第三章-化學與材料

第三章化學與材料§3-5新型復合材料§3-3無機非金屬材料及應用§3-4

有機高分子材料及應用§3-2無機金屬材料及應用§3-1

材料與社會進步§3-1材料與社會進步現(xiàn)代科技的四大支柱產(chǎn)業(yè)?1、材料是社會進步的物質(zhì)基礎和先導，是人類進步的里程碑。如：石器、陶器、瓷器、青銅器、鐵器、玻璃、鋼、水泥、有機高分子、液晶材料等。2、材料是發(fā)展生物、信息、新能源工程等高科技的重要物質(zhì)基礎，也屬于當代前沿科學技術(shù)領(lǐng)域之一。能源、材料、信息、生物工程

3.1.1重要性3.材料科學研究的任務是：材料的組成、結(jié)構(gòu)、工藝、性能和應用的科學。而化學又是研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性能與變化的科學。顯然，材料與化學密不可分的。

實際上，任何材料都可以看成是具有某種組成的化學物質(zhì)。目前的化學物質(zhì)已有2400萬余種，而且還以每天7000多種的速度增加。

材料是指經(jīng)過某種加工后具有一定組成、結(jié)構(gòu)、形狀和性能并適用于某種或某些用途的物質(zhì)。

如果沒有半導體材料的發(fā)展，就不可能有今天的計算機技術(shù)；如果沒有高強度、耐高溫材料的發(fā)展，就不會有今天的載人航天和深潛技術(shù)（嫦娥奔月）、（蛟龍潛水）。相反，材料的發(fā)展跟不上，就會使一些技術(shù)無法實現(xiàn)。如太陽能還不能大規(guī)模開發(fā)和利用，就是光電轉(zhuǎn)換材料的發(fā)展還不夠先進，核聚變反應無法控制……等。1、材料與空間技術(shù)：發(fā)射火箭、人造衛(wèi)星、飛船等。2、材料與電子技術(shù)：半導體材料、高頻絕緣材料、介電材料、壓電材料、鐵電材料、磁性材料、熒光材料、發(fā)光材料、超導材料等。3、材料與激光技術(shù)：紅寶石、He-Ne氣體、半導體等作為工作物質(zhì)實現(xiàn)激光;用于計量、檢測、加工、顯示、信息處理、治療、軍事科學等領(lǐng)域。4、材料與能源的開發(fā)：磁流體發(fā)電、地熱發(fā)電、潮汐發(fā)電、熱核裂變、太陽能電池、燃料電池等。3.1.2

材料的用途具體體現(xiàn)如下

化學是發(fā)展新材料的源泉!同時新材料的發(fā)展也為化學研究開辟了新的領(lǐng)域。化學新材料§3-2金屬材料及應用3.2.1常見金屬材料金屬鍵—原子晶體3.2.2幾種具有特殊功能的新型金屬材料鎢、鐵、鋁、鋰、錫、金、銀、銅、鈦3.2.1常見金屬材料W、Fe、Al、Li、Sn、Au、Ag、Cu、Ti鎢—剛強耐熱的烈火金剛外觀：黑褐色有金屬光澤的顆粒。m.p：3410℃。重要用途：1、制備具有超硬性能的硬質(zhì)合金。如:合金刀頭或工件表面鍍以碳化鎢硬質(zhì)合金，可提高精度并延長壽命20-150倍。2、作為鋼和有色金屬合金的添加劑。如:合金工具鋼、結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、耐熱鋼和磁鋼等都添加了鎢，以增加硬度和抗腐蝕能力。3、在火箭、導彈、返回式宇宙飛船以及原子能反應堆等尖端科學上的重要應用。這是由于鎢具有優(yōu)異的物理、機械、抗腐蝕和核性能的原因。用量最大材料--鋼鐵生鐵：含碳量﹥2

％的鐵合金。白口鐵、灰口鐵、球墨鑄鐵，性脆而硬，不能鍛軋，僅用于煉鋼和鑄造。合金鋼除鐵和﹤2

％碳外，還含有其他一些合金元素，如硅、錳、鎳、釩、鈦、鉬等。錳鋼具有很強的耐磨性，可用于制造拖拉機履帶和車軸，齒輪，坦克的裝甲材料等；鎢鋼耐高溫，是制造金屬切削工具的好材料；硅鋼具有良好的電磁性能，許多電器都離不開它。2012年我國的鋼鐵產(chǎn)量7.16億噸，占全世界的46.3%鐵礦石冶煉生鐵冶煉鋼摻雜生鐵的冶煉

原料：鐵礦石、石灰石、焦炭產(chǎn)品：生鐵坯煉鋼平爐、軋鋼機、鋼錠、鋼材鋁—“銀色的金子”鋁在地殼中含量最多，密度2.7g/cm3,日常生活中如硬幣、炊具、包裝鋁箔等。純鋁很軟，強度不大，有著良好的延展性，可拉成細絲，軋成箔片。

