課題1　無機(jī)非金屬材料.ppt

1、,第七章 硅和硅酸鹽工業(yè),第三節(jié) 無機(jī)非金屬材料,第1節(jié) 無機(jī)非金屬材料,材料 指為人類社會(huì)所需要并能用于制造有用器物的物質(zhì)。,材 料,傳統(tǒng)無機(jī) 非金屬材料,新型無機(jī) 非金屬材料,石器燧石取火,硅酸鹽水泥、玻璃、陶瓷,二氧化硅光導(dǎo)纖維,單晶硅集成電路,傳統(tǒng)材料,人類文明發(fā)展史,新型材料,信息材料,無機(jī)非金屬材料的發(fā)展,傳統(tǒng)無機(jī) 非金屬材料,水泥 玻璃 陶瓷,無機(jī)非金屬材料,新型無機(jī) 非金屬材料,新型陶瓷,光導(dǎo)纖維,概念: 以含硅物質(zhì)為原料，經(jīng)加工制得硅酸鹽產(chǎn)品的工業(yè)稱為硅酸鹽工業(yè)。 常見如水泥、玻璃、陶瓷等工業(yè)都屬硅酸鹽工業(yè)。,2. 硅酸鹽工業(yè)的特點(diǎn)：,(1)原料：,（2）反應(yīng)條件：,(3)反

2、應(yīng)原理：,(4)生成物：,硅酸鹽工業(yè),含硅的物質(zhì)、碳酸鹽等。,高溫,復(fù)雜的物理、化學(xué)變化,硅酸鹽產(chǎn)品,3. 硅酸鹽產(chǎn)品分類：,陶瓷。,水泥、,玻璃、,按組成可分為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥等 硅酸鹽水泥是由粘土和石灰石按比例在旋轉(zhuǎn)窯中于1450以上溫度煅燒成熟料，再混入少量石膏，磨粉后制成。,1、水泥（cement）,1、水泥,黏土 石灰石 石膏,水 硬 性,水 泥 回 轉(zhuǎn) 窯,3CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaOAl2O3,水泥砂漿 混凝土 鋼筋混凝土,石膏作用是調(diào)節(jié)水泥硬化速度,1.建筑用粘合劑水泥砂漿的 成分是什么？ 2.混凝土又是什么做成的？,水泥 沙子 和水 的 混

3、合物,水泥 沙子 和 碎石混合而成,思考,水 泥,水泥是最常用的建筑材料下圖是19491998年我國水泥產(chǎn)量示意圖,硅酸鹽水泥熟料 、礦物組成及含量,組 分 化 學(xué) 式 符號 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 硅酸三鈣 3CaO.SiO2 C3S 0.370.60 硅酸二鈣 2CaO.SiO2 C2S 0.150.37 鋁酸三鈣 3CaO.Al2O3 C3A 0.070.15 鐵鋁酸四鈣 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 0.100.18,符號C表示CaO，S表示SiO2 ，A表示Al2O3 ， F表示Fe2O3。,二、玻璃 （glass）,(1)普通玻璃(鈉玻璃) 是用石英砂、純堿和 石灰石共熔而制得的

4、一種無色透明的熔體： Na2CO3+CaCO3+6SiO2=Na2O.CaO.6SiO2+2CO2,(2) 有色玻璃 在玻璃原料中加入某些金屬氧化物,可制成有色玻璃。如玻璃中加入CoO 呈藍(lán)色 加入Mn2O3 呈紫色 加入Cr2O3 呈綠色 加入Cu2O 呈紅色,（3）鋼化玻璃,(4)防彈玻璃 又稱為夾層玻璃。當(dāng)受到外部撞擊的時(shí)候，夾層可將受到的力發(fā)散開來，減少了子彈等武器的沖擊力，進(jìn)而保護(hù)了受保護(hù)者的安全！,玻璃加工,1、普通玻璃加熱到一定溫度后急劇冷卻， 就可以得到鋼化玻璃。,2、氫氟酸(HF)對玻璃具有腐蝕作用，可用于在 玻璃上雕刻各種精美圖案，也可用于在玻璃儀 器(量筒、滴定管等)上標(biāo)

