无机非金属材料概论.doc

传统上的无机非金属材料 陶瓷、玻璃、水泥和耐火材料四种，主要化学组成均为硅酸盐类 人，“双师型”教师 5 人（院内教师） ， 国家动物生产等职业资格考评员 4 人。以高级职称为主的教师领衔理论教学，以讲师为主领衔实验与实践教学，每年承担 150 人左右的授课任务，平均师生比约 1 18 ～ 25 。 其中 博士 2 人，研究生 3 人，知识结构和年龄结构十分合理。 队伍教学经验丰富，具有一定科研成果，有助于进一步提高教学质量。他们在专业基础理论教学、专业基础技术教学、专业基础实践教学等方面，师资分布合理。同时，为了更好地培养高素质应用型人才，课程组还聘请产学研共建单位经验丰富的专家担任本课程顾问，并进行学术讲座和实践指导。 3-3 教学改 革与技 术服务 /培训 近五年来教学改革、教学研究成果及其解决的问题（不超过十项）；主持或参与的技术服务（培训）项目、完成情况及成果、效益 1.课程内容改革研究 我院2003年开始招收高职畜牧兽医专业，并开始对传统畜牧兽医专业进行教育教学改革，2006年批准为院级教学改革试点专业。2006年以来我们对动物营养与饲料课程的教学内容进行了大量的调整，重新制订了教学大纲，以专业岗位能力需求为中心，删繁就简，推陈出新，重点培养学生的学习能力、创造能力、市场意识和协作精神。确立“校企合作→岗位实习→强化技能→双证书→工学结合→服务三农”的专业建设与改革的创新模式。根据职业岗位的需要，按照专业培养目标的要求，参照畜牧生产工、饲料检验化验员（中级）、饲料营销员（中级）职业资格标准选取本课程教学内容。以动物生产和配合饲料生产全过程（生产动物营养状态的监控，是否患营养缺乏症或营养过量及如何采取措施、原料采购与验收、饲料配方设计、饲料加工调制、产品质量监测）为主线序化教学内容，按照真实工作任务，遵循人的认识规律和教学规律，设计教学情景。 动物营养与饲料课程改革前，以理论讲授为主，改革后，注重校企合作，工学结合，理论以“必须、够用”为度，强化技能。增加实训等有利于增强学生能力的教学模式，使学生通过本课程的学习掌握了动物营养与饲料生产技术。 现在，本课程总教学时数为103，其中理论教学50学时、实验实践教学第一章学时（实验玻璃的结构与性质 玻璃态的通性各向同性、介稳性、无固定熔点、性质变化的连续性和可逆性周28 学时）。实践教学以生产环节中必备的技术为主，如营养缺乏症的识别、饲料原料的鉴别、饲料配制、饲料常规分析等技术。经同行和生产企业的论定，证实这种综合性实践教学课程的设置不仅加深了学生对动物营养与饲料的基本理论和技术的理解，更提高了学生的实践能力。微晶学说1）玻璃的微晶学说，认为玻璃由微晶与无定形物质两部分组成，微晶具有规则的原子排列并与无定形物质间有明显的界限，微晶尺寸为1.01.5nm，含量为 以下，微晶取向无序。2）无规则网络学说他借助于离子结晶化学的一些原理，描述了离子共价键的化合物，如熔石英、硅酸盐和硼酸盐玻璃，并指出玻璃的近程有序与晶体相似，即形成氧离子多面体（三角体和四面体），多面体间顶角相连形成三度空间连续的网络，但其排列是拓扑无序的。 根据无规则网络学说将氧化物分为网络生成体氧化物，网络外体氧化物和中间体氧化物 动物营养与饲料是实践性极强的应用型课程。课程组除一如既往地重视课堂教学质量外，更注重学生动手能力的提高。实训内容包括了动物生产与饲料生产中所必需掌握的所有技能，对于设定的每项实训，均有专职的教学辅助人员负责教学实训准备，同时在实训教学中，担任主讲教师全程参与实训课的教学，确保了实训课的教学质量。1、每个阳离子应与不超过俩个阳离子相联 2、在中心阳离子周围的氧离子配位数必须小于或等于4。3、氧多面体相互共角而不共棱或共面 4、每个多面体至少有三个顶角是公用的 玻璃的粘度粘度是指面积为S的二平行液层，以一定速度阶梯根据教学设备和教学条件及教学内容，采用多种教学方法进行教学。