高一化学 第一册 第七章 碳族元素 无机非金属材料 第三节无机非金属材料(备课资料)大纲人教版

1、备课材料1 .水泥和混凝土的发现史18世纪中叶，英吉利工业迅速崛起，建筑师斯米尔顿奉命在英吉利海峡修建灯塔。面对汹涌的大海，斯米尔变得难以居住了。 当时没有水泥，所以在水中用石灰砂浆装炼瓦，砂浆一见水就失去了粘着力。 于是他找了新材料代替石灰做了实验。 当时，粘土印纹硬陶是一种成熟的技术，斯米尔吨用石灰石、粘土、沙子和铁元素渣等烧制，粉碎后用水调和，注入水中，发现这种混合物不仅没有用水稀释，而且越来越牢。 就这样，他终于建成了海上第一座灯塔。在斯米尔顿成功的启发下，另一位英吉利建筑师阿普丁在配方上进行了改进，在地面上干不开裂，在水中越来越坚硬的水泥，1824年获得专利。 现在水泥有很多品种，但

2、基本的原料和配方至今仍然继承着。在十九世纪中叶，法国建筑师夸内接受了水库的建设任务。 这种摇镜头宽阔、能承受巨大水压的大坝，仅用水泥和黄砂是行不通的。 夸内专注于这个问题。 一天吃饭的时候，他考虑一边吃鱼一边停水库。 面对去掉鱼肉的鱼刺，他想到了一个突然地不可思议的主意。 模仿动物的骨骼，在水泥上能组装骨骼铁元素筋吗？于是他马上动手，先做模型，里面用铁元素筋连接，用水把水泥、沙子、石头混合，放入模型中。 成功，这款新产品抗高压、抗伸长性能极好，鳄鱼有趣地称之为“混凝土”。混凝土的出现，是建筑史的革命，使现代城市摆脱了砖木石的构造模式。2 .粘土、蓝板砖和红板砖粘土是一些铝硅酸矿物长时间风化而成

3、的，具有极强的粘性而得名。 用水调合粘土制成砖面团儿，在砖窑烧成(约1000)制成砖。我国秦汉时代，炼瓦(包括制陶)的技术已有相当高的水平。 所谓“秦砖汉瓦”是中华民族的骄傲，是各博物馆收藏的珍品。砖的作用虽然有几千年的历史，但由于取材容易、制造方便、技术简单、价格便宜，至今仍作为各种建筑的墙体材料使用。 现在使用较多的是红板砖，呈现橙色或红褐色，另一个是呈现蓝灰色的蓝板砖，这是因为根据烧成工艺的不同，其中的铁元素元素体呈现不同的价格状态。粘土中含有的杂质铁元素(以氧化物或者络离子的形式存在)，如果没有密封在炼瓦窑后期，则空气流通，燃烧为一盏茶，炼瓦在氧化气氛中烧成，粘土中的铁元素被氧化成红色

4、的氧化铁元素(Fe2O3)，制品为红炼瓦。 例如，在板砖窑的密封和云同步烧制后期，从窑顶注入水，水蒸气和灼热的煤(或煤)生成水瓦斯气体(H2和CO )形成室内的还原气氛，板砖面团儿中的铁元素变为氧化第一铁元素，此时板砖为蓝灰色，即蓝砖。 蓝砖质地致密，硬度和强度比红砖优越，但工艺要求红砖更高，制造成本更高。3 .绚丽多姿的玻璃世界我们的祖先从3000多年前开始就能制作玻璃，以距今3000多年的西周开有白洞的玻璃珠为关陈设品。 从古埃及的遗址古墓葬发掘出了距今5500年的玻璃珠。玻璃最初是由沙子和天然碱构成的。 制成人造的的复杂硅酸盐混合物，通常的玻璃可以用Na2OCaO6SiO2表示。 玻璃不

