非金屬材料
非金屬材料也是重要的工程材料。它包括耐火材料、耐火隔熱材料、耐蝕(酸)非金屬材料和陶瓷材料等。
1.耐火材料
(1)耐火材料的主要性能指標和分類：
1)耐火材料的主要性能指標。
① 耐火度。耐火度是耐火材料受熱后軟化到一定程度的溫度。
② 荷重軟化溫度。
③ 高溫化學(xué)穩(wěn)定性。高溫化學(xué)穩(wěn)定性是耐火材料抗爐氣和爐料腐蝕的能力;
④ 抵抗溫度變化的能力越好，則耐火材料在經(jīng)受溫度急劇變化時越不易損壞;
⑤ 抗壓強度要好;
⑥ 密度和比熱容
⑦ 熱導(dǎo)率要小，隔熱性能要好，電絕緣性能要好。
2)耐火材料的分類
① 耐火砌體材料。按材質(zhì)高低，分為普通耐火材料和特種耐火材料;按材料密度分為重質(zhì)耐火材料和輕質(zhì)耐火材料;按耐火材料的主要化學(xué)成分分為粘土磚、高鋁磚、硅磚、氧化鋁磚、石墨和碳制品以及碳化硅制品等。
② 耐火水泥及混凝土。低鈣鋁酸鹽耐火水泥是用優(yōu)質(zhì)鋁釩土和石灰石，按一定比例配合經(jīng)燒結(jié)、磨細制成。
耐火混凝土具有施工簡便、價廉和爐襯整體密封性強等優(yōu)點，但強度較低。按照膠結(jié)料的不同，耐火混凝土分為水硬性耐火混凝土、火硬性耐火混凝土和氣硬性耐火混凝土;按照密度的高低，可分為重質(zhì)耐火混凝土和輕質(zhì)耐火混凝土兩類。
2.耐火隔熱材料
耐火隔熱材料，又稱為耐熱保溫材料。它是各種工業(yè)用爐(冶煉爐、加熱爐、鍋爐爐膛)的重要筑爐材料。常用的隔熱材料有硅藻土、蛭石、玻璃纖維(又稱礦渣棉)、石棉，以及它們的制品如板、管、磚等。
3.耐蝕(酸)非金屬材料
(1)鑄石。鑄石是以輝綠巖、玄武巖、頁巖等天然巖石為主要原料，經(jīng)熔化、澆注、結(jié)晶、退火而成的一種硅酸鹽結(jié)晶材料。鑄石具有極優(yōu)良的耐磨與耐化學(xué)腐蝕性、絕緣性及較高的抗壓性能。其耐磨性能比鋼鐵高十幾倍至幾十倍。
(2)石墨。石墨按照來源不同可分為天然石墨和人造石墨。它不僅具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性，還具有極高的導(dǎo)熱性能。
石墨材料具有高熔點(3700℃)，在高溫下有高的機械強度。當溫度增加時，石墨的強度隨之提高。石墨在3000℃以下具有還原性，并且在中性介質(zhì)中有很好的熱穩(wěn)定性。在急劇改變溫度的條件下，石墨比其他結(jié)構(gòu)材料都穩(wěn)定，不會炸裂破壞，石墨的導(dǎo)熱系數(shù)比碳鋼大2倍多，所以，石墨材料常用來制造傳熱設(shè)備。
石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。除了強氧化性的酸(如硝酸、鉻酸、發(fā)煙硫酸和鹵素)之外，在所有的化學(xué)介質(zhì)中都很穩(wěn)定，甚至在熔融的堿中也很穩(wěn)定。
(3)玻璃。按形成玻璃的氧化物可分為硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃和鋁酸鹽玻璃等，其中硅酸鹽玻璃是應(yīng)用最為廣泛的玻璃品種。
(4)天然耐蝕石料。天然耐蝕石料的組成含二氧化硅的質(zhì)量分數(shù)大于55.0%，且其含量越高耐酸性能越好。含氧化鎂、氧化鈣的質(zhì)量分數(shù)在50.0%以上的石料，有較好的或好的耐堿性能，但不耐酸侵蝕。而某些耐酸石料含二氧化硅雖然很高，由于結(jié)構(gòu)致密也能耐堿侵蝕。