鋁和鋁合金的應用鋁的化合物的應用1、導電能力僅次于銅，價廉，廣泛用作電線。2、導熱能力比鐵大，不易銹蝕，使用壽命長，用作炊具。3、鋁粉具銀白色金屬光澤，與其他物質(zhì)調(diào)和用作銀粉涂料。4、冶金工業(yè)中，鋁粉和氧化鐵粉混合，引發(fā)后發(fā)生劇烈反應，放出大量的熱，用于焊接。5、煉鋼工業(yè)中的脫氧劑；高質(zhì)量的反射鏡、太陽能聚光碗等。6、青銅鋁，具有高強度的耐腐蝕性，有鮮艷的金屬光澤，常用于珠寶飾物和建筑工業(yè)中。7、鋁鎂合金，硬度大，質(zhì)量輕，常用于制造飛機的機身，船舶和火箭的箭體。還用來制造門窗、美化居室。鋁和鋁合金的應用1、氧化鋁。高純度的Al2O3又叫剛玉，硬度僅次于金剛石，熔點高、耐酸堿，常用作軸承磨料、耐火材料（可耐1800℃）；活性氧化鋁，多孔，內(nèi)表面積大，活性高，能吸附水蒸氣等許多氣體、液體分子，常用作吸附劑、催化劑載體和干燥劑。2、氫氧化鋁。用來制備鋁鹽、瓷釉、耐火材料、防火布等；在醫(yī)藥上用作酸藥，中和胃酸和治療潰瘍。3、明礬。硫酸鋁鉀凈水劑，收斂劑。鋁的化合物的應用鋰

Li自然界最輕的金屬。密度?。?.53），質(zhì)量輕，化學性質(zhì)活潑。保存在凡士林或石蠟中。鋰原子結(jié)構(gòu)模型原子序數(shù)3原子量6.941，是最輕的堿金屬元素。金屬鋰為一種銀白色的輕金屬；熔點為180.54

℃，沸點1342℃，密度0.534g/cm3，硬度0.6。

金屬鋰可溶于液氨。1、鋰基潤滑劑不怕高溫、不怕水在低溫環(huán)境中也能保持良好性能。用于汽車傳動系統(tǒng)。2、鋰能強烈與氧、氮、氯、硫等物質(zhì)反應，工業(yè)上用作脫氧劑和脫硫劑。3、銅冶煉過程中，加入十萬分之一的鋰，能改善銅內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使之致密、提高導電性。4、在鑄造優(yōu)質(zhì)銅鑄件中能除去有害雜質(zhì)和氣體。5、1kg鋰通過熱核反應放出的能量相當于兩萬多噸優(yōu)質(zhì)煤的燃燒?？捎米骰鸺?、宇宙飛船的推進劑。6、鋰在原子能工業(yè)上的獨特性能，舉世矚目。7、鋰電池具有比能量高、放電平衡等優(yōu)點廣泛應用于各種領(lǐng)域，是很有前途的動力電池。鋰的用途奇妙的錫

錫是一種銀白色金屬，硬度較低，展性較好，延性較差。錫在一般溫度下是很穩(wěn)定的。但在高溫和低溫下特別嬌氣。溫度161℃時，錫一碰就脆；溫度13.2℃時逐漸變成一種煤灰色的粉末；溫度低于-33℃時，轉(zhuǎn)變過程大大加快，錫迅速毀壞無異。1、“金粉”，即二硫化錫，金黃色。常用來制作油墨2、用來鍍鐵皮，即罐頭用鐵皮，又叫“馬口鐵”?！板a疫”用途黃金—金屬王國的驕子

黃金除了作為貨幣和珍貴的首飾品以外，在其它科技領(lǐng)域中的作用：1、黃金:Au比重19.3g/cm3

熔點1064.4℃具有強的延展性。（摩氏硬度2.5）用牙咬可見齒痕，金箔對紅外線有強烈的反射作用，并能防止紫外線的通過。被廣泛用于紅外線干燥設備、紅外線探測儀和宇航員的防護面罩、宇宙飛船的密封艙上。2、黃金的導電性好,化學性質(zhì)穩(wěn)定，在任何溫度下都不會與氧發(fā)生反應。常被用作飛機、人造衛(wèi)星和宇航設備內(nèi)某些精密控制儀表和電器開關(guān)的接觸點材料。

銅

Cu銅呈紫紅色光澤的金屬，密度8.92克/cm3。熔點1083.4℃，沸點2567℃。硬度3.3。銅是人類發(fā)現(xiàn)最早的金屬之一，也是最好的純金屬之一，稍硬、極堅韌、耐磨損。還有很好的延展性。導熱和導電性能較好。銅和它的一些合金有較好的耐腐蝕能力，在干燥的空氣里很穩(wěn)定。但在潮濕的空氣里在其表面可以生成一層綠色的堿式碳酸銅Cu?(OH)?CO?，這叫銅綠?？扇苡谙跛岷蜔釢饬蛩幔匀苡邴}酸。容易被堿侵蝕。銀

Ag純銀是一種美麗的白色金屬，在古代，人類就對銀有了認識。銀和黃金一樣，是一種應用歷史悠久的貴金屬，至今已有4000多年的歷史。由于銀獨有的優(yōu)良特性，人們曾賦予它貨幣和裝飾雙重價值，英鎊和我國解放前用的銀元，就是以銀為主的銀、銀合金。銀比金活潑，雖然它在地殼中的豐度大約是黃金的15倍，但它很少以單質(zhì)狀態(tài)存在，因而它的發(fā)現(xiàn)要比金晚。銀最早用來做首飾和餐具，后來才作為貨幣。銀Ag，序數(shù)47，原子量107.87，密度10.5g/cm3。熔點960.5℃，沸點1950℃,銀的導熱性、延展性和導電性優(yōu)于銅，不易受酸堿腐蝕，常用作精密儀器的導體材料，化學反應中的催化劑。未來世紀的金屬—鈦鈦在地殼中的含量占第10位。含鈦礦物多達70多種，海水中含量也非常豐富。繼銅、鐵、鋁之后，金屬鈦將是21世紀冶金工業(yè)中最重要的產(chǎn)品之一。廣泛應用于飛機、火箭、導彈、人造衛(wèi)星、宇宙飛船、艦艇、軍工、輕工、化工、紡織、醫(yī)療及石油化工等領(lǐng)域。(一)鈦的性質(zhì)(二)鈦的應用(三)鈦化合物的應用(四)鈦合金的應用1、室溫下不與氧氣、稀硫酸、稀鹽酸和硝酸反應，但能被氫氟酸、磷酸、熔融堿侵蝕。2、突出性能是對海水的抗腐蝕性很強。

