無(wú)機(jī)非金屬材料課件

2021/4/812021/4/812021/4/822021/4/822021/4/832021/4/832021/4/842021/4/842021/4/852021/4/85第七章硅和硅酸鹽工業(yè)第三節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料

第三節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料2021/4/86第七章硅和硅酸鹽工業(yè)第三節(jié)無(wú)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)。2021/4/87材料2021/4/87材料傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料新型無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料金屬材料高分子材料2021/4/88材傳統(tǒng)無(wú)機(jī)新型無(wú)機(jī)無(wú)機(jī)金屬材料高分子材料2021/4/88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(wú)機(jī)非金屬材料的發(fā)展2021/4/89石器——燧石取火硅酸鹽——水泥、玻璃、陶瓷二氧化硅——光導(dǎo)纖傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料水泥玻 璃陶 瓷無(wú)機(jī)非金屬材料新型無(wú)機(jī)非金屬材料新型陶瓷光導(dǎo)纖維2021/4/810傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料水泥無(wú)機(jī)非金屬材料新型無(wú)機(jī)非金屬材料新概念:

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(jiàn)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、2021/4/811概念:2.硅酸鹽工業(yè)的特點(diǎn)：(1)原料：（2）反應(yīng)條件：(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）2021/4/812按組成可分為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥等1、水1、水泥主要原料主要設(shè)備主要成分性質(zhì)應(yīng)用黏土石灰石石膏水硬性水泥回轉(zhuǎn)窯3CaO·SiO22CaO·SiO2

3CaO·Al2O3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2021/4/8131、水泥主要主要主要性質(zhì)應(yīng)黏土水水3CaO·SiO2水泥砂漿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？水泥沙子和水的混合物水泥沙子和碎石混合而成思考2021/4/8141.建筑用粘合劑——水泥砂漿的成分是什么？水泥沙子水泥

水泥是最常用的建筑材料下圖是1949——1998年我國(guó)水泥產(chǎn)量示意圖2021/4/815水泥水泥是最常用的建筑材料下圖是1949——硅酸鹽水泥熟料、礦物組成及含量

組分化學(xué)式符號(hào)質(zhì)量分?jǐn)?shù)硅酸三鈣3CaO.SiO2C3S0.37～0.60硅酸二鈣2CaO.SiO2C2S0.15～0.37鋁酸三鈣3CaO.Al2O3C3A

0.07～0.15鐵鋁酸四鈣4CaO.Al2O3.Fe2O3C4AF0.10～0.18符號(hào)C表示CaO，S表示SiO2

，A表示Al2O3

，

F表示Fe2O3。2021/4/816硅酸鹽水泥熟料、礦物組成及含量組分二、玻璃（glass）2021/4/817二、玻璃2021/4/817(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一種無(wú)色透明的熔體：

Na2CO3+CaCO3+6SiO2=Na2O.CaO.6SiO2+2CO22021/4/818(1)普通玻璃(鈉玻璃)2021/4/818(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2021/4/819(2)有色玻璃（3）鋼化玻璃2021/4/819玻璃聚乙烯醇丁醛玻璃(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(lái)，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！2021/4/820玻璃聚乙烯醇丁醛玻璃(4)防彈玻璃2021/4/820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(duì)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)注刻度及文字。

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O2021/4/821玻璃加工1、普通玻璃加熱到一定溫度后急劇冷卻，2、氫氟酸(H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(guò)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)。2021/4/822變色玻璃在玻璃中加入適量的溴化銀(AgBr)和氧化銅種類特性用途普通玻璃高溫下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯鋼化玻璃耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度大、質(zhì)輕、抗震裂運(yùn)動(dòng)器材，微波通訊器材，汽車、火車的窗玻璃等玻璃纖維耐腐蝕、不怕燒、不導(dǎo)電、不吸水、隔熱、吸聲、防蟲蛀太空飛行員的衣服、玻璃鋼等光學(xué)玻璃透光性能好，有折光性和色散性眼鏡片，照相機(jī)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等中的凹凸透鏡石英玻璃膨脹系數(shù)小、耐酸堿、強(qiáng)度大、濾光化學(xué)儀器，高壓水銀燈、紫外燈等的燈殼，光導(dǎo)纖維，壓電晶體等幾種玻璃的特性及比較2021/4/823種類特性用途普通玻璃高溫下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯鋼化玻玻璃態(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(wú)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(méi)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。2021/4/824玻璃態(tài)物質(zhì)玻璃的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——玻璃態(tài)物質(zhì)2021/4/8242．玻璃主要原料主要設(shè)備主要成分玻璃窯中發(fā)生的主要反應(yīng)純堿石灰石石英

