無機(jī)非金屬材料導(dǎo)論-緒論

一、材料的分類二、硅酸鹽材料三、傳統(tǒng)與新型的無機(jī)非金屬材料比較四、新型無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料什么是材料？材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類進(jìn)步的一個重要里程碑。（制的第一種材料：陶）材料是具有一定配比的若干相互作用的元素組成、具有一定結(jié)構(gòu)層次和確定性能，并能用于制造物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品的物質(zhì)。材料是物質(zhì)，但不表示所有物質(zhì)都可以稱為材料。如燃料和化學(xué)原料、工業(yè)化學(xué)品、食物和藥物，一般都不算是材料。材料無機(jī)非金屬材料金屬材料高分子材料傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料新型無機(jī)非金屬材料——硅酸鹽材料——半導(dǎo)體材料、超硬耐高溫材料、發(fā)光材料等——金屬、合金——塑料、合成橡膠、合成纖維一、

材料的分類

按照物質(zhì)屬性按照使用性能劃分結(jié)構(gòu)材料——主要用于產(chǎn)品或工程的結(jié)構(gòu)部件，著重于材料強(qiáng)度、韌性等力學(xué)性質(zhì)的材料；功能材料——利用材料所具有的電、磁、光、聲、熱等特性和效應(yīng)以實(shí)現(xiàn)某種功能的材料。生活中的無機(jī)非金屬材料⑴玻璃、水泥、陶瓷⑷金剛石鉆頭⑶手表上軸承(人造紅寶石)⑵石英鐘表⑹煤氣爐中的電子打火⑸彩電（熒光材料）⑺海底電纜（光導(dǎo)纖維）⑻電腦的CPU（單晶硅）⑼隱形飛機(jī)（特殊光學(xué)材料）(壓電陶瓷)AlO

23石英手表金剛石鉆頭壓電陶瓷現(xiàn)代通信用光纜玻璃、陶瓷和水泥二、傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料以含硅物質(zhì)為原料加熱制成以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)加熱制成硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)。如：水泥、玻璃、陶瓷等產(chǎn)品的工業(yè)。1、工業(yè)原料除二氧化硅、硅酸鹽外還可加其它輔助成分2、原料與產(chǎn)品雖都為含硅物質(zhì)，但主要成分并不相同3、將硅酸鹽工業(yè)的原料變?yōu)楣杷猁}產(chǎn)品的條件是：高溫加熱理解

硅酸鹽材料2.1.1

水泥原料粘土和石灰石＋適量的石膏設(shè)備水泥回轉(zhuǎn)窯反應(yīng)原理復(fù)雜的物理、化學(xué)變化主要成分硅酸三鈣(3CaO?SiO2)

硅酸二鈣(2CaO?SiO2)

鋁酸三鈣(3CaO?Al2O3)等生產(chǎn)過程生料研磨，高溫煅燒得熟料，再加石膏研成粉末得普通硅酸鹽水泥主要性質(zhì)水硬性輔助原料：石膏—作用是調(diào)節(jié)水泥硬化速度2.1.1

水泥資料1、水硬性就是細(xì)粉狀水泥遇水后變?yōu)閳?jiān)硬、塊狀固體的性質(zhì)。其變化稱為水泥硬化。3、水泥的成分除硅酸鹽、鋁酸鹽外，還含有少量的碳酸鹽。2、水泥硬化的過程伴隨著復(fù)雜的物理、化學(xué)變化。思考：1水泥在儲存、運(yùn)輸過程中應(yīng)注意什么？防水防潮防酸現(xiàn)在全世界年產(chǎn)水泥總數(shù)已超過6億噸。一種新型水泥------雙快水泥（快凝、快硬）問世，它澆注一天后的硬度，相當(dāng)于普通水泥澆注7∽28天后的硬度。B2下列變化過程一定不含化學(xué)變化的是（）A、石灰沙漿固化B、二氧化硅熔化C、結(jié)晶碳酸鈉風(fēng)化D、水泥沙漿固化2.1.1

水泥名稱混凝土鋼筋混凝土水泥砂漿原料用途水泥、砂子、碎石建造橋梁、廠房建造高樓大廈等高大建筑等水泥、砂子、水建筑用粘合劑水泥、砂子、碎石、鋼筋2.1.1

水泥01234561949197919851998我國水泥年產(chǎn)量產(chǎn)量/億噸時間/年0.00660.65421.465.36中國水泥工業(yè)明天更美好