具有銀灰色光澤，強度大，密度小（4.51g/cm3），硬度大，熔點高（1675℃）。(一)鈦的性質(zhì)化學性質(zhì)(二)鈦的應用1、極細的鈦粉，是火箭的好燃料；2、鈦的抗腐蝕能力比不銹鋼強15倍，用作洗印設備的齒輪；3、外科醫(yī)療手術(shù)上的應用。不銹鋼雖不生銹但長時間在人體會產(chǎn)生危害，接骨愈合之后，還需取出來。如采用鈦制的“人造骨骼”，宛如真正的骨骼一樣和血肉相聯(lián)，起到支撐和加固作用。被稱為“親生物金屬”。4、煉鋼工業(yè)中，少量的鈦是良好的脫氧、除氧及除硫劑。(三)鈦化合物的應用二氧化鈦，即鈦白，無毒。是世界上最白的物質(zhì)之一。1克鈦白可把450多平方厘米的面積涂得雪白。因此是一種寶貴的白色顏料。

二氧化鈦高熔點，被用來制造耐火玻璃、釉料、陶土、耐高溫的實驗器皿等。

水合二氧化鈦是一種最有希望的鈾吸附劑，可用于海洋提鈾。1、二氧化鈦2、四氯化鈦濕空氣中冒出大量白煙，在軍事上常用作人造煙霧劑。3、鈦酸鋇鈦酸鋇晶體被廣泛應用于超聲波儀器和水底探測器中。因為它在超聲波中受壓會產(chǎn)生電流，由電流的大小可測知超聲波的強弱；相反，用高頻電流通過它，則可以產(chǎn)生超聲波。4、氮化鈦氮化鈦比黃金以及硬質(zhì)合金更耐磨，在黃金裝飾品表面鍍一層膜，外觀和黃金一樣，具有“永不磨損性”。(四)鈦合金的應用1、鈦系是目前較便宜的一種貯氫金屬之一。2、“鈦飛機”可減輕體重5噸。超音速飛機上，鈦使用量幾乎占到總重量的95%。3、鈦潛艇比鋼制潛艇經(jīng)久耐用，而且可以潛入更深的的深度。用鈦制造潛艇、輪船，不用涂漆，不會生銹。且鈦不是鐵磁體物質(zhì)，不會被磁水雷發(fā)現(xiàn)，在軍事上特別重要。4、鈦鋯合金對空氣有強大的吸收力，用于真空泵。5、鈦鈮合金是理想的超導材料。6、鉻、鎳、鈦（18-8-1）是工業(yè)上常用的不銹鋼。注：鈦的冶煉要在高溫、惰性環(huán)境下進行。3.2.2幾種具有特殊功能的新型金屬材料一、具有記憶能力的合金——形狀記憶合金二、能貯存氫氣的合金——貯氫合金三、能軟能硬的合金——超塑性合金四、沒有電阻的金屬——超導金屬五、顆粒超細的金屬——納米金屬

簡稱記憶合金，一種新型的功能金屬材料，能在一定條件下改變或恢復到原來的形狀(雙向或單向)。分類：NiTi合金；銅基合金:CuZnAl、CuAlNi；鐵基合金:FeMnSi,FeNiTiCo鐵基合金原材料豐富價格便宜。應用：航空、衛(wèi)星、醫(yī)療生物工程、能源和自動化等方面記憶合金管套和彈簧記憶合金緊固銷釘一、具有記憶能力的合金—

形狀記憶合金航空：被成功地用來制作軍用飛機液壓系統(tǒng)的接頭；飛機上一些特殊部位所用的鉚釘；用于制成宇宙飛船上的天線。醫(yī)療：室溫下具有記憶能力的鎳-鈦合金作成人體用的生物植入件（骨頭固定件）；自動化：常用形狀記憶合金制成各種自控裝置；日常生活：用形狀記憶合金制成窗臂時，可以根據(jù)溫度的高低自動控制窗戶的開和關(guān)；汽車工業(yè)：日本已用形狀記憶合金制造汽車車身和保險；眼鏡行業(yè)：形狀記憶合金常制成眼睛片固定絲；能源開發(fā)利用：可利用記憶合金發(fā)生的形變來做功以節(jié)省能源，減少污染。鎳-鈦合金的應用二、能貯存氫氣的合金——貯氫合金

