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第四章硅硅 无机非金属材料无机非金属材料铝铝 金属材料金属材料复合材料复合材料P103 P103 联想联想 质疑质疑一、半导体材料与硅一、半导体材料与硅(一）、半导体材料特指导电能力介以导体和绝缘体之间的一类材料P104 P104 交流交流 研讨研讨(二二)、硅、硅1 1、存在和含量：存在和含量：地壳里含量居第二（地壳里含量居第二（O、Si、Al、Fe )无游离态无游离态是构成矿物和岩石的主要成分是构成矿物和岩石的主要成分有晶体和无定形有晶体和无定形(非晶体）两种同素异形体非晶体）两种同素异形体3、化学性质：、化学性质：化学性质稳定化学性质稳定（1）常温下常温下 只和只和F2 、HF、强碱反应强碱反应晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。熔沸晶体硅是灰黑色、有金属光泽、硬而脆的固体。熔沸点很高、硬度很大（结构类似金刚石）、是半导体点很高、硬度很大（结构类似金刚石）、是半导体2 2、主要物理性质：主要物理性质：SiSi + 2F + 2F2 2 = SiF= SiF4 4SiSi + 4 HF = SiF + 4 HF = SiF4 4 + 2H + 2H2 2 SiSi + 2NaOH + H + 2NaOH + H2 2O =NaO =Na2 2SiOSiO3 3 + 2H + 2H2 2（2）加热时加热时能和能和O2反应反应Si + O2=SiO23、用途：、用途：半导体材料、制合金等半导体材料、制合金等4 4、工业制法：、工业制法：碳在高温下还原二氧化硅碳在高温下还原二氧化硅思考题思考题该反应中，该反应中，氧化剂是氧化剂是- ，还原剂是，还原剂是- 。SiO2 + 2C = Si + 2CO高温高温 （粗硅粗硅）三、二氧化硅与光导纤维三、二氧化硅与光导纤维1、存在：、存在：硅石、石英、水晶、玛瑙、沙子硅石、石英、水晶、玛瑙、沙子2、物理性质：、物理性质：坚硬难熔的固体，难溶于水。坚硬难熔的固体，难溶于水。3、化学性质：、化学性质：SiO2 是是 H2SiO3 的的酸酐酸酐SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O高温高温SiO2 + CaO = CaSiO3（1 1）、）、酸性氧化物的性质酸性氧化物的性质P105 P105 交流交流 研讨研讨SiO2 + 4HF = SiF4+ 2H2O用于蚀刻玻璃用于蚀刻玻璃（2 2）、特性：常温下）、特性：常温下和氢氟酸反应和氢氟酸反应思考题思考题 为什么实验室不用带玻璃塞的试剂瓶盛放为什么实验室不用带玻璃塞的试剂瓶盛放NaOHNaOH溶液，实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸？溶液，实验室能否用玻璃瓶保存氢氟酸？4、用途、用途制石英玻璃制石英玻璃水晶、玛瑙水晶、玛瑙制造光导纤维的主要原料制造光导纤维的主要原料三、硅酸盐与无机非金属材料：三、硅酸盐与无机非金属材料：（一）、硅酸盐材料是传统的无机非金硅酸盐材料是传统的无机非金 属材料属材料玻璃、水泥是常见的玻璃、水泥是常见的硅酸盐材料硅酸盐材料（1）、）、主要原料主要原料：纯碱、石灰石和石英。：纯碱、石灰石和石英。（3）、反应原理：复杂的物理、化学变化）、反应原理：复杂的物理、化学变化（2）、生产过程）、生产过程： （玻璃窖）（玻璃窖）纯碱纯碱石灰石石灰石石英石英粉碎粉碎按比例按比例混合混合焙炉焙炉强热强热熔融物熔融物冷却冷却玻璃成品玻璃成品1 1、玻璃、玻璃Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温高温（4）、玻璃的主要成分：）、玻璃的主要成分：Na2SiO3 、 CaSiO3 、SiO2 （5）、玻璃态物质）、玻璃态物质玻璃玻璃 没有固没有固定的熔点。定的熔点。 没有一定的没有一定的熔点而在某一温熔点而在某一温度范围内逐渐软度范围内逐渐软化的物质。（介化的物质。（介于晶体与非晶体于晶体与非晶体之间。）之间。）实例实例特性特性定义定义玻璃态物质玻璃态物质几种常见玻璃简介几种常见玻璃简介普通玻璃普通玻璃因混有铁的化合物显浅绿色因混有铁的化合物显浅绿色蓝玻璃蓝玻璃红玻璃红玻璃光学仪器玻璃光学仪器玻璃钢化玻璃钢化玻璃光纤玻璃光纤玻璃光导纤维光导纤维：1964年年8月华裔月华裔科学家高锟首先提出用玻科学家高锟首先提出用玻璃纤维代替金属导线，被璃纤维代替金属导线，被誉为誉为“纤维光学之父纤维光学之父”。比头发丝还细的一对光导比头发丝还细的一对光导纤维上同时传送纤维上同时传送3万门电话万门电话且中继距离长达且中继距离长达2050Km，保密性能好。，保密性能好。 在原料里加入某些金属氧化在原料里加入某些金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现出特征颜色。使玻璃呈现出特征颜色。 把普通玻璃放在把普通玻璃放在电炉里加热，使它软电炉里加热，使它软化，然后急速冷却，化，然后急速冷却，得到钢化玻璃。其机得到钢化玻璃。其机械强度比普通玻璃大械强度比普通玻璃大46倍，不易破碎。倍，不易破碎。（6）、几种常见的玻璃）、几种常见的玻璃铅玻璃铅玻璃（1）、水泥主要成分：）、水泥主要成分：硅酸三钙硅酸三钙硅酸二钙硅酸二钙铝酸三钙铝酸三钙 3 CaO SiO22 CaO SiO23 CaO Al2O3（2）、原料：石灰石、黏土、辅助原料）、原料：石灰石、黏土、辅助原料2 2、水泥、水泥（3）、生产过程：）、生产过程：复杂的物理、化学变化复杂的物理、化学变化（4）、水泥的特性：）、水泥的特性：水硬性水硬性3 3、混凝土：水泥、沙子和碎石的混合物、混凝土：水泥、沙子和碎石的混合物（二）、新型无机非金属材料（二）、新型无机非金属材料高温结构陶瓷高温结构陶瓷生物陶瓷生物陶瓷压电陶瓷压电陶瓷 P109 P109 概括概括 整合整合