第三章-化学与材料

第三章化学与材料§3-5新型复合材料§3-3无机非金属材料及应用§3-4

有机高分子材料及应用§3-2无机金属材料及应用§3-1

材料与社会进步§3-1材料与社会进步现代科技的四大支柱产业?1、材料是社会进步的物质基础和先导，是人类进步的里程碑。如：石器、陶器、瓷器、青铜器、铁器、玻璃、钢、水泥、有机高分子、液晶材料等。2、材料是发展生物、信息、新能源工程等高科技的重要物质基础，也属于当代前沿科学技术领域之一。能源、材料、信息、生物工程

3.1.1重要性3.材料科学研究的任务是：材料的组成、结构、工艺、性能和应用的科学。而化学又是研究物质组成、结构、性能与变化的科学。显然，材料与化学密不可分的。

实际上，任何材料都可以看成是具有某种组成的化学物质。目前的化学物质已有2400万余种，而且还以每天7000多种的速度增加。

材料是指经过某种加工后具有一定组成、结构、形状和性能并适用于某种或某些用途的物质。

如果没有半导体材料的发展，就不可能有今天的计算机技术；如果没有高强度、耐高温材料的发展，就不会有今天的载人航天和深潜技术（嫦娥奔月）、（蛟龙潜水）。相反，材料的发展跟不上，就会使一些技术无法实现。如太阳能还不能大规模开发和利用，就是光电转换材料的发展还不够先进，核聚变反应无法控制……等。1、材料与空间技术：发射火箭、人造卫星、飞船等。2、材料与电子技术：半导体材料、高频绝缘材料、介电材料、压电材料、铁电材料、磁性材料、荧光材料、发光材料、超导材料等。3、材料与激光技术：红宝石、He-Ne气体、半导体等作为工作物质实现激光;用于计量、检测、加工、显示、信息处理、治疗、军事科学等领域。4、材料与能源的开发：磁流体发电、地热发电、潮汐发电、热核裂变、太阳能电池、燃料电池等。3.1.2

材料的用途具体体现如下

化学是发展新材料的源泉!同时新材料的发展也为化学研究开辟了新的领域。化学新材料§3-2金属材料及应用3.2.1常见金属材料金属键—原子晶体3.2.2几种具有特殊功能的新型金属材料钨、铁、铝、锂、锡、金、银、銅、钛3.2.1常见金属材料W、Fe、Al、Li、Sn、Au、Ag、Cu、Ti钨—刚强耐热的烈火金刚外观：黑褐色有金属光泽的颗粒。m.p：3410℃。重要用途：1、制备具有超硬性能的硬质合金。如:合金刀头或工件表面镀以碳化钨硬质合金，可提高精度并延长寿命20-150倍。2、作为钢和有色金属合金的添加剂。如:合金工具钢、结构钢、弹簧钢、耐热钢和磁钢等都添加了钨，以增加硬度和抗腐蚀能力。3、在火箭、导弹、返回式宇宙飞船以及原子能反应堆等尖端科学上的重要应用。这是由于钨具有优异的物理、机械、抗腐蚀和核性能的原因。用量最大材料--钢铁生铁：含碳量﹥2

％的铁合金。白口铁、灰口铁、球墨铸铁，性脆而硬，不能锻轧，仅用于炼钢和铸造。合金钢除铁和﹤2

％碳外，还含有其他一些合金元素，如硅、锰、镍、钒、钛、钼等。锰钢具有很强的耐磨性，可用于制造拖拉机履带和车轴，齿轮，坦克的装甲材料等；钨钢耐高温，是制造金属切削工具的好材料；硅钢具有良好的电磁性能，许多电器都离不开它。2012年我国的钢铁产量7.16亿吨，占全世界的46.3%铁矿石冶炼生铁冶炼钢掺杂生铁的冶炼

原料：铁矿石、石灰石、焦炭产品：生铁坯炼钢平炉、轧钢机、钢锭、钢材铝—“银色的金子”铝在地壳中含量最多，密度2.7g/cm3,日常生活中如硬币、炊具、包装铝箔等。纯铝很软，强度不大，有着良好的延展性，可拉成细丝，轧成箔片。

铝和铝合金的应用铝的化合物的应用1、导电能力仅次于铜，价廉，广泛用作电线。2、导热能力比铁大，不易锈蚀，使用寿命长，用作炊具。3、铝粉具银白色金属光泽，与其他物质调和用作银粉涂料。4、冶金工业中，铝粉和氧化铁粉混合，引发后发生剧烈反应，放出大量的热，用于焊接。5、炼钢工业中的脱氧剂；高质量的反射镜、太阳能聚光碗等。6、青铜铝，具有高强度的耐腐蚀性，有鲜艳的金属光泽，常用于珠宝饰物和建筑工业中。7、铝镁合金，硬度大，质量轻，常用于制造飞机的机身，船舶和火箭的箭体。还用来制造门窗、美化居室。铝和铝合金的应用1、氧化铝。高纯度的Al2O3又叫刚玉，硬度仅次于金刚石，熔点高、耐酸碱，常用作轴承磨料、耐火材料（可耐1800℃）；活性氧化铝，多孔，内表面积大，活性高，能吸附水蒸气等许多气体、液体分子，常用作吸附剂、催化剂载体和干燥剂。2、氢氧化铝。用来制备铝盐、瓷釉、耐火材料、防火布等；在医药上用作酸药，中和胃酸和治疗溃疡。3、明矾。硫酸铝钾净水剂，收敛剂。铝的化合物的应用锂