5、注刻度及文字。 SiO2+4HF=SiF4+2H2O,變色玻璃,在玻璃中加入適量的溴化銀(AgBr)和氧化銅的微小晶粒，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚?，可以制成變色玻璃。?dāng)強(qiáng)光照射到玻璃上，溴化銀分解為銀和溴單質(zhì)，分解出的銀原子聚集成銀的微小晶粒，使玻璃呈現(xiàn)暗棕色，能擋住大部分光線。 光線變暗，銀和溴在氧化銅的催化作用下，重新生成溴化銀。于是玻璃的顏色自動(dòng)變淺，透光性增強(qiáng)。,幾種玻璃的特性及比較,玻璃態(tài)物質(zhì),玻璃的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)玻璃態(tài)物質(zhì) 玻璃是無定形硅酸鹽的混合物，屬于玻璃態(tài)物質(zhì)。 玻璃態(tài)物質(zhì)沒有固定的熔點(diǎn)，可以在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化變成液態(tài)。在軟化狀態(tài)時(shí)，玻璃可吹制或軋成一定形狀的制品。,2玻 璃,純 堿

6、石灰石 石 英,玻 璃 窯,Na2SiO3 CaSiO3 SiO2,水泥：Na2O.CaO.6SiO2,陶瓷在我國歷史悠久 唐朝時(shí)的”唐三彩“ 宋朝時(shí)的”鈞瓷“ 中國的英文名China 就是源于陶瓷。 中國的”瓷都“是 江西景德鎮(zhèn) 中國的”陶都“是 江蘇宜興,3、陶 瓷（china）,古代重慶一帶被稱為巴國，由于當(dāng)時(shí)的食鹽多產(chǎn)于巴國，因此食鹽也叫做鹽巴！,3、陶瓷,陶瓷是由黏土在高溫下燒制而成，根據(jù) 原料和燒制溫度的不同主要分為： 土器、陶器、炻器、瓷器。 土器：含雜質(zhì)比較高的粘土在 適當(dāng)?shù)臏囟认露傻?，如常?的磚、瓦。 瓷器：需要純凈的粘土做原料， 溫度也更高，瓷器比陶器磁體 白凈質(zhì)地致密

7、。,主要種類：,土器：磚瓦,(自然冷卻，F(xiàn)e2O3含量較多),(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：,碗盤茶具,收藏珍品,炻器：,水缸、砂鍋,景德鎮(zhèn)陶瓷,紅瓦,青瓦,水泥、玻璃、陶瓷生產(chǎn)比較,新型無機(jī)非金屬材料,傳統(tǒng)無機(jī)非金屬材料與新型材料的比較,傳統(tǒng)的硅酸鹽材料優(yōu)、缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：抗腐蝕、耐高溫； 缺點(diǎn)：質(zhì)脆、經(jīng)不起熱沖擊。,新型無機(jī)非金屬材料特性,承受高溫，強(qiáng)度高。 具有光學(xué)特性。 具有電學(xué)特性。 具有生物功能。,新型無機(jī)非金屬材料的特性,1.能承受高溫、強(qiáng)度高。 例如：氮化硅陶瓷在1200左右的高溫下，仍具有很高的強(qiáng)度，可用來制造汽輪機(jī)葉片、

8、軸承、永久性模具等。,2.具有電學(xué)特性，一些新型無機(jī)非金屬材料可以作為半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體等，一些絕緣性材料常被用于集成電路的基板。,3.具有光學(xué)特性。有些新型無機(jī)非金屬材料能發(fā)出各色的光，有的能透過可見光，有的能使紅外線、雷達(dá)射線穿過。,處于高溫下的光導(dǎo)纖維,4. 具有生物特性。有些新型無機(jī)非金屬材料強(qiáng)度高、無毒、不溶于水，對人體組織有較好的適應(yīng)性，可直接植入人體內(nèi)，用這類材料制成的人造牙齒、人造骨骼，已被應(yīng)用在醫(yī)療上。,人造關(guān)節(jié),光 導(dǎo) 纖 維 optical waveguide fibre 簡稱光纖，是用來傳遞光線和圖象的纖維。 制造光導(dǎo)纖維用的光學(xué)材料，必須高度純凈、成分均勻。一般無水

9、石英（SiO2）是常用的光導(dǎo)纖維材料。 光導(dǎo)纖維的用途：近年來，光導(dǎo)纖維用于光通信的技術(shù)迅速發(fā)展。此外，在農(nóng)業(yè)、國防、醫(yī)療、電視、傳真、電話、科研等方面都有廣泛的用途。,、光 導(dǎo) 纖 維,光纖通信較之普通電纜通信有許多突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，光纖通信有巨大的信息容量，一根頭發(fā)絲那么細(xì)的光導(dǎo)纖維可以通幾萬路電話或2 000路電視。如果用許多根光導(dǎo)纖維組合成光纜，它的通信容量更大得驚人。而且，光纖通信不受外界電磁場的干擾，工作穩(wěn)定可靠，保密程度高。光纖通信損耗低，目前無中繼傳送距離一般為3070 km(而同軸電纜每隔15 km就需設(shè)立一個(gè)中繼站，來補(bǔ)償電信號在傳輸中的損耗)，很適合遠(yuǎn)距離信息傳輸。目前，