玻璃窯

Na2SiO3CaSiO3SiO2

Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2高溫CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2高溫水泥：Na2O.CaO.6SiO22021/4/8252．玻璃主要主要設(shè)備主要玻璃窯中發(fā)生純堿玻Na2SiO3＊陶瓷在我國(guó)歷史悠久＊唐朝時(shí)的”唐三彩“＊宋朝時(shí)的”鈞瓷“＊中國(guó)的英文名China就是源于陶瓷。＊中國(guó)的”瓷都“是江西景德鎮(zhèn)＊中國(guó)的”陶都“是

江蘇宜興3、陶瓷（china）2021/4/826＊陶瓷在我國(guó)歷史悠久3、陶瓷（china）2021/4

古代重慶一帶被稱為巴國(guó)，由于當(dāng)時(shí)的食鹽多產(chǎn)于巴國(guó)，因此食鹽也叫做鹽巴！2021/4/827古代重慶一帶被稱為巴國(guó)，由于當(dāng)時(shí)的食鹽多產(chǎn)于巴國(guó)，因此食3、陶瓷主原料要生產(chǎn)過(guò)程反應(yīng)條件種類性能黏土混合成型干燥燒結(jié)冷卻高溫土器陶器炻器瓷器抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型2021/4/8283、陶瓷主原料要生產(chǎn)過(guò)程反應(yīng)條件種類性能黏土混合高溫土器抗氧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?jiàn)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。2021/4/829陶瓷是由黏土在高溫下燒制而成，根據(jù)2021/4/829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2021/4/830主要種類：土器：磚瓦(自然冷卻，F(xiàn)e2O3含量較多)(淋水冷水泥玻璃陶瓷主要原料石灰石.粘土石英.純堿石灰石粘土主要設(shè)備回轉(zhuǎn)爐玻璃熔爐陶瓷窯反應(yīng)條件高溫高溫高溫反應(yīng)原理復(fù)雜的物理、化學(xué)變化Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2復(fù)雜的物理化學(xué)變化主要成分3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3

Na2SiO3

CaSiO3SiO2成分復(fù)雜特性水硬性玻璃態(tài)物質(zhì)抗氧化.酸堿.腐蝕耐高溫.絕緣水泥、玻璃、陶瓷生產(chǎn)比較2021/4/831水泥玻璃陶瓷主要原料石灰石.粘土石英.純堿粘土主要設(shè)備回新型無(wú)機(jī)非金屬材料2021/4/832新型無(wú)機(jī)非金屬材料2021/4/832傳統(tǒng)無(wú)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(wú)機(jī)非金屬材料特性①承受高溫，強(qiáng)度高。

②具有光學(xué)特性。③具有電學(xué)特性。

④具有生物功能。

2021/4/833傳統(tǒng)無(wú)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)新型無(wú)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(lái)制造汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等。2021/4/834新型無(wú)機(jī)非金屬材料的特性1.能承受高溫、強(qiáng)度高。2021/42.具有電學(xué)特性，一些新型無(wú)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。2021/4/8352.具有電學(xué)特性，一些新型無(wú)機(jī)非金屬材料可以作為半導(dǎo)體、導(dǎo)體3.具有光學(xué)特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料能發(fā)出各色的光，有的能透過(guò)可見(jiàn)光，有的能使紅外線、雷達(dá)射線穿過(guò)。處于高溫下的光導(dǎo)纖維2021/4/8363.具有光學(xué)特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料能發(fā)出各色的光，有的4.具有生物特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料強(qiáng)度高、無(wú)毒、不溶于水，對(duì)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)2021/4/8374.具有生物特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料強(qiáng)度高、無(wú)毒、不溶光導(dǎo)纖維

