第三章无机非金属材料的性能本章主要介绍无机非金属材料中的使用性能中一些普遍性的基本概念。3.1 热学性能包括热容、热膨胀和热传导性等，与热学性能相联系的是构成材料的原子、离子和电子的热振动。（1）热容热容是物质的一个重要热性质，相当于温度升高1℃时物质能能量的增加。每1克物质热容[子比热。J/(g·℃)]称为比热；每个分子的热容叫做分恒容比热(cv)：升高温度但不发生体积变化时的能量增加。恒压比热(cp)：保持压力不便、升高温度时的能量增加。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)3（2）热膨胀一般地，物体在温度升高时体积增大，原因是热振动使其原子间距增大，导致体积膨胀。设物体在温度示为T0时的长度为L0，则在温度T时的长度L可表L=L0[1+αl(T−T0)]α1L−L01ΔLl=L−T=0T0L0ΔT式中, 线膨胀系数平均值，通常表示为αl为线膨胀系数。上式给出了温度范围从αT0到T之间的l,T0/T。如果指相对本积的变化[ΔV/V]，则称为体积膨胀系数αα1ΔVV：v=V0ΔT热膨胀系数的单位是1/℃或1/K。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)5概述使用性能热学性能（使用条力学性能件下表现电学性能出来的性磁学性能能）光学性能化学性能材料的性能物理效应对应的功能性能工艺性能（加工制造过程中陶瓷泥料的可塑性表现出来玻璃的成型性的性能）耐火材料的干燥收缩性2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)2理论上，恒容比热cv与温度的关系：绝对零度时：cV→0低温时：cV∝T3高温时：cV=3Nk=3RkN—阿佛加德罗常数。—玻耳兹曼常数；R—通用气体常数；在应用上，用于蓄热的材料要求比热大，用于加热的材料要求比热小。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)4热膨胀系数的大小与原子间键强以及物质结构密切相关。一般原子间结合键愈强，热膨胀系数愈小；对于氧离子紧密堆积结构的氧化物，一般线膨胀系数较大，由于氧离子之间紧密接触，相互热振动导致热膨胀系数增大之故。如结构中存在较大空洞，热膨胀时比较复杂：质点可能向结构中空旷处振动，导致热膨胀系数比较小；也可能是协同旋转效应，氧多面体在热膨胀过程中因旋转而引起或异常大或异常小的膨胀。热膨胀系数小的材料，在温度变化时内部产生的热应力小，不易出现裂纹，能耐温度的剧变。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)61固体的热膨胀系数的测定：常用石英比较法，其原理是利用石英和被测物的热膨胀系数不同，测量两种材料在加热过程中的相对伸长。也可根据比热的大小估计材料的热膨胀系数大小：一般材料的体积膨胀系数与比热成正比。（3）热传导热传导：对于某温度下处于热振动状态的粒子，在外部再加上能量更大的热振动时，会依次引起邻接粒子的热振动状态升高，热振动状态高的波峰向低温方向移动，将最初引入的热振动以粒子为媒介不断传送下去的现象。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)7材料中含有气孔愈多，材料的热传导性愈差。原子排列的有序性对热传导性也有影响：玻璃的原子无序排列，其热导性一般较差，且随温度变化的趋势也较小。热传导性好的材料其耐温度的急变性强，适用于制造热交换器、蓄热器等，而对需要保温的部位，则要用热传导性低的材料。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)9（1）弹性变形材料的弹性变形符合虎克定律。设拉伸应力为σ、剪切应力为τ，伸长为ε、扭转为γ，则σ=Eε, τ=Gγ式中的比例常数E称为弹性模量，G为剪切模量。如从各个方向加压使物体压缩，就涉及到压缩模量K。物体伸长时，垂直于伸长方向出现横向收缩，相对伸长值为[=μΔ，称为泊松比。L/L],横向收缩为[Δd/d],则两者的比值(△d/d):(△L/L) 材料的弹性由个弹性常数E、G、K 与以下关系：μ来表征，并存在G=EE2(1+μ), K=3(1−2μ)2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)11在热传导过程中，单位时间通过物质传导的热量d横截面积S及其温度梯度dT/dx成正比，即：Q/dt与dQdt=λSdTdx式中，度梯度下，单位时间内通过横截面积的热量，反映了物质λ—热传导系数，单位为w/(m·K)，是指在单位温传热的难易。