无机非金属材料论文2000字

无机材料即无机非金属材料。问世较早的无机材料主要有陶瓷、玻璃和水泥，后来又出现了耐火材料。现在，光学玻璃、工业陶瓷、石棉、云母、铸石、金刚石、石墨等无机材料已成为现代科学技术中不可缺少的重要材料。无机材料有许多优点。首先，它的品种很多，约有100多种，工业上广为应用的就有30多种。其次，它的性能优异，既能耐高温，耐腐蚀，又具有坚硬，不怕氧化以及对光、电、声的转换功能。例如，制造磁流体发电机需要耐2000℃以上高温的材料，但一般金属只能耐1000℃左右的高温，连难熔金属也承受不了，而无机非金属材料却可以满足这一需要。又如石墨被大量用作原子能工业的减速剂；惟一的自然矿物纤维石棉，则具有较大的抗拉强度和弹性，可防火、隔音、隔热、耐酸碱、保温。

用高温固相反应由锆矿石粉制备锆质颜料锆质颜料是陶瓷、搪瓷、玻璃工业应用较广泛的高温无机颜料 因为它具有非常稳定的晶型结构，所以具有耐高温，物化性能稳定、着色力强等优点。我国锆质颜料主要是用品位较高的氧化锫，二氧化硅与着色元素人工合成的。用这种方怯生产的锫质颜料，成本太高。据《日本特许公报》昭47—8699报道，锆质颜料可用锆英石矿粉按特定的工艺条件直接合成。实验结果表明， 用锆英石矿粉直接合成的无机锆质颜料质置达到国内外同类产品水平。而其生产成本比用原法生产的产品成倍降低。用锆英石矿粉直接合成无机锆质颜料采用的工艺流程如图---------高温固相反应由锆矿石粉制备锆质颜料的工艺流程 主要原料有(1)锫英石： ZrO：≥60 ，工业级，广东等地产。 (2)纯碱I Na 2CO 3／>95 ，工业级，大连等地产。(3) 硫酸2 H 2SO‘／>90％ ， 工业级，全国各地产。(4)氧化镨2 Pr日OI1>／90％，工业级内蒙、上海等地产。(5)五氧化二钒： V O ≥96 ，工业级， 湖南等地产。(6)铁红；Fe O。≥96 ， 工业级， 湖南等地产。(7)铬绿：Cr O。≥96 ， 工业级， 湖南等地产。(8)氧化铺：C0~70 ， 工业级， 广东， 湖南等地产。锆质颜料的色域非常广泛， 在氧化锆，二氧化硅形成锆英石晶型结构的同时，5【入上述原料(4)一(8)中的一种，则可制备黄、蓝、红、绿、青等不同色调的锆质颜料。本方法的不同之处在于：所用的基术原料锆英石矿粉本身就具有稳定的晶型结构，简单地加入着色离子是不能制备锆质颜料的。也就是说巳具有稳定晶型结构的锆英石不能再着色，所以， 首先必须破坏其晶型结构。具体做法是，在锆英石矿粉中加入一定量的纯碱，在高温下使混台物发生固相反应生成一种易被无机酸分解的中间物质，然后加入一定量的无机酸处理之， 使之分解并生成一种能与着色离子发生固相反应的混合物。此种混合物巳不具有锆英石晶型，在此种混合物中加入着色元素错、钒、铁、铬、钻等的氧化物或盐类及一定量的矿化剂， 高温下物料发生固相反应生成着色的锆英石固溶体。采用APD一10全自动x射线衍射仪对合成的锫质颜料颗粒进行晶型结构分析，测定条件为工作电压40kVt，工作电流20mAt步选扫描20，20。一80℃铜靶。测定结果表明 锫质颜料试样为锆英石晶型结构，无杂质相生成， 纯度较高。将小样与其他样品进行了质量对比，数据表明， 锆质颜料的各项技术指标已达到国内同类产品水平，其中耐温性高于国内水平。锆英石是一种非常稳定的矿物质， 只有在1530~高温下才能分解。考虑到工业化生产，宜尽量在较低的温度下破坏其晶型结构， 我们在锆英石中加入一定量的纯碱， 以使其在850"C～1IO0~C温度下发生固相反应。通过大量的实验证明， 锆英石与纯碱的比例不同，其反应温度亦不相同合成无机颜料时，加入矿化剂的作用主要是使颜料的晶型结构在较低的温度下形成。不仅如此，加入相应的矿化。剂能使着色离子的价态发生变化，使所需要的颜色离子顺利进入颜料晶格。在一定范围内着色离子加入量与颜料的颜色深浅成正比。合成锆质颜料时， 着色元素的加入量是有一定范围的。在此范围内，着色离子加入量与颜料颜色的深浅成正比。但着色离子不能无限量增加， 不同的着色离子对锆离子和硅离子有一定的取代份数， 超过了这个取代份数，就会产生过剩的着色离子，从而影响颜料质量。

