第二单元功能各异的无机非金属材料[1]

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,*,第二单元 功能各异的无机非金属材料,1,一、生活中的硅酸盐材料,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,2,1,从黏土到陶瓷,我国早在一万年前便发明了制陶技术，是世界上最先烧制和使用陶器的国家之一。陶瓷的发明是人类科技发展史上一个重要里程碑，是人类第一次学会用黏土等天然物为主要原料经过复杂的物理化学变化制造出的一种重要的人造材料。瓷器是中华文明的象征。在许多拉丁语系国家中，“瓷器”和“中国”都用“,CHINA”,表示,3,传统的陶瓷工艺,陶器和瓷器的坯体都是用黏土制成的，黏土主要成分硅酸盐。,黏土去除杂质后，加水混匀，制成所需形状的坯件，在经过高温烧制。,4,2,形形色色的玻璃,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。,主要,原料,主要设备,主要,成分,玻璃熔炉中发生,的主要反应,纯 碱,石灰石,石 英,玻璃熔炉,Na,2,SiO,3,CaSiO,3,SiO,2,5,玻璃为什么可以被人工吹制成形状不同的制品？,6,资料卡,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。人们把这种结构特征称为,“,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，从整体上看却无晶型的排列规律。,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。,7,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、玻璃幕墙等。,你知道它们是经过怎样的工序加工制得的吗,?,8,玻璃加工,钢化玻璃：,玻璃加热到一定温度后急剧冷却,刻花玻璃：,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。,氢氟酸与玻璃发生的反应可以表示为：,镀膜玻璃：,在玻璃表面镀金属膜。镀膜玻璃外形美观，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玻璃常用的方法。,SiO,2,+4HF=SiF,4,+2H,2,O,9,在一个洁净的小试管中加入,2mL2,AgNO,3,溶液，慢慢滴加,2,氨水，边滴加边振荡试管，直到产生的沉淀恰好溶解为止。再向试管中滴加,1,2,滴,10,氢氧化钠溶液，随后加入,3 mL10,葡萄糖溶液，用温水浴加热几分钟，观察发生的现象。,10,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。,11,玻璃加工,夹层玻璃,夹层玻璃受到撞击时只会裂开，而不会粉碎。夹层玻璃共有三层，两层玻璃夹着厚度约为,0.76mm,的中间层。夹层玻璃中间层的材料通常为性能较好的聚乙烯醇丁醛（,PVB,）。当玻璃受到撞击而损坏时，中间的胶片便可粘着外面的玻璃，防止碎片四处飞散。,玻璃,聚乙烯醇丁醛,玻璃,12,几种玻璃的特性和用途,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,彩色玻璃,氧化钴（,Co,2,O,3,),蓝色,氧化亚铜（,Cu,2,O),红色,二氧化锰（,MnO,2,),紫红色,氟化钙（,CaF,2,),乳白色,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,有机玻璃,高度透明性，机械强度高 ，重量轻 ，易于加工,13,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,3CaO,SiO,2,2CaO,SiO,2,3CaO,Al,2,O,3,水泥沙浆,混凝土,钢筋混凝土,3,硅酸盐水泥,水泥是最常用的建筑材料右图是,19491998,年我国水泥产量示意图,钢筋混凝土,:,水泥和沙、碎石、水按一定比例混合，以钢筋作结构，硬化后形成结构坚固的,14,检索咨询,水泥,(cement),的硬化过程可以分为两个阶段。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，进一步发生水化反应，硬化成机械强度高的固体。,水泥的硬化,装有水泥砂浆的专用运输车不断旋转就是为了防止静置凝固,15,水泥不宜久存,生活向导,保存不当或存放时间太长会导致水泥受潮结块，影响水泥的强度。受潮后的水泥表面结块，从而丧失凝聚力，导致强度下降。轻微结块的水泥，强度降低,10,20,。即使在良好的储存条件下，水泥也不宜储存过久因为水泥会吸收空气中的水分和二氧化碳，发生质变。据统计，储存三个月后，水泥的强度降低,10,20,，六个月后降低,15,30,，一年后降低,25,40,。购买水泥时要了解水泥的生产日期。,16,42.5,42.5,、,52.5,、,62.5,17,炼钢厂排出的炉渣主要含有哪些成分,?,为什么在炼钢厂附近常建有水泥厂,?,请从资源充分利用的角度谈谈这样布局的好处。,炼钢厂排出的炉渣含有多种化学成分，其中以氧化钙、二氧化硅、硅酸钙为主，氧化钙含量一般都在,50,以上。这些都可用作水泥的生产原料，生产矿渣硅酸盐水泥，同时还可以利用产生的粉煤灰生产粉煤灰水泥。因此，为了提高原料的利用率，实现绿色工业的目标，创造更多的效益，通常可在炼钢厂周围建水泥厂以便合理利用炼钢炉渣。,18,二、光导纤维和新型陶瓷材料,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,10,3,10,4,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,l km,长的光缆只需几克超纯石英玻璃，约可节省铜,1.1t,。,19,1,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温炉中旋转和移动的石英管，能反应生成二氧化硅。,把得到的沉积在管内的二氧化硅熔化，形成,“,玻璃棒,”,，在,1900,2000,的高温下再将其熔化、拉制成粗细均匀的光纤细丝。,SiCl,4,(g),O,2,(g),1300,SiO,2,2Cl,2,(g),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,(,直径在,10,m,以下,),用聚丙烯或尼龙套包裹制成的。,20,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,2000,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。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。,21,2,新型陶瓷,结构陶瓷,（工程陶瓷）,功能陶瓷,具有机械功能、热功能和部分化学功能的陶瓷，如纳米陶瓷。,具有电、光、磁、化学和生物特性，且有相互转换功能的陶瓷属于功能陶瓷，如生物陶瓷等。,结构陶瓷制品,生物陶瓷制品,22,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,23,