Li自然界最轻的金属。密度小（0.53），质量轻，化学性质活泼。保存在凡士林或石蜡中。锂原子结构模型原子序数3原子量6.941，是最轻的碱金属元素。金属锂为一种银白色的轻金属；熔点为180.54

℃，沸点1342℃，密度0.534g/cm3，硬度0.6。

金属锂可溶于液氨。1、锂基润滑剂不怕高温、不怕水在低温环境中也能保持良好性能。用于汽车传动系统。2、锂能强烈与氧、氮、氯、硫等物质反应，工业上用作脱氧剂和脱硫剂。3、铜冶炼过程中，加入十万分之一的锂，能改善铜内部结构，使之致密、提高导电性。4、在铸造优质铜铸件中能除去有害杂质和气体。5、1kg锂通过热核反应放出的能量相当于两万多吨优质煤的燃烧。可用作火箭、导弹、宇宙飞船的推进剂。6、锂在原子能工业上的独特性能，举世瞩目。7、锂电池具有比能量高、放电平衡等优点广泛应用于各种领域，是很有前途的动力电池。锂的用途奇妙的锡

锡是一种银白色金属，硬度较低，展性较好，延性较差。锡在一般温度下是很稳定的。但在高温和低温下特别娇气。温度161℃时，锡一碰就脆；温度13.2℃时逐渐变成一种煤灰色的粉末；温度低于-33℃时，转变过程大大加快，锡迅速毁坏无异。1、“金粉”，即二硫化锡，金黄色。常用来制作油墨2、用来镀铁皮，即罐头用铁皮，又叫“马口铁”。“锡疫”用途黄金—金属王国的骄子

黄金除了作为货币和珍贵的首饰品以外，在其它科技领域中的作用：1、黄金:Au比重19.3g/cm3

熔点1064.4℃具有强的延展性。（摩氏硬度2.5）用牙咬可见齿痕，金箔对红外线有强烈的反射作用，并能防止紫外线的通过。被广泛用于红外线干燥设备、红外线探测仪和宇航员的防护面罩、宇宙飞船的密封舱上。2、黄金的导电性好,化学性质稳定，在任何温度下都不会与氧发生反应。常被用作飞机、人造卫星和宇航设备内某些精密控制仪表和电器开关的接触点材料。

铜

Cu铜呈紫红色光泽的金属，密度8.92克/cm3。熔点1083.4℃，沸点2567℃。硬度3.3。铜是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一，稍硬、极坚韧、耐磨损。还有很好的延展性。导热和导电性能较好。铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力，在干燥的空气里很稳定。但在潮湿的空气里在其表面可以生成一层绿色的碱式碳酸铜Cu₂(OH)₂CO₃，这叫铜绿。可溶于硝酸和热浓硫酸，略溶于盐酸。容易被碱侵蚀。银

Ag纯银是一种美丽的白色金属，在古代，人类就对银有了认识。银和黄金一样，是一种应用历史悠久的贵金属，至今已有4000多年的历史。由于银独有的优良特性，人们曾赋予它货币和装饰双重价值，英镑和我国解放前用的银元，就是以银为主的银、银合金。银比金活泼，虽然它在地壳中的丰度大约是黄金的15倍，但它很少以单质状态存在，因而它的发现要比金晚。银最早用来做首饰和餐具，后来才作为货币。银Ag，序数47，原子量107.87，密度10.5g/cm3。熔点960.5℃，沸点1950℃,银的导热性、延展性和导电性优于銅，不易受酸碱腐蚀，常用作精密仪器的导体材料，化学反应中的催化剂。未来世纪的金属—钛钛在地壳中的含量占第10位。含钛矿物多达70多种，海水中含量也非常丰富。继铜、铁、铝之后，金属钛将是21世纪冶金工业中最重要的产品之一。广泛应用于飞机、火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、军工、轻工、化工、纺织、医疗及石油化工等领域。(一)钛的性质(二)钛的应用(三)钛化合物的应用(四)钛合金的应用1、室温下不与氧气、稀硫酸、稀盐酸和硝酸反应，但能被氢氟酸、磷酸、熔融碱侵蚀。2、突出性能是对海水的抗腐蚀性很强。