5、是结晶也不是液体，而是过蒸发制冷的液体，或者是被称为玻璃状物质的未结晶的粘性液体。 玻璃没有固定的熔点，在一定的温度范围内逐渐软化，软化时可以将玻璃加工成各种形状。制作玻璃的原料是灰水晶(或长石)、石灰石、纯碱。 在精制过程中加入辅料，如去除玻璃中的气泡，加入“澄清剂”，常用的澄清剂是砷、芒硝。 这些个的物质热裂化产生很多瓦斯气体，这些个的瓦斯气体形成大气泡可以带走玻璃中的小气泡。 制造特殊玻璃需要添加不同的原料。玻璃有很多特殊的性质。 玻璃的化学性质稳定，除氢氟酸和热磷酸外，玻璃大部分耐酸、碱腐蚀。 食品工业和压电石英药工业多将其包装起来。普通玻璃有一旦受到急热或急冷就会破裂的缺点，但也可以

6、利用这种性质切割玻璃。 在生产过程中，玻璃间谍从炉池中被引管机一个接一个地引出，在末端被切断成一段，刚引出的热玻璃间谍只需用沾有水的金属拉动就被急冷而破裂。 因为灰水晶玻璃的膨胀系数小，所以急热和急冷不会破裂。玻璃的硬度仅次于金刚石、碳化硅等砂粒，比一般金属硬。 因为玻璃硬度大，但脆，不耐冲击，出土文物中玻璃制品少。玻璃的透光性很好。 光在玻璃中折射。 因此，制造光学机器和设备的玻璃不是一般的玻璃，而是使用特殊制造的光学玻璃。 制造光学玻璃时，原料中不能含有铁元素之类的杂质。 有时添加氧化镧等稀土类原料。 溶解过程中要不断搅拌，防止气泡的产生。 有些高级光学玻璃用比金更贵重的铂坩埚熔制。 在精

7、炼中，加热到一定的温度，慢慢地降低温度，也进行使玻璃的各部分均匀的退火。制造光学机器的金属铅玻璃、制造化学机器的硼酸盐玻璃、耐冲击的钢化玻璃等，玻璃的种类很多。一般的有色玻璃是在原料中加入金属的氧化物或者金属。 例如，氯化钴使玻璃呈现红色，氧化亚铜使玻璃呈现深红色，二氧化锰使玻璃呈现紫色，微量的铬化合物使玻璃呈现绿色。4 .埋入陶瓷植入性神经混合双打是植入体内，恢复和增强机体机能，是直接与机体接触使用的生物陶瓷。 种植体塞拉混合双打又称生物陶瓷材料，主要有人造牙齿、人工骨、人工心瓣膜、人造血管和其他医用人工仪器管和穿皮接头等。种植体内置混合双打与生物亲和性好，即种植体内置混合双打被侵蚀、分解无

8、毒，要求生物细胞球不发生变异坏死、不发炎、不生长肉牙等；体内具有长期功能且可靠性高，即10年至20年的不降低强度，不引起表面变质，对生物体没有致癌作用，必须在3短时间内容易成形加工，4容易灭菌。5 .纳米蜂窝混合双打材料纳米材料是21世纪最有前途的新材料之一。 是介于分子和宏命令的通常材料之间的介电质材料。 是指金属、金属化合物、无机物或聚合物的纳米级粒子压实或烧结而成的物质。 另一方面，纳米粉是指粒子尺寸为纳米级的超微粒，其长度通常为1 nm100 nm(1 nm为10亿分之一米)。在人造的制造纳米材料的历史可以追溯到1000年前，最初的纳米材料是利用中国古代燃烧蜡烛的烟，以热解炭黑作为墨水

9、的原料，作为着色的染料。传统陶瓷中的晶粒不易滑动，材质脆，烧结温度高，而纳米陶瓷混合双打的晶粒尺寸极小，晶粒容易在其他晶粒上移动。 因此，具有极高的强度、韧性和延展性。 这些个的特性使纳米蜂窝混合双打材料在常温或接下来的高温下进行冷加工成为可能。 如果在下一个高温下对纳米陶瓷颗粒进行加工成形，然后进行表面退火处理，纳米材料将成为表面保持普通陶瓷的硬度和化学性能，内部具有纳米材料延展性的高性能陶瓷混合双打。6 .压电陶瓷混合双打的逆压电效应压电蜂窝混合双打是具有逆压电效应的先进功能陶瓷，什么是逆压电效应？一部分材料因机械力而变形，引起表面带电的现象，其表面电荷密度与应力成正比，称之为正逆压电效应

