第二單元功能各異的無(wú)機(jī)非金屬材料 選修IB

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第二單元 功能各異的無(wú)機(jī)非金屬材料,無(wú)機(jī)非金屬材料種類繁多，功能各異，應(yīng)用十分廣泛，其歷史可追溯到遠(yuǎn)古時(shí)代。,從我們的祖先用黏土制作陶器，到現(xiàn)代人通過(guò)光導(dǎo)纖維通訊聯(lián)系，人類利用自然界提供的各種資源，研制了許許多多的無(wú)機(jī)非金屬材料。我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫?陶瓷,、,玻璃器皿,，煤氣爐具點(diǎn)火裝置使用的,壓電陶瓷,，電器設(shè)備中的,半導(dǎo)體材料,，電視顯像管中的,熒光粉,，磁帶和磁性陶瓷使用的,磁性材料,，醫(yī)療中使用的,人造牙齒,等，都屬于無(wú)機(jī)非金屬材料。,1,從黏土到陶瓷,科學(xué)家用五個(gè)里程碑和三大技術(shù)突破來(lái)總結(jié)中國(guó)陶

2、瓷的整個(gè)發(fā)展過(guò)程：,1,。新石器時(shí)代早期陶器的出現(xiàn)；,2,。新石器時(shí)代晚期印紋硬陶和商、周時(shí)期原始瓷的燒制成功；,3,。漢晉時(shí)期南方青釉瓷的誕生；,4,。隋唐時(shí)期北方白釉瓷的突破；,5,。宋代到清代顏色釉瓷、彩繪瓷和雕塑陶瓷的輝煌成就。,陶瓷工業(yè)發(fā)展更加迅速，各種新型陶瓷不斷問(wèn)世，美國(guó),“,哥倫比亞,”,號(hào)航天飛機(jī)的外殼，就是鋪砌了3.2萬(wàn)塊這樣的金屬陶瓷耐熱片。用新型陶瓷材料代替金屬材料制發(fā)動(dòng)機(jī)，1990年我國(guó)第一臺(tái)無(wú)水冷發(fā)電機(jī)試車成功。這是繼美、日之后，國(guó)際上僅有的幾次試驗(yàn)之一。專家們預(yù)言：隨著新陶瓷技術(shù)的發(fā)展，人類將,“,重返,”“,石器時(shí)代，不過(guò)是一個(gè)全新的石器時(shí)代。,”,陶 瓷,傳統(tǒng)

3、的陶瓷工藝,陶器和瓷器的坯體都是用,黏土,制成的，制作瓷器的黏土較純凈。普通陶器較為粗糙，有不同程度的滲透性。如果在坯體上涂上彩釉，燒制后可得到表面光滑、不滲水、色彩絢麗的陶瓷器具。,2,形形色色的玻璃,主要,原料,主要設(shè)備,主要,成分,玻璃窯中發(fā)生,的主要反應(yīng),純,堿,石灰石,石 英,玻,璃,窯,Na,2,SiO,3,CaSiO,3,SiO,2,思考1：常見的玻璃呈現(xiàn)暗綠色、淺棕色、紅色、藍(lán)色，這是什么原因？,（,氧化亞鐵）,（,氧化鐵）,（,氧化亞銅）,（Co,2,O,3,）,思考2：有些玻璃表面常會(huì)看到少量的氣泡，什么原因。玻璃制作時(shí)應(yīng)注意什么問(wèn)題？,思考3：玻璃有何特點(diǎn)？,資料卡,玻璃