我國水泥工業(yè)已經(jīng)歷了100多年的歷史。舊中國的水泥工業(yè)在漫長的20世紀(jì)前50年內(nèi)，步履維艱，發(fā)展緩慢，只有在新中國誕生以后，水泥工業(yè)才走上了健康發(fā)展之路。

建國后50年，水泥工業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，尤其是1979年改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，水泥工業(yè)得到迅速發(fā)展，產(chǎn)量和質(zhì)量都有了很大提高。1949~1998年我國水泥產(chǎn)量示意圖2.2.1

玻璃原

料純堿、石灰石和石英（過量）主要設(shè)備玻璃熔爐生產(chǎn)過程原料粉碎，玻璃熔爐中強(qiáng)熱，成型冷卻反應(yīng)原理復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，主要反應(yīng)主要成分Na2SiO3、CaSiO3、SiO2（Na2O?CaO?6SiO2）主要性能玻璃態(tài)物質(zhì)，沒有固定的熔點(diǎn)，在一定溫度范圍內(nèi)逐漸軟化。Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑高溫

CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑高溫[設(shè)問]這兩個反應(yīng)是否違反反應(yīng)規(guī)律？復(fù)分解反應(yīng)規(guī)律僅適用于溶液，不能套用于高溫條件下的反應(yīng)。玻璃態(tài)物質(zhì)定義特性實(shí)例

沒有一定的熔點(diǎn)而在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化的物質(zhì)。(介于晶體與非晶體之間)

沒有固定的熔點(diǎn)。玻璃玻璃不是晶體也不是純凈物玻璃的重要性質(zhì)：（1）玻璃在常溫下雖呈固態(tài)，但不是晶體，稱為玻璃態(tài)物質(zhì)；（2）玻璃是混合物，沒有固定的熔沸點(diǎn)，受熱只能慢慢熔化。2.2.1玻璃思考：玻璃為什么會被人工吹制成各種形狀？普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一起形成的物質(zhì)，主要成分是SiO2。玻璃不是晶體，而是玻璃態(tài)物質(zhì)，這類物質(zhì)沒有固定的熔點(diǎn)，而是在某個溫度范圍內(nèi)逐漸軟化，在軟化狀態(tài)時，可被吹制成任何形狀的制品。2.2.2

玻璃的種類（１）普通玻璃：（２）有色玻璃：（３）石英玻璃：（４）光學(xué)玻璃：（５）玻璃纖維：（６）鋼化玻璃：注意：有機(jī)玻璃、水玻璃不是玻璃。因混有鐵的化合物顯淺綠色幾

種

常

見

玻

璃

簡

介普通玻璃藍(lán)玻璃紅玻璃化學(xué)儀器玻璃如試管等光學(xué)儀器玻璃如放大鏡鋼化玻璃光纖玻璃光導(dǎo)纖維：1964年8月華裔科學(xué)家高錕首先提出用玻璃纖維代替金屬導(dǎo)線，被譽(yù)為“纖維光學(xué)之父”。比頭發(fā)絲還細(xì)的一對光導(dǎo)纖維上同時傳送3萬門電話且中繼距離長達(dá)20——50Km，保密性能好。

在原料里加入某些金屬氧化物均勻地分散到玻璃態(tài)物質(zhì)里，使玻璃呈現(xiàn)出特征顏色。

把普通玻璃放在電爐里加熱，使它軟化，然后急速冷卻，得到鋼化玻璃。其機(jī)械強(qiáng)度比普通玻璃大4——6倍，不易破碎。2.2.2

玻璃的種類種類石英玻璃光學(xué)玻璃化學(xué)儀器玻璃玻璃纖維鋼化玻璃有色玻璃（紅色）

有色玻璃（藍(lán)色）

成分

全為SiO2

含PbO

玻璃制成的無機(jī)纖維,與普通玻璃成分相同含Co2O3

含Cu2O

含Na2B4O7·10H2O2.2.2

幾種玻璃的成分普通玻璃：在再高溫下易軟化，常用來制作窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等2.2.2

