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1、第二单元第二单元 功能各异的无机非金属材料功能各异的无机非金属材料石器石器燧石取火燧石取火硅酸盐硅酸盐水泥、玻璃、陶瓷水泥、玻璃、陶瓷二氧化硅二氧化硅光导纤维光导纤维单晶硅单晶硅集成电路集成电路传传统统材材料料人人类类文文明明发发展展史史新新型型材材料料信信息息材材料料1 1从黏土到陶瓷从黏土到陶瓷 我国早在一万年前便我国早在一万年前便发发明明了制陶技了制陶技术术，是世界上最先，是世界上最先烧烧制和使用陶器的国家之一。陶制和使用陶器的国家之一。陶瓷的瓷的发发明是人明是人类类科技科技发发展史上展史上一个重要里程碑，是人一个重要里程碑，是人类类第一第一次学会用黏土等天然物次学会用黏土等天然物为为主
2、要主要原料原料经过经过复复杂杂的物理化学的物理化学变变化化制造出的一种重要的人造材料。制造出的一种重要的人造材料。瓷器是中瓷器是中华华文明的象征。在文明的象征。在许许多拉丁多拉丁语语系国家中，系国家中，“瓷器瓷器”和和“中国中国”都用都用“CHINACHINA”表示表示 传统的陶瓷工艺传统的陶瓷工艺 陶器和瓷器的坯体都是用黏土制成陶器和瓷器的坯体都是用黏土制成的，黏土主要成分硅酸盐。的，黏土主要成分硅酸盐。 黏土去除杂质后，加水混匀，制成黏土去除杂质后，加水混匀，制成所需形状的坯件，在经过高温烧制。所需形状的坯件，在经过高温烧制。2 2形形色色的玻璃形形色色的玻璃 采光、隔热及装饰都需要使用玻
3、璃。色彩斑采光、隔热及装饰都需要使用玻璃。色彩斑斓的玻璃器皿和玻璃工艺品美化了人们的生活。斓的玻璃器皿和玻璃工艺品美化了人们的生活。主要主要原料原料主要主要设备设备主要主要成分成分玻璃熔炉中发生玻璃熔炉中发生的主要反应的主要反应纯纯 碱碱石灰石石灰石石石 英英 玻玻璃璃熔熔炉炉 Na2SiO3CaSiO3 SiO2 玻玻璃璃为为什什么么可可以以被被人人工工吹吹制制成成形形状状不不同同的的制制品品？资料卡资料卡玻璃的结构特点玻璃的结构特点玻璃态物质玻璃态物质 玻璃是无定形硅酸盐的混合物，属于玻璃玻璃是无定形硅酸盐的混合物，属于玻璃态物质。态物质。 玻璃态物质的粒子不像晶体那样有严格的玻璃态物质的
4、粒子不像晶体那样有严格的空间排列，但也不完全是无规则的排列。人们空间排列，但也不完全是无规则的排列。人们把这种结构特征称为把这种结构特征称为“短程有序、远程无序短程有序、远程无序”，就是说从小范围看它有一定的晶型排列，从，就是说从小范围看它有一定的晶型排列，从整体上看却无晶型的排列规律。整体上看却无晶型的排列规律。 玻璃态物质没有固定的熔点，可以在某一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，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。玻璃可吹制或轧成一定形状的制品。钢化玻璃钢化玻璃机械强度大，抗震，不易破碎，即机械强度大，抗震
5、，不易破碎，即使破碎也不会形成有棱角的碎片；使破碎也不会形成有棱角的碎片；刻花玻璃刻花玻璃上雕刻有各种精美的花纹图案；上雕刻有各种精美的花纹图案；镀膜玻璃镀膜玻璃可以做镜子、玻璃幕墙等。可以做镜子、玻璃幕墙等。你知道它们是经过怎样的工序加工制得的吗你知道它们是经过怎样的工序加工制得的吗? ?钢化玻璃：钢化玻璃：玻璃加热到一定温度后急剧冷却玻璃加热到一定温度后急剧冷却刻花玻璃：刻花玻璃：氢氟酸氢氟酸(HF)对玻璃具有腐蚀作用，可对玻璃具有腐蚀作用，可用于在玻璃上雕刻各种精美图案，也可用于在玻用于在玻璃上雕刻各种精美图案，也可用于在玻璃仪器璃仪器(量筒、滴定管等量筒、滴定管等)上标注刻度及文字。上
