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1、 无机非金属材料种类繁多，功能各异，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。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金属材料。我们日常生活中使用的陶瓷陶瓷、玻玻璃器皿璃器皿，煤气炉具点火装置使用的，煤气炉具点火装置使用的压电陶瓷压电陶瓷，电器设备中的电器设备中的半导体材料半导体材料，电视显像管中的，电视显像管中的荧光
2、粉荧光粉，磁带和磁性陶瓷使用的，磁带和磁性陶瓷使用的磁性材料磁性材料，医疗中使用的医疗中使用的人造牙齿人造牙齿等，都属于无机非金等，都属于无机非金属材料。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 科学家用五个里程碑和三大技术科学家用五个里程碑和三大技术突破来总结中国陶瓷的整个发展过程：突破来总结中国陶瓷的整个发展过程：1。新石器时代早期陶器的出现；。新石器时代早期陶器的出现；2。新石器时代晚期印
3、纹硬陶和商、周。新石器时代晚期印纹硬陶和商、周时期原始瓷的烧制成功；时期原始瓷的烧制成功；3。汉晋时期南方青釉瓷的诞生；。汉晋时期南方青釉瓷的诞生；4。隋唐时期北方白釉瓷的突破；。隋唐时期北方白釉瓷的突破；5。宋代到清代颜色釉瓷、彩绘瓷和雕。宋代到清代颜色釉瓷、彩绘瓷和雕塑陶瓷的辉煌成就。塑陶瓷的辉煌成就。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，制作瓷器的黏土较纯净。普通陶器的，制作瓷器的黏土较纯净。普通陶器较为粗糙，有不同程度的渗透性。如果较为粗糙，有不同程度的渗透性。如果在坯体上涂上彩釉，烧制后可得到表面在坯体上涂上彩釉，烧制后可得到表
4、面光滑、不渗水、色彩绚丽的陶瓷器具。光滑、不渗水、色彩绚丽的陶瓷器具。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。 普通玻璃的暗绿色、浅棕色是因为分别含有普通玻璃的暗绿色、浅棕色是因为分别含有氧化亚铁和氧化铁等杂质。氧化亚铁和氧化铁等杂质。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窑中发生玻璃窑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 资料卡资料卡玻璃的结构特点
5、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。 玻璃态物质玻璃态物质没有固定的熔点没有固定的熔点，可以在某一，可以在某一温度范围内逐渐软化变成液态。在软化状
6、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。 对普通玻璃进行处理可以改善玻璃对普通玻璃进行处理可以改善玻璃的性能。钢化玻璃机械强度大，抗震，的性能。钢化玻璃机械强度大，抗震，不易破碎，即使破碎也不会形成有棱角不易破碎，即使破碎也不会形成有棱角的碎片；刻花玻璃上雕刻有各种精美的的碎片；刻花玻璃上雕刻有各种精美的花纹图案；镀膜玻璃可以做镜子、玻璃花纹图案；镀膜玻璃可以做镜子、玻璃幕墙等。你知道它们是经过怎样的工序幕墙等。你知道它们是经过怎样的工序加工制得的吗加工制得的吗? ? 在玻璃中加入适量的溴化银在玻璃中加入适量的溴化银( (
7、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。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。1。玻璃加热到一定温度后急剧冷却，。玻璃加热到一定温度后
8、急剧冷却， 就可以得到钢化玻璃。就可以得到钢化玻璃。2。氢氟酸。氢氟酸(HF)对玻璃具有腐蚀作用，可用于在对玻璃具有腐蚀作用，可用于在玻璃上雕刻各种精美图案，也可用于在玻璃仪玻璃上雕刻各种精美图案，也可用于在玻璃仪 器器(量筒、滴定管等量筒、滴定管等)上标注刻度及文字。氢氟酸上标注刻度及文字。氢氟酸与玻璃发生的反应可以表示为：与玻璃发生的反应可以表示为： SiO2+4HF=SiF4+2H2O3。在玻璃表面镀金属膜可以制得镀膜玻璃。镀膜。在玻璃表面镀金属膜可以制得镀膜玻璃。镀膜玻璃外形美观，还可以阻挡红外线及紫外线的穿玻璃外形美观，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
9、玻璃常透。在玻璃上镀银、真空镀铝是制造镀膜玻璃常用的方法。用的方法。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粘土粘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
10、。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 光导纤维和各种新型陶瓷的开发和应用不仅为高科技光导纤维和各种新型陶瓷的开发和应用不仅为高科技发展提供了优质材料，也提高了人们的生活质量。光导纤发展提供了优质材料，也提高了人们的生活质量。光导纤维在信息工程中的应用，