热阻：热传导系数的倒数。固体热传导是晶格和电子引起的热传导的总和。无机非金属材料中属差。电子引起的热传导很小，因此，其热传导性比金2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)83.2 力学性能材料的力学性能是指受载荷时出现的形状改变及其断裂的性质。材料在载荷时要变形，一般随外力逐渐增加，相继按弹性变形、塑性变形直至断裂。弹性变形：材料变形的大小和作用力大小成正比，作用力大，材料变形也大，且去掉外力，能恢复原状。塑性变形：变形和外力不呈线性关系，而且外力停止作用后，变形不会完全消失。大部分金属和一些单晶非金属材料受力后，都具有以上的变形，即从弹性变形经历塑性变形直至断裂。但是大多数无机非金属材料与金属不同，其塑性变形范围很小或几乎没有，通常表现出脆性。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)10弹性模量的单位为帕斯卡(Pa)或N/m2，l Pa=l N/m2。有多种弹性常数测定方法。现以超声波法为例：由物理学知识可知，若介质能发生弹性压缩或伸长变形，则该介质能通过纵波，传播速度是υ=(Eρ)12，其中ρ是介质密度。若介质各层间相互切变时有弹性力发生，这种弹性力使切变变回到平衡位置，则此介质可传播横渡，其传播速度为υ=(Gρ)12因此，可利用纵波和横波来测定材料的弹性常数E和G。弹性常数的大小与材料原子间相互作用力有关：原子间相互作用力愈强，则使其产生一定量弹性变形的应力值也愈大，材料的弹性常数也大。工程上常把弹性常数抵抗力的大小。E叫做材料的刚度，表征材料弹性变形2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)122（2）硬度无机非金属材料的硬度比较高，一些陶瓷的硬度是淬火钢硬度是物质抵抗机械变形能力的总和，也决定于键的强度。硬度的10倍或以上。代表性的测定硬度的方法有：①压入试验，包括维氏硬度、布氏硬度、洛氏硬度等，它们都是用金刚石或钢球压头的压入量来测定的；②划痕试验，如莫氏硬度等是根据划痕大小来测量的；③跳回验试，如萧氏硬度等是用顶端装有金刚石的一定形状和重量的重物下落时的反弹高度来测定的。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)13材料的强度取决于化学键的强度和材料结构。但是，由原子间的结合力和将两原子面拉开形成新表面所需的表面能计算而求得的理论强度远比实测的材料强度低，其原因在于实际实际材料中存在缺陷和表面微裂纹。缺陷部位与基体的弹性模量或热膨胀系数往往不同，微裂纹常常就从这些缺陷部位触发出来，而在微裂纹的端部产生应力集中。英格里斯研究了微裂纹端部应力集中问题，并得出结论：不论裂纹是圆、椭圆或其他形状，其端部的应力是由裂纹长度(2C)和裂纹的曲率半径([ρ)决定：σm=σ1+2(Cρ)12]式中，σσm—裂纹尖端处的最大应力，—外施的应力。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)15在试验中使试样产生断裂的应力应力强度系数为临界应力强度系数σ称为临界应力σ阻)。K(或称断裂韧性或断裂f，相应的IC临界应力强度系数KIC表达式为KIC=Yσ12fC料阻止裂纹扩展能力的大小。KIC指出在一定载荷下使材料断裂的裂纹长度，可用来衡量材断裂韧性事先在长条试样的一边预制一条1～1.5mm深的微裂纹。KIC测量常采用单边缺口梁三点弯曲法，试验时要2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)17其中，使用最广泛的是维氏硬度Hv(也叫显微硬度)，是用光学放大的办法，测出在一定载荷下由金刚石压锥体压入被测物后留下的压痕对角线长度来计算被测物硬度。Hv=18185.45 p/d2式中, 位为N/mmp为施加载荷(N)，2d为压痕对角线长度(mm)；Hv的单一般无机非金属材料的硬度随温度升高而降低：因为温度升高，原子间振动增加，从而削弱了原子间的结合力。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)14σ力增加的倍数。m/σ称为应力系数，其大小表示外力施于材料时，裂纹端应若裂纹是圆形，即C=ρ，裂纹端应力是施加应力的3倍。当外力很小时，裂纹端部很怏达到理论强度，使裂纹扩展，即C增大，应力系数裂。