opticalwaveguidefibre簡(jiǎn)稱光纖，是用來(lái)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(wú)水石英（SiO2）是常用的光導(dǎo)纖維材料。光導(dǎo)纖維的用途：近年來(lái)，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(guó)防、醫(yī)療、電視、傳真、電話、科研等方面都有廣泛的用途。１、光導(dǎo)纖維2021/4/838光導(dǎo)纖維opticalwaveguidefi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(wàn)路電話或2000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(chǎng)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(wú)中繼傳送距離一般為30～70km(而同軸電纜每隔1．5km就需設(shè)立一個(gè)中繼站，來(lái)補(bǔ)償電信號(hào)在傳輸中的損耗)，很適合遠(yuǎn)距離信息傳輸。目前，人們已建成大西洋海底光纜(全長(zhǎng)約7000km)。計(jì)劃中的南太平洋光纜(全長(zhǎng)約16000km)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)。2021/4/839光纖通信較之普通電纜通信有許多突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，光纖光學(xué)纖維胃鏡2021/4/840光學(xué)纖維胃鏡2021/4/8402021/4/8412021/4/841光纖光纜

普通電纜

信息量大，每根光纜上理論上可同時(shí)通過(guò)10億路電話

8管同軸電纜每條通話1800路

原料來(lái)源廣（石英玻璃），節(jié)約有色金屬

資源較少

質(zhì)量小，每km27g，不怕腐蝕，鋪設(shè)方便

每km1.6t成本低，每km10000元左右

普通光纜每km200000元左右

性能好，抗電磁干擾保密性強(qiáng)

，能防竊聽(tīng)，不發(fā)生電輻射

2021/4/842光纖光纜普通電纜信息量大，每根光纜上理論上可同時(shí)通過(guò)10２、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(zhǎng)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。2021/4/843２、新型陶瓷材料習(xí)慣上把陶瓷(ceramics氧化鋁陶瓷二氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷2021/4/844氧化鋁陶瓷二氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷2021/4/844幾種典型的新型無(wú)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2021/4/845幾種典型的新型無(wú)機(jī)非金屬材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷特點(diǎn)：耐高溫、耐腐蝕高純氧化鋁透明陶瓷管2021/4/846高純氧化鋁透明陶瓷管2021/4/846高壓鈉燈2021/4/847高壓鈉燈2021/4/847

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(rùn)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2021/4/848氮化硅（Si3N4）是由共價(jià)鍵形成的原子晶

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)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2021/4/849碳化硅（SiC--金剛砂）和氮化硅一樣，是穩(wěn)

功能陶瓷(functionalceramics)材料是以特定的性能或通過(guò)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2021/4/850功能陶瓷(functionalcerami

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：2021/4/851TiO2、ZrO2、LaCrO3等

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、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。2021/4/852生物陶瓷是用于人體器官替換、修補(bǔ)，及外科矯形的

生物陶瓷人工聽(tīng) 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(tīng)力平均高20~30dB，適用于慢性化膿性中耳炎患者作聽(tīng)小骨置換和鼓臘修復(fù)手術(shù)。自1989年以來(lái)已臨床應(yīng)用800多例，通過(guò)省級(jí)鑒定。2021/4/853 生物陶瓷人工聽(tīng) 小骨假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2000℃以上。透明陶瓷的透明度、強(qiáng)度、硬度都高于普通玻璃。用透明陶瓷制造高壓鈉燈，發(fā)光效率比高壓汞燈高一倍，使用壽命可達(dá)2萬(wàn)小時(shí)。人們把陶瓷粉體的顆粒加工到納米級(jí)，便得到了納米陶瓷。納米陶瓷成功地解決了陶瓷易碎的問(wèn)題。納米陶瓷還具有延展性，如室溫下合成的Ti02陶瓷可以彎曲，塑性、韌性好。納米氧化鋯陶瓷顆粒2021/4/854透明陶瓷和納米陶瓷人們把陶瓷粉體的顆粒加工到納米級(jí)，金剛石、石墨和C60