灵活运用多种先进的教学方法；有效地调动学生的学习积极性，促进学生的积极思考，激发学生的潜能。注重对学生知识运用能力的考察。 f fn S dv ／ ）、课堂讲授法。 111111111111常见氧化物对玻璃粘度的作用归纳如下1上课内容丰富、直观。，AL2O3,ZrO等提高玻璃粘度，2、碱金属氧化物R2O降低玻璃粘度，3、碱土金属氧化物对玻璃粘度的作用较为复杂，稀土金属引起粘度增加的能力为 突破了传统学科体系教学模式，整个教学过程是以动物生产和配合饲料生产全过程为主线序化教学内容，按照真实工作任务展开。突出重、难点内容的讲授。4、PbO,CdO,Bi2O3,SnO （3）、开放式、启发式和讨论式的教学方法。 热历史对玻璃密度影响为1、玻璃从高温状态冷却时，淬冷玻璃密度比退火玻璃小，2、在一定退火温度下保温一段时间后，玻璃密度趋于平衡，3、冷却速度越快，偏离平衡密度越高，其Tg值也越高。 4）、现场教学 玻璃组成对热膨胀系数的影响主要有以下几个方面 1.能形成网络的氧化物使α降低，能引起断网氧化物使α上升加强与生产厂2ORO主要起断网作用，积聚作用是次要的，而高电荷离子主要起积聚作用 3.在玻璃中R25问题不变情况下，引入两种不同的R离子产生混合碱效应，同样能使α下降，出现极小值 4.中间体氧化在有足够“游离氧”条件下，形成四面体参加网络，α降低 4.考试方法改革研究 课程改革前，课程考试成绩占学生成绩100，课程改革后，课程理论考试成绩占总成绩的50，实验成绩占30，平时成绩20占5学分；实训单独打分，占2学分，增加学生对实践能力的重视程度。 5.教材建设改革研究 本课题组项目负责人杨慧副教授担任副主编参编了适合高职教学特点的课程教材动物营养与饲料，于2009年10月出版；主编院级动物营养与饲料试题集、动物营养与饲料实验实训指导书已完成并上传至院网站。 6.产学结合，实施开放性教学。 第二章饲料生产等项目于一体的综合实训基地。基地实行企业化管理，同时安排学生轮流在生产岗位由一线技术人员及辅助原料1）引入SiO2的原料23个一流的教学实训单位如福建丰泽农牧业饲料有限公司、厦门正大饲料有限公司、大北农福建事业部，并与实习企业建立了长期的合作关系，签订了校外实习基地的协议书。通过在企业的生产一线进行技能实训，提高了学生的实际动手能力。 3的原料主要有长石和高岭土3）引入Na2多人次。20082CO3）和芒硝（Na2SO4）45大模块，包括5）引入MgO新知识、新工艺、新技术、新方法6）引入B2O3硼酸、硼砂7）引入BaO原料硫酸钡、碳酸钡 师资 作用提高玻璃化学稳定性，力学性能，电学性能，热血性能等。培养澄清剂在玻璃熔制过程中能分解产生气体，或能降低玻璃粘度促使玻璃液中气泡排除的原料。 近五年培养青年教师的措施与成效 根据学院关于中青年教师培养计划的精神及我系师资力量实际情况，课程组制定了完整的师资培养计划，五年内先后培养了 1名博士，1名在读博士，引进一名研究生、一名副教授，全面提升了课程组教师的学历水平和职称水平。在课程开设过程中，由课程主持人组织教师进行教师间观摩听课、交流、共同备课。经过这些活动，达到了很好的效果，年轻教师水平得到很快提高，获得师生好评。 选派年轻教师邱阳老师到丰泽公司工作3个月，作为丰泽公司的区域经理投入一线工作学习，使年轻教师得到很好的培养。 第三章 玻璃的熔制及成型 4．课程设置、硅酸盐的形成阶段有机物的分解，排出结晶水和吸附水❶多晶转变❷ 生成低熔混合物❸形成复盐❹生成硅酸盐。2 课程性质 SiO2 动物营养与饲料课程是根据畜牧兽医专业人才养目标，针对动物生产和饲料加工销售等生产环节能力培养设置的专业基础课。3、玻璃液的澄清排除可见气泡存在于玻璃液中的气体主要有三种状态，即可见气泡、物理溶解的气体、化学结合的气体。熔体中的“无泡”与“去气”是两个不同的概念，“去气”的概念应理解为全部排除前述三类气体，但在一般生产条件下是不可能的，因而澄清过程是指排除可见气泡的过程。