合物
℃银化合物
℃铜化合物
℃金化合物。
金化合物常用的是氯化金(AuCl3)。一般是将纯金用王水溶解制成AuCl3溶液，再将
溶液加水稀释使用。金红玻璃必须经过加热显色才能得到最后的颜色。为了使金的胶态粒子
均匀分布，常在配合料中加入％--2％的二氧化锡，使金发生分散作用。
℃银化合物
银化合物通常采用硝酸银(AgN03)，分子量169．89，无色结晶。硝酸银在熔制时能析出
银的胶体粒子，加热显色后使玻璃看成黄色。配合料中加入二氧化锡可以改善银黄的着色。
℃铜化合物
铜化合物主要使用氧化亚铜(Cu20)，也可以使用硫酸铜(CuSO4．5H20)。胶体铜的
微粒使玻璃着成红色。它的着色能力很强。加入配合料量％的氧化亚铜，就足
以制得红色的玻璃。
熔制铜红玻璃时。必须在配合料中加入还原剂，还原剂多采用金属锡、氧化亚
锡(SnO)、氯化亚锡(Sncl2)与酒石酸钾(KH5C406)。
金属胶体着色一般分下列几个过程：
℃金属离子的溶解
℃金属离子的还原
℃金属原子的成核和长大
℃金属离子的溶解
金属离子充分溶解于玻璃熔体之中是金属胶体着色的前提。
铜红玻璃必须在还原条件下使之呈Cu+状态
金红玻璃必须在氧化条件下使Au成Au+状态，防止还原过甚，引起金粒成长
太大，使玻璃乳浊。
℃金属离子的还原
a) 热还原法
b) 光化学还原法
℃金属原子的成核和长大
金属离子还原为原子状态后，必须进行适当的热处理（显色）使分散于玻璃中的金属原
子聚集、成核并长大为胶体。在热处理过程中，金属颗粒常常成长过大，发生乳浊现象。因
此一般必须在玻璃中加入适当的氧化亚锡（铜红常加锡粉）。主要是利用锡离子的“金属桥”
（1/2Sn0）特性，使金属原子在玻璃熔制过程中与锡离子的“金属桥”形成合金，防止金属原
子进一步长大而发生乳浊。
铜红玻璃的吸收光谱和金属铜胶体溶液的吸收光谱差别较大，而更接近于氧化亚铜
胶体溶液的吸收光谱。而且铜红玻璃中氧化亚铜的存在可用X-射线衍射法证实。因此，铜
红玻璃是氧化亚铜胶体着色。
3)硫、硒化合物着色剂
硫、硒化合物着色剂主要有以下几类：
℃硒与硫化镉
℃锑化合物
℃硒与硫化镉。
单体硒的胶体粒子，使玻璃着成玫瑰红色。硒与硫化镉共用可以制成由黄色到
红色的玻璃。
硫化镉(CdS)，分子量144．48，黄色粉末。单独用硫化镉，可以使玻璃着成淡
黄色，加硒后，可以获得纯正的黄色。
℃锑化合物。在钠-钙玻璃中加人三氧化二锑、硫和煤粉，在熔制过程中生成硫
化钠，经过加热显色，硫化钠与三氧化二锑形成硫化锑的胶体微粒，使玻璃着成红
色。
锑红玻璃也可以直接使用硫化锑和碳。
硫硒化镉着色的光谱特性：
a) 在可见光区并不出现吸收峰，而是一个连续的吸收区
b) 透光区与吸收区之间是一条很陡的分界线，通称为吸收极限或截短波线。小
于吸收线波长光全部吸收，大于吸收线波长的波全部通过。
硫硒化镉着色机理:
a) 硒红一类玻璃的着色与CdS、CdSe单晶的半导体性有关。根据半导体的能带
理论，由于硒原子量比硫大，其激活能必然小于硫，即硒原子中满带的电子比硫原
子容易激发到导带。所以在玻璃中形成的CdSx•CdSe(1-x)微晶禁带宽度，随CdSe含
量的增大而逐渐下降，导致玻璃的吸收极限逐渐向长波方向移动，颜色由黄色到橙
色、红色、深红转变。
b) 光吸收都是由于一定能量的光激发阴离子（O2-、S2-、Se2-、Te2-）上的价电子
到激发态所致。因为S2-、Se2-、Te2-的亲电势比O2-小，故能量较小的光就能激发它们
的价电子到激发态，使其截短波极限进入可见光区，导致玻璃的着色。
(3)脱色剂
脱色剂按其作用可分为：
化学脱色剂
物理脱色剂
1)化学脱色剂。
化学脱色是主要是借助于脱色剂的氧化作用，使着色能力强的低价铁氧化物变
成为着力能力较弱的三价铁氧化物，以便使用物理脱色法进一步使颜色中和，接近于无色，
使玻璃的透光度增加。
常用的化学脱色剂有硝酸钠、硝酸钾、硝酸钡、白砒、三氧化二锑、氧化铈等。
℃硝酸钠(分解温度350OC)、硝酸钾(分解温度400OC)。由于它们的分解温度低，必须与
白砒和三氧化二锑共用，脱色效果才。
℃白砒和三氧化二锑的脱色作用也是氧化作用。它们还能消除用硒和氧化锰脱色时，因
用量过多而形成淡的红色。
As203+6FeO=3Fe203+2As
2 As203+3Se=4As+3Se03
2Mn203+As203=4MnO+As305
℃二氧化铈用作脱色剂时能保证最好的脱色，其脱色作用基于在玻璃熔制的温
度下分解放出氧，通常与硝酸盐共同使用。
℃卤素化合物，如萤石、氟硅酸化钠、冰晶粉以及氯化钠，它们的作用是形成
挥发性的FeF3或FeCl3，或成为无色的氟铁化钠(Na3FeF6)。
化学脱色剂的用量与玻璃中铁的含量、玻璃的组成和熔制温度以及熔炉气氛等
都有关系。
2)物理脱色剂。
物理脱色是在玻璃中加入一定数量的能产生互补色的着色剂，使玻璃由于FeO
、Fe2O3、Cr2O3、Ti02所产生的黄绿色到蓝绿色得到互补而消色。
物理脱色使用的一般不是一种着色剂，而是选择适当比例的两种着色剂。物理脱色法
可能使玻璃的色调消除，但却使玻璃的光吸收增加，即使玻璃的透明度降低。物理脱色法常
与化学脱色法结合使用。
(4)乳浊剂、助熔剂、氧化与还原剂
1)乳浊剂。
使熔体降温时析出的晶体、气体或分散粒子出现折射率的差别，在光线的反射和衍射
作用下，引起光线散射从而产生乳浊现象的物质称为乳浊剂。
乳浊剂可用于生产乳浊玻璃，掺入陶瓷釉料中可保证釉层的覆盖能力。
2)助熔剂。
能促使玻璃熔制过程加速的原料称为助熔剂(或加速剂)。
有效的助熔剂为化合物硼化合物，钡化合物和硝酸盐等。
3)氧化与还原剂。
在玻璃熔制时，能分解放出氧的原料，称为氧化剂；反之，能夺取氧的料，称
为还原剂。
玻璃生产中碎玻璃的作用与使用
在玻璃生产中的各个工艺环节总会产生一定量的碎玻璃，在运输、使用等过程
中也会产碎玻璃。回收碎玻璃加以重熔，不但具有经济意义，更重要的是，碎玻璃
的加入对配合料的熔化和澄清、热耗、玻璃制品的性能、加工性能和熔窑的生产率
都有影响。因此，使用碎玻璃配时必须注意以下一些情况：
(1)二次挥发：在碎玻璃重熔后，易挥发组分将进行第二次挥发，因而该组分的
含量将减少。
(2)二次积累：由于玻璃液对耐火材料的侵蚀，使玻璃中Fe203和A12O3含量增加。所以，
二次熔化就产生二次积累。
(3)对某些化学稳定性较差的玻璃，由于表面水解造成表面层成分与内层成分之间的差
别，若熔制温度较低或玻璃液对流不大时，在熔制后的玻璃液内部往往会留下明显的线痕。
(4)当碎玻璃重熔时，其中某些组分要发生热分解并释出氧气，因此重熔后的玻璃液具
有还原性质。对以变价元素为基础的颜色玻璃会引起色泽的变化。
