无机非金属材料导论-绪论

一、材料的分类二、硅酸盐材料三、传统与新型的无机非金属材料比较四、新型无机非金属材料无机非金属材料什么是材料？材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类进步的一个重要里程碑。（制的第一种材料：陶）材料是具有一定配比的若干相互作用的元素组成、具有一定结构层次和确定性能，并能用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的物质。材料是物质，但不表示所有物质都可以称为材料。如燃料和化学原料、工业化学品、食物和药物，一般都不算是材料。材料无机非金属材料金属材料高分子材料传统无机非金属材料新型无机非金属材料——硅酸盐材料——半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等——金属、合金——塑料、合成橡胶、合成纤维一、

材料的分类

按照物质属性按照使用性能划分结构材料——主要用于产品或工程的结构部件，着重于材料强度、韧性等力学性质的材料；功能材料——利用材料所具有的电、磁、光、声、热等特性和效应以实现某种功能的材料。生活中的无机非金属材料⑴玻璃、水泥、陶瓷⑷金刚石钻头⑶手表上轴承(人造红宝石)⑵石英钟表⑹煤气炉中的电子打火⑸彩电（荧光材料）⑺海底电缆（光导纤维）⑻电脑的CPU（单晶硅）⑼隐形飞机（特殊光学材料）(压电陶瓷)AlO

23石英手表金刚石钻头压电陶瓷现代通信用光缆玻璃、陶瓷和水泥二、传统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，经加热制成硅酸盐产品的工业。如：水泥、玻璃、陶瓷等产品的工业。1、工业原料除二氧化硅、硅酸盐外还可加其它辅助成分2、原料与产品虽都为含硅物质，但主要成分并不相同3、将硅酸盐工业的原料变为硅酸盐产品的条件是：高温加热理解

硅酸盐材料2.1.1

水泥原料粘土和石灰石＋适量的石膏设备水泥回转窑反应原理复杂的物理、化学变化主要成分硅酸三钙(3CaO•SiO2)

硅酸二钙(2CaO•SiO2)

铝酸三钙(3CaO•Al2O3)等生产过程生料研磨，高温煅烧得熟料，再加石膏研成粉末得普通硅酸盐水泥主要性质水硬性辅助原料：石膏—作用是调节水泥硬化速度2.1.1

水泥资料1、水硬性就是细粉状水泥遇水后变为坚硬、块状固体的性质。其变化称为水泥硬化。3、水泥的成分除硅酸盐、铝酸盐外，还含有少量的碳酸盐。2、水泥硬化的过程伴随着复杂的物理、化学变化。思考：1水泥在储存、运输过程中应注意什么？防水防潮防酸现在全世界年产水泥总数已超过6亿吨。一种新型水泥------双快水泥（快凝、快硬）问世，它浇注一天后的硬度，相当于普通水泥浇注7∽28天后的硬度。B2下列变化过程一定不含化学变化的是（）A、石灰沙浆固化B、二氧化硅熔化C、结晶碳酸钠风化D、水泥沙浆固化2.1.1

水泥名称混凝土钢筋混凝土水泥砂浆原料用途水泥、砂子、碎石建造桥梁、厂房建造高楼大厦等高大建筑等水泥、砂子、水建筑用粘合剂水泥、砂子、碎石、钢筋2.1.1

水泥01234561949197919851998我国水泥年产量产量/亿吨时间/年0.00660.65421.465.36中国水泥工业明天更美好

我国水泥工业已经历了100多年的历史。旧中国的水泥工业在漫长的20世纪前50年内，步履维艰，发展缓慢，只有在新中国诞生以后，水泥工业才走上了健康发展之路。

建国后50年，水泥工业发生了翻天覆地的变化，尤其是1979年改革开放以来，随着国民经济发展和人民生活水平的不断提高，水泥工业得到迅速发展，产量和质量都有了很大提高。1949~1998年我国水泥产量示意图2.2.1

