本书主要介绍无机非金属材料生产的过程和原理，在以单元操作为线索着重介绍各种无机非金属材料制造过程中涉及的带有普遍性的共同规律和特点的基础上，以典型代表性无机非金属材料为线索，分别介绍了几种无机非金属材料（水泥和其他无机胶凝材料、混凝土、陶瓷、玻璃、耐火材料等）在制造过程中涉及的基本概念、原料性质和要求、配合比设计、产品性能、国家标准、质量控制、物质变化、生产过程工艺特点等相关知识。
本书可作为高等学校无机非金属材料工程专业学生教材使用，也可作为土木工程等相近专业学生和工程技术人员的参考用书。
本教材是在南京工业大学该课程数十年的教学积累的基础上编写完成的，该学校“无机非金属材料工学”是江苏省精品课程，为本教材的编写提供了教学实践方面的积累和支持。本教材被评为“十二五”江苏省高等学校重点教材。
潘志华，南京工业大学，教授。作为本书的主编潘志华，长期从事无机非金属材料方面的教学和科研活动，在科研上主要涉及新型胶凝材料、生态环境材料、水泥混凝土化学、水泥生产工艺技术、特殊混凝土制备和应用技术等研究领域；在教学上主要承担本科生《无机非金属材料工学》和研究生《日语》课程的讲授以及研究生论文的指导工作。
承担完成并正在承担国家973项目3项，还承担并完成十多项企业委托技术开发项目，并取得良好科研成果和评价。
近年来在国内外学术刊物上发表学术论文40多篇，其中SCI收录论文7篇，EI收录论文6篇，发明专利授权4项，实用新型授权1项；并获得多项国家和省级教学和科研奖励。其中，有国家科技进步二等奖一项（低钙水泥体系及其在重点工程中防治碱集料反应的应用，2012年）；江苏省科技进步一等奖一项（高胶凝性高复合性高C3S水泥研究，2008年）；江苏省精品课程一项（《无机非金属材料工学》2008年）。
另外，兼任多项国际和国内学术组织的职务，其中包括国际材料、结构和实验室专家联合会（RILEM）碱激发材料技术委员会（TC-AAM）高级会员；中国硅酸盐学会水泥分会碱激发胶凝材料专业委员会主任，等等。
绪论1
0.1无机非金属材料的定义与分类1
0.2无机非金属材料发展简史2
0.3无机非金属材料的地位和作用3
0.4无机非金属材料的工业进展4
0.5无机非金属材料工学的研究对象和任务5
第1篇生产过程原理
第1章概述8
1.1无机非金属材料生产过程的共性8
1.1.1原料8
1.1.2干燥8
1.1.3粉碎与储运9
1.1.4成型9
1.1.5高温加热10
1.2无机非金属材料生产过程的个性10
1.2.1胶凝材料类10
1.2.2玻璃、玻璃纤维、铸石、人工晶体类11
1.2.3砖瓦、陶瓷、耐火材料类11
1.3无机非金属材料的几种典型生产工艺流程12
1.3.1水泥生产工艺流程12
1.3.2玻璃生产工艺流程12
1.3.3陶瓷生产工艺流程12
1.3.4耐火材料生产工艺流程12
思考题14
第2章原料16
2.1原料总论16
2.2黏土类原料17
2.2.1黏土17
2.2.2黏土的成因及其分类18
2.2.3黏土的组成19
2.2.4黏土的工艺性质19
2.3石英类原料21
2.3.1石英类原料的种类和性质21
2.3.2石英的晶型转化22
2.3.3石英类原料的作用22
2.4长石类原料22
2.4.1长石类原料的种类和性质22
2.4.2长石的作用23
2.4.3长石的代用原料23
2.5钙质原料24
2.5.1钙质原料的种类和性质24
2.5.2钙质原料在生产中的作用及其品质要求24
2.5.3钙质工业废渣25
2.6铝质原料25
2.6.1高铝矾土25
2.6.2硅线石族25
2.7镁质原料25
2.8其他原料26
2.8.1含钠原料26
2.8.2含硼原料27
2.8.3铁质原料28