利用金屬合金或金屬與氫氣發(fā)生反應，形成金屬合金氫化物或金屬氫化物，使氫氣以固體化的形式貯存起來，稍微改變條件，金屬合金氫化物或金屬氫化物就會放出氫氣并重新變成金屬合金或金屬。1、貯氫量要大；2、吸氫和放氫都容易，只要稍稍加熱就可以放氫且速度要快；3、使用壽命長和價格便宜。必備條件1、鎂系貯氫合金，如二氫化鎂(MgH2)、鎂-鎳合金(Mg2Ni)等。2、稀土系貯氫合金，如鑭-鎳合金(La3Ni5)、混合稀土鎳-錳合金(MmNiMn)、混合稀土鎳-鋁合金(MnNiAl)等。3、鈦系貯氫合金，如二氫化鈦(TiH2)、鈦—錳合金(TiMn15)等，常溫下可吸附的氫氣為本身體積的600倍4、鋯系貯氫合金。四大貯氫合金系列特點：在加工時能像口香糖那樣柔軟可塑，一旦成形后又能像鋼鐵那樣堅固耐用。高強度超塑性合金在航天工業(yè)方面影響很大。如采用超塑性鈦合金來制造飛機架與采用普通鈦或鈦合金相比，不僅使鍛壓、軋制、彎曲等加工過程變得更加容易，而且每生產(chǎn)500架飛機，可節(jié)省120-150萬美元。超塑性合金在民用方面應用價值也是十分顯著的。對一些形狀復雜的電子儀器零件、汽車外殼等的制造，若采用超塑性合金都可一次完成，不僅大大簡化了工序，而且大大降低了成本。三、能軟能硬的合金—超塑性合金高溫超導材料如：Y-Ba-Cu-O的Tc高達90K（-183℃），Ti-Ba-Ca-Cu-O和Bi-Sr-Ca-Cu-O的Tc高達120K（-153℃）。這些超導材料在液氮溫度77K(-196℃）下就可發(fā)揮出它們的超導性，因而具有實用價值。超導體具有的性質(zhì)：在臨界溫度Tc時,零電阻和抗磁性。超導材料的應用：在電力輸送，超導發(fā)電機，大型電子計算機，磁浮高速列車的研制，以及核聚變反應控制等高科技領(lǐng)域中得到應用。四、沒有電阻的金屬—超導金屬超導材料:超導溫度;低溫超導材料;高溫超導材料納米材料是指組成材料顆粒的粒徑大小為1-100nm的一類材料,納米金屬是納米材料的一種。五、

顆粒超細的金屬—納米金屬表面效應：即粒徑變小，比表面積增大，活性增大。小尺寸效應：尺寸與光波波長、德布羅意波長、超導態(tài)的相干長度或透射深度等物理特征尺寸相當或更小時，表現(xiàn)出特殊的光學、熱學、磁學和力學性質(zhì)。量子尺寸效應：顆粒超細化后使大塊材料中連續(xù)的能帶分裂為分立的能級，能級間的間距隨顆粒尺寸減小而增大。納米材料的特性一張信用卡大小的納米冰箱衛(wèi)生卡，只要放入冰箱，不僅可以清除異味，還有保鮮的功效，儲存半個月的果蔬出來還是水靈靈的。應用納米技術(shù)制成的各色衣服、領(lǐng)帶、帽子和碗具，納米材料的加入能使衣物防水、防污、免清洗，而且透氣性好。采用納米光催技術(shù)生產(chǎn)的瓷磚，本身就可以自動分解油漬，還可以除臭、殺菌和自清潔，不再用人工去費力清理揩擦。納米內(nèi)衣、納米床上用品及納米絨毛織品，采用納米生物活性功能纖維、納米銀系無機抗菌纖維、抗紫外線纖維，人們使用這些織物時，可以促進血液循環(huán)，增強新陳代謝；保持經(jīng)絡平衡。納米與生活納米材料做成內(nèi)膽的熱水器，能快速有效的殺死水中細菌，同時能耐酸、耐堿和具有更強的韌性。隨著納米材料和納米技術(shù)基礎研究的深入和實用化進程的發(fā)展，特別是納米技術(shù)與環(huán)境保護和環(huán)境治理進一步有機結(jié)合，許多環(huán)保難題，如：大氣污染、污水處理，城市垃圾等將會得到解決。維生素E被納米化后，很容易被皮膚細胞吸收，這是因為物質(zhì)被加工到納米尺度后其物理特性和生物特性都會發(fā)生很大的改變。納米化妝品正是利用這種特性達到其特殊的效果的。汽車擋風玻璃被霧氣遮擋會影響行車安全，被采用納米技術(shù)的光催化抗霧玻璃解決了，這種玻璃不僅具有抗霧、滅菌功能，而且可以長時間保持潔凈，還適合用于窗戶、鏡面和外墻玻璃。納米與生活§3-3無機非金屬材料及應用3.3.1常見非金屬材料3.3.2精細陶瓷

碳、半導體硅酸鹽建材工業(yè)（玻璃、水泥、陶瓷）（石灰、石膏、磚瓦）3.3.1常見非金屬材料一、功能強大的碳

三種同素異形體：金剛石和石墨、無定形碳

（活性炭、炭黑）、富勒烯(C60)。1、硬度之王—金剛石金剛石是自然界中最硬的石頭，堅硬無比，原子晶體，晶瑩透明。在工業(yè)上，用于切削硬質(zhì)合金，鉆探鉆頭，精密儀器的軸承等。“鉆石”，折射光線能力很強，光線照射下五顏六色，是世界上最美麗的寶石。2、鉛筆里的“鉛”—石墨石墨具有黑、軟、滑的特點，與金剛石有天壤之別。石墨與黏土混合被用作鉛筆芯。