10、。 相反，如果对一部分材料施加电场，则会产生机械变形，其变形与电场强度成比例，这被称为逆逆压电效应。 施加交变电场时，材料根据交变电场的频率伸缩振动。 施加的电场强度越强，振动幅度越大。 正逆压电效应和反逆压电效应统称为逆压电效应。并不是所有的蜂窝混合双打都有逆压电效应。 作为压电陶瓷混合双打的原材料，是结晶构造上不具有对称中心的结晶，例如氧化金属铅、氧化锆等。 将这些个材料在高温下致密地烧结制成蜂窝混合双打，通过在直流高电压电场下对制作的蜂窝混合双打进行极化处理，形成压电蜂窝混合双打。 常用的压电陶瓷混合双打有钛酸钡、钛酸金属铅、钛酸锆英石酸金属铅和三元系统压电陶瓷混合双打等。压电蜂窝混合双

11、打的应用范围非常广泛，并且与人类的生活密切相关。压电陶瓷混合双打主要用于能量转化、传感、驱动、频率控制等。7 .塞拉混合双打为什么容易破裂？俗话说：“打碎砂锅听到底。 砂锅及其他传统塞拉混合双打产品的脆性大、韧性差、极限拉伸强度低，是传统塞拉混合双打不容置疑的缺点。 那么，塞拉混合双打为什么容易破裂呢？瓷器的脆性大，承受不了外力，又突然热又冷都可以要不得。 比如，用砂锅煮食物的时候，突然点火是要不得。 煎后砂锅用水迅速冷却是要不得。 不那样做的话会破裂。 前者是因为蜂窝混合双打的耐机械冲击性差，后者是因为抗热震性差。 这是两个不同的原因，但有几乎相同的破裂过程，即首先，裂纹从陶瓷内部已存在的微

12、裂纹逐渐发展，全部破裂。 而且对于塞拉混合双打来说，龟裂的发展速度非常快，形成了捻指间。从以上蜂窝混合双打破裂的过程可知，蜂窝混合双打内部存在微裂纹是引起蜂窝混合双打破裂的第一原因。 陶器的东鳞西爪断面上可见许多小孔，颗粒也很大。 这是因为陶器的烧成温度低(一般为8001000)，气孔率高。 瓷器是在12001400的高温下烧制而成的，结构致密，肉眼看不到任何缺陷，但在显微镜下，依然在其表面看到很多微小的伤痕，瓷器的东鳞西爪切口上分布着很多微裂纹、气孔和夹杂物。 在倍率更大的电子显微镜中，还发现了很多空穴、位错、晶界等结晶结构缺陷。 这些个的微裂纹、气孔、夹杂物、晶体缺陷、表面损伤等都可以成为

13、裂纹的产生源。引起蜂窝混合双打破裂的第二个原因是当蜂窝混合双打上形成裂纹时，裂纹迅速发展。 塞拉混合双打就像金属一样，金属可以通过外力产生塑性形变，塑性形变吸收扩张裂缝的能量，起到制止裂缝的作用。 塞拉混合双打是一种脆性材料，一旦形成龟裂，由于塑性形变能力不足，所以出现在材料内部的应力立即集中在龟裂前端，迅速前进，直至龟裂破裂。 在热冲击的情况下，由于蜂窝混合双打的热传导性差、热胀冷缩系数大，所以热应力增加，促进裂纹的迅速发展。8 .克服陶瓷脆性的途径脆病是陶瓷的“不治之症”，但绝不是“不治之症”。目前，克服陶瓷脆性的方法如下(1)陶瓷的表面改性。 即改善蜂窝混合双打的表面形态。 例如，对于能

