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无机非金属材料2006-5-9*第1页，本讲稿共54页硅酸盐工业的特点：(1)(1)原料：含硅的物质、碳酸盐等。原料：含硅的物质、碳酸盐等。（2 2）反应条件：高温。）反应条件：高温。(3)(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。(4)(4)生成物：硅酸盐。生成物：硅酸盐。2006-5-9*第2页，本讲稿共54页二、玻二、玻 璃璃一、水一、水 泥泥三、陶三、陶 瓷瓷2006-5-9*第3页，本讲稿共54页水水泥泥工工业业 原料原料 设备设备主要性质主要性质反应条件反应条件水泥水泥 成分成分水泥应用水泥应用硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙三钙 石灰石、黏土、辅助原料石灰石、黏土、辅助原料 水水 泥泥 回回 转转 窑窑高温高温 水硬性水硬性 建筑粘合剂建筑粘合剂水泥砂浆水泥砂浆 混凝土混凝土2006-5-9*第4页，本讲稿共54页5、主要成分：、主要成分：硅酸三钙硅酸三钙(3CaO SiO2)、硅酸二钙硅酸二钙(2CaO SiO2)、铝酸三钙铝酸三钙(3CaO Al2O3)等等 2006-5-9*第5页，本讲稿共54页水泥回转窑水泥回转窑2006-5-9*第6页，本讲稿共54页3CaO +Al2O3=3CaO Al2O32CaO+SiO2=2CaO SiO23CaO+SiO2=3CaO SiO2水泥生料煅烧成熟料的物理化学变化的过程水泥生料煅烧成熟料的物理化学变化的过程高温高温高温高温高温高温2006-5-9*第7页，本讲稿共54页玻玻璃璃工工业业2、原料、原料3、反应原理、反应原理主要原料：纯碱、石灰石和石英。主要原料：纯碱、石灰石和石英。主要原料：纯碱、石灰石和石英。主要原料：纯碱、石灰石和石英。1、组成：、组成：CaO Na2O 6SiO24、反应设备、反应设备5、几种常见的玻璃、几种常见的玻璃玻璃窑玻璃窑2006-5-9*第8页，本讲稿共54页主要化学反应：主要化学反应：Na2CO3+SiO2=Na2SiO3+CO2 CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2高温高温设问设问这两个反应是否违反了复分解反应规律？这两个反应是否违反了复分解反应规律？复分解反应规律仅适用于复分解反应规律仅适用于溶液溶液，不能套用于，不能套用于高温高温条件下的反应。条件下的反应。2006-5-9*第9页，本讲稿共54页普通玻璃普通玻璃有色玻璃有色玻璃有色玻璃有色玻璃2006-5-9*第10页，本讲稿共54页石英玻璃石英玻璃2006-5-9*第11页，本讲稿共54页无碱无碱玻璃纤维玻璃纤维无捻粗纱布无捻粗纱布(以下简称为方格布以下简称为方格布)，是由是由20002000孔漏板拉制的直接无捻粗纱织造而成的孔漏板拉制的直接无捻粗纱织造而成的增强制品，主要用于手糊成型、模压成型等玻璃增强制品，主要用于手糊成型、模压成型等玻璃钢成型工艺，典型产品有船艇、汽车配件、贮罐、钢成型工艺，典型产品有船艇、汽车配件、贮罐、大型板材、家具等玻璃钢制品。大型板材、家具等玻璃钢制品。2006-5-9*第12页，本讲稿共54页钢化玻璃钢化玻璃2006-5-9*第13页，本讲稿共54页光学玻璃光学玻璃2006-5-9*第14页，本讲稿共54页几种特殊玻璃几种特殊玻璃(1)石英玻璃石英玻璃：膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光膨胀系数小、耐酸碱、强度大、滤光(2)光学玻璃光学玻璃：透光性能好、有折光和色散性透光性能好、有折光和色散性(铅玻璃铅玻璃)用途：眼镜片；望远镱用凹凸透镜等光学仪器用途：眼镜片；望远镱用凹凸透镜等光学仪器(3)有色玻璃有色玻璃：金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，金属氧化物均匀地分散到玻璃态物质里，使玻璃呈现特征颜色。