3、神通廣大的活性炭活性炭是無定形碳的一種。是竹、木、果殼等生物體經(jīng)干餾后留下的軀殼。結(jié)構(gòu)特點：表面積特別大（1g總表面積達500-1000m2），孔徑小于2nm，可凈化各種氣體和液體。。應用：防毒面具，冰箱除味，自來水除去有機異味，紅糖制白糖等。飽和后，可清除再生。二、舉足輕重的半導體硅是地殼中含量極為豐富的元素，價格便宜。作為半導體材料，硅穩(wěn)定性好，可在較高的溫度下工作。硅的重大功能在于使半導體小型化，它將許多電子器件集中在一小塊硅片上，形成集成電子線路。導電能力介于導體和絕緣體之間。鍺和硅都是半導體。但鍺在地殼中的含量非常稀少。三、熟悉而神奇的玻璃1、透明的沙子玻璃是由沙子為主要原料熔融來的。沙子的主要成分是二氧化硅（石英）。SiO2+Na2CO3=Na2SiO3（水玻璃）+CO2熔融CaCO3+Na2CO3+6SiO2=Na2?CaSi6O14（玻璃）+2CO2熔融水玻璃溶于水，可用來保存雞蛋，防止金屬腐蝕。玻璃是一種組成不定的不同硅酸鹽的混合物。鈉玻璃主要成分是硅酸鈉和硅酸鈣，用于制造玻璃瓶和門窗玻璃；鉀取代鈉后玻璃熔點較高、較耐化學腐蝕，多用于制造耐高溫的化學玻璃儀器；鈣同時以鉛代替，可得有高折光性和高比重的鉀-鉛玻璃，用于雕刻和制作光學玻璃。2、彩色玻璃

加CuO或Cr2O3著綠色；加Cu2O著紅色；加MnO2著紫色；加SnO2或CaF2著乳色；加Co2O3著藍色加Fe2SiO4為暗綠色，量多為黑色。變色玻璃中加入AgCl或AgBr等。鍍銀液有A和B兩種溶液組成。A：AgNO3、氨水和少量NaOHB：甲醛或葡萄糖等體積混合后倒在玻璃表面上，反應如下：Ag++2NH3―→Ag(NH3)2+Ag(NH3)2++RCHO+2OH-―→RCOONH4+2Ag+NH3↑+H2O此外，可采用真空鍍膜的方法在玻璃表面鍍上金屬膜。3、鏡子、裝飾玻璃

普通玻璃不耐堿，因為：毛玻璃或蝕刻玻璃：SiO2+6HFH2SiF6+2H2O四、石灰石灰是最早使用的建筑材料，有生石灰、熟石灰、石灰乳、堿石灰、石灰石、大理石、貝殼等。石灰石生在深山里，它比較堅硬，主要成分是碳酸鈣。五、石膏無水硫酸鈣CaSO4+2H2O

?

CaSO4.2H2O凝固生石膏?熟石膏?生石膏，是重要的建材之一

煅燒水NaOH+SiO2Na2SiO34、玻璃的腐蝕五、水泥原料：石灰石CaCO3石英SiO2高嶺土Al2O3.Fe2O3和黏土按一定的配比拌合后粉碎，加水團粒后，加熱從750~1400℃煅燒、再加適量的石膏（緩固劑），球磨為細粉而成。水泥的分子式：CaO·Al2O3·Fe2O3·CaO·SiO2水泥的凝固原理：

4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→水合鋁酸鈣和水合鐵酸鈣3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O3CaO·SiO2+2H2O→水合硅酸鈣

2CaO·SiO2·H2O+Ca(OH)2制水泥的主要設備水泥廠、廻轉(zhuǎn)窯、球磨機、顎式破碎機

五、陶瓷磚瓦是普通的黏土在900-1100℃左右的高溫下燒制8~10小時而成的。陶器是普通的黏土在1200-1300℃左右的高溫下燒制而成的。瓷器是選用最純凈的高嶺土、長石和石英磨粉，和泥制成泥胚，先制成燒瓷，上釉后再放在窖里1100-1300℃高溫燒制而成的。在釉中加進各種金屬或金屬氧化物，燒熔后顯出不同的彩色，稱為釉彩。3.3.2精細陶瓷

傳統(tǒng)陶瓷精細陶瓷主要組分SiO2等氧化物長石K2Al2Si6O16氧化物、氮化物、碳化物、硅化物和硼化物等主要產(chǎn)品玻璃、水泥、磚瓦、耐火材料、搪瓷和各種陶瓷器等燒結(jié)制品燒結(jié)制品，單晶、纖維、薄膜、粉末等性能優(yōu)勢產(chǎn)品的性能穩(wěn)定、熔點較高和難溶于水強度高、耐腐蝕、耐高溫，在光、電、磁和聲等方面有特殊功能傳統(tǒng)陶瓷與精細陶瓷的差異:一、能傳導光的纖維—光導纖維三、像玻璃一樣透明的陶瓷—透明陶瓷二、能植入人體的陶瓷—生物陶瓷四、能進行能量轉(zhuǎn)換的陶瓷—壓電陶瓷五、能以不同方式導電的陶瓷—導電陶瓷精細陶瓷一、能傳導光的纖維——光導纖維簡稱光纖，它是能利用光的全反射作用來傳導光線的一種透明度極高的玻璃細絲，其直徑一般為微米級，屬于精細陶瓷。制造：以玻璃為原料，把玻璃先熔化，然后拉成細絲。分類：一類是光損耗小的，由于它們對光的傳送距離大，主要用于遠距離通信；另一類是光損耗大的，由于它們對光的傳送距離小，常在近距離使用，特別適合制成人體用的內(nèi)窺鏡，如胃鏡、直腸鏡、膀胱鏡和子宮鏡等。突出優(yōu)點：1、巨大的信息容量;2、傳送速度快;3、傳送距離長;4、安全可靠。光纖通信的基本設施是由光纜、光發(fā)送機、光中繼器和光接收機組成。光纖通信的應用：與數(shù)字技術(shù)和計算機結(jié)合起來時，可以用來傳送電話、圖像、數(shù)據(jù)及控制電子設備等，起到部分取代通信衛(wèi)星的作用；在軍事上，用來建立大容量國防通信干線、高速數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星和微波信號地面引接、傳遞寬頻帶和高速率的圖像信號以及情報探測和開軍事會議等；用于艦艇通信時，可以大大減輕艦艇的重量，提高艦艇的作戰(zhàn)能力。