玻璃的種類有色玻璃：機(jī)場出口處的藍(lán)色玻璃隔離墻

紅色玻璃產(chǎn)品2.2.2

玻璃的種類種類特性用途石英玻璃膨脹系數(shù)小，耐酸堿，強(qiáng)度大，濾光化學(xué)儀器，高壓水銀燈，紫外燈，光導(dǎo)纖維，壓電晶體等光學(xué)玻璃透光性能好，有折光和色散性眼鏡片，照相機(jī)，顯微鏡，望遠(yuǎn)鏡用凸凹透鏡等光學(xué)儀器玻璃纖維耐腐蝕，不怕燒，不導(dǎo)電，不吸水，隔熱，吸聲，防蛀蟲太空飛行員的衣服，玻璃鋼等鋼化玻璃耐高溫，耐腐蝕，強(qiáng)度大，質(zhì)輕，抗震裂運(yùn)動器材，微波通訊器材，汽車，火車窗玻璃等2.2.2

玻璃的種類

鋼化玻璃由普通玻璃經(jīng)高溫處理而成。它使普通玻璃的抗彎強(qiáng)度提高了3-5倍，有很好的抗沖擊性能。鋼化玻璃破碎后呈顆粒狀，能夠避免人體造成傷害。鋼化玻璃是一種十分安全的玻璃制品，廣泛應(yīng)用于建筑、自動扶梯、安全防護(hù)、室內(nèi)隔體、汽車、輪船、火車等方面。鋼化玻璃與普通玻璃碎片對比鋼化玻璃的用途自動扶梯2.3.1

陶瓷（china）1、主要原料：粘土2、傳統(tǒng)生產(chǎn)過程：混和、成型、干燥、燒結(jié)、冷卻3、反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化4、主要成分：硅酸鹽5、主要特性：抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型等優(yōu)點(diǎn)。粘土的主要成分是硅酸鹽。花崗巖石里的正長石(KAlSi3O8)長時間在二氧化碳和水的作用下，分解而生成粘土等物質(zhì)。粘土的成分很多，成分也很復(fù)雜（主要是高嶺石Al2O3?2SiO2?2H2O)，它是土壤里礦物質(zhì)的主要部分。常見的有高嶺土和一般的粘土，前者含雜質(zhì)較少，后者含雜質(zhì)較多。高嶺土可用來制陶瓷，一般的粘土可用來制磚。2.3.2

我國的陶瓷制陶技術(shù)可以說是最古老的技術(shù)恩格斯把陶器的出現(xiàn)作為新石器時代的開如的標(biāo)志陶器：我國是世界是最早生產(chǎn)陶器的國家，陜西出土的秦始皇兵馬傭被稱為“世界奇觀”，它們是在陶胎上進(jìn)行彩繪而制成的彩繪陶瓷器：制瓷的要求比制陶高，需要純凈的粘土作為原料，烘制溫度也相對高，因此瓷器比陶器白凈，質(zhì)地致密陶都：江蘇宜興瓷器是中華文明有象征：

中國-CHINA,瓷器-china瓷都：江西景德鎮(zhèn)土器：磚瓦紅瓦（自然冷卻，F(xiàn)e2O3含量較多）青瓦(淋水冷卻，F(xiàn)e3O4、FeO較多)陶器：彩陶江蘇宜興的紫砂壺、秦漢兵馬俑瓷器：茶具炻器：水缸、砂鍋瓷雕收藏珍品注：①彩釉②搪瓷不屬于陶瓷2.3.2