在澄清过程中气体间的转化与平衡；在澄清过程中气体与玻璃液的相互作用。4、玻璃的均化使玻璃内液体成分相同，形成化学成分均匀的透明体。课程作用不均体的熔解与扩散的均化过程❷玻璃液的对流均化过程❸因气泡上升而引起的搅拌均化作用。 4-2课程设计的理念与思路 第四章 玻璃的退火与淬火 玻璃中的应力分类1.热应力 – 玻璃中由于存在温度差而产生的应力。又分为暂时应力和永久应力（同过退火可消除）2.结构应力；3.机械应力 （1）、总体思路 g附近的某一温度进行保温均热，以消除玻璃各部分的温度梯度，使应力松弛。这一选定温度成为 玻璃的淬火是将玻璃制品加热到转变温度 （g5060℃，然后在冷却介质中急速均匀冷却，在这一过程中玻璃的内层和表面将产生很大的温度梯度，由此引起的应力由于玻璃的粘滞流动而被松弛，所以造成了有温度梯度而无应力的状态。 气泡，结石，条纹和节瘤。 课程开发是课程建设工程的第一环节，是课程设计的基础。为了使课程开发建设与生产一线高度吻合，我们在充分调查的基础上邀请企业、行业专家一起合作开发课程，利用与丰泽农牧有限公司合办的现代养猪培训中心这个平台，和行业办学的优势，请行业、企业的专家参与制定课程教学计划，确定课程教学内容和考核标准，参与课程建设的全过程，发挥校外行业和企业专家在课程开发和建设中的作用。 把加有晶核剂的特定组成的玻璃在有控条件下进行晶化热处理，使原单一的玻璃相形成了有微晶和玻璃相均匀分布的复合材料。 玻璃钢化方法热钢化，化学钢化 玻璃热钢化 玻璃化学钢化基于玻璃表面离子的迁移为机理 5．教学内容第七章 陶瓷原料 陶瓷原料按其来源可分为天然原料和化工原料两大类5-1 教学内容的针对性与适用 是自然界中硅酸盐岩石经过长期风化作用而形成的一种土状矿物混合物，为细颗粒的含水硅酸盐类，具有层状结构。 11111111粘土矿按其结构分类高岭石类，叶腊石，蒙脱石，伊利石类 1、氨基酸缺乏症 1可塑性，粘土与适量的水混练以后形成泥团，可在外力作用下产生变形但不开裂，外力去除后，仍能保持原有形状的性质。2、矿物质缺乏症 1 2 饲料配方设计结合瘠性原料形成可塑性并具有一定干坯强度的能力。3 1、设计全价料配方 、收缩性粘土经干燥后，自由水及吸附水相序排除，粘土颗粒间距缩短而产生的干燥收缩，以及干燥后粘土经高温煅烧，应产生脱水分解作用和液相填充在空隙中并将颗粒合起来，以及某些结晶物质生成使体积进一步收缩的烧成收缩，5 3、设计浓缩料配方 4、设计反刍动物精料补充料配方 陶瓷的组成成分及作用1粘土，提供了可塑性，以保证成形的工艺要求。2石英是耐熔的骨架成分，3 1、识别常用的饲料原料第八章 2、采集、制备、保管饲料样本实际配料比表示，矿物组成表示，化学组成表示，坯式表示。饲料成分分析 教学情景坯式表示1坯料指将陶瓷原料经拣选，破碎等工序后，进行配料，再经混合，细磨等工序后得到的具有成形性能的多组分混合物。 预烧作用帮助碎化原料，减少怌料收缩，改变结构形态，稳定晶型。 造粒细碎后的陶瓷粉料制备成具有一定颗粒的怌料，使其适用于干压或半干压成形工艺。 第九章 成型 、蛋白的测定11111111144444成形 成形分类可塑成型，注浆成型，压制成型。 可塑成型 、饲料粉碎颗度的测定是指对具有一定可塑能力的泥料，如可塑坯料，进行加工成型的工艺过程。 、饲料混合均匀度的测定 1、 4 5 触变性 第十章 釉覆盖在陶瓷怌体表面的一层玻璃态物质。 1111111111111 熔融温度的下限指釉的软化变形点，称之为釉的始熔温度，上限指完全熔融是的温度，也称流动温度。 第十一章 干燥 干燥用加热蒸发的方法除去物料中部分水分的过程称为 （除自由水和部分吸附水） 按坯体含水的结合特性分为三类自由水、吸附水和化学结合水 第十二章 烧成 烧成将陶瓷坯体加热至高温，发生一系列物理化学反应，然后冷却至室温，坯体的矿物组成与显微结构发生显著变化，外形尺寸得以固定，强度得以提高，最终获得某种特定使用的陶瓷制品，这一工艺过程称为烧成 144444111111111111烧成过程中的物理化学变化低温阶段（室温300C 模块顺序 ）也称氧化分解及晶型转化期，高温阶段（950 3成温度）玻化成瓷期，冷却阶段（烧成温度室温）可分为急冷、缓冷、最终冷三阶段。 