用于人體器官和組織修復的一種功能陶瓷。特點：良好的生物相容性，對肌體無免疫排異反應；對血液的相容性也好，無溶血和凝血反應；對人體無毒害，不會引起代謝作用產(chǎn)生異?，F(xiàn)象，也不會致癌。按組成分類：純氧化物，如氧化鋁和氧化鋯等；復合氧化物，如羥基磷灰石和磷酸鈣等；生物玻璃。按其與人體修復部位的關(guān)系分類：生物惰性陶瓷，如氧化鋁和氧化鋯；生物活性陶瓷，如羥基磷酸鹽；可吸收性生物陶瓷，如磷酸三鈣和羥基磷灰石。二、能植入人體的陶瓷—生物陶瓷1、生物惰性陶瓷氧化鋁主要用于修復牙齒和骨骼等硬組織。在牙齒修復中，常做成假牙和人工牙根；在骨骼修復方面，主要用于做成人工關(guān)節(jié)和人體不同部位的人工骨以及骨折固定用的螺釘和螺栓等。氧化鋯是一種新型的生物惰性陶瓷，它的強度和斷裂韌性都比氧化鋁生物陶瓷高，所以一般用來制人體中最重要的承重關(guān)節(jié)。2、生物活性陶瓷一類具有特殊化學活性的生物陶瓷。主要有羥基磷灰石組成的陶瓷和生物玻璃兩種。前者主要用來做假牙和中耳道植入件，后者可以制成金屬股骨的的涂層。3、可吸收性生物陶瓷植入人體后可以逐漸被降解，最后轉(zhuǎn)化成人體骨骼組織。主要成分是磷酸三鈣，與人體骨骼的組成相似。一類像玻璃一樣透明的陶瓷。它不僅透明，而且機械強度高、耐高溫，熔點一般都高于2000℃以上。兩個系列：氧化物系列的透明陶瓷和非氧化物系列的透明陶瓷。獲得透明陶瓷的三個條件：1、原料的純度必須很高；2、原料的結(jié)構(gòu)必須是光學異向性較小的晶體；3、生產(chǎn)工藝必須使光的散射減少到最小。用途：1、在玻璃的高溫禁區(qū)代替玻璃。2、可以做成核閃光致盲護鏡，焊接和煉鋼工人用的眼睛防護用具、防彈汽車的窗、坦克的觀察窗、轟炸機的瞄準器、高級防護眼鏡等3、軍事上常用來制導彈頭部的紅外探測器。三、像玻璃一樣透明的陶瓷—透明陶瓷使電能和機械能之間的相互轉(zhuǎn)換的一種特殊陶瓷材料。主要成分：鉛、鈦和鋯的氧化物，它是有許許多多粒徑為幾個微米的小晶粒組成的。如鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛鑭等。應用:1、把機械能轉(zhuǎn)換成電能，制成高壓電源，用于點火、觸發(fā)和引爆等。如煤氣灶的自動點火裝置。2、把電能轉(zhuǎn)換成機械能。如兒童的電子玩具上用壓電陶瓷做成的蜂鳴器。3、作為振子使用，作成濾波器、振動器、變形器和延遲換能器等電子元件，用于電視、通信和計算機等。

四、能進行能量轉(zhuǎn)換的陶瓷——壓電陶瓷導電材料金屬電熱材料常用電子導電陶瓷新型電子導電陶瓷鎳鉻絲鉑絲、銠絲碳化硅二硅化鉬氧化鋯氧化釷鉻酸鑭最高使用溫度1100℃1600℃1450℃1650℃2000℃2500℃1800℃五五、能以不同方式導電的陶瓷—導電陶瓷最高使用溫度：加熱或其他方法激活后，產(chǎn)生自由電子，在外加電場作用下能進行導電的一類陶瓷材料。1、電子導電陶瓷

像電解質(zhì)溶液或電解質(zhì)熔融體那樣，具有高離子導電性的固體陶瓷，又稱快離子導體或超離子導體。應用：固體狀態(tài)的離子導電陶瓷的結(jié)構(gòu)中存在大量缺陷、空洞和通道等，它們可以允許一種離子遷移，從而起到搬運電荷的作用，如-氧化鋁和氧化鋯陶瓷；可以用來制一些新型化學電源；利用單離子遷移的特性，可以制成離子選擇電極的選擇膜，即離子濃度傳感器，從而快速、準確地測定被測離子的濃度，可用來提純金屬等。2、離子導體材料

具有半導體性能的一類陶瓷，主要有鈦酸鐵陶瓷和氧化鋅陶瓷?？梢杂脕頇z測各類氣體，包括氧化性氣體、還原性氣體和可燃性氣體和一些特殊氣體；還可做成各種電器元件。3、半導體陶瓷§3-4有機高分子材料及應用Macromolrculecompound大分子化合物

Highpolymer高聚物3.4.1高分子材料概述3.4.2塑料3.4.3橡膠3.4.4化學涂料3.4.5新型高分子材料

自然界中存在著一類物質(zhì)，分子量常以幾千幾萬計，甚至到百萬、千萬，我們把這類物質(zhì)統(tǒng)稱為高分子化合物（Highmoleculercompound）

高分子化合物的化學組成簡單但結(jié)構(gòu)復雜。

如果組成這類化合物的分子中沒有相同而重復的鏈節(jié)結(jié)構(gòu)單元出現(xiàn)，我們把這類物質(zhì)統(tǒng)稱為大分子；如：毛發(fā)、蠶絲、蛋白質(zhì)、病毒、酶等；Macromoleculercompound）如果組成這類化合物的分子鏈是以相同而重復的鏈節(jié)結(jié)構(gòu)單元出現(xiàn)，并且化學組成相對簡單，我們把這類物質(zhì)統(tǒng)稱為聚合物（polymer）；如：纖維素、淀粉、棉、麻、天然橡膠等；聚合物包括天然的和人工合成的；

