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第三节 无机非金属材料 学习内容学习内容 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、一、 材料的分类材料的分类 以含硅物质为原料，经加工制得硅酸盐产 品的工业称为硅酸盐工业。如制造水泥、玻璃 、陶瓷等产品的工业都属硅酸盐工业。 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。 二、二、 硅酸盐材料硅酸盐材料 2.1.12.1.1 水泥水泥 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(3CaOSiO2) 硅酸二钙(2CaOSiO2) 铝酸三钙(3CaOAl2O3)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 2.2.12.2.1 玻璃玻璃 原 料纯碱、石灰石和石英 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 （Na2OCa2O6SiO2） 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 2.2.22.2.2 玻璃的种类玻璃的种类 （）普通玻璃： （）有色玻璃： （）石英玻璃： （）光学玻璃： （）玻璃纤维： （）钢化玻璃： 注意：有机玻璃、水玻璃都不是玻璃。 2.2.22.2.2 玻璃的种类玻璃的种类 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 2.2.22.2.2 玻璃的种类玻璃的种类 有色玻璃： 机场出口处的蓝色玻璃隔离墙 红色玻璃产品 2.2.22.2.2 玻璃的种类玻璃的种类 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 2.3.12.3.1 陶瓷（陶瓷（chinachina） 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。 现在，景德镇的陶瓷工艺已经完全电气化了，考 虑到环境保护、降低制作成本和提高成功率等方面因 素，不论是仿古陶瓷、艺术瓷类，还是日用陶瓷的瓷 器都在电脑的控制下用汽窑烧制而成。 2.3.22.3.2 我国的陶瓷我国的陶瓷 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 2.3.22.3.2 我国的陶瓷我国的陶瓷 秦始皇兵马佣 2.3.22.3.2 我国的陶瓷我国的陶瓷 瓷器 三、三、 传统与新型无机非金属材料的比较传统与新型无机非金属材料的比较 1 1传统的硅酸盐材料有什么优、缺点？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 2新型无机非金属材料有哪些特性？新型无机非金属材料有哪些特性？ 优点：抗腐蚀、耐高温； 具有电学特性。 具有光学特性。 承受高温，强度高。 具有生物功能。 4.1.24.1.2 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷 氧化铝氧化铝陶瓷主要特性和主要用途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 4.1.24.1.2 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷 透明、耐高温高压钠灯灯管 4.1.24.1.2 氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷 人造心瓣膜 人造骨 人造牙 人造髋关节 4.1.34.1.3 氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 汽车抛锚 4.1.34.1.3 氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 主要特性 主要用途 氮化硅陶瓷主要特性和主要用途 超硬度，耐磨损； 抗腐蚀，高温时也抗氧化； 抗冷热冲击而不碎裂； 耐高温且不易传热； 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 4.1.34.1.3 氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 氮化硅陶瓷发动机 4.2.14.2.1 光导纤维光导纤维 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。 4.2.14.2.1 光导纤维光导纤维 请大家从录像中思考光导纤维的优点和应用 4.2.14.2.1 光导纤维光导纤维 主要特性 主要用途 光导纤维主要特性和主要用途 抗干扰性能好，不发生辐射； 通讯质量好； 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 4.3.14.3.1 新材料发展趋势新材料发展趋势 能源材料能源材料 新材料新材料 高性能、高强度结构高性能、高强度结构 材料材料 复合材料复合材料金属新材料金属新材料 极限材料极限材料 原子分子设计材料原子分子设计材料 功能材料功能材料 特种陶瓷特种陶瓷高分子材料高分子材料 稀土材料稀土材料 4.3.14.3.1 新材料发展趋势新材料发展趋势 (1) 高分子材料：资源丰富、原料广，轻质、高强，成形工艺简 易。提高工作温度是研制的重要课题。各种塑料、合成橡胶 和合成纤维将有很大发展，成为重要的新材料 (2) 特种陶瓷：高强高温结构陶瓷、电工电子功能陶瓷和复合陶 瓷是新材料中普遍注重的发展方向。 (3)功能材料：这是新材料中发展很快的一个重要方向，如半导 体、激光、红外、超导、电子、磁性、发光、液晶、换能、 传感材料等，品种繁多，前景广阔。 (4)能源材料：太阳能、磁流体发电、氢能等新能源发展，同时促 进了各种高温热、储能、换能材料的发展。 4.3.14.3.1 新材料发展趋势新材料发展趋势 (5)高性能、高强度结构材料。 (6)复合材料：纤维增强型、弥散粒子型、叠层复合型复 合材料以及碳纤维、石墨纤维、硼纤维、金属纤维、晶 须的研制发展，将使被称为“21世纪材料”复合材料更放 光彩。 (7)金属新材料：非晶态金属(金属玻璃)、记忆合金、防 振合金、超导合金和金属氢等。 (8)极限材料：在超高压、超高温、超低温、超高真空等 极端条件下应用和制取的各种材料。如超导、超硬、超 塑性、超弹性、超纯、超晶格膜等材料。 4.3.14.3.1 新材料发展趋势新材料发展趋势 （9）原子分子设计材料：这是在材料科学深入研 究的基础上，对表面、非晶态、结构点阵与缺陷、 固态杂质、非平衡态、相变以及变形、断裂、磨 损等领域研究探索