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非金属材料表面金属化的方法 非金属材料表面金属化是采用某种表面处理工艺,在非金属表面上形成一层金属层,从而达到耐磨、防腐、装饰的目的,赋予非金属材料一些新的使用性能。非金属材料表面金属化是开发新材料的一个重要研究领域,比如一些超硬材料的开发和研究都将使用非金属材料表面金属化的技术。非金属材料表面金属化在我国有着悠久历史。自我国古代发明炼金术后,一些能工巧匠就知道把黄金制成薄如蝉翼的金箔,贴在非金属表面上,使其光彩夺目。在一些古寺庙里,一座座金面修身的神像就是非金属材料表面金属化的杰作。我国古代的镏金技术就是把溶解在水银里的黄金涂敷在非金属制品表面,待水银挥发后再用玛瑙抛光,可以达到金光灿灿的效果。在国外,开罗和巴格达出土的一些文物中,就有陶瓷表面金属化的记载。随着现代科学技术的发展,在非金属材料表面上沉积金属的方法很多,其中主要的有金属粉末喷涂、真空镀膜、溅射镀膜、化学镀和电镀等。1　非金属材料表面金属化众所周知,非金属材料多为非导电体,要使非金属材料表面金属化,其先决条件必须使其表面导电成为导体,才能使用一些在非金属表面上沉积金属的方法。非金属材料表面金属化后,可用非金属件代替金属件,可节约大量金属,简化加工工艺,降低成本,使其具有金属的光泽,能导电、导磁、焊接,并能提高其机械性能及热稳定性。使它既具有非金属的固有性质,又具有金属材料的一些特性,成为一种复合材料,因而扩大了非金属材料的使用范围。非金属材料表面金属化是材料科学的一个重要组成部分,对于研究新材料,开拓新型材料的应用领域,具有很重要的实践意义。此外,非金属材料表面金属化后有良好的耐腐蚀性,在潮湿的环境中,金属层与非金属基体之间不产生原电池作用。非金属材料包括有机材料(如各种塑料、纤维、树脂)和无机材料(主要有各种陶瓷、玻璃、单晶材料等)。这些材料与其表面覆盖金属层之间的键合力十分微弱,其外表面的影响显得比较突出,也就是说,这些材料与金属覆盖层之间的结合强度低,为了提高基体与镀层之间的结合力,在非金属表面金属化前,必须对其表面进行处理,以获得理想的表面形态和增加其润湿性能。此外,赋予非金属材料基体表面催化活性的一些工艺过程都会影响其金属化层的结合力。非金属材料的种类繁多,仅就新型工程材料而言就层出不穷,它们之间的物理、化学性质各不相同,有的相差十分悬殊。如塑料脱模时使用的脱模剂,各个生产厂使用的都不一样,这就促使其表面处理技术会不一样。因此,研究非金属材料表面金属化的前处理技术和金属化工艺是获得性能优良的金属化表面的关键。2　非金属材料表面金属化工艺非金属材料多是电和热的不良导体,在非金属材料表面金属化之前,往往需要首先使非金属材料表面变成导体,覆盖一层金属膜才有可能实现金属化。形成金属膜的方法很多,有涂导电胶法、银粉浆高温还原法、化学镀膜法和金属粉喷涂法等。具体采用哪种方法需根据材料和使用场合而定。非金属材料表面金属化工艺主要由前处理工艺和获得金属层的方法两部分组成。1　前处理工艺1　消除内应力塑料成型带来的内应力必须首先消除。