無機材料顯微結構簡介.ppt

巖相學（材料顯微結構）晶體光學,顯微結構,人眼或放大鏡和實體顯微鏡只能分辨大于0.1mm(100m)的物體，所觀測到的結構稱為宏觀結構。,光學顯微鏡的最大分辨率可達0.2 m左右，觀測到的結構稱為顯微結構。,顯微結構,電子顯微鏡分辨率可提高到0.01 m(10nm),觀測到的結構稱為亞顯微結構。,用高分辨率透射電鏡可觀測到物質(zhì)的分子、原子，直接研究晶格點陣的被稱為微觀結構。,顯微結構定義,在光學電子顯微鏡下分辨出的試樣中所含相的種類及其數(shù)量，顆粒的形狀、大小、分布取向和它們相互之間的綜合特征。包括了亞顯微結構，但不含宏觀結構和微觀結構。,無機材料顯微結構分析的研究內(nèi)容,結晶相的鑒定：主晶相往往決定著制品的理化性能。 鑒定結晶相的方法：偏光顯微鏡薄片法和油浸法、反光顯微鏡光片法、X射線衍射分析法、紅外光譜分析法和探針微區(qū)分析法等。,一、物相組成的分析和鑒定,固態(tài)非晶質(zhì)相的分析,非晶態(tài)團粒 如粘土原料在燒結過程中脫水分解形成以無定形二氧化硅為主的粘土團粒，電鏡發(fā)現(xiàn)，其中存在著隱晶質(zhì)結晶相和玻璃相。 用光學顯微鏡只能研究其外部形態(tài)、大小、分布、含量以及其它相之間的關系等，只有采用電子顯微鏡附加微區(qū)分析儀才能研究其內(nèi)部構造。,玻璃相 由高溫熔體冷凝而成的固態(tài)非晶質(zhì)相。玻璃相在制品中起著粘結及填充空隙的作用。 主要用光學顯微鏡測定和研究玻璃相的含量、分布、析晶情況等，必要時對其化學成分并對析晶相進行鑒定。,絕大多數(shù)制品中均或多或少地含有氣相，制品中的氣相是以氣泡或氣孔形式存在的。氣相的存在與否以及氣孔的形狀、大小、含量、分布和連通情況，對制品的性能、質(zhì)量及使用均有顯著影響，有時起決定作用。 必要時測定氣孔中包裹氣體的化學成分，分析其成因，以便在制造工藝上采取相應措施。,氣相,無機材料顯微結構分析的研究內(nèi)容,二、顯微結構特征的研究和測定,1、形態(tài)學研究 晶相形態(tài)學：晶體形狀特點、自形程度、集合體形態(tài)和細微結構。,固態(tài)非晶相形態(tài)學：研究非晶相的形狀特點、分布情況及與其它物相間的關系，進一步研究非晶態(tài)團粒中隱晶質(zhì)的晶體種類、大小、分布和含量。,氣相形態(tài)學：研究制品中氣孔的形狀、大小、數(shù)量及分布、氣孔的貫通情況、存在形式及數(shù)量。,2、體視學研究,根據(jù)組成物相二維形貌特征通過結構參數(shù)的測量和推算確定顆粒三維空間的形態(tài)、大 小及含量的科學，稱為體視學。,體視學還要研究各相在空間的分布情況及其均勻性，研究粉體顆粒如粉狀原料、生料粉、成品水泥粉、超細粉體和其他細粉的形態(tài)特點、顆粒大小、粒度分布及其他結構參數(shù)等,3研究物相的排列組合,制品中組成物相在空間分布和排列組合情況是制造過程中各種因素作用的綜合結果， 亦直接影響甚至決定著制品的技術性能、質(zhì)量、使用性狀和效果。顯微結構分析時要研究各物相分布的均勻性、取向性、致密程度以及玻璃相、氣相與晶相間分布情況等。,4研究物相之間結合關系,物相間的結合情況多種多樣，與原料質(zhì)量、混合料配方及拌和均勻程度、熱工制度、冷卻速度或熱處理制度等均直接有關，亦顯著地影響甚至決定著制品的技術性能和使用效果。,在顯微結構分析時，對不同材料及其制品的要求是有所差別的：單相多晶材料要用電子顯微鏡研究同種晶體顆粒之間接觸的晶界結構，多相多晶材料則要注意研究不同相之間接合的相界結構，還要研究制品中玻璃相與晶相間結合關系以及氣孔壁的結構特點等。,根據(jù)制品的主要化學成分，將所有無機材料劃分為硅酸鹽類和非硅酸鹽類兩大類； 亦有分為氧化物材料和非氧化物材料(含金屬陶瓷)兩大類的,硅酸鹽類無機材料,以硅酸鹽、鋁酸鹽、鋁硅酸鹽及硅氧、部分鋁氧為主要化學成分的無機材料，稱為硅酸鹽類無機材料，簡稱為硅酸鹽材料。,主要有：普通陶瓷、各種耐火材料、日用玻璃及其制品、無機 保溫材料、硅酸鹽和鋁酸鹽水泥熟料及其制品、鑄石材料、普通磨料、工業(yè)廢渣、燃料灰渣、部分單晶材料及無機復合材料等。 硅酸鹽材料是發(fā)展歷史悠久、使用面廣的一大類無機材料，常被稱為傳統(tǒng)無機材料。,2非硅酸鹽類無機材料,除硅酸鹽材料以外的無機非金屬材料，總稱為非硅酸鹽類無機材料，簡稱為非硅酸鹽材料?？煞譃槲孱悾?