6、标注刻度及文字。氢氟酸与玻璃发生的反应可以表示为：氢氟酸与玻璃发生的反应可以表示为：镀膜玻璃：镀膜玻璃：在玻璃表面镀金属膜。镀膜玻璃外形在玻璃表面镀金属膜。镀膜玻璃外形美观，还可以阻挡红外线及紫外线的穿透。在玻美观，还可以阻挡红外线及紫外线的穿透。在玻璃上镀银、真空镀铝是制造镀膜玻璃常用的方法。璃上镀银、真空镀铝是制造镀膜玻璃常用的方法。SiO2+4HF=SiF4+2H2O 在一个洁净的小试管中加入在一个洁净的小试管中加入2mL22mL2AgNOAgNO3 3溶液，慢慢滴加溶液，慢慢滴加2 2氨水，边滴加边振荡试管，氨水，边滴加边振荡试管，直到产生的沉淀恰好溶解为止。再向试管中直到产生的沉淀恰
7、好溶解为止。再向试管中滴加滴加1 12 2滴滴1010氢氧化钠溶液，随后加入氢氧化钠溶液，随后加入3 3 mL10mL10葡萄糖溶液，用温水浴加热几分钟，葡萄糖溶液，用温水浴加热几分钟，观察发生的现象。观察发生的现象。 在玻璃中加入适量的溴化银在玻璃中加入适量的溴化银( (AgBrAgBr) )和氧化铜和氧化铜的微小晶粒，经过适当的热处理，可以制成变色的微小晶粒，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，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。
8、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，透光新生成溴化银。于是玻璃的颜色自动变浅，透光性增强。性增强。夹层玻璃夹层玻璃 夹层玻璃受到撞击时只会裂开，而不会粉碎。夹层夹层玻璃受到撞击时只会裂开，而不会粉碎。夹层玻璃共有三层，两层玻璃夹着厚度约为玻璃共有三层，两层玻璃夹着厚度约为0.76mm0.76mm的中间层。的中间层。夹层玻璃中间层的材料通常为性能较好的聚乙烯醇丁醛夹层玻璃中间层的材料通常为性能较好的聚乙烯醇丁醛（PVBPVB）。当玻璃受到撞击而损坏时，中间的胶片便可粘）。当玻璃
9、受到撞击而损坏时，中间的胶片便可粘着外面的玻璃，防止碎片四处飞散。着外面的玻璃，防止碎片四处飞散。玻璃玻璃聚乙烯醇聚乙烯醇丁醛丁醛玻璃玻璃几种玻璃的特性和用途几种玻璃的特性和用途种类种类特性特性用途用途普通玻璃普通玻璃高温下易软化高温下易软化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯彩色玻璃彩色玻璃氧化钴（氧化钴（Co2O3) 蓝色蓝色氧化亚铜（氧化亚铜（Cu2O) 红色红色二氧化锰（二氧化锰（MnO2)紫红色紫红色氟化钙（氟化钙（CaF2)乳白色乳白色钢化玻璃钢化玻璃耐高温、耐腐蚀、强度大、质耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂轻、抗震裂运动器材，微波通讯器材，汽车、运动器材，微波通讯器材
10、，汽车、火车的窗玻璃等火车的窗玻璃等玻璃纤维玻璃纤维耐腐蚀、不怕烧、不导电、不耐腐蚀、不怕烧、不导电、不吸水、隔热、吸声、防虫蛀吸水、隔热、吸声、防虫蛀太空飞行员的衣服、玻璃钢等太空飞行员的衣服、玻璃钢等光学玻璃光学玻璃透光性能好，有折光性和色散透光性能好，有折光性和色散性性眼镜片，照相机、显微镜、望远镜眼镜片，照相机、显微镜、望远镜等中的凹凸透镜等中的凹凸透镜石英玻璃石英玻璃膨胀系数小、耐酸碱、强度大、膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光滤光化学仪器，高压水银灯、紫外灯等化学仪器，高压水银灯、紫外灯等的灯壳，光导纤维，压电晶体等的灯壳，光导纤维，压电晶体等有机玻璃有机玻璃高度透明性，机械强度高高