具有银灰色光泽，强度大，密度小（4.51g/cm3），硬度大，熔点高（1675℃）。(一)钛的性质化学性质(二)钛的应用1、极细的钛粉，是火箭的好燃料；2、钛的抗腐蚀能力比不锈钢强15倍，用作洗印设备的齿轮；3、外科医疗手术上的应用。不锈钢虽不生锈但长时间在人体会产生危害，接骨愈合之后，还需取出来。如采用钛制的“人造骨骼”，宛如真正的骨骼一样和血肉相联，起到支撑和加固作用。被称为“亲生物金属”。4、炼钢工业中，少量的钛是良好的脱氧、除氧及除硫剂。(三)钛化合物的应用二氧化钛，即钛白，无毒。是世界上最白的物质之一。1克钛白可把450多平方厘米的面积涂得雪白。因此是一种宝贵的白色颜料。

二氧化钛高熔点，被用来制造耐火玻璃、釉料、陶土、耐高温的实验器皿等。

水合二氧化钛是一种最有希望的铀吸附剂，可用于海洋提铀。1、二氧化钛2、四氯化钛湿空气中冒出大量白烟，在军事上常用作人造烟雾剂。3、钛酸钡钛酸钡晶体被广泛应用于超声波仪器和水底探测器中。因为它在超声波中受压会产生电流，由电流的大小可测知超声波的强弱；相反，用高频电流通过它，则可以产生超声波。4、氮化钛氮化钛比黄金以及硬质合金更耐磨，在黄金装饰品表面镀一层膜，外观和黄金一样，具有“永不磨损性”。(四)钛合金的应用1、钛系是目前较便宜的一种贮氢金属之一。2、“钛飞机”可减轻体重5吨。超音速飞机上，钛使用量几乎占到总重量的95%。3、钛潜艇比钢制潜艇经久耐用，而且可以潜入更深的的深度。用钛制造潜艇、轮船，不用涂漆，不会生锈。且钛不是铁磁体物质，不会被磁水雷发现，在军事上特别重要。4、钛锆合金对空气有强大的吸收力，用于真空泵。5、钛铌合金是理想的超导材料。6、铬、镍、钛（18-8-1）是工业上常用的不锈钢。注：钛的冶炼要在高温、惰性环境下进行。3.2.2几种具有特殊功能的新型金属材料一、具有记忆能力的合金——形状记忆合金二、能贮存氢气的合金——贮氢合金三、能软能硬的合金——超塑性合金四、没有电阻的金属——超导金属五、颗粒超细的金属——纳米金属

简称记忆合金，一种新型的功能金属材料，能在一定条件下改变或恢复到原来的形状(双向或单向)。分类：NiTi合金；铜基合金:CuZnAl、CuAlNi；铁基合金:FeMnSi,FeNiTiCo铁基合金原材料丰富价格便宜。应用：航空、卫星、医疗生物工程、能源和自动化等方面记忆合金管套和弹簧记忆合金紧固销钉一、具有记忆能力的合金—

形状记忆合金航空：被成功地用来制作军用飞机液压系统的接头；飞机上一些特殊部位所用的铆钉；用于制成宇宙飞船上的天线。医疗：室温下具有记忆能力的镍-钛合金作成人体用的生物植入件（骨头固定件）；自动化：常用形状记忆合金制成各种自控装置；日常生活：用形状记忆合金制成窗臂时，可以根据温度的高低自动控制窗户的开和关；汽车工业：日本已用形状记忆合金制造汽车车身和保险；眼镜行业：形状记忆合金常制成眼睛片固定丝；能源开发利用：可利用记忆合金发生的形变来做功以节省能源，减少污染。镍-钛合金的应用二、能贮存氢气的合金——贮氢合金

利用金属合金或金属与氢气发生反应，形成金属合金氢化物或金属氢化物，使氢气以固体化的形式贮存起来，稍微改变条件，金属合金氢化物或金属氢化物就会放出氢气并重新变成金属合金或金属。1、贮氢量要大；2、吸氢和放氢都容易，只要稍稍加热就可以放氢且速度要快；3、使用寿命长和价格便宜。必备条件1、镁系贮氢合金，如二氢化镁(MgH2)、镁-镍合金(Mg2Ni)等。2、稀土系贮氢合金，如镧-镍合金(La3Ni5)、混合稀土镍-锰合金(MmNiMn)、混合稀土镍-铝合金(MnNiAl)等。3、钛系贮氢合金，如二氢化钛(TiH2)、钛—锰合金(TiMn15)等，常温下可吸附的氢气为本身体积的600倍4、锆系贮氢合金。四大贮氫合金系列特点：在加工时能像口香糖那样柔软可塑，一旦成形后又能像钢铁那样坚固耐用。高强度超塑性合金在航天工业方面影响很大。如采用超塑性钛合金来制造飞机架与采用普通钛或钛合金相比，不仅使锻压、轧制、弯曲等加工过程变得更加容易，而且每生产500架飞机，可节省120-150万美元。超塑性合金在民用方面应用价值也是十分显著的。对一些形状复杂的电子仪器零件、汽车外壳等的制造，若采用超塑性合金都可一次完成，不仅大大简化了工序，而且大大降低了成本。三、能软能硬的合金—超塑性合金高温超导材料如：Y-Ba-Cu-O的Tc高达90K（-183℃），Ti-Ba-Ca-Cu-O和Bi-Sr-Ca-Cu-O的Tc高达120K（-153℃）。这些超导材料在液氮温度77K(-196℃）下就可发挥出它们的超导性，因而具有实用价值。超导体具有的性质：在临界温度Tc时,零电阻和抗磁性。超导材料的应用：在电力输送，超导发电机，大型电子计算机，磁浮高速列车的研制，以及核聚变反应控制等高科技领域中得到应用。四、没有电阻的金属—超导金属超导材料:超导温度;低温超导材料;高温超导材料纳米材料是指组成材料颗粒的粒径大小为1-100nm的一类材料,纳米金属是纳米材料的一种。五、

