无机非金属材料1完整.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,.,.,.,.,.,.,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,无机,非金属,材料,金属材料,高分子材料,.,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,主要,原料,主要,设备,主要,成分,性质,应,用,黏,土,石灰石,石膏,水,硬,性,水,泥,回,转,窑,3CaOSiO,2,2CaOSiO,2,3CaOAl,2,O,3,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,.,SiO,2,C,3,S 0.37,0.60,硅酸二钙,2CaO,.,SiO,2,C,2,S 0.15,0.37,铝酸三钙,3CaO,.,Al,2,O,3,C,3,A,0.07,0.15,铁铝酸四钙,4CaO,.,Al,2,O,3,.,Fe,2,O,3,C,4,AF 0.10,0.18,符号,C,表示,CaO,，,S,表示,SiO,2,，,A,表示,Al,2,O,3,，,F,表示,Fe,2,O,3,。,.,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,一种无色透明的熔体：,Na,2,CO,3,+CaCO,3,+6SiO,2,=Na,2,O,.,CaO,.,6SiO,2,+2CO,2,.,(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,Mn,2,O,3,呈紫色,加入,Cr,2,O,3,呈绿色,加入,Cu,2,O,呈红色,（,3,）,钢化玻璃,.,玻璃,聚乙烯醇丁醛,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)上标注刻度及文字。,SiO,2,+4HF=SiF,4,+2H,2,O,.,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。,.,种类,特性,用途,普通玻璃,高温下易软化,窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯,钢化玻璃,耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂,运动器材，微波通讯器材，汽车、火车的窗玻璃等,玻璃纤维,耐腐蚀、不怕烧、不导电、不吸水、隔热、吸声、防虫蛀,太空飞行员的衣服、玻璃钢等,光学玻璃,透光性能好，有折光性和色散性,眼镜片，照相机、显微镜、望远镜等中的凹凸透镜,石英玻璃,膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光,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,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,主要,原料,主要设备,主要,成分,玻璃窑中发生,的主要反应,纯 碱,石灰石,石 英,玻,璃,窑,Na,2,SiO,3,CaSiO,3,SiO,2,Na,2,CO,3,+SiO,2,Na,2,SiO,3,+CO,2,高温,CaCO,3,+SiO,2,CaSiO,3,+CO,2,高温,水泥：,Na,2,O,.,CaO,.,6SiO,2,.,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,主原料要,生产过程,反应条件,种类,性能,黏土,混合,成型,干燥,烧结,冷却,高温,土器,陶器,炻器,瓷器,抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型,.,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。,.,主要种类：,土器：砖瓦,(,自然冷却，,Fe,2,O,3,含量较多,),(,淋水冷却，,Fe,3,O,4,、,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,主要原料,石灰石,.,粘土,石英,.,纯碱,石灰石,粘土,主要设备,回转炉,玻璃熔炉,陶瓷窑,反应条件,高温,高温,高温,反应原理,复杂的物理、化学变化,Na,2,CO,3,+SiO,2,=Na,2,SiO,3,+CO,2,CaCO,3,+SiO,2,=CaSiO,3,+CO,2,复杂的物理化学变化,主要成分,3CaOSiO,2,2CaOSiO,2,3CaOAl,2,O,3,Na,2,SiO,3,CaSiO,3,SiO,2,成分复杂,特性,水硬性,玻璃态物质,抗氧化,.,酸碱,.,腐蚀,耐高温,.,绝缘,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、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。一般无水石英（,SiO,2,）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,30,70 km(,而同轴电缆每隔,1,5 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，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,.,.,光纤光缆,普通电缆,信息量大，每根光缆上理论上可同时通过,10,亿路电话,8,管同轴电缆每条通话,1800,路,原料来源广（石英玻璃），节约有色金属,资源较少,质量小，每,km27g,，不怕腐蚀，铺设方便,每,km1.6t,成本低，每,km 10 000,元左右,普通光缆每,km 200 000,元左右,性能好，抗电磁干扰保密性强,，能防窃听，不发生电辐射,.,、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（,Si,3,N,4,）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,1550,O,C,时仍很优良。,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,.,TiO,2,、,ZrO,2,、,LaCrO,3,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,BaTiO,3,类陶瓷用于制造温度传感材料；,CdS,、,PbTiO,3,系陶瓷用于制造光敏传感材料；,ZnO,系陶瓷，,SiC,、,BaTiO,3,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、氧化铝、生物活性玻璃陶瓷等。,生物陶瓷材料,羟基磷灰石（,Ca,10,(PO,4,),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,Ti0,2,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,(C,60,),.,.,.,.,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,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,