—新材料誕生新科技金剛石石墨粉足球烯(C60)2021/4/855金剛石、石墨和C60

—新材料誕生新科技金剛石2021/4/8562021/4/8562021/4/8572021/4/8572021/4/8582021/4/858唐三彩2021/4/859唐三彩2021/4/859唐三彩女侍俑唐三彩女坐俑2021/4/860唐三彩女侍俑唐三彩女坐俑2021/4/860唐三彩少女俑唐三彩文吏俑2021/4/861唐三彩少女俑唐三彩文吏俑2021/4/861鈞瓷2021/4/862鈞瓷2021/4/8622021/4/8632021/4/863景泰藍(lán)2021/4/864景泰藍(lán)2021/4/8642021/4/8652021/4/8652021/4/8662021/4/8662021/4/8672021/4/8672021/4/8682021/4/8682021/4/8692021/4/8692021/4/8702021/4/8702021/4/8712021/4/8712021/4/8722021/4/8722021/4/8732021/4/8732021/4/8742021/4/874感謝您的閱讀收藏，謝謝！

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2021/4/8752021/4/8762021/4/812021/4/8772021/4/822021/4/8782021/4/832021/4/8792021/4/842021/4/8802021/4/85第七章硅和硅酸鹽工業(yè)第三節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料

第三節(jié)無(wú)機(jī)非金屬材料2021/4/881第七章硅和硅酸鹽工業(yè)第三節(jié)無(wú)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)。2021/4/882材料2021/4/87材料傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料新型無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料金屬材料高分子材料2021/4/883材傳統(tǒng)無(wú)機(jī)新型無(wú)機(jī)無(wú)機(jī)金屬材料高分子材料2021/4/88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(wú)機(jī)非金屬材料的發(fā)展2021/4/884石器——燧石取火硅酸鹽——水泥、玻璃、陶瓷二氧化硅——光導(dǎo)纖傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料水泥玻 璃陶 瓷無(wú)機(jī)非金屬材料新型無(wú)機(jī)非金屬材料新型陶瓷光導(dǎo)纖維2021/4/885傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料水泥無(wú)機(jī)非金屬材料新型無(wú)機(jī)非金屬材料新概念:

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(jiàn)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、2021/4/886概念:2.硅酸鹽工業(yè)的特點(diǎn)：(1)原料：（2）反應(yīng)條件：(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）2021/4/887按組成可分為硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥等1、水1、水泥主要原料主要設(shè)備主要成分性質(zhì)應(yīng)用黏土石灰石石膏水硬性水泥回轉(zhuǎn)窯3CaO·SiO22CaO·SiO2

3CaO·Al2O3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2021/4/8881、水泥主要主要主要性質(zhì)應(yīng)黏土水水3CaO·SiO2水泥砂漿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？水泥沙子和水的混合物水泥沙子和碎石混合而成思考2021/4/8891.建筑用粘合劑——水泥砂漿的成分是什么？水泥沙子水泥

水泥是最常用的建筑材料下圖是1949——1998年我國(guó)水泥產(chǎn)量示意圖2021/4/890水泥水泥是最常用的建筑材料下圖是1949——硅酸鹽水泥熟料、礦物組成及含量

組分化學(xué)式符號(hào)質(zhì)量分?jǐn)?shù)硅酸三鈣3CaO.SiO2C3S0.37～0.60硅酸二鈣2CaO.SiO2C2S0.15～0.37鋁酸三鈣3CaO.Al2O3C3A

0.07～0.15鐵鋁酸四鈣4CaO.Al2O3.Fe2O3C4AF0.10～0.18符號(hào)C表示CaO，S表示SiO2

，A表示Al2O3

，

F表示Fe2O3。2021/4/891硅酸鹽水泥熟料、礦物組成及含量組分二、玻璃（glass）2021/4/892二、玻璃2021/4/817(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一種無(wú)色透明的熔體：

Na2CO3+CaCO3+6SiO2=Na2O.CaO.6SiO2+2CO22021/4/893(1)普通玻璃(鈉玻璃)2021/4/818(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2021/4/894(2)有色玻璃（3）鋼化玻璃2021/4/819玻璃聚乙烯醇丁醛玻璃(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(lái)，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！2021/4/895玻璃聚乙烯醇丁醛玻璃(4)防彈玻璃2021/4/820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(duì)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)注刻度及文字。

SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O2021/4/896玻璃加工1、普通玻璃加熱到一定溫度后急劇冷卻，2、氫氟酸(H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(guò)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)。2021/4/897變色玻璃在玻璃中加入適量的溴化銀(AgBr)和氧化銅種類特性用途普通玻璃高溫下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯鋼化玻璃耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度大、質(zhì)輕、抗震裂運(yùn)動(dòng)器材，微波通訊器材，汽車、火車的窗玻璃等玻璃纖維耐腐蝕、不怕燒、不導(dǎo)電、不吸水、隔熱、吸聲、防蟲蛀太空飛行員的衣服、玻璃鋼等光學(xué)玻璃透光性能好，有折光性和色散性眼鏡片，照相機(jī)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等中的凹凸透鏡石英玻璃膨脹系數(shù)小、耐酸堿、強(qiáng)度大、濾光化學(xué)儀器，高壓水銀燈、紫外燈等的燈殼，光導(dǎo)纖維，壓電晶體等幾種玻璃的特性及比較2021/4/898種類特性用途普通玻璃高溫下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯鋼化玻玻璃態(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(wú)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(méi)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。2021/4/899玻璃態(tài)物質(zhì)玻璃的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——玻璃態(tài)物質(zhì)2021/4/8242．玻璃主要原料主要設(shè)備主要成分玻璃窯中發(fā)生的主要反應(yīng)純堿石灰石石英

玻璃窯

Na2SiO3CaSiO3SiO2

Na2CO3+SiO2

Na2SiO3+CO2高溫CaCO3+SiO2

CaSiO3+CO2高溫水泥：Na2O.CaO.6SiO22021/4/81002．玻璃主要主要設(shè)備主要玻璃窯中發(fā)生純堿玻Na2SiO3＊陶瓷在我國(guó)歷史悠久＊唐朝時(shí)的”唐三彩“＊宋朝時(shí)的”鈞瓷“＊中國(guó)的英文名China就是源于陶瓷。＊中國(guó)的”瓷都“是江西景德鎮(zhèn)＊中國(guó)的”陶都“是

江蘇宜興3、陶瓷（china）2021/4/8101＊陶瓷在我國(guó)歷史悠久3、陶瓷（china）2021/4

古代重慶一帶被稱為巴國(guó)，由于當(dāng)時(shí)的食鹽多產(chǎn)于巴國(guó)，因此食鹽也叫做鹽巴！2021/4/8102古代重慶一帶被稱為巴國(guó)，由于當(dāng)時(shí)的食鹽多產(chǎn)于巴國(guó)，因此食3、陶瓷主原料要生產(chǎn)過(guò)程反應(yīng)條件種類性能黏土混合成型干燥燒結(jié)冷卻高溫土器陶器炻器瓷器抗氧化、抗酸堿腐蝕、耐高溫、絕緣、易成型2021/4/81033、陶瓷主原料要生產(chǎn)過(guò)程反應(yīng)條件種類性能黏土混合高溫土器抗氧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?jiàn)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。2021/4/8104陶瓷是由黏土在高溫下燒制而成，根據(jù)2021/4/829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2021/4/8105主要種類：土器：磚瓦(自然冷卻，F(xiàn)e2O3含量較多)(淋水冷水泥玻璃陶瓷主要原料石灰石.粘土石英.純堿石灰石粘土主要設(shè)備回轉(zhuǎn)爐玻璃熔爐陶瓷窯反應(yīng)條件高溫高溫高溫反應(yīng)原理復(fù)雜的物理、化學(xué)變化Na2CO3+SiO2===Na2SiO3+CO2CaCO3+SiO2===CaSiO3+CO2復(fù)雜的物理化學(xué)變化主要成分3CaO·SiO22CaO·SiO23CaO·Al2O3