玻璃原

料纯碱、石灰石和石英（过量）主要设备玻璃熔炉生产过程原料粉碎，玻璃熔炉中强热，成型冷却反应原理复杂的物理、化学变化，主要反应主要成分Na2SiO3、CaSiO3、SiO2（Na2O•CaO•6SiO2）主要性能玻璃态物质，没有固定的熔点，在一定温度范围内逐渐软化。Na2CO3+SiO2==Na2SiO3+CO2↑高温

CaCO3+SiO2==CaSiO3+CO2↑高温[设问]这两个反应是否违反反应规律？复分解反应规律仅适用于溶液，不能套用于高温条件下的反应。玻璃态物质定义特性实例

没有一定的熔点而在某一温度范围内逐渐软化的物质。(介于晶体与非晶体之间)

没有固定的熔点。玻璃玻璃不是晶体也不是纯净物玻璃的重要性质：（1）玻璃在常温下虽呈固态，但不是晶体，称为玻璃态物质；（2）玻璃是混合物，没有固定的熔沸点，受热只能慢慢熔化。2.2.1玻璃思考：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。2.2.2

玻璃的种类（１）普通玻璃：（２）有色玻璃：（３）石英玻璃：（４）光学玻璃：（５）玻璃纤维：（６）钢化玻璃：注意：有机玻璃、水玻璃不是玻璃。因混有铁的化合物显浅绿色几

种

常

见

玻

璃

简

介普通玻璃蓝玻璃红玻璃化学仪器玻璃如试管等光学仪器玻璃如放大镜钢化玻璃光纤玻璃光导纤维：1964年8月华裔科学家高锟首先提出用玻璃纤维代替金属导线，被誉为“纤维光学之父”。比头发丝还细的一对光导纤维上同时传送3万门电话且中继距离长达20——50Km，保密性能好。

在原料里加入某些金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现出特征颜色。

把普通玻璃放在电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，得到钢化玻璃。其机械强度比普通玻璃大4——6倍，不易破碎。2.2.2

玻璃的种类种类石英玻璃光学玻璃化学仪器玻璃玻璃纤维钢化玻璃有色玻璃（红色）

有色玻璃（蓝色）

成分

全为SiO2

含PbO

玻璃制成的无机纤维,与普通玻璃成分相同含Co2O3

含Cu2O

含Na2B4O7·10H2O2.2.2

几种玻璃的成分普通玻璃：在再高温下易软化，常用来制作窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等2.2.2

玻璃的种类有色玻璃：机场出口处的蓝色玻璃隔离墙

红色玻璃产品2.2.2

玻璃的种类种类特性用途石英玻璃膨胀系数小，耐酸碱，强度大，滤光化学仪器，高压水银灯，紫外灯，光导纤维，压电晶体等光学玻璃透光性能好，有折光和色散性眼镜片，照相机，显微镜，望远镜用凸凹透镜等光学仪器玻璃纤维耐腐蚀，不怕烧，不导电，不吸水，隔热，吸声，防蛀虫太空飞行员的衣服，玻璃钢等钢化玻璃耐高温，耐腐蚀，强度大，质轻，抗震裂运动器材，微波通讯器材，汽车，火车窗玻璃等2.2.2

玻璃的种类

钢化玻璃由普通玻璃经高温处理而成。它使普通玻璃的抗弯强度提高了3-5倍，有很好的抗冲击性能。钢化玻璃破碎后呈颗粒状，能够避免人体造成伤害。钢化玻璃是一种十分安全的玻璃制品，广泛应用于建筑、自动扶梯、安全防护、室内隔体、汽车、轮船、火车等方面。钢化玻璃与普通玻璃碎片对比钢化玻璃的用途自动扶梯2.3.1

陶瓷（china）1、主要原料：粘土2、传统生产过程：混和、成型、干燥、烧结、冷却3、反应原理：复杂的物理、化学变化4、主要成分：硅酸盐5、主要特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点。粘土的主要成分是硅酸盐。花岗岩石里的正长石(KAlSi3O8)长时间在二氧化碳和水的作用下，分解而生成粘土等物质。粘土的成分很多，成分也很复杂（主要是高岭石Al2O3·2SiO2·2H2O)，它是土壤里矿物质的主要部分。常见的有高岭土和一般的粘土，前者含杂质较少，后者含杂质较多。高岭土可用来制陶瓷，一般的粘土可用来制砖。2.3.2

