硅和硅酸盐工业课件.ppt

第七章硅和硅酸盐工业,第三节新型无机非金属材料,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,氮化硅基陶瓷具有密度小、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：,光纤除了可以用于退通讯外，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,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