一般采用热处理的方法消除内应力,也可以采用冰醋酸浸渍法或有机溶剂浸渍法来消除内应力。2　表面粗化用手工、机械或化学的方法,使非金属材料表面变得粗糙、无光泽的过程叫粗化。粗化可以提高表面的亲水性和形成粗糙度,以保证金属层有良好的附着力。粗化方法有机械粗化和化学粗化两种,应根据非金属材料的尺寸、形状、数量和物理化学性质确定使用某种或几种粗化方法。机械粗化是用滚磨、喷沙或用砂纸打磨等方法去除其毛边,增加其表面积,从而提高金属层的结合力。化学粗化是用化学浸蚀剂使非金属材料表面变得粗糙,增加表面积和生成某些极性基团,使其表面由疏水性变成亲水性。化学粗化是目前广泛应用的一种方法,对于不同的非金属材料应采用不同的化学粗化溶液及工艺规范。对于塑料粗化,高铬酸型粗化液使用较广。这种粗化液粗化速度快,效果较好。其参考配方和使用条件如下:铬酐(CrO3)400~430g/L;浓硫酸180~220ml/L;温度60~70℃;时间10~30min。为了将在化学粗化过程中残留在材料表面上的Cr6+清洗干净,需在10%的氨水中进行中和并在1%~5%的亚硫酸钠溶液中进行还原。3　除油由于材料表面会被油污染,可采用有机溶剂或化学除油法除油,粗化和除油工序可以颠倒进行,但必须彻底除油后方可进行下一工序。4　敏化在经过粗化和除油的洁净表面上,吸附一层易于氧化的金属离子,它是覆膜金属的还原剂,在化学镀和电镀过程中,使溶液中的金属离子易于沉积在工件的表面上,这个工序叫作敏化。敏化液的参考配方和工艺如下;氯化亚锡10~100g/L;盐酸10~50ml/L;金属锡条1根;温度18~25℃;时间3min;敏化液的pH值应控制在5~9之间。5　活化在敏化的工件表面沉积具有催化活性的金属层,这个工序叫活化。活化的目的是为下一步进行化学镀提供结晶中心,以提高沉积速度和镀层的均匀性。目前广范采用的活化液有硝酸银活化液和氯化钯活化液。前者是一种碱性溶液,主要由硝酸银和氨水配制而成;后者有酸性和碱性两种,但较常用的为酸性活化液,它在化学镀时诱导时间短,镀层的结合力好。硝酸银活化液常用配方和工艺如下:硝酸银2~5g/L;氨水(25%)20~25ml/L;温度15~25℃;时间1~5min。配制时必须使用蒸馏水,否则银离子和水中的氯离子会生成氯化银沉淀而降低银的含量。2　获得金属层的方法获得金属层的方法有许多种,可根据不同材料参考有关专著选用。常用的方法有化学镀和电镀。这里介绍化学镀工艺。化学镀又叫无电解镀,它是无须电流通过而借助还原剂在同一溶液中发生氧化还原反应,从而使金属离子还原沉积在工件的表面上的一种镀覆方法,是一种可以沉积金属的、可控制的、自催化的化学还原过程。经过粗化、敏化和活化后的工件表面,密布着催化活性中心,当把它浸入化学镀液时,镀液中的金属离子便被还原,连续不断地沉积在工件的表面上,活化后的催化活性中心成了金属离子还原的结晶中心,金属离子还原后首先沉积到活性中心上,然后逐渐扩大,形成连续的、具有一定厚度的金属层,非金属材料表面金属化的全过程到此告终。化学镀可镀镍、铜、钴、金、银等金属,而化学镀镍是化学镀工业中发展最快的行业。它以其优异的性能,在几乎所有的工业部门都得到了广泛的应用,创造了巨大的经济效益,而且每年还在以5%~7%的速度递增。常用的化学镀镍的配方与工艺如下:硫酸镍25~30g/L;次亚磷酸钠20~25g/L;醋酸钠15g/L;柠檬酸钠10g/L;添加剂5g/L;光亮剂少量;pH值5~5;温度85~90℃。3　非金属材料表面金属化的应用1　表面装饰一些大型商厦门前的招牌、单位名称,往往是请知名书法家题写,如用金属制作,机械加工十分困难,而用木材、塑料或水泥制作就容易得多,制成后进行金属刷镀即可获得金碧辉煌的效果。