4、的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),玻璃態(tài)物質(zhì),玻璃是無(wú)定形硅酸鹽的混合物，屬于玻璃態(tài)物質(zhì)。,玻璃態(tài)物質(zhì)的粒子不像晶體那樣有嚴(yán)格的空間排列，但也不完全是無(wú)規(guī)則的排列。人們把這種結(jié)構(gòu)特征稱為“短程有序、遠(yuǎn)程無(wú)序”，就是說(shuō)從小范圍看它有一定的晶型排列，從整體上看卻無(wú)晶型的排列規(guī)律。,玻璃態(tài)物質(zhì)沒(méi)有固定的熔點(diǎn),，可以在某一溫度范圍內(nèi)逐漸軟化變成液態(tài)。在軟化狀態(tài)時(shí)，玻璃可吹制或軋成一定形狀的制品。,對(duì)普通玻璃進(jìn)行處理可以改善玻璃的性能。,1、鋼化玻璃機(jī)械強(qiáng)度大，抗震，不易破碎，即使破碎也不會(huì)形成有棱角的碎片；,2、刻花玻璃上雕刻有各種精美的花紋圖案；,3、鍍膜玻璃可以做鏡子、玻璃幕墻等。,玻璃加熱到一定溫度后急劇冷卻，就得到

5、鋼化玻璃。,氫氟酸與玻璃發(fā)生的反應(yīng)可以表示為：,SiO,2,+4HF=SiF,4,+2H,2,O,鍍膜玻璃外形美觀，還可以阻擋紅外線及紫外線的穿透。在玻璃上鍍銀、真空鍍鋁是制造鍍膜玻璃常用的方法。,夾層玻璃,夾層玻璃受到撞擊時(shí)只會(huì)裂開，而不會(huì)粉碎。夾層玻璃共有三層，兩層玻璃夾著厚度約為,0.76,mm,的中間層。,夾層玻璃中間層的材料通常為粘著性能較好的聚乙烯醇丁醛（,PVB）,。,當(dāng)玻璃受到撞擊而損壞時(shí)，中間的膠片便可粘著外面的玻璃，防止碎片四處飛散。,玻璃,聚乙烯醇,丁醛,玻璃,變色玻璃,在玻璃中加入適量的溴化銀(,AgBr,),和氧化銅的微小晶粒，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚恚梢灾瞥勺兩ＡА?你

6、,知道玻璃變色的原因嗎？,當(dāng)強(qiáng)光照射到玻璃上，溴化銀分解為銀和溴單質(zhì)，分解出的銀原子聚集成銀的微小晶粒，使玻璃呈現(xiàn)暗棕色，能擋住大部分光線。,光線變暗，銀和溴在氧化銅的催化作用下，重新生成溴化銀。于是玻璃的顏色自動(dòng)變淺，透光性增強(qiáng)。,幾種玻璃的特性和用途,種類,特性,用途,普通玻璃,高溫下易軟化,窗玻璃、玻璃瓶、玻璃杯,彩色玻璃,氧化鈷（,Co,2,O,3,),藍(lán)色,氧化亞銅（,Cu,2,O),紅色,二氧化錳（,MnO,2,),紫紅色,氟化鈣（,CaF,2,),乳白色,鋼化玻璃,耐高溫、耐腐蝕、強(qiáng)度大、質(zhì)輕、抗震裂,運(yùn)動(dòng)器材，微波通訊器材，汽車、,火車的窗玻璃等,玻璃纖維,耐腐蝕、不怕燒、不導(dǎo)

7、電、不吸水、隔熱、吸聲、防蟲蛀,太空飛行員的衣服、玻璃鋼等,光學(xué)玻璃,含有氧化鉛,，透光性能好，有折光性和色散性，耐酸堿腐蝕,眼鏡片，照相機(jī)、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等中的凹凸透鏡,石英玻璃,膨脹系數(shù)小、耐酸堿、強(qiáng)度大、濾光,化學(xué)儀器，高壓水銀燈、紫外燈等的燈殼，光導(dǎo)纖維，壓電晶體等,有機(jī)玻璃,高度透明性，機(jī)械強(qiáng)度高，重量輕，易于加工,（,二氧化硅）,（,聚甲基丙烯酸甲酯）,主要,原料,主要,設(shè)備,主要,成分,性質(zhì),應(yīng),用,粘土,石灰石,水,硬,性,水,泥,回,轉(zhuǎn),窯,3CaO,SiO,2,2CaO,SiO,2,3CaO,Al,2,O,3,3,硅酸鹽水泥,原料,水泥,磨細(xì),混合生料,水泥回轉(zhuǎn)窯,煅燒、熔