(5)在碎玻璃中含有少量的化学结合气体，在重熔时产生相当于二次气泡那样的微小气
泡。因此，加入碎玻璃多时就难于澄清。
(6)碎玻璃在配合料中的比例与粒度对熔化时间的影响：碎玻璃的粒径小于0．25mm和
粒径为2～20mm时，两者对熔化均有良好效果。
稀土元素氧化物的应用
(1)磨光介质。氧化铈(Ce02)可用作玻璃抛光粉，用以代替红粉(a一Fe2O3)。使用Ce02
能提高玻璃抛光效率和保证制品的光洁度。
(2)着色剂和脱色剂。如氧化钐(Sm203)使玻璃着成美丽的黄色。
(3)澄清剂和乳浊剂。Ce02兼有澄清剂作用，它优于AS203的澄清作用。
(4)光学玻璃。La2O3增加光学玻璃的折射率。La2O3常用来制造高折射低色散的不含Si02
或Si02含量低的光学玻璃。
(5)特种玻璃。稀土氧化物是制造激光玻璃的重要材料。
原料的预处理
(1)预烧
(2)破碎
(3)干燥
(4)筛分
(5)除铁
(1)预烧
在玻璃生产中预烧的目的：
为了减小粗碎时，它们对于机械设备的磨损，降低机械铁的引入。
在陶瓷生产中预烧的目的：
消除多晶转变和特殊结构带来不利的影响。
注意：预烧温度要根据原料性质来定
(2)破碎
3)干燥
干燥的方法主要有两种，即自然干燥与强制干燥。
一般以强制干燥为主。
原材料的水分主要来自三个方面：
一是天然水一来自开采；
二是在运输与堆放过程中雨雪的侵袭；
三是在原料加工过程中添加的水。
(4)筛分
在陶瓷生产中筛分具有以下作用：
1)使原料颗粒适合下一制造工序的需要。
2)在粉碎过程中，筛去已符合细度的颗粒，使粗粒获得充分粉碎的机会，可提高
设备的粉碎效率。
3)确定颗粒的大小及其比例，并限制原料或坯料中粗(允许的)颗粒的含量，从而可
以提高成品的品质。
(5)除铁
原料中含铁杂质可分为金属铁，氧化铁与含铁矿物。
陶瓷坯料中混有铁质将使制品的外观质量受到影响，如降低白度与半透明性，也
会产生斑点。因此，在原料处理与坯釉料制备的各工序中，除铁是一个很重要的工序。
玻璃中有铁会使玻璃着色，还会降低透光性。
注意：水泥不需要除铁！为什么？
1．2无机非金属材料的组成及配料计算
1．2．1无机非金属材料的组成
(1)CaO-Si02-Al203系统
在CaO-Si02-Al203系统中，随着各氧化物之间比例的不同，生成的矿物组成极其复杂。其
中主要有：
硅酸三钙C3S
硅酸二钙C2S
钙铝黄长石C2AS
铝酸一钙CA
铝酸三钙C3A
七铝酸十二钙C12A7
二铝酸一钙CA
六铝酸一钙CA6
1) 硅酸三钙(C3S)。
主要由硅酸二钙和氧化钙反应生成。在水泥中其含量为50%左右，有时高达60%
以上。C3S在1250℃~2065℃时稳定，在1250℃以下分解为C2S和CaO。
思考：为什么水泥在常温下有C3S存在？
C3S又分属于三个晶系的七种变型：三方晶系的R型；单斜晶系的M℃、M℃、MI
型和三斜晶系的T℃、T℃、TI型。
纯C3S在常温下，通常只能保留三斜晶系(T型)，如含有少量MgO、Al2O3、S03、
ZnO、Cr2O3、Fe2O3和R2O等稳定剂形成固溶体，便可保留M型或R型。故硅酸三钙通
常为M型或R型。
硅酸三钙固溶体的密度为3140～3250kg／m3。
阿利特或A矿：在硅酸盐水泥熟料中， C3S并不是已纯的形式出现，总含有少量的
MgO、
Al2O3 、 Fe2O3等形成固溶液，称为阿利特或A矿。
硅酸三钙加水调和后，初凝时间大于或等于45min，终凝时间小于或等于12h。
它水化较快。粒径为40～45um的硅酸三钙颗粒加水28d后，有70％左右与水反应。所以硅酸
三钙可产生较高的强度，且强度发展比较快，早期强度较高，且强度增进率较大，28d强度
可以达到它一年强度的70％～80％。但硅酸三钙水化热较高，抗水性较差。
C3S含少量其他氧化物形成的固溶体，将影响它的反应能力和晶型。另外，硅酸三钙固
溶体晶体尺寸和发育程度会影响其反应能力。
当烧成温度高时，C3S固溶体晶形完整，晶体尺寸适中，几何轴比大(晶体长度与宽度之
比L／B=2～3)，矿物分布均匀，界面清晰，强度较高。
当加矿化剂或用急剧升温等新的煅烧方法低温烧成时，虽然很多C3S固溶体晶体比较
细小，但发育完整、分布均匀，熟料强度也很高。
2）硅酸二钙(C2S)
在水泥中C2S一般在20%左右。由氧化
钙与氧化硅反应生成纯硅酸二钙。
贝利特或B矿： C2S与少量MgO 、 Al2O3 、 Fe2O3 、R2O等氧化物形成固溶体，
称为贝利特或B矿。
在1 450oC温度以下时， C2S进行下列
多晶转变 。
当温度低于500oC时，硅酸二钙由β 型转变为γ型，体积膨胀10%而导致物料粉化。
γ型几乎无水硬性。
硅酸二钙固溶体与水反应速度较慢，凝结固化较慢，早期强度低，但后期强度增进
率较高。
硅酸二钙固溶体的水化热较低，耐水性好。
3）中间体
它填充在阿利特和贝利特之间可包括铝酸盐、铁酸盐、组成不定的玻璃体和含碱化
合物以及游离氧化钙和方镁石。但以包裹体形式存在于阿利特和贝利特中的游离氧化钙和
方镁石除外。中间体在熟料煅烧过程中，熔融成为液相，冷却时结晶，但有部分来不及结晶
而凝固成玻璃体。
℃ 铝酸钙
主要是铝酸三钙，还可能有七铝酸十二钙。掺氟化钙作矿化剂时，可能存在 C11A7• CaF2
和C4A7 S而无C3A。
C3A在水泥中潜在含量为7%~10%。
C3A水化迅速，放热多，凝结快。
识别：在偏光显微镜下，纯C3A无色透明。在反光镜下，快冷呈点滴状，慢冷矩形或柱
状。它的反光能力弱，呈灰暗色。
℃ 铁相固溶体
潜在含量为10%~18%。熟料中含铁相较复杂，对硅酸盐水泥熟料，多用C4AF代表铁相
组
成。若熟料中Al2O3/Fe2O3<，则可生成铁酸二钙。 含C4AF不、高的熟料难磨。
℃ 玻璃体
主要为Al2O3、 Fe2O3 、 CaO和少量MgO和碱等。
快冷则含玻璃相多而C3A和C4AF等晶体少。普通熟料中，玻璃体含量约为2%~21%，
急冷
时约8%~22%，慢冷时只有0~2%。
铝酸三钙和铁铝酸四钙主要作用：熔融成液相，促进硅酸三钙的顺利形成。
注意：熔剂矿物含量过少则导致游离氧化钙增加，影响熟料质量，降低产量；过多则窑
内容易结块，影响正常生产。
℃ 游离氧化钙
指经过煅烧后仍未结合的的氧化钙。其结构比较致密，水化很慢，通常要3天后才明显，
水化生成氢氧化钙体积增加%,造成局部膨胀应力，抗折强度下降，3天以后强度倒缩，
严重时引起安定性不良。中国回转窑一般控制在%以下。
℃ 方镁石
指游离状态的MgO晶体。在煅烧中一般不参加反应，以下列三种形式存在：
℃ 溶解于C4AF和C3S中形成固溶体；
℃ 溶于玻璃体中；