在一些大型纪念馆中的馆名和每一部分的标题都用醒目的大字展现出来,这些字可用塑料板切割而成,然而用化学沉积或刷镀工艺制成所需要的金属颜色,能起到以假乱真的效果。现在市场上卖的各种工艺品,如万里长城、乌龙戏珠、观音菩萨、释加牟尼像等,都是由非金属刷镀制作而成的,颇受中外宾客的青睐,成为社会交往的高级礼品。2　提高非金属材料的耐磨性非金属材料具有重量轻、加工容易等优点,但存在表面缺乏光泽、不耐磨等缺点。如一些家用电器及仪表设备上的零件,可用塑料制造,然后在其表面镀上一层金属镀层,这样既有金属光泽又提高了它的耐磨性。3　制造超硬材料大家知道,人造金刚石、立方碳化硼是人工合成的一种硬度大的材料,如果采用化学镀的方法,在其表面镀上一层镍磷合金,就得到了一种耐磨性好、硬度高的新型超硬材料。4　陶瓷金属化工程陶瓷具有硬度高、耐蚀性和介电性能好等诸多优点。特别是近年来纳米陶瓷的出现,已成为令人关注的一种新型工程材料。然而,陶瓷不具有导电性、韧性和可焊性,因此,使用陶瓷时往往要进行表面金属化处理。由于陶瓷表面存在大量的孔隙,在金属化处理前先要用树脂将陶瓷表面进行封孔处理,以防处理液进入,接着再进行一系列的粗化、敏化和活化处理,以获得具有催化活性的可镀表面,再用化学镀或电镀的方法将表面镀层加厚,以得到满足用户要求的、具有金属表面的陶瓷。5　改变非金属的焊接性一些电子设备的零部件,为了节省金属材料,减轻重量或简化生产工艺,常采用塑料生产,然后采用非金属电镀或化学镀工艺,使其表面成为导电层,就克服了塑料零件不能焊接的不足。6　使非金属材料具有导电性大多数非金属材料为绝缘体,为了使其局部导电,可采用非金属刷镀技术。如大量使用的印刷电镀板,在板上局部线路发生断裂时可用非金属刷镀进行修补。电子仪器的塑料外壳,如在其内壁上镀上一层金属镀层,利用金属镀层的导电性能可以起到良好的屏蔽作用,可防止外部电磁场对仪器的干扰。7　使非金属材料具有导磁性非金属材料本身没有导磁性能,如果在塑料上镀一层镍钴或镍铁合金等磁性材料,就可作为电子计算机中的磁性记忆元件。8　提高抗老化能力某些塑料的耐光热性能差,在阳光照射下极易老化,如在其外表上镀上金属镀层,就可以提高其抗老化能力,延长其使用寿命。4　非金属材料表面金属化的发展与展望　　非金属材料表面金属化是材料科学中的一个重要领域。国内外许多学者都致力于这方面的研究,是开发新型材料的研究方向,发展很快,前景十分广阔。非金属材料表面金属化的关键是前处理技术,在前处理技术中敏化和活化又是主要的研究内容。目前已开发出各种胶体活化剂,并已形成商品。要加强活化机理的研究,用理论指导实践。在非金属材料表面金属化中,化学镀是常用的一种技术,其中化学镀液的配方是技术核心,镀液的稳定性是关键,要采用多元络合以增加镀液的稳定性,还要加强光亮剂的研究,提高镀件的外观效果。非金属材料表面金属化的市场前景好,社会需求量大,依托此项技术开发新产品,将会获得很好的社会经济效益。5　结语非金属材料表面金属化是前处理技术和制取金属层相结合的产物,其方法繁多,原理、材料、工艺和设备各异,可根据不同的基体材料、不同的工艺要求选用不同的表面金属化的方法。非金属材料表面金属化是研究新材料的一个重要方法,研究出与此有关联的新材料将会取得很好的社会、经济效益。参考文献:[1]姜晓霞,沈伟化学镀理论及实践[M]北京:国际工业出版社,237-[2]张允诚,胡如南,向荣电镀手册上册[M]北京:国际工业出版社,607-[3]林春华,葛详荣电刷镀技术便览[M]北京:机械工业出版社,205-