现行人教社高中化学必修一第七章3.doc

第三节 新型无机非金属材料

材料与我们的生活密切相关，我们身上穿的衣服，出门乘坐的汽车、火车，以及工农业生产用的机器、工具，尖端科学中的计算机、火箭等，都是用各种材料制成的。可以说，材料是人类生活必不可少的物质基础。人类使用和制造材料有悠久的历史，从制造出第一种材料——陶开始，发展到今天，材料品种越来越多，琳琅满目的各种材料，组成了一个庞大的材料家族。
在材料家族中，有一类非常重要的材料叫做无机非金属材料。最初，无机非金属材料主要是指硅酸盐材料，所以，硅酸盐材料也称为传统无机非金属材料。随着科学和生产技术的发展，以及人们生活的需要，一些具有特殊结构、特殊功能的新材料被相继研制出来，如半导体材料、超硬耐高温材料、发光材料等，我们称这些材料为新型无机非金属材料。
传统的无机非金属材料具有抗腐蚀、耐高温等许多优点，但也有质脆、经不起热冲击等弱点。新型无机非金属材料继承了传统材料的许多优点，并克服某些弱点，使材料具有更加优异的特性，用途更加广泛。新型无机非金属材料的特性有：
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，可用来制造气轮机叶片、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绝缘体，有的可以作半导体、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。
4．具有生物功能。一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，可直接植于人体内，用这类材料制成的人造牙齿、人造骨骼，已被应用在医疗上。

随着人类社会以及科学技术的发展，新型无机非金属材料将会有更广泛的用途，也会有更多的品种被开发。我国有非常丰富的矿产资源，对于研制和生产新型材料是极为有利的条件。
新型无机非金属材料的品种很多，下面我们简单介绍其中的两种——高温结构陶瓷和光导纤维。
一．高温结构陶瓷
在材料中，有一类叫做结构材料，主要指利用其强度、硬度、韧性等机械性能制成的各种材料。金属作为结构材料，一直被广泛使用。但是，由于金属易受腐蚀，在高温时不耐氧化，因此，不适合在高温时使用。
高温结构陶瓷的出现，弥补了金属材料的弱点。这类材料具有能经受高温、不怕氧化、耐酸碱腐蚀、硬度大、耐磨损、密度小等优点，作为高温结构材料，非常合适。
氧化铝陶瓷（人称人造刚玉）是一种极有前途的高温结构材料。它的熔点很高，可用作高级耐火材料。例如，坩埚、高温炉管等。利用氧化铝陶瓷硬度高的优点，可以制造在实验室中使用的刚玉球磨机，用来研磨比它硬度小的材料。用高纯度的原料，使用先进工艺，还可使氧化铝陶瓷变得透明，可制作高压钠灯的灯管。

氮化硅陶瓷也是一种重要的结构材料，它是一种超硬物质，本身具有润滑性，并且耐磨损；除氢氟酸外，它不与其他无机酸反应，抗腐蚀能力强，高温时也能抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。正是由于氮化硅陶瓷具有如此良好的特性，因此，人们常常利用它来制造轴承、气轮机叶片、机械密封环、永久性模具等机械构件。
近年来，人们开始研究用氮化硅陶瓷制造柴油机。目前，常用的普通柴油机是用金属制作的，但由于金属制品在高温时容易损坏，因此，必须用水来冷却。这样，就会使大量的热散失到空气中而浪费掉。如果用耐高温而且不易传热的氮化硅陶瓷来制造发动机部件的受热面，不仅可以提高柴油机质量，节省燃料，而且能够提高热效率。我国及美国、日本等国家都已研制出了这种柴油机。
新型结构陶瓷除上面所介绍的以外，还有很多品种，如碳化硼陶瓷，等等。它们广泛应用在工农业生产、原子能工业、宇航事业等方面。
二．光导纤维
光导纤维简称光纤，是一种能高质量传导光的玻璃纤维。如果将许多根经过技术处理的光纤绕在一起，就得到我们常说的光缆。

光导纤维传导光的能力非常强，利用光缆通讯，能同时传输大量信息。例如，一条光缆通路可同时容纳十亿人通话，也可同时传送多套电视节目。光纤的抗干扰性能好，不发生电辐射，通讯质量高，能防窃听。光缆的质量小而且细，不怕腐蚀，铺设也很方便，因此，是非常好的通讯材料。目前，许多国家已使用光缆作为长途通讯的干线。我国也开始生产光导纤维，并在部分城市和地区投入使用。随着时代的进步和科学的发展，光纤通讯必将大为普及。
光导纤维除了可以用于通讯外，还用于医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等许多方面。例如，可将光导纤维内窥镜导入心脏，测量心脏中的血压、体温等。在能量传输和信息传输方面，光导纤维也得到了广泛的应用。

阅读
人 造 宝 石

宝石晶莹透亮、华丽耀眼，深受人们的喜爱。宝石不但是漂亮的装饰品，也是非常好的工业材料。天然宝石来源很少，价格昂贵，使利用受到了很大限制。所以，人们非常渴望能人工制造出宝石。随着科学技术的发展，人们利用科学的方法，制造出了各种具有高硬度和优良光学性能的人造宝石。
红宝石和蓝宝石的主要成分都是Al2O3（刚玉）。如刚玉中混有少量铬时呈现红色，混有少量钛时，呈现蓝色，这就是形成红宝石和蓝宝石的缘由。1900年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少量氧化铬的方法，制出了质量为 2 g～4 g的红宝石。现在，已经能制造出大到 10 g的红宝石和蓝宝石。

人造红宝石硬度很大，常被用来制造钟表的轴承。又由于它能放大某一波长的光而产生激光，可用作固体激光器；人造蓝宝石因能使紫外线和可见光通过，可用于制造光学仪器。
金刚石是目前已知的最硬的材料，可以用来切削和刻划其他物质，被用于钻探、磨削等行业。但是，由于天然金刚石的量非常小，远远不能满足人们生产和科研的需要。科学家们通过对石墨和金刚石同素异形体结构的研究，指出了在一定条件下使石墨转变为金刚石的可能性。1955年，美国首先用石墨合成出金刚石，这是材料合成领域的一项重大成就。目前，世界上用石墨合成金刚石的研究发展很快，我国在这方面的研究也在飞速发展着，许多城市都建有人造金刚石的工厂和研究所，以满足生产发展的需要。

习 题

从你接触的一些材料看，新型无机非金属材料与传统硅酸盐材料相比，有什么特点？