颗粒超细的金属—纳米金属表面效应：即粒径变小，比表面积增大，活性增大。小尺寸效应：尺寸与光波波长、德布罗意波长、超导态的相干长度或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，表现出特殊的光学、热学、磁学和力学性质。量子尺寸效应：颗粒超细化后使大块材料中连续的能带分裂为分立的能级，能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。纳米材料的特性一张信用卡大小的纳米冰箱卫生卡，只要放入冰箱，不仅可以清除异味，还有保鲜的功效，储存半个月的果蔬出来还是水灵灵的。应用纳米技术制成的各色衣服、领带、帽子和碗具，纳米材料的加入能使衣物防水、防污、免清洗，而且透气性好。采用纳米光催技术生产的瓷砖，本身就可以自动分解油渍，还可以除臭、杀菌和自清洁，不再用人工去费力清理揩擦。纳米内衣、纳米床上用品及纳米绒毛织品，采用纳米生物活性功能纤维、纳米银系无机抗菌纤维、抗紫外线纤维，人们使用这些织物时，可以促进血液循环，增强新陈代谢；保持经络平衡。纳米与生活纳米材料做成内胆的热水器，能快速有效的杀死水中细菌，同时能耐酸、耐碱和具有更强的韧性。随着纳米材料和纳米技术基础研究的深入和实用化进程的发展，特别是纳米技术与环境保护和环境治理进一步有机结合，许多环保难题，如：大气污染、污水处理，城市垃圾等将会得到解决。维生素E被纳米化后，很容易被皮肤细胞吸收，这是因为物质被加工到纳米尺度后其物理特性和生物特性都会发生很大的改变。纳米化妆品正是利用这种特性达到其特殊的效果的。汽车挡风玻璃被雾气遮挡会影响行车安全，被采用纳米技术的光催化抗雾玻璃解决了，这种玻璃不仅具有抗雾、灭菌功能，而且可以长时间保持洁净，还适合用于窗户、镜面和外墙玻璃。纳米与生活§3-3无机非金属材料及应用3.3.1常见非金属材料3.3.2精细陶瓷

碳、半导体硅酸盐建材工业（玻璃、水泥、陶瓷）（石灰、石膏、砖瓦）3.3.1常见非金属材料一、功能强大的碳

三种同素异形体：金刚石和石墨、无定形碳

（活性炭、炭黑）、富勒烯(C60)。1、硬度之王—金刚石金刚石是自然界中最硬的石头，坚硬无比，原子晶体，晶莹透明。在工业上，用于切削硬质合金，钻探钻头，精密仪器的轴承等。“钻石”，折射光线能力很强，光线照射下五颜六色，是世界上最美丽的宝石。2、铅笔里的“铅”—石墨石墨具有黑、软、滑的特点，与金刚石有天壤之别。石墨与黏土混合被用作铅笔芯。

3、神通广大的活性炭活性炭是无定形碳的一种。是竹、木、果壳等生物体经干馏后留下的躯壳。结构特点：表面积特别大（1g总表面积达500-1000m2），孔径小于2nm，可净化各种气体和液体。。应用：防毒面具，冰箱除味，自来水除去有机异味，红糖制白糖等。饱和后，可清除再生。二、举足轻重的半导体硅是地壳中含量极为丰富的元素，价格便宜。作为半导体材料，硅稳定性好，可在较高的温度下工作。硅的重大功能在于使半导体小型化，它将许多电子器件集中在一小块硅片上，形成集成电子线路。导电能力介于导体和绝缘体之间。锗和硅都是半导体。但锗在地壳中的含量非常稀少。三、熟悉而神奇的玻璃1、透明的沙子玻璃是由沙子为主要原料熔融来的。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，可用来保存鸡蛋，防止金属腐蚀。玻璃是一种组成不定的不同硅酸盐的混合物。钠玻璃主要成分是硅酸钠和硅酸钙，用于制造玻璃瓶和门窗玻璃；钾取代钠后玻璃熔点较高、较耐化学腐蚀，多用于制造耐高温的化学玻璃仪器；钙同时以铅代替，可得有高折光性和高比重的钾-铅玻璃，用于雕刻和制作光学玻璃。2、彩色玻璃

