1、第三节第三节 无机非金属材料无机非金属材料制作者：邓俊锋制作者：邓俊锋2019。11。30什么是材料？什么是材料？材料是人类赖以生材料是人类赖以生 存和发展的物质基础，是人类存和发展的物质基础，是人类 进步的一个重要里程碑。进步的一个重要里程碑。（制的第一种材料：陶）材料的分类材料的分类无机非金属材料无机非金属材料 传统传统无机非金属材料无机非金属材料 新型新型无机非金属材料无机非金属材料 金属材料金属材料高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维（硅酸盐材料）（硅酸盐材料）生活中的无机非金属材料生活中的无机非金属材料玻璃、水泥、陶瓷玻璃、水泥、陶瓷金刚石钻头金刚
2、石钻头手表上轴承手表上轴承(人造红宝石人造红宝石)石英钟表石英钟表煤气炉中的电子打火煤气炉中的电子打火彩电（荧光材料）彩电（荧光材料）海底电缆海底电缆（光导纤维）（光导纤维）电脑的电脑的CPUCPU（单晶硅）（单晶硅）隐形飞机隐形飞机（特殊光学材料）（特殊光学材料）(压电陶瓷压电陶瓷)Al O 2 3石英手表石英手表金刚石钻头金刚石钻头压电陶瓷压电陶瓷现现代代通通信信用用光光缆缆传统传统无机非金属材料无机非金属材料 ：以含硅物质为原料加热制成以含硅物质为原料加热制成纯碱、石灰石、石英纯碱、石灰石、石英反应原理反应原理Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一起而形的熔合在一起而形的玻璃态物
3、质（或者玻璃态物质（或者Na2O CaO 6SiO2）Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2高温高温CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温高温普通玻璃的成分普通玻璃的成分设备设备玻璃的性质玻璃的性质物性：表面光滑、致密、硬而脆，物性：表面光滑、致密、硬而脆，没有固定熔点没有固定熔点化性：性质稳定，但易被氢氟酸和化性：性质稳定，但易被氢氟酸和强碱腐蚀强碱腐蚀主要生产原料主要生产原料玻璃窑玻璃窑几种玻璃的特性和用途几种玻璃的特性和用途种类种类特特 性性用用 途途普通玻璃普通玻璃石英玻璃石英玻璃光学玻璃光学玻璃玻璃纤维玻璃纤维钢化玻璃钢化玻璃在较高温度下易软化在较高温度下易软化窗玻璃
4、、玻璃瓶、玻璃杯等窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等膨胀系数小膨胀系数小耐酸碱耐酸碱强度大、滤光强度大、滤光化学仪器化学仪器；高压水银灯、紫；高压水银灯、紫外灯等的灯壳；光导纤维、外灯等的灯壳；光导纤维、压电晶体等压电晶体等透光性能好透光性能好有折光和色散性有折光和色散性眼镜片；照相机、显微镜、眼镜片；照相机、显微镜、望远镜用凹凸镜等光学仪器望远镜用凹凸镜等光学仪器耐腐蚀耐腐蚀、不怕烧不怕烧、不导电不导电不吸水、隔热、吸声、不吸水、隔热、吸声、防虫蛀防虫蛀太空飞行员的衣服太空飞行员的衣服玻璃钢玻璃钢等等耐高温、耐腐蚀、耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂强度大、质轻、抗震裂运动器材；微波通讯器材；运动器
5、材；微波通讯器材；汽车汽车、火车窗玻璃等、火车窗玻璃等Fe2+Cu2OCo2O3思考：思考：玻璃为什么会被人工吹制成各种形状？玻璃为什么会被人工吹制成各种形状？普通玻璃是Na2SiO3、CaSiO3、SiO2熔合在一起形成的物质，主要成分是SiO2。玻璃不是晶体，而是玻璃态物质，这类物质没有固定的熔点，而是在某个温度范围内逐渐软化，在软化状态时，可被吹制成任何形状的制品。原料原料粘土粘土生产过程生产过程粘粘土土混混合合成成型型干干燥燥烧烧结结成成品品冷冷却却性质性质抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型易成型用途用途艺术品、餐具、建筑材料、化学仪器等艺术品、