8、化、冷卻,熟料,石膏,磨細(xì),水泥沙漿：,水泥、沙子和水,混凝土：,水泥、沙子和碎石,水泥的硬化,水泥,(,cement),的硬化過(guò)程可分為兩個(gè)階段。第一階段是水泥加水后逐步發(fā)生水化反應(yīng)，從具有可塑性與流動(dòng)性的水泥漿，變成非流動(dòng)性的水泥顆粒并喪失可塑性。第二階段是水泥顆粒逐步吸收水，進(jìn)一步發(fā)生水化反應(yīng)，硬化成機(jī)械強(qiáng)度高的固體。,在水泥組成中，與水作用速率最大的鋁酸三鈣和硅酸三鈣。加入石膏，硫酸鈣和鋁酸三鈣作用生成難溶的鋁硫酸鈣。延緩水泥的硬化速率。,水泥不宜久存,生活向?qū)?保存不當(dāng)或存放時(shí)間太長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致水泥受潮結(jié)塊，影響水泥的強(qiáng)度。受潮后的水泥表面結(jié)塊，從而喪失凝聚力，導(dǎo)致強(qiáng)度下降。輕微結(jié)塊的水泥

9、，強(qiáng)度降低,10,20,。即使在良好的儲(chǔ)存條件下，水泥也不宜儲(chǔ)存過(guò)久因?yàn)樗鄷?huì)吸收空氣中的水分和二氧化碳，發(fā)生質(zhì)變。據(jù)統(tǒng)計(jì)，儲(chǔ)存三個(gè)月后，水泥的強(qiáng)度降低,10,20,，六個(gè)月后降低,15,30,，一年后降低,25,40,。購(gòu)買水泥時(shí)要了解水泥的生產(chǎn)日期。,水泥被廣泛用作建筑材料，但是由于它的顏色單調(diào)，暴露在外面不太美觀。為此，人們通過(guò)研究和實(shí)驗(yàn)，研制出了白水泥和彩色水泥。氯化鈷在含有不同數(shù)目的結(jié)晶水時(shí)會(huì)呈現(xiàn)不同的顏色，如,CoCl,2,呈藍(lán)色，,CoCl,2,H,2,O,呈,藍(lán)紫色，,CoCl,2,2H,2,O,呈,紫紅色，,CoCl,2,6H,2,O,呈,粉紅色。利用此性質(zhì)，人們將氯化鈷加入

10、水泥中，制成了變色水泥。請(qǐng)說(shuō)明變色水泥在空氣中主要受什么因素影響而改變顏色？,變色水泥的顏色主要受空氣中水分含量的影響。例如，空氣干燥時(shí)可能呈藍(lán)色或藍(lán)紫色（,CoCl,2,或,CoCl,2,H,2,O）；,空氣潮濕時(shí)可能呈紫紅色或粉紅色（,CoCl,2,2H,2,O,或,CoCl,2,6H,2,O）。,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)生活品質(zhì)的要求不斷提高，促使人們不斷去研究性能更加優(yōu)越的新型無(wú)機(jī)非金屬材料。請(qǐng)思考：,1、傳統(tǒng)無(wú)機(jī)非金屬材料有哪些優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)？,2、針對(duì)這些優(yōu)缺點(diǎn)，你認(rèn)為新型無(wú)機(jī)非金屬材料具有哪些特點(diǎn)？,優(yōu)點(diǎn)：性質(zhì)穩(wěn)定、抗腐蝕、耐高溫等,缺點(diǎn)：質(zhì)脆，經(jīng)不起熱沖擊等,新型無(wú)機(jī)非金屬材料的

