《无机非金属材料PPT课件（最新编写-修订版）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机非金属材料PPT课件（最新编写-修订版）（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第七章 硅和硅酸盐工业,第三节 无机非金属材料,第三节 无机非金属材料,材料 指为人类社会所需要并能用于制造有用器物的物质。,材 料,传统无机 非金属材料,新型无机 非金属材料,石器燧石取火,硅酸盐水泥、玻璃、陶瓷,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,无机非金属材料的发展,传统无机 非金属材料,水泥 玻璃 陶瓷,无机非金属材料,新型无机 非金属材料,新型陶瓷,光导纤维,概念: 以含硅物质为原料，经加工制得硅酸盐产品的工业称为硅酸盐工业。 常见如水泥、玻璃、陶瓷等工业都属硅酸盐工业。,2. 硅酸盐工业的特点：,(1)原料：,（2）反应条件：,(3)反
2、应原理：,(4)生成物：,硅酸盐工业,含硅的物质、碳酸盐等。,高温,复杂的物理、化学变化,硅酸盐产品,3. 硅酸盐产品分类：,陶瓷。,水泥、,玻璃、,按组成可分为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等 硅酸盐水泥是由粘土和石灰石按比例在旋转窑中于1450以上温度煅烧成熟料，再混入少量石膏，磨粉后制成。,1、水泥（cement）,1、水泥,黏土 石灰石 石膏,水 硬 性,水 泥 回 转 窑,3CaOSiO2 2CaOSiO2 3CaOAl2O3,水泥砂浆 混凝土 钢筋混凝土,石膏作用是调节水泥硬化速度,1.建筑用粘合剂水泥砂浆的 成分是什么？ 2.混凝土又是什么做成的？,水泥 沙子 和水 的 混
3、合物,水泥 沙子 和 碎石混合而成,思考,水 泥,水泥是最常用的建筑材料下图是19491998年我国水泥产量示意图,硅酸盐水泥熟料 、矿物组成及含量,组 分 化 学 式 符号 质量分数 硅酸三钙 3CaO.SiO2 C3S 0.370.60 硅酸二钙 2CaO.SiO2 C2S 0.150.37 铝酸三钙 3CaO.Al2O3 C3A 0.070.15 铁铝酸四钙 4CaO.Al2O3.Fe2O3 C4AF 0.100.18,符号C表示CaO，S表示SiO2 ，A表示Al2O3 ， F表示Fe2O3。,二、玻璃 （glass）,(1)普通玻璃(钠玻璃) 是用石英砂、纯碱和 石灰石共熔而制得的
4、一种无色透明的熔体： Na2CO3+CaCO3+6SiO2=Na2O.CaO.6SiO2+2CO2,(2) 有色玻璃 在玻璃原料中加入某些金属氧化物,可制成有色玻璃。如玻璃中加入CoO 呈蓝色 加入Mn2O3 呈紫色 加入Cr2O3 呈绿色 加入Cu2O 呈红色,（3）钢化玻璃,(4)防弹玻璃 又称为夹层玻璃。当受到外部撞击的时候，夹层可将受到的力发散开来，减少了子弹等武器的冲击力，进而保护了受保护者的安全！,玻璃加工,1、普通玻璃加热到一定温度后急剧冷却， 就可以得到钢化玻璃。,2、氢氟酸(HF)对玻璃具有腐蚀作用，可用于在 玻璃上雕刻各种精美图案，也可用于在玻璃仪 器(量筒、滴定管等)上标
5、注刻度及文字。 SiO2+4HF=SiF4+2H2O,变色玻璃,在玻璃中加入适量的溴化银(AgBr)和氧化铜的微小晶粒，经过适当的热处理，可以制成变色玻璃。当强光照射到玻璃上，溴化银分解为银和溴单质，分解出的银原子聚集成银的微小晶粒，使玻璃呈现暗棕色，能挡住大部分光线。 光线变暗，银和溴在氧化铜的催化作用下，重新生成溴化银。于是玻璃的颜色自动变浅，透光性增强。,几种玻璃的特性及比较,玻璃态物质,玻璃的结构特点玻璃态物质 玻璃是无定形硅酸盐的混合物，属于玻璃态物质。 玻璃态物质没有固定的熔点，可以在某一温度范围内逐渐软化变成液态。在软化状态时，玻璃可吹制或轧成一定形状的制品。,2玻 璃,纯 碱
6、石灰石 石 英,玻 璃 窑,Na2SiO3 CaSiO3 SiO2,水泥：Na2O.CaO.6SiO2,陶瓷在我国历史悠久 唐朝时的”唐三彩“ 宋朝时的”钧瓷“ 中国的英文名China 就是源于陶瓷。 中国的”瓷都“是 江西景德镇 中国的”陶都“是 江苏宜兴,3、陶 瓷（china）,古代重庆一带被称为巴国，由于当时的食盐多产于巴国，因此食盐也叫做盐巴！,3、陶瓷,陶瓷是由黏土在高温下烧制而成，根据 原料和烧制温度的不同主要分为： 土器、陶器、炻器、瓷器。 土器：含杂质比较高的粘土在 适当的温度下而成的，如常见 的砖、瓦。 瓷器：需要纯净的粘土做原料， 温度也更高，瓷器比陶器磁体 白净质地致密