使玻璃呈现特征颜色。蓝色蓝色(Co2O3)红色红色(Cu2O)淡绿色淡绿色(FeO)PbO用途：用途：光导纤维等光导纤维等2006-5-9*第15页，本讲稿共54页(4)钢化玻璃钢化玻璃：玻璃在电炉里加热软化，再急玻璃在电炉里加热软化，再急速冷却得钢化玻璃。速冷却得钢化玻璃。耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂耐高温、耐腐蚀、强度大、质轻、抗震裂，破碎时无尖锐棱角不易伤人。，破碎时无尖锐棱角不易伤人。用途：运动器材；微波通讯器材；用途：运动器材；微波通讯器材；2006-5-9*第16页，本讲稿共54页玻璃纤维玻璃纤维玻璃在熔化状态下抽成丝成为玻璃纤维，玻璃纤维用玻璃在熔化状态下抽成丝成为玻璃纤维，玻璃纤维用合成树脂一层层胶合压制成一定形状，并在加压下加热固化，合成树脂一层层胶合压制成一定形状，并在加压下加热固化，形成玻璃钢，强度大如钢，比钢轻。玻璃纤维耐腐蚀、不怕形成玻璃钢，强度大如钢，比钢轻。玻璃纤维耐腐蚀、不怕烧、不导电、不吸水、隔热、吸声、防虫蛀等。烧、不导电、不吸水、隔热、吸声、防虫蛀等。注意：注意：有机玻璃、水玻璃都不是玻璃有机玻璃、水玻璃都不是玻璃。玻璃钢玻璃钢(5)与2006-5-9*第17页，本讲稿共54页几种玻璃的特性和用途几种玻璃的特性和用途种类种类种类种类特性特性特性特性用途用途用途用途石英玻璃石英玻璃光学玻璃光学玻璃玻璃纤维玻璃纤维普通玻璃普通玻璃钢化玻璃钢化玻璃高温下易软化高温下易软化窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯等膨胀系数小、耐膨胀系数小、耐酸碱、强度大、酸碱、强度大、滤光滤光化学仪器化学仪器；高压水银灯、高压水银灯、紫外灯等的灯壳；紫外灯等的灯壳；光导纤维、压电晶体等光导纤维、压电晶体等透光性能好、有透光性能好、有折光和色散性折光和色散性眼镜片；凹凸透镜眼镜片；凹凸透镜等光学仪器等光学仪器电子、通讯、核能、航电子、通讯、核能、航空等空等耐高温、抗腐蚀、比重耐高温、抗腐蚀、比重较小、延展小、绝缘好较小、延展小、绝缘好具有高的机械强度、良具有高的机械强度、良好的热稳定性、安全性好的热稳定性、安全性能强能强 门窗、幕墙、雨棚、采光顶、门窗、幕墙、雨棚、采光顶、家具、家电、电扶梯等家具、家电、电扶梯等 2006-5-9*第18页，本讲稿共54页三、陶瓷三、陶瓷(China)(China)1 1、主要原料：黏土、主要原料：黏土 2 2、传统生产过程：混和、成型、干燥、烧结、冷却、传统生产过程：混和、成型、干燥、烧结、冷却 3 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 4 4、主要成分：硅酸盐、主要成分：硅酸盐 5 5、主要特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、主要特性：抗氧化、抗酸碱腐蚀、耐高温、绝缘、易成型等优点。易成型等优点。现在，景德镇的陶瓷工艺已经完全电气化了，考虑到现在，景德镇的陶瓷工艺已经完全电气化了，考虑到环境保护、降低制作成本和提高成功率等方面因素，不论环境保护、降低制作成本和提高成功率等方面因素，不论是仿古陶瓷、艺术瓷类，还是日用陶瓷的瓷器都在电脑的是仿古陶瓷、艺术瓷类，还是日用陶瓷的瓷器都在电脑的控制下用汽窑烧制而成。控制下用汽窑烧制而成。