Na2SiO3

CaSiO3SiO2成分復(fù)雜特性水硬性玻璃態(tài)物質(zhì)抗氧化.酸堿.腐蝕耐高溫.絕緣水泥、玻璃、陶瓷生產(chǎn)比較2021/4/8106水泥玻璃陶瓷主要原料石灰石.粘土石英.純堿粘土主要設(shè)備回新型無(wú)機(jī)非金屬材料2021/4/8107新型無(wú)機(jī)非金屬材料2021/4/832傳統(tǒng)無(wú)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(wú)機(jī)非金屬材料特性①承受高溫，強(qiáng)度高。

②具有光學(xué)特性。③具有電學(xué)特性。

④具有生物功能。

2021/4/8108傳統(tǒng)無(wú)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)新型無(wú)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(lái)制造汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等。2021/4/8109新型無(wú)機(jī)非金屬材料的特性1.能承受高溫、強(qiáng)度高。2021/42.具有電學(xué)特性，一些新型無(wú)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。2021/4/81102.具有電學(xué)特性，一些新型無(wú)機(jī)非金屬材料可以作為半導(dǎo)體、導(dǎo)體3.具有光學(xué)特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料能發(fā)出各色的光，有的能透過(guò)可見(jiàn)光，有的能使紅外線、雷達(dá)射線穿過(guò)。處于高溫下的光導(dǎo)纖維2021/4/81113.具有光學(xué)特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料能發(fā)出各色的光，有的4.具有生物特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料強(qiáng)度高、無(wú)毒、不溶于水，對(duì)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)2021/4/81124.具有生物特性。有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料強(qiáng)度高、無(wú)毒、不溶光導(dǎo)纖維

opticalwaveguidefibre簡(jiǎn)稱光纖，是用來(lái)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(wú)水石英（SiO2）是常用的光導(dǎo)纖維材料。光導(dǎo)纖維的用途：近年來(lái)，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(guó)防、醫(yī)療、電視、傳真、電話、科研等方面都有廣泛的用途。１、光導(dǎo)纖維2021/4/8113光導(dǎo)纖維opticalwaveguidefi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(wàn)路電話或2000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(chǎng)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(wú)中繼傳送距離一般為30～70km(而同軸電纜每隔1．5km就需設(shè)立一個(gè)中繼站，來(lái)補(bǔ)償電信號(hào)在傳輸中的損耗)，很適合遠(yuǎn)距離信息傳輸。目前，人們已建成大西洋海底光纜(全長(zhǎng)約7000km)。計(jì)劃中的南太平洋光纜(全長(zhǎng)約16000km)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)。2021/4/8114光纖通信較之普通電纜通信有許多突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，光纖光學(xué)纖維胃鏡2021/4/8115光學(xué)纖維胃鏡2021/4/8402021/4/81162021/4/841光纖光纜

普通電纜

信息量大，每根光纜上理論上可同時(shí)通過(guò)10億路電話

8管同軸電纜每條通話1800路

原料來(lái)源廣（石英玻璃），節(jié)約有色金屬

資源較少

質(zhì)量小，每km27g，不怕腐蝕，鋪設(shè)方便

每km1.6t成本低，每km10000元左右

普通光纜每km200000元左右

性能好，抗電磁干擾保密性強(qiáng)

，能防竊聽(tīng)，不發(fā)生電輻射

2021/4/8117光纖光纜普通電纜信息量大，每根光纜上理論上可同時(shí)通過(guò)10２、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(zhǎng)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。2021/4/8118２、新型陶瓷材料習(xí)慣上把陶瓷(ceramics氧化鋁陶瓷二氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷2021/4/8119氧化鋁陶瓷二氧化鋯結(jié)構(gòu)陶瓷2021/4/844幾種典型的新型無(wú)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2021/4/8120幾種典型的新型無(wú)機(jī)非金屬材料高溫結(jié)構(gòu)陶瓷特點(diǎn)：耐高溫、耐腐蝕高純氧化鋁透明陶瓷管2021/4/8121高純氧化鋁透明陶瓷管2021/4/846高壓鈉燈2021/4/8122高壓鈉燈2021/4/847

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(rùn)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2021/4/8123氮化硅（Si3N4）是由共價(jià)鍵形成的原子晶

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)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2021/4/8124碳化硅（SiC--金剛砂）和氮化硅一樣，是穩(wěn)