加CuO或Cr2O3着绿色；加Cu2O着红色；加MnO2着紫色；加SnO2或CaF2着乳色；加Co2O3着蓝色加Fe2SiO4为暗绿色，量多为黑色。变色玻璃中加入AgCl或AgBr等。镀银液有A和B两种溶液组成。A：AgNO3、氨水和少量NaOHB：甲醛或葡萄糖等体积混合后倒在玻璃表面上，反应如下：Ag++2NH3―→Ag(NH3)2+Ag(NH3)2++RCHO+2OH-―→RCOONH4+2Ag+NH3↑+H2O此外，可采用真空镀膜的方法在玻璃表面镀上金属膜。3、镜子、装饰玻璃

普通玻璃不耐碱，因为：毛玻璃或蚀刻玻璃：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、碱石灰、石灰石、大理石、贝壳等。石灰石生在深山里，它比较坚硬，主要成分是碳酸钙。五、石膏无水硫酸钙CaSO4+2H2O

↔

CaSO4.2H2O凝固生石膏↔熟石膏↔生石膏，是重要的建材之一

煅烧水NaOH+SiO2Na2SiO34、玻璃的腐蚀五、水泥原料：石灰石CaCO3石英SiO2高岭土Al2O3.Fe2O3和黏土按一定的配比拌合后粉碎，加水团粒后，加热从750~1400℃煅烧、再加适量的石膏（缓固剂），球磨为细粉而成。水泥的分子式：CaO·Al2O3·Fe2O3·CaO·SiO2水泥的凝固原理：

4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O→水合铝酸钙和水合铁酸钙3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O3CaO·SiO2+2H2O→水合硅酸钙

2CaO·SiO2·H2O+Ca(OH)2制水泥的主要设备水泥厂、廻转窑、球磨机、颚式破碎机

五、陶瓷砖瓦是普通的黏土在900-1100℃左右的高温下烧制8~10小时而成的。陶器是普通的黏土在1200-1300℃左右的高温下烧制而成的。瓷器是选用最纯净的高岭土、长石和石英磨粉，和泥制成泥胚，先制成烧瓷，上釉后再放在窖里1100-1300℃高温烧制而成的。在釉中加进各种金属或金属氧化物，烧熔后显出不同的彩色，称为釉彩。3.3.2精细陶瓷

传统陶瓷精细陶瓷主要组分SiO2等氧化物长石K2Al2Si6O16氧化物、氮化物、碳化物、硅化物和硼化物等主要产品玻璃、水泥、砖瓦、耐火材料、搪瓷和各种陶瓷器等烧结制品烧结制品，单晶、纤维、薄膜、粉末等性能优势产品的性能稳定、熔点较高和难溶于水强度高、耐腐蚀、耐高温，在光、电、磁和声等方面有特殊功能传统陶瓷与精细陶瓷的差异:一、能传导光的纤维—光导纤维三、像玻璃一样透明的陶瓷—透明陶瓷二、能植入人体的陶瓷—生物陶瓷四、能进行能量转换的陶瓷—压电陶瓷五、能以不同方式导电的陶瓷—导电陶瓷精细陶瓷一、能传导光的纤维——光导纤维简称光纤，它是能利用光的全反射作用来传导光线的一种透明度极高的玻璃细丝，其直径一般为微米级，属于精细陶瓷。制造：以玻璃为原料，把玻璃先熔化，然后拉成细丝。分类：一类是光损耗小的，由于它们对光的传送距离大，主要用于远距离通信；另一类是光损耗大的，由于它们对光的传送距离小，常在近距离使用，特别适合制成人体用的内窥镜，如胃镜、直肠镜、膀胱镜和子宫镜等。突出优点：1、巨大的信息容量;2、传送速度快;3、传送距离长;4、安全可靠。光纤通信的基本设施是由光缆、光发送机、光中继器和光接收机组成。光纤通信的应用：与数字技术和计算机结合起来时，可以用来传送电话、图像、数据及控制电子设备等，起到部分取代通信卫星的作用；在军事上，用来建立大容量国防通信干线、高速数据传输、卫星和微波信号地面引接、传递宽频带和高速率的图像信号以及情报探测和开军事会议等；用于舰艇通信时，可以大大减轻舰艇的重量，提高舰艇的作战能力。