2006-5-9*第19页，本讲稿共54页、主要种类：、主要种类：、主要种类：、主要种类：土器：砖瓦土器：砖瓦红瓦（自然冷却，红瓦（自然冷却，FeFe2 2O O3 3含量较多）含量较多）青瓦青瓦(淋水冷却，淋水冷却，FeFe3 3O O4 4、FeOFeO较多较多)陶器：陶器：江苏宜兴的紫砂壶、秦汉兵马俑江苏宜兴的紫砂壶、秦汉兵马俑瓷器：瓷器：青瓷、中国宋代瓷窑青瓷、中国宋代瓷窑炻器：炻器：水缸、砂锅水缸、砂锅2006-5-9*第20页，本讲稿共54页陶瓷工业陶瓷工业唐三彩唐三彩2006-5-9*第21页，本讲稿共54页宋代钧瓷宋代钧瓷 2006-5-9*第22页，本讲稿共54页2006-5-9*第23页，本讲稿共54页2006-5-9*第24页，本讲稿共54页新型无机非金属材料新型无机非金属材料1 1、新型无机非金属材料的特征、新型无机非金属材料的特征（1 1）耐高温、强度高）耐高温、强度高（2 2）具有电学性质）具有电学性质（3 3）具有光学性质）具有光学性质（4 4）具有生物功能）具有生物功能 2006-5-9*第25页，本讲稿共54页2 2、几种典型的新型无机非金属材料、几种典型的新型无机非金属材料1 1、结构材料、结构材料高温结构陶瓷高温结构陶瓷2 2、功能材料、功能材料光导纤维光导纤维(光纤光纤)2006-5-9*第26页，本讲稿共54页1 1、结构材料、结构材料高温结构陶瓷高温结构陶瓷(1)氧化铝陶瓷氧化铝陶瓷性性 能能 用用 途途 熔点高熔点高 坩埚、高温炉管坩埚、高温炉管 硬度大硬度大 刚玉球磨机刚玉球磨机 透明、耐高温透明、耐高温 高压钠灯灯管高压钠灯灯管 高温结构材料与金属材料的性能比较高温结构材料与金属材料的性能比较 耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化耐高温、耐腐蚀、硬度大、耐磨损、不怕氧化易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用易受腐蚀、不耐氧化、不适合高温时使用 2006-5-9*第27页，本讲稿共54页2006-5-9*第28页，本讲稿共54页(2)氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷 氮化硅基陶瓷具有密度小、高强、高硬、氮化硅基陶瓷具有密度小、高强、高硬、高韧性、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、高韧性、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、抗热震、自润滑、隔热、电绝缘等一系列优良性能。自润滑、隔热、电绝缘等一系列优良性能。2006-5-9*第29页，本讲稿共54页Si3N4基陶瓷球轴承基陶瓷球轴承2006-5-9*第30页，本讲稿共54页2006-5-9*第31页，本讲稿共54页制造发动机部位的受热面，提高制造发动机部位的受热面，提高柴油机的质量，节省燃料柴油机的质量，节省燃料(不用水冷却，不用水冷却，减少热散失减少热散失)。2006-5-9*第32页，本讲稿共54页(3)氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷氮化硼陶瓷、碳化硼陶瓷2006-5-9*第33页，本讲稿共54页氧化锆陶瓷2006-5-9*第34页，本讲稿共54页2006-5-9*第35页，本讲稿共54页人造宝石人造宝石红宝石和蓝宝石的主要成分都是红宝石和蓝宝石的主要成分都是Al2O3（刚玉）。（刚玉）。红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物；红宝石呈现红色是由于其中混有少量含铬化合物；蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合物。蓝宝石呈蓝色则是由于其中混有少量含钛化合物。1900年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少量氧化铬的年，科学家曾用氧化铝熔融后加入少量氧化铬的方法，制出了质量为方法，制出了质量为2g-4g的红宝石。现在，的红宝石。现在，已经能制造出大到已经能制造出大到10g的红宝石和蓝宝石。的红宝石和蓝宝石。红宝石和蓝宝石及红宝石和蓝宝石及人造宝石人造宝石(4)人造宝石人造宝石2006-5-9*第36页，本讲稿共54页2006-5-9*第37页，本讲稿共54页 18701870年，英国科学家丁达尔做了一个有趣的实验：年，英国科学家丁达尔做了一个有趣的实验：让一股水流从玻璃容器的侧壁细口自由流出，以一束细让一股水流从玻璃容器的侧壁细口自由流出，以一束细光束沿水平方向从开口处的正对面射入水中。