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第七章硅和硅酸盐工业,第三节新型无机非金属材料,传统无机非金属材料的成分是什么?它有什么特点?,传统无机非金属材料具有抗腐蚀、耐高温的优点，但也有质脆、经不起热冲击的弱点。,传统无机非金属材料与现在所用的许多金属材料相比，有许多独特的优势，这使得很多行业的科学家都对它情有独钟，然而，它的弱点的存在，又使它的应用范围受到了一定的限制。为此，科学家们进行深入的研究和探索，并进行了反复的实验，随之而来的便是多种多样具有特殊性能的新型无机非金属材料的问世，那么，新型无机非金属与传统的无机非金属材料相比有哪些特性呢?,一、什么是无机非金属材料？,1、材料,2、材料的几种分类,3、生活中无机非金属材料,4、新型无机非金属材料的特征,二、几种典型的新型无机非金属材料,1、结构材料高温结构陶瓷,2、功能材料光导纤维（光纤）,展望,金刚石,材料是人类赖以生存和发展的物质基础，一直是人类进步的一个重要里程碑。例如，历史上的石器时代、青铜器时代、铁器时代都是以材料作为时代主要标志的。一种新型材料的研制成功，可以引起人类文化和生活的新的变化。石器、陶瓷、铁、铜、玻璃、水泥、有机高分子（如塑料等）、单晶材料等的发明，为人类进步提供重要的物质基础。没有半导体材料，便不可能有目前的计算机技术；没有耐高温、高强度的特殊结构材料，便没有今天的宇航工业；没有低损耗的光导纤维，也就没有现代的光通讯；没有有机高分子材料，人们的生活也不可能像今天这样丰富多彩。,(1)按化学组成和特性分,无机非金属材料,传统无机非金属材料,新型无机非金属材料,金属材料,高分子材料：塑料、合成橡胶、合成纤维,(2)按用途分,结构材料：,利用材料的力学和理、化性质，广泛应用于机械制造、工程建设、交通运输等各个工业部门,功能材料：,利用材料的热、光、电、磁等性能用于电子、激光、通讯、能源和生物工程等许多高新技术领域。,3、生活中的无机非金属材料,玻璃、水泥、陶瓷,金刚石钻头,手表上的“19钻”(人造红宝石轴承的数目),玻璃刀,石英钟表,煤气炉中的电子打火,彩电（荧光材料）,海底电缆（光导纤维）,电脑的CPU（单晶硅）,隐形飞机（特殊光学材料）,(压电陶瓷),4、新型无机非金属材料的特征,（1）耐高温、强度高,（2）具有电学性质,（3）具有光学性质,（4）具有生物功能,1、结构材料高温结构陶瓷,(1)氧化铝陶瓷,性能,用途,熔点高,坩埚、高温炉管,硬度大,刚玉球磨机,透明、耐高温,高压钠灯灯管,备注：钠蒸气放电发光问题早在1950年就得以解决，由于没有一种能抵御高温钠蒸气（1400）强烈腐蚀的特殊材料，所以，直到1965年才制取第一支高压钠灯。,高温结构材料与金属材料的性能比较,耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化。,易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用,高纯氧化铝透明陶瓷管,氧化铝陶瓷制品,(2)氮化硅陶瓷,氮化硅陶瓷具有密度小、高强、高硬、高韧性、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、自润滑、隔热、电绝缘等一系列优良性能。,(3)氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷、,(4)人造宝石(请看下页),制造发动机部位的受热面，提高柴油机的质量，节省燃料（不用水冷却，减少热散失）。,Si3N4基陶瓷球轴承,氧化锆陶瓷,碳化硅陶瓷,沙漠车,氮化硅陶瓷部件,人造宝石,红宝石和蓝宝石的主要成分都是Al2O3（刚玉）。红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物；而蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合物。1900年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少量氧化铬的方法，制出了质量为2g-4g的红宝石。现在，已经能制造出大到10g的红宝石和蓝宝石。,红宝石和蓝宝石及人造宝石,(3)光导纤维的用途：,光纤除了可以用于通讯外，还用于医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等许多方面。