功能各異的無機非金屬材料課件

第二單元功能各異的無機非金屬材料無機非金屬材料種類繁多，功能各異，應(yīng)用十分廣泛，其歷史可追溯到遠古時代。從我們的祖先用黏土制作陶器，到現(xiàn)代人通過光導(dǎo)纖維通訊聯(lián)系，人類利用自然界提供的各種資源，研制了許許多多的無機非金屬材料。我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫奶沾伞⒉Ａ髅?，煤氣爐具點火裝置使用的壓電陶瓷，電器設(shè)備中的半導(dǎo)體材料，電視顯像管中的熒光粉，磁帶和磁性陶瓷使用的磁性材料，醫(yī)療中使用的人造牙齒等，都屬于無機非金屬材料。1．從黏土到陶瓷科學(xué)家用五個里程碑和三大技術(shù)突破來總結(jié)中國陶瓷的整個發(fā)展過程：1。新石器時代早期陶器的出現(xiàn)；2。新石器時代晚期印紋硬陶和商、周時期原始瓷的燒制成功；3。漢晉時期南方青釉瓷的誕生；4。隋唐時期北方白釉瓷的突破；5。宋代到清代顏色釉瓷、彩繪瓷和雕塑陶瓷的輝煌成就。傳統(tǒng)的陶瓷工藝

陶器和瓷器的坯體都是用黏土制成的，制作瓷器的黏土較純凈。普通陶器較為粗糙，有不同程度的滲透性。如果在坯體上涂上彩釉，燒制后可得到表面光滑、不滲水、色彩絢麗的陶瓷器具。2．形形色色的玻璃采光、隔熱及裝飾都需要使用玻璃。色彩斑斕的玻璃器皿和玻璃工藝品美化了人們的生活。普通玻璃的暗綠色、淺棕色是因為分別含有氧化亞鐵和氧化鐵等雜質(zhì)。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