丁达尔发光束沿水平方向从开口处的正对面射入水中。丁达尔发现，细光束不是穿出这股水流射向空气，而是顺从地沿现，细光束不是穿出这股水流射向空气，而是顺从地沿着水流弯弯曲曲地传播。这是光的全反射造成的结果。着水流弯弯曲曲地传播。这是光的全反射造成的结果。2、功能材料、功能材料光导纤维光导纤维(光纤光纤)2006-5-9*第38页，本讲稿共54页2006-5-9*第39页，本讲稿共54页(3)光导纤维的用途：光导纤维的用途：光纤除了可以用于退通讯外，还用于医疗、信息处光纤除了可以用于退通讯外，还用于医疗、信息处理、传能传像、遥测遥控、照明等许多方面。理、传能传像、遥测遥控、照明等许多方面。(2)光纤光缆与普通电缆比较光纤光缆与普通电缆比较(见下页见下页)(1)是高质量传导光的玻璃纤维，信息高速公路是高质量传导光的玻璃纤维，信息高速公路的的“基石基石”2006-5-9*第40页，本讲稿共54页光光 纤纤 光光 缆缆 普普 通通 电电 缆缆 信息量大信息量大,每根光纤理论上可同时通每根光纤理论上可同时通过过1010亿路电话亿路电话 8 8管同轴电缆每管同轴电缆每条通话条通话18001800路路 原料来源广原料来源广(石英玻璃石英玻璃),),节约有色金节约有色金属属 资源较少资源较少 质量小质量小,每公里每公里27 g,27 g,不怕腐蚀不怕腐蚀,铺设铺设方便方便 每公里每公里1.6 t 1.6 t 成本低成本低,每公里每公里1 1万元左右万元左右 每公里每公里2020万元万元 性能好性能好,抗电磁干扰保密性强抗电磁干扰保密性强,能防窃能防窃听听,不发生电辐射不发生电辐射 光学纤维胃镜光学纤维胃镜现代通信用光缆现代通信用光缆用光导纤维做手术，不用开刀用光导纤维做手术，不用开刀2006-5-9*第41页，本讲稿共54页现代通信用光缆2006-5-9*第42页，本讲稿共54页光学纤维胃镜2006-5-9*第43页，本讲稿共54页用光导纤维做手术，不用开刀2006-5-9*第44页，本讲稿共54页展望展望21世纪，材料科学的前景是美好的：世纪，材料科学的前景是美好的：1.光电转换材料，分解水的催化材料和储氢材料等能光电转换材料，分解水的催化材料和储氢材料等能源材料将实现高效化；源材料将实现高效化；2.集多种功能于一身的复合材料可使我们的生活质量得到进集多种功能于一身的复合材料可使我们的生活质量得到进一步改善（如一步改善（如“白色污染白色污染”将被消除）；将被消除）；3.高温超导材料进入实用阶段；高温超导材料进入实用阶段；4.智能材料和机敏材料将得到广泛应用；智能材料和机敏材料将得到广泛应用；5、纳米材料将在治疗癌症、存储信息等领域大显神通、纳米材料将在治疗癌症、存储信息等领域大显神通社会需要材料社会需要材料,材料离不开化学。材料离不开化学。2006-5-9*第45页，本讲稿共54页高纯氧化铝透明陶瓷管2006-5-9*第46页，本讲稿共54页人造金刚石锯片2006-5-9*第47页，本讲稿共54页金刚石钻头2006-5-9*第48页，本讲稿共54页金刚石2006-5-9*第49页，本讲稿共54页氧化铝陶瓷制品2006-5-9*第50页，本讲稿共54页F-117是一种单座战斗轰炸机。设计目的是凭隐身性能，突破敌火力网，压制敌方防空系统，摧毁严密防守的指挥所、战略要地、重要工业目标，还可执行侦察任务，具有一定空战能力。2006-5-9*第51页，本讲稿共54页2006-5-9*第52页，本讲稿共54页2006-5-9*第53页，本讲稿共54页1光电转换材料，分解水的催化材料和储氢材料等能源材料将实现高效化；2集多种功能于一身的复合材料可使我们的生活质量得到进一步改善；3高温超导材料将进入实用阶段；4智能材料和机敏材料将得到广泛应用；5纳米材料将在治疗癌症，存储信息等领域大显神通。展望21世纪，材料科学的前景是美好的：2006-5-9*第54页，本讲稿共54页