11、度透明性，机械强度高 ，重，重量轻量轻 ，易于加工，易于加工 主要主要原料原料主要主要设备设备主要主要成分成分性性质质应应用用黏土黏土石灰石石灰石石膏石膏水水硬硬性性水水泥泥回回转转窑窑3CaO3CaOSiOSiO2 22CaO2CaOSiOSiO2 2 3CaO3CaOAlAl2 2O O3 3水泥沙浆水泥沙浆混凝土混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土 3 3硅酸盐水泥硅酸盐水泥 水泥是最常用的水泥是最常用的建筑材料右图是建筑材料右图是19491998年我国年我国水泥产量示意图水泥产量示意图钢筋混凝土钢筋混凝土: :水泥和沙、碎石、水按一定比例混合，以钢筋水泥和沙、碎石、水按一定比例混合，以钢筋作结构
12、，硬化后形成结构坚固的作结构，硬化后形成结构坚固的检索咨询检索咨询 水泥水泥(cement)(cement)的硬化过程可以分为两个的硬化过程可以分为两个阶段。第一阶段是水泥加水后逐步发生水化阶段。第一阶段是水泥加水后逐步发生水化反应，从具有可塑性与流动性的水泥浆，变反应，从具有可塑性与流动性的水泥浆，变成非流动性的水泥颗粒并丧失可塑性。第二成非流动性的水泥颗粒并丧失可塑性。第二阶段是水泥颗粒逐步吸收水，进一步发生水阶段是水泥颗粒逐步吸收水，进一步发生水化反应，硬化成机械强度高的固体。化反应，硬化成机械强度高的固体。水泥的硬化水泥的硬化装有水泥砂浆的专用运输车装有水泥砂浆的专用运输车不断旋转就是
13、为了防止静置不断旋转就是为了防止静置凝固凝固水泥不宜久存水泥不宜久存生活向导生活向导 保存不当或存放时间太长会导致水泥受潮结保存不当或存放时间太长会导致水泥受潮结块，影响水泥的强度。受潮后的水泥表面结块，块，影响水泥的强度。受潮后的水泥表面结块，从而丧失凝聚力，导致强度下降。轻微结块的水从而丧失凝聚力，导致强度下降。轻微结块的水泥，强度降低泥，强度降低1020。即使在良好的储存条。即使在良好的储存条件下，水泥也不宜储存过久因为水泥会吸收空件下，水泥也不宜储存过久因为水泥会吸收空气中的水分和二氧化碳，发生质变。据统计，储气中的水分和二氧化碳，发生质变。据统计，储存三个月后，水泥的强度降低存三个月
14、后，水泥的强度降低1020，六个，六个月后降低月后降低1530，一年后降低，一年后降低2540。购买水泥时要了解水泥的生产日期。购买水泥时要了解水泥的生产日期。42.542.5、52.5、62.5 炼钢厂排出的炉渣主要含有哪些成分炼钢厂排出的炉渣主要含有哪些成分? ?为什为什么在炼钢厂附近常建有水泥厂么在炼钢厂附近常建有水泥厂? ?请从资源充分利请从资源充分利用的角度谈谈这样布局的好处。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，氧化钙含量一般氧化钙、二氧化硅、硅酸钙为主，氧化钙含量一般都在都在50
15、50以上。这些都可用作水泥的生产原料，生以上。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，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。炼钢厂周围建水泥厂以便合理利用炼钢炉渣。 由光导纤维组成的光缆可以代替通讯电缆，用于光纤由光导纤维组成的光缆可以代替通讯电缆，用于光纤通信，传送高强度的激光。光纤通信的容量比微波通信大通信，传送高强度的激光。光纤通信的容
16、量比微波通信大10103 310104 4倍，而且传输速度快。用光缆代替通讯电缆可以倍，而且传输速度快。用光缆代替通讯电缆可以节约大量有色金属。据统计，生产节约大量有色金属。据统计，生产l kml km长的光缆只需几克长的光缆只需几克超纯石英玻璃，约可节省铜超纯石英玻璃，约可节省铜1.1t 1.1t 。1 1光导纤维的制造与应用光导纤维的制造与应用 把氧气和四氯化硅蒸气的混合气体通过在高把氧气和四氯化硅蒸气的混合气体通过在高温炉中旋转和移动的石英管，能反应生成二氧化温炉中旋转和移动的石英管，能反应生成二氧化硅。硅。 把得到的沉积在管内的二氧化硅熔化，形成把得到的沉积在管内的二氧化硅熔化，形成“