℃ 以游离状态的方镁石形式存在。
注意：a)前两种的MgO含量约为熟料的2%，对硬化无破坏作用；b)方镁石水化时间慢，
要~1年才明显；c)水化形成氢氧化镁，体积膨胀148%，会导致安定性不良；d)晶体尺寸
1μm时，含5%才膨胀起来，晶体尺寸5 ~7μm时，含量3%就引起严重膨胀；e)国家规定不得
超过5%；f)采用快速冷却减小方镁石尺寸。
(2)K20-SiO2-Al203系统
(3)Na20-CaO-Si02系统
在Na20-CaO-Si02系统中，富硅部分共有四个二化合物NS、NS2、N3S8、CS及四个三元化
合物N2CS3、NC2S3、NC3S6、NCS5。
1．2．2无机非金属材料的组成设计及配料计算
(1)硅酸盐水泥的组成设计
1)硅酸盐水泥对矿物组成的要求。
2)硅酸盐水泥组成矿物的选择。
复习与思考9
1、原料预烧的目的
2、阿利特（A矿）、贝利特（B矿）概念、特点及怎样应用各自的特点来指导生产和应用。
3、游离氧化钙和方镁石对混凝土的危害及怎样减小其对混凝土的危害。
(2)配料计算
1)熟料的率值。
水泥熟料是一种多矿物集合体，而这些矿物又是由四种主要氧化物化合而成。
率值：控制各氧化物之间的比例即率值。率值作为生产控制的一种指标
℃石灰饱和系数(KH)。
熟料中四个主要氧化物是：
CaO、Si02、 A1203、 Fe2O3
其中： CaO为碱性氧化物，其余三个为酸性氧化物，两者相互化合形成C2S、C3S、
C3A、
C4AF四个主要熟料矿物。
从理论上讲，酸性氧化物应形成碱性最高的熟料矿物—C3S、C3A、C4AF、CaO。
CaO含量一旦超过所有酸性氧化物的需求，必然以游离氧化钙形态存在，含量高时将
引起水泥安定性不良，造成危害。
因此，从理论上说，存在一个极限石灰含量。据此，古特曼与杰耳提出了他们的
石灰理论极限含量的观点。
为便于计算，将C4AF看作为“C3A”和“CF”，并把“C3A”与C3A视为同一相。
石灰饱和系数 KH 是熟料中全部氧化硅生成硅酸钙（ C3S 和 C2S）所需要的氧化物与
全部二氧化硅理论上全部生成硅酸三钙（C3S）所需要的氧化钙的比值，即 KH 表示熟料中
二氧化硅被氧化钙饱和形成硅酸三钙的程度。
℃ 硅率或硅酸率（P 或 SM)
硅率是表示熟料中氧化硅含量与氧化铝、氧化铁之和的质量比，也表示了熟料中
硅酸盐矿物与熔剂矿物的比例。
2)配料
℃熟料组成的选择及影响因素。
熟料组成的选择，一般应该根据：
a. 水泥品种
b. 原料品质
c. 燃料的品质
d. 生料制备
e. 生料的易烧性
f. 熟料煅烧工艺
进行综合考虑，以达到保证水泥质量、提高产量、降低消耗和设备长期安全运转的目的。
影响生料易烧性的主要因素有：
a. 生料的潜在矿物组成：KH、P高，生料难烧；反之易烧，还可能结圈；P、n高，生
料难烧，要求较高的烧成温度。
b. 原料的性质和颗粒组成：原料中石英和方解石含量多，难烧，易烧性差；结晶质粗
粒多。易烧性差。
c. 生料中的次要氧化物和微量元素：生料中的少量次要氧化物MgO、Na20、K20等有利
于熟料形成，易烧性好，但量过多，不利于煅烧，并对质量产生严重的不良影响。
d. 生料的均匀性和细度：生料的均匀性好，细度细，易烧性好。
e. 矿化剂：掺加各种矿化剂，均可改善生料的易烧性。
f. 生料的热处理：生料易烧性差，烧成温度就高，煅烧时间越长,生料煅烧过程中升温
速度快，有利于提高新生态物质的活性。
g. 液相：生料煅烧时，液相出现温度低，数量多，液相黏度小，表面张力小，离子迁
移速度大，易烧性好，有利于熟料的烧成。
h. 燃煤的性质：燃煤热值高、煤灰分少、细度细，燃烧速度快，燃烧温度高，有利于
熟料l的烧成。
i. 窑内气氛：窑内氧化气氛煅烧，有利于熟料的形成。
因此，生料易烧性好，可以选择较高石灰饱和系数、高硅率、高铝率(或低铝率)的配料
方案；反之，只能配低一些。
熟料的石灰饱和系数、硅率、铝率三个率值是互相影响、互相制约的，不能片面强调
某一率值而忽视其他两个率值，必须相互配合。如石灰饱和系数较高，则硅率和铝率就
要相应低一些，以保证硅酸三钙的顺利形成。
(3)玻璃的组成设计及配料计算
1)玻璃的组成与结构
℃玻璃的组成。
许多氧化物或元素是玻璃的组成物质，根据各氧化物在玻璃结构中所起的作用，
一般可将它们分为三类：
玻璃形成体(网络形成体)
玻璃中问体(网络中间体)
玻璃调整体(网络外体)
a．玻璃形成体(网络形成体)
能单独形成玻璃，在玻璃中能形成各自特有的网络体系的氧化物，称为玻璃的网络
形成体。
b．调整体(或网络外体)
凡不能单独生成玻璃，一般不进入网络而是处于网络之外的氧化物，称为玻璃的网
络外体。它们往往起调整玻璃一些性质的作用。
c．中间体。一般不能单独形成玻璃，其作用介于网络形成体和网络外体之间的氧化
物，称之为中间体。
阳离子配位数主要根据玻璃结构中“游离氧”的数目而定，当“游离氧”充足时，阳离子
可以夺取“游离氧”以四配位参加网络结构，与网络形成体共同构成统一的结构网络(又称补
网作用)，当“游离氧”不足时，则以其他配位数(比如六配位等)，处于网络之外，与网络外
体作用相似。
在含有不只一种中间体氧化物的复杂系统玻璃中，中间体能否进入结构网络主要由
其电场强度大小来决定，电场强度大的阳离子，夺氧能力大，可以进人结构网络，而电
场强度小的阳离子，在“游离氧”不足时，只可能处于网络之外。一般情况下，中间体离子大
致按下列次序进入网络：
[BeO4] → [Al2O3]→[GaO4] →[TiO2] →[ZnO4]
晶子学说
(a)玻璃由无数微小的“晶子”组成
(b) “晶子”是带有晶格变形的有序区域
(c) “晶子”分散在无定形介质中，“晶子”和介质之间的过渡是渐变的，两者之间无明显界线
无规则网络学说
玻璃态物质也与晶体结构一样，由离子多面体形成的三度空间网络所组成，晶体结构
是由多面体的无数次有规律重复构成，而玻璃结构中多面体重复没有规律。
“硼反常”：
在一定范围内，碱金属氧化物提供的氧，不象在熔融石英中作为非桥氧出现于结构中，
而是使硼氧三角体[BO3]转变成为完全由桥氧组成的硼氧四面体，导致B2O3玻璃两度空间的
层状结构部分转变为三度空间的架状结构，从而加强了网络，使玻璃的各种物理性质，与相
应的硅酸盐玻璃相比，相应地向着相反方向变化。
氧化铝：
在钠硅酸盐中
当Na2O/Al2O3>1时，Al3+位于四面体中。
当Na2O/Al2O3<1时， Al3+位于八面体中。
在玻璃中含有Li+、B3+、Be2+离子时，
Al3+就有可能处于八面体中。
X-非桥氧数,Y-桥氧数, X+Y=4 , X+(1/2)Y=R 。R-玻璃中氧离子总数与硅离子总数之比。对