用于人体器官和组织修复的一种功能陶瓷。特点：良好的生物相容性，对肌体无免疫排异反应；对血液的相容性也好，无溶血和凝血反应；对人体无毒害，不会引起代谢作用产生异常现象，也不会致癌。按组成分类：纯氧化物，如氧化铝和氧化锆等；复合氧化物，如羟基磷灰石和磷酸钙等；生物玻璃。按其与人体修复部位的关系分类：生物惰性陶瓷，如氧化铝和氧化锆；生物活性陶瓷，如羟基磷酸盐；可吸收性生物陶瓷，如磷酸三钙和羟基磷灰石。二、能植入人体的陶瓷—生物陶瓷1、生物惰性陶瓷氧化铝主要用于修复牙齿和骨骼等硬组织。在牙齿修复中，常做成假牙和人工牙根；在骨骼修复方面，主要用于做成人工关节和人体不同部位的人工骨以及骨折固定用的螺钉和螺栓等。氧化锆是一种新型的生物惰性陶瓷，它的强度和断裂韧性都比氧化铝生物陶瓷高，所以一般用来制人体中最重要的承重关节。2、生物活性陶瓷一类具有特殊化学活性的生物陶瓷。主要有羟基磷灰石组成的陶瓷和生物玻璃两种。前者主要用来做假牙和中耳道植入件，后者可以制成金属股骨的的涂层。3、可吸收性生物陶瓷植入人体后可以逐渐被降解，最后转化成人体骨骼组织。主要成分是磷酸三钙，与人体骨骼的组成相似。一类像玻璃一样透明的陶瓷。它不仅透明，而且机械强度高、耐高温，熔点一般都高于2000℃以上。两个系列：氧化物系列的透明陶瓷和非氧化物系列的透明陶瓷。获得透明陶瓷的三个条件：1、原料的纯度必须很高；2、原料的结构必须是光学异向性较小的晶体；3、生产工艺必须使光的散射减少到最小。用途：1、在玻璃的高温禁区代替玻璃。2、可以做成核闪光致盲护镜，焊接和炼钢工人用的眼睛防护用具、防弹汽车的窗、坦克的观察窗、轰炸机的瞄准器、高级防护眼镜等3、军事上常用来制导弹头部的红外探测器。三、像玻璃一样透明的陶瓷—透明陶瓷使电能和机械能之间的相互转换的一种特殊陶瓷材料。主要成分：铅、钛和锆的氧化物，它是有许许多多粒径为几个微米的小晶粒组成的。如钛酸钡、锆钛酸铅、锆钛酸铅镧等。应用:1、把机械能转换成电能，制成高压电源，用于点火、触发和引爆等。如煤气灶的自动点火装置。2、把电能转换成机械能。如儿童的电子玩具上用压电陶瓷做成的蜂鸣器。3、作为振子使用，作成滤波器、振动器、变形器和延迟换能器等电子元件，用于电视、通信和计算机等。

四、能进行能量转换的陶瓷——压电陶瓷导电材料金属电热材料常用电子导电陶瓷新型电子导电陶瓷镍铬丝铂丝、铑丝碳化硅二硅化钼氧化锆氧化钍铬酸镧最高使用温度1100℃1600℃1450℃1650℃2000℃2500℃1800℃五五、能以不同方式导电的陶瓷—导电陶瓷最高使用温度：加热或其他方法激活后，产生自由电子，在外加电场作用下能进行导电的一类陶瓷材料。1、电子导电陶瓷

像电解质溶液或电解质熔融体那样，具有高离子导电性的固体陶瓷，又称快离子导体或超离子导体。应用：固体状态的离子导电陶瓷的结构中存在大量缺陷、空洞和通道等，它们可以允许一种离子迁移，从而起到搬运电荷的作用，如-氧化铝和氧化锆陶瓷；可以用来制一些新型化学电源；利用单离子迁移的特性，可以制成离子选择电极的选择膜，即离子浓度传感器，从而快速、准确地测定被测离子的浓度，可用来提纯金属等。2、离子导体材料

具有半导体性能的一类陶瓷，主要有钛酸铁陶瓷和氧化锌陶瓷。可以用来检测各类气体，包括氧化性气体、还原性气体和可燃性气体和一些特殊气体；还可做成各种电器元件。3、半导体陶瓷§3-4有机高分子材料及应用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橡胶3.4.4化学涂料3.4.5新型高分子材料

自然界中存在着一类物质，分子量常以几千几万计，甚至到百万、千万，我们把这类物质统称为高分子化合物（Highmoleculercompound）

高分子化合物的化学组成简单但结构复杂。

如果组成这类化合物的分子中没有相同而重复的链节结构单元出现，我们把这类物质统称为大分子；如：毛发、蚕丝、蛋白质、病毒、酶等；Macromoleculercompound）如果组成这类化合物的分子链是以相同而重复的链节结构单元出现，并且化学组成相对简单，我们把这类物质统称为聚合物（polymer）；如：纤维素、淀粉、棉、麻、天然橡胶等；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质和聚合物。