17、玻璃棒玻璃棒”，在，在1900190020002000的高温下再将其熔的高温下再将其熔化、拉制成粗细均匀的光纤细丝。化、拉制成粗细均匀的光纤细丝。SiClSiCl4 4(g)(g)O O2 2(g) (g) 13001300 SiO SiO2 22Cl2Cl2 2(g)(g) 用于铺设光纤通讯线路的光导纤维是由若干用于铺设光纤通讯线路的光导纤维是由若干条柔韧、没有脆性、有高折射率的光纤细丝条柔韧、没有脆性、有高折射率的光纤细丝( (直径直径在在1010m m以下以下) )用聚丙烯或尼龙套包裹制成的。用聚丙烯或尼龙套包裹制成的。 光纤通信光纤通信较之普通电缆通信有许多突出的优点。较之普通电缆通信
18、有许多突出的优点。首先，光纤通信有巨大的信息容量，首先，光纤通信有巨大的信息容量，一根头发丝那一根头发丝那么细的光导纤维可以通几万路电话么细的光导纤维可以通几万路电话或或20002000路电视。路电视。如果用许多根光导纤维组合成光缆，它的通信容量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。其次，光纤通信不受外界电磁场的干更大得惊人。其次，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。第三，光纤通信扰，工作稳定可靠，保密程度高。第三，光纤通信损耗低，目前无中继传送距离一般为损耗低，目前无中继传送距离一般为303070 km(70 km(而而同轴电缆每隔同轴电缆每隔1 15
19、km5 km就需设立一个中继站，来补就需设立一个中继站，来补偿电信号在传输中的损耗偿电信号在传输中的损耗) )，很适合远距离信息传，很适合远距离信息传输。目前，人们已建成大西洋海底光缆输。目前，人们已建成大西洋海底光缆( (全长约全长约7 7 000 km)000 km)。计划中的南太平洋光缆。计划中的南太平洋光缆( (全长约全长约16 000 16 000 km)km)也正在紧锣密鼓的准备之中。进一步降低光纤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的下一步目标。2 2新型陶瓷新型陶瓷结构陶瓷结
20、构陶瓷（工程陶瓷）（工程陶瓷）功能陶瓷功能陶瓷具有机械功能、热功能和部分化具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷，如纳米陶瓷。学功能的陶瓷，如纳米陶瓷。具有电、光、磁、化学和生物特具有电、光、磁、化学和生物特性，且有相互转换功能的陶瓷属性，且有相互转换功能的陶瓷属于功能陶瓷，如生物陶瓷等。于功能陶瓷，如生物陶瓷等。 结构陶瓷制品结构陶瓷制品生物陶瓷制品生物陶瓷制品透明陶瓷和纳米陶瓷透明陶瓷和纳米陶瓷 一般陶瓷因为内部有杂质和气孔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明陶瓷。这些透明陶瓷不仅光学性能优异，而且
21、耐高温，熔点一般都在优异，而且耐高温，熔点一般都在2 0002 000以上。透明陶瓷的透明度、强以上。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，使用寿命可达灯高一倍，使用寿命可达2 2万小时。万小时。 人们把陶瓷粉体的颗粒加工到纳米级，便得到了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。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，如室温下合成的纳米陶瓷还具有延展性，如室温下合成的Ti0Ti02 2陶瓷可以弯曲，塑性、韧性好。陶瓷可以弯曲，塑性、韧性好。纳纳米米氧氧化化锆锆陶陶瓷瓷颗颗粒粒