我国的陶瓷制陶技术可以说是最古老的技术恩格斯把陶器的出现作为新石器时代的开如的标志陶器：我国是世界是最早生产陶器的国家，陕西出土的秦始皇兵马佣被称为“世界奇观”，它们是在陶胎上进行彩绘而制成的彩绘陶瓷器：制瓷的要求比制陶高，需要纯净的粘土作为原料，烘制温度也相对高，因此瓷器比陶器白净，质地致密陶都：江苏宜兴瓷器是中华文明有象征：

中国-CHINA,瓷器-china瓷都：江西景德镇土器：砖瓦红瓦（自然冷却，Fe2O3含量较多）青瓦(淋水冷却，Fe3O4、FeO较多)陶器：彩陶江苏宜兴的紫砂壶、秦汉兵马俑瓷器：茶具炻器：水缸、砂锅瓷雕收藏珍品注：①彩釉②搪瓷不属于陶瓷2.3.2

主要种类秦始皇兵马佣2.3.2我国的陶瓷彩陶碗彩陶双耳壶红陶绳纹碗镂孔陶器陶宝足鬲陶器2.3.2

我国的陶瓷瓷器景德镇四大名瓷景德镇瓷器造型优美，品种繁多，装饰丰富，风格独特。瓷质“洁如玉、明如镜、薄如纸，声如磐”，景德镇陶瓷艺术是中国文化宝库中的重要财富。青花，玲珑、粉彩、颜色釉，合称景德镇四大传统名瓷，薄胎瓷人称神奇珍品，雕塑瓷为我国传统工艺美术品。薄胎瓷，薄如蝉翼，轻如绸纱，是一种轻巧秀丽，薄如蛋壳的细白瓷。古人吟诵薄胎瓷曰：“只恐风吹去，还愁日炙消”。薄胎瓷的制作要求极高，特别是修坯，最艰难也最要紧，全靠工人师傅纯熟的技巧，经过百余次的反复，将二、三毫米厚的粗坯修到蛋壳那么薄，在关键时刻、少一刀嫌厚，多一刀则坯破功败，稍不留神，一个喘息便会导致前功尽弃。这样的泥坯还须经受摄氏一千三百多度的高温焙烧的考验，不裂碎，不变形，其珍贵和难得就可想而知了。所以人们称薄胎瓷为神奇珍品。薄胎瓷硅酸盐工业的特点：(1)原料：含硅的物质、碳酸盐等。(2)反应条件：高温。(3)反应原理：复杂的物理、化学变化。(4)生成物：硅酸盐。思考题对照三种硅酸盐工业，总结硅酸盐工业的共同特点？三、传统与新型无机非金属材料的比较1．传统的硅酸盐材料有什么优、缺点？

缺点：质脆、经不起热冲击。

2．新型无机非金属材料有哪些特性？

优点：抗腐蚀、耐高温；③具有电学特性。②具有光学特性。①承受高温，强度高。④具有生物功能。

4.1.2

氧化铝陶瓷（人造刚玉）氧化铝陶瓷主要特性和主要用途主要特性主要用途高熔点高硬度可制成透明陶瓷无毒、不溶于水，强度高；对人体有较好的适应性

高级耐火材料刚玉球磨机人造骨、人造牙、人造心瓣膜、人造关节等高压钠灯的灯管透明、耐高温高压钠灯灯管

高压钠灯该灯灯内温度高达1400℃4.1.2氧化铝陶瓷4.1.2

氧化铝陶瓷人造心瓣膜人造骨人造牙人造髋关节高温炉管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，耐磨损；②抗腐蚀，高温时也抗氧化；③抗冷热冲击而不碎裂；④耐高温且不易传热；⑤本身具有润滑性制造轴承、汽轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。用于制造柴油机中发动机部件的受热面等氮化硅陶瓷发动机4.1.3氮化硅陶瓷沙漠车4.1.3氮化硅陶瓷步兵战车用绝热陶瓷发动机可使其不易被红外探测器发现和被红外制导武器所摧毁，提高了生存率陶瓷柴油机航天飞机的机头温度>2760°C，通常采用SiC、Si3N4复合材料航空飞机各部分耐温图