σm/σ增大，如此恶性循环，导数材料断应力强度因子KIKI=YσC12式中，Y—几何因子，与裂纹和试样的几何因素有关；对于无限大薄板中裂纹，Y=π1/2；Y若微裂纹处在无限大薄平板边缘变成开口裂纹时，=1.1π1/2多大的应力作用下会扩大。K；I的单位为MN⋅m-3/2，它指出了长度为C的裂纹在2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)163.3 其他物理和化学性能（1）导电性能材料的导电的难易是用材料的电阻率或其倒数电导率来表示。据导电性的不同，可将固体分为导体、半导体和绝缘体三类：电阻率小于10－4Ω·cm的固体材料称为导体，而电阻率大于109之间的固体材料为半导体Ω·cm的固体称为绝缘体，电阻率介于导体与绝缘体材料的导电能力的大小主要由载流子的浓度和它们的迁移速率决定。载流子可以是电子、空穴或离子。材料总的导电率是各种载流子导电率的总和。无机非金属材料的导电性能变化范围宽，多数无机非金属材料缺乏电子导电机制，并且固态状态下的离子迁移速率很慢，因此表现出很低的电导率，是良好的绝缘体。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)183但有一些无机非金属材料，既存在离子导体，也存在电子导电，是重要的半导体材料。（a）离子导电扩散：固体粒子因热运动，克服内聚力（也称势垒）发生的迁移现象。外电场作用下，固体中离子的定向扩散运动会产生离子导电。固体的导电率与扩散系数成比例。离子半径小的阳离子扩散速度快，起主要的导电作用，因其运动活化能或迁移需克服的势垒较小。因此，在制造无机非金属绝缘材料时，尽量避免低电价碱金属离子Li＋、Na＋、K＋掺入。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)19导体材料级与已被充填能级间的能量相差很小，从而表现出很低的：电子结构中，价带与导带间相互交叠，使空能电组率或优良的导电性。如金属材料及一些过渡金属氧化物材料就是很好的电子导体。绝缘材料一个较宽的禁带，价带中的电子几乎不能靠晶格中原子振动：原子的价带全部被电子占满，导带和价带之间有激发到导带中去，因此在外电场作用下不会产生因电子导电而形成的电流；并且在室温下，离子迁移而引起的离子导电能力也很低。大多数无机非金属材料属于绝缘材料。半导体材料空着，但禁带很窄(约1个电子伏特)；：在绝对零度时，价带全被价电子占满，而导带动能量使这些原子的价带电子被激发到导带上去，从而使原在常温下，原子的热振来空着的导带有一些电子，价带也不完全填满（有些空穴）；但激发的电子和产生的空穴数量有限，材料的导电性比导体差，但比绝缘体的好，此即半导体性质。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)21（2）介电性能无机非金属材料大多是绝缘体，其介电性质也是十分重要的。将一种作为电介质的物质放在电容器中就可以增大其电容。可用介电常数性质还包括介电损失、铁电性等。ε作为电介质的特征常数。此外，介电（a）介电常数当电压加到两块中间是真空的平行金属板上时，发现板上的电荷电容。Q0和所施加电压成正比，Q0=C0V，比例系数C0称为如果两块金属板之间放入绝缘材料，则在相同电压下，电荷增加到了。介电质引起电容量增加的比例，称为相对介电常数，Q1，即Q1+Q0=CV，显然有C>C0，即电容量增加表示为ε=CQ1C=+Q00Q02010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)23对结构松散或存在大量结构缺陷的材料，结构中的空隙可能成为离子迁移的通道，使得材料的导电率增大。如银、铜的卤化物和硫族化合物中，正离子无序地分布在负离子的间隙中，间隙位置的数目比正离子数量多，相邻间隙势垒又很小，因而这些物质具有较好的导电性，如掺杂氧化锆。扩散与温度有关，因此离子电导率也随温度的升高而增大。（b）电子导电占据的能级而形成能带，此能带被称为价带；价带的能价带：根据固体的能带理论，原子中处于最外层的价电子所级全部或部分地被价电子所占据。导带由原子中价电子的第一激发态能级而成的能带。导带的：最靠近价带且其能量比较高的那个能带。导带一般是能级多数是空着的。禁带：导带和价带之间的电子能级不存在的区段。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)20施主能级与N型半导体过在晶格中添加异质离子而得以改变。