于 SiO2 R=2
•对于含 12mol%Na2O、10mol% CaO、78mol% SiO2 玻璃，R = (12+10+2×78)/78 =
例1：从以下两种釉料配方中，判断两者的熔融温度、粘度上的差别，并说明理由。
(1) Al2O3
B2O3
(2) Al2O3 •
（4）陶瓷的组成设计及配料计算
1）陶瓷的组成与结构
从结构上看，陶瓷是由以下相组成：
℃ 结晶物质
℃ 玻璃态物质
℃ 气孔
配合料的制备与加工
配合料的一般制备与加工的工艺为：
（原料的）精选→破碎→烘干→配料→破碎→粉磨（配合料的制备） →成型
配合料的制备
成型
干燥
配合料的制备
配合料的制备过程主要有：
(1) 破碎
(2) 粉磨
（1）破碎
1）定义：是对块状固体物料施用机械方法，使之克服内聚力，分裂为若干碎块的
作业过程。
2）作用：减小块状物料的粒度
（2）粉磨
1）粉磨工艺
℃常用的粉磨设备：
球磨机、无介质磨、辊式磨、辊压机、
振动磨、搅拌磨和冲击磨等。
℃ 粉磨方式与工艺
干磨
湿磨
物料在粉磨过程中所采用的工艺流程较
常用的有：
开路
闭路
开路：系统无分级设备，物料从磨机中出来即为产品。
闭路：系统有分级设备，出磨物料经分级设备分选，合格细粉为产品，粗粉返回磨内重
磨。
开路系统优缺点
优点：流程简单，设备少，操作简便，
基建投资少。
缺点：物料必须全部达到合格细度才能出磨，容易产生过粉磨，并在磨内形成缓冲垫层，
妨碍粗料进一步磨细。开路系统粉磨效率低，电耗高，产量低。
闭路系统优缺点
优点：可以消除过粉磨现象，可调控产品粒度，且能提高粉磨效率和产量。
缺点：流程复杂，设备多，基建投资大，
操作复杂。
2）影响粉磨效率的因素
℃粉磨物料的性质
a.入磨物料粒度大小。
b.易磨性。
c.入磨物料的温度。物料的温度越高，
易磨性就越差。
d.入磨物料水分应适中。水分过大，易使细颗粒粘在研磨体和衬板上，形成“物料垫”，
或出现堵塞和“饱磨”现象；水分过少，则影响磨内散热，易产生“窜磨”跑粗现象。适宜
的物料水分为1%~%。
℃助磨剂。指可以消除细粉粘附和聚集
现象，提高粉磨效率，降低能耗，提高产量
的物质。
助磨作用原理
如果能使已有的裂纹不再重新闭合而有助于裂纹扩展以及阻止团聚，就达到助目的。湿
式粉碎的效率高于干粉碎的原因是由于液体介质的劈裂作用，水分子对裂纹的四壁产身约
的压力。
℃粉磨产品的细度。
℃设备流程。设备越大产量越高。
℃研磨体。研磨体的形状、大小、装填量、级配以及补充等。
℃干法磨机通风。
℃干法磨水冷却。主要是磨内雾化喷水，可有效带出磨内热量，消除静电凝聚，利于
提高产量。
℃磨机的操作。喂料量适当且均衡稳定是提高产、质量的重要措施。
（3）水泥生料的粉磨
1）生料细度
2）生料粉磨系统
成型
成型是将制备好的物料（坯料）制成具有一定形状的颗粒或坯体的过程。
（1）粒化（成球）
粒化过程：指将粉体（或浆液）加工成形
状 和尺寸都比较匀整的球块的机械过程。
粉体粒化的意义：能保持混合物的均匀度在储存、输送与包装时不发生变化；有利于改
善物理化学反应的过程；可以提高物料 流动性，便于输送与储存；大大减小粉尘飞扬；扩
大微粉原料的适用范围；便于计量以及满足商业上的要求。
在水泥立窑烧成中，物料首先要先成球的
原因是：
增加物料接触的紧密度，利于反应的进行；球状的快料在立窑中煅烧，便于通风煅
烧完全，能达到反应所需的高温。
陶瓷压制成型时为了提高粉料的体积密度、增加物料的流动性等，常将泥浆喷雾干燥
造粒。
1）转动粒化
℃圆筒粒化机
℃圆盘粒化机
影响粒化的主要因素：
a)表面性质（颗粒表面亲水性、形状与
孔隙率）
b)粒径大小和粒径分布
c)粘结剂
2）喷雾干燥造粒
喷雾干燥是从浆体中排除水分并得到近于球形粉状颗粒的过程。
干燥
（1）概述
脱水的方法：
1）根据水和物料的密度不同实现重力脱水；
2）利用机械的方法实现脱水；
3）用加热的方法使物料的水分蒸发。
干燥（烘干）：是指用加热的方法达到除去物料中部分物理水分的过程。干燥过程
是一个物理过程。实现物料干燥的方法有两种：自然干燥和人工干燥。人工干燥的加热方式
有外热源法和内热源法两种类型。
外热源法：指在物料的外部对物料表面加热，使物料受热，水分蒸发而得到干燥。
外热源法加热方式有：
1）对流加热
2）辐射加热
3）对流-辐射加热
内热源法：指将湿物料放在高频交变的电磁场或微波场中，使物料本身的分子产生
剧烈的热运动而发热，或使交变电流通过物料而产生热量，物料中水分蒸发，本身得以
干燥。
注意：对于不同的物料，对其干燥温度等工艺条件有不同的要求！
（2）干燥的物理过程
1）物料中水分的性质
℃ 化学结合水。主要是结晶水，在干燥过程中不排除。
℃ 物理-化学结合水（大气吸附水）。吸附水、渗透水、微孔（半径小于10-7m）毛
细管水以及结构水。
℃ 机械结合水（自由水）。包括物料中的润湿水、孔隙水及粗孔（半径大于10μm）
毛细管水。机械结合水在干燥过程中首先被排除。
2）物料干燥过程。
物料干燥包括加热、外扩散和内扩散三个过程。
外扩散：物料受热后，当其表面的水蒸
气分压大于干燥介质中的水蒸气分压时，物
料表面的水分向干燥介质中扩散（蒸发），
这个过程称为外扩散。
内扩散：物料内部的水分向物料表面迁移的过程，称内扩散。
整个干燥过程可以分为：
加热阶段
速干燥阶段
降速干燥阶段
煅烧、烧成与熔化
概述
煅烧、烧成与熔化是高温加工过程的三种方式。
煅烧：是指将物料经过高温，合成某些矿物（水泥熟料、矿物等）或使矿物分解获得中
间产物（石灰、石膏和粘土熟料）的过程。
烧成：指将初步密集定型的粉块（生坯）经高温烧结成产品的过程。其实质是将粉料集
合体变成致密的、具有足够强度的烧结体，如砖、瓦、陶瓷、定型耐火材料。
熔化亦称熔炼：指将配合料投入耐火材料砌筑的熔窑中经过高温加热，得到无固体颗粒、
符合成型要求的各种单相连续体的过程。它是制造玻璃、铸石、熔铸耐火材料、人工晶
体等无机非金属材料的主要工艺过程。
无机非金属材料的热加工方法
（1）传统热加工方法与设备
（2）近代加工方法与设备
1）旋风烧成法与浮腾烧成法
℃ 旋风烧成法
℃ 浮腾烧成法
2）新型干法水泥回转窑
硅酸盐水泥熟料的煅烧
（1）生料在煅烧过程中的物理化学变化
1）干燥与脱水
2）碳酸盐分解
颗粒内部的分解反应可分为五个阶段：
℃ 气流向颗粒表面的传热过程
℃ 热量由表面以传导方式向分解面传递的过程
℃ 碳酸盐在一定温度下，吸收热量并进行分解并放出CO2的化学过程
℃ 分解放出CO2，穿透CaO层向表面扩散的传质过程
℃ 表面的CO2向周围介质气流扩散过程
分解速度主要取决于传热、传质和化学反应的快慢。