2.8.4辅助性原料28
思考题32
第3章粉体制备33
3.1破碎33
3.1.1破碎的方式33
3.1.2破碎比33
3.1.3粒度表示方法34
3.1.4破碎设备35
3.2粉磨36
3.2.1球磨机的工作原理、特点及类型36
3.2.2粉磨作业流程37
3.2.3影响磨机产量的主要因素37
3.2.4超细粉磨38
3.3分级39
3.3.1分级和分级效率39
3.3.2固体颗粒的筛分分级40
3.4超微粉合成41
3.4.1化学反应法41
3.4.2冷冻干燥法41
3.4.3喷雾干燥法41
3.4.4生成物沉淀法42
3.4.5蒸发凝聚法43
3.4.6气相反应法43
思考题44
第4章成型45
4.1成型过程中的流变特性45
4.1.1三种基本变形及三种理想体的流变模型46
4.1.2胀流性流体与假塑性流体47
4.1.3流变模型与本构方程47
4.1.4流动曲线、应力曲线和应变曲线48
4.1.5徐变曲线和松弛曲线49
4.1.6触变性与反触变性50
4.2浆料的成型50
4.2.1成型的工艺原理50
4.2.2陶瓷注浆成型51
4.2.3混凝土和耐火混凝土浆体的密实成型55
43可塑成型59
4.3.1可塑泥料的流变特性59
4.3.2可塑成型的方法60
4.4压制成型63
4.4.1压制成型工艺原理63
4.4.2压制成型对粉料的要求64
4.4.3压制成型的过程65
4.5玻璃的成型67
4.5.1玻璃成型理论基础68
4.5.2玻璃成型制度69
4.5.3玻璃成型方法71
4.5.4玻璃的退火75
思考题77
第5章干燥78
5.1干燥方法78
5.1.1外热源法78
5.1.2内热源法82
5.2干燥过程84
5.2.1物料中水分的性质84
5.2.2物料干燥过程85
5.3影响干燥的因素86
5.3.1传热速率86
5.3.2外扩散速率87
5.3.3内扩散速率87
5.3.4制品在干燥过程中的收缩与变形87
54干燥制度88
5.4.1干燥过程中应该控制的参数88
5.4.2热空气干燥制度的类型89
5.4.3采用热空气干燥工艺时的注意事项89
5.4.4陶瓷干燥速率的控制与选定89
思考题90
第6章煅烧91
6.1水泥熟料的煅烧91
6.1.1水泥熟料的形成过程91
6.1.2水泥熟料煅烧设备92
6.1.3回转窑的煅烧方法92
6.1.4熟料热化学及回转窑的热工特性93
6.1.5典型回转窑煅烧系统95
6.1.6熟料冷却机100
6.2陶瓷、耐火材料原料的煅烧102
6.2.1陶瓷原料的煅烧102
6.2.2耐火材料原料的煅烧103
思考题104
第7章烧成105
7.1常见烧成或烧结方法105
7.1.1热致密化方法105
7.1.2反应烧结105
7.1.3液相烧结105
7.1.4高温自蔓延烧结106
7.2煅烧过程中的物理化学变化106
7.2.1低温预热阶段106
7.2.2氧化分解阶段106
7.2.3高温玻化成瓷阶段106
7.2.4冷却阶段107
7.3烧成制度107
7.3.1烧成制度与产品性能的关系107
7.3.2烧成制度的制订112
7.4烧成方法115
7.4.1低温烧成与快速烧成115
7.4.2特种烧成方法117
思考题119
第8章熔化120
8.1熔化的原理和过程120
8.1.1基本原理120
8.1.2熔化的三个重要过程121
8.1.3熔化过程的影响因素121
8.2玻璃的熔制121
8.2.1玻璃的熔制过程122
8.2.2玻璃的熔制方法129
8.2.3玻璃熔制的温度制度131
8.3熔体和玻璃体的相变133
8.3.1熔体和玻璃体的成核与晶体生长过程133