如在SiC中，某一个：材料电子结构中的能量系统可以通C原子被一个N原子所代替，由于N的电子数量较多，就出现过剩电子，它的能量水平紧靠在导带下面，很容易被激发到导带上去，这种能量水平的能级被称为施主能级；相应的半导体为N型半导体或电子导电半导体。受主能级与P型半导体子，由于少一个电子，所形成的物质能态紧靠在价带上：如在SiC中用一个Al原子代替Si原方，它很易接受电子，因而被称为受主能级，它在价带中留下空余的位置而可能进行电子导电。因为空余位置的作用与正电荷载体相同，人们称它为P型半导体或空穴导电半导体。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)22为什么放在电容器两板间的介电质能提高电容量呢?由电学知识，当绝缘体放入电场时，电荷不可能像导体般传递过去，但材料内带正、负电荷的各种质点受电场作用将发生相互位移，形成电偶极矩，即发生极化作用。极化作用结果，在材料表面感应了异性电荷，它们束缚住板上一部分电荷，抵消(中和)这部分感应电荷的作用，故在相同条件下，增加了电容器的容量。由此可知，材料组成越易起极化作用，电容量也越大，相应电容器的尺寸可大大减小，这对于集成电路和大规模集成电路的发展极为重要。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)244（b）介电损耗电介质在电场作用下，引起介质发热，单位时间内消耗的能量，称为介电损耗。功率损失可表示为P=VIcosΦ式中，V是电压，I是电流，Φ是相位角。对于理想电介质，Φ=π/2，即电流的相位比电压相位超前π/2。但由于损失，实际电介质的相位略小于π/2，Φ=π/2-δ。当相位偏移角δ很小时，有：P=VIcos(π2-δ)≈VIsinδ≈VItanδtan接影响电介质的损失大小,也是判断电介质是否可做绝缘材δ是反映电介质本身性质影响功率损失的因素，其大小直料的初步标准。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)25（c）铁电性对介电常数大的物质如BaTiO开始按比例增大，接着突然升高；在电场强度很大时，极3，当电场增强时，极化程度化速度又减慢并趋向极限值。除去电场后，剩余一部分极化状态，必须加上相反的电场才能究全消除极化状态，出现与铁磁体类似的滞后现象，这种现象被称为铁电性。铁电性与材料结构紧密相关，特别是在具有钙钛矿型化合物中经常出现，这些材料被称为铁电体或强电介质，其用途十分广泛，除用作压电材料外，还可作光调制材料和记忆材料等。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)27（a）抗磁性构成抗磁性材料的原子中所有磁矩是相互抵消的，原子总磁矩等于零。符合上述条件的物质有：①那些填满了电于壳层的原子和离子，如Si4＋、Al3＋、Ca2＋、K＋、O2-自旋的S电子或离子，如Zn、Be、Ca原子和Pd等；②两个具有异向平行2＋离子等。大多数材料由价键结合，而这些价键是由异向平行的自旋电子耦合形成的；通常这类分子中不仅合成的自旋动量矩等于零，而且绕原子核运动的合成动量矩也等于零，相应的合成磁矩也等于零。当这些材料加上磁场时会产生磁化，其方向与磁场方抗磁质的原子或分子中，电子运动形成极细小的环形电流，在向相反。磁场作用下，其轨道发生变化，所产生的磁场与所加磁场方向相反，因此磁化率是负的。这种磁效应较弱，约10－4μ，相对导磁率r比1小。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)29tan δ的倒数称为品质因素Q。Q值大，介电损耗小，说明电容器品质好。它也是反映电介质能量损失的特征参数。造成介电损耗的原因很多，如离子在晶格间运动而产生导电损失、离子的跳跃或共振损失等。所谓共振损失是指构成物质的粒子，由于热振动而以固有的频率在平衡位置附近运动，当与外电场发生共振时，必然出现能量吸收现象。用作电容器的电介质材料要求有高的介电常数和低的介电损耗。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)26（3）磁性材料的磁效应来源于原子轨道上电子的运动或电子自旋所引起的极细小的环形电流，有环形电流必产生磁矩。运动的电荷产生磁场，电流场，磁场强度H=nI。如将材料放入线圈内，材料内有感I通过每米n圈的线圈能产生磁应，产生磁偶极矩，磁感应强度B＝真空导磁率，M是单位体积的感应磁矩．也叫磁化强度。μ0H＋M，式中，μ0为磁化强度与磁场强度成正比：M=μ0(μr−1)H=μ0χHμr为相对导磁率，是材料导磁率μ1与真空导磁率μ= μ。