高分子化合物中又包括天然大分子物質(zhì)和聚合物。

一、高分子化合物

高分子化合物是分子質(zhì)量大小不等的混合物，不是純凈物，沒有明確的分子質(zhì)量，尤其是人工合成的聚合物，高分子化合物分子質(zhì)量只是一個在統(tǒng)計意義上的平均值。Mn=Xn×m。式中：Mn：高分子化合物的分子量Xn：高分子化合物的鏈節(jié)數(shù)

m。：鏈節(jié)質(zhì)量（NaCl58.5,C6H12O6180,CO244）

高分子化合物的分子質(zhì)量究竟達到多少才算是高分子呢？是1000還是10000，甚至百萬，沒有一個確切的值，只有一個物理定論：在實用中具有一定熱機性能的最低分子質(zhì)量的大分子化合物。

三、三大合成材料的區(qū)分視使用過程中所呈現(xiàn)的物理狀態(tài)來區(qū)分3.4.1高分子材料概述常見的聚合物和商品名稱聚合物商品名稱聚合物商品名稱聚氯乙烯氯綸聚甲基丙烯酸甲酯有機玻璃聚乙酸乙烯酯維尼綸聚對苯二甲酸乙二酯的確良、滌綸聚丙烯丙綸聚乙烯乙綸聚丙烯腈腈綸聚四氟乙烯特氟綸聚己內(nèi)酰胺尼龍6酚醛樹脂電木聚酰胺尼龍66脲醛樹脂電玉3.4.2塑料通用塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛樹脂（有時將聚合物的初期產(chǎn)品稱樹脂）、聚氨酯泡沫塑料等。工程塑料：聚酰胺、聚甲醛、有機玻璃、聚碳酸酯、ABS塑料、聚苯醚、聚砜等。特種塑料：含氟塑料、有機硅樹脂、特種環(huán)氧樹脂、離子交換樹脂等。一、分類2、常見塑料的性質(zhì)及應用聚乙烯：化學性質(zhì)非常穩(wěn)定，能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕吸水性極低，有優(yōu)良的介電性能。但易手熱和氧的作用而老化。輻照后，保形性、回彈性、耐熱性、電絕緣性等進一步改善。用于各種管材、版材、電線絕緣層，容器、玩具，以及電容器、變壓器等。適用于食品包裝。聚氯乙烯：國內(nèi)外最大塑料品種之一。突出優(yōu)點是耐化學腐蝕、不燃性和成本低、加工容易。廣泛用來制造薄膜、導線和電纜、板材、管材、化工防腐設備和隔音絕熱泡沫塑料、包裝材料和日常生活用品等。缺點：耐熱性差（60℃），有一定毒性，不適用于食品包裝。聚苯乙烯：具有良好的高頻絕緣性，透明無毒，有很好的加工性能。用于薄膜、玩具、發(fā)泡材料、電容器絕緣層和電器零件等。有機玻璃：聚甲基丙烯酸甲酯，晶瑩剔透，質(zhì)輕不易碎。加入著色劑，可制成五光十色的有機玻璃紐扣和珠光紐扣。在光學儀器、建筑裝飾方面廣泛應用。最大缺點是耐磨性差，不耐某些有機溶劑，如：氯仿、酯等。聚碳酸酯：新型塑料，透明度大，有良好的機械性能和電絕緣性能，抗沖擊強度和抗熱性能大大超過其他塑料。用于齒輪、電器零件、精密零件等，成為工程塑料的重要一員。聚四氟乙烯：抗腐蝕，除熔融堿金屬外，幾乎不受任何化學試劑的侵蝕，耐腐蝕性遠遠超過不銹鋼。用于化工廠的管道和閥門的襯里，表面光滑。排油性突出，也可用于不沾鍋表面涂層，但不能干燒，耐溫250~300℃。3.4.3橡膠彈性好、絕緣、不透氣、耐腐蝕、耐磨等優(yōu)點。天然橡膠：聚異戊二烯，來源于橡膠樹，生膠經(jīng)硫化處理變成乳膠。常用作醫(yī)用材料。合成橡膠：丁苯、丁腈、氯丁、聚硅氧烷橡膠等。

