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無(wú)機(jī)非金屬(硅酸鹽)材料的化學(xué)成分及檢測(cè)(一)

來(lái)源:湘潭新聯(lián)儀器有限公司   2022年08月18日 10:57  

無(wú)機(jī)非金屬(硅酸鹽)材料的化學(xué)成分及檢測(cè)(一)

一、概述

什么是無(wú)機(jī)非金屬材料

無(wú)機(jī)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(zhì)組成的材料。是除有機(jī)高分子材料金屬材料以外的所有材料的統(tǒng)稱。無(wú)機(jī)非金屬材料的提法是20世紀(jì)40年代以后,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展從傳統(tǒng)的硅酸鹽材料演變而來(lái)的。無(wú)機(jī)非金屬材料是與有機(jī)高分子材料和金屬材料并列的三大材料之一。

無(wú)機(jī)材料大多數(shù)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(xué)元素有鈣、鋁、鎂、硅、鉀等元素的氧化物。

二、無(wú)機(jī)非金屬材料的分類

傳統(tǒng)無(wú)機(jī)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(zhì)、長(zhǎng)石質(zhì)、滑石質(zhì)和骨灰質(zhì)陶瓷等;
3、耐火材料:硅質(zhì)、硅酸鋁質(zhì)、高鋁質(zhì)、鎂質(zhì)、鉻鎂質(zhì)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(wú)機(jī)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(zhì)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(dǎo)體陶瓷、鈉、鋰、氧離子的快離子導(dǎo)體和碳化硅等;
(3)半導(dǎo)體陶瓷、鈦酸鋇、氧化鋅、氧化錫、氧化釩、氧化鋯等過(guò)濾金屬元素氧化物系材料等。 [3]
4、光學(xué)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(dǎo)纖維等。 [4]
5、高溫結(jié)構(gòu)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(zhǎng)石質(zhì)齒材、氧化鋁、磷酸鹽骨材和酶的載體材料等。
7、無(wú)機(jī)復(fù)合材料:
陶瓷基、金屬基、碳素基的復(fù)合材料。
傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料和新型無(wú)機(jī)非金屬材料的比較:傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料具有性質(zhì)穩(wěn)定,抗腐蝕耐高溫等優(yōu)點(diǎn),但質(zhì)脆,經(jīng)不起熱沖擊。新型無(wú)機(jī)非金屬材料除具有傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料的優(yōu)點(diǎn)外,還有某些特征如:強(qiáng)度高、具有電學(xué)、光學(xué)特性和生物功能等。

無(wú)機(jī)材料大多數(shù)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(xué)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(tài)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(shí),碳酸鈣可以溶解成酸式碳酸鈣,其反應(yīng)時(shí):

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(tài)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(shí),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(shù)以碳酸鎂和氧化鎂的形態(tài)存在,如菱鎂礦。煅燒菱鎂礦所得氧化鎂的熔點(diǎn)高,可達(dá)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(duì)水是非常惰性的,與堿作用可生成氫氧化物。在工業(yè)上可以利用氧化鎂的不容性,來(lái)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(qiáng)氧化劑和強(qiáng)堿反應(yīng),其反應(yīng)為:

Si+2OH-+H2O→SiO22-+2H2↑

硅在高溫下與鹵素反應(yīng)生成具有揮發(fā)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(wú)機(jī)非金屬材料被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域,如陶瓷、玻璃、耐火材料等等,可見(jiàn)了解和掌握非金屬材料的相關(guān)知識(shí)和性能對(duì)研究非金屬材料是十分必要的。




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