0之比；χ为磁化率，χr–1，磁化率χ的值，可正可负抗磁质：具有负磁化率的物质；顺磁质：具有正磁化率的物质；铁磁质：磁化率超过一般物质许多倍的物质。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)28（b）顺磁性有些材料组成中的原子或离子具有未成对的电子，如过渡族元素或稀土元素的离子，由于它们壳层内电子自旋磁矩不能互相抵消，而形成永久磁矩。在没有电场作用时，各个磁矩没有相互作用或作用很弱，它们的取向是无序分布的，没有形成宏观磁现象。但是在磁场作用下，这些磁矩沿磁场方向排列，结果有磁化发生，其磁化率大于零，表现出顺磁性。这种磁效应也较小，χ～10－5。由于热运动使磁矩趋向于无规则，因此顺磁性与温度有关，而且与温度成反比。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)305（c）铁磁性Fe、Ni、Co、Y和少数氧化物如CrO子内有未被抵消的自旋磁矩存在；磁矩之间相互作用强，在10 2、EuO等材料的原子或离μ排列，发生自发磁化。m线度数量级的微小区域的磁畴内，自旋磁矩沿一个方向平行在磁畴之间的界面区域，磁矩方向渐变而形成具有一定厚度的磁畴壁。这些磁矩在晶体内形成许多闭合磁路，宏观上整个晶体无磁性。在磁场作用下，由于磁畴存在，磁感应和磁化强度不是线性关系，而是和铁电体类似，呈磁滞回线关系，材料的这种性质叫做铁磁性。铁磁性与温度有关，低于磁化，显示铁磁性；高于铁磁性居里温度居里温度TC会产生自发χ=C就变成顺磁性了，此时TC时，T−Tc铁磁性居里温度反映了原子的无序振动干扰了自发磁化的发生。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)31（e）铁氧体磁性(Mn，Zn)Fe磁畴结构以及磁滞回线，称为铁氧体磁性。2O4、(Ni，Zn)Fe2O2等物质，与铁磁体一样，有磁导率和磁化率比较大，是未被抵消的自旋磁矩的离子相互作用的结果。但这种作用和前述铁磁性相反，磁畴内存在两种磁矩，而且是呈相反方向排列的。小结：2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)33投射光不可能全部进入物体，而是总有一部分在表面发生反射。反射率R可按公式作近似计算(当吸收率很小时)：2R=⎛⎜n−1⎞当n=1.5时，R=2％；当n＝1.9时，⎝n+2⎟⎠R＝5.3％。含铅量较高的所谓水晶玻璃具有有耀眼的光泽是由于反射光大的缘故。光反射造成的光损失随着折射率增大而增加，入射光的强度随着光在表面的反射而减小。因此，进入介质中的光强比入射光强要小。进入介质中的光一部分被材料本身吸收，余下部分则透过材料。光的吸收率A、透过率T和反射率R有如下关系：A+T+R=1在反射率一定时，吸收率愈大，则透过率愈小。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)35（d）反铁磁性抵消的自旋磁矩具有异向平行排列的取向，称为反磁性物FeO、NiF2及各种锰盐，与铁磁性材料相反，相邻的未被质。反磁性物质形成的磁畴无磁性，磁化率为正，数值不大，随温度升高而增大。超过某一温度后反磁性物质就变成顺磁性了，这个温度叫尼尔温度TN，相当于铁磁体的居里温度TC。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)32（4）光学性能物质与光线的相互作用可发生在整个物体上或只在物体表面上发生，并与光的波长紧密联系。光在真空中的传播速度为CC0，在空气中的传播速度接近于子相互作用而使速度降为0。当光线从空气中投射到物体内时，由于构成物体的粒C （＜C0）。垂直投射的光线其传播方向(即光路)不变；斜向投射（与法线方向成则进入光学密度较大的介质后，其传播方向与法线的夹角α角），β小于α，即光发生了折射。根据光的折射法则，折射率n满足：n=C0sinαC=sinβ折射率于相界面的n的大小不仅决定于相界面的反射性质。折射性质，而且还决定2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)34当平行光束通过均质单相材料薄层时，由于光被吸收，其强度减少量dI与薄层厚度dx和光束强度I成正比：−dI=βIdx式中，β为比例常数，也叫吸收系数。若入射光的初始强度为后，射出光强度为I，不考虑反射损失时的透光率I0，经过试样厚度和介质中光程长度T为：l∫IdI=−β∫lII=exp(−βl)≡T0I0dx⇒I0可见，光的吸收系数β的单位是长度的倒数。