一、高分子化合物

高分子化合物是分子质量大小不等的混合物，不是纯净物，没有明确的分子质量，尤其是人工合成的聚合物，高分子化合物分子质量只是一个在统计意义上的平均值。Mn=Xn×m。式中：Mn：高分子化合物的分子量Xn：高分子化合物的链节数

m。：链节质量（NaCl58.5,C6H12O6180,CO244）

高分子化合物的分子质量究竟达到多少才算是高分子呢？是1000还是10000，甚至百万，没有一个确切的值，只有一个物理定论：在实用中具有一定热机性能的最低分子质量的大分子化合物。

三、三大合成材料的区分视使用过程中所呈现的物理状态来区分3.4.1高分子材料概述常见的聚合物和商品名称聚合物商品名称聚合物商品名称聚氯乙烯氯纶聚甲基丙烯酸甲酯有机玻璃聚乙酸乙烯酯维尼纶聚对苯二甲酸乙二酯的确良、涤纶聚丙烯丙纶聚乙烯乙纶聚丙烯腈腈纶聚四氟乙烯特氟纶聚己内酰胺尼龙6酚醛树脂电木聚酰胺尼龙66脲醛树脂电玉3.4.2塑料通用塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、酚醛树脂（有时将聚合物的初期产品称树脂）、聚氨酯泡沫塑料等。工程塑料：聚酰胺、聚甲醛、有机玻璃、聚碳酸酯、ABS塑料、聚苯醚、聚砜等。特种塑料：含氟塑料、有机硅树脂、特种环氧树脂、离子交换树脂等。一、分类2、常见塑料的性质及应用聚乙烯：化学性质非常稳定，能耐大多数酸碱的侵蚀吸水性极低，有优良的介电性能。但易手热和氧的作用而老化。辐照后，保形性、回弹性、耐热性、电绝缘性等进一步改善。用于各种管材、版材、电线绝缘层，容器、玩具，以及电容器、变压器等。适用于食品包装。聚氯乙烯：国内外最大塑料品种之一。突出优点是耐化学腐蚀、不燃性和成本低、加工容易。广泛用来制造薄膜、导线和电缆、板材、管材、化工防腐设备和隔音绝热泡沫塑料、包装材料和日常生活用品等。缺点：耐热性差（60℃），有一定毒性，不适用于食品包装。聚苯乙烯：具有良好的高频绝缘性，透明无毒，有很好的加工性能。用于薄膜、玩具、发泡材料、电容器绝缘层和电器零件等。有机玻璃：聚甲基丙烯酸甲酯，晶莹剔透，质轻不易碎。加入着色剂，可制成五光十色的有机玻璃纽扣和珠光纽扣。在光学仪器、建筑装饰方面广泛应用。最大缺点是耐磨性差，不耐某些有机溶剂，如：氯仿、酯等。聚碳酸酯：新型塑料，透明度大，有良好的机械性能和电绝缘性能，抗冲击强度和抗热性能大大超过其他塑料。用于齿轮、电器零件、精密零件等，成为工程塑料的重要一员。聚四氟乙烯：抗腐蚀，除熔融碱金属外，几乎不受任何化学试剂的侵蚀，耐腐蚀性远远超过不锈钢。用于化工厂的管道和阀门的衬里，表面光滑。排油性突出，也可用于不沾锅表面涂层，但不能干烧，耐温250~300℃。3.4.3橡胶弹性好、绝缘、不透气、耐腐蚀、耐磨等优点。天然橡胶：聚异戊二烯，来源于橡胶树，生胶经硫化处理变成乳胶。常用作医用材料。合成橡胶：丁苯、丁腈、氯丁、聚硅氧烷橡胶等。