主要種類秦始皇兵馬傭2.3.2我國的陶瓷彩陶碗彩陶雙耳壺紅陶繩紋碗鏤孔陶器陶寶足鬲陶器2.3.2

我國的陶瓷瓷器景德鎮(zhèn)四大名瓷景德鎮(zhèn)瓷器造型優(yōu)美，品種繁多，裝飾豐富，風(fēng)格獨(dú)特。瓷質(zhì)“潔如玉、明如鏡、薄如紙，聲如磐”，景德鎮(zhèn)陶瓷藝術(shù)是中國文化寶庫中的重要財富。青花，玲瓏、粉彩、顏色釉，合稱景德鎮(zhèn)四大傳統(tǒng)名瓷，薄胎瓷人稱神奇珍品，雕塑瓷為我國傳統(tǒng)工藝美術(shù)品。薄胎瓷，薄如蟬翼，輕如綢紗，是一種輕巧秀麗，薄如蛋殼的細(xì)白瓷。古人吟誦薄胎瓷曰：“只恐風(fēng)吹去，還愁日炙消”。薄胎瓷的制作要求極高，特別是修坯，最艱難也最要緊，全靠工人師傅純熟的技巧，經(jīng)過百余次的反復(fù)，將二、三毫米厚的粗坯修到蛋殼那么薄，在關(guān)鍵時刻、少一刀嫌厚，多一刀則坯破功敗，稍不留神，一個喘息便會導(dǎo)致前功盡棄。這樣的泥坯還須經(jīng)受攝氏一千三百多度的高溫焙燒的考驗(yàn)，不裂碎，不變形，其珍貴和難得就可想而知了。所以人們稱薄胎瓷為神奇珍品。薄胎瓷硅酸鹽工業(yè)的特點(diǎn)：(1)原料：含硅的物質(zhì)、碳酸鹽等。(2)反應(yīng)條件：高溫。(3)反應(yīng)原理：復(fù)雜的物理、化學(xué)變化。(4)生成物：硅酸鹽。思考題對照三種硅酸鹽工業(yè)，總結(jié)硅酸鹽工業(yè)的共同特點(diǎn)？三、傳統(tǒng)與新型無機(jī)非金屬材料的比較1．傳統(tǒng)的硅酸鹽材料有什么優(yōu)、缺點(diǎn)？

缺點(diǎn)：質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊。

2．新型無機(jī)非金屬材料有哪些特性？

優(yōu)點(diǎn)：抗腐蝕、耐高溫；③具有電學(xué)特性。②具有光學(xué)特性。①承受高溫，強(qiáng)度高。④具有生物功能。

4.1.2

氧化鋁陶瓷（人造剛玉）氧化鋁陶瓷主要特性和主要用途主要特性主要用途高熔點(diǎn)高硬度可制成透明陶瓷無毒、不溶于水，強(qiáng)度高；對人體有較好的適應(yīng)性

高級耐火材料剛玉球磨機(jī)人造骨、人造牙、人造心瓣膜、人造關(guān)節(jié)等高壓鈉燈的燈管透明、耐高溫高壓鈉燈燈管

高壓鈉燈該燈燈內(nèi)溫度高達(dá)1400℃4.1.2氧化鋁陶瓷4.1.2

氧化鋁陶瓷人造心瓣膜人造骨人造牙人造髖關(guān)節(jié)高溫爐管4.1.3

氮化硅陶瓷主要特性

主要用途氮化硅陶瓷主要特性和主要用途①超硬度，耐磨損；②抗腐蝕，高溫時也抗氧化；③抗冷熱沖擊而不碎裂；④耐高溫且不易傳熱；⑤本身具有潤滑性制造軸承、汽輪機(jī)葉片、機(jī)械密封環(huán)、永久性模具等機(jī)械構(gòu)件。用于制造柴油機(jī)中發(fā)動機(jī)部件的受熱面等氮化硅陶瓷發(fā)動機(jī)4.1.3氮化硅陶瓷沙漠車4.1.3氮化硅陶瓷步兵戰(zhàn)車用絕熱陶瓷發(fā)動機(jī)可使其不易被紅外探測器發(fā)現(xiàn)和被紅外制導(dǎo)武器所摧毀，提高了生存率陶瓷柴油機(jī)航天飛機(jī)的機(jī)頭溫度>2760°C，通常采用SiC、Si3N4復(fù)合材料航空飛機(jī)各部分耐溫圖

碳化硅SiC,俗稱金剛砂。熔點(diǎn)高(2450℃),硬度大(9.2),是重要的工業(yè)磨料。如其中摻入某些雜質(zhì),會使之出現(xiàn)半導(dǎo)體,作為高溫半導(dǎo)體,用于電熱元件。作為高溫結(jié)構(gòu)陶瓷,日益受到人們的重視。它最適宜的應(yīng)用領(lǐng)域是高溫、耐磨和耐蝕的環(huán)境,現(xiàn)已用作火箭噴嘴,熱電偶保護(hù)管,熱交換器和耐磨、耐蝕的零件。碳化硅制成的渦輪葉片