在光吸收研究中，还用吸收率DA=l－T=(I0-是，这些表示忽略了反射率这一因素。=lg(1/T)或D=lg(II)/I0、光密度0/I)等来表示光的吸收或透过性能。但2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)366若仅从吸收与透过率来考虑，当材料不吸收可见光时，材料就应该是透明的。大部分陶瓷材料由Si4＋、Al3＋、O2－和R＋带，本应当是完全透明的，但实际情况并非如此。、R2＋(碱金属，碱土金属离子)组成，在可见光区没有吸收为什么？原因在于陶瓷材料中的大量此，要想获得透明陶瓷应从减少颗粒边界引起的光散射人手。颗粒边界引起光的强烈散射。因物质吸收光时，外层电子从基态跃迁到激发态，只要基态与激发态的能量差大于可见光的能量，物质就显示出颜色，能量差愈小，颜色就愈深；呈现的颜色与物质吸收光的波长有关。如吸收波长400nm的光(紫色)，观察到的颜色为绿黄；吸收波长730nm的光(玫瑰色)，观察到的颜色为绿色。利用这一原理可设计制造不同颜色的材料。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)37而MgO同样是NaCl型结构，由于其由电荷分别为+2、－2价的离子构成，键合力较强，H对水是稳定的；不过，Mg20分子不易侵入到其中，所以MgO2＋容易被酸溶液中的H＋的耐蚀性较差。取代，对酸CaO与MgO具有相同的结构类型，但因Ca2＋积不十分紧密，HO分子会侵入到其中破坏其晶格。离子半径较大，堆构成Al2价，Al－O及Si－O键键合力强，因此难溶于酸。2O3⋅SiO2的离子电荷分别为+3价与－2价、+4价与－2石墨是由4价的共价键牢固结合的，故对强酸、强碱的耐腐蚀性都很强。无机非金属材料大多由氧化物所组成，这些氧化物的键合力愈大，其酸性愈强，而键合力愈小，碱性愈强。下列氧化物键合力依次减小，B酸性减弱，碱性增强：P2O5、SiOCaO、SrO、BaO、LiO、Al、BeO、MgO、ZnO、FeO、MnO、2、23、TiO22O3、Fe2O32O、Na2O、K2O。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)39思考题1、简要说明物质受热膨胀的本质及影响热膨胀系数的结构因素。2、通常无机非金属材料的热传导系数比金属材料的小，试说明其原因。3、简要说明恒容热容的概念及其与温度的关系。4、试说明G表示的意义。=E2(1+μ), K=E3(1−2μ)中四个弹性常数各5、大多数无机非金属材料的导电性能都很差，试分析影响无机非金属材料导电性能的因素。6、说明材料的顺磁性、抗磁性、铁磁性及反铁磁性的概念及其区别。7、玻璃是透明的，而陶瓷类材料往往是不透明的，试解释其原因。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)41（5）化学性能材料在使用中会发生不同程度的气相与固相、液相与固相、固相与固相之间的反应，随着反应的进行材料表面逐渐被侵蚀，这种侵蚀甚至可以延伸到材料内部结构中去。材料抵抗外部物质侵蚀的能力称为耐蚀性或化学稳定性。常温下使用的材料的化学稳定性通常是指材料抵抗周围介质中水、酸、碱的各种化学作用的能力，这种能力与材料的化学组成、结构稳定性等因素有关。对于离子键性材料来说，为了阻止H2O分子、酸液中的H＋碱液中的OH、－牢固，而且质点的堆积状态应尽可能紧密。的侵蚀，要求阳离子和阴离子之间的结合充分例如，NaCl或KCl是典型的离子键紧密堆积结构，因其构成的离子电荷分别为+1价和-l价，键合力较弱，所以极化性大的H2O分子很容易侵入到其中将其溶解。2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)38材料中含酸性氧化物愈多，则其耐酸的侵蚀能力愈强而耐碱的侵蚀能力愈弱；含碱性氧化物愈多，则其耐酸性愈弱。高温下使用的材料的化学稳定性，除了受材料组成、结构、侵蚀介质影响外，还与温度关系密切。例如，耐火材料通常用作各种熔炼炉的炉体，它在高温下与熔体相接触。如果材料内部不出现液相，侵蚀过程是一个固体溶解于液体侵蚀介质的过程。然而，在高温下，耐火材料中往往出现一些液相，其侵蚀过程不仅包括固—液反应，也包括液—液反应，并且后者反应更强烈；同时，高温时液体侵蚀介质中往往发生强烈的对流作用，加速材料的溶解速度，导致腐蚀速率加强。本章小结2010-10-7Deliang Chen (Zhengzhou University)407