11、特性,1、耐高溫，強(qiáng)度高:,如氮化硅陶瓷在1200度的高溫下，仍具有很高的強(qiáng)度，可用來(lái)制造汽輪機(jī)葉片、軸承、永久性模具等。,2、具有電學(xué)特性。,一些新型非金屬材料可以用作絕緣體，有的可以作為半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體等。,3、具有光學(xué)特性。,有些新型無(wú)機(jī)非金屬材料能發(fā)出各色光，有的能透過(guò)可見光，有的能使紅外線、雷達(dá)射線穿過(guò)。,4、具有生物功能。,如人造牙齒、人造骨骼等。,具有良好的生物兼容性，適合植入體內(nèi)。對(duì)肌體無(wú)免疫排斥作用，無(wú)溶血、凝血反應(yīng)，對(duì)人體無(wú)毒。,新型無(wú)機(jī)非金屬材料-,光纖,光纖通信,較之普通電纜通信有許多突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，光纖通信有巨大的信息容量，,一根頭發(fā)絲那么細(xì)的光導(dǎo)纖維可以通幾萬(wàn)

12、路電話或2 000路電視。,如果用許多根光導(dǎo)纖維組合成光纜，它的通信容量更大得驚人。其次，光纖通信不受外界電磁場(chǎng)的干擾，工作穩(wěn)定可靠，保密程度高。第三，光纖通信損耗低，目前無(wú)中繼傳送距離一般為3070,km(,而同軸電纜每隔15,km,就需設(shè)立一個(gè)中繼站，來(lái)補(bǔ)償電信號(hào)在傳輸中的損耗)，很適合遠(yuǎn)距離信息傳輸,。,光導(dǎo)纖維主要成分：,SiO,2,。,主要特點(diǎn)：1、通信容量大、信號(hào)傳輸質(zhì)量高。2、,抗干擾性能好，不發(fā)生輻射，能防切聽；3、質(zhì)量小，不怕腐蝕，鋪設(shè)方便。,醫(yī)生的好助手,因?yàn)楣饫w又細(xì)又軟，故可將醫(yī)生用來(lái)觀察人體內(nèi)部病變情況的內(nèi)窺鏡。目前，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上，普遍使用一種連接著許多光纖的胃鏡。把胃

13、鏡插入病人胃里，胃鏡接收到的光線沿著這些光纖傳到體外，合成圖像。光纖胃鏡的光源是在體外由光纖傳進(jìn)去的，它不產(chǎn)生熱輻射，能減輕病人的痛苦。,光導(dǎo)纖維在醫(yī)學(xué)上的另一個(gè)重要應(yīng)用是通過(guò)微細(xì)的光纖將高強(qiáng)度的激光輸入人體的病變部位，用激光來(lái)切除病變部位。這種手術(shù)不用切開皮膚和切割肌肉組織，減少了病人的痛苦，而且切割部位準(zhǔn)確，手術(shù)效果好。,在光導(dǎo)纖維的一頭裝上精致小巧的微型鏡頭，將胃內(nèi)的情況傳到體外拍攝下來(lái)或顯示在屏幕上。還可以在胃鏡光纖中留出空的通道，以插入切取生理切片的鑷子。,近年來(lái)，一種激光光纖藥頭內(nèi)窺鏡碎石系統(tǒng)已研制成功。這種系統(tǒng)利用胃鏡把帶有藥頭的光纖導(dǎo)管送入胃中，然后沿光纖通入激光。激光可以產(chǎn)生