对于回转窑：碳酸钙的分解，在800~1100℃下，通常需要15min以上，而在分解炉内（物
料温度850℃左右），只需要几秒钟可使碳酸钙表观分解率达到85%~95%。
影响碳酸钙分解速度的因素：
℃ 温度
℃ 窑系统的CO2分压
℃ 生料细度和颗粒级配
℃ 生料悬浮分散程度
℃ 石灰石的种类和物理性质
℃ 生料中粘土质组分的性质
3）固相反应
℃ 固相反应过程
℃ 固相反应的影响因素
a) 温度、温度梯度和反应时间
b) 生料的细度及均匀性
c) 原料性质
d) 矿化剂
4）液相和熟料的烧结
（2）微量元素和矿化剂对熟料煅烧及其质量的影响
1）氟化钙。生产高石灰饱和系数的熟料和白水泥时，为改善生料的易烧性，或者为了
提高熟料质量、降低能耗，矿化剂。碱金属或碱土金属的氟盐以及氟硅酸盐都有较好的
矿化作用。
℃ 萤石的作用
a.加速碳酸钙分解，破坏SiO2晶格，促进固相反应。
b.加速碱性长石、云母的分解过程，促进碱的挥发。
c.降低烧成温度、液相粘度，有利于液相中的质点扩散，加速硅酸三钙的形成。
d) 氟化钙和生料组分通过固相反应生成氟硅酸钙、氟铝酸钙等化合物。氟硅酸钙为中
间过渡相，它的存在有利于C2S和C3S的形成。
e) 当氟化钙含量较高时，会抑制C3A的形成。
℃注意事项；
a. 氟化钙掺入量要适当。
b. 萤石与生料要混合均匀。
C. 熟料应快冷。
d. 氟化钙对窑衬有腐蚀作用，氟对大气也有污染
2）硫化物。作为矿化剂所使用的硫化物主要是石膏。
℃ 石膏的矿化作用
a. 在煅烧过程中，能和铝酸钙形成硫硅钙石和无水硫铝酸钙。
b. 硫酸钙分解放出三氧化硫，能降低熟料形成时的液相粘度。同时少量硫酸钙能稳定
β-C2S。
（3）回转窑内熟料的煅烧
1) 回转窑内的反应带(湿法）
a. 干燥带
b. 预热带
c. 分解带
d. 放热反应带
e. 烧成带
f. 冷却带
2）回转窑煅烧的化学性质及煅烧特点
3）回转窑的煅烧系统
℃ 湿法回转窑煅烧系统
℃ 带余热锅炉的干法腰系统
℃ 带炉笼子加热机的回转窑（立波尔）系统
℃ 悬浮预热窑
旋风式预热器的主要缺点：
a. 流体阻力较大
b.原料的适应性较差，不适合煅烧含碱、氯量较高的原料和使用含硫量较高的燃料，否
则会在预热器锥部及管道总造成结皮堵塞。
℃ 预分解窑或窑外分解窑
基本原理：在分解炉内同时喂入经预热后的生料、一定量的燃料以及适量的热气体，生
料在炉内呈悬浮或沸腾状态；在900℃以下，燃料进行无焰燃烧，同时高速完成传热和碳
酸钙分解过程；燃料（如煤粉）的煅烧时间和碳酸钙分解所需要的时间约需2~4s,这时生
料中碳酸钙的分解率可达到80%~90%，生料预热后的温度约为800~850℃。分解炉内可以
使用固体、液体或气体燃料。
预分解窑系统中回转窑工艺特点：
a. 窑一般划分为三个带：
过渡带
烧成带
冷却带
但大型预分解窑中几乎没有冷却带
b. 回转窑的长径比缩短，烧成带长度增加。
c. 转速快，产量高。
11．．44．．44 陶瓷材料的高温烧成陶瓷材料的高温烧成
坯体在高温作用下，发生一系列物理化学反应，最后显气孔率接近于零，达到完全致密
程度的瓷化现象，称之为“烧结”，而使坯体瓷化的工艺过程，称为“烧成”。
11．．44．．55玻璃的熔化（熔制）玻璃的熔化（熔制）
（1）、玻璃的熔制过程
1）定义：玻璃的熔制是指将配合料经过高温加热，形成均匀、无缺陷的并符合成型
要求的玻璃液的过程，它是玻璃生产中很重要的环节，是获得优质玻璃制品的重要
保证。
2）玻璃的熔制分为五个阶段：
℃硅酸盐形成 : 结束特征：形成硅酸盐和 SiO2 组成的不透明烧结物
℃玻璃的形成 : 结束特征：形成有大量缺陷（如气泡、条纹、化学组成和性质不
均匀）的透明玻璃液
℃玻璃液的澄清：结束特征：去除可见气泡的玻璃液
℃玻璃液的均化：结束特征：消除条纹、结石的均匀玻璃液
℃玻璃液的冷却：结束特征：玻璃液达到可成型的粘度
(2)玻璃的熔制设备
工业上用于玻璃熔制的设备有坩埚窑和池窑
坩埚窑：产量低、能耗大，主要用于手工生产小批量的玻璃制品
池窑：用于玻璃产品的工业化大规模的连续生产 。
最常用的玻璃池窑为侧面喷火和端部进料式的横火焰池窑以及端部喷火侧面进料式
的马蹄焰池窑
侧面喷火和端部进料式的横火焰池窑：产量大，用于平板玻璃等的生产
端部喷火侧面进料式的马蹄焰池窑：产量一般较前者小，用于生产瓶罐、器皿、电
光源玻璃等的生产。
两者的主要结构均包括：蓄热室、加料池、熔化部、澄清部、冷却部(工作部)
(3)影响玻璃熔化过程的因素
1)玻璃组成
玻璃组成是配方计算的依据，并最终决定了玻璃制品的性质，它从本质上决定了玻
璃熔化的难易程度
2)玻璃液的黏度、表面张力的影响
玻璃液的黏度、表面张力对玻璃的澄清和均化过程有着极其重要的影响
3)原料
℃原料的种类
℃原料的挥发
℃原料的粒度
4)配合料的质量
5)熔化作业制度的影响
池窑的作业制度包括温度、压力、泡界线位置、液面高度、气氛、换向时间等的设
定与控制
6)加速玻璃熔化的辅助手段
℃添加剂的使用
a．助熔剂又称加速剂
b．澄清剂是指在玻璃熔化的高温阶段能分解或汽化并释放出气体，从而促进玻璃
液中的可见气泡排除，加速玻璃液澄清过程的原料
常用的澄清剂有白砒、三氧化二锑、芒硝、食盐等
c．搅拌与鼓泡
d．电助熔是在燃料加热的同时，在池窑熔化部、加
料区和作业部增设电极对燃料加热的池窑补充一部分热
量，以加快玻璃的熔化，提高窑炉的出料量
e．富氧燃烧是通过增氧膜等装置，提高熔窑助燃空气中氧气的含量，以供玻璃熔窑
燃料的燃烧
f．高压与真空熔炼有利于玻璃中可见气泡的消除
(4)玻璃池窑耐火材料的蚀变
11．．55 冷冷 却却
1．5．1水泥熟料的冷却
冷却的目的在于：改善熟料的质量；提高熟料的易磨性；回收熟料的余热，降低热
耗，提高热的效率；降低熟料温度，便于熟料的运输、储存和粉磨
急速冷却熟料对改善熟料质量有许多优点，主要有如下各点：
(1)急冷能防止或减少β~C2S转化成γ—C2S
(2)急冷能防止或减少C3S的分解
(3)急冷能防止或减少MgO的破坏作用
(4)急冷使熟料中C3A结晶体减少
(5)急冷熟料易磨性提高
11．．55．．22 陶瓷的冷却陶瓷的冷却
在冷却期间必须注意各阶段的冷却速度，以保证获得质量良好的制品
冷却玻璃相由塑性状态转变为固态时的临界温度是必须切实注意的
11．．55．．33 玻璃生产过程中的冷却玻璃生产过程中的冷却
玻璃生产过程中的冷却主要包括两个阶段：
第一阶段是玻璃液的冷却 : 它是为了将玻璃液的黏度提高到成型制度所需的范围
第二阶段是玻璃制品成型之后的冷却
玻璃制品的退火过程包括加热、保温、慢冷及快冷四个阶段:
(1)加热阶段