第十三章 实践 传统陶瓷 理论教学 原料 慧 薛萍 常需切割、打孔、研磨和抛光 4 用途 炊、餐具、陈设品 主要用于宇航、能源、冶金、交通、电子、家电等行业 10 天然矿物原料 烧成 温度一般在1350℃以下，燃料以煤、油、气为主 考核方式具有高强、耐温、耐腐特性或具有各种敏感特性的陶瓷材料，由于其制作工艺，化学组成，显微结构及特性不同于传统陶瓷。 特种陶瓷分成两大类，即结构陶瓷（或工程陶瓷）和功能陶瓷。将具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷列为结构陶瓷，而将具有电、光、磁、化学和生物体特性，且具有相互转换功能的陶瓷列为功能陶瓷。 特种陶瓷与传统陶瓷的主要区别 理论 区别点 特种陶瓷 人工精制合成原料（氧化物和非氧化物两大类） 成型 注浆、可塑成型为主 压制、热压制、注射、轧膜、流延、等静压成型为主 结构陶瓷常需1600℃左右高温烧结，功能陶瓷需精确控制烧成温度，燃料以电、气、油为主 20 2 以内在质量为主，常呈现耐磨、耐腐蚀、耐高温等各种敏感特性 加工 饲料的分类与应用 一般不需加工 14 饲料配方设计 第十四章 气硬性胶凝材料 1111111什么是胶凝材料 石灰胶凝材料有机胶凝材料、无机胶凝材料 石灰消化煅烧后的生石灰呈块状，使用时应将其变成粉末状，通常，可利用其与水发生反应时能自动松散的特性将其变成干的粉末 2O CaOH2 64.9kJ反应可逆、反应放热、反应伴随外观体积增大。 第十五章 硅酸盐水泥 硅酸盐水泥凡由硅酸盐水泥孰料，05石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为硅酸盐水泥 硅酸盐水泥 21、细度,比表面积应大于300m2/kg。2、凝结时间，初凝不早于45min，终凝不迟于6.5h。3、体积安定性用沸腾法检验合格。4、强度等级 期未理论考试 的原料石灰质原料，粘土质原料，铁质校正原料 硅酸盐水泥的生产三个阶段生料制备、孰料煅烧与水泥粉磨 孰料的矿物组成硅酸三钙（3CaSiO2）简写 、硅酸二钙2CaSiO2简写C2S、中间相铝酸三钙C3A，铁铝酸四钙 2玻璃体、游离氧化钙和方镁石 我国目前采用率值石灰石饱和系数KH，硅率SM杨 慧 水化速率熟料矿物或水泥的水化速率常以单位时间内的水化程度会水化深度表示。 水泥水化速率的影响因素熟料矿物的组成与结构，水泥的细度，加水量，养护温度，混合材料以及外加剂的性质。 水泥与水的化学反应是造成砂浆和混凝土凝结和感化的根本原因 1111111水化速率比较 孰料矿物的水化1.硅酸三钙（C3S）的水化；2.硅酸二钙（C2S）的水化；3.铝酸三钙（C3A）的水化4.铁相固溶体的水化 结构形成和发展期放热速率很低，趋于稳定。随着各种水化产物的增多，填入原先由水所占据的空间，再逐渐连接，相互交织，发展成硬化的浆体结构 体积变化化学缩解，湿胀干缩，碳化收缩 化学缩解在水泥的水化过程中，无水的熟料矿物转变为水化物，应相体积逐渐增加，但水泥-水体系的总体积却在不断缩小，应为是化学反应导致，所以称为 湿胀干缩干燥使体积收缩，潮湿时则会发生膨胀，干缩循环科导致反复胀缩，但还有遗留部分不可逆收缩 碳化收缩空气中通常含有0.03的二氧化碳，在有水气存在的条件下，会和水泥浆体内所含的氢氧化钙作用，生成碳酸钙和水，其他水合物也和二氧化碳发生反应，在反应同时，硬化浆体的体积减少，出现不可逆的碳化收缩。 掺混合材料的硅酸盐水泥主要品种有矿渣硅酸盐水泥，火山灰质硅酸盐水泥，粉煤灰硅酸盐水泥。 耐火材料耐火度1580C的无机非金属材料。 