(5)水玻璃型耐酸水泥。水玻璃型耐酸水泥具有能抗大多數(shù)無機酸和有機酸腐蝕的能力，但不耐堿。
4.陶瓷材料
陶瓷材料屬于硅酸鹽材料。目前陶瓷的應(yīng)用已滲透到各類工業(yè)、各種工程和各個技術(shù)領(lǐng)域。陶瓷材料有著許多區(qū)別于其它材料的物理化學(xué)性能。比如高溫化學(xué)穩(wěn)定性、超硬的特點和極好的耐腐蝕性能。
(1)陶瓷材料的分類
工程陶瓷材料的分類見教材圖1.1.2。它們可用于制造某些工業(yè)構(gòu)件、零件和工具。陶瓷的種類很多，但缺乏統(tǒng)一的分類方法，陶瓷一般分為普通陶瓷和新型陶瓷兩大類。
(2)常用的陶瓷材料
在工程中常用的陶瓷有電器絕緣陶瓷、化工陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷和耐酸陶瓷等。
例題1：在工程材料分類中，鑄石屬于( )。
A.耐火材料 B.耐火隔熱材料 C.耐蝕非金屬材料 D.陶瓷材料
答案：C.耐蝕非金屬材料
例題2：耐火材料的主要性能指標有()。
A. 高溫化學(xué)穩(wěn)定性 B. 抵抗溫度變化的能力要好
C. 抗壓強度要好 D. 密度和比熱容要大
答案：A. 高溫化學(xué)穩(wěn)定性 B. 抵抗溫度變化的能力越好 C. 抗壓強度要好
例題3：石墨的特點包括( )。
A. 具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性 B. 具有極高的導(dǎo)熱性能
C. 在硝酸中很穩(wěn)定 D. 常用來制造傳熱設(shè)備
答案：A. 具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性 B. 具有極高的導(dǎo)熱性能
D. 常用來制造傳熱設(shè)備
非金屬材料也是重要的工程材料。它包括耐火材料、耐火隔熱材料、耐蝕(酸)非金屬材料和陶瓷材料等。
1.耐火材料
(1)耐火材料的主要性能指標和分類：
1)耐火材料的主要性能指標。
① 耐火度。耐火度是耐火材料受熱后軟化到一定程度的溫度。
② 荷重軟化溫度。
③ 高溫化學(xué)穩(wěn)定性。高溫化學(xué)穩(wěn)定性是耐火材料抗爐氣和爐料腐蝕的能力;
④ 抵抗溫度變化的能力越好，則耐火材料在經(jīng)受溫度急劇變化時越不易損壞;
⑤ 抗壓強度要好;
⑥ 密度和比熱容
⑦ 熱導(dǎo)率要小，隔熱性能要好，電絕緣性能要好。
2)耐火材料的分類
① 耐火砌體材料。按材質(zhì)高低，分為普通耐火材料和特種耐火材料;按材料密度分為重質(zhì)耐火材料和輕質(zhì)耐火材料;按耐火材料的主要化學(xué)成分分為粘土磚、高鋁磚、硅磚、氧化鋁磚、石墨和碳制品以及碳化硅制品等。
② 耐火水泥及混凝土。低鈣鋁酸鹽耐火水泥是用優(yōu)質(zhì)鋁釩土和石灰石，按一定比例配合經(jīng)燒結(jié)、磨細制成。
耐火混凝土具有施工簡便、價廉和爐襯整體密封性強等優(yōu)點，但強度較低。按照膠結(jié)料的不同，耐火混凝土分為水硬性耐火混凝土、火硬性耐火混凝土和氣硬性耐火混凝土;按照密度的高低，可分為重質(zhì)耐火混凝土和輕質(zhì)耐火混凝土兩類。
2.耐火隔熱材料
耐火隔熱材料，又稱為耐熱保溫材料。它是各種工業(yè)用爐(冶煉爐、加熱爐、鍋爐爐膛)的重要筑爐材料。常用的隔熱材料有硅藻土、蛭石、玻璃纖維(又稱礦渣棉)、石棉，以及它們的制品如板、管、磚等。
3.耐蝕(酸)非金屬材料