丁苯橡胶：耐磨性和耐气候性好，适于作汽车轮胎；丁腈橡胶：耐油性强，遇油不会膨胀，可作耐油管；氯丁橡胶：耐热，耐化学腐蚀，用作耐化学腐蚀的衬里，耐热运输带等。异丁烯橡胶：气密性好，适用于制作内胎、气球和胶黏剂等。硅橡胶：在-100~350℃保持高弹性长期使用，耐化学腐蚀和辐射，常用作医用材料，可植入人体。3.4.4化学合成纤维聚己内酰胺（聚酰胺）尼龙-6、锦纶聚癸二酰癸二胺尼龙-1010（工程塑料）聚己二酰己二胺尼龙-66（工程塑料）聚对苯二甲酸乙二醇酯聚酯纤维、涤纶、的确良聚丙烯丙纶渔网线聚丙烯腈腈纶、人造羊毛聚乙烯醇缩甲醛维尼纶醋酸纤维（人造丝），黏胶纤维（人造棉）蛋白质纤维（丝光纤维）硝酸纤维素（赛珞璐、火药棉）代表性合成纤维的性能和用途尼龙-6PA-6：比棉花轻，强度高，耐磨性、弹性、耐化学腐蚀性和染色性均好。不霉不蛀；缺点是耐光性、保型性、吸水性、耐热性较差。粗丝可作为牙刷毛，编织渔网、绳索，细丝绒可制作运动衣、轮胎帘子线、降落伞等。腈纶PAN：蓬松柔软，保暖性好，比羊毛轻而结实，耐光、弹性好；吸湿性、染色性不好。生产羊毛混纺纺织品，可代替羊毛制衣料、地毯，工业用布、绒线，还可用于帆布、帐篷及碳纤维等。涤纶PET：力学性能和耐磨性能优良，易洗易干、保型性好，抗皱折，不耐硫酸和强碱，染色性差。主要用于制衣料和轮胎帘子线；维尼纶PVA：柔软、吸湿性与棉花相似，耐酸耐腐蚀，强度高，耐磨性及保暖性好，耐热性和染色性差。制作衣料、窗帘、粮食袋劳保用品等。丙纶PP：密度小，可浮在水面，机械强度高，耐磨、耐化学腐蚀、电绝缘性好，耐热性、染色性和吸湿性差。主要制绳索，混纺衣料，人造草坪，电器器材等。氯纶PVC:耐磨性、弹性、耐化学腐蚀性、耐光性、保暖性好，不易燃烧。绝缘性好，耐热性和染色性差。主要用于保暖针织品和电绝缘材料。纤维的纤度1.支：天然棉、麻类天然纤维纱线的粗细度；长32m的纱重1克称为32支纱，长24m的纱重1克称为24支纱，2.旦尼尔（D）:化纤、蚕丝的粗细度；长9000m的纱重1克称为1旦，3.特克斯（tex）：化纤和人造纤维的长丝粗细度；长1000m的纱重1克称为1tex如：人造丝莫代尔涂料：涂覆于物体表面，能与肌体材料很好黏结并形成完整而坚韧保护膜的物料。一、油漆涂料在物体（如金属和木材）的表面上，披覆一种液体或是带有颜料或粉料的液体，这种液体经过氧化、挥发、干燥或其他作用后变成固体薄膜。薄膜的主要作用：（1）保护物体表面，使其能隔绝大气或其他物质的侵蚀、磨损或污染；（2）增进被覆盖物体的美观或改善卫生条件。3.4.5化学涂料1、油类，包括干性油如桐油、亚麻仁油、乌桕油、苏子油和少量半干性油，如豆油，棉子油。2、颜料白色：有铅白（PbCO3·Pb(OH)2），锌白（ZnO），锌钡白（ZnS,BaSO4），钛白(TiO2)，重晶石(BaSO4)等；黄色：有土黄(Fe2O3)，铬黄(PbCrO4)；红色：有铁丹(Fe2O3)，铅丹(Pb3O4,PbO)，银朱(HgS)等；蓝色：有群青（不同比例的SiO2

、黏土、氧化钠和硫磺）;普蓝:高铁盐溶液与低铁氰化钾溶液相混；绿色：有铬绿，铜绿；黑色：有碳黑等。油漆的主要成分3、

其他原料（a）树脂（b）溶剂（c）催干剂二、墙面装饰涂料

作用是保护和装饰墙面，提高墙体的耐久性，并赋予墙面美观的色彩，多姿的图案，抽象的线条或立体感。常用的墙面涂料：聚乙烯醇水玻璃涂料，以聚乙烯醇和水玻璃为成膜物质。根据需要加入某些填料，也可加入彩色颜料及少量表面活性剂。优点：涂层光滑、手感细腻，少量污垢可用湿布抹去，还可制成各种色彩，价格适中，原料来源丰富。缺点：耐水性差。新型的内墙涂料：喷塑涂料，又称多彩涂料，它是含有两种以上颜色粒子的液状或凝胶状悬浊液，用喷枪对强面进行喷涂，即可得到格调高雅、立体感强的多彩图纹。此外还有发光涂料、感光涂料、消音涂料、变色涂料、伪装涂料、防瓷涂料等。

3.4.6新型高分子材料一、能自动分解的塑料——可降解塑料

塑料的化学性质十分稳定，埋在地下上百年也不会腐烂，这是导致白色污染的根本原因。所谓可降解塑料，是指在一定条件下会自行分解的塑料。把包装食品的塑料袋、泡沫塑料饭盒等改用可降解的塑料是消除“白色污染”的必要途径。一种能被土壤中的微生物和酶分解掉的塑料，它是像有机植物那样能在土壤中腐败的一类物质。普通塑料变成生物降解塑料的办法：（1）在塑料中添加淀粉；（2）在塑料中加入40%-50%的凝胶状淀粉，或者加入经有机硅偶联剂处理过的淀粉和少量玉米油不饱和脂肪酸；（3）使塑料成分中含有淀粉和聚己内酰胺。降低成本是降解塑料能否推广应用的一个重要因素。因此，目前一些化学家积极设法采用谷壳和木浆等天然废物来制取生物降解塑料，以降低成本。

1、生物降解塑料2、化学降解塑料

含有一种特殊包装物的塑料。这种包装物是用淀粉包裹的氧化剂，所用的氧化剂是