對普通玻璃進行處理可以改善玻璃的性能。鋼化玻璃機械強度大，抗震，不易破碎，即使破碎也不會形成有棱角的碎片；刻花玻璃上雕刻有各種精美的花紋圖案；鍍膜玻璃可以做鏡子、玻璃幕墻等。你知道它們是經(jīng)過怎樣的工序加工制得的嗎?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?shù)臒崽幚恚梢灾瞥勺兩Ａ?。當強光照射到玻璃上，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變淺，透光性增強。在一個潔凈的小試管中加入2mL2％AgNO3溶液，慢慢滴加2％氨水，邊滴加邊振蕩試管，直到產(chǎn)生的沉淀恰好溶解為止。再向試管中滴加1～2滴10％氫氧化鈉溶液，隨后加入3mL10％葡萄糖溶液，用溫水浴加熱幾分鐘，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。實驗錄像玻璃加工4。玻璃加熱到一定溫度后急劇冷卻，就可以得到鋼化玻璃。5。夾層玻璃夾層玻璃受到撞擊時只會裂開，而不會粉碎。夾層玻璃共有三層，兩層玻璃夾著厚度約為0.76mm的中間層。夾層玻璃中間層的材料通常為性能較好的聚乙烯醇丁醛（PVB）。當玻璃受到撞擊而損壞時，中間的膠片便可粘著外面的玻璃，防止碎片四處飛散。玻璃聚乙烯醇丁醛玻璃幾種玻璃的特性和用途種類特性用途普通玻璃高溫下易軟化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯彩色玻璃氧化鈷（Co2O3)藍色氧化亞銅（Cu2O)紅色二氧化錳（MnO2)紫紅色氟化鈣（CaF2)乳白色鋼化玻璃耐高溫、耐腐蝕、強度大、質(zhì)輕、抗震裂運動器材，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、顯微鏡、望遠鏡等中的凹凸透鏡石英玻璃膨脹系數(shù)小、耐酸堿、強度大、濾光化學(xué)儀器，高壓水銀燈、紫外燈等的燈殼，光導(dǎo)纖維，壓電晶體等有機玻璃高度透明性，機械強度高，重量輕，易于加工檢索咨詢水泥(cement)的硬化過程可以分為兩個階段。第一階段是水泥加水后逐步發(fā)生水化反應(yīng)，從具有可塑性與流動性的水泥漿，變成非流動性的水泥顆粒并喪失可塑性。第二階段是水泥顆粒逐步吸收水，進一步發(fā)生水化反應(yīng)，硬化成機械強度高的固體。水泥的硬化煉鋼廠排出的爐渣主要含有哪些成分?為什么在煉鋼廠附近常建有水泥廠?請從資源充分利用的角度談?wù)勥@樣布局的好處。硅酸鹽水泥的品種日益擴大，白水泥、快干水泥、彩色水泥等已越來越為人們所熟悉。其中，彩色水泥主要用來配制彩色水泥漿，可用于建筑的飾面刷漿以及室外墻面裝飾等，具有特殊的裝飾效果。在建筑工程中，水泥和沙、碎石、水按一定比例混合，以鋼筋作結(jié)構(gòu)，硬化后形成結(jié)構(gòu)堅固的鋼筋混凝土。二、光導(dǎo)纖維和新型陶瓷材料光導(dǎo)纖維和各種新型陶瓷的開發(fā)和應(yīng)用不僅為高科技發(fā)展提供了優(yōu)質(zhì)材料，也提高了人們的生活質(zhì)量。光導(dǎo)纖維在信息工程中的應(yīng)用，使人們可以坐在家中通過信息網(wǎng)絡(luò)獲取信息，聯(lián)絡(luò)親友。新型高強度陶瓷材料的出現(xiàn)，克服了傳統(tǒng)陶瓷的脆性。由光導(dǎo)纖維組成的光纜可以代替通訊電纜，用于光纖通信，傳送高強度的激光。光纖通信的容量比微波通信大103～104倍，而且傳輸速度快。用光纜代替通訊電纜可以節(jié)約大量有色金屬。據(jù)統(tǒng)計，生產(chǎn)lkm長的光纜只需幾克超純石英玻璃，約可節(jié)省銅1.1t。1．光導(dǎo)纖維的制造與應(yīng)用把氧氣和四氯化硅蒸氣的混合氣體通過在高溫爐中旋轉(zhuǎn)和移動的石英管，能反應(yīng)生成二氧化硅。把得到的沉積在管內(nèi)的二氧化硅熔化，形成“玻璃棒”，在1900～2000℃的高溫下再將其熔化、拉制成粗細均勻的光纖細絲。SiCl4(g)＋O2(g)1300℃SiO2＋2Cl2(g)用于鋪設(shè)光纖通訊線路的光導(dǎo)纖維是由若干條柔韌、沒有脆性、有高折射率的光纖細絲(直徑在10μm以下)用聚丙烯或尼龍?zhí)装瞥傻摹９饫w通信較之普通電纜通信有許多突出的優(yōu)點。首先，光纖通信有巨大的信息容量，一根頭發(fā)絲那么細的光導(dǎo)纖維可以通幾萬路電話或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。其次，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。第三，光纖通信損耗低，目前無中繼傳送距離一般為30～70km(而同軸電纜每隔1．5km就需設(shè)立一個中繼站，來補償電信號在傳輸中的損耗)，很適合遠距離信息傳輸。目前，人們已建成大西洋海底光纜(全長約7000km)。計劃中的南太平洋光纜(全長約16000km)也正在緊鑼密鼓的準備之中。進一步降低光纖損耗，減少中繼站數(shù)目，甚至不用中繼站，是人們的下一步目標。陶瓷應(yīng)用的新天地當宇宙飛行器完成航天任務(wù)返回地球時，它面臨著與隕星一樣的處境。研究結(jié)果表明：當宇宙飛行器的飛行速度等于聲速的3倍時，其前端的溫度可達330℃；當飛行速度等于6倍聲速時，可達1480℃。宇宙飛行器邀游太空歸來，到達離地面60～70km的高度時，其速度仍保持在聲速的20多倍，溫度在10000℃以上，這樣的高溫足以把宇宙飛行器化作一團熊熊的烈火。高速帶來了高溫，這似乎是一道不可逾越的障礙。人們把這種障礙稱為“熱障”。怎樣使宇宙飛行器克服“熱障”，安全地返回地面呢?科學(xué)家在分析了“宇宙不速之客”——隕石后發(fā)現(xiàn)，隕石表面雖已熔融，但里面的化學(xué)成分沒有變化。這說明隕石在下落過程中，盡管表面因摩擦生熱產(chǎn)生幾千度高溫而熔融，但由于穿過大氣層的時間很短，熱量還來不及傳到隕石內(nèi)部。這給科學(xué)家以啟發(fā)：讓宇宙飛行器的頭部戴一頂用燒蝕材料做成的頭盔”，把重返大氣層時摩擦產(chǎn)生的熱量消耗在燒蝕材料的熔融、氣化等一系列物理和化學(xué)變化中，“丟卒保車”，達到保護宇宙飛行器的目的。2．新型陶瓷結(jié)構(gòu)陶瓷（工程陶瓷）功能陶瓷具有機械功能、熱功能