(1)鑄石。鑄石是以輝綠巖、玄武巖、頁巖等天然巖石為主要原料，經(jīng)熔化、澆注、結(jié)晶、退火而成的一種硅酸鹽結(jié)晶材料。鑄石具有極優(yōu)良的耐磨與耐化學(xué)腐蝕性、絕緣性及較高的抗壓性能。其耐磨性能比鋼鐵高十幾倍至幾十倍。
(2)石墨。石墨按照來源不同可分為天然石墨和人造石墨。它不僅具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性，還具有極高的導(dǎo)熱性能。
石墨材料具有高熔點(3700℃)，在高溫下有高的機械強度。當溫度增加時，石墨的強度隨之提高。石墨在3000℃以下具有還原性，并且在中性介質(zhì)中有很好的熱穩(wěn)定性。在急劇改變溫度的條件下，石墨比其他結(jié)構(gòu)材料都穩(wěn)定，不會炸裂破壞，石墨的導(dǎo)熱系數(shù)比碳鋼大2倍多，所以，石墨材料常用來制造傳熱設(shè)備。
石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。除了強氧化性的酸(如硝酸、鉻酸、發(fā)煙硫酸和鹵素)之外，在所有的化學(xué)介質(zhì)中都很穩(wěn)定，甚至在熔融的堿中也很穩(wěn)定。
(3)玻璃。按形成玻璃的氧化物可分為硅酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃和鋁酸鹽玻璃等，其中硅酸鹽玻璃是應(yīng)用最為廣泛的玻璃品種。
(4)天然耐蝕石料。天然耐蝕石料的組成含二氧化硅的質(zhì)量分數(shù)大于55.0%，且其含量越高耐酸性能越好。含氧化鎂、氧化鈣的質(zhì)量分數(shù)在50.0%以上的石料，有較好的或好的耐堿性能，但不耐酸侵蝕。而某些耐酸石料含二氧化硅雖然很高，由于結(jié)構(gòu)致密也能耐堿侵蝕。
(5)水玻璃型耐酸水泥。水玻璃型耐酸水泥具有能抗大多數(shù)無機酸和有機酸腐蝕的能力，但不耐堿。
4.陶瓷材料
陶瓷材料屬于硅酸鹽材料。目前陶瓷的應(yīng)用已滲透到各類工業(yè)、各種工程和各個技術(shù)領(lǐng)域。陶瓷材料有著許多區(qū)別于其它材料的物理化學(xué)性能。比如高溫化學(xué)穩(wěn)定性、超硬的特點和極好的耐腐蝕性能。
(1)陶瓷材料的分類
工程陶瓷材料的分類見教材圖1.1.2。它們可用于制造某些工業(yè)構(gòu)件、零件和工具。陶瓷的種類很多，但缺乏統(tǒng)一的分類方法，陶瓷一般分為普通陶瓷和新型陶瓷兩大類。
(2)常用的陶瓷材料
在工程中常用的陶瓷有電器絕緣陶瓷、化工陶瓷、結(jié)構(gòu)陶瓷和耐酸陶瓷等。
例題1：在工程材料分類中，鑄石屬于( )。
A.耐火材料 B.耐火隔熱材料 C.耐蝕非金屬材料 D.陶瓷材料
答案：C.耐蝕非金屬材料
例題2：耐火材料的主要性能指標有()。
A. 高溫化學(xué)穩(wěn)定性 B. 抵抗溫度變化的能力要好
C. 抗壓強度要好 D. 密度和比熱容要大
答案：A. 高溫化學(xué)穩(wěn)定性 B. 抵抗溫度變化的能力越好 C. 抗壓強度要好
例題3：石墨的特點包括( )。
A. 具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性 B. 具有極高的導(dǎo)熱性能
C. 在硝酸中很穩(wěn)定 D. 常用來制造傳熱設(shè)備
答案：A. 具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性 B. 具有極高的導(dǎo)熱性能
D. 常用來制造傳熱設(shè)備