碳化硅SiCa.陶瓷的耐熱性好，可以提高發(fā)動機(jī)的工作溫度，從而使發(fā)動機(jī)效率大大提高，可比目前作為其制造材料的鎳基耐熱合金的發(fā)動機(jī)效率提高30%左右。b.工作溫度高，可使燃料充分燃燒，排出廢氣中的污染成分大大減少。這不僅降低了能源消耗，而且減少了環(huán)境污染。c.陶瓷的熱傳導(dǎo)性比金屬低，這使發(fā)動機(jī)的熱量不易散發(fā)，可節(jié)省能源。d.陶瓷具有較高的高溫強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，這可延長發(fā)動機(jī)的使用壽命。陶瓷發(fā)動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)4.2.1

光導(dǎo)纖維

簡稱“光纖”，又稱“導(dǎo)光纖維”“光學(xué)纖維”，就是一種利用光的全反射作用來傳導(dǎo)光線的透明度極高的玻璃細(xì)絲。如果將許多根經(jīng)過技術(shù)處理的光纖繞在一起，就得到我們常說的光纜。4.2.1

光導(dǎo)纖維主要特性主要用途光導(dǎo)纖維主要特性和主要用途①抗干擾性能好，不發(fā)生輻射；②通訊質(zhì)量好；③質(zhì)量輕、耐腐蝕用于通訊外，還用于醫(yī)療、信息處理、遙測遙控等光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡*獨(dú)特光學(xué)設(shè)計比最好的鹵素?zé)粝到y(tǒng)還要多輸出至少30%光強(qiáng)度；

*105°廣角投射可減少扭動照明器次數(shù)；

*微小型的照明器，最少干擾手術(shù)視野，真正視覺線

——光線同軸照明；

*高度聚焦的點(diǎn)光源提供極其明亮的深部和細(xì)節(jié)照明。

醫(yī)療光導(dǎo)纖維手術(shù)頭燈光纜光纖光纜

普通電纜信息量大,每根光纖理論上可同時通過10億路電話8管同軸電纜每條通話1800路原料來源廣(石英玻璃),節(jié)約有色金屬資源較少質(zhì)量小,每公里27g,不怕腐蝕,鋪設(shè)方便每公里1.6t成本低,每公里1萬元左右每公里20萬元性能好,抗電磁干擾保密性強(qiáng),能防竊聽,不發(fā)生電輻射光纜較普通電纜有何有哪些優(yōu)點(diǎn)呢？

鉆石、寶石、玉石的成分是什么，它們是同一類物質(zhì)嗎？

鉆石就是金剛石，其成分是碳；寶石的主要成分是Al2O3（剛玉），不同顏色的寶石是因?yàn)槠渲泻倭坎煌难趸镫s質(zhì)；玉石的主要成分是硅酸鹽。所以，鉆石、寶石、玉石都是價格昂貴的“石頭”，但它們不是同一類物質(zhì)。？人造金剛石人造金剛石金剛石磨盤人造紅寶石紅寶石軸承紅寶石固體激光器藍(lán)寶石4.3.1新材料發(fā)展趨勢能源材料新材料高性能、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料復(fù)合材料金屬新材料極限材料原子分子設(shè)計材料功能材料特種陶瓷高分子材料稀土材料練習(xí)1、普通玻璃是

（混合物、純凈物）。玻璃可在一定溫度范圍內(nèi)軟化，制成工藝品等。這是因?yàn)椴ＡР皇?/p>

，而是一種

物質(zhì)，沒有固定

。2、制水泥和玻璃時都需要用的原料是（）（A）粘土（B）石英（C）石灰石（D）純堿3、下列說法正確的是（）（A）SiO2是酸性氧化物，它不溶于水也不溶于任何酸（B）SiO2是制造玻璃的主要原料之一，它在常溫下與

NaOH溶液不反應(yīng)（C）因高溫時SiO2與Na2CO3反應(yīng)放出CO2，所以

H2SiO3酸性比H2CO3強(qiáng)（D）CO2通入水玻璃中可得原硅酸CD混合物晶體玻璃態(tài)熔點(diǎn)4·下列物質(zhì)不屬于硅酸鹽工業(yè)產(chǎn)品的是（）

A·水泥B·玻璃C·陶瓷D·水晶5·不是普通硅酸鹽水泥的主要成分是（）

A·3CaO·SiO2B、2CaO·SiO2C·3CaO·Al2O3D、MgO·SiO26·下列敘述中，最能代表水泥性質(zhì)的是（）

A·水泥跟鐵的熱膨脹系數(shù)相等B·水泥跟水作用