7、。,主要种类：,土器：砖瓦,(自然冷却，Fe2O3含量较多),(淋水冷却，Fe3O4、FeO较多),陶器：,彩陶,江苏宜兴的紫砂壶、秦汉兵马俑,瓷器：,碗盘茶具,收藏珍品,炻器：,水缸、砂锅,景德镇陶瓷,红瓦,青瓦,水泥、玻璃、陶瓷生产比较,新型无机非金属材料,传统无机非金属材料与新型材料的比较,传统的硅酸盐材料优、缺点,优点：抗腐蚀、耐高温； 缺点：质脆、经不起热冲击。,新型无机非金属材料特性,承受高温，强度高。 具有光学特性。 具有电学特性。 具有生物功能。,新型无机非金属材料的特性,1.能承受高温、强度高。 例如：氮化硅陶瓷在1200左右的高温下，仍具有很高的强度，可用来制造汽轮机叶片、
8、轴承、永久性模具等。,2.具有电学特性，一些新型无机非金属材料可以作为半导体、导体、超导体等，一些绝缘性材料常被用于集成电路的基板。,3.具有光学特性。有些新型无机非金属材料能发出各色的光，有的能透过可见光，有的能使红外线、雷达射线穿过。,处于高温下的光导纤维,4. 具有生物特性。有些新型无机非金属材料强度高、无毒、不溶于水，对人体组织有较好的适应性，可直接植入人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上。,人造关节,光 导 纤 维 optical waveguide fibre 简称光纤，是用来传递光线和图象的纤维。 制造光导纤维用的光学材料，必须高度纯净、成分均匀。一般无水
9、石英（SiO2）是常用的光导纤维材料。 光导纤维的用途：近年来，光导纤维用于光通信的技术迅速发展。此外，在农业、国防、医疗、电视、传真、电话、科研等方面都有广泛的用途。,、光 导 纤 维,光纤通信较之普通电缆通信有许多突出的优点。首先，光纤通信有巨大的信息容量，一根头发丝那么细的光导纤维可以通几万路电话或2 000路电视。如果用许多根光导纤维组合成光缆，它的通信容量更大得惊人。而且，光纤通信不受外界电磁场的干扰，工作稳定可靠，保密程度高。光纤通信损耗低，目前无中继传送距离一般为3070 km(而同轴电缆每隔15 km就需设立一个中继站，来补偿电信号在传输中的损耗)，很适合远距离信息传输。目前，
10、人们已建成大西洋海底光缆(全长约7 000 km)。计划中的南太平洋光缆(全长约16 000 km)也正在紧锣密鼓的准备之中。进一步降低光纤损耗，减少中继站数目，甚至不用中继站，是人们的下一步目标。,光学纤维胃镜,、新 型 陶 瓷 材 料,习惯上把陶瓷(ceramics)分为传统陶瓷和特种陶瓷。 传统陶瓷是以粘土、长石、石英等天然矿物为原料经烧结而成的。 特种陶瓷是以人工合成的氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物超细微粒为原料特制而成。又称精细陶瓷、精密陶瓷。,氧化铝陶瓷,二氧化锆,结构陶瓷,几种典型的新型无机非金属材料,高温结构陶瓷,特点：耐高温、耐腐蚀、硬度大、 耐磨损、不怕氧化、密度小
11、等,(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,高纯氧化铝透明陶瓷管,高压钠灯,氮化硅（Si3N4）是由共价键形成的原子晶体。 用途：硬度高、耐磨系数低、有自润滑作用，所以是优良的耐磨材料。热强度和化学稳定性高，热膨胀系数小，是优良的高温结构材料。耐腐蚀，可作高温轴承、 转子、叶片、燃烧室喷嘴等 高温零件以及高温下使用的 模具和夹具。,（2）氮化硅陶瓷,碳化硅（SiC-金刚砂）和氮化硅一样，是稳定的原子晶体。具有高的热传导能力、硬度大、熔点高、比重小，有较高的强度和较好的热稳定性，与各种酸都不起作用，其抗氧化性能在高达1550OC时
12、仍很优良。 用途：制造磨料、模 具、特种耐火材料制品； 用于制造电阻发热元件。,（3）碳化硅陶瓷,功能陶瓷(functional ceramics)材料是以特定的性能或通过各种物理因素（如声、光、电、磁）作用而显示出独特功能的材料。,功能陶瓷,TiO2、 ZrO2 、 LaCrO3 等高温电子陶瓷，用于制造电容器和电子工业中的高温高频器件。如BaTiO3类陶瓷用于制造温度传感材料；CdS、PbTiO3系陶瓷用于制造光敏传感材料；ZnO系陶瓷，SiC 、BaTiO3系陶瓷用于制造压力和振动传感材料等。,功能陶瓷的用途：,生物陶瓷是用于人体器官替换、修补，及外科矫形的陶瓷材料。主要包括羟基磷灰石、
13、氧化铝、生物活性玻璃陶瓷等。,生物陶瓷材料,羟基磷灰石（Ca10(PO4) 6(OH) 2）陶瓷的 用途： 它具有良好的生物活性，能与人骨紧密结合。主要用于不承载的小型种植体（如耳骨），用金属支撑加强的牙科种植体。,生物陶瓷人工听小骨假体由羟基磷灰石(HA)陶瓷制成，表面具有微孔，可使患者听力平均高2030dB，适用于慢性化脓性中耳炎患者作听小骨置换和鼓腊修复手术。自1989年以来已临床应用800多例，通过省级鉴定。,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 2 000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。,纳米氧化锆陶瓷颗粒,金刚石、石墨和C60新材料诞生新科技,金刚石 石墨粉 足球烯(C60),唐三彩,唐三彩女侍俑,唐三彩女坐俑,唐三彩少女俑,唐三彩文吏俑,钧 瓷,景 泰 蓝,