8.3.2熔铸耐火材料的晶化135
8.3.3玻璃分相135
思考题136
第2篇代表性无机非金属材料137
第1章水泥和其他无机胶凝材料138
1.1硅酸盐水泥138
1.1.1硅酸盐水泥组分材料139
1.1.2硅酸盐水泥的定义和分类139
1.1.3硅酸盐水泥技术要求140
1.1.4合格品与不合格品140
1.2硅酸盐水泥熟料141
1.2.1化学成分141
1.2.2矿物组成142
1.2.3熟料的率值144
1.2.4熟料矿物组成的计算147
1.3硅酸盐水泥生料的配合148
1.3.1熟料组成设计148
1.3.2水泥生料配料计算150
1.4硅酸盐水泥熟料的煅烧154
1.4.1干燥与脱水154
1.4.2碳酸盐分解154
1.4.3固相反应156
1.4.4熟料的烧成157
1.4.5熟料的冷却158
1.4.6其他组分的作用159
1.5硅酸盐水泥的水化和硬化161
1.5.1熟料矿物的水化161
1.5.2硅酸盐水泥的水化164
1.5.3水化速率与凝结时间的调节165
1.5.4水化热166
1.5.5体积变化166
1.5.6水泥石的组成与结构167
1.6环境介质对水泥石的化学侵蚀168
1.6.1淡水侵蚀168
1.6.2酸和酸性水侵蚀169
1.6.3硫酸盐侵蚀170
1.6.4含碱溶液侵蚀170
1.6.5改善水泥石抗蚀性的措施171
1.7掺混合材料的硅酸盐水泥171
1.7.1水泥混合材料171
1.7.2掺混合材料的硅酸盐水泥173
1.7.3掺混合材料的硅酸盐水泥的生产及其性能174
1.8特性水泥和专用水泥174
1.8.1快硬和特快硬水泥174
1.8.2抗硫酸盐水泥、中低热水泥和道路水泥177
1.8.3膨胀和自应力水泥179
1.8.4油井水泥180
1.8.5装饰水泥181
1.9其他无机胶凝材料181
1.9.1石膏181
1.9.2石灰184
1.9.3水玻璃185
思考题187
第2章混凝土189
2.1混凝土组分材料189
2.1.1骨料190
2.1.2化学外加剂194
2.2混凝土拌合物性能196
2.2.1和易性196
2.2.2和易性测定方法及指标197
2.2.3影响和易性的主要因素199
2.2.4混凝土拌合物浇筑后的性能199
2.3混凝土的性能201
2.3.1抗压强度201
2.3.2抗拉强度与抗折强度204
2.3.3混凝土在荷载作用下的变形206
2.3.4混凝土在非荷载作用下的变形207
2.4混凝土耐久性211
2.4.1耐久性的概念211
2.4.2混凝土抗渗性211
2.4.3混凝土抗冻融性能214
2.4.4混凝土钢筋锈蚀215
2.4.5典型环境混凝土结构的耐久性设计216
2.5混凝土配合比设计219
2.5.1基本参数219
2.5.2混凝土配合比设计规范与方法220
思考题225
第3章陶瓷227
3.1陶瓷的分类227
3.1.1按坯体的物理性能特征分类227
3.1.2按陶瓷概念和用途分类227
3.2陶瓷的组成、结构与性能228
3.2.1陶瓷性能与材料键性、结构的关系228
3.2.2陶瓷强度的控制和脆性的改善228
3.3陶瓷坯料的配制229
3.3.1确定坯料配方的原则229
3.3.2坯体组成的表示方法229
3.3.3配料计算231
3.3.4坯料制备235
3.3.5坯料制备流程238
3.3.6调整坯料性能的添加剂239
3.4成型方式的选择239
3.5釉料及色料240
3.5.1釉的作用及分类240
3.5.2釉层的性质241
3.5.3坯釉适应性243
3.5.4釉料的组成244
3.5.5釉料制备245
3.5.6施釉246
3.5.7色料247