6、餐具、建筑材料、化学仪器等陶瓷分类陶瓷分类江苏宜兴的紫砂壶江苏宜兴的紫砂壶、秦汉兵马俑秦汉兵马俑土器：土器：瓷器：瓷器：炻器：炻器：陶器陶器：彩陶彩陶水缸、砂锅水缸、砂锅瓷都景德镇瓷都景德镇碗盘碗盘 茶具茶具烟缸烟缸瓷雕瓷雕卫生瓷卫生瓷砖瓦砖瓦性能性能其它其它水泥具有水硬性水泥具有水硬性原料原料石灰石、粘土石灰石、粘土 （石膏）（石膏）生产过程生产过程普通水泥的成分普通水泥的成分硅酸三钙硅酸三钙 3CaOSiO2硅酸二钙硅酸二钙 2CaOSiO2铝酸三钙铝酸三钙 3CaOAl2O3 煅烧煅烧(回转窑回转窑)成品成品加加入入石石膏膏水泥沙浆、混凝土水泥沙浆、混凝土新型无机非金属材料的特征新型无机
7、非金属材料的特征（1 1）耐高温、强度高）耐高温、强度高 （2 2）具有电学性质）具有电学性质 （3 3）具有光学性质）具有光学性质 （4 4）具有生物功能）具有生物功能 继承有点，克服缺点继承有点，克服缺点 结构材料，是指利用其强度、硬度、韧性等机械性能制成的各种材料。以往用的最多的结构材料是金属。但现在，它却逐渐让位于高温结构陶瓷，为什么会这样呢?因为高温结构陶瓷具有能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，作为高温结构材料非常合适，而金属材料易受腐蚀，在高温时不耐氧化，不适合在高温时使用。几种典型的新型无机非金属材料1 1、高温结构陶瓷、高温结构陶瓷特点：耐高温、耐
8、腐蚀、硬度大、特点：耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化。耐磨损、不怕氧化。(1)氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷性性 能能 用用 途途 熔点高熔点高 坩埚、高温炉管坩埚、高温炉管 硬度大硬度大 刚玉球磨机刚玉球磨机 透明、耐高温透明、耐高温 高压钠灯灯管高压钠灯灯管 高纯氧化铝透明陶瓷管高纯氧化铝透明陶瓷管氧化铝陶瓷制品氧化铝陶瓷制品(2)(2)氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷特点：特点：密度小、高强、高硬、高韧性、耐密度小、高强、高硬、高韧性、耐 磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、自润滑、隔热、电绝缘等一系列优自润滑、隔热、电绝缘等一系列优 良性能。良性能。SiSi3 3N N4 4
9、基陶瓷球轴承基陶瓷球轴承沙漠车沙漠车氮化硅陶瓷部件氮化硅陶瓷部件 氮化硅陶瓷也是一种高温结构陶瓷，具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、不易传热等优点。用它做的柴油机，不需用水冷却，热效率高。目前，世界上只有我国等少数国家能够制造这种柴油机。除此之外，还有碳化硅陶瓷等。SiSi3 3N N4 4基陶瓷球轴承基陶瓷球轴承(3)(3)光导纤维的用途：光导纤维的用途：光纤除了可以用于通讯外，还用于光纤除了可以用于通讯外，还用于 医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控 照明等许多方面。照明等许多方面。(2)(2)光纤光缆与普通电缆比较光纤光缆与普通电缆比较(1)(1)是高质量传导光
10、的玻璃纤维，是高质量传导光的玻璃纤维，信息高速公路的信息高速公路的“基石基石”。2 2、光导纤维（光纤）、光导纤维（光纤）光学纤维胃镜光学纤维胃镜用光导纤维做手术，不用开刀用光导纤维做手术，不用开刀光光 纤纤 光光 缆缆 普普 通通 电电 缆缆 信息量大信息量大,每根光纤理论上可同每根光纤理论上可同时通过时通过10亿路电话亿路电话 8管同轴电缆每条管同轴电缆每条通话通话1800路路 原料来源广原料来源广(石英玻璃石英玻璃),节约有节约有色金属色金属 资源较少资源较少 质量小质量小,每公里每公里27 g,不怕腐蚀不怕腐蚀,铺设方便铺设方便 每公里每公里1.6 t 成本低成本低,每公里每公里1万元