14、沖擊波，擊碎胃石，再用胃鏡把碎石取出。主要用于治療膀胱結(jié)石、輸尿管結(jié)石和膽結(jié)石等疾病。,光導(dǎo)纖維的制造,把氧氣和四氯化硅蒸氣的混合氣體通過(guò)在高溫爐中旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)的石英管，能反應(yīng)生成二氧化硅。,把得到的沉積在管內(nèi)的二氧化硅熔化，形成“玻璃棒”，在,19002000,的高溫下再將其熔化、拉制成粗細(xì)均勻的光纖細(xì)絲。,SiCl,4,(g)O,2,(g),1300,SiO,2,2Cl,2,(g),陶瓷應(yīng)用的新天地,當(dāng)宇宙飛行器完成航天任務(wù)返回地球時(shí)，它面臨著與隕星一樣的處境。研究結(jié)果表明：當(dāng)宇宙飛行器的飛行速度等于聲速的,3,倍時(shí)，其前端的溫度可達(dá),330,；當(dāng)飛行速度等于,6,倍聲速時(shí)，可達(dá)1480,。

15、宇宙飛行器邀游太空歸來(lái)，到達(dá)離地面,6070,km,的高度時(shí)，其速度仍保持在聲速的,20,多倍，溫度在,10 000,以上，這樣的高溫足以把宇宙飛行器化作一團(tuán)熊熊的烈火。高速帶來(lái)了高溫，這似乎是一道不可逾越的障礙。人們把這種障礙稱為“熱障”。,怎樣使宇宙飛行器克服“熱障”，安全地返回地面呢,?,科學(xué)家經(jīng)隕石研究后發(fā)現(xiàn)，隕石表面雖已熔融，但里面的化學(xué)成分沒(méi)有變化。這說(shuō)明隕石在下落過(guò)程中，盡管表面因摩擦生熱產(chǎn)生幾千度高溫而熔融，但由于穿過(guò)大氣層的時(shí)間很短，熱量還來(lái)不及傳到隕石內(nèi)部。這給科學(xué)家以啟發(fā)：讓宇宙飛行器的頭部戴一頂用燒蝕材料做成的頭盔”，把重返大氣層時(shí)摩擦產(chǎn)生的熱量消耗在燒蝕材料的熔融、氣

16、化等一系列物理和化學(xué)變化中，達(dá)到保護(hù)宇宙飛行器的目的。,如美國(guó),“,哥倫比亞,”,號(hào)航天飛機(jī)的外殼，就是鋪砌了3.2萬(wàn)塊這樣的新型陶瓷耐熱片。,新型陶瓷,結(jié)構(gòu)陶瓷（工程陶瓷）,：具有機(jī)械功能、熱功能和部分化學(xué)功能的陶瓷，如納米陶瓷。,功能陶瓷：,具有電、光、磁、化學(xué)和生物特性，且有相互轉(zhuǎn)換功能的陶瓷屬于功能陶瓷，如生物陶瓷等。,新型無(wú)機(jī)非金屬材料,高溫結(jié)構(gòu)陶瓷,在,材料中，有一類叫做結(jié)構(gòu)材料，主要指利用其強(qiáng)度、硬度、韌性等機(jī)械性能制成的各種材料。金屬作為結(jié)構(gòu)材料，一直被廣泛使用。,金屬易受腐蝕，在高溫時(shí)易氧化，不適合高溫使用。,高溫結(jié)構(gòu)陶瓷的出現(xiàn)彌補(bǔ)了金屬的缺陷。這類材料能經(jīng)受高溫、不怕氧化、耐酸堿腐蝕，硬度大、耐磨損、密度小等優(yōu)點(diǎn)。,新型無(wú)機(jī)非金屬材料,高溫結(jié)構(gòu)陶瓷,氧化鋁陶瓷(人造剛玉),利用其熔點(diǎn)很高，可用作高級(jí)耐火材料，如坩堝，高溫爐管。,利用其硬度大，可以制造在實(shí)驗(yàn)室使用的剛玉球磨機(jī)。,利用高純度的氧化鋁陶瓷，制作高壓鈉燈的燈管。,氮化硅陶瓷,是一種超硬物質(zhì)，本身具有潤(rùn)滑性，并且耐磨損；除,HF,外，不與其他無(wú)機(jī)酸反應(yīng)；抗腐蝕能力強(qiáng)；而且還能抵抗冷熱沖擊。,常被,用來(lái)制造軸承