耐火材料组成多相体组成，其矿物相可分为结晶相和玻璃相，又可分为主晶相和基质。2.已知坯式，求化学组成（质量） 例2已知某压电瓷坯的坯式为 0.95PbO0.05SrO0.5ZrO20.5 TiO2重量0.5 Cr2O30.3 Fe2O3，采用的原料及纯度如下表 名称 铅丹 碳酸锶 二氧化锆 二氧化钛 三氧化二铁 三氧化二铬 分子式 Pb3O4 SrCO3 ZrO2 TiO2 Fe2O3 Cr2O3 纯度 98 97 99.5 99 98.9 99 试计算坯料配比。 ⑴根据摩尔数、摩尔质量计算每摩尔坯料中各氧化物的重量及总量。计算结果见下表 PbO SrO ZrO2 TiO2 摩尔数 摩尔质量 重量（g） 0.95 233.20 212.04 0.05 103.62 5.18 0.5 123.22 61.61 0.5 79.88 39.95 1mol坯料重（g） 318.78 ⑵计算扣除烧失后氧化物的百分含量 Pb3O43 PbO/ Pb3O43223.2/685.697.67 SrCO3 SrO/ SrCO3103.62/147.6270.19 ⑶计算纯原料的百分含量Pb3O4212.04/318.78/0.976768.111.569.61 因在坯料烧结过程中PbO会挥发一点，为弥补损失，配料时需多加一点 SrCO3 5.18/318.78/0.70192.31 ZrO2 61.61/318.7819.33 TiO2 39.95/318.7812.53 ⑷计算实际原料用量（分） Pb3O4 69.61/0.9871.03 SrCO3231/0.972.38 ZrO219.33/0.99519.43 TiO212.53/0.9912.66 Fe2O30.3/0.9890.3 Cr2O30.5/0.990.5 合计106.3 ⑸由总量折算出各原料的百分含量。计算结果见下表 Pb3O4 SrCO3 ZrO2 TiO2 Fe2O3 Cr2O3 合计 66.82 2.24 18.29 11.91 0.28 0.47 100.1 第八章 配料计算及坯料制备 1.由化学组成计算坯式 例1已知坯料的化学组成如下表（质量） SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 灼减 合计 67.08 21.12 0.23 0.43 0.35 0.16 5.92 1.35 2.44 99.08 试计算坯式。 1 算各氧化物的摩尔数 先换算成无灼减的百分含量，再将各氧化物的百分含量除以其摩尔质量，所得商即是。以SiO2为例。 无灼减百分含量67.08/99.08-2.4469.41 氧化物摩尔数69.41/28.091621.1551 依此计算出的各氧化物无灼减的百分含量和摩尔数的结果见下表 SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 69.41 21.85 0.2380 0.4449 0.3622 0.1656 6.126 1.397 1.1551 0.2143 0.0015 0.0056 0.0064 0.00414 0.0650 0.0225 ⑵计算相对摩尔数 以中性氧化物R2O3的摩尔数总和为基准，令其为1，计算各氧化物的相对摩尔数作为相应系数如中性氧化物的摩尔数总和0.21430.00150.2158 SiO2的相对摩尔数1.551/0.21585.353 依此计算各氧化物的相对摩尔数结果是 SiO2 Al2O3 Fe2O3 TiO2 CaO MgO K2O Na2O 5.353 0.993 0.007 0.026 0.030 0.018 0.301 0.104 ⑶按碱性、中性、酸性氧化物的顺序排列出坯式 0.301 K2O 0.104NaQ 5.353 SiO2 0.030CaO 0.993 Al2O3 0.007 Fe2O3 0.018MgO 0.026 TiO2