10、人們已建成大西洋海底光纜(全長約7 000 km)。計(jì)劃中的南太平洋光纜(全長約16 000 km)也正在緊鑼密鼓的準(zhǔn)備之中。進(jìn)一步降低光纖損耗，減少中繼站數(shù)目，甚至不用中繼站，是人們的下一步目標(biāo)。,光學(xué)纖維胃鏡,、新 型 陶 瓷 材 料,習(xí)慣上把陶瓷(ceramics)分為傳統(tǒng)陶瓷和特種陶瓷。 傳統(tǒng)陶瓷是以粘土、長石、石英等天然礦物為原料經(jīng)燒結(jié)而成的。 特種陶瓷是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超細(xì)微粒為原料特制而成。又稱精細(xì)陶瓷、精密陶瓷。,氧化鋁陶瓷,二氧化鋯,結(jié)構(gòu)陶瓷,幾種典型的新型無機(jī)非金屬材料,高溫結(jié)構(gòu)陶瓷,特點(diǎn)：耐高溫、耐腐蝕、硬度大、 耐磨損、不怕氧化、密度小

11、等,(1)氧化鋁陶瓷,性 能,用 途,熔點(diǎn)高,坩堝、高溫爐管,硬度大,剛玉球磨機(jī),透明、耐高溫,高壓鈉燈燈管,高純氧化鋁透明陶瓷管,高壓鈉燈,氮化硅（Si3N4）是由共價(jià)鍵形成的原子晶體。 用途：硬度高、耐磨系數(shù)低、有自潤滑作用，所以是優(yōu)良的耐磨材料。熱強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性高，熱膨脹系數(shù)小，是優(yōu)良的高溫結(jié)構(gòu)材料。耐腐蝕，可作高溫軸承、 轉(zhuǎn)子、葉片、燃燒室噴嘴等 高溫零件以及高溫下使用的 模具和夾具。,（2）氮化硅陶瓷,碳化硅（SiC-金剛砂）和氮化硅一樣，是穩(wěn)定的原子晶體。具有高的熱傳導(dǎo)能力、硬度大、熔點(diǎn)高、比重小，有較高的強(qiáng)度和較好的熱穩(wěn)定性，與各種酸都不起作用，其抗氧化性能在高達(dá)1550OC時(shí)

12、仍很優(yōu)良。 用途：制造磨料、模 具、特種耐火材料制品； 用于制造電阻發(fā)熱元件。,（3）碳化硅陶瓷,功能陶瓷(functional ceramics)材料是以特定的性能或通過各種物理因素（如聲、光、電、磁）作用而顯示出獨(dú)特功能的材料。,功能陶瓷,TiO2、 ZrO2 、 LaCrO3 等高溫電子陶瓷，用于制造電容器和電子工業(yè)中的高溫高頻器件。如BaTiO3類陶瓷用于制造溫度傳感材料；CdS、PbTiO3系陶瓷用于制造光敏傳感材料；ZnO系陶瓷，SiC 、BaTiO3系陶瓷用于制造壓力和振動(dòng)傳感材料等。,功能陶瓷的用途：,生物陶瓷是用于人體器官替換、修補(bǔ)，及外科矯形的陶瓷材料。主要包括羥基磷灰石、

13、氧化鋁、生物活性玻璃陶瓷等。,生物陶瓷材料,羥基磷灰石（Ca10(PO4) 6(OH) 2）陶瓷的 用途： 它具有良好的生物活性，能與人骨緊密結(jié)合。主要用于不承載的小型種植體（如耳骨），用金屬支撐加強(qiáng)的牙科種植體。,生物陶瓷人工聽小骨假體由羥基磷灰石(HA)陶瓷制成，表面具有微孔，可使患者聽力平均高2030dB，適用于慢性化膿性中耳炎患者作聽小骨置換和鼓臘修復(fù)手術(shù)。自1989年以來已臨床應(yīng)用800多例，通過省級鑒定。,透明陶瓷和納米陶瓷 一般陶瓷因?yàn)閮?nèi)部有雜質(zhì)和氣孔而不透明。用高純度的原料可獲得透明陶瓷。這些透明陶瓷不僅光學(xué)性能優(yōu)異，而且耐高溫，熔點(diǎn)一般都在 2 000以上。透明陶瓷的透明度、強(qiáng)度、硬度都高于普通玻璃。用