單質(zhì)材料，例如，石墨、金剛石、多晶硅、無定形硅等； 單晶材料，例如，單晶硅、單晶鍺、水晶、藍寶石、白云母等； 結構材料，例如，氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物陶瓷和非硅酸鹽的高溫材料等；,功能材料，例如，電介質(zhì)陶瓷、壓電陶瓷、鐵電陶瓷、生物陶瓷、快離子導體、變阻瓷及敏感陶瓷、超導材料、航天航空材料、功能玻璃材料和功能薄膜材料等； 其他非硅酸鹽無機材料，例如，特種膠凝材料、無機涂料、無機薄膜材料、部分無機及無機等復合材料等。,無機材料的生產(chǎn)工藝及結構分類,1熔融型無機材料 由一種或多種原料按化學配方制成混合料，使之全部熔融成高溫熔體并快速冷卻得到 的制品，稱為熔融型無機材料；因冷卻制度和熱處理情況不同又有三類的不同顯微結構： (1)玻璃材料 高溫熔體快速冷卻凝固由無定形非晶態(tài)物質(zhì)構成的材料，稱為玻璃材 料。顯微結構分析的對象主要是玻璃體內(nèi)結晶質(zhì)缺陷(玻璃結石)和非晶態(tài)缺陷。,(2)微晶玻璃材料 混合料引入晶核劑中熔制成的高溫熔體，經(jīng)快速冷凝成玻璃后，再在一定溫度下進行熱處理使之結晶獲得由細小晶體組成的結晶質(zhì)材料，稱為微晶玻璃材料。由于材料中晶體很細小，必須在電子顯微鏡下研究其亞顯微結構特征。 (3)熔融結晶材料 高溫熔體在冷卻過程中于某溫度下保溫一定時間，使之全部結晶并長成較大晶體所構成的制品，稱為熔融結晶材料。又有成型和不成型兩類，前者稱熔鑄結晶材料，后者稱熔融結晶材料。,2燒結型無機材料,根據(jù)制品的化學組成配方和粒度配比要求，用一種或多種原料的顆粒和粉體制成混合料，經(jīng)拌和，有時還要成型和干燥，在一定溫度下煅燒后燒結成塊體，再經(jīng)冷卻而獲得的制品，稱為燒結型無機材料。根據(jù)燒結工藝及顯微結構特征亦分為三類： (1)固液相燒結材料 高溫燒結時物料部分熔融，冷卻時凝結成玻璃相使制品達到燒結的材料，稱為固液相燒結無機材料。它分成型燒結和粉體燒結兩類。,(2)固相燒結材料 在高溫鍛燒過程中不出現(xiàn)或基本上不產(chǎn)生液相，主要靠物料顆粒間固相反應、互擴散、再結晶等作用達到燒結的制品，稱為固相燒結無機材料。 (3)熱壓燒結材料 在高溫鍛燒的同時施加一定壓力燒結而成的制品，稱為熱壓燒結無機材料。,3膠凝型無機材料,以自身凝聚力或粘結劑凝結力，在常溫或一定溫度下凝聚而成的材料，稱為膠凝型無機材料。 它主要有：常溫條件下在大氣環(huán)境中硬化的氣硬性材料，在水中或潮濕的環(huán)境中硬化的水硬性材料和在較低溫度條件下硬化的熱硬性材料等三大類。,4復合型無機材料,由兩種或兩種以上不同性質(zhì)，甚至不同類型材料結合為一體而形成的材料，稱為復合型材料。 屬于無機材料系統(tǒng)的復合型材料主要有：在一種無機材料中引入另一種無機材料成分所構成的無機無機復合材料(亦簡稱無機復合材料)，,以無機材料為主引入金屬材料成分構成的無機基金屬復合材料和金屬材料為主體引入無機材料成分構成的金屬基無機復合材料 還有由無機材料和高分子材料構成的無機高分子復合材料 共三大類。,無機材料產(chǎn)業(yè)類型,1陶瓷材料 陶瓷材料根據(jù)顯微結構特征、性能及用途可分為普通陶瓷和特種陶瓷兩大類。普通陶瓷又根據(jù)生產(chǎn)工藝、顯微結構和性能進一步分為土器、粗陶器、精陶器、炻器和瓷器。瓷器中又 有軟質(zhì)瓷、硬質(zhì)瓷之分。在陶瓷坯體上還常常覆蓋一層玻璃質(zhì)的釉，其中特種陶瓷又有結構陶瓷和功能陶瓷之分。,2耐火材料,耐火材料依據(jù)制品的化學及相組成和生產(chǎn)工藝可分為兩類： 一類是: 硅質(zhì)(SiO2系)、 鋁硅質(zhì)(Al 2O3SiO2系)、 鋁質(zhì)(A1203Na20，Cr2O3系)、 鋁碳質(zhì)(A12O3SiC系)、 鋁鋯質(zhì)(Zr02A1203Si02系)、,鎂鉻質(zhì)(MgOR203,，Si02系)、 含碳(MgOCaOC系)、 特種(C，SiCSi3N4，系) 共八大類； 另一類是: 燒結型耐火制品、 不燒型(包括化學結合型)耐火制品、 熔鑄型耐火制品和 再結合型耐火制品四種類型。,3玻璃材料,玻璃材料包括玻璃及其制品和微晶玻璃兩類。 前者根據(jù)主要化學組成有多個系列，顯微結構分析對象主要是玻璃體內(nèi)的各種缺陷，尤其是結晶質(zhì)的玻璃結石； 后者亦有多個化學組成系列和性能類型，顯微結構分析除了研究母體玻璃中各種缺陷外，主要研究在熱處理微晶化過程中顯微結構的變化及其規(guī)律以及顯微結構與制品性能之間的關系。,4水泥材料,水泥材料屬膠凝材料的一大類，又分為硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥兩類。顯微結構分析的對象是水泥熟料、水泥水化物及水泥混合材。,