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矿物填充复合材料 矿物材料性能与结构 矿物材料 1．矿物材料相关概念 1．1矿物材料 以非金属矿物或岩石为原料经过深加工、精加工获得的具有一定功能的新材料就是矿物材料。广义的矿物材料还包括一部分由岩石构成或制成的原材料。 矿物指由地质作用所形成的天然单质或化合物。它们具有相对固定的化学组成，呈固态者还具有确定的内部结构；它们在一定的物理化学条件范围内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元。 化学组成和晶体结构是每种矿物的基本特征，是决定矿物形态和物理性质以及成因的根本因素，也是矿物分类的依据，矿物的利用也与它们密不可分。矿物的结构与性能决定了其所能拥有的特殊功能与用途，因此，对矿物的结构与性能的研究具有非常重要的意义。 岩石是构成地球外壳的一种或多种矿物组成的集合体。 生命体变化成矿物成为生命源具有无机物所有特征。 矿物的形态按晶型分为显晶和隐晶两种。 形状：①粒状：长宽高等长。②板、片状：二向延伸。③柱、针、纤维状：单向延伸。 1．2矿物材料分类 矿物按组成结构分类： ⑴碳酸盐基矿物材料 ⑵硫酸盐基矿物材料 ⑶碳质非金属矿物材料 ⑷层状硅酸盐矿物 ⑸链状硅酸盐矿物 ⑹架状硅酸盐矿物材料 ⑺岛状硅酸盐矿物 ⑻硅藻土基矿物材料 ⑼水镁石基矿物材料 ⑽水铝石基矿物材料 ⑾金红石基矿物材料 ⑿岩石材料 按矿物性能及用途分类： ⑴非金属矿物填料与颜料 ⑵非金属矿物摩擦材料 ⑶非金属矿物密封材料 ⑷保温隔热材料 ⑸电功能材料 ⑹非金属矿物凝胶、流变材料 ⑺非金属矿物吸附、催化、环保材料 ⑻建筑装饰材料、聚合物/粘土纳米复合材料 2．矿物材料的物理性能 2．1颜色 矿物颜色形成原理：①选择吸收模式。②色素离子、晶核缺陷形成“色心”，如萤石。 分类：白色、它色、假色（由物理光学造成）、青色包体、透明矿物解理裂隙（晕色）。 各种矿物的颜色： 白色：方解石（CaCO3）、菱镁矿（MgCO3）、白云石（CaMg(CO3)2）；浅蓝：天青石（SrSO4）。 2．2条痕：消除它色，抵消假色。 2．3光泽 平滑面：金属光泽（方铅矿）、半金属光泽（磁铁矿）——条痕深色 金刚石光泽（钻石）、玻璃光泽（石英）——条痕白色或无色 不平滑面（聚集体）：油脂光泽、树脂光泽、蜡状光泽、土状光泽、丝绢状、珍珠状光泽。 2．4透明度：矿物透过可见光的程度。 因素：厚度、含有包裹体、表面平滑（0.03mm）。 分类：透明（普通辉石）、半透明（辰砂HgS）、不透明（磁铁矿）。 具有玻璃性质的属于透明；金属→半透明。 2．5断口解理（裂理）：外力作用下沿任意方向产生的断面。 形状：贝壳、锯齿、参差、平坦。 断口解理：晶体沿一定的结晶学平面破裂的固有特性。 解理面平行于晶体结构中键力最强的晶面。 分类：极完全解理（云母）、完全解理（方解石）、中等解理（普通辉石）、不完全解理（磷 灰石）、极不完全解理（石英）。 断口裂理：晶体在外力作用下沿一定的结晶学平面破裂的非固有性质。外观与解理相似。 产生原因：含有杂质夹层或双晶。 2．6硬度：抵抗外力作用的机械强度（刻划、压入、研磨）。 分类：莫氏硬度（Hm）：十种矿物组成莫氏硬度计（滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、 正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石）。——刻划 维式硬度（Hv）：显微硬度（单位kg/mm2）。——压入 2．7比重：与同体积水在4℃时重量之比（原子量、紧密程度） 划分等级：轻（＜2.5）；中（2.5~4）；重（＞4）。 重晶石（4.6~4.7）、白钨矿（5.8~6.2）、方铅矿（7.4~7.6）、金（14.6~18.3）。 2．8弹性（挠性、脆性、延展性） 延展性：延——拉丝；展——锤片。 2．9磁性 分类：抗磁（石岩）；顺磁（黑云母）；反铁磁（赤铁矿）；铁磁（铁）；亚铁磁（磁铁矿）。 铁与亚铁可为永久磁所吸。 2．10发光性：受外来光激发产生可见光（加热摩擦、阴极射线、紫外线、X射线）。 分类：①停止激发则停止发光（荧光）；②停止激发则不停止发光（磷光）。 3．矿物材料的结构组成及性能 3．1碳酸盐矿物 组成成分：方解石（CaCO3）：CaO∶CO2 =56.03%∶43.97%其中有无色透明的冰洲石。 白云石（CaMg(CO3)2）：CaO、MgO、CO2组成。 菱镁矿（MgCO3）：MgO、CO2组成。 结构：方解石：层状结构（Ca2+/CO32-/ Ca2+），[CO3]2-以平面三角形的形式存在；sp2杂化。 白云石：三方晶系，Ca、Mg盐交替排列。结构疏松，白色粉体。 菱镁矿：与方解石结构相同，是方解石的异质同相。 性能：方解石：①无色或白色，其莫氏硬度为3