丁苯橡膠：耐磨性和耐氣候性好，適于作汽車輪胎；丁腈橡膠：耐油性強，遇油不會膨脹，可作耐油管；氯丁橡膠：耐熱，耐化學腐蝕，用作耐化學腐蝕的襯里，耐熱運輸帶等。異丁烯橡膠：氣密性好，適用于制作內(nèi)胎、氣球和膠黏劑等。硅橡膠：在-100~350℃保持高彈性長期使用，耐化學腐蝕和輻射，常用作醫(yī)用材料，可植入人體。3.4.4化學合成纖維聚己內(nèi)酰胺（聚酰胺）尼龍-6、錦綸聚癸二酰癸二胺尼龍-1010（工程塑料）聚己二酰己二胺尼龍-66（工程塑料）聚對苯二甲酸乙二醇酯聚酯纖維、滌綸、的確良聚丙烯丙綸漁網(wǎng)線聚丙烯腈腈綸、人造羊毛聚乙烯醇縮甲醛維尼綸醋酸纖維（人造絲），黏膠纖維（人造棉）蛋白質(zhì)纖維（絲光纖維）硝酸纖維素（賽珞璐、火藥棉）代表性合成纖維的性能和用途尼龍-6PA-6：比棉花輕，強度高，耐磨性、彈性、耐化學腐蝕性和染色性均好。不霉不蛀；缺點是耐光性、保型性、吸水性、耐熱性較差。粗絲可作為牙刷毛，編織漁網(wǎng)、繩索，細絲絨可制作運動衣、輪胎簾子線、降落傘等。腈綸PAN：蓬松柔軟，保暖性好，比羊毛輕而結(jié)實，耐光、彈性好；吸濕性、染色性不好。生產(chǎn)羊毛混紡紡織品，可代替羊毛制衣料、地毯，工業(yè)用布、絨線，還可用于帆布、帳篷及碳纖維等。滌綸PET：力學性能和耐磨性能優(yōu)良，易洗易干、保型性好，抗皺折，不耐硫酸和強堿，染色性差。主要用于制衣料和輪胎簾子線；維尼綸PVA：柔軟、吸濕性與棉花相似，耐酸耐腐蝕，強度高，耐磨性及保暖性好，耐熱性和染色性差。制作衣料、窗簾、糧食袋勞保用品等。丙綸PP：密度小，可浮在水面，機械強度高，耐磨、耐化學腐蝕、電絕緣性好，耐熱性、染色性和吸濕性差。主要制繩索，混紡衣料，人造草坪，電器器材等。氯綸PVC:耐磨性、彈性、耐化學腐蝕性、耐光性、保暖性好，不易燃燒。絕緣性好，耐熱性和染色性差。主要用于保暖針織品和電絕緣材料。纖維的纖度1.支：天然棉、麻類天然纖維紗線的粗細度；長32m的紗重1克稱為32支紗，長24m的紗重1克稱為24支紗，2.旦尼爾（D）:化纖、蠶絲的粗細度；長9000m的紗重1克稱為1旦，3.特克斯（tex）：化纖和人造纖維的長絲粗細度；長1000m的紗重1克稱為1tex如：人造絲莫代爾涂料：涂覆于物體表面，能與肌體材料很好黏結(jié)并形成完整而堅韌保護膜的物料。一、油漆涂料在物體（如金屬和木材）的表面上，披覆一種液體或是帶有顏料或粉料的液體，這種液體經(jīng)過氧化、揮發(fā)、干燥或其他作用后變成固體薄膜。薄膜的主要作用：（1）保護物體表面，使其能隔絕大氣或其他物質(zhì)的侵蝕、磨損或污染；（2）增進被覆蓋物體的美觀或改善衛(wèi)生條件。3.4.5化學涂料1、油類，包括干性油如桐油、亞麻仁油、烏桕油、蘇子油和少量半干性油，如豆油，棉子油。2、顏料白色：有鉛白（PbCO3·Pb(OH)2），鋅白（ZnO），鋅鋇白（ZnS,BaSO4），鈦白(TiO2)，重晶石(BaSO4)等；黃色：有土黃(Fe2O3)，鉻黃(PbCrO4)；紅色：有鐵丹(Fe2O3)，鉛丹(Pb3O4,PbO)，銀朱(HgS)等；藍色：有群青（不同比例的SiO2

、黏土、氧化鈉和硫磺）;普藍:高鐵鹽溶液與低鐵氰化鉀溶液相混；綠色：有鉻綠，銅綠；黑色：有碳黑等。油漆的主要成分3、

其他原料（a）樹脂（b）溶劑（c）催干劑二、墻面裝飾涂料

作用是保護和裝飾墻面，提高墻體的耐久性，并賦予墻面美觀的色彩，多姿的圖案，抽象的線條或立體感。常用的墻面涂料：聚乙烯醇水玻璃涂料，以聚乙烯醇和水玻璃為成膜物質(zhì)。根據(jù)需要加入某些填料，也可加入彩色顏料及少量表面活性劑。優(yōu)點：涂層光滑、手感細膩，少量污垢可用濕布抹去，還可制成各種色彩，價格適中，原料來源豐富。缺點：耐水性差。新型的內(nèi)墻涂料：噴塑涂料，又稱多彩涂料，它是含有兩種以上顏色粒子的液狀或凝膠狀懸濁液，用噴槍對強面進行噴涂，即可得到格調(diào)高雅、立體感強的多彩圖紋。此外還有發(fā)光涂料、感光涂料、消音涂料、變色涂料、偽裝涂料、防瓷涂料等。

3.4.6新型高分子材料一、能自動分解的塑料——可降解塑料

塑料的化學性質(zhì)十分穩(wěn)定，埋在地下上百年也不會腐爛，這是導致白色污染的根本原因。所謂可降解塑料，是指在一定條件下會自行分解的塑料。把包裝食品的塑料袋、泡沫塑料飯盒等改用可降解的塑料是消除“白色污染”的必要途徑。一種能被土壤中的微生物和酶分解掉的塑料，它是像有機植物那樣能在土壤中腐敗的一類物質(zhì)。普通塑料變成生物降解塑料的辦法：（1）在塑料中添加淀粉；（2）在塑料中加入40%-50%的凝膠狀淀粉，或者加入經(jīng)有機硅偶聯(lián)劑處理過的淀粉和少量玉米油不飽和脂肪酸；（3）使塑料成分中含有淀粉和聚己內(nèi)酰胺。降低成本是降解塑料能否推廣應用的一個重要因素。因此，目前一些化學家積極設法采用谷殼和木漿等天然廢物來制取生物降解塑料，以降低成本。

1、生物降解塑料2、化學降解塑料

含有一種特殊包裝物的塑料。這種包裝物是用淀粉包裹的氧化劑，所用的氧化劑是