为避免成型后的玻璃制品自然冷却时产生永久应力，必须先将其加热到高于应变点
的某一温度下进行保温
(2)保温阶段
主要目的是消除快速加热时产生的温度和结构梯度，以使应力松弛
(3)慢冷阶段
在玻璃中原有应力经退火温度下保温处理而消除后，为防止在降温过程中再次产生
新的永久热应力，需严格控制玻璃在退火温度范围的冷却速率
(4)快冷阶段
快冷阶段是指从应变点温度到室温这段温度区间
11．．66 无机非金属材料制品及其加工无机非金属材料制品及其加工
1．6．1水泥制成
11．．66．．22 混凝土混凝土 ．．
(1)混凝土的定义与分类
1)混凝土的定义
由胶结材料(无机的、有机的或无机有机复合的)、颗粒状集料以及必要时加人化
学外加剂和矿物掺合料组分、经合理配合的混合料，加水拌合硬化后形成具有堆聚结构
的材料称为混凝土。目前应用最广的仍然是由无机胶结材料制成的混凝土。这类混凝土
的组织结构类似于某些天然岩石，故又称为混凝土人造石
2)混凝土的分类
℃混凝土按照表观密度的大小一般可分为重混凝土、普通混凝土、轻混凝土
℃混凝土按用途可分为结构混凝土、防水混凝土、耐热混凝土、耐酸混凝土、耐火
混凝土、收缩补偿混凝土、喷射混凝土、装饰混凝土、大体积混凝土、防辐射混凝土、
膨胀混凝土、道路混凝土、纤维增强混凝土等
℃混凝土按所用胶凝材料可分为水泥混凝土、硅酸盐混凝土、石膏混凝土、水玻璃
混凝土、沥青混凝土、聚合物混凝土、树脂混凝土等
℃混凝土按生产和施工方法可分为预拌混凝土(商品混凝土)、泵送混凝土、压力灌
浆混凝土(预填集料混凝土)、挤压混凝土、离心混凝土、真空吸水混凝土、碾压混凝土、
热拌混凝土、喷射混凝土等
(2)混凝土的制备
(3)混凝土结构与性能
11．．66．．33玻璃的成型与玻璃制品的加工玻璃的成型与玻璃制品的加工
(1)玻璃的成型
玻璃的成型通常是指由熔化的质量符合要求的玻璃液来制成具有一定形状与尺寸的
玻璃制品的过程
1)平板玻璃的成型
平板玻璃现存的成型方法有：浮法、垂直引上法、平拉法、压延法
2)玻璃纤维的成型
玻璃纤维按其形态可分为连续玻璃纤维，定长玻璃纤维及玻璃棉，按生产方法大
体上分两类：一类是将熔融玻璃直接制成纤维；另一类是将熔融玻璃做成球、棒或料块，
再以其为原料加热重熔后制成纤维
3)玻璃管的成型
玻璃管的成型分为垂直拉升法和平拉法
4)玻璃瓶罐成型
玻璃瓶罐的机械化成型方法主要有压一吹法、吹一吹法、转吹法
(2)玻璃的切割、磨边、钻孔、喷砂与蚀刻
11．．66．．44 陶瓷釉料制备及陶瓷冷加工陶瓷釉料制备及陶瓷冷加工
(1)釉的分类
从外观质量来区别，常用的有三类
℃透明釉
℃颜色釉
℃艺术釉
(2)釉层的形成
1)分解反应
2)化合反应
3)熔融
4)釉层冷却时的变化
(3)釉层的性质
1)釉的熔融态的性质
℃釉的熔融温度范围
℃影响熔融温度的因素
2)釉的黏度与表面张力
3)坯、釉适应性
影响坯、釉适应性的因素主要有四个方面 ：
℃热膨胀系数对坯、釉适应性的影响
℃中间层对坯、釉适应性的影响
℃釉的弹性、抗张强度对坯釉适应性的影响
℃釉层厚度对坯釉适应性的影响
(4)釉浆的制备
熔块釉的制备包括熔制熔块和制备釉浆两部分
熔制熔块的目的主要是降低某些釉用原料的毒性和可溶性，同时也可使用釉料的熔融
温度降低
熔制熔块时应注意以下几点问题：
1)原料的颗粒度及水分应控制在一定范围内，以保证混料均匀及高温下反应完全
2)熔制温度要恰当
3)熔制气氛
(5)基本施釉方法
基本的施釉方法有浸釉、淋釉和喷釉三种，静电施釉也是施釉方法之一
(6)陶瓷冷加工
22 无机非金属材料的物化性能无机非金属材料的物化性能
无机非金属材料的物化性能包括力学性能、机械性能、热学性能、电磁学性能、光学性
能、化学性能等方面
22．．11硅酸盐水泥的物化性能硅酸盐水泥的物化性能
(1)熟料矿物的水化
1)硅酸三钙的水化
硅酸三钙的水化分为五个阶段：
℃初始水化期
℃诱导期
℃加速期
℃衰减期
℃稳定期
2)硅酸二钙的水化
β一C2S的水化与C3S相似，只不过水化速度慢而已
3)铝酸三钙的水化
铝酸三钙与水反应迅速，放热快。其水化产物组成和结构受液相Ca0浓度和温度的影
响很大
4)铁相固溶体的水化
它的水化速率比C3A略慢，水化热较低，即使单独水化也不会引起快凝。其水化反
应及其产物与C3A很相似。
(2)硅酸盐水泥的水化
将水泥的水化过程简单地划分为三个阶段
1)钙矾石形成期
C3A率先水化，在石膏存在的条件下，迅速形成钙矾石，这是导致第一放热峰的主
要因素
2)C3s水化期
C3s开始迅速水化，大量放热，形成第二个放热峰
3)结构形成和发展期
放热速率很低并趋于稳定
(3)水化速率的影响因素
水化速率(rate of hydration)是指单位时间内水泥的水化程度或水化深度。水化程度是指一
定时间内已水化的水泥量与完全水化量的比值
影响水泥水化速率的因素很多，主要有
以下几种:
1)熟料矿物组成
熟料中四种主要矿物的水化速率顺序为 C3A>C3S>C4AF>C2S
2)水灰比
水灰比(water cement ratio)大，则水泥颗粒能高度分散，水与水泥的接触面积大，因
此水化速率快
3)细度
水泥细度细，与水接触面积多，水化快
4)养护温度
温度提高，水化加快
5)外加剂
常用的外加剂有促凝剂、促硬剂及延缓剂等
(4)水化热
水泥的水化热是由各熟料矿物水化作用所产生的
一般规律为：C3A的水化热和放热速率最大；C3S和C4AF次之：C2S的水化热最小，
放热速率也最慢
(5)体积变化
水泥浆体在硬化过程中会产生体积变化，固相体积大大增加，而水泥一水体系的总
体积则有所减缩
减缩作用大小顺序：C3A>C4AF>C3S>C2S
(6)水泥石的结构
1)水化产物的基本特征
2)孔结构和内表面积
各种尺寸的孔也是硬化水泥浆体结构中的一个重要组成部分，总孔隙率、孔径大小
的分布以及孔的形态等，都是水泥浆体的重要结构特征
3)水及其存在形式
按其与固相组成的作用情况，可以分为：
℃结晶水 根据其结合力强弱又可分为强结晶水和弱结晶水两种
℃吸附水 吸附水是在吸附效应及毛细现象作用下被机械地吸附于固相颗粒表
面及孔隙之中的水，可分为凝胶水和毛细水
℃自由水 自由水又称游离水。主要存在于大孔、微孔内，与普通水性质无异
22．．11．．22水泥的物理性能水泥的物理性能
(1)密度与容积密度
硅酸盐水泥疏松状态的容积密度为900～1 300k／m3，紧密状态的容积密度为l400～
1700kg／m3。
影响水泥密度的因素主要有熟料矿物组成，熟料的煅烧程度，水泥的贮存时间和条
件，以及混合材料掺加量和种类等
(2)细度
水泥一般由几微米到几十微米的大小不同的颗粒组成，它的粗细程度(颗粒大小)即
