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无机非金属（硅酸盐）材料的化学成分及检测（一）

时间：2022-08-18 阅读：2340

无机非金属（硅酸盐）材料的化学成分及检测（一）

一、概述

什么是无机非金属材料

无机非金属材料，是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。无机非金属材料的提法是20世纪40年代以后，随着现代科学技术的发展从传统的硅酸盐材料演变而来的。无机非金属材料是与有机高分子材料和金属材料并列的三大材料之一。

无机材料大多数是金属和非金属的含氧酸盐及氧化物的水化物前者为硅酸盐、硅铝酸盐等等；后者多为铝矾土等。其主要化学元素有钙、铝、镁、硅、钾等元素的氧化物。

二、无机非金属材料的分类

传统无机非金属材料：

1、水泥和其他胶凝材料：硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、石灰、石膏等；

2、陶瓷：粘土质、长石质、滑石质和骨灰质陶瓷等；

3、耐火材料：硅质、硅酸铝质、高铝质、镁质、铬镁质等，玻璃硅酸盐；

4、搪瓷：钢片、铸铁、铝和铜胎等；

5、铸石：辉绿岩、玄武岩、铸石等；

6、研磨材料：氧化硅、氧化铝、碳化硅等；

7、多孔材料：硅藻土、蛭石、沸石、多孔硅酸盐和硅酸铝等；

8、碳素材料：石墨、焦炭和各种碳素制品等；

9、非金属矿：粘土、石棉、石膏、云母、大理石、水晶和金刚石等； [2]

新型无机非金属材料

1、保温材料：

气凝胶毡

2、绝缘材料：

（1）氧化铝、氧化铍、滑石、镁橄榄石质陶瓷、石英玻璃和微晶玻璃等；

（2）铁电和压电材料：钛酸钡系、锆钛酸铅系材料等；

3、磁性材料：

（1）锰—锌、镍—锌、锰—镁、锂—锰等铁氧体、磁记录和磁泡材料等；

（2）导体陶瓷、钠、锂、氧离子的快离子导体和碳化硅等；

（3）半导体陶瓷、钛酸钡、氧化锌、氧化锡、氧化钒、氧化锆等过滤金属元素氧化物系材料等。 [3]

4、光学材料：

钇铝石榴石激光材料，氧化铝、氧化钇透明材料和石英系或多组分玻璃的光导纤维等。 [4]

5、高温结构陶瓷：

（1）高温氧化物、碳化物、氮化物及硼化物等难熔化合物超硬材料：碳化钛、人造金刚石和立方氮化硼等；

（2）人工晶体：铝酸锂、钽酸锂、砷化镓、氟金云母等。

6、生物陶瓷：

长石质齿材、氧化铝、磷酸盐骨材和酶的载体材料等。

7、无机复合材料：

陶瓷基、金属基、碳素基的复合材料。

传统无机非金属材料和新型无机非金属材料的比较：传统无机非金属材料具有性质稳定，抗腐蚀耐高温等优点，但质脆，经不起热冲击。新型无机非金属材料除具有传统无机非金属材料的优点外，还有某些特征如：强度高、具有电学、光学特性和生物功能等。

钙：在自然界中各种形态的化合物存在，钙在地壳中的含量占3.3%之多，在自然界汇总主要以碳酸盐和硫酸盐的形式存在，如石灰石、石膏等。

煅烧CaCO3可以得到生石灰即氧化钙，遇水又生成熟石灰，放出大量的热且体积膨胀。碳酸钙不溶于水但是在水中游CO2时，碳酸钙可以溶解成酸式碳酸钙，其反应时：

CaCO3+CO2+H2O→Ca(HCO3)2

铝：在自然界汇总的分布位居第四位，在地壳中含量占8%主要以铝硅酸盐的形态存在，如各种黏土、云母、高岭土等等。其铝盐和氨或碱溶液作用时，生成凝胶状水合氢氧化铝。通常以这种形式表征：

Al3++3OH-→Al(OH)3↓

氢氧化铝沉淀是一种两性氢氧化物，即能溶于酸又能溶于碱。

镁：在自然界中绝大数以碳酸镁和氧化镁的形态存在，如菱镁矿。煅烧菱镁矿所得氧化镁的熔点高，可达3000摄氏度，用以制造耐火材料等制品：

MgCO3→MgO+CO2↑

煅烧后氧化镁对水是非常惰性的，与碱作用可生成氢氧化物。在工业上可以利用氧化镁的不容性，来去除溶液中的镁离子。

硅：是组成矿物和岩石的主要成分元素。其在低温条件下不活泼，但却能和强氧化剂和强碱反应，其反应为：

Si+2OH-+H2O→SiO22-+2H2↑

硅在高温下与卤素反应生成具有挥发性的四卤化物和二氧化硅。二氧化硅在自然界中广泛分布在石英矿中，石英石天然二氧化硅晶体。

无机非金属材料被广泛应用到各个领域，如陶瓷、玻璃、耐火材料等等，可见了解和掌握非金属材料的相关知识和性能对研究非金属材料是十分必要的。