功能各异的无机非金属材料

丰富多彩的生活材料,第二单元功能各异的无机非金属材料,生活中的硅酸盐材料光导纤维和新型陶瓷材料,无机非金属材料种类繁多，功能各异，应用十分广泛，其历史可追溯到远古时代。从我们的祖先用黏土制作陶器，到现代人通过光导纤维通讯联系，人类利用自然界提供的各种资源，研制了许许多多的无机非金属材料。我们日常生活中使用的陶瓷、玻璃器皿，煤气炉具点火装置使用的压电陶瓷，电器设备中的半导体材料，电视显像管中的荧光粉，磁带和磁性陶瓷使用的磁性材料，医疗中使用的人造牙齿等，都属于无机非金属材料。,一、生活中的硅酸盐材料,石器燧石取火,硅酸盐陶瓷、玻璃、水泥,二氧化硅光导纤维,单晶硅集成电路,传统材料,人类文明发展史,新型材料,信息材料,1普通玻璃和水泥是用什么原料，采用什么方法制造的?2日常生活中使用的哪些器具是由硅酸盐材料制成的?3你能列举硅酸盐材料在现代高科技领域的应用吗?,陶器、瓷器,1、主要原料：,2、主要成分：,3、反应原理：,4、传统生产过程：,5、主要特性：,黏土,混和、成型、干燥、烧结、冷却,复杂的物理、化学变化,硅酸盐,抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点。,1、从黏土到陶瓷,一、生活中的硅酸盐材料,制陶过程：,1、混合,2、成型,3、干燥,4、烧结,5、冷却,6、筛选,1、从黏土到陶瓷,红陶罐(新时期时代),灰陶纹豆(崧泽文化),硬陶罐(战国),三彩骆驼(唐),跪射俑(秦),陶瓷分类,彩陶、秦汉兵马俑江苏宜兴的紫砂壶,水缸、砂锅,瓷都景德镇,砖瓦,1、从黏土到陶瓷,一、生活中的硅酸盐材料,2、形形色色的玻璃,Na2SiO3、CaSiO3、SiO2,纯碱、石灰石和石英,玻璃熔炉,原料粉碎，玻璃熔炉中强热，成型冷却,复杂的物理、化学变化，主要反应,玻璃态物质，没有固定的熔点,Fe2+,Cu2O,Co2O3,几种玻璃的特性和用途,普通玻璃石英玻璃光学玻璃玻璃纤维钢化玻璃,SiO2,SiO2,BaO，B2O3,ZnO，Pb2O3,二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁、氧化钠等,几种玻璃的制作及原理,变色玻璃,玻璃雕刻,SiO24HF=SiF42H2O,玻璃上镀银,AgNO3NH3H2O=AgOHNH4NO3,AgOH2NH3H2O=Ag(NH3)2OH2H2O,银氨溶液,19491998年我国水泥产量示意图,6420,产量/亿吨,1949197919851998时间/年,0.0066,0.6542,1.46,3、硅酸盐水泥,3、硅酸盐水泥,粘土,石灰石(适量石膏),水泥回转窑,高温,复杂的物理、化学变化,硅酸三钙：3CaOSiO2硅酸二钙：2CaOSiO2铝酸三钙：3CaOAl2O3,水硬性,建筑、修路,石膏(调节水泥的硬化速度),水泥不宜久放，易受潮结块,几个概念：水泥砂浆混凝土钢筋混凝土,水泥的分类：,水泥、沙子和水的混合物,水泥、沙子、碎石和水的混合物,混凝土和钢筋混合在一起,普通硅酸盐水泥矿渣水泥沸石岩水泥,一般水泥白水泥彩色水泥,3、硅酸盐水泥,水泥的强度等级（42.5、52.5、62.5）等级越高，水泥的性能越好,炼钢厂排出的炉渣主要含有哪些成分?为什么在炼钢厂附近常建有水泥厂?请从资源充分利用的角度谈谈这样布局的好处。,炼钢厂排出的炉渣含有多种化学成分，其中以氧化钙、二氧化硅、硅酸钙为主，氧化钙含量一般都在50以上。这些都可用作水泥的生产原料，生产矿渣硅酸盐水泥，同时还可以利用产生的粉煤灰生产粉煤灰水泥。因此，为了提高原料的利用率，实现绿色工业的目标，创造更多的效益，通常可在炼钢厂周围建水泥厂以便合理利用炼钢炉渣。,二、光导纤维和新型陶瓷材料,1.光导纤维,主要成份：二氧化硅,光导纤维原理示意图,光纤光缆与普通电缆的比较,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。,2、质量小：每公里27g，不怕腐蚀。,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。,用途：光纤通信、传输激光、制造传感器等。,（1）制取：1300SiCl4(g)+O2(g)=SiO2(s)+2Cl2(g),2新型陶瓷,结构陶瓷（工程陶瓷）,功能陶瓷,结构陶瓷制品,生物陶瓷制品,氮化硅陶瓷,A、结构陶瓷（工程陶瓷）,2、新型陶瓷材料,具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷，如纳米陶瓷。,陶瓷发动机,以氮化硅为材料的陶瓷发动机，发动机的工作温度能稳定在1300度左右，由于燃料充分燃烧而又不需要水冷却，使热效率大幅度提高。这种陶瓷发动机能够节约20至30燃料，具有重量轻、无需润滑和冷却等优点！此外，还有氧化铝、碳化硅和二氧化锆等高温结构陶瓷。,高温结构陶瓷,高压钠灯,透明陶瓷,高温结构材料与金属材料的性能比较：,高温结构材料:耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化。,金属材料：易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用,高温结构陶瓷,B、功能陶瓷,性能：具有电、光、磁、化学和生物的功能，且有相互转换功能的陶瓷.如生物陶瓷具有良好的生物兼容性，对肌体无免疫排异反应，无溶血、凝血反应，对人体无害，用途：可用于人体器官和组织的修复和再造。,透明陶瓷和纳米陶瓷一般陶瓷因为内部有杂质和气孔而不透明。用高纯度的原料可获得透明陶瓷。这些透明陶瓷不仅光学性能优异，而且耐高温，熔点一般都在2000以上。透明陶瓷的透明度、强度、硬度都高于普通玻璃。用透明陶瓷制造高压钠灯，发光效率比高压汞灯高一倍，使用寿命可达2万小时。,人们把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级，便得到了纳米陶瓷。纳米陶瓷成功地解决了陶瓷易碎的问题。纳米陶瓷还具有延展性，如室温下合成的Ti02陶瓷可以弯曲，塑性、韧性好。,纳