,(2)光纤光缆与普通电缆比较(见下页),(1)是高质量传导光的玻璃纤维，信息高速公路的“基石,1870年，英国科学家丁达尔做了一个有趣的实验：让一股水流从玻璃容器的侧壁细口自由流出，以一束细光束沿水平方向从开口处的正对面射入水中。丁达尔发现，细光束不是穿出这股水流射向空气，而是顺从地沿着水流弯弯曲曲地传播。这是光的全反射造成的结果。,2、功能材料光导纤维（光纤）,光导原理,光学纤维胃镜,现代通信用光缆,用光导纤维做手术，不用开刀,光纤通信有哪些优点呢？,1、信息量大，每根光纤理论上可同时通过10亿路电话。也可同时传送多套电视节目。,2、质量小：每公里27g，不怕腐蚀。铺设方便。,4、成本低：每公里1万元左右。,3、性能好，抗电磁干扰、保密性强。,医学应用：内窥镜,玩具、装饰品,金刚石是目前已知的最硬的材料，可以用来切削和刻划其他物质，被用于钻探、磨削等行业。但是，由于天然金刚石非常少，远远不能满足生产和科研的需要。科学家们通过对石墨和金刚石同素异形体结构的研究，指出了在一定条件下使石墨转化为金刚石的可能性。1955年，美国首先用石墨合成出金刚石，这是材料合成领域的一项重大成就。目前，世界上用石墨合成金刚石的研究发展很快，我国在这方面的研究也在飞速发展，许多城市都建有人造金刚石的工厂和研究所，以满足生产发展的需要。,金刚石,金刚石钻头,金刚石锯片,展望21世纪，材料科学的前景是美好的：1.光电转换材料，分解水的催化材料和储氢材料等能源材料将实现高效化；2.集多种功能于一身的复合材料可使我们的生活质量得到进一步改善（如“白色污染”将被消除）；3.高温超导材料进入实用阶段；4.智能材料和机敏材料将得到广泛应用；5、纳米材料将在治疗癌症、存储信息等领域大显神通社会需要材料,材料离不开化学。,Si3N4基陶瓷球轴承,高纯氧化铝透明陶瓷管,现代通信用光缆,光学纤维胃镜,用光导纤维做手术，不用开刀,人造金刚石锯片,金刚石钻头,金刚石,氧化铝陶瓷制品,F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破敌火力网，压制敌方防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地、重要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力。,氧化锆陶瓷,碳金刚石：首饰、切割工具。石墨：铅笔芯、润滑剂、电极。化合物：甲烷、酒精、醋酸、汽油、碳素纤维硅硅单质：微电子技术：微型计算机、微处理机。太阳能电池：性能稳定、效率高、体积小、重量轻（美国太空实验室装有4块太阳能电池帆板，功率12KW。）二氧化硅：光导纤维之父高锟（华裔），1964年8月提出用玻璃纤维代替金属导线。硅酸盐：各种陶瓷，坚硬:刀具、轴承。耐热：制汽车轮机、发动机的涡轮。化学性质稳定：制人工牙齿、骨骼。有机硅化物；硅油，极好的流动性和粘度受温度变化影响小，是高温或高寒环境的良好的润滑剂。其无毒、无味，糕点模子抹一次硅油可连续使用1000次。弹性硅胶：重建关节、耳朵、鼻子、乳房。,用途小结,新型无机非金属材料,新型无机非金属材料,讨论：,1、传统无机非金属材料有哪些优点、缺点？,2、针对这些优、缺点，你认为新型无机非金属材料具有哪些特点？,新型无机非金属材料,1、能承受高温、强度大,2、具有电学特性,3、具有光学特性,4、具有生物功能,新型无机非金属材料,一、高温结构陶瓷,耐高温、耐氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小,高温结构陶瓷的特点：,讨论：,采用高温结构陶瓷制造发动机有哪些优点呢？,No.1普通柴油发动机带有水箱.No.2能量守恒。,提示：,玩具、装饰品,新型无机非金属材料,三、纳米材料,纳米材料指直径在1100纳米的材料。,小鸭：能自我清洁的纳米洗衣机2000-09-09扬子晚报,请大家通过互联网查阅有关新型无机非金属材料的更多的资料，与大家共享。,查询：,搜索引擎：D,提示：,关键字：陶瓷发动机、陶瓷装甲、人造金刚石、人造红宝石、激光、光导纤维、光纤通讯、纳米、纳米冰箱、纳米材料、,“超越时空”：,谈谈你对未来材料发展的看法或你对材料的设想。（充分发挥想象力）,“我”的看法：,No.1高效光电转换材料,No.2高容储氢材料,No.3