14、够通过化学或机械研磨技术除去表面缺陷的氧化硅元素、碳化硅元素等非氧化物陶瓷，通过控制表面氧化技术来消除表面缺陷，通过能够使裂纹前端变钝的热处理来除去内部应力，或者在表面形成能够防止裂纹扩展的压缩应力这些个的表面改性技术可以达到表面强化和强化的目的。(2)抑制陶瓷材料中的裂纹扩展。 就像氧化钴蜂窝混合双打一样，在不同的温度范围内，氧化钴可呈现不同的晶体结构。 氧化钴利用组织转变时的体积膨胀来吸收能量，缓和裂缝前端的应力集中，裂缝再次闭合，不再前进，实现陶瓷韧性的提高。(3)使纤维均匀分布在陶瓷基体中，提高陶瓷的强度和韧性。 由于选择的纤维都具有高强度，所以在作业时可以承担大部分的施加负荷，减轻陶

15、瓷的负担，难以产生裂纹施加负荷增加，如果陶瓷中的裂纹前端扩展到纤维和陶瓷基体的接合面，则应力集中现象得到缓和， 裂纹尖端能够钝化的负荷进一步增加，将纤维从陶瓷基体拔出时，需要克服摩擦力进行工作，消耗能量，因此韧性提高，脆性得到很大克服。9 .多种光纤光纤内窥镜：束状光纤可以传递、分解、合成、修正图像。 医疗用内窥镜不会引起患者的痛苦和不适感，可以直接插入人体的某个部位进行检查。 在工业生产中，用内窥镜检查由于各种原因不能打开的系统的内部构造，使生产能够照常进行。军用导光纤维：导光纤维技术在军事方面应用的发展速度很快，范围很广，令人振奋，它已经在军舰和飞机上应用，延伸到军事各个领域，包括长距离导

16、光纤维传输系统、战术导光纤维通讯网络系统、雷达防御系统、空战指挥和控制系统、导弹和鱼雷导航系统等光纤家居装饰艺术：光纤家居装饰由不同的光纤按照设计构成不同的形状。 例如是光纤广告显视器、光纤盆栽、光纤舞台装置及光纤工艺品等。 具有这些个亮度适中，颜色柔和，花纹细腻，形状多变，集光、电、声为一体等特点。导光纤维采光：采用导光纤维传输光能的方式将来自天空的散射光和太阳光摄入室内，是一种有前途的采光照明方式，也可辅助太阳能电池片在夜间照明。10 .高温电绝缘涂层除铜、铝等金属制成的导线外，还有绝缘涂料、塑料、橡胶等绝缘护套。 但是，绝缘涂料、塑料、橡胶都怕高温，一般超过200时会集成化，失去绝缘性能

17、。 很多电线需要在高温下工作，所以怎么破的吧？是的，请帮助高温的电绝缘涂层。 这种涂层实际上是一种陶瓷涂层，除了可以在高温下保持电绝缘性能外，还可以与金属合十礼紧密结合制作“天衣无缝”。 就算你把合十礼卷八圈，那些也不会分离。 这个涂层非常致密，要涂上。高温电绝缘涂层根据其化学成分可以分为很多种类。 黑金属铅导体表面的氮化硼、氧化铝、氟化铜涂层等在400之前具有良好的电绝缘性能。 金属导线上的搪瓷为700，磷酸盐类无机粘合剂为1000，等离子喷镀氧化铝涂层为1300，维持着良好的电绝缘性能。高温电绝缘涂层广泛应用于电力、电机、电器、电子、航空、核电源、空间技术等方面。11 .纳米材料“脾气不对

18、”纳米金属粒子容易燃烧的数毫微米的金属铜粒子和金属铝粒子，一接触空气就会引起激烈的燃烧，爆炸。 因此，能够使纳米金属粒子的粉体成为强烈性炸药，制作火箭的固体燃料能够产生更大的推力。 以纳米金属粒子粉体为催化剂，可以加快化学反应速率，大幅度提高化工合成的生产率。纳米金属摇滾乐体的耐压拉伸金属纳米粉粉体为布摇滾乐状金属材料，强度比一般金属高十倍，可拉伸数十倍。 用来造飞机、汽车、轮船的话，重量会减少到原来的十分之一。纳米蜂窝混合双打刚软和经济用纳米蜂窝混合双打粒子粉末组成的纳米蜂窝混合双打具有塑性，给蜂窝混合双打业带来了革命。 纳米蜂窝混合双打应用于发动机，汽车跑得更快，飞机飞得更高。纳米氧化物材料的五色六色纳米氧化物粒子可以在光照射下或电