称为水泥细度
水泥细度有筛余百分数、比表面积、颗粒平均直径和颗粒级配等不同表示方法。目
前，我国普遍采用的是筛析法和比表面积测定方法两种。筛析法包括水筛法和干筛法
(3)需水性(稠度、流动度)
为了使水泥凝结时间、体积安定性的测定具有准确的可比性，规定水泥净浆处于一
种特定的可塑状态，称为标准稠度。而标准稠度用水量是指使水泥净浆达到标准稠度时
所需要拌合水量，以占水泥质量的百分数表示
流动度是规定水泥砂浆和混凝土处于一种特定的和易状态。砂浆流动度是用跳桌仪
器来测定的，常用mm来表示其大小
(4)凝结时间
水泥从加水开始到失去流动性，即从流体状态发展到较致密的固体状态，这个过程
所需要的时间称凝结时间
水泥的凝结时间又分为初凝时间和终凝时间
影响水泥凝结时间的因素 ：
1)石膏的作用及掺加量 石膏的作用主要是调节凝结时间
2)假凝现象
假凝是指水泥的一种不正常的早期固化或过早变硬现象
3)调凝外加剂
按照其所起的作用，通常有促凝剂和缓凝剂两种
(5)水泥体积安定性
水泥体积安定性，简称安定性
水泥的安定性不合格应严禁出厂
体积安定性不良的原因，一般是由于熟料中所含的游离氧化钙、游离氧化镁或石膏掺
人量过多造成。游离氧化钙是影响安定性的主要因素
(6)水泥强度
1)抗压强度
水泥胶砂硬化试体承受压缩破坏时的应力，称为水泥的抗压强度，以MPa表示
2)抗拉强度
水泥胶砂硬化试体承受拉伸破坏时的应力，称为水泥的抗拉强度，以MPa表示
3)抗折强度
水泥胶砂硬化试体承受弯曲破坏时的最大应力称为水泥的抗折强度，以MPa表示
影响水泥强度的因素很多，如熟料的矿物组成、煅烧程度、冷却速度、水泥细度、
用水量、环境温度、湿度、外加剂以及贮存的时间和条件等
(7)保水性和泌水性
水泥析出水分的性能称为泌水性或析水性；水泥保留水分的性能，称为保水性
泌水性是与保水性相反的现象，对制造均质混凝土是有害的
(8)抗渗性
水泥混凝土抵抗水的渗透作用的性能称为抗渗性
混凝土的抗渗性主要与它的密实性有关，影响混凝土密实性的因素很多，如所有集
料的致密程度、集料的级配、水泥中掺入混合材料的性能、水泥用量以及混凝土浇灌时
捣实方法等
(9)干缩性
水泥混凝土在硬化过程中必然会同时发生体积变化
影响混凝土干缩性的因素很多，如：单位体积混凝土的水泥用量、水灰比、集料的
性质和级配、混凝土硬化时周围温度、混凝土硬化时间和水泥质量等
(10)耐热性
水泥石受热后，在一定温度下其内部的水化物和碳酸盐等就会发生脱水作用。这些
水化物受热后分解成游离氧化钙，在空气中遇到水，又发生二次水化作用，生成氢氧化
钙产生膨胀，从而破坏了水泥石的结构
℃℃注意：注意：
氢氧化钙开始脱水的温度为：氢氧化钙开始脱水的温度为：400~590400~590 度度
碳酸钙开始脱水的温度碳酸钙开始脱水的温度为为 810~870810~870 度度
为什么建筑物必须要特别注意防火？为什么建筑物必须要特别注意防火？
(11)水化热
水泥水化时，会有放热现象。水化过程中所放出的热量，称为水泥的水化热
在断面大的结构物中，由于混凝土的热传导率低，热量就长时间地存在于混凝土的
内部，致使混凝土内部的温度升高。由于结构物内部和外部之间存在着明显的温度差，
于是产生有害的内应力，严重地损害了混凝土的结构，影响了混凝土的寿命
降低混凝土内部的发热量，是保证大体积混凝土质量的重要因素
(12)抗冻性
在严寒地区使用水泥时，抗冻性是水泥石的重要性能之一
水泥石的耐久性很大程度上也取决于它抵抗冻融循环的能力
一般认为硅酸盐水泥比掺混合材的水泥的抗冻性要好些
为什么北方特别是黑龙江为什么北方特别是黑龙江、、新疆等严寒地区的水渠容易自然新疆等严寒地区的水渠容易自然
开裂而被破坏？开裂而被破坏？
2．1．3硅酸盐水泥的化学侵蚀
对水泥耐久性有害的环境介质主要为：淡水、酸和酸性水、硫酸盐溶液和碱溶液等
影响侵蚀过程的因素很多，除了水泥品种和熟料矿物组成以外，还与硬化浆体或混
凝土的密实度、抗渗性以及侵蚀介质的压力、流速、温度的变化等多种因素有关
(1)淡水侵蚀
机理：硬化浆体如不断受到淡水的浸泡和溶蚀时，其中一些组成如Ca(OH)2等，将
按照溶解度的大小，依次逐渐被水溶解，产生溶出性侵蚀，最终能导致破坏
(2)酸和酸性水侵蚀
机理：当水中溶有一些无机酸或有机酸时，硬化水泥浆体就受到溶蚀和化学溶解的
双重作用，将浆体组成转变为易溶盐类，侵蚀明显加速，酸类离解出来的H+离子和酸根
R-，分别与浆体所含Ca(OH)2的0H-和Ca2+结合成水和钙盐
(3)硫酸盐侵蚀
机理：硫酸钠、硫酸钾等多种硫酸盐都能与浆体所含的氢氧化钙作用生成硫酸钙，
再和水化铝酸钙反应，生成钙矾石，从而使固相体积增加很多，分别为124％和94％，产
生相当大的结晶压力，造成膨胀开裂以至毁坏
(4)含碱溶液侵蚀
一般情况下，水泥混凝土能够抵抗碱类的侵蚀。但如长期处于较高浓度(大于10％)
的含碱溶液中，也会发生缓慢的破坏
℃℃为什么非水下建筑物（如桥梁等）也需要防水？为什么非水下建筑物（如桥梁等）也需要防水？
(5)(5)提高水泥抗蚀性的措施提高水泥抗蚀性的措施
1)1)调整硅酸盐水泥熟料的矿物组成调整硅酸盐水泥熟料的矿物组成
减少水泥熟料中的减少水泥熟料中的CC33SS含量可提高抗淡水溶蚀的能力，也有利于改善其抗硫酸盐性含量可提高抗淡水溶蚀的能力，也有利于改善其抗硫酸盐性
能能
2)2)在硅酸盐水泥中掺混合材在硅酸盐水泥中掺混合材
掺入火山灰质混合材能提高混凝土的致密度，减少侵蚀介质的渗入量掺入火山灰质混合材能提高混凝土的致密度，减少侵蚀介质的渗入量
3)3)提高混凝土致密度提高混凝土致密度
混凝土越致密，侵蚀介质就越难渗入，被侵蚀的可能性就越小混凝土越致密，侵蚀介质就越难渗入，被侵蚀的可能性就越小
22．．22陶瓷的物理性能陶瓷的物理性能
2．2．1陶瓷材料的硬度
陶瓷及矿物材料常用的划痕硬度称为莫氏硬度
用静载压入的硬度实验种类很多，常用布氏硬度、维氏硬度及洛氏硬度:
布氏硬度法主要用来测定金属材料、较软及中等硬度的材料，很少用于陶瓷；
维氏硬度法及洛氏硬度法都适于较硬的材料，也用于测量陶瓷的硬度；
洛氏硬度法测量的范围较广，采用不同的压头和负荷可以得到15种标准洛氏硬度
2．2．2陶瓷材料的脆性断裂与强度
22．．22．．33陶瓷材料的透光性陶瓷材料的透光性
以高纯物质为原料、基本上为单一晶相的多晶材料——“透明陶瓷”。这类材料lmm厚的试
片其透光率(I／I0)可以达到80％以上
(1)透明瓷具有良好透光性的主要原因
1)高密度，尽可能接近理论密度；
2)晶界处无气孔和空洞，或其尺寸比入射的可见光波长小得多，即使发生散射现
象
