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無機非金屬(硅酸鹽)材料的化學成分及檢測(一)

更新時間:2022-08-18瀏覽:2272次

無機非金屬(硅酸鹽)材料的化學成分及檢測(一)

一、概述

什么是無機非金屬材料

無機非金屬材料,是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、硼酸鹽等物質組成的材料。是除有機高分子材料金屬材料以外的所有材料的統稱。無機非金屬材料的提法是20世紀40年代以后,隨著現代科學技術的發展從傳統的硅酸鹽材料演變而來的。無機非金屬材料是與有機高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一。

無機材料大多數是金屬和非金屬的含氧酸鹽及氧化物的水化物前者為硅酸鹽、硅鋁酸鹽等等;后者多為鋁礬土等。其主要化學元素有鈣、鋁、鎂、硅、鉀等元素的氧化物。

二、無機非金屬材料的分類

傳統無機非金屬材料
1、水泥和其他膠凝材料:硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、石灰、石膏等;
2、陶瓷:粘土質、長石質、滑石質和骨灰質陶瓷等;
3、耐火材料:硅質、硅酸鋁質、高鋁質、鎂質、鉻鎂質等,玻璃硅酸鹽 ;
4、搪瓷:鋼片、鑄鐵、鋁和銅胎等;
5、鑄石:輝綠巖、玄武巖、鑄石等;
6、研磨材料:氧化硅、氧化鋁、碳化硅等;
7、多孔材料:硅藻土、蛭石、沸石、多孔硅酸鹽和硅酸鋁等 ;
8、碳素材料:石墨、焦炭和各種碳素制品等;
9、非金屬礦:粘土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金剛石等; [2]
新型無機非金屬材料
1、保溫材料:
氣凝膠氈
2、絕緣材料:
(1)氧化鋁、氧化鈹、滑石、鎂橄欖石質陶瓷、石英玻璃和微晶玻璃等;
(2)鐵電和壓電材料:鈦酸鋇系、鋯鈦酸鉛系材料等;
3、磁性材料:
(1)錳—鋅、鎳—鋅、錳—鎂、鋰—錳等鐵氧體、磁記錄和磁泡材料等;
(2)導體陶瓷、鈉、鋰、氧離子的快離子導體和碳化硅等;
(3)半導體陶瓷、鈦酸鋇、氧化鋅、氧化錫、氧化釩、氧化鋯等過濾金屬元素氧化物系材料等。 [3]
4、光學材料:
釔鋁石榴石激光材料,氧化鋁、氧化釔透明材料和石英系或多組分玻璃的光導纖維等。 [4]
5、高溫結構陶瓷:
(1)高溫氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等難熔化合物超硬材料:碳化鈦、人造金剛石和立方氮化硼等;
(2)人工晶體:鋁酸鋰、鉭酸鋰、砷化鎵、氟金云母等。
6、生物陶瓷:
長石質齒材、氧化鋁、磷酸鹽骨材和酶的載體材料等。
7、無機復合材料:
陶瓷基、金屬基、碳素基的復合材料。
傳統無機非金屬材料和新型無機非金屬材料的比較:傳統無機非金屬材料具有性質穩定,抗腐蝕耐高溫等優點,但質脆,經不起熱沖擊。新型無機非金屬材料除具有傳統無機非金屬材料的優點外,還有某些特征如:強度高、具有電學、光學特性和生物功能等。

無機材料大多數是金屬和非金屬的含氧酸鹽及氧化物的水化物前者為硅酸鹽、硅鋁酸鹽等等;后者多為鋁礬土等。其主要化學元素有鈣、鋁、鎂、硅、鉀等元素的氧化物。

鈣:在自然界中各種形態的化合物存在,鈣在地殼中的含量占3.3%之多,在自然界匯總主要以碳酸鹽和硫酸鹽的形式存在,如石灰石、石膏等。

煅燒CaCO3可以得到生石灰即氧化鈣,遇水又生成熟石灰,放出大量的熱且體積膨脹。碳酸鈣不溶于水但是在水中游CO2時,碳酸鈣可以溶解成酸式碳酸鈣,其反應時:

CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2

鋁:在自然界匯總的分布位居第四位,在地殼中含量占8%主要以鋁硅酸鹽的形態存在,如各種黏土、云母、高嶺土等等。其鋁鹽和氨或堿溶液作用時,生成凝膠狀水合氫氧化鋁。通常以這種形式表征:

Al3++3OH-→Al(OH)3↓

氫氧化鋁沉淀是一種兩性氫氧化物,即能溶于酸又能溶于堿。

鎂:在自然界中絕大數以碳酸鎂和氧化鎂的形態存在,如菱鎂礦。煅燒菱鎂礦所得氧化鎂的熔點高,可達3000攝氏度,用以制造耐火材料等制品:

MgCO3→MgO+CO2↑

煅燒后氧化鎂對水是非常惰性的,與堿作用可生成氫氧化物。在工業上可以利用氧化鎂的不容性,來去除溶液中的鎂離子。

硅:是組成礦物和巖石的主要成分元素。其在低溫條件下不活潑,但卻能和強氧化劑和強堿反應,其反應為:

Si+2OH-+H2O→SiO22-+2H2↑

硅在高溫下與鹵素反應生成具有揮發性的四鹵化物和二氧化硅。二氧化硅在自然界中廣泛分布在石英礦中,石英石天然二氧化硅晶體。

無機非金屬材料被廣泛應用到各個領域,如陶瓷、玻璃、耐火材料等等,可見了解和掌握非金屬材料的相關知識和性能對研究非金屬材料是十分必要的。




 

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