湖南省长沙市望城区第一中学高中化学《硅和硅酸盐工业1》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