11、左右万元左右 每公里每公里20万元万元 性能好性能好,抗电磁干扰保密性强抗电磁干扰保密性强,能能防窃听防窃听,不发生电辐射不发生电辐射 光光学学纤纤维维胃胃镜镜用用光光导导纤纤维维做做手手术，术，不不用用开开刀刀1.1.光电转换材料，分解水的催化材料和储氢材料光电转换材料，分解水的催化材料和储氢材料 等能源材料将实现高效化；等能源材料将实现高效化；4.4.智能材料和机敏材料将得到广泛应用；智能材料和机敏材料将得到广泛应用；展望未来，材料科学的前景是美好的：展望未来，材料科学的前景是美好的：2.2.集多种功能于一身的复合材料可使我们的生活集多种功能于一身的复合材料可使我们的生活 质量得到进一步改
12、善（如质量得到进一步改善（如“白色污染白色污染”将被消将被消除）；除）；3.3.高温超导材料进入实用阶段高温超导材料进入实用阶段超导磁悬浮列车和超导船超导磁悬浮列车和超导船利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久利用超导材料的抗磁性，将超导材料放在一块永久磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体的上方，由于磁体的磁力线不能穿过超导体，磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体和超导体之间会产生排斥力，使超导体悬浮在磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁体上方。利用这种磁悬浮效应可以制作高速超导磁悬浮列车。由于这些交通工具将在无磨擦状态下磁悬浮列车。由于这些交通工具将在
13、无磨擦状态下运行，这将大大提高它们的速度和安静性能。超导运行，这将大大提高它们的速度和安静性能。超导列车已于列车已于70年代成功地进行了载人可行性试验，年代成功地进行了载人可行性试验，1987年开始，日本国开始试运行，但经常出现失效年开始，日本国开始试运行，但经常出现失效现象，出现这种现象可能是由于高速行驶产生的颠现象，出现这种现象可能是由于高速行驶产生的颠簸造成的。超导船已于簸造成的。超导船已于1992年年1月月27日下水试航，日下水试航，目前尚未进入实用化阶段。利用超导材料制造交通目前尚未进入实用化阶段。利用超导材料制造交通工具在技术上还存在一定的障碍，但它势必会引发工具在技术上还存在一定
14、的障碍，但它势必会引发交通工具革命的一次浪潮。交通工具革命的一次浪潮。1、熔融烧碱应选用的仪器是：、熔融烧碱应选用的仪器是：（）A、石英坩埚、石英坩埚 B、普通玻璃坩埚、普通玻璃坩埚C、生铁坩埚、生铁坩埚 D、陶瓷坩埚、陶瓷坩埚C2、下列物质不属于硅酸盐的是：、下列物质不属于硅酸盐的是：（）A、粘土、粘土、B、石英、石英、C、Al2(Si2O5)OH)4 D、Mg2SiO4 B4、与普通玻璃的成分相同的是、与普通玻璃的成分相同的是 （）A、钢化玻璃、钢化玻璃 B、有色、有色玻璃玻璃 C、光学玻璃、光学玻璃 D、石英、石英玻璃玻璃A3、石灰石是许多工业原料之一，但制取下列、石灰石是许多工业原料之
15、一，但制取下列物质不需要石灰石的是：物质不需要石灰石的是：（）A、制硅酸、制硅酸、B、制水泥、制水泥、C、制玻璃、制玻璃、D、制生石灰、制生石灰A6、下列不属于硅酸盐产品的是：、下列不属于硅酸盐产品的是：（）A、水泥、水泥 B、砖瓦、砖瓦 C、陶瓷陶瓷 D、硫酸、硫酸 D5、下列物质具有固定熔沸点的是：、下列物质具有固定熔沸点的是：（）A、钢化玻璃、钢化玻璃 B、漂白粉、漂白粉 C、消石灰、消石灰 D、水玻璃、水玻璃C在多年使用的厨房里，久未更在多年使用的厨房里，久未更换的玻璃往往失去光泽，严重换的玻璃往往失去光泽，严重的还会形成白色斑点，这种现的还会形成白色斑点，这种现象叫做碱析，产生碱析的化学象叫做碱析，产生碱析的化学原因是什么呢？原因是什么呢？(玻璃中含有玻璃中含有Na2SiO3)