11、使人们可以坐在家中通过信息网维在信息工程中的应用，使人们可以坐在家中通过信息网络获取信息，联络亲友。新型高强度陶瓷材料的出现，克络获取信息，联络亲友。新型高强度陶瓷材料的出现，克服了传统陶瓷的脆性。服了传统陶瓷的脆性。 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
12、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“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) (
13、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或么细的光导纤维可以通几万路电话或2 0002 000路电视。路电
14、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 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
15、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。医生的好助手医生的好助手目前，在医学领域上，普遍使用一种连接着许多光纤的目前，在医学领域上，普遍使用一种连接着许多光纤的胃镜胃镜。这些光。这些光纤并成一束，束中各条光纤的相对位置保持不变。把胃镜插入病人胃里，胃纤并成一束，束中各条
16、光纤的相对位置保持不变。把胃镜插入病人胃里，胃镜接收到的光线沿着这些光纤传到体外。每条光纤中的光仅反映胃中一小点镜接收到的光线沿着这些光纤传到体外。每条光纤中的光仅反映胃中一小点的情况，整束光纤中的光就拼合成胃里某一部分的图像。光纤胃镜的光源是的情况，整束光纤中的光就拼合成胃里某一部分的图像。光纤胃镜的光源是在体外由光纤传进去的，它不产生热辐射，能减轻病人的痛苦。在光导纤维在体外由光纤传进去的，它不产生热辐射，能减轻病人的痛苦。在光导纤维的一头装上精致小巧的微型镜头，将胃内的情况传到体外拍摄下来或显示在的一头装上精致小巧的微型镜头，将胃内的情况传到体外拍摄下来或显示在屏幕上。还可以在胃镜光纤中
17、留出空的通道，以插入切取生理切片的镊子。屏幕上。还可以在胃镜光纤中留出空的通道，以插入切取生理切片的镊子。因为光纤又细又软，故可将医生用来观察人体内部病变情况的内窥镜因为光纤又细又软，故可将医生用来观察人体内部病变情况的内窥镜做得小巧玲珑。胃镜是内窥镜中比较粗的一种，但也只有做得小巧玲珑。胃镜是内窥镜中比较粗的一种，但也只有15 mm15 mm左右，其他如左右，其他如食道镜、膀胱镜还要细小得多。可见：光导纤维的应用，使医用内窥镜从构食道镜、膀胱镜还要细小得多。可见：光导纤维的应用，使医用内窥镜从构造到功能都发生了重要的变化。造到功能都发生了重要的变化。近年来，一种近年来，一种激光光纤药头内窥镜
18、碎石系统激光光纤药头内窥镜碎石系统已研制成功。这种系统利已研制成功。这种系统利用胃镜把带有药头的光纤导管送入胃中，然后沿光纤通入激光。激光可以像用胃镜把带有药头的光纤导管送入胃中，然后沿光纤通入激光。激光可以像引爆雷管一样，使药头炸裂并产生冲击波，击碎胃石，再用胃镜把碎石取出。引爆雷管一样，使药头炸裂并产生冲击波，击碎胃石，再用胃镜把碎石取出。利用该系统已成功地击碎大小为利用该系统已成功地击碎大小为8 cm10 cm6 cm8 cm10 cm6 cm的胃石并取出碎石。这种的胃石并取出碎石。这种系统还可以用来治疗膀胱结石、输尿管结石和胆结石等疾病。系统还可以用来治疗膀胱结石、输尿管结石和胆结石等
19、疾病。光导纤维在医学上的另一个重要应用是通过微细的光纤将高强度的激光导纤维在医学上的另一个重要应用是通过微细的光纤将高强度的激光输入人体的病变部位，用激光来切除病变部位。这种手术不用切开皮肤和光输入人体的病变部位，用激光来切除病变部位。这种手术不用切开皮肤和切割肌肉组织，减少了病人的痛苦，而且切割部位准确，手术效果好。切割肌肉组织，减少了病人的痛苦，而且切割部位准确，手术效果好。 陶瓷应用的新天地 当宇宙飞行器完成航天任务返回地球时，它面临着与陨星一样的处境。研究结果表明：当宇宙飞行器的飞行速度等于声速的3倍时，其前端的温度可达330；当飞行速度等于6倍声速时，可达1 480。宇宙飞行器邀游太
20、空归来，到达离地面6070 km的高度时，其速度仍保持在声速的20多倍，温度在10 000以上，这样的高温足以把宇宙飞行器化作一团熊熊的烈火。高速带来了高温，这似乎是一道不可逾越的障碍。人们把这种障碍称为“热障”。 怎样使宇宙飞行器克服“热障”，安全地返回地面呢?科学家在分析了“宇宙不速之客”陨石后发现，陨石表面虽已熔融，但里面的化学成分没有变化。这说明陨石在下落过程中，尽管表面因摩擦生热产生几千度高温而熔融，但由于穿过大气层的时间很短，热量还来不及传到陨石内部。这给科学家以启发：让宇宙飞行器的头部戴一顶用烧蚀材料做成的头盔”，把重返大气层时摩擦产生的热量消耗在烧蚀材料的熔融、气化等一系列物理
21、和化学变化中，“丢卒保车”，达到保护宇宙飞行器的目的。2 2新型陶瓷新型陶瓷结构陶瓷结构陶瓷（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
22、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