3.6普通陶瓷的烧成247
3.6.1烧成方法的比较247
3.6.2烧成方式的选择249
3.7陶瓷产品的缺陷分析249
3.7.1斑点249
3.7.2变形249
3.7.3落脏250
3.7.4裂纹250
3.7.5起泡250
3.7.6棕眼251
3.7.7缺釉251
3.7.8色泽不良251
3.7.9夹层251
3.7.10釉缕252
3.7.11波纹252
3.7.12橘釉252
3.7.13烟熏252
3.8普通陶瓷252
3.8.1日用瓷252
3.8.2卫生陶瓷255
3.8.3建筑陶瓷256
3.8.4电瓷258
3.8.5化工陶瓷259
3.9特种陶瓷261
3.9.1结构陶瓷261
3.9.2功能陶瓷262
思考题265
第4章玻璃266
4.1玻璃的定义与通性266
4.1.1玻璃的定义266
4.1.2玻璃的通性266
4.2玻璃的分类267
4.2.1光学功能玻璃267
4.2.2电磁功能玻璃268
4.2.3热学功能玻璃268
4.2.4力学功能玻璃269
4.2.5生物及化学功能玻璃269
4.3硅酸盐玻璃的组成、结构与性质269
4.3.1硅酸盐玻璃的组成270
4.3.2玻璃的结构因素271
4.3.3玻璃性质271
4.4普通玻璃配合料制备276
4.4.1玻璃组成的设计和确定276
4.4.2配合料计算276
4.4.3配合料制备要求279
4.5玻璃体的缺陷280
4.5.1气泡280
4.5.2结石281
4.6普通玻璃制品的生产281
4.6.1瓶罐玻璃281
4.6.2器皿玻璃282
4.6.3平板玻璃284
4.6.4仪器玻璃286
4.6.5颜色玻璃288
4.7玻璃的深加工288
4.7.1冷加工289
4.7.2热加工289
4.7.3玻璃的表面处理289
4.8特种玻璃290
4.8.1光导纤维290
4.8.2激光玻璃291
4.8.3微晶玻璃291
4.8.4光致变色玻璃292
思考题293
第5章耐火材料294
5.1耐火材料的分类、组成、结构和性质294
5.1.1耐火材料的分类295
5.1.2耐火材料的组成与结构295
5.1.3耐火材料的性质297
5.2耐火材料的生产过程299
5.2.1原料的选择和加工299
5.2.2坯料的制备301
5.2.3成型302
5.2.4干燥302
5.2.5烧成302
5.2.6耐火材料生产的特殊过程303
5.3Al2O3SiO2系耐火材料303
5.3.1Al2O3SiO2系耐火材料的物理化学基础303
5.3.2氧化硅质耐火材料304
5.3.3半硅质耐火材料305
5.3.4黏土质耐火材料306
5.3.5高铝质耐火材料307
5.4碱性耐火材料307
5.4.1镁质耐火材料308
5.4.2白云石质耐火材料311
5.4.3镁橄榄石质耐火材料312
5.5锆质耐火材料312
5.5.1锆英石耐火材料312
5.5.2氧化锆耐火材料313
5.5.3锆质熔铸耐火材料313
5.6含碳耐火材料314
5.6.1碳素耐火材料315
5.6.2石墨耐火材料315
5.6.3碳化硅质耐火材料315
5.6.4碳复合耐火材料317
5.7不定形耐火材料317
5.7.1浇注耐火材料318
5.7.2可塑耐火材料319
5.7.3其他不定形耐火材料319
5.8轻质耐火材料320
5.8.1轻质耐火材料的生产方法321
5.8.2几种主要轻质耐火材料及性能321
5.8.3多孔隔热耐火材料323
5.8.4纤维隔热耐火材料324
思考题325
参考文献327
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