其所引起的损失也很轻微；
3)晶界无杂质和玻璃相或它们与主晶相的光学性质差别很小；晶粒细小，尺寸接
近均一，晶粒内无气泡封人等
(2)提高陶瓷材料透光性的措施
1)高纯度原料
2)适当的转相(或预烧)温度
3)充分排除气孔
4)晶化
22．．33玻璃的物理化学性质玻璃的物理化学性质
根据玻璃不同性质间的共同特点，可将玻璃的性质分为三类：
第一类是与玻璃中离子迁移有关的性质，如：黏度、电阻率、化学稳定性等
第二类性质主要与玻璃的网络骨架及网络与网络外阳离子的相互作用有关。如：密
度、强度、折射率、膨胀系数、硬度等
第三类性质包括玻璃的光吸收、颜色等
2．3．1玻璃的黏度与表面张力
黏度又称黏滞系数。是流体(液体或气体)抵抗流动的量度。表面张力是作用于液体表面单
位长度上使液面收缩的力
(1)影响玻璃黏度的因素
1)温度的影响
与大多数液体一样，玻璃的黏度随温度的升高而降低
2)组成的影响
硅酸盐玻璃的黏度首先取决于硅氧网络的连接程度，O／Si比增大，玻璃黏度下降；
反之，玻璃的黏度增大
(2)影响表面张力的因素
1)温度的影响
对于一般液体，温度升高，质点问结合力减弱，液体的的表面张力减小
2)组成的影响
根据表面张力的定义，组成玻璃的物质问的相互吸引力越小，其对玻璃表面张力的
贡献越小
22．．33．．22玻璃的密度玻璃的密度
(1)玻璃成分对密度的影响
玻璃的密度与其组成之间的关系非常密切
(2)温度对玻璃密度的影响
温度对玻璃密度的影响是温度对玻璃结构影响的外在表现。当温度低于玻璃的转变
温度Tg时，温度升高玻璃的密度略有下降；温度高于Tg，玻璃的密度显著下降。
(3)对玻璃密度的影响
从高温急冷所得的玻璃因继承了玻璃熔体高温下的松散、开放结构，其密度较慢冷
或退火玻璃小
22．．33．．33玻璃的热学性质玻璃的热学性质
玻璃的热膨胀系数、热稳定性为玻璃的主要热学性质。
玻璃的热膨胀系数有线膨胀系数a和体膨胀系数β之分
玻璃的热稳定性是玻璃在非室温条件下使用时最重要的性能之一。常用玻璃能耐受的急
变温度差来表示玻璃的热稳定性
22．．33．．44玻璃的机械性质玻璃的机械性质
(1)玻璃的理论强度与实际强度
玻璃的理论强度是按不同的理论计算方法推导得出的，是无缺陷玻璃的强度
(2)影响玻璃强度的因素
影响玻璃强度的因素包括内因和外因两个方面
(3)玻璃的硬度与脆性
玻璃的广泛使用在很大程度上得益于其具有高的硬度，但玻璃的脆性在很大程度上
又限制了其使用
22．．33．．55玻璃的光学性质玻璃的光学性质
玻璃的主要光学指数包括折射率、色散。玻璃的主要光学性质包括玻璃对光的反射、
吸收、透过。
(1)折射率(Refractive Index)
光通过二物质界面时，入射角a与折射角口的正弦之比即为折射率
影响折射率的因素主要有：
1)玻璃的组成
2)温度的影响
3)波长的影响
(2)色散
玻璃的折射率随入射光波长的变化而变化的现象即为玻璃的色散
(3)玻璃的反射、吸收、透过
当光照射到玻璃上，一部分光被玻璃表面反射，一部分被玻璃所吸收，另一部分光
透过玻璃
22．．33．．66玻璃的电学性质玻璃的电学性质
(1)概述
1)玻璃的导电机理：
℃离子导电
℃电子导电
2)描述导电性能的参数
(2)影响电阻率的因素
1)温度对电阻率的影响：
℃低温时
℃高温时
2)组成对电阻率的影响
℃R2O的影响
@RO的影响
℃Al203的影响
3)热处理的影响
4)表面状态及环境
22．．33．．77玻璃的化学稳定性玻璃的化学稳定性
玻璃抵抗水、酸、碱、盐、大气及其他化学试剂等侵蚀破坏的能力，统称为玻璃的化学
稳定性
依据侵蚀介质的不同，分别称为耐水性、耐酸性、耐碱盐、耐侯性
(1)侵蚀机理
1)水对玻璃的侵蚀
2)酸对玻璃的侵蚀
3)碱对玻璃的侵蚀
(2)影响玻璃化学稳定性的因素
1)玻璃的组成
2)侵蚀介质的种类
3)热历史
4)温度、压力的影响
33 其他胶凝材料和新材料其他胶凝材料和新材料
33．．11其他胶凝材料其他胶凝材料
3．1．1石灰
石灰是将以碳酸钙为主要成分的原料，经适当温度煅烧后，所得到的以氧化钙为主
要成分的物质
(1)石灰的生产
石灰的生产实际上就是碳酸钙的分解过程。
(2)煅烧温度
石灰的煅烧温度主要与窑的形式、石灰石的致密程度、石块大小以及杂质含量有关。
(3)石灰的水化硬化
石灰的水化又称消化，是指生石灰与说发生水化反应，生成氢氧化钙的过程。
33．．11．．22氯氧镁水泥氯氧镁水泥
氯氧镁水泥也称sorel水泥、菱苦土水泥或镁水泥，是一种高强镁质胶结料。法国人sord于
1867年发明。
氯氧镁水泥由苛性菱苦土粉加浓氯化镁溶液调和而得。
(1)氯氧镁水泥水化机理
(2)氯氧镁水泥的物化性能
1) 影响氯氧镁水泥强度的影响因素
2) 影响氯氧镁水泥耐水性的因素
（1）氯氧镁水泥硬化体是一个多孔的多晶体堆积结构；
（2）氯氧镁水泥的部分水化物在水中的可溶性甚大；
（3）硬化试件浸水后水化物 5 相或 3 相会转变成 Mg(OH)2。
改进氯氧镁水泥耐水性方法主要有：
（1）选择合理的配比和工艺方法；
（2）改变氯氧镁水泥的水化物的组成与结构；
（3）掺加抗水外加剂。
33．．11．．33石膏石膏
石膏分为两类，一类是天然石膏，包括天然二水石膏和天然硬石膏两种；另一类是工业
副产品，如烟气脱硫石膏、磷石膏、氟石膏等
(1)石膏胶凝材料的制备
石膏胶凝材料一般是用二水石膏或烟气脱硫石膏为原料，经一定热处理后制得
(2)石膏的水化硬化
1)半水石膏
2)硬石膏
33．．22复合材料工艺复合材料工艺
3．2．1绪论
(1)引言
复合材料是继天然材料、加工材料和合成材料之后发展起来的新一代材料。
复合材料是指由两种或两种以上不同性质的单一材料，通过一定的工艺过程复合而
成的，性能优于原材料的多相固体材料。复合材料区别于任意混合材料的一个主要特征
是多相结构中存在着复合效应。
(2)复合材料的分类
(3)复合材料的特性与特点
1)质量轻、强度高
2)可设计性
3)工艺性能好
4)抗疲劳性能好
5)减震性好
6)耐腐蚀性好
33．．22．．22无机非金属基复合材料无机非金属基复合材料
无机非金属基复合材料，通常是以水泥、玻璃、陶瓷、石膏等无机非金属材料为基体材
料，用各种纤维(或晶须)为增强材料的一类复合材料。
(1)陶瓷基复合材料
(2)水泥基复合材料
1)水泥基复合材料简介
2)纤维增强水泥基复合材料的性能及应用
33．．33发展中的新材料发展中的新材料
3．3．1纳米材料
3．3．2智能材料
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。
3．3．3梯度功能材料
3．3．4复合功能材料