碳化硅SiC,俗称金刚砂。熔点高(2450℃),硬度大(9.2),是重要的工业磨料。如其中掺入某些杂质,会使之出现半导体,作为高温半导体,用于电热元件。作为高温结构陶瓷,日益受到人们的重视。它最适宜的应用领域是高温、耐磨和耐蚀的环境,现已用作火箭喷嘴,热电偶保护管,热交换器和耐磨、耐蚀的零件。碳化硅制成的涡轮叶片

碳化硅SiCa.陶瓷的耐热性好，可以提高发动机的工作温度，从而使发动机效率大大提高，可比目前作为其制造材料的镍基耐热合金的发动机效率提高30%左右。b.工作温度高，可使燃料充分燃烧，排出废气中的污染成分大大减少。这不仅降低了能源消耗，而且减少了环境污染。c.陶瓷的热传导性比金属低，这使发动机的热量不易散发，可节省能源。d.陶瓷具有较高的高温强度和热稳定性，这可延长发动机的使用寿命。陶瓷发动机的优点4.2.1

光导纤维

简称“光纤”，又称“导光纤维”“光学纤维”，就是一种利用光的全反射作用来传导光线的透明度极高的玻璃细丝。如果将许多根经过技术处理的光纤绕在一起，就得到我们常说的光缆。4.2.1

光导纤维主要特性主要用途光导纤维主要特性和主要用途①抗干扰性能好，不发生辐射；②通讯质量好；③质量轻、耐腐蚀用于通讯外，还用于医疗、信息处理、遥测遥控等光导纤维内窥镜*独特光学设计比最好的卤素灯系统还要多输出至少30%光强度；

*105°广角投射可减少扭动照明器次数；

*微小型的照明器，最少干扰手术视野，真正视觉线

——光线同轴照明；

*高度聚焦的点光源提供极其明亮的深部和细节照明。

医疗光导纤维手术头灯光缆光纤光缆

普通电缆信息量大,每根光纤理论上可同时通过10亿路电话8管同轴电缆每条通话1800路原料来源广(石英玻璃),节约有色金属资源较少质量小,每公里27g,不怕腐蚀,铺设方便每公里1.6t成本低,每公里1万元左右每公里20万元性能好,抗电磁干扰保密性强,能防窃听,不发生电辐射光缆较普通电缆有何有哪些优点呢？

钻石、宝石、玉石的成分是什么，它们是同一类物质吗？

钻石就是金刚石，其成分是碳；宝石的主要成分是Al2O3（刚玉），不同颜色的宝石是因为其中含少量不同的氧化物杂质；玉石的主要成分是硅酸盐。所以，钻石、宝石、玉石都是价格昂贵的“石头”，但它们不是同一类物质。？人造金刚石人造金刚石金刚石磨盘人造红宝石红宝石轴承红宝石固体激光器蓝宝石4.3.1新材料发展趋势能源材料新材料高性能、高强度结构材料复合材料金属新材料极限材料原子分子设计材料功能材料特种陶瓷高分子材料稀土材料练习1、普通玻璃是

（混合物、纯净物）。玻璃可在一定温度范围内软化，制成工艺品等。这是因为玻璃不是

，而是一种

物质，没有固定

。2、制水泥和玻璃时都需要用的原料是（）（A）粘土（B）石英（C）石灰石（D）纯碱3、下列说法正确的是（）（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，它在常温下与

NaOH溶液不反应（C）因高温时SiO2与Na2CO3反应放出CO2，所以

H2SiO3酸性比H2CO3强（D）CO2通入水玻璃中可得原硅酸CD混合物晶体玻璃态熔点4·下列物质不属于硅酸盐工业产品的是（）

A·水泥B·玻璃C·陶瓷D·水晶5·不是普通硅酸盐水泥的主要成分是（）

A·3CaO·SiO2B、2CaO·SiO2C·3CaO·Al2O3D、MgO·SiO26·下列叙述中，最能代表水泥性质的是（）

A·水泥跟铁的热膨胀系数相等B·水泥跟水作用